熱風(fēng)耦合微波干燥食品控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱風(fēng)耦合微波干燥食品控制系統(tǒng)，屬于輕工業(yè)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)熱空氣干燥由于干燥時(shí)間長和表面過熱，出現(xiàn)顏色暗淡，味道損失和復(fù)水能力下降的問題，同時(shí)入口空氣溫度，空氣流速，干燥物的物理性質(zhì)和干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，都會對干燥速率和效果有較大影響。冷凍干燥生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量高，但是成本高，干燥生產(chǎn)能力有限。真空干燥是另一個(gè)可行的方法，尤其適合食品容易熱損害，如水果和蔬菜。然而，在真空過程需要加熱，因?yàn)榈蛪籂顟B(tài)，使得熱能的轉(zhuǎn)移到工作負(fù)載變得很困難。大多數(shù)傳統(tǒng)真空烘干機(jī)依靠傳導(dǎo)傳熱的熱板，緩慢且難以控制，需要一個(gè)大的表面積，因此，傳統(tǒng)的真空干燥具有較高的操作和安裝成本。
[0003]我們設(shè)計(jì)的熱風(fēng)耦合微波干燥食品控制系統(tǒng)，通過自動調(diào)節(jié)微波加熱功率及熱風(fēng)控制時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對干燥室內(nèi)的溫度，以及物料的含水量實(shí)現(xiàn)精確的控制。將熱風(fēng)和微波加熱兩種方法結(jié)合起來，同時(shí)作用于干燥物料，微波促使水分由內(nèi)向外快速迀移，而到達(dá)表面的水分又被熱風(fēng)很快帶到周圍環(huán)境中，加快內(nèi)外熱量和水分的傳遞，它具有較高的干燥率、較低的能耗以及干燥食品較好的質(zhì)量等特點(diǎn)?？煞乐勾罅康馁|(zhì)量損失，實(shí)現(xiàn)快速、有效的脫水，可極大地提高干燥速度。熱風(fēng)耦合微波干燥系統(tǒng)結(jié)合微波真空干燥和熱風(fēng)加熱的優(yōu)點(diǎn)，真空賦予的低溫、快速傳質(zhì)結(jié)合微波及熱風(fēng)加熱，快速能量轉(zhuǎn)移的產(chǎn)生非常迅速，因此它有效提高能源效率和產(chǎn)品質(zhì)量。熱風(fēng)耦合微波干燥技術(shù)應(yīng)用于食品及藥材的干燥具有很大的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中檢測食品干燥過程系統(tǒng)及其控制方法中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種熱風(fēng)耦合微波干燥食品控制系統(tǒng)及其控制方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]熱風(fēng)耦合微波干燥食品控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集通道、微波干燥對象、溫度檢測模塊、重量檢測模塊、自適應(yīng)功率控制算法模塊和熱風(fēng)控制模塊。所述熱風(fēng)耦合微波干燥對象的輸出端通過數(shù)據(jù)采集通道與自適應(yīng)控制模塊的輸入端連接，自適應(yīng)控制模塊的輸出端通過數(shù)據(jù)采集通道與微波干燥對象的輸入端連接。溫度反饋和微波功率相位控制可獲得有效的干燥過程控制，通過在線檢測由食品揮發(fā)出來的成分，由揮發(fā)物信號和自適應(yīng)控制器來確定干燥溫度，可獲得較精確的有效的微波干燥過程控制。對被干燥食品的溫度進(jìn)行測量，實(shí)時(shí)控制微波能量。當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，接通電源，通過加熱使被測對象升溫，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉電源，使被測對象降溫。對于溫度接近設(shè)定值時(shí)，通過調(diào)節(jié)功率，減小溫度變化的速率。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
