Tecnologia di controllo rapido e preciso del grado di vuoto e della temperatura nel processo di alogenazione a impulsi sotto vuoto

Abstract: I prodotti brasati sono un alimento tradizionale e il processo a impulsi sottovuoto può migliorare efficacemente la qualità e ridurre i tempi di produzione ed è sempre più utilizzato nello sviluppo e nella produzione di prodotti brasati. Questo articolo si concentra sui requisiti di controllo rapido e preciso dell'importante parametro di processo del grado di vuoto nel nuovo processo a impulsi sottovuoto e presenta in dettaglio la soluzione completa e il contenuto dell'implementazione utilizzando la valvola di controllo proporzionale del flusso della serie FC.

1. Domanda
Come alimento tradizionale e nutriente, i prodotti brasati sono molto amati dal pubblico e sono un alimento immediato per il tempo libero e il turismo. L'attuale processo di produzione dei prodotti brasati si divide principalmente in due categorie: il metodo tradizionale di brasatura e il metodo di essiccazione sottovuoto, mentre il nuovo metodo di brasatura sottovuoto a impulsi presenta caratteristiche eccezionali. Rispetto al metodo di brasatura tradizionale, il metodo di brasatura sottovuoto può non solo abbreviare il periodo di brasatura. Può ridurre il tempo da 8 ore a 80 minuti, migliorare notevolmente l'efficienza produttiva, mantenere il sapore degli alimenti e ridurre il contenuto di microrganismi di 4 ordini di grandezza, migliorando così notevolmente la sicurezza del prodotto.

Il tipico processo a impulsi sotto vuoto è illustrato nella Figura 1. Il processo a impulsi sotto vuoto ha requisiti elevati per le apparecchiature e richiede un controllo preciso di due parametri importanti (grado di vuoto e temperatura) nel processo di brasatura. I requisiti specifici sono i seguenti:
(1) La misurazione in tempo reale del grado di vuoto e della temperatura può essere raggiunta contemporaneamente, e il controllo preciso implica il rispetto del programma impostato. Pertanto, il controllore deve disporre di almeno due funzioni indipendenti di acquisizione del segnale e di controllo.
(2) Come mostrato nella Figura 1, è necessario controllare accuratamente il grado di vuoto e la temperatura in base ai limiti superiore e inferiore dell'impostazione del grado di vuoto e della temperatura e alla corrispondente velocità di variazione. Ciò equivale a richiedere che il controllore abbia capacità di controllo della curva di programma accurate.
Questo articolo si concentra sulle soluzioni corrispondenti ai requisiti di cui sopra, introducendo i controllori integrati di vuoto e temperatura che possono essere utilizzati nei processi di brasatura a impulsi sotto vuoto e introducendo la valvola di controllo proporzionale del flusso FC resistente alla corrosione e azionata da motori passo-passo per la regolazione del flusso di gas, che può soddisfare i requisiti di controllo preciso del processo di brasatura a impulsi sotto vuoto.

2. Schema di controllo del processo brasato a impulsi sotto vuoto
Il grado di vuoto e la temperatura devono essere controllati con precisione nel processo di brasatura a impulsi sottovuoto; l'implementazione del sistema di controllo specifico è mostrata nella Figura 2.

Nel processo di controllo del grado di vuoto mostrato nella Figura 2, viene adottato un metodo diverso dal precedente metodo di controllo del grado di vuoto, ovvero viene aggiunto un canale di aspirazione dell'aria alla camera del vuoto, vengono utilizzati un controllore multicanale e una valvola a spillo a controllo numerico con tempi di risposta rapidi e alta precisione. Questo programma presenta due caratteristiche eccezionali:
(1) Può raggiungere un controllo preciso del grado di vuoto nell'intervallo 0,1~1000mBar e ha un tasso di fluttuazione inferiore a ±1% nell'intero intervallo. L'implementazione specifica prevede che quando il grado di vuoto è inferiore a 10torr, il controllo adotta la modalità a monte; quando il grado di vuoto è superiore a 10torr, il controllo adotta la modalità a valle. Allo stesso tempo, le valvole di controllo del flusso proporzionale a risposta rapida e i comandi assicurano che le variazioni di temperatura abbiano un effetto minimo sul vuoto.
(2) Il controller PID integrato a 2 canali può raggiungere il controllo simultaneo del grado di vuoto, della temperatura e della velocità di regolazione. 2 canali indipendenti per la misurazione, il controllo e la visualizzazione del vuoto e della temperatura.
(3) Il computer host può comunicare con il controllore in tempo reale per progettare, modificare, memorizzare e caricare varie curve di processo di controllo del grado di vuoto e della temperatura.

3. Controllore multifunzionale ad alta precisione a 24 bit
Per ottenere un controllo preciso del grado di vuoto, della temperatura e della velocità di rotazione nell'essiccazione a microonde sottovuoto, KaoLu ha sviluppato la serie FC di controllori universali PID programmabili ad alta precisione a 24 bit, come illustrato nella Figura 2. Questa serie di controllori PID è molto utile e conveniente.

