我們利用新型的低溫遠(yuǎn)紅外輻射元件，采用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制模式等方面進(jìn)行了深入研究，研制成功一臺(tái)全自動(dòng)果蔬脫水干燥設(shè)備。
1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
該機(jī)由烘干箱體、風(fēng)機(jī)、排濕換氣門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、溫度傳感器、濕度傳感器和單片機(jī)信號(hào)檢測(cè)與控制箱體組成，參見(jiàn)圖1。
該機(jī)采用模塊化結(jié)構(gòu)，沿縱向由若干模塊組成。其中一端為排濕換氣控制模塊，中間部分為安裝低溫遠(yuǎn)紅外輻射板和物料盤(pán)的若干模塊；另一端為風(fēng)機(jī)安裝模塊，中間部分的模塊可根據(jù)需要進(jìn)行組合。在排濕換氣模塊上安裝了排濕換氣門(mén)、減速機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)排濕換氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，干燥箱內(nèi)的空氣在箱體內(nèi)循環(huán)，當(dāng)排濕換氣打開(kāi)時(shí)，阻斷了干燥空氣在箱體內(nèi)的循環(huán)路徑，同時(shí)打開(kāi)了干燥箱的進(jìn)氣口和排氣口，在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，含有一定水分的濕空氣從排氣口排入大氣，同時(shí)，從進(jìn)氣口吸入干燥的新鮮空氣。在脫水干燥烘干機(jī)中部的每個(gè)模塊上，箱體被分隔成上下密封的兩部分，每一部分均分層設(shè)置了三層低溫遠(yuǎn)紅外輻射板，在兩層輻射板的中間設(shè)置有物料盤(pán)，物料盤(pán)由不吸收遠(yuǎn)紅外線的材料制成，在箱體的一個(gè)側(cè)面安裝有門(mén)，以便進(jìn)行物料的裝卸。
在排濕換氣模塊處還安裝了溫度傳感器和濕度傳感器，由單片機(jī)檢測(cè)箱體內(nèi)干燥空氣的溫度和濕度。
1.2 系統(tǒng)工作原理
首先將物料瀝干水分，然后均勻地散布在物料盤(pán)上，將物料盤(pán)放入干燥箱內(nèi)，再根據(jù)物料種類(lèi)、特征和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。首先將物料的干燥過(guò)程劃分為若干個(gè)時(shí)間段，設(shè)置好每一段的控制溫度、進(jìn)行排濕換氣的濕度、干燥空氣流動(dòng)速度、段的時(shí)間，通過(guò)鍵盤(pán)將以上參數(shù)送入單片機(jī)，然后啟動(dòng)系統(tǒng)。脫水干燥烘干機(jī)將按預(yù)置的工藝參數(shù)工作。數(shù)碼管將實(shí)時(shí)顯示脫水干燥烘干機(jī)目前工作于哪一段，此時(shí)干燥空氣的溫度、濕度及這一段所經(jīng)歷的時(shí)間。當(dāng)本段的時(shí)間到了以后，脫水干燥烘干機(jī)自動(dòng)進(jìn)入下一段，按下一段的工藝參數(shù)運(yùn)行。單片機(jī)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算，輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后控制三相可控硅的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)功率的連續(xù)控制。當(dāng)干燥空氣的濕度達(dá)到設(shè)定的換氣濕度，排濕換氣門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的排濕換氣后，排濕換氣門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)所有的段運(yùn)行完畢后，脫水過(guò)程結(jié)束。
2、控制系統(tǒng)的研制
2.1溫度控制
采用熱敏電阻作為溫度傳感器，采用三相可控硅控制低溫遠(yuǎn)紅外輻射板的功率，為消除隨機(jī)干擾，采用了數(shù)字濾波技術(shù)，即連續(xù)采樣10次，去掉這10次采樣的最大值和最小值，取剩下的8次采樣值的平均值，由于
溫度控制對(duì)象是大慣性系統(tǒng)，為提高溫度控制的精度，對(duì)溫度采用PID控制，根據(jù)溫度采樣值進(jìn)行運(yùn)算，確定可硅的導(dǎo)通角，從而控制遠(yuǎn)紅外輻射板的功率。
2.2濕度控制
