CN112611174A - 一种多能互补干燥控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了干燥技术领域内的一种多能互补干燥控制系统，包括以下步骤：（1）根据干燥工艺在触摸屏上输入若干个阶段的干燥温湿度和时间；（2）在触摸屏上选择启动，开启循环风机；（3）计算各个阶段设定的温度在单位时间内的变化值和即时温度设定值；（4）控制器计算实时温差值，根据实时温差值判断是否需要调节温度，若要升温，进料电机动作，否则不动作；（5）反馈实时湿度信号Ut给控制器，与设定的湿度值Ux进行对比，若Ut>Ux，排湿风机动作，直到烘干室内的湿度小于该阶段下设定的湿度值为止；（6）判断运行的烘干时间是否小于设定的烘干时间，若是，返回步骤（3），若不是，干燥结束；本发明适用范围广。

Description

一种多能互补干燥控制系统
技术领域
本发明属于干燥技术领域，特别涉及一种多能互补干燥控制系统。
背景技术
烘干是果蔬、食用菌等食品保存的重要途径之一，温湿度是决定烘干质量的重要因素，温度过高或过低、排湿不及时和过渡排湿都会对干燥品质造成影响，不同种类的食品的干燥工艺也不一样。
现有技术中，干燥控制时温湿度控制参数单一，只能将温湿度控制在某一固定的区间内，烘干质量低，温湿度参数波动大，只能适用于单一食品的干燥，适用范围不广。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中的不足之处，提供一种多能互补干燥控制系统，解决了现有技术中适用范围不广的技术难题，本发明适用范围更广，实现温湿度分段控制，提高烘干质量。
本发明的目的是这样实现的：一种多能互补干燥控制系统，包括触摸屏、控制器、安装在烘干房内的温湿度一体传感器、安装在生物质燃烧炉出风口处的热电偶传感器一和安装在生物质燃烧炉的废气出风口处的热电偶传感器二，所述温湿度一体传感器将检测到的烘干房内的温度和湿度信号传输给控制器，所述热电偶传感器一和热电偶传感器二分别检测生物质燃烧炉出风口处的温度信号和废气出风口的温度信号，所述控制器根据检测到的温度信号控制生物质燃烧炉上进料电机的动作，控制器根据接收到的湿度信号控制烘干房的排湿风机的动作，所述触摸屏与控制器电连接，包括以下步骤：
(1)根据干燥工艺在触摸屏上输入若干个阶段的干燥温度、湿度和时间；
(2)在触摸屏上选择启动，控制器开启循环风机；
(3)计算各个阶段设定的温度在单位时间内的变化值Tx变化和即时温度设定值Tx；
(4)温湿度一体传感器反馈烘干房的实时温度信号T9给控制器，热电偶传感器一反馈热风出风口温度信号T10给控制器，热电偶传感器二反馈废气出风口温度信号T11到控制器，控制器根据采集到的温度信号和计算出来的即时温度设定值Tx计算实时温差值T温差，根据T温差判断是否需要调节温度，若需要升温，控制器控制进料电机动作，往生物质燃烧炉内送入燃料，否则关闭进料电机；
(5)温湿度一体传感器反馈实时湿度信号Ut给控制器，与设定的湿度值Ux进行对比，若Ut>Ux，控制器控制排湿风机动作，直到烘干室内的湿度小于该阶段下设定的湿度值为止；
(6)判断实际运行的烘干时间是否小于设定的烘干时间，若是，返回步骤(3)，若不是，干燥结束；
Ut为t时间下的湿度值。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(3)中，
Figure BDA0002806421950000021
TX＝T2X-1+TX变化*tx阶段；
其中，x为阶段数，tx为x阶段下的干燥时间，tx阶段是第x阶段已经执行的时间。
为了进一步实现烘干房内的温度调节，所述步骤(4)中，T温差＝Tx-T9；
根据T温差判断是否需要调节温度的步骤具体如下，
(401)若T温差＞1℃，通过控制是否关闭进料电机进行粗调节；
(402)若0.5℃＜T温差≤1℃，通过计算进入燃烧炉内的燃料量进行细调节。
为了进一步提高适应范围，所述烘干房内侧排布有若干红外灯，所述控制器根据触摸屏上输入的干燥工艺控制红外灯的开关，若启用红外灯步骤(1)中还包括以下步骤，在触摸屏上输入红外干燥的启用时间ts和持续时间te；步骤(3)和步骤(4)之间还包括以下步骤，控制器的计时器计时，当计时时间达到启用时间ts时，控制器控制红外灯开启，否则红外灯关闭；开启时长达到持续时间te时，控制器关闭红外灯，否则红外灯开启。
