CN104571212B - 干果射频杀虫机温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提出一种由自动控制方式实现的干果射频杀虫加热速率精确调节系统。本发明包括温度检测及处理装置、温度控制装置、执行装置。温度控制系统将根据射频加热系统启动后短时间内物料的温度上升情况、射频场下物料的加热速率以及极板间距间的关系，计算出要达到预设加热速率所需的极板间距值，并控制伺服电机调整极板间距实现初步调整。在后续的加热过程中，进一步通过物料的温度和加热速率，采用比例积分控制算法对极板间距不断进行微调，从而实现对物料加热速率的精确控制。本发明可实现干果射频杀虫作业的温度自动化控制，控制精度高，提高了生产效率，适合于干果射频杀虫实际作业。

Description

干果射频杀虫机温度控制系统

技术领域

本发明属于干果射频杀虫装置，用于实现干果射频杀虫处理过程中，物料加热速率和温度的自动化精确控制。

背景技术

射频加热技术具有穿透性强，加热速度快，对害虫具有选择性杀灭作用等特点，因此在干坚果杀虫方面具有很好的应用前景。针对不同种类的干坚果物料和害虫，射频杀虫处理所需的加热速率、温度、加热时间等参数也不同。实际应用中，主要采用人工调节射频加热极板间距并多次调试的方式对物料的加热速率进行调节；调节过程费事费力，并且一旦确定极板间距，在射频杀虫处理过程中无法根据物料特性的变化进行微调，调节精度较低。因此，通过发明一种干果射频杀虫机温度控制系统，针对不同种类的干坚果物料和害虫实现对给定加热速率的自动调节，并在杀虫处理过程中根据物料特性随温度的变化进行微调，对提高干果射频杀虫机的生产效率和作业精度是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种由自动控制方式实现的干果射频杀虫加热速率精确调节系统。干果物料放置在极板间物料箱，当设置好控制参数并启动射频加热系统后，温度控制系统将根据射频加热系统启动后短时间内物料的温度上升情况、射频场下物料的加热速率以及极板间距间的关系，计算出要达到预设加热速率所需的极板间距值，并控制伺服电机调整极板间距实现初步调整。在后续的加热过程中，进一步通过物料的温度和加热速率，采用比例积分控制算法对极板间距不断进行微调，从而实现对物料加热速率的精确控制。

本发明的目的是这样实现的：干果射频杀虫机温度控制系统由温度检测及处理装置、温度控制装置和执行装置组成。温度检测及处理装置由光纤测温探头及其信号处理模块及基于RS232协议的通信模块组成。温度控制装置由可编程控制器与LCD液晶屏进行开发而成，并可与温度检测及处理装置进行数据通讯。执行装置由受温度控制装置控制的伺服电机和继电器模块组成，伺服电机进一步控制极板间距的调整来实现加热速率精确调节，继电器模块控制射频加热系统的开启与关闭。

其工作原理是:物料在射频场下，其加热速率与射频场频率、物料介电常数、极板间电压的平方成正比；与物料密度、物料比热容、极板间距的平方成反比。在干果射频杀虫机中，射频场频率与极板间电压为确定值；对于确定的干果物料，其相关物理参数也是确定值。因此，实际射频加热过程中，物料的加热速率只与极板间距的平方成反比关系，通过控制极板间距就可以实现对物料加热速率的控制。干果射频杀虫机温度控制系统工作时，物料首先在某一预设极板间距下被短时间加热。通过采集到的物料加热速率和当前极板间距可确定物料加热速率与极板间距平方间的比例系数，并进一步计算出达到预设加热速率所需的极板间距值，从而驱动伺服电机调整极板间距，实现物料加热速率的初步调整。在后续的加热过程中，进一步通过物料的温度和加热速率，采用比例积分控制算法对极板间距不断进行微调，从而实现对物料加热速率的精确控制。

本发明具有以下优势：

1、针对不同种类的干果物料和害虫，可根据预定的加热速率实现极板间距的自动调整，避免了人工调节中多次反复进行极板间距确定的过程，提高了生产效率。

2、在杀虫处理过程中，可通过自动控制算法对极板间距进行微调，使实际加热速率不因物料特性随温度的变化而偏离预设值，提高了射频杀虫机的作业精度。

附图说明

附图1是系统组成示意图；

附图2是系统工作流程图；

附图3是系统比例积分控制算法原理框图。

具体实施方式

本发明专利提出的干果射频杀虫机温度控制系统，结合附图及实施例详细说明如下。

图1所示，依照本发明专利实施方式的一种干果射频杀虫机温度控制系统包括：

温度检测及处理装置，用于检测干果物料箱内物料的温度，进行温度信号处理，以及与温度控制装置进行数据传递。本装置采用光纤测温传感器及其数据处理模块和基于RS-232总线的通讯模块搭建。本发明中的温度检测及处理装置进一步包括以下功能模块：

温度检测及数据处理模块，通过光纤测温探头采集物料温度信号，并通过放大、滤波和模数转换处理，得到可被温度控制装置识别的温度信号和温度变化率信号。

通信模块，采用RS-232总线与温度控制装置相连接，将处理后的温度信号和温度变化率信号发送给温度控制装置。

温度控制装置，用于根据物料当前温度及其变化率，通过控制算法计算控制参数，并发送至执行装置。温度控制装置应用时，因满足以下条件：硬件系统采用可编程控制器与LCD液晶屏开发，硬件条件因满足系统软件模块运行需求；工作稳定、可靠、低功耗；可与本发明其他部件进行实时有效通信，灵活性好。本发明中的温度控制装置进一步包括以下功能模块：

