CN101382379A - 智能化微波连续干燥机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能化微波连续干燥机及其控制方法，包括有机架、输送带、输送带轮、驱动电机及仪表控制箱、计算机，在输送带两端分别有进料斗、出料斗，输送带穿过多个带有开门的微波干燥腔，各个微波干燥腔内安装有微波磁控管、温度传感器、湿度传感器和调速风机，进料斗、出料斗内分别安装有水分传感器，输送带由变频器控制的调速电机带动。控制系统根据在物料干燥过程中采集到的温度、湿度和物料含水率的数据，能在较短的时间内自动绘制出物料干燥过程中各个干燥腔物料的温度、湿度和出口物料含水率的变化曲线，根据物料在干燥过程中温度、湿度和物料含水率的变化，控制系统能不断优化控制参数，自动调节系统参数，实现干燥工艺参数的动态优化。

Description

智能化微波连续干燥机及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种对农副产品进行处理的微波干燥机，尤其是能够进行智能化微波连续干燥机及其控制方法。
背景技术
中草药、茶叶以及粮食、果蔬等农副产品在收获后如不能及时脱水，会导致腐烂、变质，使品质下降，影响储藏和正常使用。目前，微波干燥技术已被广泛应用于粮食、果蔬、中草药、茶叶等脱水加工，但其干燥装置自动化程度低，操作不方便，数据统计分析繁琐，效率低。开发智能化微波连续干燥机，能实时检测干燥过程中的温度、物料含水率、干燥速率以及干燥腔内湿度，根据干燥工艺要求自动调节干燥过程中的输出功率、带速、排湿风速，并能自动绘制出干燥特性曲线、温度特性曲线、干燥腔内湿度变化曲线和进行数据统计分析，具有较深远的意义。
发明内容
本发明需要解决的问题是提供一种维修方便，能够在微波连续干燥过程中实现实时监测和自动化控制，并且能够及时监测到待干燥物料的各参数的变化，同时又能够对变化的情况作出快速反应的智能化微波连续干燥机及其控制方法。
本发明的技术方案如下：
一种智能化微波连续干燥机，包括有机架、输送带、输送带轮、驱动电机及仪表控制箱、计算机，在输送带两端分别有进料斗、出料斗，其特征在于：所述的输送带穿过多个带有开门的微波干燥腔，所述的各个微波干燥腔内安装有微波磁控管、红外温度传感器、温湿度传感器和风机，所述的进料斗、出料斗内分别安装有水分传感器。
所述的智能化微波连续干燥机，其特征在于：所述的红外温度传感器、温湿度传感器、水分传感器分别连接安装于仪表控制箱上的数据显示仪表。
所述的智能化微波连续干燥机，其特征在于：所述的驱动电机由变频器调速驱动。
所述的智能化微波连续干燥机，其特征在于：所述的风机为可调速风机。
所述的智能化微波连续干燥机的控制方法，其特征在于：在干燥前，根据用户选择的干燥物料种类和测得的进料斗物料含水率，控制系统会自动推荐优化干燥工艺曲线和各个干燥腔的微波磁控管输出功率初始值、风机转速初始值和输送带运动速度初始值，所述的优化干燥工艺曲线指三种曲线：物料含水率随时间变化曲线即干燥特性曲线、物料温度随时间变化曲线即温度特性曲线、干燥腔内湿度随时间变化曲线，操作者可以根据具体要求重新设定各参数初始值和新建一个干燥工艺曲线，作为物料干燥工艺曲线，在干燥过程中，控制系统根据预先设定的优化干燥工艺曲线不断调节干燥控制参数：微波磁控管输出功率、风机转速、输送带运动速度，并使物料含水率、温度、干燥腔内湿度等参数保持在一定的精度范围内变化；
干燥机的每个干燥腔微波输出功率范围：0-2.1千瓦，风机转速可调范围：0-1000转/分钟，输送带运动速度可调范围：0-5米/分钟；
控制系统推荐的物料干燥初始设定值如下表所示：
Figure A200810156781D00061
Figure A200810156781D00071
