1 引言
温度和湿度是工农业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度和湿度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中,
温度和湿度控
制占有着极为重要的地位。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式、燃料、控制方案也有所不同；同时排湿方式不同，其控制方式也不相同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中加热装置广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，排湿装置多采用轴流式风机，燃料有煤气、天然气、油、电等[1]。温度和湿度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。
可编程控制器（PLC）是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工农业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工农业自动控制的各个领域中被广泛地使用[2]。
红枣在烘干的过程中不仅需要对温度和湿度数值大小进行控制，而且不同烘制阶段加热和排湿的时间也不相同，用PLC来实现温度和湿度的精确控制，方便快捷，使人从繁重的劳动解放出来。
2 枣的干制
2.1 工艺流程
红枣烘制的流程大致如下：
原料→挑选→分级→装盘→烘制→包装→成品
2.2 工艺要点
2.2.1 温度控制
通过大量实验表明红枣烘干温度控制分3个阶段[3],分别包括：缓慢升温阶段、恒温排湿阶段和后熟制干阶段。
第1阶段为缓慢升温阶段，点火后温度由常温缓慢升至50～55℃，保持5小时左右。此阶段应注意升温不能过高过快，否则枣果表面易形成硬壳(俗称焖枣)，破坏果肉水分向外排放的通道，不利于枣果水分排放。
第2阶段为恒温排湿阶段，是整个烘干过程中主要时期。其特点是需要大火，持
续时间长，枣果表面颜色全变为紫红色。在此期既要注意排湿，又要不停地加火，使炕房温度控制在65～70℃之间，保持19h左右，若温度低则会延长烘干时间，温度高则会形成焦枣。
第3阶段为后熟制干阶段，其特点是枣果表面由软变为皱褶，趋于成熟，温度应控制在50～55℃之间，保持5h左右。此期要一直打开排湿窗和进气窗。
在实际操作中3个阶段是连续进行的，枣农要不断观察枣果的变化，以采取相应措施。2.2.2 湿度控制
红枣在烘干过程中，自身水分在烘房内温度作用下不断向外排出、变干，若烘房内水份不能及时排除，制干速度延缓，且易形成焦枣，降低食用价值。在第1阶段，温度缓慢升起后，枣果表皮逐渐变软，枣果中的水分慢慢向外排放，炕房内的湿度一般在65％以下。当进入第2阶段，即点火后5h左右，枣果表面颜色变深，果肉继续变软，烘房内的湿度不断上升，当烘房内干湿球温度之差小于5℃或相对湿度大于70％时，立即打开排湿窗和进气窗通气排湿。当烘房内干湿球温度差达15℃或相对湿度低于40％时，要停止排湿。若温度上升到65℃以上，相对湿度大于70％时仍不排湿，就会出现焦枣。据经验，相对湿度达到70％以上时，会感到空气潮湿闷热，呼吸困难，枣果表面潮湿。此时，应立即进行烘房内通风排湿工作。经验认为，烘房内相对湿度达70％左右时，通风排湿1min，可使相对湿度降至60％左右，此时应停止通风排湿。以后视相对湿度情况，多次进行通风排湿(烘干过程中一般排湿7次)。通风排湿时，视烘房内相对湿度的高低和外界风力的大小，决定通风排湿的方法和时间的长短。相对湿度高，外界风力较小时，则将进气窗和排湿窗全部打开，排湿时间较长。反之，则可将进气窗和排湿窗交替开放，排湿时间较短，每次通风排湿时间以10～15min为宜。过短通风排湿不够，相对湿度仍高，影响红枣干燥速度和产品品质；过长，随着潮湿空气的排出，室内温度也随之下降。当干燥作用继续进行时，需要重新升高温度，耗煤量增加，成本提高。每次通风排湿结束时，应及时将通风设备关闭，使烘房内温度迅速回升。干燥作用继续进行时，感到空气干燥，呼吸顺畅，枣果表皮干燥而出现皱纹，则达到了通风排湿的效果[3]。
3 烘房结构的设计
3.1 烘房的外部结构
烘房外部结构如图所3-1示
烘制室
过渡段加热室
图3-1烘房结构
3.2 烘房的内部设备
烘房的内部设备包括有：观察窗、风机、热风炉、控制器、风门、鼓风机和排气窗，其布置如图所示
观察窗风机热风炉控制器风门鼓风机排湿窗
图3-2 烘房设备安装位置
1）控制器
三相和单相两类，都带有正反转功能，具有防雷击保护、过流保护、输出短路
保护等安全防护措施。具有缺相（三相）、过载、短路保护和电流监测的功能。烘房管理系统软件组网连接,通过计算机可读取所有网内控制器的工作过程记录。变频器端口与变频器连接.