为了进一步实现粗调节，促粗调节的步骤具体为，
若T温差＞10℃，且此时T10＜T设1，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若6℃＜T温差≤10℃，且此时T10＜T设2，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若3℃＜T温差≤6℃，且此时T10＜T设3，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若1℃＜T温差≤3℃，且此时T10＜T设4，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
细调节的步骤具体为，
计算生物质燃烧炉及其散热装置传热功率W炉，
Figure BDA0002806421950000031
计算当前阶段物料水分蒸发所需功率，
Figure BDA0002806421950000041
计算当前阶段生物质燃烧炉理论所需功率，
Figure BDA0002806421950000042
若0.5℃＜T温差≤1℃，且ξ炉*W炉＜W炉理，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
其中，α1是散热器内部热空气对流传热系数，α2是烘干房内散热器外部附近的空气对流传热系数，T12是散热器附近的温度与烘干房内的温度差值，S为散热面积，ψ为温度差矫正系数，M是物料的质量，x1为新鲜物料的含水率，x2是物料贮藏安全湿基含水率，tx是第x阶段持续时间，r水是水汽化潜热，ξx是第x阶段物料水分蒸发比例系数，W损是烘干房内部相对于外界的热损失功率，V空是烘干房内空气体积，ρ空是空气密度，r空是空气比热容，MX为第x阶段烘干室内食用菌质量，c水为水的比热容，t7是烘干室内升温T温差所需时间，W红是红外灯功率，若红外灯未启用，则W红为0；ξ炉是生物质炉温度矫正系数；T设1为设定的废气进风口温度一，T设2为设定的废气进风口温度二，T设3为设定的废气进风口温度三，T设4为设定的废气进风口温度四。
为了进一步提高烘干房内温度调节的精确度，所述步骤(5)中，排湿结束后，若0℃＜T温差＜0.5℃，延长进料电机开启时间对烘干房的温度进行温度补偿，
Figure BDA0002806421950000043
其中L为排湿风机单位时间风量，t排湿是排湿风机开启时间，ρ空是空气密度，c空是空气比热容，T外是外部环境温度，Q生物质是生物质燃料的热值，M生物质是进料电机单位时间内向燃烧炉送入的生物质燃料质量，t电机为进料电机的延长时间。
本发明中，根据干燥工艺设置多时段烘干温度，使用本发明实现不同阶段的变温和变湿度控制，温湿度波动小，当温差较大时，进行粗调节，温度很小时，进行精调节，温度控制精度更高，提高干燥效果；可应用于食品的干燥工作中，尤其适用于食用菌的干燥工作中。
附图说明
图1为本发明中触摸屏的主界面图。
图2为本发明中烘干设备的俯视图。
图3为图2中的A-A向视图。
图4为图2中的B-B向视图。
图5为本发明中烘干设备的立体结构图一。
图6为本发明中烘干设备的立体结构图二。
其中，1烘干房，2供热房，3散热器，4循环风机一，5隔热板，6热电偶传感器一，7生物质燃烧炉，8循环风机二，9进料电机，10热电偶传感器二，11排湿风机，12红外灯，13风管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1～6所示的一种多能互补干燥控制系统，包括触摸屏、控制器、安装在烘干房内的温湿度一体传感器、安装在生物质燃烧炉出风口处的热电偶传感器一和安装在生物质燃烧炉的废气出风口处的热电偶传感器二，生物质燃烧炉设置在供热房内，供热房经隔热板与烘干房隔开，隔热板上安装有至少一个循环风机一，所述温湿度一体传感器将检测到的烘干房内的温度和湿度信号传输给控制器，所述热电偶传感器一和热电偶传感器二分别检测生物质燃烧炉出风口处的温度信号和废气出风口的温度信号，生物质燃烧炉的出风口与散热器的进风口连接，所述控制器根据检测到的温度信号控制生物质燃烧炉上进料电机的动作，进料电机驱动物料送入燃烧炉内，烘干房远离供热房的一端安装有至少一个排湿风机，供热房上安装有至少一个进气风机，烘干房内固定连接有冷风管，冷风管的一端靠近烘干房的门体所在一侧，靠近门体的冷风管上连接有循环风机二，循环风机二的出风口与冷风管连通，冷风管的另一端与供热房连通，控制器根据接收到的湿度信号控制烘干房的排湿风机和供热房的进气风机的动作，所述触摸屏与控制器电连接，烘干房内侧排布有若干红外灯，所述控制器根据触摸屏上输入的干燥工艺控制红外灯的开关，包括以下步骤：
