CN114546009B - 一种植物保鲜釜的控制系统 - Google Patents

一种植物保鲜釜的控制系统 Download PDF

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Abstract

一种植物保鲜釜的控制系统，属于工业控制技术领域，包括植物保鲜数据库，系统基于植物保鲜数据库中信息根据反应条件计算公式，得出反应条件计算值，系统依据反应条件计算值控制植物保鲜釜关联电气元件启停，进而控制植物保鲜过程中保鲜釜内反应条件。该系统基于保鲜反应釜及各电气元件，基于保鲜大数据库和数学模型公式计算得出相应的反应条件，进而对保鲜反应釜及各电气元件进行控制，实现植物保鲜工艺的智能化控制。

Description

一种植物保鲜釜的控制系统
技术领域
本发明属于工业控制技术领域，尤其涉及一种植物保鲜釜的控制系统。
背景技术
将植物通过物理或化学手段制成工艺品可长时间保存，目前自然材质工艺品领域普通木本植物为了防止霉变都是经过自然干燥后才能制作工艺品。在工艺品生产领域，大多都是采用手工制作生产，这种手工制作生产的效率低下，产品外观的色泽及一致性不佳，保存时间较工业制备出的植物工艺品保存时间短。采用化学方法对植物进行保鲜工艺制备而成的植物工艺品的稳定性和色彩等方面较佳，但是在目前工业上的植物工艺品制备中，保鲜反应设备普遍落后，保鲜浸泡槽多、色彩单一，产能低，保鲜植物不够鲜艳，质感差，没有先进的控制系统对植物保鲜工艺进行控制，生产效率低，产品品质无法保证。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种植物保鲜釜的控制系统，基于保鲜反应釜及各电气元件，设计出一种基于保鲜大数据库和数学模型公式计算得出相应的反应条件，进而对保鲜反应釜及各电气元件进行控制，实现植物保鲜工艺的智能化控制。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种植物保鲜釜的控制系统，包括植物保鲜数据库，系统基于植物保鲜数据库中信息根据反应条件计算公式，得出反应条件计算值，系统依据反应条件计算值控制植物保鲜釜关联电气元件启停，进而控制植物保鲜过程中保鲜釜内反应条件。
进一步地，所述植物保鲜数据库包括植物原产地生态数据库、植物生化数据库、细胞活力与储存日期信息数据库、色彩成分数据库、生命科学保鲜数据库、保鲜实时数据库。
进一步地，所述植物原产地生态数据库包括植物类别、采集日期、当日最高温度、当日最低温度、土壤pH值、海拔高度、大气压强、生长月数、年日照时间。
进一步地，所述植物生化数据库包括植物类别、采集日期、年活动积温、叶片pH值、植物浸泡pH值、叶片柔软度、热昏迷温度、假死温度、地区。
进一步地，所述细胞活力与储存日期信息数据库包括植物类别、采集日期、采集时间、是否带根、细胞活力指数、储存天数、现存细胞活力指数、植物基础温度细胞活力百分数。
进一步地，所述色彩成分数据库包括植物类别、季节、叶片正面RGB、叶片背面RGB、本色保鲜RGB、春天色配方、深秋色配方、渐变色配方、换色配方。
进一步地，所述生命科学保鲜数据库包括植物类别、采集日期、叶细胞代谢指数、最高代谢指数、休眠温度、唤醒温度、热昏迷温度、生长温度范围、保鲜温时。
进一步地，所述保鲜实时数据库包括保鲜釜编号、累计时间、额定植物总量、釜内温度、釜内压力、溶液浓度、溶液酸碱度、累计积温、换气次数。
进一步地，所述反应条件计算公式包括溶液浓度公式、保鲜时间公式、植物色彩配比规则及公式、保鲜釜操作温度计算公式、保鲜釜空气压力计算公式、酸碱度计算公式、保鲜反应时间公式、搅拌频次公式；
所述溶液浓度公式如下：
Mt＝60％–[(1.1546-d20)/0.00275]％
式中：Mt为溶液浓度、d20为釜内甘油溶液标准密度,经如下公式换算d20＝ dt-0.000651(20-t)，t为釜内溶液在线温度，-0.000651/℃为甘油密度温度系数，dt为保鲜釜体工况密度计采样值；
所述保鲜时间公式如下：
