干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于干果射頻殺蟲裝置，用于實(shí)現(xiàn)干果射頻殺蟲處理過程中，物料加熱速 率和溫度的自動(dòng)化精確控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 射頻加熱技術(shù)具有穿透性強(qiáng)，加熱速度快，對害蟲具有選擇性殺滅作用等特點(diǎn)，因 此在干堅(jiān)果殺蟲方面具有很好的應(yīng)用前景。針對不同種類的干堅(jiān)果物料和害蟲，射頻殺蟲 處理所需的加熱速率、溫度、加熱時(shí)間等參數(shù)也不同。實(shí)際應(yīng)用中，主要采用人工調(diào)節(jié)射頻 加熱極板間距并多次調(diào)試的方式對物料的加熱速率進(jìn)行調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)過程費(fèi)事費(fèi)力，并且一 旦確定極板間距，在射頻殺蟲處理過程中無法根據(jù)物料特性的變化進(jìn)行微調(diào)，調(diào)節(jié)精度較 低。因此，通過發(fā)明一種干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)，針對不同種類的干堅(jiān)果物料和害蟲 實(shí)現(xiàn)對給定加熱速率的自動(dòng)調(diào)節(jié)，并在殺蟲處理過程中根據(jù)物料特性隨溫度的變化進(jìn)行微 調(diào)，對提高干果射頻殺蟲機(jī)的生產(chǎn)效率和作業(yè)精度是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提出一種由自動(dòng)控制方式實(shí)現(xiàn)的干果射頻殺蟲加熱速率精確 調(diào)節(jié)系統(tǒng)。干果物料放置在極板間物料箱，當(dāng)設(shè)置好控制參數(shù)并啟動(dòng)射頻加熱系統(tǒng)后，溫度 控制系統(tǒng)將根據(jù)射頻加熱系統(tǒng)啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)物料的溫度上升情況、射頻場下物料的加熱 速率以及極板間距間的關(guān)系，計(jì)算出要達(dá)到預(yù)設(shè)加熱速率所需的極板間距值，并控制伺服 電機(jī)調(diào)整極板間距實(shí)現(xiàn)初步調(diào)整。在后續(xù)的加熱過程中，進(jìn)一步通過物料的溫度和加熱速 率，采用比例積分控制算法對極板間距不斷進(jìn)行微調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)對物料加熱速率的精確控 制。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)由溫度檢測及處理裝 置、溫度控制裝置和執(zhí)行裝置組成。溫度檢測及處理裝置由光纖測溫探頭及其信號處理模 塊及基于RS232協(xié)議的通信模塊組成。溫度控制裝置由可編程控制器與LCD液晶屏進(jìn)行 開發(fā)而成，并可與溫度檢測及處理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。執(zhí)行裝置由受溫度控制裝置控制的 伺服電機(jī)和繼電器模塊組成，伺服電機(jī)進(jìn)一步控制極板間距的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)加熱速率精確調(diào) 節(jié)，繼電器模塊控制射頻加熱系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉。
[0005] 其工作原理是：物料在射頻場下，其加熱速率與射頻場頻率、物料介電常數(shù)、極板 間電壓的平方成正比；與物料密度、物料比熱容、極板間距的平方成反比。在干果射頻殺蟲 機(jī)中，射頻場頻率與極板間電壓為確定值；對于確定的干果物料，其相關(guān)物理參數(shù)也是確定 值。因此，實(shí)際射頻加熱過程中，物料的加熱速率只與極板間距的平方成反比關(guān)系，通過控 制極板間距就可以實(shí)現(xiàn)對物料加熱速率的控制。干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)工作時(shí)，物 料首先在某一預(yù)設(shè)極板間距下被短時(shí)間加熱。通過采集到的物料加熱速率和當(dāng)前極板間距 可確定物料加熱速率與極板間距平方間的比例系數(shù)，并進(jìn)一步計(jì)算出達(dá)到預(yù)設(shè)加熱速率所 需的極板間距值，從而驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)調(diào)整極板間距，實(shí)現(xiàn)物料加熱速率的初步調(diào)整。在后續(xù) 的加熱過程中，進(jìn)一步通過物料的溫度和加熱速率，采用比例積分控制算法對極板間距不 斷進(jìn)行微調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)對物料加熱速率的精確控制。
