果干烘干機(jī)溫控系統(tǒng)組成（原理）

本文所述的烘干機(jī)是用來烘干紫菜等產(chǎn)品，完成存儲(chǔ)意圖的裝置。采用箱式結(jié)構(gòu)，以熱輻射加熱為主，采用對(duì)流熱風(fēng)循環(huán)。烘干機(jī)采用1 個(gè)烘干箱，6 個(gè)溫區(qū)，每個(gè)溫區(qū)的丈量和控制原理完全相同。箱頂上部需設(shè)置一至二只尾氣排出管，在果干烘干機(jī)管內(nèi)還應(yīng)有調(diào)節(jié)閥門。烘干過程中，烘干箱內(nèi)溫度的資料和控制規(guī)模為0-110℃，顯現(xiàn)精度為0.1℃，控制精度小于1℃。根據(jù)上述要求進(jìn)行設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)，以滿意烘干機(jī)所有的溫度、精度。

本文設(shè)計(jì)的溫控系統(tǒng)硬件部分分為：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊、輸入輸出通道模塊、報(bào)警模塊等。硬件的整體結(jié)構(gòu)示意圖。果干烘干機(jī)溫控系統(tǒng)由單片機(jī)為中心，與外部芯片擴(kuò)展構(gòu)成主控模塊。風(fēng)道和隔板的龍骨框架為20mm×20mm的方管，板材為彩圖鋼板。烘干箱的溫度由溫度傳感器檢測(cè)后，通過單片機(jī)內(nèi)置的12 位A/D 轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)經(jīng)采樣、濾波、標(biāo)度轉(zhuǎn)化后，一方面將烘干箱內(nèi)溫度由顯現(xiàn)器顯現(xiàn)，另一方面將該溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，取偏差值依照積分別離的PID 控制算法計(jì)算得輸出控制量?？刂戚敵隽客ㄟ^固態(tài)繼電器控制加熱管的加熱時(shí)間，從而調(diào)節(jié)溫度改變，使其趨向設(shè)定值，完成烘干機(jī)的溫度控制。

溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件）

果干烘干機(jī)電源電路

電源模塊是溫控系統(tǒng)重要的組成部分，為系統(tǒng)中各模塊供給穩(wěn)定牢靠的作業(yè)電壓，保證系統(tǒng)正常作業(yè)。本系統(tǒng)采用外部12V 直流電源供電，經(jīng)處理轉(zhuǎn)化成3.3V 為單片機(jī)供電。然后開機(jī)，此階段升溫要在4～6h內(nèi)溫度升高到45～48℃，當(dāng)表皮變軟，溫度升高到50～55℃，不要在短時(shí)間內(nèi)把溫度升得太快，不然小棗會(huì)呈現(xiàn)糖化或炭化現(xiàn)象，嚴(yán)峻的會(huì)呈現(xiàn)棗果開裂，影響棗果質(zhì)量。果干烘干機(jī)設(shè)計(jì)分兩步，一：選用輸出電壓精度高，輸出電流大的模塊電源，將電壓從12V 轉(zhuǎn)化成5V；二：選用三端集成穩(wěn)壓器將電壓從5V 轉(zhuǎn)化成3.3V。

果干烘干機(jī)溫控方案規(guī)劃

PID 操控從發(fā)生并發(fā)展至今已有百年歷史，雖然現(xiàn)在各種先進(jìn)控制算法層出不窮，但PID 操控扔未被篩選，源于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)易于整定，并且具有較好的魯棒性，在操控技術(shù)領(lǐng)域依舊占據(jù)主導(dǎo)地位，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

果干烘干機(jī)

PID 操控的中心是數(shù)學(xué)模型及其參數(shù)的設(shè)定，本文結(jié)合溫控箱的實(shí)踐生產(chǎn)過程，存在升溫文天然降溫的問題，規(guī)劃操控算法時(shí)，將其當(dāng)作一個(gè)線性系統(tǒng)，選用一個(gè)慣性環(huán)節(jié)結(jié)合一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)作為溫控箱的數(shù)學(xué)模型。

果干烘干機(jī)使用單片機(jī)規(guī)劃了紫菜烘干機(jī)的溫度操控系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行

可靠、成本低、維護(hù)便利、操作簡(jiǎn)單等特色。突破了傳統(tǒng)加工易污染、效率低的問題，改進(jìn)了一般溫控加熱滯后性、時(shí)變性的問題，完成了紫菜烘干的全過程監(jiān)控，具有操控精度高、自適應(yīng)強(qiáng)的特色。水分從界面層向熱空氣蒸騰擴(kuò)散的速率與界面層的濕度梯度成正比，水分從內(nèi)部物質(zhì)向界面層轉(zhuǎn)移的速率與界面層的濕度梯度成反比。后期研討可將其擴(kuò)展為其它水產(chǎn)品以及農(nóng)產(chǎn)品的烘干操控系統(tǒng)，契合市場(chǎng)需求，完成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

