蒸煮过程复合压力控制系统的设计研究

蒸煮过程复合压力控制系统的设计研究
摘要：本文简要介绍了蒸煮食品加工技术，这是食品工程的先进技术之一，
将直接蒸煮食品加工技术、间接取代膨化食品加工技术、取代组织食品加工技术
的基本原理进行简单分析。

介绍了一种基于自设控制模糊度和PID控制参数的新
型控制策略，并对其基本原理和模糊控制参数进行了说明。

这些要求简要说明了
方案的软件结构和技术机制的控制系统。

实践证明，该系统运行良好。

注意到蒸
汽蒸煮和食品加工技术具有广阔的发展前景，有必要引起利益相关者的重视和科
学研究。

关键词：蒸煮过程；压力；PID算法；控制系统
引言：谷物食品的传统加工工艺通常是切碎、混合、定型、烘烤或油炸、杀
菌等技术，每套必须配备适当的设备，生产线长，占地面积大，劳动强度大。

在1936年，世界上第一台单面螺杆挤出机用于粮食加工，在40年代末，食品烹饪
蒸煮技术在食品工业中的应用领域迅速扩大，种类繁多，方便食品、休闲食品、
婴儿食品等挤出产品，如挤出机生产，深受美国人欢迎。

从50年代到60年代，
食品加工技术在蒸煮和加压方面发展迅速，
一、影响蒸发过程的因素
经蒸煮加工而成，气味好闻，提高了产品的口感。

谷物中所含的纤维素和木
浆虽然不能被人体吸收，但它们具有促进结肠蠕动、降低胆固醇水平等生理特性，经过煮沸和挤压加工后已被充分研磨，同时也有一些分子分解和结构变化，增加
了水的溶解度，避免了这些成分的刺激性味道，难以直接食用。

在世界范围内，
挤压技术在膳食纤维生产中的应用越来越多。

蒸煮过程是一个复杂的物理化学过程，影响蒸煮过程的主要因素有：
2.1原材料范围及质量:
实践因素难以控制:同一产品可有不同产地，进货时质量控制不一样，原料储存时间和含水率影响质量，水分指数随天气和储存地点而变化。

目前，控制原料每一球的干重比较合适。

2.2碱
蒸发过程中的有效碱在三个阶段起着不同的作用。

这一阶段的反应程度和消耗主要由原料本身决定，因为木材碳水化合物和酸性成分的溶解以及木材内部的渗透迅速消耗大量碱。

在这一阶段，碱的消耗明显减慢，碱的消耗主要发生在木质素的溶解和分解过程中。

而这又取决于木材中碱的浓度。

在剩余脱盐阶段，由于大量的纤维被破坏，碱消耗明显加速。

快速煮沸过程通常使用增加碱度作为减少煮沸时间的一种手段。

因此，需要建立碱度与蒸煮时间的关系，以保证等离子体的生产和质量。

2.3液体浓度
溶液中的浓度通常指活性碱的浓度，它是决定汽化反应速率的关键因素，由碱液体积比决定。

这三个因素是相互关联的，最主要的因素是碱的使用，一定的碱会导致液体的浓度高于少量的碱，加速脱水过程，减少煮沸时间。

低浓度的溶液可以改善等离子体的物理性质。

2.4温度和时间
在化学反应中，总温度增加10°C，化学反应的速率大约是原来的两倍。

这一规律也适用于酿造过程中的脱盐反应。

因此，提高蒸煮温度(即最高蒸煮温度)通常是减少蒸煮时间的一种方法，而在其他条件下，较高的蒸煮温度会减慢溶液的形成速度。

同时，增加蒸发时间也降低了进入率。

因此，温度和烹饪时间是一个特定烹饪的相关参数。

对于所产生的溶液的某些性质，温度升高，时间缩短，反之亦然。

但是，温度不能无限制地升高。

一般来说，等离子体的温度是150-160°C。

通过分析蒸煮工艺的影响，使用基本相同的碱量作为原料的绝对干重，蒸煮工艺的影响主要影响蒸煮温度和蒸煮时间在各个加工阶段。

2.5蒸煮过程的条件
采用先进的计算机控制算法和相关硬件，开发了烹饪过程的自动控制系统，
克服了手工控制的缺点，既保证了控制精度，又提高了可用性和质量。

它减少了
纸浆使用量，减少了液体油量，降低了废水处理成本，减少了环境污染。

易于改
变工艺曲线，实施技术改造，减少蒸煮次数，提高纸浆质量和生产率，提高生产
水平，提高经济效益和社会效益，降低劳动强度。

三、控制系统的发展
3.1基本设计理念
分析表明，压力是一个需要控制的数量，在生产过程的成功实施中起着重要
的作用。

为了保持压力稳定，也可以实现使用常规控制方法，但常规控制方式存
在系统动态响应慢、精度低、抗噪声等缺点，需要克服。

智能控制方法、模糊控
制方法和pi控制方法可以在大偏差情况下快速减小偏差，提供优良的控制性能。

然而，简单的模糊调整并不能解决系统末期的稳态误差问题。

PI控制可以解决波
动均衡点的小偏差。

因此，这里的控制涉及到管道模糊参数的调整和PID的控制。

对于较大的偏差，控制是不精确的。

对于较小的偏差，采用PID控制，提高控制
精度。

比PID控制更复杂的控制比简单的模糊控制具有更快的动态响应、更少的
事务和更大的稳定精度。

四.蒸煮过程控制系统总体设计
4.1蒸煮工艺特点分析
假设蒸煮车间有4个40米的蒸煮球和两个20米的蒸煮球，总共6个，蒸煮
原料主要是秸秆，使用碱性蒸煮工艺将秸秆溶解到纤维中，这是一种秸秆和碱的
混合物，会引起化学反应。

