1
热泵干燥装置电控系统设计
摘 要
我国是农业大国，每年果蔬的产量巨大，其中需要进行干燥加工的比重很大，
但目前我国对蔬菜干燥加工的技术还是比较落后，本课题将热泵干燥技术、自动
检测技术、实时监控技术应用于蔬菜的干燥加工过程当中，重点开发设计了一个
热泵干燥装置的电控系统，对蔬菜的干燥加工过程进行实时监控。
本文重点设计了一个热泵干燥的电控系统，该系统主要由热泵干燥装置、下
位机控制系统和上位机监控系统组成。热泵干燥装置由压缩机、冷凝器、蒸发器、
膨胀阀、干燥风机等组成。下位机控制系统由 PLC、PLC 模拟量扩展模块和传
感器组成，传感器将采集到的温度、湿度、风速等模拟量信号传输到 PLC 模拟
量输入模块，并转换成数字信号储存。下位机 PLC 作为现场控制级，利用 PLC
编程软件编写用户程序完成依据热泵干燥系统工艺要求多台设备多批次启动和
停止、干燥过程温度的测量与调整、湿度的测量、过热能量的发散、故障的识别
与处理，还有同上位机的 RS485 通讯。上位机监控系统作为管理级，采用可编
程终端人机触摸屏，通过编写触摸屏自带的组态软件，实现对现场数据的实时记
录和处理，包括运行数据的显示、参数的设定、报警信息的显示和查询等功能。
本文设计的电控系统实现了蔬菜脱水加工的自动化，从而降低操作成本，提高产
品品质。
关键词：蔬菜脱水；热泵干燥；可编程控制器；可编程终端；过程监控
2
Abstract
China is a big agricultural country , the annual giant vegetable production , which
requires a large proportion of the drying process , but our vegetable drying process
technology is still relatively backward .This subject combines the heat pump drying
technology with automatically detection technology and real-time monitoring
technology for the drying process of vegetables , focusing on design of the electronic
control system of a heat pump dryer for drying vegetables processing with the real-time
monitoring.
This article focuses on the design of a heat pump drying of electronic control
system, which mainly consists of a heat pump dryer , lower machine control systems
and PC monitoring system. The heat pump drying equipment consists of compressor ,
condenser , evaporator, expansion valve , drying fan. Lower position machine control
system consists of PLC, PLC analog expansion modules and sensors , the sensor will
collect temperature, humidity , wind speed and other analog signals to PLC analog input
module and converted into a digital signal storage . Lower position machine as a field
control level , user can write PLC programming software to complete multiple devices
multiple batches starting and stopping , measuring and adjusting the temperature of the
drying process , measuring humidity , thermal energy divergence, failure identification,
as well as RS485 communication Ditto bit machine, which in accordance with the
requirements of heat pump drying system processes. PC monitoring system as a
management level , using the programmable terminal HMI touch screen, touch screen
comes through the preparation of the configuration software, on-site real-time data
recording and processing , including setting display operational data , parameters, alarm
information display and query functions. This design of the electronic control system
to achieve the automated processing of dehydrated vegetables , thereby reducing
operating costs and improve product quality.
