【畢業(yè)學(xué)位論文】隧道式電烘爐控制系統(tǒng)研究-控制工程

分類號(hào) 密級(jí) U D C 編號(hào) 士學(xué)位論文 論文題目 隧道式電烘爐控制系統(tǒng)研究 學(xué)科、專業(yè) 控 制 工 程 研究生姓名 滕 立 國(guó) 導(dǎo)師姓名及 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 桂衛(wèi)華教授、鄭巍高級(jí)工程師 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 摘 要 I 摘 要 400道式電烘爐是餅干生產(chǎn)線 的關(guān)鍵設(shè)備，原來(lái)溫度控制全靠手工操作，參數(shù)設(shè)定既繁瑣又容易出錯(cuò)，而且實(shí)時(shí)性差，導(dǎo)致餅干烘烤的效果不理想，既影響產(chǎn)品質(zhì)量， 浪費(fèi)電能，也滿足不了某些特殊餅干生產(chǎn)工藝要求。如何減輕參數(shù)設(shè)定和調(diào)整的工作量，使得系統(tǒng)更加有效率地工作，節(jié)約電能消耗，就成為迫切需要解決的問(wèn)題。 本文以 400道式電烘爐的溫度控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了隧道式電烘爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合不 同品種餅干的溫度控制曲線，獲得了隧道式電烘爐溫度控制系統(tǒng)的數(shù) 學(xué)模型,該模型具有時(shí)變、不確定性和非線性等特點(diǎn)。在些基礎(chǔ)上，研究了常規(guī) 進(jìn)數(shù)字 法。 通過(guò)對(duì)常規(guī) 制算法、積分分離 制算法、變速積分制算法、帶濾波器的 制算法、不完全微分 制算法和微分先行 制算法等 制算法的仿真研究，可知它們都不能滿足隧道式電烘爐的溫度控制的要求。 根據(jù)模糊控制和免疫控制的原理， 提出了基于模糊免疫 制算法，并將其應(yīng)用于電烘爐溫度控制 系統(tǒng)中。仿真結(jié)果表明其控制性能優(yōu)于常規(guī) 制及改進(jìn)的數(shù)字 法，完全滿足隧道式電烘爐的控制要求。 關(guān)鍵詞 電烘爐，溫度控制，模糊，免疫， 法 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 00KW is is of to It is an to At 00 EO is EO is EO is on of of is On ID ID of ID a ID ID to of ID EO is of ID is to ID ID It 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 目 錄 錄 摘 要 . I 目 錄 .一章 緒論 . 1 課題研究背景 . 餅干食品需求發(fā)展概況 . 食品機(jī)械發(fā)展的新趨勢(shì) . 400道式電烘爐控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .隧道式電烘爐控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 .論文的研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 .二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .烤爐的分類 . 按熱源分類 . 按結(jié)構(gòu)型式分類 .隧道式電烘爐內(nèi)部結(jié)構(gòu) . 紅外輻射元件的布置 . 溫度檢測(cè)與控制 .設(shè)備參數(shù)及設(shè)備配置 . 紹 . 紹 . 三菱變頻器 紹 . 列觸摸屏介紹 .電加熱隧道式網(wǎng)帶烘烤爐的工作原理 .多溫區(qū)電氣加熱爐控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 .焙烤技術(shù) . 蘇打餅干的焙烤技術(shù) . 酥性餅干焙烤技術(shù) . 韌性餅干焙烤技術(shù) .南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 目 錄 食品的高溫工藝 .脫水工藝 .小結(jié) .三章 數(shù)字 制算法及其仿真 .引言 . 常規(guī) 控制原理 . 數(shù)字 制器 .改進(jìn)數(shù)字 制算法及電烘爐模型仿真 . 積分分離 制算法及其仿真 . 變速積分 制算法及其仿真 . 帶濾波器的 制算法及其仿真 . 不完全微分 制及其仿真 . 微分先行 制及其仿真 .小結(jié) .四章 模糊免疫 制算法及其仿真 .引言 .模糊控制原理 . 模糊數(shù)學(xué) . 隸屬度及隸屬函數(shù)的確定 . 精確輸入的模糊化 . 模糊規(guī)則與模糊推理 . 反模糊化 . 模糊系統(tǒng)的組成 .免疫控制原理 . 典型人工免疫算法 . 基本免疫算法 .模糊免疫 制算法 .模糊免疫 制算法在餅干電烘爐上的應(yīng)用 .小結(jié) .南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 目 錄 V 第五章 結(jié)論與展望 .