T(h)＝(48/Qk)*(35％/Mt)*(Pt/P0)，
式中：T(h)为保鲜时间、Qk植物细胞活力比，Qk＝Qt/Q0，Qt为保鲜温度下的植物细胞活力百分数，Q0是26℃时的植物基础温度细胞活力百分数；Mt是保鲜溶液物质浓度；Pt是保鲜过程的空气压力；P0当地大气压强；
所述保鲜釜操作温度计算公式如下：
t(℃)＝kt*Qt
式中：t(℃)为保鲜釜操作温度、kt＝0.045℃/％，Qt为保鲜温度下的植物细胞活力百分数；
所述保鲜釜空气压力计算公式如下：
Pt＝kv*Mx*V/P0
式中：Pt为保鲜釜空气压力；kv是木本植物保鲜生命科学数据库里木本植物保鲜需空气量；Mx是保鲜植物总质量；V是保鲜釜密闭后剩余空间；P0当地大气压强；
所述酸碱度计算公式如下：
Q＝(W/11)*(PHn-PHt)*3.9*1/(M30*0.25)/2000
式中：Q为添加的碱液量；W为保鲜釜溶液总质量；PHn为所需的 PH值；PHt为PH计测得釜内溶液数值；M30为30％的碱水溶液；
所述保鲜反应时间公式如下：
T(h)＝T1(h)+T2(h)+T3(h)+T4(h)
＝Tn*10％/26℃+Tn*10％/29℃+Tn*30％/32℃+Tn*50％/35℃
式中：T(h)为保鲜反应时间；Tn为累计积温；
所述搅拌频次公式如下：
N＝rm*60/(Tn+1)
式中：N为频次即每小时釜内总搅拌次数；rm＝3/min，Tn为间隔时间。
进一步地，植物色彩配比规则为依据色彩成分数据库中的植物叶片正反面RGB固有成分，根据现有的食品色素分析出来的RGB成分，根据植物色彩配比公式计算出的各食品色素给定量，系统根据计算出的色素给定量控制色素开关量输出，控制三色定量机动作，向反应釜内加入系统设定的色素，所述植物色彩配比公式如下：
叶正面RGB＝(叶片R+50％配色成分R)/2，(叶片G+50％配色成分G)/2，(叶片B+50％配色成分B)/2
叶背面RGB＝(叶片R+65％配色成分R)/2，(叶片G+65％配色成分G)/2，(叶片B+65％配色成分B)/2。
本发明的有益效果是：
本发明的植物保鲜釜的控制系统是基于基于保鲜大数据库和数学模型公式计算得出相应的反应条件，进而对保鲜反应釜及各电气元件进行控制，实现植物保鲜工艺的智能化控制。木本植物保鲜成功率高，提高工业化生产能力、保鲜植物品相的一致性。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明为一种针对采用保鲜釜对植物进行保鲜工艺的控制系统，所述的保鲜釜包括一类似于化学反应釜的壳体，壳体上设有盖子，底部设有支腿，壳体的内部设有一个或多个沿竖直方向叠放的笼子用于放置植物，壳体的下方中部设有驱动机构，所述驱动机构的驱动端与转动机构连接，转动机构与笼子连接，通过驱动机构带动转动机构旋转，进而带动所有笼子同步旋转，笼子旋转有利于保鲜溶液搅拌，完成植物在保鲜釜中的保鲜反应。
壳体上还设置有与控制系统连接的温度传感器接口、伴热带电力接线盒、压力变送器接口，盖子上设置有进出气口、气相压力及温度表接口以及保鲜液投放口，进出气口连通的管路上设置有两个电磁阀，电磁阀与控制装置连接。在壳体的上部，可按实际需要方向开设其它保鲜色液配料投放接口。壳体的上部和下部还分别设置有密度计低压侧法兰口和密度计高压侧法兰口，用于双法兰密度计的安装。
本发明的旋转笼式保鲜釜，其加热利用工业伴热带，三组接成星型电路，由三相380Vac动力电源供电，采用温度传感器与智能仪表或DCS 系统连接并控制交流接触器接通/关闭电源。
植物在密闭无光合作用的保鲜釜里，在盖子的顶部有一个气相管需要在外接管路上安装加气入口电磁阀门和排气泄压阀门，以保证保鲜釜内空气新鲜。电磁阀的控制需要与智能控制压力仪表系统或DCS系统连接，达到自动保鲜控制压缩空气进入溶液内及排出反应过程中的废气的目的。
本发明保鲜釜内的反应条件主要考虑：溶液浓度、保鲜时间、植物色彩配比、保鲜釜操作温度、保鲜釜空气压力、酸碱度、保鲜反应时间、搅拌频次，故保鲜釜上配备有相应的电气元件及阀门，主要有保鲜液进液电磁阀、稀释液进液电磁阀、旋转驱动电机、警报装置、色素进液电磁阀、伴热带、温度仪表、压力变送器、压力仪表、酸碱液进液阀，加气入口电磁阀门和排气泄压阀门。