[0006] 本發(fā)明具有以下優(yōu)勢： 1、針對不同種類的干果物料和害蟲，可根據(jù)預(yù)定的加熱速率實(shí)現(xiàn)極板間距的自動(dòng)調(diào) 整，避免了人工調(diào)節(jié)中多次反復(fù)進(jìn)行極板間距確定的過程，提高了生產(chǎn)效率。
[0007] 2、在殺蟲處理過程中，可通過自動(dòng)控制算法對極板間距進(jìn)行微調(diào)，使實(shí)際加熱速 率不因物料特性隨溫度的變化而偏離預(yù)設(shè)值，提高了射頻殺蟲機(jī)的作業(yè)精度。
【附圖說明】
[0008] 附圖1是系統(tǒng)組成示意圖； 附圖2是系統(tǒng)工作流程圖； 附圖3是系統(tǒng)比例積分控制算法原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 本發(fā)明專利提出的干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)，結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如 下。
[0010] 圖1所示，依照本發(fā)明專利實(shí)施方式的一種干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)包括： 溫度檢測及處理裝置，用于檢測干果物料箱內(nèi)物料的溫度，進(jìn)行溫度信號處理，以及與 溫度控制裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。本裝置采用光纖測溫傳感器及其數(shù)據(jù)處理模塊和基于RS-232 總線的通訊模塊搭建。本發(fā)明中的溫度檢測及處理裝置進(jìn)一步包括以下功能模塊： 溫度檢測及數(shù)據(jù)處理模塊，通過光纖測溫探頭采集物料溫度信號，并通過放大、濾波和 模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到可被溫度控制裝置識別的溫度信號和溫度變化率信號。
[0011] 通信模塊，采用RS-232總線與溫度控制裝置相連接，將處理后的溫度信號和溫度 變化率信號發(fā)送給溫度控制裝置。
[0012] 溫度控制裝置，用于根據(jù)物料當(dāng)前溫度及其變化率，通過控制算法計(jì)算控制參數(shù)， 并發(fā)送至執(zhí)行裝置。溫度控制裝置應(yīng)用時(shí)，因滿足以下條件：硬件系統(tǒng)采用可編程控制器與 LCD液晶屏開發(fā)，硬件條件因滿足系統(tǒng)軟件模塊運(yùn)行需求；工作穩(wěn)定、可靠、低功耗；可與本 發(fā)明其他部件進(jìn)行實(shí)時(shí)有效通信，靈活性好。本發(fā)明中的溫度控制裝置進(jìn)一步包括以下功 能豐吳塊： 控制參數(shù)設(shè)置模塊，用于設(shè)置物料所要加熱最終溫度、加熱速率和總加熱時(shí)間。通過與 可編程控制器相連接的LCD液晶屏完成其功能。
[0013] 控制模塊，通過所設(shè)置的加熱速率、極板初始間距和物料初始溫度變化率，計(jì)算出 達(dá)到設(shè)置的加熱速率所需的極板間距參數(shù)，并將計(jì)算出的極板間距參數(shù)發(fā)送給執(zhí)行裝置， 實(shí)現(xiàn)極板間距的初步調(diào)整。然后根據(jù)當(dāng)前溫度和溫度變換率決策出極板間距的微調(diào)量，并 發(fā)送給執(zhí)行裝置。
[0014] 執(zhí)行裝置，用于接受控制參數(shù)和執(zhí)行控制命令，實(shí)現(xiàn)對物料溫度和溫度變化率的 控制。本模塊由2臺溫度控制裝置和射頻極板相連接的伺服電機(jī)與1組控制射頻加熱系統(tǒng) 的繼電器模塊組成。本發(fā)明中的執(zhí)行裝置進(jìn)一步包括以下功能模塊： 極板間距調(diào)節(jié)模塊，用于接收溫度控制裝置發(fā)送的極板間距參數(shù)，根據(jù)極板初始間距 計(jì)算出伺服電機(jī)調(diào)節(jié)量，并驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對極板間距的調(diào)節(jié)。
[0015] 射頻加熱系統(tǒng)開關(guān)控制模塊，用于通過判斷當(dāng)前溫度和加熱時(shí)間是否達(dá)到預(yù)設(shè) 值，從而關(guān)閉或開啟射頻加熱系統(tǒng)。
[0016] 本發(fā)明專利提出的干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)工作方式包括步驟： S1 :將干果物料放置如極板間物料箱內(nèi)，在LCD液晶屏上進(jìn)行加熱速率、最終加熱溫 度、加熱總時(shí)間的設(shè)置，啟動(dòng)干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)。