(1)根据干燥工艺在触摸屏上输入若干个阶段的干燥温度、湿度和时间；
(2)在触摸屏上选择启动，控制器开启循环风机一和循环风机二；
(3)计算各个阶段设定的温度在单位时间内的变化值Tx变化和即时温度设定值Tx，
Figure BDA0002806421950000061
TX＝T2X-1+TX变化*tx阶段；
(4)判断触摸屏上是否有输入红外干燥的启用时间ts和持续时间te，若启用，控制器的计时器计时，当计时时间达到启用时间ts时，控制器控制红外灯开启，否则红外灯关闭；开启时长达到持续时间te时，控制器关闭红外灯，否则红外灯开启；
(5)温湿度一体传感器反馈烘干房的实时温度信号T9给控制器，热电偶传感器一反馈热风出风口温度信号T10给控制器，热电偶传感器二反馈废气出风口温度信号T11到控制器，控制器根据采集到的温度信号和计算出来的即时温度设定值Tx计算实时温差值T温差，T温差＝Tx-T9，根据T温差判断是否需要调节温度，若需要升温，控制器控制进料电机动作，往生物质燃烧炉内送入燃料，否则关闭进料电机；
(6)温湿度一体传感器反馈实时湿度信号Ut给控制器，与设定的湿度值Ux进行对比，若Ut>Ux，控制器控制排湿风机和进气风机动作，直到烘干室内的湿度小于该阶段下设定的湿度值为止，排湿风机和进气风机停止动作；
(7)判断实际运行的烘干时间是否小于设定的烘干时间，若是，返回步骤(3)，若不是，干燥结束，进料电机停止动作；
其中，x为阶段数，tx为x阶段下的干燥时间，tx阶段是第x阶段已经执行的时间，Ut为t时间下的湿度值。
根据T温差判断是否需要调节温度的步骤具体如下，
(501)若T温差＞1℃，通过控制是否关闭进料电机进行粗调节；
(502)若0.5℃＜T温差≤1℃，通过计算进入燃烧炉内的燃料量进行细调节。
为了进一步实现粗调节，促粗调节的步骤具体为，
若T温差＞10℃，且此时T10＜T设1，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若6℃＜T温差≤10℃，且此时T10＜T设2，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若3℃＜T温差≤6℃，且此时T10＜T设3，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若1℃＜T温差≤3℃，且此时T10＜T设4，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
细调节的步骤具体为，
计算生物质燃烧炉及其散热装置传热功率W炉，
Figure BDA0002806421950000081
计算当前阶段物料水分蒸发所需功率，
Figure BDA0002806421950000082
计算当前阶段生物质燃烧炉理论所需功率，
Figure BDA0002806421950000083
若0.5℃＜T温差≤1℃，且ξ炉*W炉＜W炉理，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
其中，α1是散热器内部热空气对流传热系数，取值范围100～200W/(M2×℃)，α2是烘干房内散热器外部附近的空气对流传热系数，取值范围80～150W/(M2×℃)，T12是散热器附近的温度与烘干房内的温度差值，取值范围50～60℃，S为散热面积，ψ为温度差矫正系数，取值范围0.9～1.0；M是物料的质量，x1为新鲜物料的含水率，取值范围是80％～90％，x2是物料贮藏安全湿基含水率，一般取13％，tx是第x阶段持续时间，r水是水汽化潜热，ξx是第x阶段物料水分蒸发比例系数，W损是烘干房内部相对于外界的热损失功率，取值范围10kw～12kw，V空是烘干房内空气体积，ρ空是空气密度，r空是空气比热容，MX为第x阶段烘干室内食用菌质量，c水为水的比热容，t7是烘干室内升温T温差所需时间，W红是红外灯功率，若红外灯未启用，则W红为0；ξ炉是生物质炉温度矫正系数，取值范围0.9～0.98；T设1为设定的废气进风口温度一，T设2为设定的废气进风口温度二，T设3为设定的废气进风口温度三，T设4为设定的废气进风口温度四。