等离子体。

蒸发过程是典型的不连续化学反应过程，
具有分时控制的特点，需要人工干预，如有控制的停机、注入压力控制等，因此
需要对有机化合物进行自动和人工控制来完成整个过程。

蒸煮车间条件差，靠近切割机导致灰分含量高。

提出的目标是饱和蒸汽，具
有高温高压，蒸汽中有碱性溶液，具有很强的腐蚀性，这给控制程序的设计和设
备的选择造成了特定的困难。

在某些系统中，由于进入蒸发区的原料是碱浓度和碱量的输入，并与温度、
压力和停留时间发生反应，因此也主要决定了出口状态。

在此条件下，对蒸煮过
程影响的分析表明，一对碗的温度在蒸煮反应中起主导作用。

然而，使用温度作
为控制变量会导致严重的问题。

1)修改对象模型的参数。

在烹饪过程的所有阶段，化学反应过程彼此不同，
产生的热量也不同。

这导致了物体模型的参数在整个反应过程中变化很大的事实。

简单的控制算法不能满足系统要求，不能提供有效的控制[1]。

2)有限的现实情境。

由于蒸发球的尺寸较大，为了使测量的温度反映蒸汽的
平均温度，需要安装较大的温度传感器，并且温度传感器需要深入到蒸发球中。

安装和维护是困难的，因为对球充满了碱液，不停止旋转。

本课题的任务是设计一个酿造过程的自动控制系统。

工作过程:蒸汽球加载
完成后，操作人员在计算机上选择相应的蒸汽号，根据加载草的名称选择预定的
增压计划，然后启动自动控制。

然后，计算机通过压力传感器采集蒸汽碗中的饱
和蒸汽压力信号，并输出特定的模拟信号，控制进入蒸汽碗的饱和蒸汽的数量，
以控制蒸汽温度，使用预定的控制算法。

烹饪过程可以按给定的方式进行。

采用
曲线加压技术，保证蒸煮过程中浆的得率和质量。

当酿造完成时，由于实际需要
蒸汽洒水球，操作人员必须根据实际效果，借助计算机手动控制的方法打开电动
阀门，以防止饱和蒸汽流失[2]。

4.2蒸煮过程自动控制系统技术要求:
要求数据采集和导出准确、可靠、稳定。

硬件设备可适应工业环境，安装简单，维修方便。

软件设计合理，操作方便，运行稳定，能满足现场技术要求。

在
信息工程系统之间进行开放和方便的数据交换。

啤酒酿造过程的自动控制系统既要满足控制精度的要求，又要考虑到工业现场、粉尘量大、蒸汽温度高、压力饱和等不利的实际条件，系统也必须满足要求。

该产品使用成熟、抗干扰能力强、工作可靠、耐腐蚀、维修方便等要求。

五、PID控制算法
在工业过程自动化的发展过程中，最可行、最强大的基本控制方法之一是
PID控制。

直到上个世纪40年代，这是唯一的控制方式，在最简单的情况下，开
关可以使用。

此后，随着科学技术的发展，特别是计算机的出现和发展，出现了
许多新的控制方法。

尽管越来越复杂的控制算法不断改进，但PID控制至今仍是
被广泛采用的主要控制方法。

造成这种情况的主要原因是各种先进控制算法还不
完善，工程师和工程师还没有完全掌握各种先进控制算法，限制了其应用。

在该控制系统中，从系统模型和对主要干扰源的分析可以看出，该系统是一
个模型变量，高度非线性，易受显著干扰，因此采用了仿真，基于PID的混合算
法充分利用了传统PID控制[3]。

整个系统变得更加非线性，蒸汽压力被高度扰动。

系统动态性能差等不足。

模糊控制算法具有良好的动态响应，避免了较高的转录率，但在稳态精度方面存
在缺陷。

在对系统对象进行分析的基础上，采用了模糊化与PID改进相结合的混
合算法。

这使得系统能够通过PID步骤在较大的偏差范围内改善控制。

为了利用
冲压件在偏差较大时的动态特性进行控制，采用PID控制来提高系统的稳定性和
精度，采用先进的PID控制来避免系统出现大的超调和小的偏差，并能快速响应。

系统控制效率，以表征过程蒸煮不同阶段的模型变量。

六、结束语
控制系统的核心是PID操作软件，该软件实现了模糊控制和参数化，系统的
成功设计，为蒸煮过程提供了更完整的控制策略。

通过实践，充分证明了模糊与PID相结合控制系统的优越性，为开发更复杂的工业过程控制系统积累了宝贵的
经验。

参考文献：
[1]朱文兴, 丁绪东, 贾磊. 蒸煮过程复合压力控制系统的设计[J]. 微计算机信息(测控仪表自动化), 2003.
[2]张淑玲. 纸浆蒸煮过程智能控制系统的设计[J]. 黑龙江自动化技术与应用, 1997, 16(2):4.
[3]许军. 计算机控制系统在纸浆蒸煮过程中的应用[C]// 中国自动化学会过程自动化设计学术交流会. 1999.。