真空パルスハロゲン化プロセスにおける真空度・温度の高速・高精度制御技術

要旨：煮込み料理は伝統的な食品であり、真空パルスプロセスは効果的に品質を向上させ、生産時間を短縮することができ、煮込み料理の開発と生産にますます広く使用されています。この記事では、新しい真空パルスプロセスにおける真空度という重要なプロセスパラメータの迅速かつ正確な制御要件に焦点を当て、FCシリーズ比例流量制御弁を使用した完全なソリューションと実装内容を詳細に紹介します。

1.質問
伝統的で栄養価の高い食品である煮込み製品は、人々に深く愛され、レジャーや観光の即席食品として利用されている。現在の煮込み製品の製造工程は主に伝統的な煮込み方法と真空乾燥方法の二つに分けられ、新しい真空パルス煮込み方法は優れた特徴を持っている。伝統的な煮込み方式に比べ、真空パルス煮込み方式は煮込み時間を短縮できるだけではない。8時間から80分へと時間を短縮し、生産効率を大幅に向上させ、食品の風味を保持することができます。

典型的な真空パルスプロセスを図 1 に示す。真空パルスプロセスは、設備に対する要求が高く、ブレイジング工程における重要な2つのパラメータ（真空度と温度）の精密な制御が必要である。具体的な要件は以下の通りである。
(1)真空度と温度のリアルタイム測定は同時に達成することができ、設定されたプログラムに従って正確な制御が暗示されています。したがって、コントローラは、少なくとも2つの独立した信号の取得と制御機能を持つ必要があります。
(2) 図1に示すように、真空度と温度の設定値の上限と下限、およびそれに対応する変化速度によって、真空度と温度を正確に制御する必要がある。これは、コントローラーに正確なプログラムカーブ制御能力が要求されることと同じである。
本稿では、上記の要求に対応するソリューションに焦点を当て、真空パルスブレイズプロセスで使用可能な真空・温度統合コントローラ、および真空パルスブレイズプロセスの精密制御要件を十分に満たすことができるガス流量調整用のステッピングモータ駆動耐食FC比例流量調整弁について紹介する。

2.真空パルスブレイズプロセス制御方式
真空パルス浸漬工程では、真空度と温度を精密に制御する必要があり、その具体的な制御システムの実装を図2に示す。

図2に示す真空度制御プロセスでは、従来の真空度制御方法とは異なる方法、すなわち、真空槽に吸気路を追加し、マルチチャンネルコントローラーと高速応答・高精度な数値制御ニードルバルブを使用する方法を採用しました。このプログラムには2つの優れた特徴がある。
(1）それは 0.1~1000mBar の範囲の真空の程度の精密な制御に達することができ全範囲の ±1% よりより少し変動率を持っています。特定の実施は真空の程度が 10torr よりより少しとき、制御上流モードを採用することです; 真空程度が 10torr より大きいとき、制御は下流モードを採用します。同時に、高速応答の比例流量制御弁とコントロールにより、温度変化による真空度への影響を最小限に抑えています。
(2）装備された2チャンネル統合PIDコントローラは、真空度、温度、調整可能な速度の同時制御に到達することができます。真空および温度の測定、制御および表示のための 2 つの独立したチャネル。
(3) ホストコンピュータは、コントローラとリアルタイムに通信し、各種真空度や温度制御のプロセスカーブの設計、編集、保存、読み込みが可能です。

3.24ビット高精度マルチファンクションコントローラ
真空マイクロ波乾燥の真空度、温度、回転速度の精密制御を達成するために、KaoLuは図2に示すように、FCシリーズ24ビット高精度プログラマブルPIDユニバーサルコントローラを開発しました。このシリーズのPIDコントローラは、非常に便利でコスト効率が良い。

