□萬(wàn) 勇 王志明/四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院

0 前言

氣調(diào)貯藏是在冷藏基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高貯藏效果，是果蔬貯藏保鮮技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，包含冷藏和氣調(diào)雙重作用，是一種先進(jìn)、有效的果蔬保鮮方法。氣調(diào)庫(kù)的核心是庫(kù)內(nèi)氣體成分調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它由制氮機(jī)組、乙烯氣體脫除機(jī)和二氧化碳?xì)怏w脫除機(jī)、氣體檢測(cè)設(shè)備及氣體輸送管線閥門等組成。

氣調(diào)庫(kù)的電氣控制系統(tǒng)包括：氣調(diào)控制系統(tǒng)、制冷控制系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、呼叫系統(tǒng)。本文主要研究制冷控制系統(tǒng)和氣調(diào)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，對(duì)其電控系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，達(dá)到預(yù)期效果。

1 國(guó)內(nèi)外氣調(diào)貯藏應(yīng)用現(xiàn)狀

氣調(diào)貯藏開始于二十世紀(jì)初，目前歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80%以上的水果、蔬菜都是采用氣調(diào)方式貯藏的。我國(guó)果品總產(chǎn)量達(dá)到9 300萬(wàn)t，蔬菜產(chǎn)量達(dá)到6.77億t。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家蔬菜水果產(chǎn)品損失率不到5%，由于我國(guó)果蔬生產(chǎn)的采收不當(dāng)，采后商品化處理技術(shù)落后，貯藏條件不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻母癄€損失率占總產(chǎn)量的25%～30%，如果運(yùn)用正確的保鮮技術(shù)使產(chǎn)品貯藏?fù)p失率降低一半，每年即可減少超過(guò)500萬(wàn)t水果和3 000萬(wàn)t蔬菜的損失。因此，貯藏設(shè)施的配套問(wèn)題必須引起高度重視。我國(guó)的氣調(diào)儲(chǔ)藏技術(shù)雖然應(yīng)用較晚，但是發(fā)展非常迅速。四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院于2000年承擔(dān)并完成了四川省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“果蔬氣調(diào)保鮮貯藏技術(shù)與成套設(shè)備的研究開發(fā)”，2004年起草了國(guó)內(nèi)第一份關(guān)于氣調(diào)貯藏庫(kù)的地方標(biāo)準(zhǔn)DB51/T466-2004《果蔬氣調(diào)保鮮庫(kù)技術(shù)要求》。近年來(lái)在成都、阿壩、攀枝花、眉山、綿陽(yáng)、德陽(yáng)、資陽(yáng)、樂(lè)山、瀘州、達(dá)州、重慶等地共承擔(dān)了30多座氣調(diào)庫(kù)、冷藏庫(kù)的工程建設(shè)施工。承擔(dān)了災(zāi)后重建項(xiàng)目都江堰6座氣調(diào)庫(kù)、冷藏庫(kù)的工程圖樣設(shè)計(jì)。承擔(dān)了河南4 000t氣調(diào)庫(kù)工程設(shè)計(jì)等技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目。為氣調(diào)貯藏技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣和發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

圖1 氣調(diào)庫(kù)庫(kù)溫控制回路

2 制冷自動(dòng)控制系統(tǒng)和氣調(diào)庫(kù)內(nèi)氣體含量自動(dòng)控制系統(tǒng)的研制

2.1 氣調(diào)貯藏保鮮原理

氣調(diào)貯藏是指在特定的氣體環(huán)境中的冷藏方法，是建立在對(duì)果蔬采后生理特性的深刻認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。它可根據(jù)貯藏物的生理特性，選擇合適的貯藏參數(shù)（溫度、濕度、氧氣濃度、二氧化碳濃度等），有效的抑制貯藏物的呼吸作用，抑制庫(kù)內(nèi)細(xì)菌的活性，以達(dá)到長(zhǎng)期保鮮的目的。

2.2 制冷自動(dòng)控制系統(tǒng)的研制

制冷裝置由冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、節(jié)流裝置等設(shè)備組成，制冷裝置中各設(shè)備、各參數(shù)在運(yùn)行時(shí)是相互影響、相互作用的，制冷裝置自動(dòng)控制是為了確保整套裝置能正常運(yùn)行，并且達(dá)到要求的運(yùn)行參數(shù)值。