本发明为一种采用上述保鲜釜对植物进行保鲜工艺的控制系统，所述系统包括植物保鲜数据库，系统基于植物保鲜数据库中信息根据反应条件计算公式，得出反应条件计算值，系统依据反应条件计算值控制植物保鲜釜关联电气元件启停，进而控制植物保鲜过程中保鲜釜内反应条件。所述植物保鲜数据库包括植物原产地生态数据库、植物生化数据库、细胞活力与储存日期信息数据库、色彩成分数据库、生命科学保鲜数据库、保鲜实时数据库。
植物原产地生态数据库包括植物类别、采集日期、当日最高温度、当日最低温度、土壤pH值、海拔高度、大气压强、生长月数、年日照时间。
植物生化数据库包括植物类别、采集日期、年活动积温、叶片pH值、植物浸泡pH值、叶片柔软度、热昏迷温度、假死温度、地区。
细胞活力与储存日期信息数据库包括植物类别、采集日期、采集时间、是否带根、细胞活力指数、储存天数、现存细胞活力指数、植物基础温度细胞活力百分数。
色彩成分数据库包括植物类别、季节、叶片正面RGB、叶片背面RGB、本色保鲜RGB、春天色配方、深秋色配方、渐变色配方、换色配方。
生命科学保鲜数据库包括植物类别、采集日期、叶细胞代谢指数、最高代谢指数、休眠温度、唤醒温度、热昏迷温度、生长温度范围、保鲜温时。
保鲜实时数据库包括保鲜釜编号、累计时间、额定植物总量、釜内温度、釜内压力、溶液浓度、溶液酸碱度、累计积温、换气次数。
本发明的控制系统依据上述建立的数据库，结合反应条件相关的计算公式，得出反应条件计算值，系统依据反应条件计算值控制植物保鲜釜关联电气元件启停，进而控制植物保鲜过程中保鲜釜内反应条件。
1、保鲜液浓度控制
系统根据溶液浓度公式Mt＝60％–[(1.1546-d20)/0.00275]％，式中d20釜内甘油溶液标准密度,需经如下公式换算d20＝dt-0.000651(20-t)，t为釜内溶液在线温度，-0.000651/℃为甘油密度温度系数，dt是保鲜釜在线密度计的采样值。
溶液浓度由公式Mt＝60％–[(1.1546-d20)/0.00275]％，计算后自动填入保鲜实时数据库中。
当溶液浓度低于57％，或浓度误差>3％时，系统输出甘油入釜的电磁阀电源开关接通信号，同时启动釜底电机开关通电旋转，带动釜内笼框转动并搅拌甘油溶液的均匀分布。甘油管路串有定量流量计，可现场观查。定量流量计给定量输送完毕会自动关闭甘油电磁阀。当釜内溶液浓度达到60％时系统自动关闭驱动电机及电磁阀。
2、保鲜时间
系统根据保鲜时间根据公式T(h)＝(48/Qk)*(35％/Mt)*(Pt/P0)，其中植物细胞活力比Qk＝Qt/Q0，Qt保鲜温度下的植物细胞活力百分数，35℃时候 Qt＝Q35＝325％；Q0是26℃时的植物基础温度细胞活力百分数；Mt是保鲜溶液物质浓度；Pt是保鲜过程的空气压力，采集釜顶压力变送器获得；P0当地大气压强，生产所在地可手动输入，压力单位MPa。
系统通过输入植物的名称树龄等信息在植物原产地生态数据库及细胞活力与存储信息数据库数据库中调取现存细胞活力指数，当现存细胞活力指数≥70％，保鲜时间公式成立。当低于70％，需要调高Pt，即需要提高釜内气体压力。得出的保鲜时间，系统根据这个计算出的保鲜时间标注在对应的保鲜釜画面上，保鲜实时数据库有已运行的保鲜累计时间。当实时数据库累计时间到达画面上的预计保鲜时间，发出报警并提醒操作人员开釜出料。
3、色素比例
色彩配比依据色彩成分数据库中的植物叶片正反面RGB固有成分，根据现有的食品色素分析出来的RGB成分，进行色彩配比公式计算出的各食品色素给定量，然后通过系统的开关量输出，控制三色定量机动作，向反应釜内加入系统设定的色素，制成的保鲜制品的色差可控制在±15内。
植物色彩配比公式：
叶正面RGB＝(叶片R+50％配色成分R)/2，(叶片G+50％配色成分G)/2，(叶片B+50％配色成分B)/2
植物叶片的正面在保鲜反应过程达到饱和时，吸收反应溶液50％所致。
