一种可实时测得冻料温度的冷冻机

摘要

本发明公开一种可实时测得冻料温度的冷冻机，包括冷冻机框架和冷冻出料提升架，还包括冷冻平板；冷冻出料提升架连接有提升横梁；冷冻平板一侧设置有牵引架；冷冻机框架上连接有手动操作阀；手动操作阀一端连接液压油管；冷冻平板后方气口处连接有供液软管和回气软管；回气软管连接有回气集管；供液软管连接有供液集管；供液集管上开有制冷剂液口；回气集管上开有制冷剂回气口；冷冻机框架底部安装有温度探头，温度探头上安装有保护罩，保护罩下方与冷冻机框架连接的位置处设置有弹簧，弹簧与冷冻机框架焊接固定。本发明可快速冷冻食材；通过多种方式实时获取食材温度；通过人机交互界面设置冷冻机内环境温度和食材内部预计温度等；提高冷冻效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可实时测得冻料温度的冷冻机，属于低温冷冻技术领域。

背景技术

由于低温环境蛋白质不易变性，生物酶的活性降低，抑制绝大多数微生物的生长繁衍，因此低温是保存食材材质，组织结构和营养成份的必需环境。我们日常的待处理的食材、需长途运输的食材和长期贮藏的食材都离不开低温保存。

在典型的储存冷冻机中，将食材装载到架或托盘中，从冷冻机的低温环境中手动移除架或托盘，这样可能会低温冻伤操作员，也降低了存取食材的效率。

且现有技术是将食材冷冻足够长的一段时间来认为食材达到了冷冻温度，而食材内部具体温度不易控制，耗时耗能源，增加食材的冷冻成本。

综上所述，如何对现有的冷冻装置进行改进，以明确冷冻时间，提高效率是目前本领域技术人员及待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可实时测得冻料温度的冷冻机，从而解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可实时测得冻料温度的冷冻机，包括冷冻机框架和冷冻出料提升架，还包括安装在冷冻机框架上均匀排布的冷冻平板；所述冷冻出料提升架连接有提升横梁；所述提升横梁通过提升立杆总成控制其上下运动；所述提升立杆总成其两侧各设置有一个提升横梁；所述冷冻平板一侧设置有牵引架；所述冷冻机框架上连接有手动操作阀；所述手动操作阀一端连接液压油管；所述冷冻平板后方气口处连接有供液软管和回气软管；从而形成制冷循环；所述回气软管连接有回气集管；所述回气集管固定在框架后方；所述供液软管连接有供液集管；所述供液集管固定在框架后方；所述供液集管上开有制冷剂液口；所述回气集管上开有制冷剂回气口；所述冷冻机框架底部安装有温度探头。

进一步的，所述温度探头上安装有保护罩；所述保护罩下方与冷冻机框架连接的位置处设置有弹簧；所述弹簧与冷冻机框架焊接固定。

进一步的，所述冷冻出料提升架的下方设置有一开口用于温度探头在其下降时可以穿过。

进一步的，所述冷冻平板通过水平安装的油缸牵引并压紧；所述水平安装的油缸牵引并拉开每块冷冻平板，两侧的立式油缸通过提升横梁将冷冻出料提升架及其上的冻品提起。

进一步的，所述保护套采用锥形设计，其引导温度探头穿过提升横梁插入冻料。

进一步的，所述温度探头采用微处理器与外围电路搭建测温温控系统；所述测温温控系统包括微处理器、温度采集模块、温度控制模块、人机交互模块和警示模块；

所述温度采集模块主体为温度探头，其与冻料内部紧密接触，信号接入微处理器，用来采集冻料的内部真实温度；

所述温度控制模块包括冷冻机，其通过制冷剂注入，同时微处理器调控不同的信号从而控制冷冻机的输出功率，用以实现冷冻机舱内的温度控制变化；

所述人机交互模式包括电容式触摸显示屏、电源开关以及集成电路，温度探头信号通过微处理器编程控制将温度参数以及状态信息显示在电容式触摸显示屏上；

所述警示模块为发光二极管以及蜂鸣器，其与微处理器交互信号，当系统未正常工作时，冷冻机舱内温度长时间不适当时声光报警；当温度采集模块采集到冻料内部温度达到预定误差范围内的温度时声光提示冷冻完成。

进一步的，所述测温温控系统微处理器采用离散PID控制算法控制冷冻机舱内温度；

所述离散PID控制算法利用反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量。而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和；

考虑在某个特定的时刻t，此时输入量为rin(t)，输出量为rout(t)，于是偏差就可计算为err(t)＝rin(t)-rout(t)；

PID的基本控制规律就可以表示为如下公式：

其中Kp为比例带，TI为积分时间，TD为微分时间；

由于微处理器离散时间采集温度，本发明将PID算法离散化。

进一步的，所述离散PID控制算法设系统采样周期为T，设检查第K个采样周期，此时的偏差表示为err(K)＝rin(K)-rout(K)，则积分表示为：err(K)+err(K+1)+……，微分表示为：(err(K)-err(K-1))/T；将第K次采样时，PID算法的离线形式表示为：