研究了熱泵輔助太陽能烘干鮮棗設(shè)備的技能原理并進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)，斷定了9 塊空氣集熱器和12 匹熱泵。通過試驗(yàn)得出鮮棗的干燥規(guī)律分為4 個(gè)階段: 預(yù)熱升溫階段、蒸騰階段、干燥完結(jié)階段和降溫排濕階段。

果干烘干機(jī)空氣能烘干機(jī)組匹配

1 000 kg 紅棗烘干房的熱負(fù)荷為18. 9 kW，本方案設(shè)計(jì)運(yùn)用KFD-20II ( A) 空氣源熱風(fēng)熱泵烘干機(jī)1臺(tái)，適用環(huán)境溫度－ 5 ～ 40 ℃。在規(guī)范工況下，該機(jī)型每臺(tái)可產(chǎn)熱量20 kW ＞ 18. 9kW，可滿足烘干需求。果干烘干機(jī)烘干實(shí)驗(yàn)鮮棗烘制的工藝經(jīng)過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，把鮮棗烘干的過程大致分為4個(gè)階段:預(yù)熱升溫階段、蒸騰階段、干燥完成階段和降溫排濕階段。室內(nèi)機(jī)風(fēng)量可根據(jù)烘烤工藝要求匹配設(shè)計(jì)果干烘干機(jī)選用變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)，并根據(jù)烘干要求及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，提高烘干質(zhì)量。

太陽能焦熱器設(shè)計(jì)與匹配

為了充分利用綠色環(huán)保動(dòng)力，在烘干房的頂部安裝太陽能空氣集熱器作為輔助動(dòng)力，然后削減電能的耗費(fèi)。

天津的太陽能資源較為富足，屬于我國(guó)二等太陽能輻照地區(qū)，位于東徑117. 10°，北緯39. 06°，年照時(shí)數(shù)為2 600 ～ 2 800 h。對(duì)于鮮棗的干制實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，干燥時(shí)刻為18h，傳統(tǒng)天然干燥時(shí)刻為15d，遇上陰雨氣候還要延長(zhǎng)。紅棗收成烘干時(shí)節(jié)為秋分( 9 月22、23 日) 后30 d 左右，從氣候數(shù)據(jù)庫可知此刻天津的日均勻輻照量及日均勻輻射時(shí)刻。

果干烘干機(jī)烘干室結(jié)構(gòu)優(yōu)化

因?yàn)橥粚渔湴迨絺魉蛶舷赂舭彘g的左右兩頭是無任何阻止的，而供熱爐提供的熱空氣將由烘干室底部由左右兩頭直接向上活動(dòng)，由于左右兩頭的阻力小，大部分的熱空氣流會(huì)由左右兩頭向上活動(dòng)，并沒有從傳送帶穿過，這樣的成果將導(dǎo)致烘干功率低下及能源浪費(fèi)，本計(jì)劃對(duì)烘干機(jī)烘干室側(cè)壁增設(shè)擋風(fēng)板，通過此方式來減少熱氣流直接向竄。在上述過程中，由相對(duì)濕度較低的熱風(fēng)帶走了果蔬物料的水分而使其烘干。擋風(fēng)板的方位設(shè)在距離底部第5層傳料板高的方位，與側(cè)箱壁成一定視點(diǎn)。

加擋風(fēng)板的果干烘干機(jī)烘干室內(nèi)溫度場(chǎng)散布相對(duì)比較集中。通過對(duì)氣流速度與單位時(shí)刻失水率的分析，故干燥適合的氣流速度在１７～２２ｍ／ｓ。擋風(fēng)板的增設(shè)阻擋了熱空氣向串，提高了烘干功率，縮短了烘干時(shí)刻。對(duì)比可以看出，增設(shè)擋風(fēng)板的作用仍是比較明顯的，極大的消除了傳料板與側(cè)壁之間的空隙，有用的阻止了熱空氣向上的活動(dòng)，使溫度散布相對(duì)更集中，因此該增設(shè)擋風(fēng)板的計(jì)劃在理論上是可行的。

運(yùn)用ANSYS Workbench的FLUENT對(duì)果干烘干機(jī)干燥室內(nèi)流場(chǎng)分布進(jìn)行了模仿剖析，就對(duì)同一風(fēng)速下不同風(fēng)溫的溫度場(chǎng)的數(shù)值剖析成果進(jìn)行了模仿。果干烘干機(jī)分級(jí)器內(nèi)孔直徑Ｄ取１１０～１４０ｍｍ時(shí)，樣品Ｂ實(shí)驗(yàn)的出籽率逐步增大接近至１００％，樣品Ａ實(shí)驗(yàn)的出籽率幾乎為０。特別對(duì)烘干機(jī)干燥室內(nèi)溫度場(chǎng)散布非均勻性問題，指出了增加擋風(fēng)板的優(yōu)化改進(jìn)。再針對(duì)優(yōu)化計(jì)劃進(jìn)行數(shù)值模仿，比較未優(yōu)化之前的成果，增設(shè)擋風(fēng)板有利于烘干室內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性的改進(jìn)。