摘要：为提高微波真空干燥设备数字化与智能化的水平，对微波真空干燥设备电气控制系统进行了分析。设计了一种集微波干燥与真空干燥于一体的新型装置，波导与波源冷却装置相互集成，有效地解决了微波分布不均匀、易损坏微波源这两个难题。材料室是微波室和真空室的交叉口，可以使材料经受微波辐射和真空。本实用新型一方面可以方便地拆卸物料托盘，另一方面又能充分利用物料室的空间。模块化冷阱设计，使冷阱根据干燥需求自由装卸，能有效提高冷阱的利用效率。微波真空干燥设备设计巧妙，安全可靠，能满足高质量物料干燥的要求。
关键词：微波干燥；真空干燥；模块化
1 前言
微波真空干燥能保持食品的原有风味和营养，保留原料的生理活性，提高保健食品的功能性，有效地保持材料的形状和颜色；在真空状态下，水的汽化温度低，可以实现低温干燥，保持加工材料原件，避免易腐材料活性成分的氧化，使产品具有良好的复水性；内微波穿透材料，内部和外部的热量加热]几乎在同一时间的材料，材料的内部和外部的加热均匀性，克服了真空热传导问题。因此，大大提高了工作效率和产品质量，使其广泛应用于农副产品、保健品、药材干燥、化工产品低温浓缩、结晶水分离等高附加值产品。随着干燥设备的进一步应用，数字化和智能化设备的要求越来越高，除了干燥温度的显示和控制，也被称为故障检测、显示和上传信息，便于集中管理和控制，很难实现对继电器的控制。一般电子产品易受微波干扰。因此，采用具有良好抗干扰性能和通信功能的PLC控制系统。
2 微波真空干燥设备各部分的设计
2.1 微波制热部分
2.1.1微波源及波导
微波源和波导焊接为一个整体，上层是微波源，下法兰之间设有波导和波导的来源，对金属法兰和微波真空干燥设备的焊接或螺纹连接的外墙，保证微波不会泄漏。下层波导结构是由空心不锈钢控制的弹簧结构。弹簧底部设有不锈钢底板，便于微波反射。弹簧结构的螺距为D，使反射的微波顺利通过。这种波导结构使微波在波导底板与弹簧之间发生复杂的反射，最后在弹簧的裂缝处射出，使微波更加均匀。另外，微波加热过程中的使用会严重影响传统的自然冷却效果的寿命差，所以波导的弹簧结构由不锈钢空心管，管可以被添加到的微波源的制冷剂冷却。在波导的进口阀上分别设置有入口阀，控制制冷剂入口，并将波导出口密封，防止制冷剂泄漏。
2.1.2 微波室
微波室包括微波产生室和物料室。微波室用陶瓷板从材料室中分离出来。由于陶瓷板对微波能量的吸收可以忽略不计。不仅可以最大限度地应用于冻干材料，还可以防止水、灰尘等部件进入波导部件，保证设备部件的性能和使用寿命，提高微波能量的转换效率。
（1）微波发生器室：如图1所示，微波发生器室的顶部和周围都是不锈钢制成的，以防止微波泄漏。陶瓷板用于使微波顺利进入材料室，陶瓷板和不锈钢外壁用真空密封。。
图1微波发生室的示意图
（1）物料室：如图2所示，物料室为双层结构。外层由不锈钢制成，以防微波泄漏。内层由聚四氟乙烯制成，微波能顺利通过。材料托盘也是聚四氟乙烯制成的，它能容纳材料并使微波顺利通过。料盘由料室聚四氟乙烯内层组装而成。以聚四氟乙烯内层为支撑部分，材料托盘作为材料部分。料盘为抽屉式，可在聚四氟乙烯内支架上自由推拉，便于装卸物料，并可根据实际需要增加料盘的数量。料室下方设置有微波屏蔽板。微波屏蔽板由不锈钢板制成，与金属板均匀地分布在一个直径2 ~ 4mm小孔。微波屏蔽板可以防止微波进入真空产生室，并通过真空管泄漏；另一方面，可以通过冷阱捕获物质室中的水蒸气。
图2物料室的示意图
另外，所述微波屏蔽板上设有使照明装置和测温装置通过的管道，所述测量装置与真空室中的料室中的测量装置的导线连接。的照明和温度测量设备外部设有微波屏蔽罩（即金属外壳2毫米孔），可有效地防止测量装置产生的火花。照明设备和测温设备的外面都设有微波屏蔽的外壳（即金属材质的外壳，上面均匀分布2～4mm的小孔），这样可以有效防止测量装置打火放电。
