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专利号: 2022112271259
申请人: 天津科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于机器视觉实时监测的香菇热泵干燥系统,其特征在于:包括监测模块(3)、热泵模块(4)、干燥模块(5)、PLC控制器及IPC工业计算机(1),所述监测模块(3)、热泵模块(4)及干燥模块(5)均连接至所述PLC控制器,所述PLC控制器连接至所述IPC工业计算机(1);

所述干燥模块(5)包括干燥箱(57)及安装于干燥箱(57)上的循环风机(51)、温度调节风机(52)、排湿风机(53)、加湿器(54)、电辅热机构(55)及物料小车(59),所述干燥箱(57)内滑动设置有物料小车,所述物料小车内设置有若干层称重底板(56),所述干燥箱内侧壁上设置有循环风机(51)、排湿风机(53)、加湿器(54)及电辅热机构(55),所述干燥箱(57)外侧设置有排湿风管(58),所述排湿风管(58)连接至所述排湿风机(53);

所述热泵模块(4)包括压缩机(41)、升温冷凝器(42)、温度调节冷凝器(43)及蒸发器(45),所述压缩机(41)的出口连接至升温冷凝器(42),所述升温冷凝器(42)连接至温度调节冷凝器(43),所述温度调节冷凝器(43)经电子膨胀阀(44)调节后连接至蒸发器(45),所述蒸发器(45)连接至压缩机(41),所述温度调节风机(52)设置于所述温度调节冷凝器(43)一侧;

所述监测模块(3)包括参数监测模块及视觉监测模块,所述参数监测模块包括温湿度传感器(21)、风速传感器(22)及称重传感器(23),所述温湿度传感器(21)及风速传感器(22)设置于所述干燥箱(57)内,所述称重传感器(23)设置于所述称重底板(56)下端,所述视觉监测模块包括工业相机(31)、相机防护罩(33)及相机固定支架(34),所述干燥箱(57)的上端固定安装相机固定支架(34),所述相机固定支架(34)上安装工业相机(31),所述工业相机(31)对准称重底板(56)上的香菇物料。

2.根据权利要求1所述基于机器视觉实时监测的香菇热泵干燥系统,其特征在于:所述相机固定支架(34)外侧设置有相机防护罩(33)。

3.根据权利要求1或2所述基于机器视觉实时监测的香菇热泵干燥系统,其特征在于:

所述系统的工作过程为:

1)将物料小车拉出并将香菇分层放置在物料小车内的称重底板上,再将物料小车推入干燥箱内;

2)通过PLC控制器启动热泵模块和干燥模块,首先干燥箱外的压缩机启动,热泵工质流过升温冷凝器冷凝成液体,而热泵工质冷凝放出的热量用于加热干燥箱内干燥介质,接着热泵工质流过温度调节冷凝器,通过变频技术控制温度调节风机转速,进而控制温度调节冷凝器散热量,调节干燥箱内温度,热泵工质流过蒸发器由气液混合物变成饱和或过热蒸气,而热泵工质蒸发吸收的热量用于对干燥介质的降温除湿,干燥介质流过升温冷凝器升温后进入干燥箱,吸收香菇水分后离开干燥箱后形成低温高湿的干燥介质流过热泵的蒸发器,除去一定的水分变成低温低湿的干燥介质,然后流过升温冷凝器加热至设定温度后再次进入干燥箱完成干燥介质的循环;

3)称重传感器实时检测香菇物料重量,将重量信号传输到PLC控制器中,PLC控制器根据香菇初始重量、香菇初始含水率和香菇干燥成品含水率,计算出香菇干燥成品重量;

4)当干燥过程中香菇重量未达到香菇干燥成品重量时,PLC控制器控制视觉监测模块的工业相机进行定时拍照,将拍好的照片传输到IPC工业计算机,IPC工业计算机利用HALCON软件对香菇的颜色、收缩速率进行处理分析;

5)IPC工业计算机将分析的结果通过Visual Studio人机交互平台传输到MATLAB软件,利用MATLAB软件中SIMULINK仿真平台的模糊控制器,将香菇当前颜色和香菇干燥结束时需要颜色的色差、香菇当前收缩速率和香菇需要收缩速率的差值作为输入量,将干燥箱内温度、湿度、风速的变化作为输出量,进行数据的处理,将得到数据结果通过通过OPC通讯协议传输到Visual Studio人机交互平台,由Visual Studio人机交互平台再传输到PLC控制器;

6)PLC控制器接收到信号后,控制热泵模块和干燥模块进行相应工作,通过视觉监测模块的工业相机拍照严格监测香菇颜色值预判变化趋势,当颜色有变深预兆时,提前控制温度调节风机,增大频率,增加散热量同时减少电子膨胀阀的开度,降低制冷剂流量,以便有效调节干燥箱内干燥介质温度,来控制颜色变化;香菇当前收缩速率大与标准收缩速率时,循环风机降低频率,干燥箱风速降低,加湿器开启,干燥箱湿度升高,香菇当前收缩速率小于标准收缩速率时,排湿风机开启,关闭加湿器,同时增加电子膨胀阀开度,调节干燥介质温度,干燥箱湿度降低;

7)参数达到指定数值后,等待下一次相机拍照分析处理的信号传输到PLC控制器,干燥过程中香菇重量达到香菇干燥成品重量时,热泵模块和干燥模块停机,完成干燥。