Keywords: dehydrated vegetables ; heat pump drying; programmable logic controller;
programmable terminal; process monitoring
3
目录
摘 要.........................................................................................................................................1
Abstract .....................................................................................................................................2
第一章 绪论 .............................................................................................................................3
1.1 课题的研究背景和研究意义 .........................................................................................3
1.2 热泵干燥的国内外研究现状 .........................................................................................3
1.2.1 热泵干燥的国外研究现状 ......................................................................................3
1.2.2 热泵干燥的国内研究现状 ......................................................................................4
1.3 方案背景技术简介 .........................................................................................................4
1.3.1 可编程控制器（PLC）的现状与发展.....................................................................4
1.3.2 可编程终端人机（PT）的发展现状 ......................................................................5
1.4 本课题的主要研究内容 .................................................................................................6
1.5 本章小结 .........................................................................................................................6
第二章 热泵干燥装置系统特性及控制要求..........................................................................6
2.1 热泵干燥技术简介 .........................................................................................................6
2.2 热泵干燥装置的工作原理 .............................................................................................7
2.3 热泵干燥装置的结构形式 .............................................................................................7
2.4 热泵干燥装置的控制要求 .............................................................................................8
第三章 热泵干燥装置电控系统的硬件设计..........................................................................8
3.1 系统概述 .........................................................................................................................8
3.2 热泵干燥装置电控系统的方案设计 .............................................................................9
3.3 电控系统的下位机硬件设计 .......................................................................................10
3.3.1 下位机（PLC） ......................................................................................................10
3.3.2 上位机 ....................................................................................................................13
3.3.3 内置模拟量输入输出模块 ....................................................................................14
3.3.4 传感器的选型 ........................................................................................................15
3.3.5 变频器 ....................................................................................................................16
3.3.6 继电器 ....................................................................................................................17
3.3.7 电磁阀 ....................................................................................................................17
3.3.8 RS485 通讯接口 .....................................................................................................17
3.4 热泵干燥装置电控系统的电路连接 ...........................................................................18
4
3.4.1 下位机与继电器的连接 ........................................................................................18
3.4.2 模拟量模块与传感器的连接 ................................................................................19
3.4.3 上位机与下位机的通讯接口 ................................................................................20
第四章 热泵干燥装置电控系统的软件设计........................................................................20
4.1 下位机 PLC 程序设计 ...................................................................................................21
4.2 上位机监控系统的设计 ...............................................................................................23
4.3 本章小结 .......................................................................................................................25
第五章 结论与展望 ...............................................................................................................26
5.1 主要研究工作及结论 ...................................................................................................26
5.2 本课题的展望 ...............................................................................................................26
参考文献 .................................................................................................................................27
致谢.........................................................................................................................................29
附录 1 ......................................................................................................................................30
5
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景和研究意义
我国是农业大国，农副产品加工质量直接影响着农业生产部门的效益和人们
的生活质量。许多农副产品在储藏、运输、加工成食品之前，都必须进行干燥，
因此干燥技术是农林产品加工生产过程中的重要环节
[1]
。
热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。它是一种能从自然界的
空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，将能量转移，提供可被人们
所用的高品位热能的装置
[2,3]
。以热泵为热源干燥系统称为热泵干燥，热泵干燥
能回收排放废气中的部分显热和潜热，和传统的热风对流干燥相比，热泵干燥有
节约能源、产品质量高、不受天气条件的影响及环境友好、无废气排放等优点，
有非常广阔的应用前景
[4,5]
。
热泵干燥的控制问题是热泵干燥发展过程中面临的重要课题，开发设计适用
于热泵干燥环境的先进控制系统，加快先进控制技术在蔬菜干燥加工过程中的应
用，从而替代传统干燥加工中的人工手动控制，这对推动自动化控制在蔬菜干燥
加工的发展有着非常重要的作用，因此该课题具有重要的现实意义和科学价值。
1.2 热泵干燥的国内外研究现状
1.2.1 热泵干燥的国外研究现状
国外对于热泵干燥技术的研究早于我国，1943 年 Sulzer 公司已经在德国建成
的地下室除湿装置中采用了热泵技术。1950 年美国取得热泵干燥的专利权。1970
年～1977 年间法国安装了近千台热泵木材干燥装置，到 1980 年大约有 3 000 家
木材干燥厂采用热泵干燥技术。20 世纪 60 年代日本开始研究热泵干燥技术，到
1987 年已有各种热泵干燥装置 3 000 套左右，现有 12%的干燥装置采用热泵干燥
技术
[6]
。
国外干燥技术理论研究也一直领先于我国，美国日本以及西欧等国已形成热
泵系列产品，近几年研究内容主要有：(1)对热泵干燥制冷剂工质的研究；(2)对
