CN111142589B - 水产品船载超低温保鲜加工控制系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水产品船载超低温保鲜加工控制系统与方法。本发明包括主控制系统、显示单元、阀控单元、采集单元和动力单元。本发明速冻过程分为四个阶段,第一阶段为预冷阶段,第二阶段为快速冷冻阶段,第三阶段为深度冷冻阶段,第四阶段为保温阶段;各个阶段执行不同的降温速率和速冻时间,其中快速冷冻阶段降温速率最大,其次是深度冷冻阶段,最后是预冷阶段,保温阶段维持设备内环境温度稳定。本发明液氮消耗量低,温度控制精确,速冻速率快,且速冻出的水产品无需添加保鲜剂,绿色环保品质好,提高了水产品船载源头保鲜水平,增加了产品附加值。
Description
技术领域
本发明属于海产品保鲜技术领域,具体涉及一种水产品船载超低温保鲜加工控制系统与方法。
背景技术
我国是世界渔业大国,水产资源丰富,水产品种类繁多。2018年全国渔业总产值已达到12815亿元,其中海洋捕捞产值2228亿元,水产品总产量6457万吨,其中海水产品产量约3301万吨,远洋渔业产量225万吨。自2012年起,中央财政对渔业投入大幅增加,为渔业经济保持高度可持续发展提供了最佳保障。
随着近海资源持续衰退,国家鼓励发展外海作业和远洋渔业。就捕捞渔船而言,如何进一步对捕获的海产品在船上做好保鲜工作,确保捕获的海产品品质和价值,显得更为重要。长期以来,国内渔场捕捞船对捕获的水产品保鲜通常用冰保鲜,这种传统方法有很多局限性,后来用保鲜剂保鲜,如加入焦亚硫酸钠(虾粉),其被分解后成为二氧化硫,福尔马林(甲酴)等均是致癌物质,存在食品安全隐患,影响人的身体健康。近几年陆陆续续有渔船开始安装氟利昂制冷库,水产品保鲜水平虽得到一定程度的提高,但是这种保鲜方式还需要加入虾粉等保鲜剂。
液氮超低温速冻技术是采用液氮瞬时释放的极大冷冻强度,使海产品快速通过冰晶生成带,有效抑制蛋白变性,肌肉纤维破坏较少,有效控制干耗,冻品在解冻后品质和冰鲜状态一样。同时,科技的不断发展,海产品深加工及贮藏技术也在不断提高,目前产业发展的总体趋势是:海产品加工及贮藏前移,即海产品加工移至船上,“海上移动工厂”成为一种新模式。若将液氮超低温速冻技术应用直接延伸到一线海洋捕捞加工船,可提升海产品源头保鲜水平,最大程度保持水产鲜度品质。因此,提供一种水产品船载超低温保鲜加工控制系统与方法显得尤为重要。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供了一种水产品船载超低温保鲜加工控制系统与方法。
本发明解决技术问题采用的技术方案是:
水产品船载超低温保鲜加工控制系统,包括主控制系统、显示单元、阀控单元、采集单元和动力单元。
所述的主控制系统,用于控制阀控单元、采集单元和动力单元。主控制系统集成了水产品液氮速冻工艺专家库系统,即不同种类不同规格的水产品液氮速冻时,阀控单元、采集单元和动力单元的最优匹配参数。
所述的显示单元,用于显示和设定高精度控制系统的多种参数,以及控制系统运行的实时工况。
所述的采集单元主要由温度传感器组成,其中温度传感器A用于测量速冻设备内部的环境温度,温度传感器B用于测量速冻水产品的中心温度。
所述的阀控单元,主要由液氮过滤器、压力变送器、安全阀、电动球阀、组合式低温电磁阀和液氮喷淋系统组成,用于液氮流量的精确调节;所述的安全阀用于监测液氮管路内压力,当液氮管路内压力值高于安全阀设定的安全压力值时自动泄压。所述的电动球阀为截止阀,控制液氮管路的通断。组合式低温电磁阀由小通径开关阀、中通径开关阀和大通径开关阀组合而成,用PWM波占空比来控制开关阀的开启闭合时间比例,等效模拟开关阀阀口开度的大小。
所述的动力单元,用于控制排风风机和循环风机。
水产品船载超低温保鲜加工控制方法,使用上述的系统,具体是:
将待冷冻的水产品放入液氮速冻设备内,选择专家库系统中相对应的液氮速冻工艺,按下显示单元界面上的自动按钮,即水产品液氮速冻开始。
