1 真空干燥箱控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1.1 烘箱控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)
圖一 上海一恒立式真空干燥箱
控制系統(tǒng)具體包括系統(tǒng)界面及宏指令程序兩大部分，一恒真空干燥箱通過觸摸屏人機(jī)交互界面輸入、顯示試驗(yàn)參數(shù)，觸摸屏主界面使用 Easybuilter8000軟件編制。主界面如圖1所示，界面可顯示干燥過程中碳纖維紅外板溫度、干燥時間等參數(shù)；并可以設(shè)置真空保持時間、常壓保持時間，干燥總時間等參數(shù)。宏指令庫具體包括干燥計(jì)時、壓力脈動控制等程序。
1 真空干燥箱壓力變化過程的實(shí)現(xiàn)
干燥箱觸摸屏控制系統(tǒng)基于干燥室內(nèi)壓力狀態(tài)監(jiān)測，對裝備進(jìn)行時序控制，具體邏輯判斷過程如圖1所示。通過讀取狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)位以及相關(guān)的邏輯判斷語句，控制破空電磁閥的開關(guān)/閉合，完成壓力的調(diào)控。
主機(jī)首先獲取干燥室內(nèi)壓力參數(shù)，并判斷處于何種狀態(tài)。當(dāng)狀態(tài)標(biāo)志位為 ab 抽真空狀態(tài)時，破空電磁閥關(guān)閉，真空泵、冷凝器開始工作，干燥室內(nèi)真空度持續(xù)上升；達(dá)到額定真空度時，狀態(tài)標(biāo)志位切換為 bc真空保持階段；真空保持時間 bc 段結(jié)束時，狀態(tài)標(biāo)記切換為 da 進(jìn)氣階段，真空泵、冷凝器停止工作，破空電磁閥打開，干燥室壓力快速恢復(fù)到額定常壓狀態(tài)；da 常壓階段計(jì)時結(jié)束，狀態(tài)標(biāo)志位再循環(huán)切換為 ab抽真空狀態(tài)。
真空保持時間 5 min，常壓保持時間分別維持 2、4、8 min，65 ℃干燥條件下。干燥時間分別為 510、480、545 min。表明過長或過短的常壓保持時間，均會增加干燥總時間。與常壓保持時間 4 min 相比，8 min 干燥條件下，茯苓丁干燥總時間增加約 40 min。這是因?yàn)槌罕３謺r間過長，外界濕度較低的干空氣進(jìn)入箱體后，箱體與外界無氣流流動，茯苓丁蒸發(fā)的水蒸氣積聚在箱體內(nèi)，減緩干燥速率。當(dāng)常壓保持時間縮短為 2 min 時，干燥時間也會整加。一方面因?yàn)槌罕３謺r間過短，茯苓丁未吸收足夠多的熱量，茯苓丁內(nèi)部溫度較低。當(dāng)下一個真空階段來臨時，茯苓丁內(nèi)部水分不能快速蒸發(fā)。另一方面，當(dāng)常壓時間過短時，箱體內(nèi)部的空氣尚未飽和，就被真空泵抽走，干燥室內(nèi)部頻繁的氣流更替不利于干燥進(jìn)行。表明真空脈動干燥需要合適的常壓保持時間，既能維持物料升溫，又能適時打破箱體內(nèi)部水蒸氣的平衡狀態(tài)。因此，常壓保持時間 4 min、真空保持時間 5 min，干燥時間最短。
最佳真空保持時間、常壓保持時間的選擇，可從另外一個角度解析。該曲線為干燥溫度65 ℃、真空保持階段時間 15 min、常壓保持階段時間4 min 時，干燥室內(nèi)部溫度、相對濕度變化曲線；其中，e、f 點(diǎn)分別對應(yīng)真空保持階段時間 5、10 min 干燥室壓力切換時間點(diǎn)。在破空階段 ab 段，由于外界的不飽和干空氣進(jìn)入干燥室，相對濕度明顯下降；抽真空階段cd 段，干燥室內(nèi)高濕的熱空氣被真空泵抽出，溫度、相對濕度也會下降；在常壓保持階段 bc 段、真空保持階段 da’段的前期，相對濕度均快速增加，表明切換干燥室壓力后可提高水分蒸發(fā)速率；后期相對濕度變化趨勢平緩，表明茯苓丁經(jīng)歷快速脫水后進(jìn)入濕度平衡狀態(tài)。此時需切換干燥室壓力，可再次提高水分蒸發(fā)速率。其中，e、f 點(diǎn)分別對應(yīng)真空保持時間 5、10 min，如果在 e、f 點(diǎn)切換干燥室壓力，會縮短干燥總時間；沿 a’點(diǎn)繼續(xù)延長真空保持時間，相對濕度依然處于平衡狀態(tài)，會延長干燥總時間。同理，沿 c 點(diǎn)繼續(xù)延長常壓保持時間，依然會延長干燥總時間。因此，干燥室壓力的切換與干燥過程中相對濕度變化有關(guān)。微觀時間尺度內(nèi)干燥室內(nèi)部相對濕度變化，可實(shí)時反映干燥過程物料水分蒸發(fā)情況。但關(guān)干燥過程相對濕度變化的報(bào)道主要集中在熱風(fēng)干燥領(lǐng)域，相對濕度變化對真空干燥過程質(zhì)熱傳遞的影響機(jī)理。
2 結(jié) 論
（1）所設(shè)計(jì)的橫向安裝、縱向安裝模塊，將碳纖維紅外板和料架相結(jié)合，有效提高物料裝載率，并可有效克服碳纖維紅外板加熱過程中變形、凹陷問題，保證發(fā)熱面與茯苓丁之間輻射間距的一致性，碳纖維紅外板到料盤的輻射間距 30 mm，上下模塊間距 25mm 時，干燥效果較佳。
（2）基于“主—從”機(jī)模式，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，將各個從機(jī)模塊和上位機(jī)觸摸屏集成為一體，基于干燥室內(nèi)真空度狀態(tài)監(jiān)測，對裝備進(jìn)行時序控制，實(shí)現(xiàn)干燥室內(nèi)“真空—常壓”的連續(xù)轉(zhuǎn)換?；趯μ祭w維紅外板溫度的監(jiān)測，結(jié)合實(shí)現(xiàn)對干燥溫度的有效調(diào)控，并對真空干燥室內(nèi)部溫度、相對時間變化進(jìn)行檢測。
（3）以 12 mm×12 mm×12 mm 的茯苓丁為試驗(yàn)原料對干燥中試裝置進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，該干燥裝備設(shè)計(jì)方案和控制方案可靠，可有效實(shí)現(xiàn)茯苓丁的干燥。真空保持時間、常壓保持時間為 5 min、4 min時，干燥時間最短，約為 480 min，真空脈動干燥后茯
苓丁一級品占比 83.63%，破碎率明顯降低。研究的中試干燥裝備和結(jié)果可應(yīng)用于茯苓丁等物料的干燥，并可為紅外干燥技術(shù)、真空脈動干燥技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用提供理論依據(jù)。
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