控制参数设置模块，用于设置物料所要加热最终温度、加热速率和总加热时间。通过与可编程控制器相连接的LCD液晶屏完成其功能。

控制模块，通过所设置的加热速率、极板初始间距和物料初始温度变化率，计算出达到设置的加热速率所需的极板间距参数，并将计算出的极板间距参数发送给执行装置，实现极板间距的初步调整。然后根据当前温度和温度变换率决策出极板间距的微调量，并发送给执行装置。

执行装置，用于接受控制参数和执行控制命令，实现对物料温度和温度变化率的控制。本模块由2台温度控制装置和射频极板相连接的伺服电机与1组控制射频加热系统的继电器模块组成。本发明中的执行装置进一步包括以下功能模块：

极板间距调节模块，用于接收温度控制装置发送的极板间距参数，根据极板初始间距计算出伺服电机调节量，并驱动伺服电机转动来实现对极板间距的调节。

射频加热系统开关控制模块，用于通过判断当前温度和加热时间是否达到预设值，从而关闭或开启射频加热系统。

本发明专利提出的干果射频杀虫机温度控制系统工作方式包括步骤：

S1：将干果物料放置如极板间物料箱内，在LCD液晶屏上进行加热速率、最终加热温度、加热总时间的设置，启动干果射频杀虫机温度控制系统。

S2：干果射频杀虫机在当前极板间距下对干果物料进行为时5s的加热，然后计算出当前极板间距下的干果物料加热速率，并按照以下计算方式计算出达到预设加热速率所需的极板间距数值。

其中d为所需的极板间距值，d₀为当前极板间距值，为当前加热速率，为预设加热速率。

S3：系统根据由S2步骤计算出的所需极板间距值与当前极板加剧之差，计算出伺服电机调节量，并驱动伺服电机转动来实现对极板间距的调节。

S4：系统以3s时间间隔定时采集干果物料的温度值，并按照以下比例积分控制算法对极板间距不断进行微调。

其中为当前采样周期的加热速率，为上一采样周期的加热速率，为预设加热速率，K_p为比例控制系数，k_i为积分控制系数，d_k为当前极板间距，d_k+1为调整后的极板间距。

S5：若当前温度大于预设的最终加热温度，则通过继电器模块关闭射频加热系统，使物料暂停加热，否则继续重复S4步骤对物料加热过程进行控制。若达到预设的加热总时间，则通过继电器模块关闭射频加热系统，停止加热物料，完成控制过程。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形，因此所用等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求而定。

Claims (2)

1.一种干果射频杀虫机温度控制系统，该系统包括：

温度检测及处理装置，用于检测干果物料箱内物料的温度，进行温度信号处理，以及与温度控制装置进行数据传递；包括温度检测及数据处理模块，通过光纤测温探头采集物料温度信号，并通过放大、滤波和模数转换处理，得到可被温度控制装置识别的温度信号和温度变化率信号；通信模块，采用RS-232总线与温度控制装置相连接，将处理后的温度信号和温度变化率信号发送给温度控制装置；

温度控制装置，用于根据物料当前温度及其变化率，通过控制算法计算控制参数，并发送至执行装置；

执行装置，用于接受控制参数和执行控制命令，实现对物料温度和温度变化率的控制；

其特征在于：温度控制装置进一步包括：

控制参数设置模块，用于设置物料所要加热最终温度、加热速率和总加热时间；

控制模块，通过所设置的加热速率、极板初始间距和物料初始温度变化率，计算出达到设置的加热速率所需的极板间距参数，并将计算出的极板间距参数发送给执行装置，实现极板间距的初步调整；然后根据当前温度和温度变换率决策出极板间距的微调量，并发送给执行装置；

控制系统工作方式包括步骤：

S1：将干果物料放置在极板间物料箱内，在LCD液晶屏上进行加热速率、最终加热温度、加热总时间的设置，启动干果射频杀虫机温度控制系统；

S2：干果射频杀虫机在当前极板间距下对干果物料进行为时5s的加热，然后计算出当前极板间距下的干果物料加热速率，并按照以下计算方式计算出达到预设加热速率所需的极板间距数值；

<mrow> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;T</mi> <mn>0</mn> </msub> <msubsup> <mi>d</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> </mrow> </mfrac> </msqrt> </mrow>

其中d为所需的极板间距值，d₀为当前极板间距值，△T₀为当前加热速率，△T为预设加热速率；

S3：系统根据由S2步骤计算出的所需极板间距值与当前极板间距之差，计算出伺服电机调节量，并驱动伺服电机转动来实现对极板间距的调节；

S4：系统以3s时间间隔定时采集干果物料的温度值，并按照以下比例积分控制算法对极板间距不断进行微调；

e_k＝ΔT_k-ΔT；e_k-1＝ΔT_k-1-ΔT；

adj＝k_p(e_k-e_k-1)+k_ie_k；

d_k+1＝d_k+adj

其中△T_k为当前采样周期的加热速率，△T_k-1为上一采样周期的加热速率，△T为预设加热速率，k_p为比例控制系数，k_i为积分控制系数，d_k为当前极板间距，d_k+1为调整后的极板间距；

S5：若当前温度大于预设的最终加热温度，则通过继电器模块关闭射频加热系统，使物料暂停加热，否则继续重复S4步骤对物料加热过程进行控制；若达到预设的加热总时间，则通过继电器模块关闭射频加热系统，停止加热物料，完成控制过程。

2.如权利要求1所述的干果射频杀虫机温度控制系统，其特征在于：执行装置进一步包括：

极板间距调节模块，用于接收温度控制装置发送的极板间距参数，根据极板初始间距计算出伺服电机调节量，并驱动伺服电机转动来实现对极板间距的调节；

射频加热系统开关控制模块，用于通过判断当前温度和加热时间是否达到预设值，从而关闭或开启射频加热系统。