VPCシリーズコントローラの主な性能指標は次のとおりです。
(1) 精度：A/D24bit、D/A16bit。
(2) 最大サンプリング速度：50ms。
(3)多彩な入力パラメータ。47種類の入力信号（熱電対、熱抵抗、直流電圧）を各種温度・真空センサーに接続し、測定・表示・制御が可能です。
(4) 各種出力形態：16BITアナログ信号、2A（AC250V）リレー、22V/20mAソリッドステートリレー、3A/250VAC SCR。
(5）多チャネル: 独立した 1 チャネルか 2 チャネルの出力。2 つのチャネルは温度および真空の程度の同時測定そして制御に達することができ回転モーターの開始停止を制御するのに警報出力チャネルが使用することができます。
(6) 多機能：前進・後退・正逆双方向制御、暖房・冷房制御。
(7) PIDプログラム制御。改良された PID のアルゴリズムは PV の差動および差動前進制御を支えます。それは PID の 20 グループを貯え、20 のプログラム カーブ（50 の区分それぞれ）を支えることができます。
(8) 通信二線式RS485、標準MODBUS RTU通信プロトコル。
(9) 表示モード：デジタルホール、IPS TFTトゥルーカラー液晶。
(10) ソフトウェア。コントローラーの操作およびデータ収集および貯蔵はソフトウェア コンピュータを通して達することができます。(11)次元。96×96×87mm （穴のサイズ 92×92mm）。

4.ステッピングモーター駆動の耐腐食性高速ニードルバルブ
KaoLuは、真空度制御の過程で高精度な調整を達成するために、図2に示すように、ステッピングモータを用いたニードルバルブをベースに、異なる流量の比例制御フローバルブのシリーズを開発しました。本シリーズは電磁弁に比べ磁気ヒステリシスが非常に小さく、1秒以内の高速応答が可能である。特に、FKMシール技術の採用により、耐腐食性に優れたバルブとなっています。詳細な技術指標は図4に示すとおりである。

モデル	FC-20	FC-120	FC-300	FC-1000
バルブタイプ	ニードルバルブ
スプールドリフト径	0.9mm	2.25mm	2.75mm	4.10mm
アクチュエーター	バイポーラステッピングモータ制御
応答速度	0.8秒(開→閉)
標準サイズ	G1/8"			G3/8"
フルード	不活性ガス・液体
お問い合わせ先	ステンレススチール
圧力範囲	-1～7 気圧			-1～5 気圧
最大流量	50L/min @7bar	240L/min @7bar	290L/分 @7bar	600L/分 @7bar

 

リニアリティ	±2%	±0.1 ~ 1%	±0.2 ~ 5%	±11%
再現性 (フルスケール)	±0.1%
流量分解能 (ステップ長)	0.1L/分	0.1〜0.2L/min	0.2〜0.75L/min	1L/分
シフト分解能（ステップ長）	12.7um		25.4um
動作温度範囲	0 ~ 84°c
シール	標準的なFKMや他のシールも選択可能
制御信号	DC：0〜10V（または4〜20mA）
電源	DC: 24V (12W)

(図5 KaoLu社FC電子ニードルバルブのテクニカル指標）

詳細については、以下をご覧ください。 https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html

FC比例制御フローバルブにはステッピングモータ駆動回路モジュールが搭載されており，FC比例制御フローバルブに必要な電源と制御信号を供給し，DC信号をバイポーラステッピングモータのステップ制御に変換し，シリアル通信のRS485直接制御も提供することができる。その仕様と寸法を図5に示す。

真空マイクロ波乾燥に比例流量制御弁を使用する場合、電動ボール弁の代わりに真空ポンプ前段にニードル弁を設置し、排気流量を調整することで真空度を制御するオープンループ制御方式もありますが、このオープンループ制御方式は安定性が悪く、より高い安定性の要求を満たすことは困難です。より高い安定性の要求に到達することは困難である。そこで、一般的には図1のような閉ループ制御方式、つまり真空チャンバーに吸気制御弁を追加し、吸気流量と排気流量を同時に調整することで正確な真空度制御を実現することが推奨されます。KaoLuの比例流量制御弁を使用することで、目的の機能を達成することができます。