2.2真空制冷部分
2.2.1 真空室
真空室包括材料室和真空产生室。材料室是真空室和微波室的交汇处，所以不会在这里重复。真空室的底部是不锈钢制成的，防止微波泄漏。微波屏蔽板用于将材料室与微波产生室隔离。微波屏蔽板和微波加热部分是相同的屏蔽板，因此不需要重复细节。微波发生室设置在多水蒸气捕捉左均匀分布，捕获端口和冷阱是通过微波屏蔽板进入真空室水蒸气的材料室，从真空室通过水蒸气在冷阱捕获端口通过冷阱捕获，捕获均匀的水蒸气分布式的嘴可以防止冷阱局部冰厚的现象。
2.2.2 真空泵
真空泵是不锈钢制成的。一种外形近似的长方体，在泵体上部设有把手，便于携带。该底座还可保证泵体的力平衡，并能稳定放置。另外，泵体上设置有进油口和出油口。当油进口发生变化时，将油注入泵体上部，以保证在重力作用下油进入泵体内。出油口是油变时出油的地方。泵位于泵体下方，与泵体油室底部相切，使油完全排出。在油腔的侧面还设置有玻璃制成的眼镜，可以清楚地观察到油腔的内部状况。在目视镜上设置上下刻度，便于估计加油量。真空管位于上端，通过真空密封连接通过管道与真空产生室连接。底座上设有电源插座，通过电泵驱动真空泵。
2.2.3 制冷机和冷阱
制冷机的制冷剂输出端与冷阱的进口端相连。冷阱的出口端与波导的进口端相连，使得冷阱中的冷凝剂也可以进入波导的弹簧结构中，为微波源降温，提高微波源的使用寿命。并且在冷阱与波导的连接处设置了真空阀，用来控制冷阱与波导接通与否。冷阱与真空发生室之间设置有相通的水蒸气捕捉口，使得物料室内产生的水蒸气先进入真空发生室，再从真空发生室的水蒸气捕捉口进入冷阱，被冷凝管单元捕捉。
如图3所示，冷阱包括冷凝管单元、外壳、进水口、出水口和溢流阀。如图4所示冷凝管单元是由空心不锈钢管组成的正方体，使得正方体的每个面都呈“田”字型，空心管之间通过无缝焊接相互连通，保证冷凝剂可以在冷凝管单元内自由流动。在正方体的前后两面的正中间分别设有冷凝剂的进出口。由于冷凝管单元的尺寸都是标准化设计，可以方便地根据干燥物料的多少来增减冷凝管单元的数量，以提高冷阱的利用率。冷凝管单元的进出口处都车有螺纹，冷凝管单元之间用标准管接头连接。冷凝管单元位于冷阱外壳正中央，它们之间通过螺栓连接，冷阱外壳为长方体，四周面和后面用不锈钢制成，前面用透明玻璃制成，玻璃和不锈钢之间真空密封配合。这样的构造可以清楚地从玻璃窗处观察冷阱里面水分捕捉情况及加入水的量。干燥结束以后，水蒸气被冷阱捕捉成冰霜，附着在冷凝管单元上，此时加入常温的水可以将冰霜融化成液态水，顺利地排出。因此，在冷阱外壳的最里面设置有进水口，出水口及溢水阀。进水口位置最高，出水通道位置最低，这样可以利用重力作用方便地加水或放水。溢水阀位于进水口和出水口之间，用于防止加入的水过多溢出。
图3冷阱的示意图
图4冷凝管单元的示意图
3 PLC控制系统简介与发展状况概述
3.1 PLC控制系统的定义和分类
目前，PLC控制系统的定义有不同的解释。其中最为广泛应用的是PLC控制系统作为数字操作的电子系统，可以说是用于微工业环境中的控制电子系统的设计。该系统采用可编程存储器，结合顺序控制的逻辑和方法，采用定时技术和算术运算指令，通过不同的模拟量和数字量输入输出控制机械生产过程。可以说，PLC控制系统在工业中应用广泛，是工业控制中最常用的控制器，具有通用性强、使用方便、适应性强、可靠性高和抗干扰性能强等优点。一般来说，PLC控制系统分为两种类型：固定式和组合式。固定式PLC控制系统主要包括CPU板、显示面板、内存块和权力，这些不同的元素构成了PLC的一个组成部分；结合PLC控制系统，主要包括CPU模块、电源模块、内存、主板，这些组合配置可以按照一定的规则组合起来。