[0008]本發(fā)明針對食品干燥過程實(shí)現(xiàn)檢測、干燥和控制，設(shè)計(jì)一種微波熱風(fēng)耦合干燥系統(tǒng)的關(guān)鍵工藝參數(shù)的建模與控制，采用自適應(yīng)控制方法，可根據(jù)環(huán)境條件改變而相應(yīng)地改變功率控制器的參數(shù)，以適應(yīng)其特性的變化及抵抗外部干擾，保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及性能指標(biāo)達(dá)到要求，與傳統(tǒng)的空氣干燥相比，熱風(fēng)耦合微波干燥可避免食品干燥過程中變焦，且具有良好的含水特性。從而減少能耗，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益等目的的綜合性技術(shù)。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明熱風(fēng)耦合微波干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0010]圖2是本發(fā)明熱風(fēng)耦合微波干燥系統(tǒng)控制框圖。
[0011]圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)熱風(fēng)控制模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明針對食品加工微波干燥過程，易受干擾，控制精度要求高，需要在深入研究微波干燥過程中溫度對食品揮發(fā)物成分的影響特性、工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，廣泛收集歷史數(shù)據(jù)、專家經(jīng)驗(yàn)和操作規(guī)程，確定總體控制目標(biāo)及主要的控制變量。
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014]圖1是本發(fā)明所述的整個(gè)微波干燥系統(tǒng)框圖，包括如下模塊:
[0015]1.數(shù)據(jù)采集模塊
[0016]干燥不僅需要知道加熱功率和加熱時(shí)間，還需要知道食材的重量、干燥的溫度、干燥之前與之后食材的濕度、干燥時(shí)間等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)處理，用于控制微波干燥過程中的功率和溫度，16位分辨率的數(shù)據(jù)采集卡，其中模擬輸入信號為光纖溫度傳感器，模擬輸出信號為調(diào)節(jié)交流功率，2路數(shù)字輸出信號為控制雙位氣動閥、控制開/關(guān)交流功率信號，所有控制通過LabView程序完成。
[0017]2.微波干燥模塊
[0018]包括干燥食品的微波爐、存放物料樣品的容器和電子秤。光纖傳感器插入樣品中央進(jìn)行溫度檢測，整個(gè)帶樣品的容器重量由電子秤在線測量，微波爐的電磁功率由Labview程序進(jìn)行相位控制。
[0019]3.功率控制模塊
[0020]揮發(fā)物的成分跟干燥溫度密切相關(guān)，因而控制干燥溫度最直接的方法就是控制微波爐的電磁功率。通過開發(fā)LabView程序來完成所有的檢測和控制，功率和溫度控制程序設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。功率控制算法設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過較小的電壓來控制較大的交流電壓。為了實(shí)現(xiàn)以較小電壓控制大的電壓，通過比較相位控制、脈寬控制和可調(diào)電阻控制的優(yōu)缺點(diǎn)，最終采用占空比相位控制方法來實(shí)現(xiàn)。
[0021]4.熱風(fēng)控制模塊
[0022]如圖3所示，熱風(fēng)控制模塊包括溫控儀、空氣壓縮機(jī)(簡稱空壓機(jī))和加熱管。溫控儀的輸出控制加熱管的電磁閥，空壓機(jī)將壓縮空氣作為風(fēng)源輸入給加熱管進(jìn)行加熱，由溫控儀來控制調(diào)節(jié)加熱管的運(yùn)行，從而控制出口熱風(fēng)的溫度。其中，溫控儀模塊內(nèi)有外部端子接線圖，11、12號引腳接加熱管中的熱電偶，3、4號引腳接一個(gè)固態(tài)繼電器的輸入端，2、5號引腳短接，5、6引腳是常開觸點(diǎn)，當(dāng)溫控儀有電信號時(shí)，觸點(diǎn)閉合，電壓通過6號引腳傳給加熱管。熱風(fēng)模塊中的固態(tài)繼電器是用來控制加熱管的運(yùn)行，而電磁閥是用來控制熱風(fēng)的通斷。即當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，5、6觸點(diǎn)閉合，繼電器及電磁閥工作，加熱管也進(jìn)行工作。若實(shí)際溫度小于設(shè)定溫度50°C -80°C ο，熱風(fēng)模塊繼續(xù)運(yùn)行；反之，溫控儀控制繼電器斷開，同時(shí)，加熱管和電磁閥也停止工作。
[0023]5.溫度測量模塊
[0024]由于紅外測溫的數(shù)據(jù)只是測得物體表面溫度，而熱電偶在微波環(huán)境中測溫極易打火花，所以選用相對更加精確和安全的光纖測溫。光纖測得的溫度，通過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成0-5ν電壓，通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)絇C中處理。上述溫度測量