3.4.6控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
凍干機(jī)的控制系統(tǒng)是控制工藝參數(shù)準(zhǔn)確運(yùn)行，保證凍干工藝過程按時(shí)完成的核心部分。常用的控制系統(tǒng)有手動(dòng)控制、半自動(dòng)控制、全自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)控制和智能控制等。前兩種控制方式已經(jīng)逐漸被淘汰，現(xiàn)階段國內(nèi)外生產(chǎn)的凍干機(jī)均已實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能控制。
控制系統(tǒng)一般由可編程控制器、人機(jī)界面設(shè)備、傳感器、終端繼電器、數(shù)模轉(zhuǎn)換等模塊組成，智能控制軟件直觀顯示設(shè)備工藝流程、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警點(diǎn)和操作情況等。
例如我國北京某科技發(fā)展公司生產(chǎn)的凍干機(jī)的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能：
①按照管理權(quán)限調(diào)整凍干參數(shù)，把成熟安全的凍干工藝程序存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中，客戶只需對(duì)凍干工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整即可組成適合不同物料的凍干工藝；
②控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)物料反復(fù)預(yù)凍、速凍和慢凍；
③手動(dòng)或一鍵智能控制凍干全過程；
④系統(tǒng)顯示可用中文、英文等多種語言界面，操作控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三級(jí)管理，密碼時(shí)間可以定時(shí)失效重置；
⑤自動(dòng)監(jiān)控檢測(cè)并記錄儲(chǔ)存凍干過程相關(guān)數(shù)據(jù)，每分鐘存儲(chǔ)記錄一次數(shù)據(jù)（存儲(chǔ)記錄間隔時(shí)間可調(diào))，具備USB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器串口，系統(tǒng)可遠(yuǎn)程監(jiān)控和檢測(cè)維護(hù)，上位機(jī)控制；
⑥凍干全過程編程自動(dòng)控制，審計(jì)溯源，可儲(chǔ)存多個(gè)固定或自定義程序進(jìn)行凍干工藝管理，儲(chǔ)存程序≥100，每個(gè)程序步驟≥32；
⑦在運(yùn)行過程中設(shè)備部件運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)即時(shí)報(bào)警并主動(dòng)保護(hù)運(yùn)行，具有真空失壓，設(shè)備報(bào)警并自動(dòng)運(yùn)行保護(hù)物料功能，具有真空泵維護(hù)提示功能；
⑧實(shí)時(shí)顯示設(shè)備部件及物料溫度和真空度，自動(dòng)生成凍干曲線；
⑨設(shè)備溫度和真空度均采用PID控制；
⑩真空度和溫度維護(hù)校準(zhǔn)功能；
?凍干終點(diǎn)測(cè)試功能；
?手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行真空度調(diào)節(jié)。
實(shí)現(xiàn)上述功能可采用不同的控制方式，包括不同的硬件配置和不同的軟件程序，但其基本結(jié)構(gòu)是大體相同的，圖3-29給出一種控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。上位機(jī)采用幾臺(tái)智能控制儀表和可編程控制器(PLC)和應(yīng)急手操控制臺(tái)組成，上、下位機(jī)之間用工業(yè)RS-485總線連接。PLC本身具有獨(dú)立的連鎖保護(hù)和部分程控、定時(shí)功能，可配合手操臺(tái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急操作。
目前，國內(nèi)冷凍干燥機(jī)的控制系統(tǒng)采用的硬件一般有以下幾種：繼電器控制，單片機(jī)控制，可編程控制器及工業(yè)計(jì)算機(jī)控制。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展是工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。它是以電子計(jì)算機(jī)為核心的測(cè)量和控制系統(tǒng)。整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通常是由傳感器、過程輸入/輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成的。由系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的各種工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理并對(duì)其實(shí)施控制，從而完成自動(dòng)測(cè)控任務(wù)。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖330所示。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)，最常用的是直接數(shù)字控制系統(tǒng)，如圖3-31所示。
直接數(shù)字控制(Direet Digital Contro,DDC)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖3-31所示。計(jì)算機(jī)首先通過模擬量輸人通道(A/D)和開關(guān)量輸人通道(DI)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量通道(D/A)和開關(guān)量輸出通道(DO)直接控制生產(chǎn)過程。DDC系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用形式。DDC系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)完成閉環(huán)控制，它不但能完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)多回路的控制調(diào)節(jié)，而且不需改變硬件，只通過改變程序就能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，應(yīng)變能力強(qiáng)和程序可移植等特點(diǎn)。這樣的系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)者有很好的編程能力。
除此之外，很多控制功能都是由計(jì)算機(jī)、單片機(jī)或PLC共同完成的。有的控制系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)監(jiān)視生產(chǎn)過程，單片機(jī)或PLC作為下位機(jī)采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行PID控制等。
無論采用哪種控制方式，凍干機(jī)控制系統(tǒng)的硬件均大同小異。圖3-32是一種大型凍干機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出硬件組成都包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、數(shù)據(jù)采集元件（包括真空計(jì)、溫度傳感器、變送器等)等。對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，可選用不同規(guī)格、型號(hào)、容量和精度的硬件。