結(jié)論 .展望 .考文獻(xiàn) . 謝 .讀學(xué)位期間發(fā)表的論文 .中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 1第一章 緒論 1. 1 課題研究背景 凡是為食品工業(yè)服務(wù)的各種加工、包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)備，均可稱為食品機(jī)械。但通常所說(shuō)的食品機(jī)械指的是與食品加工生產(chǎn)直接相關(guān)的機(jī)械設(shè)備，如各種食品加工和包裝機(jī)械。食品機(jī)械的種類很多，若按其功能來(lái)說(shuō)的話，可分為通用設(shè)備和專用設(shè)備；若按其生產(chǎn)的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)的話，可分為乳品設(shè)備、罐頭設(shè)備、肉品設(shè)備、焙烤設(shè)備、飲料設(shè)備、蛋制品設(shè)備等 23 類。 飲食水平是一個(gè)國(guó)家文明程度和人民生活質(zhì)量高低的重要標(biāo)志。 食品的質(zhì)量和供應(yīng)狀況，直接關(guān)系著全民族的體質(zhì)，影響到國(guó)家的政治安定和社會(huì)進(jìn)步。世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家都十分重視發(fā)展食品工業(yè)。 中國(guó)食品工業(yè)負(fù)有滿足人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化生活需要和為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供積累的雙重任務(wù)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。發(fā)展食品工業(yè)可以加速農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)化調(diào)整，提高農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)。同時(shí)，對(duì)于帶動(dòng)和促進(jìn)飼料工業(yè)、包裝工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)和精細(xì)化學(xué)工業(yè)等相關(guān)行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，適應(yīng)餐飲業(yè)，旅游業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)崛起的需要，繁榮城鄉(xiāng)市場(chǎng)，擴(kuò)大外貿(mào)出口以及擴(kuò)大勞動(dòng)就業(yè)等都具有十分重要的作用。 本研究課題 “隧道式電烘爐控制系統(tǒng)研究 ”是本人與廣東省東莞市某食品有限公司合作研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。目的是實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 餅干食品需求發(fā)展概況 隨著人們生活水平的提高，昔日用于充饑的餅干食品，正朝著休閑型方向轉(zhuǎn)化，各種具有點(diǎn)心和休閑雙重功能的餅干產(chǎn)品不斷面市，顯示出新的市場(chǎng)活力。業(yè)內(nèi)人士分析指出，餅干食品的發(fā)展趨勢(shì)具體表現(xiàn)出四大走向1。 糕點(diǎn)式餅干。近年國(guó)際上逐漸流行起來(lái)的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)仍然是高油脂及高糖配比，屬曲奇型產(chǎn)品。因而它的工藝仍沿用輥印擠條、擠花、鋼絲切割等手段，不過(guò)塊形已改成小而薄的細(xì)巧產(chǎn)品，并且，充分利用二次加工的精細(xì)操作，在一個(gè)組合包裝中有夾心、 表面涂層等多種品種組成。 這種高檔禮盒的精細(xì)點(diǎn)心餅干，其數(shù)量可能不會(huì)太大， 但一方面體現(xiàn)了企業(yè)的水平， 同時(shí)又是一種高附加值產(chǎn)品。 休閑型餅干。休閑食品是新世紀(jì)初的熱門(mén)產(chǎn)業(yè)，為搶占市場(chǎng)一席之地，餅干生產(chǎn)開(kāi)始向休閑食品轉(zhuǎn)變。利用發(fā)酵的方法，采用低糖及低油的配比，制成一種中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2極度膨松的餅干，它的塊形小巧，呈顆粒狀，表面噴灑各種風(fēng)味的糖狀調(diào)味料，采用簡(jiǎn)單的小包裝，銷售起點(diǎn)價(jià)低，適合兒童人群的需要。 風(fēng)味蘇打餅干。傳統(tǒng)的蘇打餅干是一種四季相宜的產(chǎn)品，口感爽滑不膩，特別適合老年人及消化不良、糖尿病患者的需要。但亦有缺點(diǎn)，即口味平淡，食之無(wú)味。因此，新一代蘇打餅干將在保持原有特色的基礎(chǔ)上，改善口感，制成各具特色的風(fēng)味型蘇打餅干。 