冬枣片干燥参数与品质指标实时监控系统设计.pdfVIP

摘 要 干燥过程中，干燥参数的监控是自动化干燥过程和提高干燥效率等研究的基础，但是国 内外干燥系统中干燥参数的设置和优化通常是根据经验和实验，且干燥过程中物料的营养品 质变化因检测方法复杂所以较难得知，而干燥过程中物料的品质变化过程影响着最终的干燥 品质，因此，在干燥参数监控的基础上实现干燥过程中物料的品质指标监测具有重要的实际 应用价值。结合新疆地域情况和产业结构，本文以新疆冬枣为研究对象，根据国内外干燥过 程中干燥参数监控和冬枣片品质指标监测的研究现状，设计了冬枣片干燥参数与品质指标实 时监控系统，基于热风与红外联合干燥装置的干燥参数进行监控后对在干燥过程中的冬枣片 的品质指标监测和预测进行了分析研究。主要研究内容如下： （1）对冬枣片干燥参数与品质指标实时监控系统进行了总体设计：确定了总体设计的基 本原则，总体系统基于石河子大学干燥技术与装备实验室的热风与红外联合干燥装置设计并 搭建；将冬枣片干燥参数与品质指标实时监控系统分为干燥参数实时监控模块和品质指标实 时监测模块两个部分；根据设计需求对每个模块中所要监控或监测的对象需求进行确定：干 燥参数监控包括：干燥温度、干燥风速和干燥湿度，冬枣片实时监测的品质指标包括：冬枣 片感官品质指标（色泽、含水率）的监测和营养品质指标（干基维生素C 含量、干基还原糖 含量）的预测；最后对监控方案与监测方案进行设计与选择。 （2 ）完成了冬枣片干燥参数与品质指标实时监控系统硬件部分，包括：总体硬件结构设 计、干燥参数监控硬件结构设计、品质指标监测硬件结构设计。其中：干燥参数监控硬件结 构设计包括欧姆龙E5CC 温控仪监控干燥温度、德玛变频器DMA00-0D7543A 间接监控干燥 风速、STC89C52RC 单片机监控干燥湿度，并确定了温控仪、变频器和单片机的连接方式及 通信接口；品质指标监测硬件结构设计包括工业相机实时监测冬枣片色泽、电子天平失重法 实时监测冬枣片的含水率，并确定了主要部件的选型和安装布置。 （3 ）冬枣片干燥参数与品质指标实时监控系统软件部分使用LABVIEW 虚拟仪器进行设 计包含干燥参数监控模块软件程序设计、感官品质指标监测模块软件程序设计和营养品质指 标预测模块软件程序设计。其中：干燥参数监控模块分别确定了上位机PC 与下位机欧姆龙 E5CC 温控仪、德玛变频器DMA00-0D7543A 和STC89C52RC 单片机间的软件层通信协议和 命令帧，应用VISA 工具包分别对干燥温度、干燥风速、干燥湿度进行了监控软件程序设计； 感官品质指标监测模块分别应用VISION 和VISA 工具包对冬枣片色泽和含水率的数据采集、 * 数据滤波、数据分析进行监测软件程序设计；最后，根据前期课题组建立的冬枣片色泽a 值 与营养品质相关回归模型，设计冬枣片营养品质（干基维生素C 含量、干基还原糖含量）的 实时预测程序。 I （4 ）对每个子模块的程序进行软件集成并设计了冬枣片干燥参数与品质指标实时监控系 统人机交互界面，对整体系统进行软硬件集成，并使用与人工检测对比的试验方法对系统的 * * * 品质监测性能进行测试，试验结果表明：两种检测方法检测冬枣片的L 、a 和b 值变化趋势 * * * 相似，两种检测方法检测冬枣片色泽L 、a 、b 最大平均误差分别为1.59、0.89 和1.12；两 种检测方法检测冬枣片的质量平均相对误差为0.46%，含水率平均绝对误差为0.18% ；冬枣 片干燥参数与品质指标实时监控系统对冬枣片的营养品质指标干基维生素C 含量和干基还原 糖含量预测误差最大平均误差分别为85.20 mg/100g 和1