基于数字pid控制的辣椒微波干燥实验研究

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中国设备工程 2020.05 （上）中国设备

工程

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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。

基于数字PID 控制的辣椒微波干燥实验研究

朱学飞，张雪莉

（新疆石河子职业技术学院，新疆 石河子 832000）

摘要：设计了基于PLC、变频器和触摸屏的微波干燥机自动控制系统，利用数字PID 算法实现干燥仓的温度自动控制。选取温度、干燥时间、风速和敷设厚度作为辣椒干燥的影响因素进行辣椒微波干燥正交试验研究，得出了辣椒微波干燥工艺的最优组合，为今后的辣椒干燥工作提供了参考。

关键词：微波干燥；辣椒；PID 控温；正交试验优化；二次回归

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）05（上）-0119-03

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%。

饼块进行挑选，计算打散效率。3.2 试验数据（如表1） 

表1

序号

投料量（kg）饼块数量筛分出数量筛净

率松散后的黏连烟叶厚度＞6mm 重量（kg）饼块打散效率100mm×100mm ×10mm 135.24545100%0100%2

27.5

36

36

100%0100%

3.3 试验及应用效果

经过半年的实验研究，本项目现已进行了离线实验，达到了预期的试验效果，同时，在某卷烟厂的膨胀线上应用。该设备具有以下优点：（1）长×宽为100mm×100mm 以上烟饼筛净率100%。（2）松散后

的黏连烟叶厚度＜6mm 占比100%。（3）在线进行烟块松散，节省了人工并避免了二次污染。（4）设备占地面积小，集成度高，控制简单，布置方便。

4 结语

该设备可以实现一机多能，一台设备具备除麻、除块、在线松散等功能，设备集成度高，具备一定的推广价值，

是一种卷烟生产线上解决烟块结团问题的创新设备。参考文献：

[1]廖仲生，戴宇昕.DG 型星辊除麻丝机结块卡死问题的分析及改进[J]. 烟草科技，2017（10）.

[2]刘斌，朱文魁，席建平，毛伟俊，王艺斌，钟科军，张辉，陈良元

.在线片烟精选系统的开发与应用[J].设备与仪器，

2014（6）.

[3]陈煊.对松散摊薄机剔除烟饼装置改进的研究[J].内江科技，

2010（1）.

图3 上层松散辊内部结构图

图4 下层松散辊内部结构图

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研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用

中国设备工程 2020.05 (上

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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。

表1 试验结果分析

因素试验号（1）

A 温度

/°C

（2）B 干燥时间/min （3）C 风速/m/s （4）D 敷设厚度/mm 失水率Yi/%品质指标评分1（1）55（1）10（1）0（1）5035.422.82（1）55（2）15（2）1.5（2）10052.823.33（1）55（3）20（3）3（3）15064.622.54（2）60（1）10（2）1.5（3）15049.726.15（2）60（2）15（3）3（1）5068.326.86（2）60（3）20（1）0（2）10065.426.87（3）65（1）10（3）3（2）10057.924.38（3）65（2）15（1）0（3）15072.123.09（3）65（3）20（2）1.5

（1）5076.621.4失水率品质指标K1152.8143172.9180.3

K168.673.272.671K2183.4193.2179.1176.1K279.773.170.874.4K3

206.6206.6190.8186.4K3

68.770.773.671.650.9347.757.660.122.8724.4024.2023.6761.164.459.758.726.5724.3723.6024.8068.968.8763.662.1322.9023.5724.5323.87R

17.7921.17

6

3.43

R

3.700.830.93

1.13

直观分析：

（1）影响主次。对于失水率，干燥时间的极差最大，依次为温度、风速、敷设厚度，即：

B →A →

C →D

对于品质指标，温度的极差最大，依次为敷设厚度、风速，即：A →D →C。

（2）失水率方面，最优组合是A 3B 3C 3D 3，即温度65℃、干燥时间20分钟、风速3.0m/s、敷设厚度