營(yíng)養(yǎng)保健型餅干。隨著健康飲食消費(fèi)觀念的形成，各種保健食品相繼面世，為順應(yīng)市場(chǎng)需求，廠家將開(kāi)發(fā)適合各年齡層次的餅干。這種產(chǎn)品嚴(yán)禁使用焦亞硫酸鈉作改良劑，而以木瓜蛋白酶或中性蛋白酶相替代。兒童營(yíng)養(yǎng)餅干應(yīng)采用不飽和脂肪酸較高的油脂，加入優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和鈣、鐵等礦物質(zhì)和維生素。 食品機(jī)械發(fā)展的新趨勢(shì) 當(dāng)前食品機(jī)械發(fā)展的新趨勢(shì)為：一是中國(guó)食品機(jī)械行業(yè)的飛速發(fā)展。資料顯示， 2006 年中國(guó)的食品機(jī)械行業(yè)銷售火爆，銷售額達(dá)到 元，是近幾年增長(zhǎng)率最高的一年。其二是由于國(guó)際上對(duì)食品安全的高度重視，具有高新技術(shù)的食品機(jī)械市場(chǎng)需求旺盛2。 據(jù)了解，基于食品安全的發(fā)展需要，世界各國(guó)開(kāi)始高度重視和大力開(kāi)發(fā)符合安全衛(wèi)生要求的食品機(jī)械；同時(shí)研究制訂相關(guān)的安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，把安全衛(wèi)生要求作為食品機(jī)械與國(guó)際接軌的重要條件。目的在于：一是減少食品機(jī)械作業(yè)過(guò)程的錯(cuò)誤發(fā)生，將食品加工過(guò)程中人為或機(jī)器的差錯(cuò)降低到最低限度；二是以防范食品機(jī)械在不衛(wèi)生條件、可能引起污染的環(huán)境下作業(yè)，避免食品加工中不合格產(chǎn)品的發(fā)生；三是確保食品機(jī)械可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)和清潔生產(chǎn)。 為了實(shí)現(xiàn)從食品機(jī)械的設(shè)計(jì)制造起就達(dá)到食品加工的安全衛(wèi)生， 發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)食品機(jī)械安全生產(chǎn)技術(shù)的研究與應(yīng)用十分重視。 研究的結(jié)果表明實(shí)現(xiàn)的方式有兩條：一是制訂完善的食品機(jī)械技術(shù)規(guī)范；二是按照這些技術(shù)規(guī)范嚴(yán)格組織食品機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用。在這些技術(shù)規(guī)范中，最主要的是食品機(jī)械的安全與衛(wèi)生要求，其內(nèi)容涵蓋了食品機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造、設(shè)備選型與配套、設(shè)備安裝與驗(yàn)證等環(huán)節(jié)。 高新技術(shù)的運(yùn)用成為實(shí)現(xiàn)食品機(jī)械安全的重要途徑。當(dāng)前，在食品機(jī)械中廣泛采用的高新技術(shù)主要有機(jī)電光液一體化技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、數(shù)字化智能化技術(shù)等，并且已貫穿于食品加工各個(gè)環(huán)節(jié)的食品機(jī)械中。 與傳統(tǒng)的食品加工技術(shù)相比，高新技術(shù)具有更大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益等發(fā)展優(yōu)勢(shì)。 各種高新技術(shù)的不斷應(yīng)用大大推進(jìn)了各國(guó)食品工業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，由連續(xù)化生產(chǎn)代替了間歇式生產(chǎn)；由專業(yè)化生產(chǎn)代替了通用化生產(chǎn)；由大型中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3化生產(chǎn)代替了中小型生產(chǎn)；由全程質(zhì)量控制代替了最終產(chǎn)品的質(zhì)量控制等。實(shí)現(xiàn)了食品加工過(guò)程的連續(xù)化生產(chǎn)、專業(yè)化作業(yè)、自動(dòng)化調(diào)節(jié)、全程化控制和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)。事實(shí)表明，這些高新技術(shù)的應(yīng)用不僅可保證加工產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)、安全、衛(wèi)生、方便、快捷和降低生產(chǎn)成本，而且還可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 40000道式電烘爐有四個(gè)控溫、測(cè)溫區(qū)，爐長(zhǎng) 60 米，是整條生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備、 “用電大戶 ”，兩班制生產(chǎn)月電費(fèi)多達(dá) 10 多萬(wàn)元，而烘烤也是決定餅干產(chǎn)品質(zhì)量好壞的關(guān)鍵工藝。