目前的制冷裝置控制系統(tǒng)中，大多使用直接作用式控制器，即把發(fā)信器、控制器、執(zhí)行器三者做成一體的控制系統(tǒng)。本文研制的制冷控制系統(tǒng)主要對(duì)制冷裝置中的各個(gè)運(yùn)行設(shè)備如冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、節(jié)流裝置等進(jìn)行動(dòng)、靜態(tài)特性分析，同時(shí)配置響應(yīng)的控制器，形成該參數(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使每一個(gè)參數(shù)在各種外界干擾條件下或負(fù)荷變化條件下和給定值的偏差均能保持在正常運(yùn)行要求的范圍內(nèi)。

氣調(diào)庫(kù)溫度調(diào)節(jié)流程如圖1所示。

當(dāng)溫度傳感器測(cè)量冷藏間溫度上升至給定上限時(shí)，溫度控制器啟動(dòng)，接通供液電磁主閥和回氣電磁主閥電路，并開啟冷風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等制冷系統(tǒng)設(shè)備，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量冷藏間溫度下降至給定下限值時(shí)，溫度控制器關(guān)閉，切斷供液電磁主閥電路，延時(shí)大概1～2min后，再令回氣電磁主閥關(guān)閉，然后冷風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并且使壓縮機(jī)等制冷系統(tǒng)能夠設(shè)備停止運(yùn)行。

在制冷控制系統(tǒng)中增加了專門的缺相保護(hù)系統(tǒng)，有效避免了因缺相引起的電機(jī)線圈被燒毀的現(xiàn)象，目前市售的缺相相序保護(hù)器在缺相保護(hù)方面不可靠，很多產(chǎn)品是在停機(jī)狀態(tài)缺相能得到有限保護(hù)，而在設(shè)備運(yùn)行時(shí)缺相無(wú)法保護(hù)，無(wú)法迅速停機(jī)而使設(shè)備缺相運(yùn)行，在使用中冷風(fēng)機(jī)等很容易因缺相燒毀電機(jī)。通過(guò)改進(jìn)制冷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，增加了非?？煽康娜毕啾Ｗo(hù)，避免缺相運(yùn)行，大大提高了制冷系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2.3 氣調(diào)庫(kù)內(nèi)氣體含量自動(dòng)控制系統(tǒng)的研制

（1）氧氣含量自動(dòng)控制系統(tǒng)研制。抑制水果、蔬菜呼吸作用的方法，就是適當(dāng)降低庫(kù)房?jī)?nèi)氧氣的含量。目前主要有中空纖維膜制氮機(jī)向庫(kù)內(nèi)充氮和碳分子篩吸附庫(kù)內(nèi)氧氣兩種方式來(lái)降低庫(kù)內(nèi)氧氣含量。本控制系統(tǒng)就中空纖維膜制氮降氧的方式進(jìn)行研究。當(dāng)由計(jì)算機(jī)控制的氣調(diào)庫(kù)氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到庫(kù)間的氧氣含量超過(guò)設(shè)定上限，控制降氧的接線端子導(dǎo)通，隨后輸往庫(kù)間的管路電磁閥開啟，延時(shí)大概2min后，制氮機(jī)開啟，高濃度氮?dú)馔ㄟ^(guò)管路通向氧氣含量超標(biāo)的氣調(diào)庫(kù)，直到庫(kù)內(nèi)的氣體被檢測(cè)出氧氣的含量達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)庫(kù)內(nèi)氧氣濃度達(dá)到設(shè)定下限時(shí)控制降氧的另一接線端子斷開，使制氮機(jī)關(guān)閉，延時(shí)一般5～10min后，管路電磁閥關(guān)閉，降氧結(jié)束。如圖2所示。

圖2 氧氣含量自動(dòng)控制圖

（2）二氧化碳含量自動(dòng)控制系統(tǒng)研制。適當(dāng)?shù)腃O2含量有助于水果和蔬菜的保鮮貯藏，但當(dāng)庫(kù)內(nèi)的CO2含量過(guò)高時(shí)就會(huì)造成CO2中毒。當(dāng)庫(kù)房的CO2含量高于庫(kù)內(nèi)貯藏物料最高限度時(shí)，CO2脫除機(jī)開啟降低其含量，當(dāng)庫(kù)房的CO2含量達(dá)到要求時(shí)CO2脫除機(jī)關(guān)閉，同時(shí)相關(guān)電磁閥關(guān)閉。自動(dòng)降CO2流程如圖3所示。