为了进一步提高烘干房内温度调节的精确度，所述步骤(6)中，排湿结束后，若0℃＜T温差＜0.5℃，延长进料电机开启时间对烘干房的温度进行温度补偿，
Figure BDA0002806421950000091
其中L为排湿风机单位时间风量，t排湿是排湿风机开启时间，ρ空是空气密度，c空是空气比热容，T外是外部环境温度，Q生物质是生物质燃料的热值，M生物质是进料电机单位时间内向燃烧炉送入的生物质燃料质量，t电机为进料电机的延长时间。
本发明工作时，循环风机一和循环风机二均打开，使室内的气压保持平衡，循环风机二将靠近门体的冷气吹进供热房内，供热房将冷气加热后再循环到烘干房内，使烘干房内的热气流更加均匀；排湿时，排湿风机和进气风机打开，排湿风机排出湿热气，进气风机将新鲜的空气吹进供热房内，保持房内气压平衡；根据干燥工艺设置多时段烘干温度，使用本发明实现不同阶段的变温和变湿度控制，温湿度波动小，当温差较大时，进行粗调节，温度很小时，进行精调节，温度控制精度更高，提高干燥效果；可应用于食品的干燥工作中，尤其适用于食用菌的干燥工作中。
烘干食用菌时，将干燥温度分为4个阶段，四个阶段的干燥温度分别为T1～T2、T3～T4、T5～T6、T7～T8，四个阶段的湿度分别为U1、U2、U3、U4，四个阶段的干燥时间分别为t1、t2、t3、t4，本实施例中，粗调节时，若T温差＞10℃，且此时T10＜385℃，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若6℃＜T温差≤10℃，且此时T10＜350℃，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若3℃＜T温差≤6℃，且此时T10＜290℃，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若1℃＜T温差≤3℃，且此时T10＜240℃，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机。
第一、二、三、四个干燥阶段ξx的取值分别是0.4、0.3、0.2、0.1，第一、二、三、四个干燥阶段MX分别取初始质量的100％，70％、45％、25％。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多能互补干燥控制系统，其特征在于，包括触摸屏、控制器、安装在烘干房内的温湿度一体传感器、安装在生物质燃烧炉出风口处的热电偶传感器一和安装在生物质燃烧炉的废气出风口处的热电偶传感器二，所述温湿度一体传感器将检测到的烘干房内的温度和湿度信号传输给控制器，所述热电偶传感器一和热电偶传感器二分别检测废气进风口处的温度信号和废气出风口的温度信号，所述控制器根据检测到的温度信号控制生物质燃烧炉上进料电机的动作，控制器根据接收到的湿度信号控制烘干房的排湿风机的动作，所述触摸屏与控制器电连接，包括以下步骤：
(1)根据干燥工艺在触摸屏上输入若干个阶段的干燥温度、湿度和时间；
(2)在触摸屏上选择启动，控制器开启循环风机；
(3)计算各个阶段设定的温度在单位时间内的变化值Tx变化和即时温度设定值Tx；
(4)温湿度一体传感器反馈烘干房的实时温度信号T9给控制器，热电偶传感器一反馈热风出风口温度信号T10给控制器，热电偶传感器二反馈废气出风口温度信号T11到控制器，控制器根据采集到的温度信号和计算出来的即时温度设定值Tx计算实时温差值T温差，根据T温差判断是否需要调节温度，若需要升温，控制器控制进料电机动作，往生物质燃烧炉内送入燃料，否则关闭进料电机；
(5)温湿度一体传感器反馈实时湿度信号Ut给控制器，与设定的湿度值Ux进行对比，若Ut>Ux，控制器控制排湿风机动作，直到烘干室内的湿度小于该阶段下设定的湿度值为止；