為了及時(shí)了解爐內(nèi)的運(yùn)行狀況，運(yùn)行管理人員及調(diào)度指揮人員需要及時(shí)知曉各類運(yùn)行參數(shù)。為此在各控溫、測(cè)溫區(qū)設(shè)立測(cè)點(diǎn)，用以測(cè)量各類運(yùn)行參數(shù)。隧道式電烘爐的整個(gè)溫度的控制，簡(jiǎn)化為對(duì)上述四個(gè)特定點(diǎn)的溫度定值控制， 即將電烘爐分成四個(gè)區(qū)， 每一區(qū)選擇一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)作為溫度控制點(diǎn)。其溫度控制數(shù)值由上位機(jī)根據(jù)產(chǎn)品工藝配方自動(dòng)下裝。 隧道式電烘爐控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外餅干生產(chǎn)企業(yè)普遍都已經(jīng)配備了積木式的餅干生產(chǎn)線， 各生產(chǎn)部件之間的組合比較靈活，但同時(shí)也使整條生產(chǎn)線的參數(shù)調(diào)整工作非常復(fù)雜。特別是生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備 400道式電烘爐的溫度控制全靠手工操作，每當(dāng)改變餅干的生產(chǎn)品種時(shí)，需進(jìn)行近 30 處的參數(shù)設(shè)定，參數(shù)設(shè)定工作既繁瑣又容易出錯(cuò)，并且在爐內(nèi)情況發(fā)生改變時(shí)，要靠人工進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，實(shí)時(shí)性較差，這樣將導(dǎo)致餅干烘烤的效果不理想，既影響了產(chǎn)品的質(zhì)量，浪費(fèi)了電能，也滿足不了某些餅干生產(chǎn)的特殊工藝要求。特別在生產(chǎn)高檔餅干產(chǎn)品的時(shí)候，廢品率較高，使生產(chǎn)成本提高了不少，又常常導(dǎo)致生產(chǎn)廠家與顧客之間的糾紛，故在接受高檔餅干產(chǎn)品訂單的時(shí)候，生產(chǎn)廠家格外謹(jǐn)慎，甚至于不敢接這種生產(chǎn)訂單。 文獻(xiàn) 34研究了應(yīng)用 絡(luò)在電爐溫度控制過(guò)程中建立數(shù)學(xué)模型的方法，建立了溫度控制系統(tǒng)的 型， 對(duì)于任意給定的誤差， 只要有足夠的訓(xùn)練次數(shù)，都能達(dá)到要求。 研究結(jié)果證明人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是研究電爐溫度控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模的一個(gè)有效方法。同時(shí)從前向模型和反向模型的仿真結(jié)果，可以看出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的方法相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)。它在儀表和測(cè)量中有非常廣闊的應(yīng)用前景。但餅干生產(chǎn)線卻不能提供足夠的訓(xùn)練次數(shù)，因?yàn)檫@樣會(huì)對(duì)企業(yè)帶來(lái)較大的實(shí)驗(yàn)損耗。 模糊 有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)特性，他優(yōu)于常規(guī)的 有較好的抗干擾性能。當(dāng)工況發(fā)生變中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4化時(shí)，與傳統(tǒng) 糊 然，模糊 實(shí)現(xiàn)方便、 控制規(guī)則優(yōu)化， 以及性能優(yōu)良的智能控制器，具有動(dòng)態(tài)性能好、穩(wěn)態(tài)精度高、抗干擾性能好及魯棒性較強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于非線性、時(shí)變、強(qiáng)干擾的不確定復(fù)雜系統(tǒng)56。 將模糊控制與 制系統(tǒng)相結(jié)合，既顯示了 可靠、靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，也大大提高了控制系統(tǒng)的智能化程度789?；谀：刂频?統(tǒng)適用于很多場(chǎng)合，控制程序易于模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，與 帶的 制模塊相比，具有編程方式靈活，限制條件少，模糊變量和模糊規(guī)則個(gè)數(shù)不受系統(tǒng)硬件限制等特點(diǎn)，降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本101112，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍1314。 