[0017] S2 :干果射頻殺蟲機(jī)在當(dāng)前極板間距下對干果物料進(jìn)行為時(shí)5s的加熱，然后計(jì)算 出當(dāng)前極板間距下的干果物料加熱速率，并按照以下計(jì)算方式計(jì)算出達(dá)到預(yù)設(shè)加熱速率所 需的極板間距數(shù)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 溫度檢測及處理裝置，用于檢測干果物料箱內(nèi)物料的溫度，進(jìn)行溫度信號處理，以及與 溫度控制裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞； 溫度控制裝置，用于根據(jù)物料當(dāng)前溫度及其變化率，通過控制算法計(jì)算控制參數(shù)，并發(fā) 送至執(zhí)行裝置； 執(zhí)行裝置，用于接受控制參數(shù)和執(zhí)行控制命令，實(shí)現(xiàn)對物料溫度和溫度變化率的控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于溫度檢測及處理裝 置進(jìn)一步包括： 溫度檢測及數(shù)據(jù)處理模塊，通過光纖測溫探頭采集物料溫度信號，并通過放大、濾波和 模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到可被溫度控制裝置識別的溫度信號和溫度變化率信號； 通信模塊，采用RS-232總線與溫度控制裝置相連接，將處理后的溫度信號和溫度變化 率信號發(fā)送給溫度控制裝置。
3. 如權(quán)利要求1所述的干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于溫度控制裝置進(jìn)一 步包括： 控制參數(shù)設(shè)置模塊，用于設(shè)置物料所要加熱最終溫度、加熱速率和總加熱時(shí)間； 控制模塊，通過所設(shè)置的加熱速率、極板初始間距和物料初始溫度變化率，計(jì)算出達(dá)到 設(shè)置的加熱速率所需的極板間距參數(shù)，并將計(jì)算出的極板間距參數(shù)發(fā)送給執(zhí)行裝置，實(shí)現(xiàn) 極板間距的初步調(diào)整；然后根據(jù)當(dāng)前溫度和溫度變換率決策出極板間距的微調(diào)量，并發(fā)送 給執(zhí)行裝置。
4. 如權(quán)利要求1所述的干果射頻殺蟲機(jī)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于執(zhí)行裝置進(jìn)一步包 括： 極板間距調(diào)節(jié)模塊，用于接收溫度控制裝置發(fā)送的極板間距參數(shù)，根據(jù)極板初始間距 計(jì)算出伺服電機(jī)調(diào)節(jié)量，并驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對極板間距的調(diào)節(jié)； 射頻加熱系統(tǒng)開關(guān)控制模塊，用于通過判斷當(dāng)前溫度和加熱時(shí)間是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，從 而關(guān)閉或開啟射頻加熱系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提出一種由自動(dòng)控制方式實(shí)現(xiàn)的干果射頻殺蟲加熱速率精確調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本發(fā)明包括溫度檢測及處理裝置、溫度控制裝置、執(zhí)行裝置。溫度控制系統(tǒng)將根據(jù)射頻加熱系統(tǒng)啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)物料的溫度上升情況、射頻場下物料的加熱速率以及極板間距間的關(guān)系，計(jì)算出要達(dá)到預(yù)設(shè)加熱速率所需的極板間距值，并控制伺服電機(jī)調(diào)整極板間距實(shí)現(xiàn)初步調(diào)整。在后續(xù)的加熱過程中，進(jìn)一步通過物料的溫度和加熱速率，采用比例積分控制算法對極板間距不斷進(jìn)行微調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)對物料加熱速率的精確控制。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)干果射頻殺蟲作業(yè)的溫度自動(dòng)化控制，控制精度高，提高了生產(chǎn)效率，適合于干果射頻殺蟲實(shí)際作業(yè)。
【IPC分類】G05D23-27, A01M1-22
【公開號】CN104571212
【申請?zhí)枴緾N201410812304
【發(fā)明人】李忠新, 楊莉玲, 馬文強(qiáng), 阿布里孜, 崔寬波, 劉奎, 劉佳, 沈曉賀, 楊忠強(qiáng), 朱占江, 田翔, 王慶惠, 買合木江, 閆圣坤, 班婷, 毛吾蘭, 祝兆帥, 王冰
【申請人】新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月24日