CN203929629U - 一种新型果蔬膨化水分检测控制系统 - Google Patents

Abstract

一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，以可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器为控制核心，结合变频器、近红外水分检测仪、电动机、传送带及声光报警器实现对膨化加热仓内果蔬原料水分含量的控制，可编程逻辑控制器可根据两水分检测仪测得原料的水分含量，从而控制变频器的输出频率，实现对电动机转速的控制及传送带带速的调整，进而调节果蔬原料加热时间，实现了对原料含水量的自动控制，提高了生产效率及膨化产品质量，减轻工人负担，具有自动化程度高、稳定性好、控制精确的特点。

Description

一种新型果蔬膨化水分检测控制系统

技术领域

本实用新型涉及机械制造及自动化控制技术领域，特别涉及一种新型果蔬膨化水分检测控制系统。

背景技术

果蔬原料的水分含量严重影响膨化产品质量优劣，原料水分含量过高，大量水分被快速蒸发，则会降低产品的膨化度。果蔬膨化加工过程中，将预干燥处理后水分含量为20％的果蔬原料送入膨化加热仓后，在一定温度和压力条件下，须保证在膨化加热仓中加工后最终的果蔬原料水分含量低于10％。

果蔬原料水分含量的检测及控制是果蔬膨化加工中的重难点问题，传统的间歇式膨化设备在果蔬膨化加工过程中，原料水分含量需要操作者通过位于设备顶部的窥镜窗口人工观察，通过观察窗口镜片附着水分及镜片清晰程度来判断果蔬中水分含量高低，这样不但所得果蔬原料水分含量不准确且无法根据果蔬原料水分含量实现自动调节和控制，严重影响所加工的膨化产品质量，且设备的自动化程度低，须人工观察，操作工人劳动强度大，生产效率低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提出一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，能够实现对膨化加热仓中果蔬水分含量的自动控制，提高生产效率及膨化产品质量，减轻工人负担，具有自动化程度高、稳定性好、控制精确的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，包括可编程逻辑控制器4,仓外机架上固定设有第一水分检测仪1和第二水分检测仪2，其均与可编程逻辑控制器4的模拟量输入端AI相连接，第一变频器5、第二变频器6的控制端与可编程逻辑控制器4相应输出端口电连接，第一变频器5、第二变频器6的输出端口分别与第一电动机7和第二电动机8的电源端电连接，第一电动机7、第二电动机8分别与第一传送带9、第二传送带10连接并带动其前进，所述第一传送带9、第二传送带10设置于膨化加热仓3内,第一传送带9末端固定设接有漏斗14，漏斗14的上边缘处设有挡板15，膨化加热仓3的顶部设有第一水分检测窗口12、第二水分检测窗口13，分别位于第一传送带9和第二传送带10末端的正上方，膨化加热仓3顶部和底部分别设有旋转入料阀16和旋转出料阀17，分别位于第一传送带9起始位置的正上方和第二传送带10末端正下方。

所述可编程逻辑控制器4连接有报警装置11。

所述报警装置11为声光报警器。

所述可编程逻辑控制器4通过工业以太网与人机界面模块18实现通讯互交。

所述第一传送带9和第二传送带10长度相同且略小于膨化加热仓3长度的一半。

所述第一水分检测窗口12、第二水分检测窗口13均为直径8cm的透明圆形视窗，材质采用钢化玻璃。

本实用新型通过膨化加热仓的两个透明圆形视窗，利用水分检测仪实现对果蔬原料非接触式在线快速连续测量和动态实时检测，减轻了工人负担，能够提高生产效率及膨化产品质量，具有自动化程度高、稳定性好、控制精确的特点。

