□萬 勇 王志明/四川省農(nóng)業(yè)機械研究設計院

0 前言

氣調(diào)貯藏是在冷藏基礎上進一步提高貯藏效果，是果蔬貯藏保鮮技術的發(fā)展和創(chuàng)新，包含冷藏和氣調(diào)雙重作用，是一種先進、有效的果蔬保鮮方法。氣調(diào)庫的核心是庫內(nèi)氣體成分調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它由制氮機組、乙烯氣體脫除機和二氧化碳氣體脫除機、氣體檢測設備及氣體輸送管線閥門等組成。

氣調(diào)庫的電氣控制系統(tǒng)包括：氣調(diào)控制系統(tǒng)、制冷控制系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、呼叫系統(tǒng)。本文主要研究制冷控制系統(tǒng)和氣調(diào)控制系統(tǒng)的自動化控制，對其電控系統(tǒng)進行改造設計，達到預期效果。

1 國內(nèi)外氣調(diào)貯藏應用現(xiàn)狀

氣調(diào)貯藏開始于二十世紀初，目前歐美等發(fā)達國家80%以上的水果、蔬菜都是采用氣調(diào)方式貯藏的。我國果品總產(chǎn)量達到9 300萬t，蔬菜產(chǎn)量達到6.77億t。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)達國家蔬菜水果產(chǎn)品損失率不到5%，由于我國果蔬生產(chǎn)的采收不當，采后商品化處理技術落后，貯藏條件不當?shù)仍蛟斐傻母癄€損失率占總產(chǎn)量的25%～30%，如果運用正確的保鮮技術使產(chǎn)品貯藏損失率降低一半，每年即可減少超過500萬t水果和3 000萬t蔬菜的損失。因此，貯藏設施的配套問題必須引起高度重視。我國的氣調(diào)儲藏技術雖然應用較晚，但是發(fā)展非常迅速。四川省農(nóng)業(yè)機械研究設計院于2000年承擔并完成了四川省重點科技攻關項目“果蔬氣調(diào)保鮮貯藏技術與成套設備的研究開發(fā)”，2004年起草了國內(nèi)第一份關于氣調(diào)貯藏庫的地方標準DB51/T466-2004《果蔬氣調(diào)保鮮庫技術要求》。近年來在成都、阿壩、攀枝花、眉山、綿陽、德陽、資陽、樂山、瀘州、達州、重慶等地共承擔了30多座氣調(diào)庫、冷藏庫的工程建設施工。承擔了災后重建項目都江堰6座氣調(diào)庫、冷藏庫的工程圖樣設計。承擔了河南4 000t氣調(diào)庫工程設計等技術服務項目。為氣調(diào)貯藏技術在國內(nèi)的推廣和發(fā)展作出了貢獻。

圖1 氣調(diào)庫庫溫控制回路

2 制冷自動控制系統(tǒng)和氣調(diào)庫內(nèi)氣體含量自動控制系統(tǒng)的研制

2.1 氣調(diào)貯藏保鮮原理

氣調(diào)貯藏是指在特定的氣體環(huán)境中的冷藏方法，是建立在對果蔬采后生理特性的深刻認識基礎上發(fā)展起來的新技術。它可根據(jù)貯藏物的生理特性，選擇合適的貯藏參數(shù)（溫度、濕度、氧氣濃度、二氧化碳濃度等），有效的抑制貯藏物的呼吸作用，抑制庫內(nèi)細菌的活性，以達到長期保鮮的目的。

2.2 制冷自動控制系統(tǒng)的研制

制冷裝置由冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機、節(jié)流裝置等設備組成，制冷裝置中各設備、各參數(shù)在運行時是相互影響、相互作用的，制冷裝置自動控制是為了確保整套裝置能正常運行，并且達到要求的運行參數(shù)值。

目前的制冷裝置控制系統(tǒng)中，大多使用直接作用式控制器，即把發(fā)信器、控制器、執(zhí)行器三者做成一體的控制系統(tǒng)。本文研制的制冷控制系統(tǒng)主要對制冷裝置中的各個運行設備如冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機、節(jié)流裝置等進行動、靜態(tài)特性分析，同時配置響應的控制器，形成該參數(shù)的自動控制系統(tǒng)，使每一個參數(shù)在各種外界干擾條件下或負荷變化條件下和給定值的偏差均能保持在正常運行要求的范圍內(nèi)。

氣調(diào)庫溫度調(diào)節(jié)流程如圖1所示。

當溫度傳感器測量冷藏間溫度上升至給定上限時，溫度控制器啟動，接通供液電磁主閥和回氣電磁主閥電路，并開啟冷風機和壓縮機等制冷系統(tǒng)設備，當溫度傳感器測量冷藏間溫度下降至給定下限值時，溫度控制器關閉，切斷供液電磁主閥電路，延時大概1～2min后，再令回氣電磁主閥關閉，然后冷風機停止運轉(zhuǎn)，并且使壓縮機等制冷系統(tǒng)能夠設備停止運行。