3.2 PLC控制系统的发展状况
PLC控制系统是现代企业成功的必要条件，也是微电子工业的重要控制系统。该系统能有效地控制系统，实现各生产经营部门的协调和指导。它是实现设计目标和增值产品的重要技术保证。在PLC控制系统的研究有助于提高企业的产品优势，促进企业在不同领域的科技成果转化，加强企业之间的交流，营造良好的工作氛围和企业的企业文化，使企业不断自我突破，在经营过程中，在竞争中处于有利地位。另外，PLC控制系统的应用，使整个系统更加合理高效，在很大程度上缩短了产品的生产和运行周期，促进了电子工业的跨越式发展。目前，虽然国内一些公司和研究机构在PLC控制系统中进行了一些基础性的技术研究工作，但没有一家公司或机构能够推出相对完整的产品。我们的专家在数控一直没有停止对PLC控制系统的研究，越来越完善的产品逐渐出现，但总体而言，中国的PLC控制系统产品起步较晚，与国外相比，发展相对缓慢。
4 PLC控制系统设计方法期
PLC控制系统的设计就是为了提高微波干燥设备的工作效率。通常不同的设计师会有不同的设计方法，但是常见的设计方法有三种：图解法、经验法和计算机辅助设计编程法。
4.1 PLC控制系统设计原则
（1）最大限度满足被控制对象的控制要求，这是设计PLC控制系统应该遵循的最基本的原则。在设计之前，对控制系统的用途应该做充分的调查研究，然后搜集资料，进行分析，做好准备工作，设计出最佳方案。（2）保证PLC控制系统安全、可靠。设计者不论在硬件选择还是在编程上面，都要做到科学、合理，不仅要求高效率和好质量，更要狠抓安全这一主线。（3）力求简单、经济、使用及维修简单。要做到不断优化方案，注意降低成本，达到最佳效益。PLC控制系统就要克服以前维修苦难的问题，只有这样才能被更加广泛的使用[2]。（4）要适应以后的需要，用发展的眼光看问题。在选择PLC时要注意和实际相结合，容量的确定一定要合理，适应将来对齐优化的需要。
4.2 PLC控制系统设计内容
输入和输出系统是PLC控制系统的构成要件，所以，PLC控制系统基本内容包括以下几个方面：拟定任务书，这是设计的核心，即控制系统的技术条件；选择并确定恰当的像按钮、开关之类的用户输入设备，像继电器、信号灯等之类的输入设备和像发动机之类的由输出设备驱动的控制对象；准确选择PLC，这是保障整个控制系统技术经济性能发挥的重要手段；绘制I/O分配表和端子接线图；编写软件规格说明和设计程序；了解用户认知心理知识；设计非标准部件；编写程序使用说明书。
4.3 PLC的选择标准及选择方法
PLC控制系统最核心的就是PLC，因此选择时一定要在满足用户需求的情况下选出性价比最高的PLC.通常对于PLC的选择，应该从以下几个方面进行考虑：机型、I/O、存储器的类型及容量，最后还要注意编程器和外部设备的选择。
5结束语
由于PLC具有可靠性高、编程灵活，极大的方便了制造和调试设备，与传统的继电器单片机控制相比，PLC控制系统，大大提高了数字化和智能化设备，操作简单，管理方便，提供设备维修的有效保证。自从投入使用以来，设备运转良好。
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论文作者:万光辉,梁君
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/5
标签：微波论文; 控制系统论文; 真空论文; 波导论文; 干燥论文; 材料论文; 水蒸气论文; 《基层建设》2017年第27期论文;