附图说明

图1为本实用新型水分检测控制结构原理框图。

图2为果蔬膨化加热仓内部结构图。

图3为可编程逻辑控制器4与第二变频器6的接线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1、图2，一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，包括可编程逻辑控制器4,仓外机架上固定设有第一水分检测仪1和第二水分检测仪2，其均与可编程逻辑控制器4的模拟量输入端AI相连接，第一变频器5、第二变频器6的控制端与可编程逻辑控制器4相应输出端口电连接，第一变频器5、第二变频器6的输出端口分别与第一电动机7和第二电动机8的电源端电连接，第一电动机7、第二电动机8分别与第一传送带9、第二传送带10连接并带动其前进，所述第一传送带9、第二传送带10设置于膨化加热仓3内,第一变频器5以恒定输出频率值控制第一电动机7带动第一传送带9前进，第二变频器6可通过多段速频率控制第二电动机8带动第二传送带10前进，实现多段速运行；第一传送带9末端固定连接有漏斗14，漏斗14的上边缘处设有挡板15，膨化加热仓3的顶部设有第一水分检测窗口12、第二水分检测窗口13，分别位于第一传送带9和第二传送带10末端的正上方，膨化加热仓3顶部和底部分别设有旋转入料阀16和旋转出料阀17，分别位于第一传送带9起始位置的正上方和第二传送带10末端正下方。第一传送带9和第二传送带10长度相同且略小于膨化加热仓3长度的一半。第一水分检测窗口12、第二水分检测窗口13均为直径8cm的透明圆形视窗，材质采用钢化玻璃。

可编程逻辑控制器4采用西门子S7-300PLC可编程逻辑控制器，其连接有报警装置11，报警装置11为声光报警器。可编程逻辑控制器4通过工业以太网与人机界面模块18实现通讯互交，通过人机界面18能向可编程逻辑控制器4输送果蔬膨化水分参数并由组态画面实时显示其状态，对果蔬膨化生产过程水分控制进行远程监控，对控制过程中的工艺参数进行数据归档，并可实现数据采集、设备控制、参数设置等。

第一水分检测仪1和第二水分检测仪2均采用SH-8B近红外在线水分测控仪，能够采用非接触式在线测量食品的水分，测量精度高、范围宽，并可提供4-20mA电流信号，用以控制其温度、速度等其他控制设备，使水分达到工艺要求，实现了对产品含水率的实时控制，同时，可输送485接口，连接电脑，进行存储、打印、检测以及控制。

第一变频器5、第二变频器6均采用西门子MICROMASTER440，简称MM440。MM440变频器属于电压型的交—直—交变频器，采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)作为功率输出器件，它具有高的运行可靠性和功能多样性。

具体实施方式：

膨化果蔬原料的水分含量与传送带带速(或变频器输出频率值)的对应关系由以下方法得到：在膨化加热仓3内温度和压力达标条件下，分别以预干燥处理后水分含量为15％、17％、19％、20％的果蔬原料片为对象。首先，将预处理后水分含量为15％的果蔬原料送入膨化加热仓第一传送带9，第一传送带9以一固定速度运行，根据其尾部第一水分检测仪1所测得原料含水量与含水量10％间的差值而增减第一变频器5的输出频率值，经过多次重复操作，当第一变频器5以某频率值运行，水分检测仪测得此时原料含水量为10％，记录此次第一变频器5相应的输出频率值并记其为频率值2。同理，可得水分含量由17％、19％分别至10％时变频器的输出频率值3、频率值4，水分含量由20％至15％时变频器的输出频率值1。由于第一传送带9和第二传送带10均处在相同环境下的膨化加热仓3内，两传送带的结构完全相同且分别由两个同型号的MM440变频器带动运行，故通过第一传送带9与第一变频器5得到的上述水分含量与变频器输出频率值的相应关系完全适用于第二传送带10与第二变频器6。

参见图2，果蔬预干燥处理后的新鲜果蔬原料经密封旋转入料阀进入膨化加热仓3中，原料在第一传送带9前进至尾部时，为避免因第一传送带9带速的影响而造成原料在两传送带上实际传送距离不同，故在第一传送带9尾部设计了一个带挡板的漏斗14，原料通过该漏斗14进入第二传送带10上；两水分检测窗口分别位于两传送带尾部的正上方，利用近红外水分检测仪通过两透明窗口可以检测传送带尾部果蔬原料的水分含量。第二水分检测仪2用于测量即将从膨化加热仓中送出的果蔬原料水分含量是否满足工艺要求，若水分含量达到标准，则出料；否则，第二电动机8停止，果蔬原料继续加热，直至水分含量达到标准后重新启动第二电动机8进行出料。