上表适用于物料厚度在2.5cm±0.5cm；如果厚度在3.5cm±0.5cm，则磁控管输出功率初始值增加1-2kW或输送带运动速度初始值减小0.5-1m/min，排湿风机转速初始值增加50-100r/min；如果厚度在1.5cm±0.5cm，则磁控管输出功率初始值减小1-2kW或输送带运动速度初始值增加0.5-1m/min，排湿风机转速初始值减小50-100r/min；
在输送带输送物料进行干燥的过程中，反复依次进行下列步骤：
(1)、将从各个微波干燥腔中的红外温度传感器获取的某时间点的物料表面温度值分别与温度随时间变化曲线上标定的同一时间点对应的温度设定值范围比较：如果温度值在温度设定值范围内，转到(2)；如果物料表面温度值大于温度设定值上限，则降低微波磁控管输出功率；如果温度值小于温度设定值下限，则增加微波磁控管输出功率；当物料表面温度值位于温度设定值范围时，则不调整微波磁控管输出功率；
(2)、将从各个微波干燥腔中的湿度传感器获取的某时间点的干燥腔内气体湿度值分别与湿度随时间变化曲线上标定的同一时间点对应的湿度设定值范围比较：如果气体湿度值在湿度设定值范围内，转到(3)；如果气体湿度值大于湿度设定值上限，则增加风机转速；如果气体湿度值小于湿度设定值下限，则降低风机转速；当湿度值位于湿度设定值范围时，则不调整风机转速；
(3)、将出料斗的水分传感器获取的某时间点的物料含水率值分别与含水率随时间变化曲线上标定的同一时间点对应的含水率设定值范围比较：如果物料含水率值大于水分设定值上限，则降低输送带速度；如果物料含水率值小于含水率设定值下限，则提高输送带速度；当物料含水率值位于含水率设定值范围时，则不调整输送带转速。
所述的智能化微波连续干燥机的控制方法，其特征在于：控制系统根据在物料干燥过程中采集到的温度、湿度和物料含水率的数据，能在较短的时间内自动绘制出物料干燥过程中各个干燥腔内湿度、物料的温度和出口物料含水率的变化曲线，并能绘制出某一批物料从入口到出口的干燥特性曲线、干燥速率特性曲线和温度特性曲线，给出物料整个干燥过程优化工艺曲线，并能根据物料在干燥过程中温度、湿度和物料含水率的变化，控制系统能不断优化干燥工艺参数，自动调节系统参数值。
红外温度传感器主要测定物料表面温度，测定范围：0-100℃，精度为±0.5℃；温湿度传感器主要测定干燥腔内空气的温度和湿度，温度测定范围为0-100℃，精度为±0.5℃，湿度测定范围为20-100％RH(相对湿度)，精度为±2％；水分传感器测定物料含水率(湿基)，测定范围为5-95％(湿基)，精度为±0.5％。
考虑到物料对干燥过程温度和湿度的具体要求，本发明在每个微波干燥腔里安装了红外温度传感器，在每个微波干燥腔排湿口安装了温湿度传感器以及可调速排湿风机，在进料口和排料口安装了水分传感器。各传感器采集的模拟信号通过数据采集卡进行A/D数据转换，将实时采集的数据采用滤波进行初级处理，向计算机发送处理后的数据。计算机根据所获取的信号和预先设定的物料温度、湿度和水分参数，进行比较后，通过模拟量输出板的D/A转换对外围控制设备发出控制命令，调节微波磁控管输出功率、输送带速度、排湿风机速度。中心计算机根据干燥过程开始、结束和故障控制磁控管和排湿电机、输送带电机的开关，以此达到智能控制的目的。
本发明同传统的微波连续干燥机相比，在干燥效率、物料干燥品质、干燥能耗和可操作性等方面都得到了显著的提高。首先提高了温度和湿度的控制精度，避免了因温度控制滞后导致的干燥温度过高，使物料品质降低、能耗增加，同时避免了由于湿度控制滞后，使干燥湿度过高，干燥效率下降，能耗增加。其次提高了水分控制精度，避免了由于水分控制滞后引起的物料含水率过低，导致干燥能耗增加，干燥效率下降。同传统静态优化工艺参数方法相比，本控制采用了动态优化干燥工艺参数方法，保证干燥效率和物料干后品质同时，大大降低了干燥能耗和成本；最后提高了干燥自动化程度，降低了物料干燥操作的劳动强度，大大降低了干燥成本。
附图说明
图1为本发明智能化微波连续干燥机的结构示意图。
图2为本发明智能化微波连续干燥机的控制结构图。
图3为本发明智能化微波连续干燥机的控制流程图。
