热风耦合微波干燥食品控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热风耦合微波干燥食品控制系统，属于轻工业控制领域。
【背景技术】
[0002]传统热空气干燥由于干燥时间长和表面过热，出现颜色暗淡，味道损失和复水能力下降的问题，同时入口空气温度，空气流速，干燥物的物理性质和干燥设备的设计特点，都会对干燥速率和效果有较大影响。冷冻干燥生产的产品质量高，但是成本高，干燥生产能力有限。真空干燥是另一个可行的方法，尤其适合食品容易热损害，如水果和蔬菜。然而，在真空过程需要加热，因为低压状态，使得热能的转移到工作负载变得很困难。大多数传统真空烘干机依靠传导传热的热板，缓慢且难以控制，需要一个大的表面积，因此，传统的真空干燥具有较高的操作和安装成本。
[0003]我们设计的热风耦合微波干燥食品控制系统，通过自动调节微波加热功率及热风控制时间，实现对干燥室内的温度，以及物料的含水量实现精确的控制。将热风和微波加热两种方法结合起来，同时作用于干燥物料，微波促使水分由内向外快速迀移，而到达表面的水分又被热风很快带到周围环境中，加快内外热量和水分的传递，它具有较高的干燥率、较低的能耗以及干燥食品较好的质量等特点。可防止大量的质量损失，实现快速、有效的脱水，可极大地提高干燥速度。热风耦合微波干燥系统结合微波真空干燥和热风加热的优点，真空赋予的低温、快速传质结合微波及热风加热，快速能量转移的产生非常迅速，因此它有效提高能源效率和产品质量。热风耦合微波干燥技术应用于食品及药材的干燥具有很大的应用前景。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中检测食品干燥过程系统及其控制方法中存在的上述问题，本发明提供一种热风耦合微波干燥食品控制系统及其控制方法。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]热风耦合微波干燥食品控制系统，包括数据采集通道、微波干燥对象、温度检测模块、重量检测模块、自适应功率控制算法模块和热风控制模块。所述热风耦合微波干燥对象的输出端通过数据采集通道与自适应控制模块的输入端连接，自适应控制模块的输出端通过数据采集通道与微波干燥对象的输入端连接。温度反馈和微波功率相位控制可获得有效的干燥过程控制，通过在线检测由食品挥发出来的成分，由挥发物信号和自适应控制器来确定干燥温度，可获得较精确的有效的微波干燥过程控制。对被干燥食品的温度进行测量，实时控制微波能量。当温度低于设定值时，接通电源，通过加热使被测对象升温，当温度高于设定值时，关闭电源，使被测对象降温。对于温度接近设定值时，通过调节功率，减小温度变化的速率。
[0007]本发明的有益效果是:
[0008]本发明针对食品干燥过程实现检测、干燥和控制，设计一种微波热风耦合干燥系统的关键工艺参数的建模与控制，采用自适应控制方法，可根据环境条件改变而相应地改变功率控制器的参数，以适应其特性的变化及抵抗外部干扰，保证整个系统的稳定运行及性能指标达到要求，与传统的空气干燥相比，热风耦合微波干燥可避免食品干燥过程中变焦，且具有良好的含水特性。从而减少能耗，降低成本，提高经济效益等目的的综合性技术。
【附图说明】
[0009]图1是本发明热风耦合微波干燥系统结构框图。
[0010]图2是本发明热风耦合微波干燥系统控制框图。
[0011]图3是本发明设计的系统热风控制模块。
【具体实施方式】
[0012]本发明针对食品加工微波干燥过程，易受干扰，控制精度要求高，需要在深入研究微波干燥过程中温度对食品挥发物成分的影响特性、工艺特点的基础上，广泛收集历史数据、专家经验和操作规程，确定总体控制目标及主要的控制变量。
[0013]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0014]图1是本发明所述的整个微波干燥系统框图，包括如下模块:
[0015]1.数据采集模块
[0016]干燥不仅需要知道加热功率和加热时间，还需要知道食材的重量、干燥的温度、干燥之前与之后食材的湿度、干燥时间等数据，数据采集模块包括数据采集卡和数据处理，用于控制微波干燥过程中的功率和温度，16位分辨率的数据采集卡，其中模拟输入信号为光纤温度传感器，模拟输出信号为调节交流功率，2路数字输出信号为控制双位气动阀、控制开/关交流功率信号，所有控制通过LabView程序完成。
[0017]2.微波干燥模块
[0018]包括干燥食品的微波炉、存放物料样品的容器和电子秤。光纤传感器插入样品中央进行温度检测，整个带样品的容器重量由电子秤在线测量，微波炉的电磁功率由Labview程序进行相位控制。
[0019]3.功率控制模块
[0020]挥发物的成分跟干燥温度密切相关，因而控制干燥温度最直接的方法就是控制微波炉的电磁功率。通过开发LabView程序来完成所有的检测和控制，功率和温度控制程序设计框图如图2所示。功率控制算法设计目标，通过较小的电压来控制较大的交流电压。为了实现以较小电压控制大的电压，通过比较相位控制、脉宽控制和可调电阻控制的优缺点，最终采用占空比相位控制方法来实现。
[0021]4.热风控制模块
[0022]如图3所示，热风控制模块包括温控仪、空气压缩机(简称空压机)和加热管。温控仪的输出控制加热管的电磁阀，空压机将压缩空气作为风源输入给加热管进行加热，由温控仪来控制调节加热管的运行，从而控制出口热风的温度。其中，温控仪模块内有外部端子接线图，11、12号引脚接加热管中的热电偶，3、4号引脚接一个固态继电器的输入端，2、5号引脚短接，5、6引脚是常开触点，当温控仪有电信号时，触点闭合，电压通过6号引脚传给加热管。热风模块中的固态继电器是用来控制加热管的运行，而电磁阀是用来控制热风的通断。即当系统运行时，5、6触点闭合，继电器及电磁阀工作，加热管也进行工作。若实际温度小于设定温度50°C -80°C ο，热风模块继续运行；反之，温控仪控制继电器断开，同时，加热管和电磁阀也停止工作。
[0023]5.温度测量模块
[0024]由于红外测温的数据只是测得物体表面温度，而热电偶在微波环境中测温极易打火花，所以选用相对更加精确和安全的光纤测温。光纤测得的温度，通过光电转换器转换成0-5ν电压，通过数据采集卡传输到PC中处理。上述温度测量