1. 研究目的与意义

内容：通过STEP7-Micro/WIN软件编写控制程序导入到PLC（可编程序控制器）中，以实现控制面板对于设备的日常操作。其目的是控制冷却风机、真空泵、充气阀、放气阀、转盘电机等设备的开启与关闭，进而控制微波的输出与停止，并能对微波输出进行无级可调。外接水环真空泵，用来对箱体抽真空，转盘受转盘电机控制，可实现在微波场中的匀速旋转，方便物料均匀受热。微波源由2个磁控管和相应保护电路组成，保护电路有温度开关保护、门开关保护等。意义：微波真空设备适用于食品、药品、烟草、包装材料、木材、化工等多种行业进行加热、杀菌或催化。微波真空设备的核心是将微波作为一种能源来加以利用，微波加热的原理可表述为当微波与物质分子相互作用，产生分子取向、极化、碰撞、摩擦、吸收微波能从而产生热效应。微波加热是物体吸收微波后自身发热，使加热从物体内部、外部同时开始，能做到内外同时加热。微波真空设备的总体控制与检测系统是整个设备不可或缺的一部分，设备本身可从食品、药材的干燥、膨化、杀菌，化工、建材行业的加热、聚合、催化、高温烧结，到木材、竹制品、蜂窝瓦楞纸板的干燥、除霉，茶叶的杀青、干燥，各类保健品、中草药的萃取、提取，以及纺织印染的固色处理、核废料的环保转化、肿瘤疾病的微波热疗、微波等离子体技术等等方面实现一系列实际的作用，从而获取一定的经济效益。在准备毕业设计的时候，就有把实习学到的知识与大学学到的知识相结合去完成一个项目模块的想法。通过独立完成这个项目模块，我既可以检验实习期间究竟学习到了什么样的程度，又可以提高我综合运用应用技能的能力。