根据第一水分检测仪1测得的水分含量，在可编程逻辑控制器4内部经程序处理后，可通过其数字量输出的不同组合实现第二变频器6的多段速频率控制，从而调节第二传送带10的速度，调整果蔬原料的加热时间。利用第二变频器6可实现第二电动机8的三段速频率运转，其中DIN3端口设为第二电动机8启停控制，DIN1和DIN2端口设为三段速频率输入选择，可根据需要分别选定参数P0701-P0703的值来实现三段速频率控制。

如表1，由表1中第二变频器6参数设置知，三段速频率控制是由两个二进制编码组合和一个开关量ON命令实现的。二进制编码组合形式及由P1001-P1003参数设置的三个频率值如表2，在三频段控制中第二电动机8的转速方向是由P1001-P1003参数所设置的频率正负决定。通过可编程逻辑控制器4与第二变频器6实现三段速频率控制时，可编程逻辑控制器4的两个数字量输出Q0.0和Q0.1分别与第二变频器6的两个数字量输入端口DIN1和DIN2连接以实现二进制编码的不同组合，而数字量输出Q0.2与第二变频器6的数字量输入DIN3连接以实现开关量ON命令控制第二电动机8的启停，通过可编程逻辑控制器4两个数字量输出Q0.0和Q0.1的不同二进制编码及一个开关量输出Q0.2可实现对第二电动机8的三段速频率控制。

表1三段固定频率控制参数表

表2固定频率运行表

参见图3，其中，SA1、SA2分别为果蔬膨化加热仓3水分控制系统启停按钮，分别与可编程逻辑控制器4的数字量输入端I0.0和I0.1连接；可编程逻辑控制器4的数字量输出端Q0.0、Q0.1和Q0.2分别连接第二变频器6的数字量输入DIN1(端口5)、DIN2(端口6)和DIN3(端口7)。当膨化加热仓3的压力和温度达到所需要求后，预处理后的果蔬原料进入膨化加热仓3内第一传送带9上，同时第一变频器5始终以频率值1带动传送带第一电动机7运行，在第一传送带9尾部第一水分检测仪1测得原料水分含量值并通过模拟量输入端送入可编程逻辑控制器4，在可编程逻辑控制器4内部经程序分析处理后，控制可编程逻辑控制器4数字量输出端口Q0.0和Q0.1以相应的组合实现三段速频率控制，改变第二传送带10的相应速度，从而实现对原料加热时间的调节。膨化加热仓3中果蔬水分含量控制规则如表3所示：

表3水分控制规则表

原料水分含量越高则第二变频器6相应的输出频率值应越小，第二传送带10运行速度越慢，原料加热时间才会越长，故表3中频率值2最大，频率值3次之、频率值4最小。为避免因第一水分检测仪1测得果蔬原料的水分值的区分度过小而导致第二变频器6的输出频率频繁变化，应适当增大水分值的区分度。分别设置小于等于15％、15％至17％、17％至19％、大于19％等几个水分值区分度，可编程逻辑控制器4可根据检测的水分含量值所属的区分度控制第二变频器6及第二电动机8以相应速度带动第二传送带10运行。

当按下系统启动按钮SA1时，可编程逻辑控制器4的数字输出Q0.2为ON，则与Q0.2连接的第二变频器6数字量输入端口“7”为“ON”，允许第二电动机8运行。

1)当原料在第一传送带9上以固定速度运行至其尾部时，若第一水分检测仪1测得原料水分含量值小于等于15％，经可编程逻辑控制器4内部程序处理数字量输出端Q0.0和Q0.1分别为0和1，与它们分别连接的第二变频器6数字量入端口“5”和“6”状态为“OFF”和“ON”,第二变频器6工作在由P1001参数所设定的频率值2上，第二电动机8以相应速度带动原料在第二传送带10上运行；

2)若水分含量值大于15％且小于等于17％时，可编程逻辑控制器4同样通过数字量输出端口控制第二变频器6以输出频率值3运行，使第二传送带10以相应速度运行以调节原料的加热时间；