速冻过程分为四个阶段,第一阶段为预冷阶段,第二阶段为快速冷冻阶段,第三阶段为深度冷冻阶段,第四阶段为保温阶段;各个阶段执行不同的降温速率和速冻时间,其中快速冷冻阶段降温速率最大,其次是深度冷冻阶段,最后是预冷阶段,保温阶段维持设备内环境温度稳定。
本发明的有益效果是:系统液氮消耗量低,温度控制精确,速冻速率快,且速冻出的水产品无需添加保鲜剂,绿色环保品质好,提高了水产品船载源头保鲜水平,增加了产品附加值。
附图说明
图1为水产品船载超低温保鲜加工控制系统系统结构图。
图2为水产品船载超低温保鲜加工控制方法流程图。
图3为水产品超低温深冷速冻过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所述,水产品船载超低温保鲜加工控制系统主要包括主控制系统、显示单元、阀控单元、采集单元和动力单元。
所述的主控制系统,用于控制阀控单元、采集单元和动力单元。主控制系统集成了水产品液氮速冻工艺专家库系统,即不同种类不同规格的水产品液氮速冻时,阀控单元、采集单元和动力单元的最优匹配参数。
所述的显示单元,用于显示和设定高精度控制系统的各种参数,以及系统运行的实时工况。
所述的采集单元主要由温度传感器组成,温度传感器A用于测量速冻设备内部的环境温度,温度传感器B用于测量速冻水产品的中心温度。
所述的阀控单元,主要由液氮过滤器、压力变送器、安全阀、电动球阀、组合式低温电磁阀和液氮喷淋系统组成,用于液氮流量的精确调节。所述的安全阀用于监测液氮管路内压力,当液氮管路内压力值高于安全阀设定的安全压力值时自动泄压。所述的电动球阀为截止阀,控制液氮管路的通断。组合式低温电磁阀由小通径开关阀、中通径开关阀和大通径开关阀组合而成,用PWM波占空比来控制开关阀的开启闭合时间比例,等效模拟开关阀阀口开度的大小。
所述的动力单元,用于控制排风风机和循环风机。
如图2所示,水产品船载超低温保鲜加工控制方法是:
将待冷冻的水产品放入液氮速冻设备内,选择专家库系统中相对应的液氮速冻工艺,按下显示单元界面上的自动按钮,即水产品液氮速冻开始。
速冻过程分为四个阶段,第一阶段为预冷阶段,第二阶段为快速冷冻阶段,第三阶段为深度冷冻阶段,第四阶段为保温阶段。各个阶段执行不同的降温速率和速冻时间,即快速冷冻阶段降温速率最大,其次是深度冷冻阶段,最后是预冷阶段,保温阶段维持设备内环境温度稳定。当速冻水产品的中心温度达到A时,速冻过程立即从预冷阶段转入快速冷冻阶段;当速冻水产品的中心温度达到B时,速冻过程立即从快速冷冻阶段转入深度冷冻阶段;当速冻水产品的中心温度达到C时,速冻过程立即从深度冷冻阶段转入保温阶段;当速冻水产品的中心温度达到D时,速冻过程结束。
水产品液氮速冻开始后,系统先进行自检,在系统无任何异常的情况下首先进入预冷阶段。主控制系统发出指令给阀控单元,阀控单元开始工作,并最终通过液氮喷淋系统将液氮雾化喷淋至液氮速冻设备内部。液氮速冻设备内部温度降低,当设备内部温度下降到设定值A1时,随即进入保温模式,阀控单元停止工作。水产品速冻过程中吸收大量的冷量,设备内部温度会升高,阀控单元又开始工作,当设备内部温度再次下降到设定值A1时,又进入保温模式,阀控单元停止工作,直至速冻水产品的中心温度达到A时,预冷阶段完成,进入快速冷冻阶段。
进入快速冷冻阶段后,主控制系统发出指令给阀控单元工作,液氮速冻设备内部温度继续降低,当设备内部温度下降到设定值B1时,随即进入保温模式,阀控单元停止工作。水产品速冻过程中吸收大量的冷量,设备内部温度会升高,阀控单元又开始工作,当设备内部温度再次下降到设定值B1时,又进入保温模式,阀控单元停止工作,直至速冻水产品的中心温度达到B时,快速冷冻阶段完成,进入深度冷冻阶段。
进入深度冷冻阶段后,主控制系统发出指令给阀控单元工作,液氮速冻设备内部温度继续降低,当设备内部温度下降到设定值C1时,随即进入保温模式,阀控单元停止工作。水产品速冻过程中吸收大量的冷量,设备内部温度会升高,阀控单元又开始工作,当设备内部温度再次下降到设定值C1时,又进入保温模式,阀控单元停止工作,直至速冻水产品的中心温度达到C时,深度冷冻阶段完成,进入保温阶段。
进入保温阶段后,速冻水产品的中心温度继续降低,直至达到D时,冷冻完成,系统停止运行。