論文的研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 本研究課題主要圍繞著功能結(jié)構(gòu)靈活的分散性和安全維護(hù)的可靠性來(lái)進(jìn)行考慮。從系統(tǒng)工程出發(fā)，采用了 “分級(jí)遞階結(jié)構(gòu) ”來(lái)考慮系統(tǒng)的功能分散、危險(xiǎn)分散，提高可靠性、減少設(shè)備的復(fù)雜性與投資成本，并便于維修和技術(shù)更新。 主要是把復(fù)雜的對(duì)象劃分為幾個(gè)子對(duì)象。第一級(jí)為局部控制器，直接作用于控制對(duì)象；第二級(jí)是監(jiān)控管理級(jí)，是操縱各局部控制器的協(xié)調(diào)控制器，它使各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，共同完成系統(tǒng)的總?cè)蝿?wù)，并進(jìn)行優(yōu)化控制和系統(tǒng)管理任務(wù)。 第一級(jí)可細(xì)分為四個(gè)局部區(qū)域的溫度控制回路。 四個(gè)烘爐加熱區(qū)域的溫度由溫度傳感器測(cè)出后，與設(shè)定溫度比較計(jì)算，并經(jīng)過(guò)先進(jìn) 制策略的判別修正后輸出一調(diào)節(jié)量至調(diào)功器， 調(diào)功器在綜合判別諸多因素后將輸出量均衡分布在該調(diào)節(jié)周期的電源周波序列中， 去推動(dòng)電熱元件將溫度精確控制在工藝要求范圍內(nèi)。該種控制方法具有控制精度高，節(jié)能，提高電源利用率和避免電力設(shè)備的增容。設(shè)定溫度可由上位機(jī)根據(jù)產(chǎn)品工藝配方自動(dòng)下裝，也可由操作人員在控制站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。 對(duì) 400道式電烘爐進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化改造后，一方面可以充分利用設(shè)備的產(chǎn)能，提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，更有效地利用電能；另一方面可以建立 “專家控制系統(tǒng) ”，減輕參數(shù)設(shè)定或調(diào)整時(shí)的工作量，并把相關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行資料保存到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)當(dāng)中，可用來(lái)離線修改完善專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)智能化的最優(yōu)控制。對(duì)國(guó)內(nèi)餅干生產(chǎn)企業(yè)的隧道式電烘爐的升級(jí)改造有較大的應(yīng)用意義。 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 5第二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 烤爐的分類 按熱源分類 根據(jù)熱源的不同，烤爐可分為煤爐、煤氣爐、燃油爐和電爐等，其中電爐又可分為普通電烤爐、遠(yuǎn)紅外烤爐和微波爐15。 (1) 煤爐。以煤為燃料的烤爐稱為煤爐。它有多種型式，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作安全，燃料便宜，容易獲得，適合于中小型食品廠各種食品的烘烤。其缺點(diǎn)是衛(wèi)生條件較差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且爐溫調(diào)節(jié)比較困難，爐體笨重，不宜搬運(yùn)。 (2) 煤氣爐。以煤氣、天然氣、液化石油氣等 作為燃料的烤爐統(tǒng)稱煤氣爐。煤氣妒的溫度調(diào)節(jié)比煤爐容易。比如在高溫區(qū)可多安裝一些噴頭，而在低溫區(qū)可適當(dāng)減少。必要時(shí)，還可關(guān)閉一定的噴頭。煤氣爐較煤爐的外形尺寸小得多，并可減少熱量損失，改善工人勞動(dòng)條件。 (3) 電爐。電爐是指以電為熱源的烤爐。根據(jù) 輻射波長(zhǎng)的不同，又分為普通電烤爐、遠(yuǎn)紅外電烤爐等。 電烤爐具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，操作方便，便于控制，生產(chǎn)效率高、焙烤質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。其中以遠(yuǎn)紅外電烤爐最為突出，它利用遠(yuǎn)紅外線的特點(diǎn)，提高了熱效率，節(jié)約了電能，在大、中、小食品廠都得到廣泛應(yīng)用。 按結(jié)構(gòu)型式分類 食品烤爐按結(jié)構(gòu)型式不同，可分為箱式爐和隧道爐兩大類。 (1) 箱式爐。箱式爐外形如箱體，因此得名。 箱式爐按食品在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)形式不同，可分為烤盤(pán)固定式箱式爐、風(fēng)車爐和水平旋轉(zhuǎn)爐等，其中烤盤(pán)固定式箱式爐是這類烤爐中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、使用最普遍、最具有代表性的一種，因此常簡(jiǎn)稱為箱式爐。 