朱學(xué)飛，張雪莉

（新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000）

新鮮辣椒采摘收獲時(shí)，含水率高達(dá)85%，如果不能及時(shí)干燥處理，會(huì)發(fā)生霉變導(dǎo)致椒農(nóng)損失嚴(yán)重。況且辣椒作為重要的調(diào)味品，主要是脫水干制后上市銷售的。干燥處理后的辣椒體積小、重量輕、易于保存運(yùn)輸，能調(diào)節(jié)淡旺季的供需矛盾。

本研究利用數(shù)字PID 算法實(shí)現(xiàn)干燥倉(cāng)的溫度自動(dòng)控制，干燥速度快、效率高，干制的辣椒品相好，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞少，對(duì)我區(qū)農(nóng)副產(chǎn)品干燥規(guī)?；⒆詣?dòng)化有一定的意義。

1 控制策略選擇

PID 控制廣泛應(yīng)用于溫控、水泵、伺服閥等行業(yè)，是一種典型的閉環(huán)控制。程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便，能夠在毋須獲取被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的情況下，得到令人滿意的效果。實(shí)際上，大多數(shù)工業(yè)對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是無法獲得的，所以PID 控制誕生近百年依然具有經(jīng)久不衰的生命力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，PID 及變型PID 約占總控制回路數(shù)的90%。

圖1 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

基于PID 的溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，上位機(jī)設(shè)定溫度值發(fā)送至PLC，由PLC控制觸發(fā)模塊，觸發(fā)模塊控制固態(tài)繼電器導(dǎo)通，磁控管得電開始工作，干燥倉(cāng)內(nèi)溫度上升。熱電阻PT-100 測(cè)量干燥倉(cāng)溫度，變送器將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)傳輸至PLC 的模擬量輸入模塊，經(jīng)過PLC 處理后作為過程變量Pv，與溫度設(shè)定值Sv 二者的差值進(jìn)行PID 運(yùn)算，得到溫度偏差信號(hào)Ev，PID 調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號(hào)Ev 運(yùn)算輸出，輸出值是送至加熱器磁控管的PWM 信號(hào)，其允許變化范圍為最大值的0 ～100%。通過控制固態(tài)繼電器的開關(guān)狀態(tài)，調(diào)整磁控管的功率，實(shí)現(xiàn)溫度的恒定控制。

2 辣椒微波干燥正交試驗(yàn)

辣椒微波干燥機(jī)在運(yùn)行過程中，采用傳送帶將辣椒向前運(yùn)送，在干燥倉(cāng)中接受微波輻射作用進(jìn)行干燥。干燥過程中，干燥倉(cāng)溫度、風(fēng)速、干燥時(shí)間、辣椒敷設(shè)厚度等因素對(duì)辣椒的干燥效果均有較大影響，因此，對(duì)微波干燥機(jī)進(jìn)行辣椒干燥試驗(yàn)研究并進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化，達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)的目的。

（1）試驗(yàn)材料、設(shè)備及儀器。辣椒：本試驗(yàn)采用的辣椒品種是“線辣椒”。采摘自“中國(guó)辣椒之鄉(xiāng)”沙灣縣安集海鄉(xiāng)。選擇無病蟲害、無破損、無腐爛、形狀規(guī)則、顏色鮮紅的辣椒清洗并瀝干以備試驗(yàn)使用。微波干燥機(jī)：自制，微波磁控管選用松下2M167B，功率900W。

電熱恒溫干燥箱：華南儀器設(shè)備有限公司制造，型號(hào)202-00A，功率1200W；電子天平：上海精天電子儀器有限公司，型號(hào)JA5002，精度0.1mg。

（2）辣椒干燥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立。安全含水率是貯存農(nóng)副產(chǎn)品需要考量的一個(gè)重要指標(biāo)。通過干燥作業(yè)將辣椒的含水率降低到一定程度，能夠保持辣椒的品相，且不會(huì)腐敗變質(zhì)，不會(huì)發(fā)芽，達(dá)到長(zhǎng)期保存的目的。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10465-89，辣椒的安全含水率是14%。