实现风机的无极调速控制。通过模糊自适应控制算法，自动控
制鼓风机的启停和风门的开关角度，可靠并简捷控制烤房内的温度和湿度。并具有智能报警和语音提示功能。
2）热风炉
选用耐酸钢、耐候钢制作，焊接部位选用与母材一致的焊材进行焊接。金属外表面采用耐500℃以上高温、抗氧化、附着力强的环保材料进行防腐处理。确保设备使用寿命10年以上。
3）轴流风机
风机叶片数量4个，采用内置直联电动机，叶轮顶部和风筒的间隙5mm，符合
国家规定。电动机F级绝缘（A级 E级 B级 F级 H级 ）[4]，选用优质高滴点温度轴承，方形框架结构，强度好，有单相、三相两种规格供选择，适合高温高湿环境使用。
4）风门和排湿窗
风门的风叶材料是厚度1.5mm冷轧钢标准板，内设冲压加强筋。风门关闭严密。
风叶能在0～90°开启，并在任意角度保持稳定。电动机控制回路具有保护措施。插座安装可靠，电动机连接到插座的连线绝缘性能好，不漏电，防雨淋。
排湿窗采用轻质材料，不易变形，开关灵活。采用喷塑或镀锌处理，喷塑厚度
不小于20μm，颜色纯正。
5）鼓风机
离心式鼓风机，运转稳定，但是风量较小，对热风炉起到辅助的作用。6）温湿传感器
选择测量精度高，既有测干球温度又有测湿球温度，从而通过干球和湿球温度之差实现对湿度的测量，使用方便。
4 烘房温湿控制系统的原理
干制过程中，要掌握温度调节、通风排湿及倒换烘盘等技术，以较短的时间获得较高质量的产品。主要控制以下几大要点[5]：①对不同品种的红枣采用不同的干制温度和升温方式②根据烘房内相对湿度的高低，适时通风排湿③掌握干燥时间
4.1 目标温湿度设定依据
影响烘房温湿度的因素有很多，通常烘房温度高、风流速度快则烘制速度就快，但是如果目标湿度设置不合适，比如设定目标湿度较低时，烘房的湿度很快就能达到目标湿度，造成风门打开过于频繁，外界冷空气进入烘房量加大，烘房内就很难保证较高的温度。再者，目标湿度较低，就意味着排出的空气含水量较少，却排出了大量热量，造成很大的热损失。这就提示我们，目标湿度要根据具体情况确定，过低会造成能源的浪费且红枣因温度较低而失水较慢，过高又会造成环境湿度大而造成的失水较慢，综合以上的因素，应选择刚好能达到目标温度的目标湿度值最为合适，这就需要根据烘制当时的现场条件摸索出这个值。
4.2 温湿度控制系统的选择
4.2.1 PLC的应用及特点[6]
随着农业科技的不断发展,大枣烘房的智能化不断提高,为提高红枣烘制品质,工作人员必须时刻对红枣烘房的温、湿度进行监测和控制。为解决这一问题,多应用一种基于PLC和温湿度传感器的智能温室控制系统,该系统实现了红枣烘房内温湿度的自动测量和调节。
PLC即可编程序控制器，是在计算机的促进下发展起来的新一代顺序逻辑控制装置，它使用软件完成顺序逻辑控制功能，用计算机执行操作命令，实时操作。因此，顺序逻辑控制功能的更改十分方便，并且其工作可靠性和运算速度都比较高。并且具有以下特点：
①灵活性和通用性强
PLC是利用存储在机内的程序来实现各种控制功能的，因此在PLC控制的系统中，当控制功能发生改变时只需要修改程序即可，PLC的外部接线改变极少，甚至可以不必改动。一台PLC在用于不同的控制系统中，只改变其中的程序即可，其灵活性和通用性是其他电路无法比拟的。
②可靠性高、抗干扰能力强
在PLC控制系统中，大量的开关动作是由半导体电路完成，和同等规模的继电接触器相比，电气接线和开关节点已经减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。并且在硬件和软件方面都采取了强有力的措施，使其具有极高的可靠性和抗干扰能力，平均无故障率可达到几万甚至几十万小时以上。
③编程语言简单易学
在PLC是一种计算机产品，但是它的编程很容易掌握，PLC的设计人员充分考
[VIP专享]红枣烘房—温湿度自动控制系统的设计