记为

U(k)＝k

则前一时刻，即k-1个采样周期表示为：

U(k-1)＝k

用第k个采样周期公式减去第k-1个采样周期的公式，得到了增量型PID算法的表示公式：

ΔU(k)＝k

且U(k)＝U(k-1)+ΔU(k)

本离散PID控制算法具体应用为：

设定err(k)为预定冻料温度与采样实时冷冻机舱内的温度之差，而经过本离散PID控制算法后得到的ΔU(k)则为采样实时冷冻机舱内的温度离预定冻料温度的偏离程度；将此加载到微处理器对冷冻机的输出功率的控制信号上，则能达到对冷冻机舱内冻料的温度精准控制。

本发明的有益效果是：本发明可实时上报冷冻机舱内的温度，冻料温度，预定冻料温度，可在工业上位机上实时更改与设定相关参数。物联网模块可选局域网与外网两种连接方式。局域网时可用一台上位机与多台设备共同通信，多台设备实时上报相关参数，技术人员只需在工作室内，即可实时监控多台设备的状态；外网时每台设备都需连接到互联网上，可以采用不同的联网方式，例如流量卡，WiFi等，技术人员可在任何有网络信号的地方获取设备的状态与下达命令。可快速冷冻食材，利于后续的食材的贮存；可通过多种方式实时获取食材内的温度；可通过人机交互界面设置冷冻机内的环境温度和食材内部的预计温度等；实现食材的快速冷冻，提高冷冻效率。

附图说明

图1为本发明的整体前位三维结构示意图；

图2为本发明的整体后位三维结构示意图；

图3为本发明的温度采集模块结构示意图；

图4为本发明的冷冻出料提升架底部结构示意放大图；

图5为本发明的温度探头部分结构示意图；

图6为本发明的整体结构示意主视图；

图7为本发明的整体结构示意侧视图；

图8为本发明的整体结构示意俯视图；

图9为本发明的牵引架部分连接结构示意图；

图10为本发明的离散PID算法功能框图；

图11为本发明的测温温控系统功能流程图。

图中：1、冷冻机框架，2、冷冻平板，3、冷冻出料提升架，4、提升横梁，5、提升立杆总成，6、水平油缸，7、牵引架，8、手动操作阀集成，9、液压油管，10、供液软管，11、回气软管，12、回气集管，13、供液集管，14、制冷剂供液口，15、制冷剂回气口，16、保护罩，17、温度探头，18、弹簧，19、冻料，20、立式油缸。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1、图2、图6、图7和图8所示，一种可实时测得冻料温度的冷冻机，包括冷冻机框架1和冷冻出料提升架3，其特征在于，还包括安装在冷冻机框架1上均匀排布的冷冻平板2；所述冷冻出料提升架3连接有提升横梁4；所述提升横梁4通过提升立杆总成5控制其上下运动；所述提升立杆总成5其两侧各设置有一个提升横梁4；所述冷冻平板2一侧设置有牵引架7；参照图9所示，牵引架7通过螺栓连接牵引，所述冷冻机框架1上连接有手动操作阀集成8；所述手动操作阀集成8一端连接液压油管9；所述冷冻平板2后方气口处连接有供液软管10和回气软管11；从而形成制冷循环；所述回气软管11连接有回气集管12；所述回气集管12固定在框架1后方；所述供液软管10连接有供液集管13；所述供液集管13固定在框架1后方；所述供液集管13上开有制冷剂供液口14；所述回气集管12上开有制冷剂回气口15；所述冷冻机框架1底部安装有温度探头17。

参照图3和图5所示，温度探头17上安装有保护罩16；所述保护罩16下方与冷冻机框架1连接的位置处设置有弹簧18；所述弹簧18与冷冻机框架1焊接固定。

参照图4所示，冷冻出料提升架3的下方设置有一开口用于温度探头17在其下降时可以穿过。

继续参照图1，冷冻平板2通过水平油缸6牵引并压紧；所述水平油缸6牵引并拉开每块冷冻平板2，两侧的立式油缸(20)通过提升横梁4将冷冻出料提升架3及其上的冻料19提起。

继续参照图4，保护套16采用锥形设计，其引导温度探头17穿过提升横梁4插入冻料19。

本实施例优选的，温度探头17采用微处理器与外围电路搭建测温温控系统；所述测温温控系统包括微处理器、温度采集模块、温度控制模块、人机交互模块和警示模块；

本实施例优选的，温度采集模块主体为温度探头，其与冻料内部紧密接触，信号接入微处理器，用来采集冻料的内部真实温度；

本实施例优选的，温度控制模块包括冷冻机，其通过制冷剂注入，同时微处理器调控不同的信号从而控制冷冻机的输出功率，用以实现冷冻机舱内的温度控制变化；

本实施例优选的，人机交互模式包括电容式触摸显示屏、电源开关以及集成电路，温度探头17信号通过微处理器编程控制将温度参数以及状态信息显示在电容式触摸显示屏上；

本实施例优选的，警示模块为发光二极管以及蜂鸣器，其与微处理器交互信号，当系统未正常工作时，冷冻机舱内温度长时间不适当时声光报警；当温度采集模块采集到冻料内部温度达到预定误差范围内的温度时声光提示冷冻完成。