a. 箱式爐。箱式爐爐膛內(nèi)壁上安裝若干層支架，用以支承烤盤(pán)，輻射元件與烤盤(pán)相間布置。在整個(gè)烘烤過(guò)程中，烤盤(pán)內(nèi)的食品與輻射元件間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種烤爐屬間歇式操作， 所必產(chǎn)量小， 它比較適用于中小型食品廠烘烤各類食品。 b. 風(fēng)車爐。風(fēng)車爐因烘室內(nèi)有一形似風(fēng)車的轉(zhuǎn)籃裝置而得名。 這種烤爐多采用無(wú)煙煤、焦碳，煤氣等為熱源，也可采用電及遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)。 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 6以煤為燃料的風(fēng)車爐、其燃燒室多數(shù)位于烘室的下面。因?yàn)槿剂显诤媸覂?nèi)燃燒，熱量直接通過(guò)輻射和對(duì)流烘烤食品，所以熱效率很高。風(fēng)車爐還具有占地面積小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，產(chǎn)量較大的優(yōu)點(diǎn)。目前仍有很多工廠用于面包生產(chǎn)。風(fēng)車爐的缺點(diǎn)是手工裝卸食品，操作緊張，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。 c. 水平旋轉(zhuǎn)爐。水平旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)設(shè)有一水平布置的回轉(zhuǎn)烤盤(pán)支架，擺有生坯的烤盤(pán)放在回轉(zhuǎn)支架上。烘烤時(shí)，由于食品在爐內(nèi)回轉(zhuǎn)，各面坯問(wèn)溫差很小，所以烘烤均勻，生產(chǎn)能力較大。其缺點(diǎn)是手工裝卸食品，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，且爐體較笨重。 (2) 隧道爐。隧道爐是指爐體很長(zhǎng)，烘室為一 狹長(zhǎng)的隧道。在烘烤過(guò)程中食品與加熱元件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的烤爐。 因食品在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)， 好像通過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的隧道，所以叫做隧道爐。 隧道爐根據(jù)帶動(dòng)食品在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置不同，可分為鋼帶隧道爐、網(wǎng)帶隧道爐、烤盤(pán)鏈條隧道爐和手持烤盤(pán)隧道爐等。 a. 鋼帶隧道爐。 鋼帶隧道爐是指食品以鋼帶作為載體， 并沿隧道運(yùn)動(dòng)的烤爐，簡(jiǎn)稱鋼帶爐。鋼帶靠分別設(shè)在爐體兩端，直徑為 5001000 毫米的空心輥筒驅(qū)動(dòng)。焙烤后的產(chǎn)品從烤爐末端輸出并落入在后道工序的冷卻輸送帶上。 由于鋼帶只在爐內(nèi)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以熱損失少。通常鋼帶爐采用調(diào)速電機(jī)與食品成型機(jī)械同步運(yùn)行?？缮a(chǎn)面包、餅干、小甜餅和點(diǎn)心等食品。其缺點(diǎn)是鋼帶制造較困難，調(diào)偏裝置較復(fù)雜。此種烤爐通常以天然氣、煤氣、燃油及電為熱源。 b. 網(wǎng)帶隧道爐。網(wǎng)帶隧道爐，簡(jiǎn)稱網(wǎng)帶爐，其結(jié)構(gòu)與鋼帶爐相似，只是傳送面坯的載體采用的是網(wǎng)帶。網(wǎng)帶是由金屬絲編制而成。網(wǎng)帶長(zhǎng)期使用損壞后，可以補(bǔ)編，因此使用壽命長(zhǎng)。由于網(wǎng)帶網(wǎng)眼空隙太，在焙烤過(guò)程中制品底部水分容易蒸發(fā)，不會(huì)產(chǎn)生油灘和凹底。網(wǎng)帶運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不易發(fā)生打精、跑偏現(xiàn)象，也比鋼帶易于控制。 網(wǎng)帶爐采用的熱源與鋼帶爐基本相同， 其產(chǎn)量大、 熱量損失小，多用于烘烤餅干等食品。該爐易與食品成型機(jī)械配套組成連續(xù)的生產(chǎn)線，網(wǎng)帶爐的缺點(diǎn)是不易清洗，網(wǎng)帶上的污垢易于粘在食品底部，影響食品外觀質(zhì)量。 c. 鏈條隧道爐。鏈條隧道爐是指食品發(fā)其載體在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)靠鏈條傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的烤爐，簡(jiǎn)稱鏈條爐。其主要傳動(dòng)部分有電動(dòng)機(jī)，變速器、減速器、傳動(dòng)軸，鏈輪等。 