3)若水分含量值大于17％且小于等于19％时，控制第二变频器6以输出频率值4运行进一步降低第二传送带10的速度，延长原料加热时间；

4)若水分含量大于19％时，第一电动机7和第二电动机8均停止运行且声光报警器动作，提醒操作人员注意原料的水分含量过高并及时排查原料含水量过高原因(如预处理水分分量过高或温度未达到所需温度值等)；

5)当原料在第二传送带10上运行至其尾部时，原料在第二传送带10尾部出料前还须进行一次水分检测以确保最终所加工原料水分含量达标。当原料在第二传送带10上运行至其尾部时，可编程逻辑控制器4根据第二水分检测仪2测得原料的含水量值是否小于等于10％控制第二电动机8的停止与否，当水分含量大于10％时，可编程逻辑控制器4通过数字量输出端口Q0.2控制第二电动机8停止，延长加热时间直至水分含量达标后重新启动送出原料；当水分含量小于等于10％时，则第二电动机8继续运行，送出达标原料至下一工序。

一旦可编程逻辑控制器4根据水分检测仪1测得的原料含水量控制第二变频器6输出频率为相应频率值后，此后第二变频器6的运行频率只能保持以此频率值或比该频率值小的输出频率值运行；否则，若经下一水分值采样时刻后，第二变频器6输出频率值变大，第二传送带10的带速越高，原料的加热时间越少，则前一采样时刻的果蔬原料加热时间会相应减少，也就无法保证该原料前进至第二传送带10尾部时其水分含量值小于等于10％的加工要求。

本实用新型的工作原理是：

果蔬原料由第一传送带9带动前进，当原料运行至第一传送带9尾部时，第一水分检测仪1通过透明视窗1测得仓内果蔬原料的水分含量后，由漏斗14送入第二传送带10上，可编程逻辑控制器4则根据所检测水分含量值及范围，控制第二变频器6按该水分范围所对应的频率值运行，通过控制第二电动机8转速来实现对第二传送带10带速的调整，从而调节果蔬原料的加热时间，使果蔬原料水分含量达到标准；当原料前进至第二传送带10的尾部时，水分检测仪2通过透明视窗2检测原料水分含量，将检测原料水分标准电信号送入可编程逻辑控制器4,可编程逻辑控制器4根据水分是否达标控制第二电动机8继续运行送出原料至下一工序或停止继续加热直到达标后启动，以确保从膨化加热仓内加工后送出果蔬原料水分含量达到设定标准值。

Claims (6)

1.一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，包括可编程逻辑控制器(4)，其特征在于，仓外机架上固定设有第一水分检测仪(1)和第二水分检测仪(2)，其均与可编程逻辑控制器(4)的模拟量输入端AI相连接，第一变频器(5)、第二变频器(6)的控制端与可编程逻辑控制器(4)相应输出端口电连接，第一变频器(5)、第二变频器(6)的输出端口分别与第一电动机(7)和第二电动机(8)的电源端电连接，第一电动机(7)、第二电动机(8)分别与第一传送带(9)、第二传送带(10)连接并带动其前进，所述第一传送带(9)、第二传送带(10)设置于膨化加热仓(3)内,第一传送带(9)末端固定设接有漏斗(14)，漏斗(14)的上边缘处设有挡板(15)，膨化加热仓(3)的顶部设有第一水分检测窗口(12)、第二水分检测窗口(13)，分别位于第一传送带(9)和第二传送带(10)末端的正上方，膨化加热仓(3)顶部和底部分别设有旋转入料阀(16)和旋转出料阀(17)，分别位于第一传送带(9)起始位置的正上方和第二传送带(10)末端正下方。

2.根据权利要求1所述的一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(4)连接有报警装置(11)。

3.根据权利要求2所述的一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，其特征在于，所述报警装置(11)为声光报警器。

4.根据权利要求1所述的一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(4)通过工业以太网与人机界面模块(18)实现通讯互交。

5.根据权利要求1所述的一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，其特征在于，所述第一传送带(9)和第二传送带(10)长度相同且略小于膨化加热仓(3)长度的一半。

6.根据权利要求1所述的一种新型果蔬膨化水分检测控制系统，其特征在于，所述第一水分检测窗口(12)、第二水分检测窗口(13)均为直径8cm的透明圆形视窗，材质采用钢化玻璃。