本实施例优选的，测温温控系统微处理器采用离散PID控制算法控制冷冻机舱内温度；

参照图10和图11所示，离散PID控制算法利用反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量。而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和；

考虑在某个特定的时刻t，此时输入量为rin(t)，输出量为rout(t)，于是偏差就可计算为err(t)＝rin(t)-rout(t)；

PID的基本控制规律就可以表示为如下公式：

其中Kp为比例带，TI为积分时间，TD为微分时间；

由于微处理器离散时间采集温度，本发明将PID算法离散化。上述三项参数的作用为：比例是用来对系统的偏差进行反应，所以只要存在偏差，比例就会起作用。积分主要是用来消除系统稳定后输入输出之间依然存在的静差，通过偏差的累计来抵消系统的静差。微分是对偏差的变化趋势做出反应，根据偏差的变化趋势实现超前调节，提高反应速度。

离散PID控制算法设系统采样周期为T，设检查第K个采样周期，此时的偏差表示为err(K)＝rin(K)-rout(K)，则积分表示为：err(K)+err(K+1)+……，微分表示为：(err(K)-err(K-1))/T；将第K次采样时，PID算法的离线形式表示为：

记为

U(k)＝k

则前一时刻，即k-1个采样周期表示为：

U(k-1)＝k

用第k个采样周期公式减去第k-1个采样周期的公式，得到了增量型PID算法的表示公式：

ΔU(k)＝k

且U(k)＝U(k-1)+ΔU(k)

本离散PID控制算法具体应用为：

设定err(k)为预定冻料温度与采样实时冷冻机舱内的温度之差，而经过本离散PID控制算法后得到的ΔU(k)则为采样实时冷冻机舱内的温度离预定冻料温度的偏离程度；将此加载到微处理器对冷冻机的输出功率的控制信号上，则能达到对冷冻机舱内冻料的温度精准控制。

本离散PID控制算法的有益效果为：系统能快速响应，保证冻料在极短的时间内能快速达到预定的温度并且稳定保持在设定参数附近。

本系统采用物联网模块实时上报冷冻机舱内的温度，冻料温度以及远程监视与控制功能。

本发明可实时上报冷冻机舱内的温度，冻料温度，预定冻料温度，可在工业上位机上实时更改与设定相关参数。物联网模块可选局域网与外网两种连接方式。局域网时可用一台上位机与多台设备共同通信，多台设备实时上报相关参数，技术人员只需在工作室内，即可实时监控多台设备的状态；外网时每台设备都需连接到互联网上，可以采用不同的联网方式，例如流量卡，WiFi等，技术人员可在任何有网络信号的地方获取设备的状态与下达命令。并且可以可快速冷冻食材，利于后续的食材的贮存；可通过多种方式实时获取食材内的温度；可通过人机交互界面设置冷冻机内的环境温度和食材内部的预计温度等；实现食材的快速冷冻，提高冷冻效率。

本发明为工业级产品，适合在食物加工处理厂等使用。该发明实施例所述的技术方案可以应用于任何需要可以实时测温的冷冻机的场所。

工人将冻料19下在冷冻平板2里，温度探头17插入冻料19监测温度，并传递温度信息给工作人员。当温度达到冻料19所需的温度时，工作人员操作提升机架取出冻料19。接着又下新一轮的冻料19，如此往复。本发明可以精确测量冻料19温度，可使工作人员及时取出冻料19，提高了工作效率并且节约了资源。

接着通过人机交互界面设定冻料的预定冷冻温度，设定冷冻机舱内的可达温度范围，设定预定温度与实际冻料温度的误差精度，即可启动冷冻机，开始速冻工作流程。当测温探头采集到冷冻机舱内的冻料温度达到预定温度与实际冻料温度的误差精度内则警示模块提示。

工作原理：冷冻平板2与压缩机、冷凝器、及其它辅助设备配套组成为一个封闭制冷系统。制冷剂从供液管进入冷冻平板2，使冷冻平板2表面及周围造成低温，吸收冷冻平板2间冻结物的热量而蒸发，从而达到冷冻目的。压紧后在每块冷冻平板2之间倒入冻品，然后开始制冷，冻结时间大约为3-4个小时。冻结后再进行热气融霜，使得冻品表面与冷冻平板2表面融化；两侧的立式油缸(20)通过提升横梁4及冷冻出料提升架3的自重使冷冻出料提升架3下降，下降到位后，水平油缸6再一次将每块冷冻平板2压紧，开始下一批冻品的加工，如此周而复始。底部安装有带有保护套16的温度探头17，当下冻料19时，温度探头17会插入冻料19之中，测量冻料19中心温度并反馈给工作人员，使得可以实现实时监测冻料19的冷冻程度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。