叶背面RGB＝(叶片R+65％配色成分R)/2，(叶片G+65％配色成分G)/2，(叶片B+65％配色成分B)/2
植物叶片的背面在保鲜反应过程达到饱和时，吸收反应溶液65％所致。
如果反应液浓度60％，叶片内的甘油实际吸收浓度在35％左右。
以深绿色保鲜植物小黄杨为例，食用果绿色素色彩成分 RGB＝144,197,93、食用柠檬黄色素色彩成分RGB＝234,210,88、食用胭脂红色素色彩成分RGB＝221,114,134、蓝色素色彩成分RGB＝0,179,222。混合色色素经配比试验用纸样吸取，凉干后经色差仪识别RGB数值填入色彩成分数据库，如春天色配方取0.5％果绿色素；深秋色配方0.2％果绿色素+0.3％柠檬黄色素；渐变色是一种红、桔红、深绿；黄、黄绿、浅绿等保鲜结果，是植物从下到上一种渐变颜色过渡至最终的红或黄的保鲜植物效果。换色配方是按最终要求的植物叶片颜色，从自然绿叶换为纯红、纯黄、纯粉的配方。
由于植物叶片固有颜色特性以及食品色素的非单一RGB属性，保鲜制品叶片的颜色在有限范围内。本发明所述的色差±15内是指生产的保鲜品与保鲜样本的色差。
4、反应温度
溶液温度与植物细胞活力成正相比，系统根据保鲜釜操作温度计算公式，t(℃)＝kt*Qt，其中kt＝0.045℃/％，Qt的细胞活力指数取值在26-35℃温度内。系统根据计算出的反应温度控制伴热带。
5、反应压力
进入保鲜釜的空气压力与投入的植物物料总质量成正比，系统根据保鲜釜空气压力计算公式Pt＝kv*Mx*V/P0，其中V是保鲜釜密闭后剩余空间，单位L升；Mx是保鲜植物总质量单位kg；kv*是木本植物保鲜生命科学数据库里木本植物保鲜需空气量，小黄杨品种10L/kg。系统根据计算的反应压力控制压力变送器、压力仪表，加气入口电磁阀门和排气泄压阀门。
6、pH酸碱度
固定浓度配置30％的碱水溶液，系统依据公式 Q＝(W/11)*(PHn-PHt)*3.9*1/(M30*0.25)/2000得出使用量，其中W为保鲜釜溶液总质量；PHn为所需的PH值，按保鲜品种7～11内选定；PHt为PH计测得釜内溶液数值；M30为30％的碱水溶液，以0.30代入，系统根据计算值控制酸碱液进液阀。
根据工艺需要，如渐变色、换色保鲜工艺时，反应溶液PH需要在1-3 内选定，配置溶液时人工一釜测定一次。
7、反应时间
对于春、夏、秋季的正常常绿木本植物，反应时间等于保鲜时间。冬季绿色木本植物，受气温影响叶片颜色及生长停止，反应时间是多阶程累计时间，初始阶程植物反应变化缓慢，中期进入保鲜反应，后期巩固保鲜。由保鲜实时数据库中的累计积温Tn导出，反应时间T(h)＝Tn/35℃，实际反应时间T(h)＝ΣTn＝T1(h)+T2(h)+T3(h)+T4(h)。
保鲜进程时间公式，第一进程T1(h)＝Tn*10％/26℃；第二进程T2(h) ＝Tn*10％/29℃；第三进程T3(h)＝Tn*30％/32℃；第四进程T4(h)＝ Tn*50％/35℃。系统根据计算值控制相关电气元件及电机。
8、搅拌频次
本发明中的保鲜釜的笼框搅拌速率是每分钟3周，正常保鲜中可以手动启动/停止操作，N＝rm*60/(Tn+1)，式中rm＝3/min，Tn间隔时间min，每次启动仅工作1分钟，N即频次，每小时釜内总搅拌次数。
在投各种料进釜过程中，由系统自动启动电机连续搅拌，停料时自动停止电机。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种植物保鲜釜的控制系统，其特征在于，包括植物保鲜数据库，系统基于植物保鲜数据库中信息根据反应条件计算公式，得出反应条件计算值，系统依据反应条件计算值控制植物保鲜釜关联电气元件启停，进而控制植物保鲜过程中保鲜釜内反应条件；所述反应条件计算公式包括溶液浓度公式、保鲜时间公式、植物色彩配比规则及公式、保鲜釜操作温度计算公式、保鲜釜空气压力计算公式、酸碱度计算公式、保鲜反应时间公式、搅拌频次公式；
所述溶液浓度公式如下：
Mt=60%–[(1.1546-d20)/0.00275]%