濕度的檢測(cè)采用電容式濕度傳感器。對(duì)濕度采樣信號(hào)也采用數(shù)字濾波技術(shù)，單片機(jī)不斷將濕度采樣值與設(shè)定的排濕換氣濕度值進(jìn)行比較，若干燥空氣的濕度達(dá)到排濕換氣濕度，則打開(kāi)排濕換氣門(mén)進(jìn)行排濕換氣，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)時(shí)間后，自動(dòng)關(guān)閉排濕換氣門(mén)。
2.3控制系統(tǒng)組成
控制系統(tǒng)以8031單片機(jī)為核心組成。其組成框圖見(jiàn)圖2。外圍電路接有溫度傳感器、濕度傳感器、10位數(shù)碼管顯示器和鍵盤(pán)。經(jīng)過(guò)光電隔離單片機(jī)輸出5個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)和一個(gè)模擬信號(hào)，其中5個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)用于啟動(dòng)5個(gè)小型直流繼電器，模擬信號(hào)用于控制三相可控硅組件，5個(gè)小型直流斷電器分別控制5個(gè)交流接觸器，5個(gè)交流接觸器分別控制風(fēng)機(jī)的通斷和高低速、排濕換氣門(mén)的打開(kāi)與關(guān)閉、三組可控硅組件輸入電源的通斷。
2.4控制系統(tǒng)軟件
控制系統(tǒng)的軟件由參數(shù)設(shè)定程序部分和運(yùn)行控制程序兩部分組成。開(kāi)機(jī)后首先進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定程序，分別輸入總段數(shù)，每段的設(shè)定控制溫度、排濕換氣濕度、風(fēng)速、該段時(shí)間，直到所有段的參數(shù)均被設(shè)置。
當(dāng)全部參數(shù)被設(shè)定后，按“F”鍵，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。在運(yùn)行中定時(shí)檢測(cè)干燥空氣的溫度、濕度，將檢測(cè)結(jié)果與設(shè)定值比較，進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果輸出控制信號(hào)。同時(shí)在數(shù)碼管上顯示系統(tǒng)目前運(yùn)行的段次、在該段次的運(yùn)行時(shí)間、此時(shí)干燥空氣的溫度、濕度。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)設(shè)有暫停鍵，按下“D”鍵，系統(tǒng)暫停運(yùn)行，此時(shí)可進(jìn)行局部故障的排除和修理，并允許對(duì)正在運(yùn)行的段次之后的參數(shù)進(jìn)行修改。按任意鍵，系統(tǒng)從斷點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。
控制系統(tǒng)的單片機(jī)部分配有UPS不間斷電源，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了三相電源監(jiān)視電路，在程序運(yùn)行中不斷檢測(cè)三相電源是否存在，當(dāng)三相電源消失時(shí)，系統(tǒng)程序立即停止運(yùn)行，并保持?jǐn)嚯姇r(shí)刻的段次、時(shí)間不變。三相電源恢復(fù)后，系統(tǒng)立即自動(dòng)啟動(dòng)，從斷電處繼續(xù)運(yùn)行。
參數(shù)設(shè)定程序和系統(tǒng)運(yùn)行程序的框圖見(jiàn)圖3、圖4。
3、結(jié)論
①根據(jù)物料種類(lèi)和特征的不同，將物料的干燥過(guò)程劃分為若干時(shí)間段（最多可設(shè)置99段），根據(jù)需要設(shè)置每段的時(shí)間、控制溫度、排濕換氣濕度、干燥空氣的風(fēng)速，滿(mǎn)足了不同物料的干燥工藝要求，使本裝置具有廣泛的適應(yīng)性。
②DZR低溫遠(yuǎn)紅外輻射元件是最新專(zhuān)利產(chǎn)品，由電能轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)紅外輻射能的轉(zhuǎn)換效率高，輻射元件的表面溫度低。將輻射元件分層設(shè)置，充分利用了遠(yuǎn)紅外輻射，達(dá)到了脫水干燥速度快，能源消耗小的效果。
③采用干燥空氣循環(huán)利用技術(shù)，當(dāng)干燥箱體內(nèi)的干燥空氣的含濕量達(dá)到一定值時(shí)再排出，根據(jù)物料不同階段含水量不同，每段采用不同的風(fēng)速和溫度。由于以上技術(shù)的采用進(jìn)一步減小了能源消耗。
④由于采用了低溫遠(yuǎn)紅外輻射及單片機(jī)控制，脫水干燥的速度快、時(shí)間縮短，使脫水果蔬的品質(zhì)較燃煤或電熱式的外熱式熱風(fēng)干燥相比有了較大改善。