下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细的说明：
具体实施方式
一种智能化微波连续干燥机，包括有机架24，机架24左端上方安装有进料斗1和护板25，进料斗1安装有水分传感器2，机架上架设有输送带15，输送带15左、右端套在输送带轮16上，输送带轮16由安装机架24上的可调减速电机19驱动，输送带右端下方有出料斗17，出料斗17内安装有水分传感器18，输送带15穿过相互串联的五个微波干燥腔，每个微波干燥腔内均安装有三个微波磁控管6、一个远红外温度传感器4和一个湿度传感器5和一个调速风机3；每个微波磁控管是0.7KW。在微波干燥腔上有箱门7，箱门7上有把手8，机架24上安装有仪表控制柜9，仪表控制柜9上安装有物料表面温度显示仪10、空气温湿度显示仪11、风机开关12、水分显示仪13、变频调速显示仪14、电源开关20、磁控管功率调节开关21、磁控管工作时间调节开关22、输送带电机开关23。各显示仪分别与相应的传感器连接。
智能化微波连续干燥机的控制方法，其特征在于：在干燥前，根据用户选择的干燥物料种类和测得的进料斗物料含水率，控制系统会自动推荐优化干燥工艺曲线和各个干燥腔的微波磁控管输出功率初始值、风机转速初始值和输送带运动速度初始值，所述的优化干燥工艺曲线指三种曲线：操作者可以根据具体要求重新设定各参数初始值和新建一个干燥工艺曲线，作为物料干燥工艺曲线，在干燥过程中，控制系统根据预先设定的优化干燥工艺曲线不断调节干燥控制参数：微波磁控管输出功率、风机转速、输送带运动速度，并使物料含水率、温度、干燥腔内湿度等参数保持在一定的精度范围内变化。
干燥机的每个干燥腔微波输出功率范围：0-2.1千瓦，风机转速可调范围：0-1000转/分钟，输送带运动速度可调范围：0-5米/分钟；控制系统推荐的物料干燥初始设定值如下表所示：
Figure A200810156781D00101
Figure A200810156781D00111
注：上表适用于物料厚度在2.5cm±0.5cm；如果厚度在3.5cm±0.5cm，则磁控管输出功率初始值增加1-2kW或输送带运动速度初始值减小0.5-1m/min，排湿风机转速初始值增加50-100r/min；如果厚度在1.5cm±0.5cm，则磁控管输出功率初始值减小1-2kW或输送带运动速度初始值增加0.5-1m/min，排湿风机转速初始值减小50-100r/min。
在输送带输送物料进行干燥的过程中，反复依次进行下列步骤：
(1)、将从各个微波干燥腔中的红外温度传感器获取的某时间点的物料表面温度值分别与温度随时间变化曲线上标定的同一时间点对应的温度设定值范围比较：如果温度值在温度设定值范围内，转到(2)；如果物料表面温度值大于温度设定值上限，则降低微波磁控管输出功率；如果温度值小于温度设定值下限，则增加微波磁控管输出功率；当物料表面温度值位于温度设定值范围时，则不调整微波磁控管输出功率；
(2)、将从各个微波干燥腔中的湿度传感器获取的某时间点的干燥腔内气体湿度值分别与湿度随时间变化曲线上标定的同一时间点对应的湿度设定值范围比较：如果气体湿度值在湿度设定值范围内，转到(3)；如果气体湿度值大于湿度设定值上限，则增加风机转速；如果气体湿度值小于湿度设定值下限，则降低风机转速；当湿度值位于湿度设定值范围时，则不调整风机转速；
(3)、将出料斗的水分传感器获取的某时间点的物料含水率值分别与含水率随时间变化曲线上标定的同一时间点对应的含水率设定值范围比较：如果物料含水率值大于水分设定值上限，则降低输送带速度；如果物料含水率值小于含水率设定值下限，则提高输送带速度；当物料含水率值位于含水率设定值范围时，则不调整输送带转速。

Claims (6)

1、一种智能化微波连续干燥机，包括有机架、输送带、输送带轮、驱动电机及仪表控制箱、计算机，在输送带两端分别有进料斗、出料斗，其特征在于：所述的输送带穿过多个带有开门的微波干燥腔，所述的各个微波干燥腔内安装有微波磁控管、红外温度传感器、温湿度传感器和风机，所述的进料斗、出料斗内分别安装有水分传感器。