2. 文献综述

微波真空设备总体控制与检测系统的设计与实现摘要：20世纪70年代初期，我国开始研究和利用微波加热技术，首先是在连续微波磁控管的研制方面取得重大进展。从工业角度而言，微波会引起热效应这个特点完全可以作为一种能源加以利用。目前它已经被广泛应用于纺织与印染、造纸与印刷、烟草、药物和药材、木材、皮革、医疗等等行业。在如此广泛的应用前景下，对于微波设备的总体自动化控制与检测就显得尤为重要了。就国内而言，微波加热与PLC控制的结合还处于发展过程当中。关键字：微波加热、PLC、MCGS触摸屏正文：一、国内外研究概况及发展趋势微波技术是在第二次世界大战期间为了研制雷达而成熟起来的。美国在1936年就进行试验波导传输试验，并且实验取得成功。之后美国调整雷达的工程师发现自己口袋里的巧克力经常熔化，考虑这是电磁波对物质的作用所引起的。通过后期利用微波装置作爆米花试验取得成功，这其实就是微波功率应用设备的雏形。人们也开始认识到微波设备可以作用于工业和生活当中，经过一段时间的发展，微波加热设备作为一种新能源的使用设备走进了人们的日常生活当中，例如很普遍的家用微波炉。现在微波加热设备也在不断升级改造来适应更多行业的需求。从目前的市场来看，主要利用微波加热干燥、微波熟酒、微波杀菌、微波理疗等等微波技术应用在食品工业、制药工业、陶瓷工业以及医疗行业。在全世界范围内都开始了对微波加热技术的应用研究，早在1945年美国人帕西斯本塞（Percy Spencer）就申请了微波加热技术的第一个专利。国外一直都很重视对微波能应用的研究，而且学术交流也一直很活跃。1966年在北美加拿大的阿尔伯泰（Alberta）城成立了国际微波功率学会（简称IMPI），每年举行一次学术讨论会，并定期出版季刊《微波功率杂志》（The Journal of Microwave Power）。通过不断的发展，微波技术在国外涵盖的领域越来越广。而在70年代初期，我国才开始对微波加热技术的应用进行研究。不过在如今，我国的微波公司如雨后春笋般蓬勃发展。在微波加热应用技术方面也取得了重大的进展。二、本课题的切入点依照国内一些工业用微波设备来看，使用PLC系统来控制微波功率具有很大的优势。相对来说，PLC可靠性高、抗干扰能力强、功能强大、编程简单、适合于工业控制，并且其特有的一些功能是其他常用的控制类芯片所不具备的。工业微波加热设备主要包括隧道式、炉式，在这两类中有分为很多小的分类，例如炉体式微波加热设备又分为高温炉体和真空炉体等。而且工业微波加热设备不仅仅只有微波技术的应用，更加少不了许多辅助技术的参与，比如温度控制、电机控制等等。这些辅助技术与微波技术的配合需要中间控制器的衔接，不可避免地需要考虑微波真空设备与总控制PC机的连接检控功能。就目前来说，常用的控制器为可编程控制器也就是PLC，在设计过程中可以提前将微波控制需要的I/O点分配、寄存器地址分配等数据确定，再将对应的辅助控制所需的I/O点、寄存器地址分配也进行规定，防止以后软件程序组合时发生地址冲突。所以针对微波真空设备的总体控制与检测系统的设计与实现，就会在实际研制和生产过程中相对顺利达到预期的效果和功能。针对此次项目的设计，考虑选用以下软件进行编程实现控制：STEP 7-Micro/MIN西门子编程软件是西门子公司专门为S7-200系列可编程控制器而设计的开发工具。MCGSE (Monitor and Control Generated System for Embeded，嵌入式通用监控系统)是一种用于快速构造和生成监控系统的组态软件。通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。结束语：任何一门技术的发展都需要不断地研究和探索，当然，微波技术也同样如此。从控制方面来讲，也有选择使用单片机进行设计的。但是在学习完PLC后，就会很明显地意识到利用梯形图编程语言进行编程对于整个设备控制的好处。通过这个项目来达到工业微波控制的可视和自动化，这本身也是对于使用者来说极其人性化的体现。参考文献：[1]杨威、郑宏伟等著.工业微波磁控管开关电源系统设计[J].真空电子技术.2013.1；[2]何铮著.工业微波磁控管控制系统设计[D].湖南大学.2007；[3]李新为等著.微波加热器磁控管电源的研究与设计[D].山东科技大学.2009；[4]郑刚等著.15~20kw大功率微波电源的设计[D].武汉工程大学.2015；[5]徐绍坤.可编程控制器应用技术[M].北京:中国科学出版社[6]台方.可编程控制器应用教程[M].北京：中国水利水电出版社,2009 [7]武锋.可编程控制器PLC的基本原理及应用[J]. 电子世界[8]张福恩等.PLC工业应用实践[M].北京：机械工业出版社[9]张凤池.现代工厂电气控制[M].北京：机械工业出版社,2007 [10]唐勇奇、赵葵银.电梯变频调速PLC控制的设计与实现[J].电机电器技术

3. 设计方案和技术路线

一、设计方案在设计微波真空设备的总体控制与检测系统时，首先要确保其与自身的安全，针对安全性的方面，需要设计紧急开关、门开关、温度开关、微波到位开关等保护措施，同时控制面板上应针对相应的开关设置对应的指示灯来提示开关的状态。

在使用设备的时候，用户也可以通过指示灯的状态确定设备此时是否处于可使用的状态。

其次要控制冷却风机的开启，设计时需满足四个必要条件。

4. 工作计划

1、2022年02月25日2022年03月01日：搜集资料2、2022年03月02日2022年03月12日：需求分析3、2022年03月13日2022年03月23日：概要设计、论文初稿4、2022年03月24日2022年04月06日：详细设计、论文二稿5、2022年04月07日2022年05月03日：系统实现、论文三稿6、2022年05月04日2022年05月20日：系统测试、论文终稿7、2022年05月21日2022年06月01日：充分准备论文答辩

5. 难点与创新点

利用微波加热的特点主要为：

（1）快速加热：微波能以光速(310¹⁰cm/s)在物体中传播，瞬间(约10⁹秒以内)就能把微波能转换为物质的热能，并将热能渗透到被加热物质中，无需热传导过程。

（2）快速响应能力：能够快速启动、停止及调整输出微波功率，操作简单。