节能型果蔬热风干燥实验装置及控制系统研究

论文摘要

果蔬热风干燥设备是脱水蔬菜加工中应用最广泛使用的设备,但是我国热风干燥设备生产能力小、能耗大、效率低,国外大多采用链板式多级干燥机,相比国内普遍使用的网带式干燥机具有产量高、干燥效率高、节能等优点,同时能够根据物料干燥特性,在不同干燥阶段,采取最优干燥工艺参数以获得最佳产品品质。本文根据果蔬干燥节能工艺研究需要,在分析对比国内外多级带式干燥机差别的基础上,研发了一种新型热风干燥实验台。该实验台以插入式离心风机送风、冲孔板作为铺料板、双热风循环风路等设计结构,根据不同物料的特性和工艺要求更换不同孔隙率孔板、热风换向时间间隔等,模拟链板式多级带式干燥机实际干燥作业时的连续工作过程,并能在一定范围内较灵活的调整热风温度、湿度、风速等工艺参数,干燥室充裕的空间可以使物料层高达70cm。此外,开发了基于PLC可编程控制器实验台控制系统,该系统可实现手动自动切换、左右风向切换,在单循环时可以对实验过程实现分阶段控制。针对实验过程中温度控制的控制对象复杂,电加热过程存在滞后性、非线性、时变性等特点,在分析PID控制器和模糊控制器及其分类的基础上,集合模糊控制及自适应模糊-PID控制设计了一套二模模糊-PID控制器,通过对模糊控制器的结构设计、输入输出隶属度函数的选取、模糊控制规则库的建立等过程,完成了该控制器设计,保证了实验过程中温度稳定。并对湿度,风速进行合理控制。通过触摸屏自配软件设计了计算机监控系统监视与控制画面,系统具备了对现场过程数据的动态监视功能,参数设置、工艺参数实时显示、历史数据下载等功能。同时,本文对实验台适用性做了一组变参数节能工艺研究实验。以辣椒为研究对象,在恒定的风速1.2m/s、切段长度1.5cm和换风间隔0.5h的条件下,采用干燥实验台对节能干燥工艺进行研究,研究不同前期干燥温度组合、后期干燥温度和初始铺料厚度对单位能耗,单位小时去水率及色价的影响,在前期干燥温度50～70℃,后期干燥温度50～60℃,初始铺料厚度10～14cm范围内,得到以下结论：采用前期干燥温度组合70℃20min+60℃40min,后期干燥温度55℃,铺料厚度10cm工艺获得最少单位能耗。采用前期干燥温度组合70℃20min+60℃40min,后期干燥温度60℃,铺料厚度12cm干燥工艺获得最大单位小时去水量。采用前期干燥温度50℃1h,后期干燥温度50℃,铺料厚度14cm获得最优色价。通过实验验证了采用变参数干燥可以降低能耗,因此也说明实验台在模拟链板式多级干燥机连续式生产过程节能工艺研究是有很好的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 结构方面
• 1.2.2 控制系统方面
• 1.2.3 工艺研究方面
• 1.2.4 小结
• 1.3 研究内容
• 1.4 技术路线
• 第二章 节能型热风干燥实验台结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 实验台整体设计原则
• 2.3 干燥设备主要结构
• 2.3.1 实验台风路设计
• 2.3.2 保温设计
• 2.3.3 通风管设计
• 2.3.4 挡风装置设计
• 2.3.5 孔板设计
• 2.3.6 风机选择
• 2.3.7 加热管功率计算
• 2.4 结论
• 第三章 节能型干燥实验台控制系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 控制策略
• 3.2.1 PID控制
• 3.2.2 模糊控制
• 3.2.3 模糊-PID控制器
• 3.2.4 模糊-PID控制器建立
• 3.3 PLC模块简介
• 3.4 系统结构与组成
• 3.4.1 系统控制功能
• 3.4.2 控制系统原理
• 3.5 硬件连接图
• 3.6 元件配置表
• 3.6.1 外围元件配置表
• 3.6.2 PLC硬件配置表
• 3.6.3 执行元件配置
• 3.6.4 触摸屏
• 3.7 软件开发及实现方法
• 3.7.1 PLC程序设计
• 3.7.2 触摸屏界面设计
• 3.8 结论
• 第四章 变参数干燥工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料及方法
• 4.2.1 原料选择
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 实验设备
• 4.2.4 试验测定项目及方法
• 4.3 试验编排
• 4.3.1 试验因素水平
• 4.3.2 实验安排表
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 试验耗能结果分析
• 4.4.2 试验单位小时去水量结果分析
• 4.4.3 试验色价结果分析
• 4.5 结论
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介