鏈條爐爐體進(jìn)出兩端各有一水平橫軸，軸上分別裝有主動(dòng)和從動(dòng)鏈輪。鏈條帶動(dòng)食品載體器軌道運(yùn)行。 根據(jù)焙烤的食品品種不同， 鏈條爐的載體大致有兩種，即烤盤(pán)與烤籃。烤盤(pán)用于承載餅干、糕點(diǎn)及花色面包，而烤籃用于聽(tīng)型面包的烘烤。 由于車間縱向長(zhǎng)度的限制， 常需要在鏈條爐出爐端設(shè)置烤盤(pán)轉(zhuǎn)向裝置及翻盤(pán)中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 7裝置，以便成品進(jìn)入冷卻輸選帶，載體由爐外傳送裝置送回入爐端。由于烤盤(pán)在爐外循環(huán)，因此熱量損失較大，不利干工作環(huán)境，而且浪費(fèi)能源。 根據(jù)同時(shí)并列進(jìn)入爐內(nèi)的載體數(shù)量不同，鏈條爐又分為單列鏈條爐和雙列鏈條爐兩種。單列鏈條爐具有一對(duì)鏈條，一次進(jìn)入爐內(nèi)一個(gè)烤盤(pán)或一列烤籃。雙列鏈條爐具有兩對(duì)鏈條，同時(shí)并列進(jìn)入爐內(nèi)兩個(gè)烤盤(pán)或兩列烤籃。 鏈條爐一般與成型機(jī)械配套使用，并組成連續(xù)的生產(chǎn)線，其生產(chǎn)效率較高。因傳動(dòng)鏈的速度可調(diào)，因此適用面廣，可用來(lái)烘烤多種食品。 d. 手推烤盤(pán)隧道爐。手推烤盤(pán)隧道爐沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)裝置，載體在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)是依靠人力推動(dòng)的。這種烤爐在爐底上裝有一對(duì)或數(shù)對(duì)由扁鋼或角鋼制成的軌道，食品烤盤(pán)放在軌道上。操作時(shí)爐的進(jìn)出口各需一位操作者，以完成裝爐和出爐的任務(wù)。這種隧道爐的爐體較短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用面較廣，多用于中、小型食品廠。其缺點(diǎn)是所需操作工人較多，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，食品在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度不易控制，食品烘烤質(zhì)量不易掌握，而且不能與食品成型機(jī)械配套組成連續(xù)的生產(chǎn)線。 鋼帶爐和剛帶爐生產(chǎn)能力計(jì)算公式相同。 (2G帶式爐生產(chǎn)能力(公斤 /時(shí)) L帶式爐加熱區(qū)長(zhǎng)度(米) R爐帶縱向每米長(zhǎng)度卜的制品排數(shù)(排 /米) N爐帶橫向?qū)挾壬现破返膫€(gè)數(shù)(塊) t烘烤時(shí)間(分) M每公斤制品塊數(shù)（塊 /公斤) 成品率，對(duì)于餅干爐 =隧道式電烘爐內(nèi)部結(jié)構(gòu) 隨著工業(yè)的發(fā)展，焙烤制品逐漸成為方便食品中的一個(gè)重要的組成部分，滿足了百姓的消費(fèi)需求，也為國(guó)家提供了一定數(shù)量的積累。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局對(duì)其中917 家企業(yè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果， 2004 年焙烤食品的產(chǎn)量達(dá) 噸、元、全年利潤(rùn)總額 元、稅金總額 元，比 2003 年實(shí)際分別增長(zhǎng) 15%，取得了穩(wěn)步健康的發(fā)展。但其利潤(rùn)率之低( 2004 年度糕點(diǎn)行業(yè)總體銷售收入利潤(rùn)率僅為 ，引起業(yè)內(nèi)人士的普遍思考。 這當(dāng)然與 2003 年以來(lái)全國(guó)糧、 油、 蛋、 奶等農(nóng)副產(chǎn)品相繼提價(jià)和延續(xù)到 2004年春季發(fā)生的禽流感疫情的影響有關(guān)，但與企業(yè)內(nèi)部挖潛、降低成本不無(wú)關(guān)系，中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8而成本的大頭就是焙烤能耗。 隧道爐的節(jié)能降耗與智能化控制就是本文的核心內(nèi)容。 隧道爐包括爐體及排潮系統(tǒng)、加熱及控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)三大部分。節(jié)能降耗貫穿于三大部分，智能化控制集中在加熱控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)上16 17。結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖 2部整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2際運(yùn)行設(shè)備見(jiàn)圖 2 圖 2道爐內(nèi)部結(jié)構(gòu) 紅外輻射元件的布置 對(duì)于隧道爐取上輻射距離 50150輻射距離 5070狀輻射元件間距 100250火與底火上下交錯(cuò)平衡布置，各分為上下對(duì)稱的 4 個(gè)區(qū)，如圖 2示，各管狀輻射元件采用專門(mén)處理后的拋物線型反射罩，并將管狀元件中心由焦點(diǎn)處外移，以便獲得更多的反射平行波保溫區(qū)不設(shè)加熱元件，由焙烤制品維持該區(qū)的溫度，避免出爐時(shí)大的溫度梯度使焙烤制品開(kāi)裂變形18。 