【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及浸渍式冷冻温度控制，具体涉及一种浸渍式冷冻装置温度控制系统
技术介绍
1、冻保鲜技术是提高我国出口物品质的重要技术。在传统的冷冻方式中，空气鼓风式冷冻和间接接触式冷冻应用广泛。这两种方式设备简单、操作方便，但能耗高、冻结时间长、形成的冰晶较大，导致冻品品质较差。浸渍式冷冻(icf)是利用低温冷冻液直接接触食品，即将冷冻物放置于载冷剂中进行冷冻的过程，实现食品快速冻结。浸渍冷冻具有冻结速率快、能耗低、干耗低、冻结品质高等优点，在食品冷冻加工中得到广泛应用。目前，浸渍式冷冻在国外的研究较为深入，并且近些年在国内的研究逐渐增多。通过设计一个温度控制系统可以进一步优化冷冻速率，减少对冷冻设备的高频率使用。
2、浸渍冷冻是一种重要的食品加工技术，它结合了浸渍和冷冻两种方法，用于改善食品的口感、风味和营养价值，而温度控制系统在浸渍冷冻过程中起着至关重要的作用。通过精确控制温度，可以确保食品在冷冻过程中减少大冰晶的形成从而减少对食品内部的破坏，从而保持食品的营养成分，大大提高产品的质量。温度控制系统可以有效地控制浸渍冷冻的速率，通过调整冷冻温度和冷冻时间，可以实现对食品内部冰晶形成速度和大小的精确控制。这种控制不仅可以保持食品的外观和口感，还可以防止因冰晶过大而对食品结构造成的破坏，从而确保食品的质量和安全。温度控制系统可以有效地监测和控制浸渍冷冻过程中的温度，防止因温度波动而引起的食品变质。温度控制系统为浸渍冷冻工艺参数的优化提供了有力支持。通过监测和分析冷冻过程中的温度变化，可以了解不同工艺参数对食品冷冻效果的影
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种浸渍式冷冻装置温度控制系统，实现对浸渍冷冻过程中的温度控制，确保食品在冷冻过程中减少大冰晶的形成从而减少对食品内部的破坏的同时，降低耗能，减少成本。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供一种浸渍式冷冻装置温度控制系统，所述系统包括温度采集模块、液泵驱动模块、上位机、数据传输模块、控制模块和制冷设备控制模块；
4、上位机用于通过数据传输模块与控制模块进行数据交互；
5、温度采集模块用于实时采集冷冻物和外部环境的温度，并将采集到的温度信号转化为电信号发送给控制模块；
6、控制模块用于根据冷冻物的温度信号以及外部环境对冷冻液的影响值通过串级控制策略和pid控制算法控制液泵驱动模块的功率；
7、控制模块还用于根据冷冻物的实时温度控制制冷设备控制模块的启停。
8、进一步地，还有一种优选实施例，上述控制模块内嵌入有串级控制策略和pid控制算法；
9、串级控制策略和pid控制算法交互过程为：
10、设定两个控制闭环，分别为内环和外环，且外环为主环，内环为副环，两个闭环相互工作；
11、主环用于通过pid控制算法将冷冻物额定温度与实际温度之间的差值转化为副环的设定值；
12、副环用于根据设定值以及冷冻液采集温度与实际温度之间的差值控制液泵驱动模块的功率。
13、进一步地，还有一种优选实施例，上述控制模块中嵌入有主程序、温度传感器子程序、数字pid算法子程序、pwm子程序、显示屏子程序、读取上位机子程序、继电器控制子程序；
14、主程序用于通过定时调用不同的子程序来实现浸渍冷冻设备温度的控制。
15、进一步地，还有一种优选实施例，上述主程序调用不同子程序具体为：
16、将每个模块初始化后进行系统循环；
17、读取上位机设置的pid值和温度传感器检测的温度数据，进行pid运算，获得液泵驱动模块的pwm值，并将所有数据进行展示；
18、判读温度是否达到要求，若未达到，启动制冷设备控制模块，直至满足要求。
19、进一步地，还有一种优选实施例，上述上位机采用labview软件，labview软件用于将控制模块传输的数据进行储存，并绘制曲线后与数据进行实时显示，还用于将kp、ki、kd、ts值发送给控制模块进行pid控制算法的智能调控。
20、进一步地，还有一种优选实施例，温度控制系统控制的温度分为三个阶段：20℃～4℃，4℃～-4℃，-4℃～-18℃。
21、本专利技术还提供一种浸渍式冷冻过程控制方法，所述方法基于上述任意一项所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统实现，方法为：
22、s1：将冷冻物在冷冻过程中分为三个阶段：预冷阶段、相变阶段以及过冷阶段；
23、s2：在预冷阶段和过冷阶段控制载冷剂流速为低流速，在相变阶段控制载冷剂流速为高流速。
24、进一步地，还有一种优选实施例，小于等于4m/s为低流速，大于4m/s为高流速。
25、进一步地，还有一种优选实施例，上述s2具体为：