在制冷控制系統(tǒng)中增加了專門的缺相保護系統(tǒng)，有效避免了因缺相引起的電機線圈被燒毀的現(xiàn)象，目前市售的缺相相序保護器在缺相保護方面不可靠，很多產(chǎn)品是在停機狀態(tài)缺相能得到有限保護，而在設備運行時缺相無法保護，無法迅速停機而使設備缺相運行，在使用中冷風機等很容易因缺相燒毀電機。通過改進制冷控制系統(tǒng)設計，增加了非?？煽康娜毕啾Ｗo，避免缺相運行，大大提高了制冷系統(tǒng)運行的可靠性。

2.3 氣調(diào)庫內(nèi)氣體含量自動控制系統(tǒng)的研制

（1）氧氣含量自動控制系統(tǒng)研制。抑制水果、蔬菜呼吸作用的方法，就是適當降低庫房內(nèi)氧氣的含量。目前主要有中空纖維膜制氮機向庫內(nèi)充氮和碳分子篩吸附庫內(nèi)氧氣兩種方式來降低庫內(nèi)氧氣含量。本控制系統(tǒng)就中空纖維膜制氮降氧的方式進行研究。當由計算機控制的氣調(diào)庫氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)檢測到庫間的氧氣含量超過設定上限，控制降氧的接線端子導通，隨后輸往庫間的管路電磁閥開啟，延時大概2min后，制氮機開啟，高濃度氮氣通過管路通向氧氣含量超標的氣調(diào)庫，直到庫內(nèi)的氣體被檢測出氧氣的含量達到設定值。當庫內(nèi)氧氣濃度達到設定下限時控制降氧的另一接線端子斷開，使制氮機關閉，延時一般5～10min后，管路電磁閥關閉，降氧結(jié)束。如圖2所示。

圖2 氧氣含量自動控制圖

（2）二氧化碳含量自動控制系統(tǒng)研制。適當?shù)腃O2含量有助于水果和蔬菜的保鮮貯藏，但當庫內(nèi)的CO2含量過高時就會造成CO2中毒。當庫房的CO2含量高于庫內(nèi)貯藏物料最高限度時，CO2脫除機開啟降低其含量，當庫房的CO2含量達到要求時CO2脫除機關閉，同時相關電磁閥關閉。自動降CO2流程如圖3所示。

（3）乙烯含量自動控制系統(tǒng)研制。乙烯脫除機是用來控制氣調(diào)庫中乙烯的濃度，防止水果和蔬菜早熟，當乙烯傳感器檢測到乙烯含量超過設定值時管路電磁閥會開啟，延時1～2min后，乙烯脫除機開啟，庫間的含乙烯超標氣體被乙烯脫除機脫除大部分乙烯，吸附后含乙烯較少的氣體被送回庫間，如此循環(huán)降乙烯直到庫間的氣體被檢測出乙烯含量達到設定值。此時乙烯脫除機關閉，延時5～10min后，管路電磁閥關閉，停止循環(huán)。自動降乙烯流程如圖4所示。

圖3 二氧化碳含量自動控制圖

圖4 乙烯含量自動控制

3 氣調(diào)庫性能試驗

2012年5月，在四川華鎣山氣調(diào)庫內(nèi)使用蒜薹對研制的控制系統(tǒng)進行了性能試驗，試驗溫度波動控制在±0.5°C以內(nèi)，O2、CO2的含量維持在±1%的允許范圍內(nèi)，乙烯濃度控制在允許值以下，相對濕度92%。在對4個試驗庫進行一周氣調(diào)運行后，對各庫的溫度，O2、CO2含量進行為期一月每天兩次的測量，記錄并找出其波動范圍（見表1）。通過對氣調(diào)庫運行測試數(shù)據(jù)的分析，各項運行參數(shù)指標均達到了研發(fā)設計要求。

4 應用前景

果蔬氣調(diào)庫是一個嚴密的封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)運行如果單純靠人工進行，需要操作技術很熟練的工人才能進行此工作，而且不一定能保證及時、準確地進行調(diào)節(jié)。如果采用自動調(diào)節(jié)，不用注意貯藏時間的長短或外界條件的變化，并且不用或少用人工參與，從而簡化了管理，保證了貯藏食品的質(zhì)量，也保證了氣調(diào)庫裝置運行的可靠性、安全性和經(jīng)濟性，因此有很大的發(fā)展前景。目前，我國已成為世界上最大的水果生產(chǎn)國和消費國，水果和蔬菜產(chǎn)量巨大，建設自動化程度高的氣調(diào)庫，發(fā)展氣調(diào)保鮮加工貯藏，不斷提升果蔬產(chǎn)品的升值潛力，是未來市場的必然發(fā)展趨勢。

5 結(jié)語

氣調(diào)貯藏技術的發(fā)展，主要是以果蔬貯藏保鮮為依托。果蔬貯藏保鮮業(yè)既是促進果蔬生產(chǎn)、搞好產(chǎn)后加工的橋梁，又是提高農(nóng)民收入、促進果蔬進出口貿(mào)易的重要措施，同時也是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的重要內(nèi)容，果蔬貯藏保鮮業(yè)必將為我國的經(jīng)濟發(fā)展做出更大的貢獻。隨著商品經(jīng)濟的發(fā)展及人們對果蔬保鮮認識，特別是無公害綠色食品意識的提高，人們更注重商品的價值，本文通過對果蔬氣調(diào)保鮮庫自動化控制的研究，減少了人工參與，達到了延緩果蔬老化變質(zhì)的目的。

表1 溫度和O2、CO2測量表