(6)判断实际运行的烘干时间是否小于设定的烘干时间，若是，返回步骤(3)，若不是，干燥结束；
Ut为t时间下的湿度值。
2.根据权利要求1所述的一种多能互补干燥控制系统，其特征在于，所述步骤(3)中，
Figure RE-FDA0002959491830000021
TX＝T2X-1+TX变化*tx阶段；
其中，x为阶段数，tx为x阶段下的干燥时间，tx阶段是第x阶段已经执行的时间。
3.根据权利要求2所述的一种多能互补干燥控制系统，其特征在于，所述步骤(4)中，T温差＝Tx-T9；
根据T温差判断是否需要调节温度的步骤具体如下，
(401)若T温差＞1℃，通过控制是否关闭进料电机进行粗调节；
(402)若0.5℃＜T温差≤1℃，通过计算进入燃烧炉内的燃料量进行细调节。
4.根据权利要求3所述的一种多能互补干燥控制系统，其特征在于，所述烘干房内侧排布有若干红外灯，所述控制器根据触摸屏上输入的干燥工艺控制红外灯的开关，若启用红外灯步骤(1)中还包括以下步骤，在触摸屏上输入红外干燥的启用时间ts和持续时间te；步骤(3)和步骤(4)之间还包括以下步骤，控制器的计时器计时，当计时时间达到启用时间ts时，控制器控制红外灯开启，否则红外灯关闭；开启时长达到持续时间te时，控制器关闭红外灯，否则红外灯开启。
5.根据权利要求3所述的一种多能互补干燥控制系统，其特征在于，粗调节的步骤具体为，
若T温差＞10℃，且此时T10＜T设1，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若6℃＜T温差≤10℃，且此时T10＜T设2，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若3℃＜T温差≤6℃，且此时T10＜T设3，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
若1℃＜T温差≤3℃，且此时T10＜T设4，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
细调节的步骤具体为，
计算生物质燃烧炉及其散热装置传热功率W炉，
Figure RE-FDA0002959491830000031
计算当前阶段物料水分蒸发所需功率，
Figure RE-FDA0002959491830000032
计算当前阶段生物质燃烧炉理论所需功率，
Figure RE-FDA0002959491830000033
若0.5℃＜T温差≤1℃，且ξ炉*W炉＜W炉理，控制器开启进料电机向生物质燃烧炉中送入燃料，否则关闭进料电机；
其中，α1是散热器内部热空气对流传热系数，α2是烘干房内散热器外部附近的空气对流传热系数，T12是散热器附近的温度与烘干房内的温度差值，S为散热面积，ψ为温度差矫正系数，M是物料的质量，x1为新鲜物料的含水率，x2是物料贮藏安全湿基含水率，tx是第x阶段持续时间，r水是水汽化潜热，ξx是第x阶段物料水分蒸发比例系数，W损是烘干房内部相对于外界的热损失功率，V空是烘干房内空气体积，ρ空是空气密度，r空是空气比热容，MX为第x阶段烘干室内食用菌质量，c水为水的比热容，t7是烘干室内升温T温差所需时间，W红是红外灯功率，若红外灯未启用，则W红为0；ξ炉是生物质炉温度矫正系数，T设1为设定的废气进风口温度一，T设2为设定的废气进风口温度二，T设3为设定的废气进风口温度三，T设4为设定的废气进风口温度四。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种多能互补干燥控制系统，其特征在于，所述步骤(5)中，排湿结束后，若0℃＜T温差＜0.5℃，延长进料电机开启时间对烘干房的温度进行温度补偿，
Figure RE-FDA0002959491830000041
其中L为排湿风机单位时间风量，t排湿是排湿风机开启时间，ρ空是空气密度，c空是空气比热容，T外是外部环境温度，Q生物质是生物质燃料的热值，M生物质是进料电机单位时间内向燃烧炉送入的生物质燃料质量，t电机为进料电机的延长时间。
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