除含水率外，品相也是重要的定價(jià)指標(biāo)。在微波干燥過程中，辣椒的外觀形狀、顏色都會(huì)發(fā)生一系列的變化。辣椒微波干燥工藝的優(yōu)劣，主要通過干燥辣椒的顏色、氣味、形狀三個(gè)指標(biāo)來判斷，本項(xiàng)目通過望、聞、摸、嘗等方式對(duì)辣椒的色、形、味進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)資料，采用綜合加權(quán)評(píng)價(jià)法對(duì)微波干燥出的辣椒打分。在色、形、味三個(gè)指標(biāo)中，顏色影響較大加權(quán)值設(shè)定為4，外形和氣味加權(quán)值設(shè)定為3。干燥后，辣椒的感官品質(zhì)總分為30 分，由下式計(jì)算：感官品質(zhì)得分=3×（顏色得分×0.4+外形得分×0.3+氣味得分×0.3）。

（3）正交試驗(yàn)。通過對(duì)辣椒干燥特性研究和經(jīng)驗(yàn)可知，辣椒失水率的影響因素主要包括溫度、干燥時(shí)間、風(fēng)速和敷設(shè)厚度。辣椒在低溫干燥時(shí)速度較慢，高溫段干燥處的干辣椒品相很差，故選擇55 ～65℃進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟：挑選出無腐爛、無蟲蛀、顏色正常的新鮮辣椒，清洗瀝干。按照不同的厚度，堆放在干燥托盤中。調(diào)整設(shè)置干燥機(jī)的溫度、傳送帶速度和風(fēng)速等參數(shù)，然后，將干燥托盤送如干燥機(jī)中上電試驗(yàn)。每次干燥結(jié)束，取出托盤用電子天平進(jìn)行稱重，同時(shí)，記錄干燥機(jī)上的數(shù)據(jù)。干燥過程中，每隔一定時(shí)間，將辣椒取出稱重，計(jì)算含水率。考查辣椒干燥品質(zhì)的試驗(yàn)不計(jì)算干燥時(shí)間，當(dāng)辣椒含水率達(dá)到安全含水率時(shí)停止干燥，取出辣椒干，按照辣椒干感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分組評(píng)分。因此，該組試驗(yàn)因素只比較溫度、風(fēng)速和敷設(shè)厚度。

（4）試驗(yàn)結(jié)果分析。

表1 試驗(yàn)結(jié)果分析

直觀分析：

（1）影響主次。對(duì)于失水率，干燥時(shí)間的極差最大，依次為溫度、風(fēng)速、敷設(shè)厚度，即：

B →A →C →D

對(duì)于品質(zhì)指標(biāo)，溫度的極差最大，依次為敷設(shè)厚度、風(fēng)速，即：A →D →C。

（2）失水率方面，最優(yōu)組合是A3B3C3D3，即溫度65℃、干燥時(shí)間20 分鐘、風(fēng)速3.0m/s、敷設(shè)厚度150mm。對(duì)于品質(zhì)指標(biāo)，最優(yōu)組合是A2C3D2，即溫度60℃、風(fēng)速3.0m/s、敷設(shè)厚度100mm。

3 結(jié)語

通過正交試驗(yàn)研究了辣椒微波干燥的工藝參數(shù)，驗(yàn)證了基于數(shù)字PID 控溫干燥技術(shù)的可行性和實(shí)用性。新疆盛產(chǎn)的葡萄、紅棗和杏等水果長(zhǎng)期以來都是采用自然晾曬風(fēng)干的原始干燥方法，可以嘗試用微波干燥機(jī)進(jìn)行干燥試驗(yàn)，尋求合理的方案，讓微波干燥機(jī)發(fā)揮更大的作用。