进一步说,基于节约液氮消耗量和提高速冻效率的目的, 预冷阶段、快速冷冻阶段、深度冷冻阶段和保温阶段,组合式低温电磁阀的控制策略都是:当设备内部温度值与设定值的差小于等于3℃时,小通径开关阀开启、中通径开关阀和大通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于3℃且小于等于6℃时,中通径开关阀开启、小通径开关阀和大通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于6℃且小于等于9℃时,大通径开关阀开启、小通径开关阀和中通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于9℃且小于等于12℃时,小通径开关阀和中通径开关阀都开启、大通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于12℃且小于等于15℃时,小通径开关阀和大通径开关阀都开启、中通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于15℃且小于等于18℃时,小通径开关阀关闭,中通径开关阀和大通径开关阀都开启;当设备内部温度值与设定值的差大于18℃时,小通径开关阀、中通径开关阀和大通径开关阀都开启。
图3中,水产品液氮速冻过程分为预冷阶段、快速冷冻阶段、深度冷冻阶段和保温阶段。快速冷冻阶段速冻设备内部环境温度降温速率最大,其次是深度冷冻阶段,最后是预冷阶段,保温阶段维持设备内环境温度稳定。当速冻水产品的中心温度达到A时,速冻过程立即从预冷阶段转入快速冷冻阶段;当速冻水产品的中心温度达到B时,速冻过程立即从快速冷冻阶段转入深度冷冻阶段;当速冻水产品的中心温度达到C时,速冻过程立即从深度冷冻阶段转入保温阶段;当速冻水产品的中心温度达到D时,速冻过程结束。
图3中,速冻设备内部环境温度达到A1时,进入预冷阶段的保温模式;速冻设备内部环境温度达到B1时,进入快速冷冻阶段的保温模式;速冻设备内部环境温度达到C1时,进入深度冷冻阶段的保温模式。
Claims (3)
1.水产品船载超低温保鲜加工控制系统,包括主控制系统、显示单元、阀控单元、采集单元和动力单元;
所述的主控制系统,用于控制阀控单元、采集单元和动力单元;主控制系统集成了水产品液氮速冻工艺专家库系统,即不同种类不同规格的水产品液氮速冻时,获取阀控单元、采集单元和动力单元的最优匹配参数;
所述的显示单元,用于显示和设定高精度控制系统的多种参数,以及控制系统运行的实时工况;
所述的采集单元主要由温度传感器组成,其中温度传感器A用于测量速冻设备内部的环境温度,温度传感器B用于测量速冻水产品的中心温度;
所述的阀控单元,主要由液氮过滤器、压力变送器、安全阀、电动球阀、组合式低温电磁阀和液氮喷淋系统组成,用于液氮流量的精确调节;所述的安全阀用于监测液氮管路内压力,当液氮管路内压力值高于安全阀设定的安全压力值时自动泄压;所述的电动球阀为截止阀,控制液氮管路的通断;组合式低温电磁阀由小通径开关阀、中通径开关阀和大通径开关阀组合而成,用PWM波占空比来控制开关阀的开启闭合时间比例,等效模拟开关阀阀口开度的大小;
所述的动力单元,用于控制排风风机和循环风机;
所述的速冻分为四个阶段,第一阶段为预冷阶段,第二阶段为快速冷冻阶段,第三阶段为深度冷冻阶段,第四阶段为保温阶段;
所述的预冷阶段具体是:主控制系统发出指令给阀控单元,阀控单元开始工作,并最终通过液氮喷淋系统将液氮雾化喷淋至液氮速冻设备内部;液氮速冻设备内部温度降低,当设备内部温度下降到设定值A1时,随即进入保温模式,阀控单元停止工作;水产品速冻过程中吸收大量的冷量,设备内部温度会升高,阀控单元又开始工作,当设备内部温度再次下降到设定值A1时,又进入保温模式,阀控单元停止工作,直至速冻水产品的中心温度达到A时,预冷阶段完成,进入快速冷冻阶段;
所述的快速冷冻阶段具体是:主控制系统发出指令给阀控单元工作,液氮速冻设备内部温度继续降低,当设备内部温度下降到设定值B1时,随即进入保温模式,阀控单元停止工作;水产品速冻过程中吸收大量的冷量,设备内部温度会升高,阀控单元又开始工作,当设备内部温度再次下降到设定值B1时,又进入保温模式,阀控单元停止工作,直至速冻水产品的中心温度达到B时,快速冷冻阶段完成,进入深度冷冻阶段;
