基于数字PID 控制的辣椒微波干燥实验研究

2020-05-12朱学飞张雪莉

中国设备工程 2020年9期

关键词：干燥机品相含水率

朱学飞，张雪莉

（新疆石河子职业技术学院，新疆石河子 832000）

新鲜辣椒采摘收获时，含水率高达85%，如果不能及时干燥处理，会发生霉变导致椒农损失严重。况且辣椒作为重要的调味品，主要是脱水干制后上市销售的。干燥处理后的辣椒体积小、重量轻、易于保存运输，能调节淡旺季的供需矛盾。

本研究利用数字PID 算法实现干燥仓的温度自动控制，干燥速度快、效率高，干制的辣椒品相好，营养物质破坏少，对我区农副产品干燥规模化、自动化有一定的意义。

1 控制策略选择

PID 控制广泛应用于温控、水泵、伺服阀等行业，是一种典型的闭环控制。程序设计简单，参数调整方便，能够在毋须获取被控对象的数学模型的情况下，得到令人满意的效果。实际上，大多数工业对象准确的数学模型是无法获得的，所以PID 控制诞生近百年依然具有经久不衰的生命力。据统计，目前，PID 及变型PID 约占总控制回路数的90%。

图1 温度控制系统结构框图

基于PID 的温度控制系统结构框图如图1 所示。系统启动时，上位机设定温度值发送至PLC，由PLC控制触发模块，触发模块控制固态继电器导通，磁控管得电开始工作，干燥仓内温度上升。热电阻PT-100 测量干燥仓温度，变送器将此信号转换为标准电流信号传输至PLC 的模拟量输入模块，经过PLC 处理后作为过程变量Pv，与温度设定值Sv 二者的差值进行PID 运算，得到温度偏差信号Ev，PID 调节器根据偏差信号Ev 运算输出，输出值是送至加热器磁控管的PWM 信号，其允许变化范围为最大值的0 ～100%。通过控制固态继电器的开关状态，调整磁控管的功率，实现温度的恒定控制。

2 辣椒微波干燥正交试验

辣椒微波干燥机在运行过程中，采用传送带将辣椒向前运送，在干燥仓中接受微波辐射作用进行干燥。干燥过程中，干燥仓温度、风速、干燥时间、辣椒敷设厚度等因素对辣椒的干燥效果均有较大影响，因此，对微波干燥机进行辣椒干燥试验研究并进行试验优化，达到指导生产的目的。

（1）试验材料、设备及仪器。辣椒：本试验采用的辣椒品种是“线辣椒”。采摘自“中国辣椒之乡”沙湾县安集海乡。选择无病虫害、无破损、无腐烂、形状规则、颜色鲜红的辣椒清洗并沥干以备试验使用。微波干燥机：自制，微波磁控管选用松下2M167B，功率900W。

电热恒温干燥箱：华南仪器设备有限公司制造，型号202-00A，功率1200W；电子天平：上海精天电子仪器有限公司，型号JA5002，精度0.1mg。

（2）辣椒干燥质量标准的建立。安全含水率是贮存农副产品需要考量的一个重要指标。通过干燥作业将辣椒的含水率降低到一定程度，能够保持辣椒的品相，且不会腐败变质，不会发芽，达到长期保存的目的。依据国家标准GB10465-89，辣椒的安全含水率是14%。

除含水率外，品相也是重要的定价指标。在微波干燥过程中，辣椒的外观形状、颜色都会发生一系列的变化。辣椒微波干燥工艺的优劣，主要通过干燥辣椒的颜色、气味、形状三个指标来判断，本项目通过望、闻、摸、尝等方式对辣椒的色、形、味进行评价，同时，参照国家标准及相关资料，采用综合加权评价法对微波干燥出的辣椒打分。在色、形、味三个指标中，颜色影响较大加权值设定为4，外形和气味加权值设定为3。干燥后，辣椒的感官品质总分为30 分，由下式计算：感官品质得分=3×（颜色得分×0.4+外形得分×0.3+气味得分×0.3）。

（3）正交试验。通过对辣椒干燥特性研究和经验可知，辣椒失水率的影响因素主要包括温度、干燥时间、风速和敷设厚度。辣椒在低温干燥时速度较慢，高温段干燥处的干辣椒品相很差，故选择55 ～65℃进行正交试验。试验步骤：挑选出无腐烂、无虫蛀、颜色正常的新鲜辣椒，清洗沥干。按照不同的厚度，堆放在干燥托盘中。调整设置干燥机的温度、传送带速度和风速等参数，然后，将干燥托盘送如干燥机中上电试验。每次干燥结束，取出托盘用电子天平进行称重，同时，记录干燥机上的数据。干燥过程中，每隔一定时间，将辣椒取出称重，计算含水率。考查辣椒干燥品质的试验不计算干燥时间，当辣椒含水率达到安全含水率时停止干燥，取出辣椒干，按照辣椒干感官品质评分标准分组评分。因此，该组试验因素只比较温度、风速和敷设厚度。

（4）试验结果分析。