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9圖 2道爐外部整體結(jié)構(gòu) 圖 2際運(yùn)行設(shè)備圖 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 10圖 2溫分區(qū)及輻射元件的分相排布 主電路各區(qū)分面火與底火，各區(qū)的面火與底火輸入三相電源，各區(qū)中面火與底火的各輻射管狀元件按 U、V、W 相序順序聯(lián)接電源。底火與面火相序空間位置滯后輻射元件間距的一半192021，這種聯(lián)接利于分組獨(dú)立調(diào)溫及分組調(diào)溫時(shí)三相保持對(duì)稱平衡。 溫度檢測(cè)與控制 各區(qū)面火與底火獨(dú)立安裝鉑熱電阻傳感器(鉑熱電阻用 限溫度500，時(shí)間常數(shù)在 30 s 以內(nèi))、采用觸摸屏控制系統(tǒng)和溫度顯示。通過(guò)觸摸屏設(shè)置手動(dòng)、編輯、復(fù)位、回零擋位，滿足不同焙烤制品的工藝要求。各區(qū)面火與底火溫度高低是影響焙烤制品質(zhì)量的非常重要的因素， 通過(guò)鉑熱溫度傳感器檢測(cè)面火與底火的實(shí)際溫度，作為隧道爐的控制信息源。實(shí)際溫度隨設(shè)定溫度上下波動(dòng)，表明爐內(nèi)溫度在上升或下降，在生產(chǎn)階段， 出指令，給各區(qū)中面火與底火中間隔聯(lián)接的變頻器控制指令，從而改變遠(yuǎn)紅外輻射元件工作的功率，實(shí)現(xiàn)面火與底火對(duì)設(shè)定溫度的跟蹤2223。 設(shè)備參數(shù)及設(shè)備配置 該燃?xì)馐绞称匪淼罓t每個(gè)測(cè)溫區(qū)又分為上火區(qū)和下火區(qū)，上火區(qū)和下火區(qū)各配備一個(gè) 度感應(yīng)傳感器來(lái)檢測(cè)該區(qū)溫度，共六個(gè)溫度感應(yīng)傳感器，從而將六個(gè)區(qū)爐火溫度控制在一定的范圍內(nèi)2425。整個(gè)系統(tǒng)有 5 臺(tái)電機(jī)，每個(gè)溫區(qū)分配一個(gè)冷風(fēng)機(jī)，爐鏈電機(jī)一臺(tái)，保溫區(qū)電機(jī)一臺(tái)。溫區(qū)的冷風(fēng)機(jī)起到排潮和適當(dāng)?shù)慕禍刈饔?，爐鏈電機(jī)可以調(diào)整餅干在爐內(nèi)的加溫時(shí)間，保溫區(qū)電機(jī)（爐尾電機(jī)）起到排潮作用?？刂葡到y(tǒng)框圖見(jiàn)圖 2面將詳細(xì)敘述各個(gè)部件的功能262728。 該食品隧道爐要求能夠根據(jù)烤制食品的不同種類來(lái)設(shè)定烘烤時(shí)間。 系統(tǒng)電源從 3 相 380V 引入，降壓成 20V，作為 供電。又將 20V 轉(zhuǎn)換成 4V，作為繼電器的輸出驅(qū)動(dòng)，見(jiàn)圖 2 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 11圖 2制系統(tǒng)框圖 圖2源變換 本系統(tǒng)采用三菱 為主控制器，其中每個(gè)溫區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)塊。 塊是八位、 2 通道模擬量輸入和 1 通道模擬量輸出的模塊。智能控制運(yùn)算結(jié)果以電壓模擬量的形式控制每個(gè)溫區(qū)的變頻器的頻率，由于變頻器的輸出頻率與輸出電壓之間的比例是恒定的， 故調(diào)節(jié)變頻器頻率的同時(shí)也改變了電壓，從而實(shí)現(xiàn)電烘爐溫度的控制。 摸屏作為人機(jī)界面，操作人員可以在觸摸屏監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)線。表 2 塊的通道分配，表 2 配表。 爐鏈電機(jī)與變頻器 接， 機(jī)可以通過(guò) 塊輸出變化的電壓值，從而控制變頻器的轉(zhuǎn)速，調(diào)整爐鏈電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖 2爐鏈電機(jī)的接線圖。為了變頻器的安全，在變頻器的電源輸入端串接了一個(gè)開(kāi)關(guān)。 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 隧道式電烘爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 12圖2鏈電機(jī)接線圖 塊采集爐內(nèi)溫度，每個(gè)溫區(qū)用兩個(gè)鉑熱電阻測(cè)量，其中一個(gè)鉑熱電阻測(cè)量面火溫度，另一個(gè)測(cè)量底火溫度。圖 2鉑熱電阻與 塊的接線。 每個(gè)溫區(qū)各有一個(gè)變頻器控制發(fā)熱絲，發(fā)熱絲分成面火和底火兩組。發(fā)熱絲與變頻器 接，