（3）乙烯含量自動(dòng)控制系統(tǒng)研制。乙烯脫除機(jī)是用來(lái)控制氣調(diào)庫(kù)中乙烯的濃度，防止水果和蔬菜早熟，當(dāng)乙烯傳感器檢測(cè)到乙烯含量超過(guò)設(shè)定值時(shí)管路電磁閥會(huì)開啟，延時(shí)1～2min后，乙烯脫除機(jī)開啟，庫(kù)間的含乙烯超標(biāo)氣體被乙烯脫除機(jī)脫除大部分乙烯，吸附后含乙烯較少的氣體被送回庫(kù)間，如此循環(huán)降乙烯直到庫(kù)間的氣體被檢測(cè)出乙烯含量達(dá)到設(shè)定值。此時(shí)乙烯脫除機(jī)關(guān)閉，延時(shí)5～10min后，管路電磁閥關(guān)閉，停止循環(huán)。自動(dòng)降乙烯流程如圖4所示。

圖3 二氧化碳含量自動(dòng)控制圖

圖4 乙烯含量自動(dòng)控制

3 氣調(diào)庫(kù)性能試驗(yàn)

2012年5月，在四川華鎣山氣調(diào)庫(kù)內(nèi)使用蒜薹對(duì)研制的控制系統(tǒng)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度波動(dòng)控制在±0.5°C以內(nèi)，O2、CO2的含量維持在±1%的允許范圍內(nèi)，乙烯濃度控制在允許值以下，相對(duì)濕度92%。在對(duì)4個(gè)試驗(yàn)庫(kù)進(jìn)行一周氣調(diào)運(yùn)行后，對(duì)各庫(kù)的溫度，O2、CO2含量進(jìn)行為期一月每天兩次的測(cè)量，記錄并找出其波動(dòng)范圍（見(jiàn)表1）。通過(guò)對(duì)氣調(diào)庫(kù)運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到了研發(fā)設(shè)計(jì)要求。

4 應(yīng)用前景

果蔬氣調(diào)庫(kù)是一個(gè)嚴(yán)密的封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行如果單純靠人工進(jìn)行，需要操作技術(shù)很熟練的工人才能進(jìn)行此工作，而且不一定能保證及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果采用自動(dòng)調(diào)節(jié)，不用注意貯藏時(shí)間的長(zhǎng)短或外界條件的變化，并且不用或少用人工參與，從而簡(jiǎn)化了管理，保證了貯藏食品的質(zhì)量，也保證了氣調(diào)庫(kù)裝置運(yùn)行的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，因此有很大的發(fā)展前景。目前，我國(guó)已成為世界上最大的水果生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，水果和蔬菜產(chǎn)量巨大，建設(shè)自動(dòng)化程度高的氣調(diào)庫(kù)，發(fā)展氣調(diào)保鮮加工貯藏，不斷提升果蔬產(chǎn)品的升值潛力，是未來(lái)市場(chǎng)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

氣調(diào)貯藏技術(shù)的發(fā)展，主要是以果蔬貯藏保鮮為依托。果蔬貯藏保鮮業(yè)既是促進(jìn)果蔬生產(chǎn)、搞好產(chǎn)后加工的橋梁，又是提高農(nóng)民收入、促進(jìn)果蔬進(jìn)出口貿(mào)易的重要措施，同時(shí)也是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的重要內(nèi)容，果蔬貯藏保鮮業(yè)必將為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人們對(duì)果蔬保鮮認(rèn)識(shí)，特別是無(wú)公害綠色食品意識(shí)的提高，人們更注重商品的價(jià)值，本文通過(guò)對(duì)果蔬氣調(diào)保鮮庫(kù)自動(dòng)化控制的研究，減少了人工參與，達(dá)到了延緩果蔬老化變質(zhì)的目的。

表1 溫度和O2、CO2測(cè)量表