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一种微机控制的UHT杀菌系统

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

  一种微机控制的UHT杀菌系统

前言    仪器的超高温短时杀菌UHT是一种新型的灭菌技术,对在达到杀菌前提下保持食品的品质具有重要的意义。目前市场上的超高温短时杀菌器主要是工业生产设备,也有引进的中试设备。这些设备对于从事食品新产品新工艺研究开发的工艺人员为说,一是处理能力太大,因为他们制备的样品往往数量有限;二是投资太高;三是操作不便。市场上急需对不同物料的适应性强、操作范围宽、自动化程度高、使用方便灵活、价位低的微型超高温短时杀菌试验台。因此,根据市场需要,我校信息与控制工程学院机械系和食品学院联合设计了微机控制的UHT杀菌设备。

1. 液体食品的超高温杀菌设备

本设备用于液体食品物料的超高温短时杀菌。由于此设备用于加工食品,卫生要求很高,我们采用了不锈钢制砀小型套管式超高温杀菌器。采用油浴加热的方式对牛乳、豆奶、果法等液体食品进行杀菌。工艺流程如下:设备先用酸、碱液清洗,再用清水循环清洗,然后开始进料。物料由泵送入油浴加热器,经过高温加热到110~145℃(在此范围内可调),再进入保温装置,保温时间可调。然后用自来水将物料冷却到温度50~90℃(具体温度可根据需要调节)。

2. 单片机温度控制系统

2.1 系统结构

系统由8031单片机、UHT杀菌器、温度检测变换器及过零检测调功电路及冷却水调节阀等部分组成。

2.2 硬件设计

系统采用8031单片机作为主处理器、完成八路定时采样、PID运算及调控双向可控硅任务。扩展一片2764作为EPROM,再扩展一片8255作为输出口,经1413驱动后控制双向可控硅等执行器。传感器为WZPK-230小型铠装式铂电阻,模拟开关4051切换变送器的输出电信号,经过放大处理,通过光耦送入A/D变换器。单片机在固定的时间内对信号频率进行计算,并且得出实际温度值,求出偏差后,计算出控制脉宽输出信号,使执行器动作。

2.3 过零检测调功电路

UHT温度控制系统使用油浴电加热器来加热物料,其发热功率难以实现边连续调节,而冷却水易于连续调节。所以加热器温度控制电路采用了可控硅调功方式。双向可控硅串在50HZ交流电源和加热丝电路中,只要在给定周期里改变可控硅开关的接通时间,就能达到改变加热功率的目的,从而实现加热温度的调节。

           单片机只要输出脉冲信号就可以控制可控硅通断时间,这可用一条I/O线,通过程序输出脉冲来实现。为了达到触发的目的,需要过零调功电路和。

           过零调功电路由LM311构成的过零检测器(电路已简化)、双单稳触发器、与或门组成的过零脉冲发生器等组成。TB为同步变压器,电压比较器CMP将正弦交流电变成方波。方波的正跳沿和负跳沿分别作为两个单稳触发器的触发信号,单稳解发器输出的窄脉冲经二级管与或门混合,就得到对应于过零时刻的同步脉冲。此脉冲一路作为触发同步脉冲加到温控电路,一路作计数肪冲加到单片机9031的P3.4T P3.5输入端。

2.4 保温时间控制

本实验装置处理量较小,通过工艺计算,流量范围为9.5~17.8ml/s,管道公称直径为10mm,要求保温时间根据不同物料可调。此处采用分程分时控制的方案,即根据保温时间的不同要求,设置了ZCZ系列的五个电磁阀。由电磁阀的依次开关控制保温管的长度,也就控制了保温时间。例如需要保温10s时,只开1号阀;需要保温20s时,打开1、2号阀。以此类推。

2.5 键盘/显示器的设计

本系统选用8279芯片与单片机相连。8279用硬件完成键盘与显示器扫描任务,可节省CPU时间。键盘由0~9十个数字键,温度T设置键、上行键、下行键、运行键、消除键、紧急停止键等功能键组成。用户可通过键盘直接在系统运行前对温度、时间进行修改。

3. 软件设计

由于UHT杀菌试验装置中物料是经常变化验的,要求被调参数的设定值和量程亦经常变化。同时,为了提高产品的质量,反应条件也会经常变化。所以控制系统的软件部分应能适应这种变化。为此,必须在常规控制规律的基础上增加初始化、键输入与命令分析等功能。在对该系统进行程序设计时,针对系统各功能 单元而进行模块化结构设计。每一个程序模块都是一段独立的能实现一项或几项功能的程序。

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