所述的深度冷冻阶段具体是:主控制系统发出指令给阀控单元工作,液氮速冻设备内部温度继续降低,当设备内部温度下降到设定值C1时,随即进入保温模式,阀控单元停止工作;水产品速冻过程中吸收大量的冷量,设备内部温度会升高,阀控单元又开始工作,当设备内部温度再次下降到设定值C1时,又进入保温模式,阀控单元停止工作,直至速冻水产品的中心温度达到C时,深度冷冻阶段完成,进入保温阶段;
进入保温阶段后,速冻水产品的中心温度继续降低,直至达到D时,冷冻完成,停止运行。
2.水产品船载超低温保鲜加工控制方法,使用权利要求1所述的系统,其特征在于:
将待冷冻的水产品放入液氮速冻设备内,选择专家库系统中相对应的液氮速冻工艺,按下显示单元界面上的自动按钮,即水产品液氮速冻开始;
速冻过程分为四个阶段,第一阶段为预冷阶段,第二阶段为快速冷冻阶段,第三阶段为深度冷冻阶段,第四阶段为保温阶段;各个阶段执行不同的降温速率和速冻时间,其中快速冷冻阶段降温速率最大,其次是深度冷冻阶段,最后是预冷阶段,保温阶段维持设备内环境温度稳定;
所述的预冷阶段具体是:主控制系统发出指令给阀控单元,阀控单元开始工作,并最终通过液氮喷淋系统将液氮雾化喷淋至液氮速冻设备内部;液氮速冻设备内部温度降低,当设备内部温度下降到设定值A1时,随即进入保温模式,阀控单元停止工作;水产品速冻过程中吸收大量的冷量,设备内部温度会升高,阀控单元又开始工作,当设备内部温度再次下降到设定值A1时,又进入保温模式,阀控单元停止工作,直至速冻水产品的中心温度达到A时,预冷阶段完成,进入快速冷冻阶段;
所述的快速冷冻阶段具体是:主控制系统发出指令给阀控单元工作,液氮速冻设备内部温度继续降低,当设备内部温度下降到设定值B1时,随即进入保温模式,阀控单元停止工作;水产品速冻过程中吸收大量的冷量,设备内部温度会升高,阀控单元又开始工作,当设备内部温度再次下降到设定值B1时,又进入保温模式,阀控单元停止工作,直至速冻水产品的中心温度达到B时,快速冷冻阶段完成,进入深度冷冻阶段;
所述的深度冷冻阶段具体是:主控制系统发出指令给阀控单元工作,液氮速冻设备内部温度继续降低,当设备内部温度下降到设定值C1时,随即进入保温模式,阀控单元停止工作;水产品速冻过程中吸收大量的冷量,设备内部温度会升高,阀控单元又开始工作,当设备内部温度再次下降到设定值C1时,又进入保温模式,阀控单元停止工作,直至速冻水产品的中心温度达到C时,深度冷冻阶段完成,进入保温阶段;
进入保温阶段后,速冻水产品的中心温度继续降低,直至达到D时,冷冻完成,停止运行。
3.根据权利要求2所述的水产品船载超低温保鲜加工控制方法,其特征在于:
在预冷阶段、快速冷冻阶段、深度冷冻阶段和保温阶段,组合式低温电磁阀的控制策略都是:当设备内部温度值与设定值的差小于等于3℃时,小通径开关阀开启、中通径开关阀和大通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于3℃且小于等于6℃时,中通径开关阀开启、小通径开关阀和大通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于6℃且小于等于9℃时,大通径开关阀开启、小通径开关阀和中通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于9℃且小于等于12℃时,小通径开关阀和中通径开关阀都开启、大通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于12℃且小于等于15℃时,小通径开关阀和大通径开关阀都开启、中通径开关阀关闭;当设备内部温度值与设定值的差大于15℃且小于等于18℃时,小通径开关阀关闭,中通径开关阀和大通径开关阀都开启;当设备内部温度值与设定值的差大于18℃时,小通径开关阀、中通径开关阀和大通径开关阀都开启。
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