26、对冷冻物在不同流速条件下的冷冻过程进行仿真分析，确定在不同阶段不同流速对冷冻速率的影响，从而确定出在预冷阶段和过冷阶段控制载冷剂流速为低流速，在相变阶段控制载冷剂流速为高流速。
27、进一步地，还有一种优选实施例，上述仿真分析具体为：
28、s21：根据冷冻物的冷冻过程，确定仿真过程的物质参数：冷冻物从室温到冻结点温度的放热量、载冷剂的比热容、导热系数以及粘度；
29、s22：构建载冷剂的流体力学计算模型、冷冻过程的传热方程；
30、s23：将流体力学计算模型、冷冻过程的传热方程作为流体仿真软件的计算基础；
31、s24：构建冷冻模型，并放入绘制网格软件中进行网格绘制；
32、s25：将绘制好的网格放入流体仿真计算软件中进行运算求解，输入载冷剂不同流速，得出中心温度数据；
33、s26：根据中心温度数据生成中心温度随着时间变化的曲线，并进行处理后生成温度云图和热量传递云图；
34、s27：根据温度云图和热量传递云图得出流速对冷冻时间及冷冻效果的影响，从而确定预冷阶段和过冷阶段控制载冷剂流速为低流速，在相变阶段控制载冷剂流速为高流速。
35、本专利技术的有益效果为：
36、1、本专利技术提出一种浸渍式冷冻装置温度控制系统，分别设计出温度采集模块、液泵驱动模块、上位机、数据传输模块、控制模块和制冷设备控制模块；其中，控制模块负责接收来自温度采集模块的温度信号，并根据这些温度信号以及预设的控制策略(串级控制和pid控制算法)来调节液泵驱动模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，系统包括温度采集模块、液泵驱动模块、上位机、数据传输模块、控制模块和制冷设备控制模块；
2.根据权利要求1所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，控制模块内嵌入有串级控制策略和PID控制算法；
3.根据权利要求1所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，控制模块中嵌入有主程序、温度传感器子程序、数字PID算法子程序、PWM子程序、显示屏子程序、读取上位机子程序、继电器控制子程序；
4.根据权利要求3所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，主程序调用不同子程序具体为：
5.根据权利要求1所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，上位机采用LABVIEW软件，LABVIEW软件用于将控制模块传输的数据进行储存，并绘制曲线后与数据进行实时显示，还用于将KP、KI、KD、TS值发送给控制模块进行PID控制算法的智能调控。
6.根据权利要求1所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，温度控制系统控制的温度分为三个阶段：20℃～4℃，4℃～-4℃，-4℃～-18℃。
7.浸渍式冷冻过程控制方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-6任意一项所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统实现，方法为：
8.根据权利要求7所述的浸渍式冷冻过程控制方法，其特征在于，小于等于4m/s为低流速，大于4m/s为高流速。
9.根据权利要求8所述的浸渍式冷冻过程控制方法，其特征在于，S2具体为：
10.根据权利要求9所述的浸渍式冷冻过程控制方法，其特征在于，仿真分析具体为：
...【技术特征摘要】
1.浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，系统包括温度采集模块、液泵驱动模块、上位机、数据传输模块、控制模块和制冷设备控制模块；
2.根据权利要求1所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，控制模块内嵌入有串级控制策略和pid控制算法；
3.根据权利要求1所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，控制模块中嵌入有主程序、温度传感器子程序、数字pid算法子程序、pwm子程序、显示屏子程序、读取上位机子程序、继电器控制子程序；
4.根据权利要求3所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，主程序调用不同子程序具体为：
5.根据权利要求1所述的浸渍式冷冻装置温度控制系统，其特征在于，上位机采用labview软件，labview软件用于将控制模块传输的数...
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