2、根据权利要求1所述的智能化微波连续干燥机，其特征在于：所述的红外温度传感器、温湿度传感器、水分传感器分别连接安装于仪表控制箱上的数据显示仪表。
3、根据权利要求1所述的智能化微波连续干燥机，其特征在于：所述的驱动电机由变频器驱动。
4、根据权利要求1所述的智能化微波连续干燥机，其特征在于：所述的风机为可调速风机。
5、根据权利要求1所述的智能化微波连续干燥机的控制方法，其特征在于：在干燥前，根据用户选择的干燥物料种类和测得的进料斗物料含水率，控制系统会自动推荐优化干燥工艺曲线和各个干燥腔的微波磁控管输出功率初始值、风机转速初始值和输送带运动速度初始值，所述的优化干燥工艺曲线指三种曲线：物料含水率随时间变化曲线、温度随时间变化曲线、湿度随时间变化曲线，操作者可以根据具体要求重新设定各参数初始值和新建一个干燥工艺曲线，作为物料干燥工艺曲线，在干燥过程中，控制系统根据预先选择的优化干燥工艺曲线不断调节干燥控制参数：微波磁控管输出功率、风机转速、输送带运动速度，并使物料含水率、温度、干燥腔内湿度等参数保持在一定的精度范围内变化；
干燥机的每个干燥腔微波输出功率范围：0-2.1千瓦，风机转速可调范围：0-1000转/分钟，输送带运动速度可调范围：0-5米/分钟；控制系统推荐的物料干燥初始设定值如下表所示：
Figure A200810156781C00021
Figure A200810156781C00031
上表适用于物料厚度在2.5cm±0.5cm；如果厚度在3.5cm±0.5cm，则磁控管输出功率初始值增加1-2kW或输送带运动速度初始值减小0.5-1m/min，排湿风机转速初始值增加50-100r/min；如果厚度在1.5cm±0.5cm，则磁控管输出功率初始值减小1-2kW或输送带运动速度初始值增加0.5-1m/min，排湿风机转速初始值减小50-100r/min；
在输送带输送物料进行干燥的过程中，反复依次进行下列步骤：
(1)、将从各个微波干燥腔中的红外温度传感器获取的某时间点的物料表面温度值分别与温度随时间变化曲线上标定的同一时间点对应的温度设定值范围比较：如果温度值在温度设定值范围内，转到(2)；如果物料表面温度值大于温度设定值上限，则降低微波磁控管输出功率；如果温度值小于温度设定值下限，则增加微波磁控管输出功率；当物料表面温度值位于温度设定值范围时，则不调整微波磁控管输出功率；
(2)、将从各个微波干燥腔中的湿度传感器获取的某时间点的干燥腔内气体湿度值分别与湿度随时间变化曲线上标定的同一时间点对应的湿度设定值范围比较：如果气体湿度值在湿度设定值范围内，转到(3)；如果气体湿度值大于湿度设定值上限，则增加风机转速；如果气体湿度值小于湿度设定值下限，则降低风机转速；当湿度值位于湿度设定值范围时，则不调整风机转速；
(3)、将出料斗的水分传感器获取的某时间点的物料含水率值分别与含水率随时间变化曲线上标定的同一时间点对应的含水率设定值范围比较：如果物料含水率值大于水分设定值上限，则降低输送带速度；如果物料含水率值小于含水率设定值下限，则提高输送带速度；当物料含水率值位于含水率设定值范围时，则不调整输送带转速。
6、根据权利要求1所述的智能化微波连续干燥机的控制方法，其特征在于：控制系统根据在物料干燥过程中采集到的温度、湿度和物料含水率的数据，能在较短的时间内自动绘制出物料干燥过程中各个干燥腔物料的温度、湿度和出口物料含水率的变化曲线，并能绘制出某一批物料从入口到出口的干燥特性曲线、干燥速率特性曲线和温度特性曲线，给出物料整个干燥过程优化工艺曲线，根据物料在干燥过程中温度、湿度和物料含水率的变化，控制系统能不断优化干燥工艺参数，自动调节系统参数值。
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