I principali indicatori di prestazione dei controllori della serie VPC sono i seguenti:
(1) Precisione: A/D a 24 bit, D/A a 16 bit.
(2) Velocità massima di campionamento: 50 ms.
(3) Vari parametri di ingresso: 47 segnali di ingresso (termocoppia, resistenza termica, tensione CC) possono essere collegati a vari sensori di temperatura e di vuoto per la misurazione, la visualizzazione e il controllo.
(4) Varie forme di uscita: segnale analogico a 16 bit, relè da 2 A (250 V CA), relè a stato solido da 22 V/20 mA, SCR da 3 A/250 V CA.
(5) Multicanale: uscita indipendente a 1 o 2 canali. 2 canali possono raggiungere la misurazione e il controllo simultanei della temperatura e del grado di vuoto, mentre il canale di uscita dell'allarme può essere utilizzato per controllare l'avvio e l'arresto del motore rotante.
(6) Multifunzione: controllo avanti, indietro, avanti e indietro bidirezionale, controllo del riscaldamento/raffreddamento.
(7) Controllo del programma PID: L'algoritmo PID migliorato supporta il controllo differenziale PV e l'anticipo differenziale. Può memorizzare 20 gruppi di PID e supportare 20 curve di programma (50 segmenti ciascuna).
(8) Comunicazione: RS485 a due fili, protocollo di comunicazione standard MODBUS RTU.
(9) Modalità di visualizzazione: sala digitale e LCD IPS TFT a colori.
(10) Software: Il funzionamento del controllore e l'acquisizione e la memorizzazione dei dati possono essere raggiunti attraverso il software del computer. (11) Dimensioni: 96×96×87 mm (dimensione del foro 92×92 mm).

4. Il motore passo-passo aziona la valvola a spillo ad alta velocità resistente alla corrosione
Per raggiungere una regolazione di alta precisione nel processo di controllo del grado di vuoto, KaoLu ha sviluppato una serie di valvole di flusso a controllo proporzionale con diverse portate basate sulla valvola ad ago che utilizza motori passo-passo, come mostrato nella Figura 2. L'isteresi magnetica di questa serie è molto più piccola rispetto alle valvole a solenoide e ha una risposta ad alta velocità entro 1 secondo. In particolare, l'uso della tecnologia di tenuta FKM consente alla valvola di avere una resistenza superiore alla corrosione. Gli indicatori tecnici dettagliati sono riportati nella Figura 4.

Modello	FC-20	FC-120	FC-300	FC-1000
Tipo di valvola	Valvola ad ago
Diametro della deriva della bobina	0,9 mm	2,25 mm	2,75 mm	4,10 mm
Attuatore	Controllo del motore passo-passo bipolare
Tempo di risposta	0,8sec (da aperto a chiuso)
Dimensione standard	G1/8"			G3/8"
Fluido	Gas inerte e liquido
Materiali di contatto	Acciaio inox
Intervallo di pressione	-1 ~ 7bar			-1 ~ 5bar
Flusso massimo	50L/min @7bar	240L/min @7bar	290L/min @7bar	600L/min @7bar

 

Linearità	±2%	±0,1 ~ 1%	±0,2 ~ 5%	±11%
Ripetibilità (Fondo scala)	±0,1%
Risoluzione del flusso (Lunghezza del passo)	0,1L/min	0,1 ~ 0,2L/min	0,2 ~ 0,75L/min	1L/min
Risoluzione dello spostamento (lunghezza del passo)	12,7um		25,4um
Intervallo di temperatura operativa	0 ~ 84°c
Sigillo	Guarnizioni standard FKM o di altro tipo
Segnale di controllo	DC: 0 ~ 10V (o 4 ~ 20mA)
Alimentazione	DC: 24V (12W)

(Figura 5 Indicatori tecnici della valvola a spillo elettronica FC di KaoLu)

Per ulteriori informazioni, visitare il sito https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html

La valvola di flusso a controllo proporzionale FC è dotata di un modulo di circuito di azionamento del motore passo-passo, che fornisce l'alimentazione e il segnale di controllo necessari per la valvola di flusso a controllo proporzionale FC e converte il segnale CC in controllo passo-passo del motore passo-passo bipolare; può inoltre fornire il controllo diretto RS485 della comunicazione seriale. Le specifiche e le dimensioni sono riportate nella Figura 5.

Quando si utilizza una valvola di controllo del flusso proporzionale nell'essiccazione a microonde sottovuoto, il metodo di controllo ad anello aperto può essere utilizzato anche per installare una valvola a spillo all'estremità anteriore della pompa del vuoto al posto della valvola a sfera elettrica e il grado di vuoto può essere controllato regolando il flusso di pompaggio, ma la stabilità di questo metodo di controllo ad anello aperto è scarsa. È difficile raggiungere requisiti di stabilità più elevati. Per questo motivo, in genere si consiglia di utilizzare il metodo di controllo ad anello chiuso illustrato nella Figura 1, ovvero di aggiungere una valvola di controllo dell'aria di aspirazione alla camera del vuoto e di ottenere un controllo preciso del grado di vuoto regolando contemporaneamente il flusso di aspirazione e di scarico dell'aria. L'utilizzo della valvola di controllo proporzionale del flusso di KaoLu può aiutare a raggiungere la funzione desiderata.