式中：Mt为溶液浓度、d20为釜内甘油溶液标准密度,经如下公式换算d20= dt-0.000651（20-t），t为釜内溶液在线温度，-0.000651/℃为甘油密度温度系数，dt为保鲜釜体工况密度计采样值；
所述保鲜时间公式如下：
T（h）=(48/Qk)*( 35%/Mt)*(Pt/P0)，
式中：T（h）为保鲜时间、Qk为植物细胞活力比，Qk=Qt/Q0 ，Qt为保鲜温度下的植物细胞活力百分数，Q0是26℃时的植物基础温度细胞活力百分数；Mt是保鲜溶液物质浓度；Pt是保鲜过程的空气压力；P0为当地大气压强；
所述保鲜釜操作温度计算公式如下：
t(℃)=kt* Qt
式中：t(℃)为保鲜釜操作温度、kt =0.045℃/%，Qt为保鲜温度下的植物细胞活力百分数；
所述保鲜釜空气压力计算公式如下：
Pt=kv* Mx *V / P0
式中：Pt 为保鲜釜空气压力；kv是木本植物保鲜生命科学数据库里木本植物保鲜需空气量； Mx是保鲜植物总质量；V是保鲜釜密闭后剩余空间； P0为当地大气压强；
所述酸碱度计算公式如下：
Q=(W/11)*(PHn-PHt)*3.9*1/(M30*0.25)/2000
式中：Q为添加的碱液量； W为保鲜釜溶液总质量；PHn为所需的PH值；PHt为PH计测得釜内溶液数值；M30为30%的碱水溶液；
所述保鲜反应时间公式如下：
T（h）= T1（h）+ T2（h）+ T3（h）+ T4（h）
    = Tn*10%/26℃+ Tn*10%/29℃+ Tn*30%/32℃+Tn*50%/35℃
式中：T（h）为保鲜反应时间；Tn为累计积温；
所述搅拌频次公式如下：
N= rm*60/(Tn+1)
式中：N 为频次即每小时釜内总搅拌次数；rm=3/min，Tn为间隔时间；植物色彩配比规则为依据色彩成分数据库中的植物叶片正反面RGB固有成分，根据现有的食品色素分析出来的RGB成分，根据植物色彩配比公式计算出的各食品色素给定量，系统根据计算出的色素给定量控制色素开关量输出，控制三色定量机动作，向反应釜内加入系统设定的色素，所述植物色彩配比公式如下：
叶正面RGB=(叶片R+50%配色成分R)/2，(叶片G+50%配色成分G)/2，(叶片B+50%配色成分B)/2
叶背面RGB=(叶片R+65%配色成分R)/2，(叶片G+65%配色成分G)/2，(叶片B+65%配色成分B)/2。
2.根据权利要求1所述的一种植物保鲜釜的控制系统，其特征在于，所述植物保鲜数据库包括植物原产地生态数据库、植物生化数据库、细胞活力与储存日期信息数据库、色彩成分数据库、生命科学保鲜数据库、保鲜实时数据库。
3.根据权利要求2所述的一种植物保鲜釜的控制系统，其特征在于，所述植物原产地生态数据库包括植物类别、采集日期、当日最高温度、当日最低温度、土壤pH值、海拔高度、大气压强、生长月数、年日照时间。
4.根据权利要求2所述的一种植物保鲜釜的控制系统，其特征在于，所述植物生化数据库包括植物类别、采集日期、年活动积温、叶片pH值、植物浸泡pH值、叶片柔软度、热昏迷温度、假死温度、地区。
5.根据权利要求2所述的一种植物保鲜釜的控制系统，其特征在于，所述细胞活力与储存日期信息数据库包括植物类别、采集日期、采集时间、是否带根、细胞活力指数、储存天数、现存细胞活力指数、植物基础温度细胞活力百分数。
6.根据权利要求2所述的一种植物保鲜釜的控制系统，其特征在于，所述色彩成分数据库包括植物类别、季节、叶片正面RGB、叶片背面RGB、本色保鲜RGB、春天色配方、深秋色配方、渐变色配方、换色配方。
7.根据权利要求2所述的一种植物保鲜釜的控制系统，其特征在于，所述生命科学保鲜数据库包括植物类别、采集日期、叶细胞代谢指数、最高代谢指数、休眠温度、唤醒温度、热昏迷温度、生长温度范围、保鲜温时。
8.根据权利要求2所述的一种植物保鲜釜的控制系统，其特征在于，所述保鲜实时数据库包括保鲜釜编号、累计时间、额定植物总量、釜内温度、釜内压力、溶液浓度、溶液酸碱度、累计积温、换气次数。
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