餐饮类电磁阀的控制策略研究

餐饮类电磁阀的控制策略研究

石志超

广东美芝制冷设备有限公司 广东省   528000

【摘要】烹饪作为日常生活不可或缺的劳动项目，在生活节奏日益加快的情况下，人们很少有时间和精力去准备饭菜。当前，如何实现烹饪从传统模式转变为自动化状态受到了广泛关注。在应用智能炒菜机时，就能够提升炒菜效率，增强智能化，尽量保证菜肴的色香味不会过度损失。基于此，本文结合智能炒菜机的适用，研究对煤气电磁阀的合理控制策略。

【关键词】烹饪；电磁阀；控制策略；智能化

前言

依据智能炒菜机的功能要求，其需要满足两大特征:其一，即可实现手动和自动两种炒菜模式，通过正确操作能够自动且高效地烹饪出相关菜肴，并且自动添加食用油、液态调味品等；其二，即工作过程中保证成本较低，且智能化程度较高，易于操作，符合自动化特点要求[1]。值得注意的是，在将热度视作控制煤气电磁阀的依据时，虽然结构简单、可实现较高的能效比，但是总体上由于启动阶段不易控制，很容易因热度过高产生中断煤气的情况，最终又会影响到炒菜时间、大小档位转换过程[2]。因此，在炒菜期间，必须结合实际状况做出合理性判断，能够确保煤气电磁阀通断正常，满足及时熄火保护电磁阀的要求。在此基础上，提出应用自适应分段式控制具有积极意义，它具体应用阶段，启动时期通过将排气温度作为有效反馈变量来构建模糊控制器，让电磁阀的开度调节趋于合理，降低过大产生的炒菜过火情况。在处于小火开关下，则能够依靠最小稳定过热度来控制，在实现合理控制的基础上提高做饭效率，满足智能化需求。

一、智能炒菜机的工作原理

依据炒菜机的结构特点，其具备灶具、液态调料控制、固态原料控制、锅具组件、出菜组件及电气控制等系统。在实际加热阶段，主要由点火装置、煤气设备与熄火保护电磁阀来发挥作用。按照智能炒菜机的模式分类，其包括手动模式和自动模式两种类型，当调节至手动模式期间，菜肴的烹饪可由人工来实现，依次按照在触摸屏开启点火装置、煤气通道电磁阀打开、点火后加热、添加主料和调料、菜肴烹饪完成后熄火、倒菜装盘的过程。而在选择自动模式条件下，依次完成上述操作，并且保证所有项目均属于自动状态。因此，保证在菜肴成熟后及时借助熄火保护电磁阀来熄火尤为重要。

二、电磁阀的开度调节过程分析

（一）启动过程分析

在应用前整个智能化炒菜机处于停机状态，如果加入原料后突然启动，在其出口部位可能出现回气带液的情况，造成特定时间内零过热度现象[3]。在工作阶段若发生了这种情况，采用常规控制策略很难进行控制，极容易因方式不合理呈现出菜肴焦糊的现象。基于此，在将触摸屏开启点火装置后，煤气通道电磁阀打开会有两种选择，一种时直接调至大火状态，使电磁阀处于完全开启状态，另外一种是小火状态，让电磁阀处于半开或者少量开启的状态。从过程来分析，智能化期间很难完全消除过热影响，借助热度调节电磁阀开度时，能够展现出促进系统稳定的优势。

（二）稳定运行阶段特征

炒菜机点火以后，电机就会转动起来，电机的运行会为链轮持续提供动力，并且在链均有效带动链条促进灶台移动时，最终会将条形钢板移动至右侧的开关上，相关的开关信号会将具体信号及时反馈给PLC，在此基础上控制电机停止转动。PLC控制点火器会执行点火操作，然后将煤气电磁阀带来，保证点火成功开始正常炒菜。按照具体设计，如果发现该次点火没有成功，对应的温度传感器会将信号反馈至PLC，进而合理控制熄火系统确保电磁阀及时关闭，避免出现煤气泄露的意外事故。相对稳定状态下，过热度与电磁阀的开关状态紧密相关。在电磁阀动态调节期间，整体流量在不断变化，系统想要达到新的平衡要消耗一定的时间，在此条件下可能导致过热度滞后的情况出现。例如，电磁阀的开度逐渐减少时，流量也在不断降低，在该阶段存在的煤气会在短时间内完全消耗，可能会导致过热度产生变化。通过上述分析，调节电磁阀开度期间，应当考虑过热度反应时间滞后的现象。

三、电磁阀的合理设计

结合对智能炒菜机工作状况的有效分析，合理提出自适应分段式电磁阀的设计过程。在启动过程中，将温度作为反馈变量，应用模糊控制的方法降低启动阶段过热度产生剧烈波动的影响。在系统达到稳定运行的状态下，单纯通过控制温度很难提升锅内的的制热量，所以要结合最小稳定过热度的曲线来强化对过热度的有效控制。整体控制流程分为以下两种模式执行:

第一种:（1）开始启动；（2）判断温度是否大于设定温度T？；（3）若不大于T，执行模糊控制器；（4）对电磁阀进行合理调节与控制。

第二种:（1）开始启动；（2）判断温度是否大于设定温度T？；（3）若温度大于T，观察环温—最小稳定过热度曲线；（4）确定最小稳定过热度值；（5）结合过热度，执行模拟控制器；（6）对电磁阀进行合理调节与控制。

（一）合理控制启动过程

正常状态下，要关注温度值大小，若中途启动点火没有成功，温度传感器就应当及时反馈信息。涉及到模糊控制算法期间，主要涵盖模糊化、模糊推力、反模糊化三个主要部分，其中，模糊化阶段主要是将输入基本论域的精确值转变为相对模糊的离散量，并按照隶属关系予以区分，最终表现为具备控制作用的模糊量。在将模糊量执行反模糊化处理后，可以对被控对象施加影响。按照模糊算法的执行过程，通常执行如下流程：信息载入——模糊化——模糊推理——解模糊——被控对象——控制调节。（注：在该阶段，考虑到的相关变量主要为温度和过热度。）

同时，在此次设计阶段，主要应用双向输入单向输出的方法来执行，针对此二维模糊控制器，将温度的误差值E和变化率EC值视作模糊控制器的两个输入变量，为了有效提升电磁阀的灵敏度，可将上述变量进行放大，保证模糊控制器的输出变量能够对电磁阀的开度进行合理控制。具体控制阶段，由控制器有效发出脉冲，然后借助驱动电路合理调节电磁阀的开度大小，合理调节流量，确保控制对象的数值满足设定标准。在实际操作期间，变量误差E和误差变化率EC都具有特定的基本论域，需要合理控制模糊控制器的输出论域，将其输入和输出语言转变化变量信息。在实际应用阶段可将其转化为三角形隶属度函数，充分发挥出该种函数易于计算、适用性广的优势特点。例如，在输入变量误差E的基本论域为（-250，250）、误差变化率EC的基本论域为（-25，25）条件下，可将模糊控制器的输出论域设定为（-35，35），并且将对应的输入、输出语言变量转化为（NB、NM、ZO、PB等形式。）在初始启动状态下，温度会呈现出上升趋势，如果在该阶段将电磁阀完全打开，整个系统温度的上升速度相对较慢。如果将电磁阀完全关闭，又不满足合理加热的条件。因此，在对模糊规则进行设计期间，还需要确保初始状态下温度不会极速上升，防止直接将菜肴炒糊。结合对应要求标注，可制定出模糊控制器的启动程序规则，详细情况见表1。

（表1-模糊控制器的启动程序规则）

（二）正确控制稳定运行过程

温度在某种程度上可以反映出智能化炒菜机的具体制热量，但通常数据不够精准。结合制热量相关因素分析，除去温度以外，还与时间、菜品种类等存在联系。因此，在将温度设置为反馈变量期间，通常仅适用于炒菜机的自动启动阶段，等到逐渐区域稳定状态后，还应当依赖控制过热度的过程来调节系统制热量。

在系统制热量较高时，有关最小稳定过热度相对较大，如果制热量所关联的过热度较小，就可能出现回气带液的现象。只有合理控制系统制热量，让最小稳定过热度达到最佳状态，才可以保证系统的加热效率，提升系统运行能效比。当然，制热系统的制热量和环境温度亦存在联系，在环境温度较高的状态下，整个系统制热量会变大，通常认为环境温度与过热度呈正比关系。

在探究环境温度与最小稳定过热度的关系后，就能够在不同温度状态下确定出最小稳定过热度数值，然后等到系统正常运行期间，将过热度调节至稍大于最小过热度值状态。同时，结合稳定运行期间模拟控制器的应用情况，以误差E和误差变化率EC的基本论域为基础，合理设置模糊控制器的输出论域，整体上其语言变量和稳定运行期间模糊控制器的规则同启动过程相类似。

四、试验分析

为了判断电磁阀的实际应用效果，需要将其与PLC和触摸屏构建联机实验，借助观察实验判断设备是否满足相关要求。炒菜机分成手动和自动两种模式，上述两种模式在实际使用期间要满足互锁条件，即在应用手动模式时，保证自动模式不能开启，而在使用自动模式状态下，手动模式难以运行。按照手动模式操作流程，其过程为:复位、手动模式选择、点火、选择烹饪风云、熄火、出菜、洗锅；按照自动模式时，其操作流程为:复位、自动模式选择、选菜、点火、自动烹饪、确认出菜、洗锅。PLC在接收到温度传感器的信号以后，借助程序判断被相关设备发出信号，进而实现炒菜的过程，在此阶段应当多次实验，保证其控制满足灵敏性特征。分析停机后突然启动时，按照电磁阀工作特征，此时温度呈现出平滑上升的状态，在合理控制条件下不会出现热度波动异常，并且在短期时间内，整个系统能够快速恢复稳定。在菜肴炒煎一段时间后，必须合理控制炒煎程度，及时将锅中的菜肴盛出。按照智能炒菜机的要求，需要满足稳定、可靠和智能化要求，在借助温度传感器检测到温度超过标准时，应该立刻传出信号。同时，结合不同菜品种类的熟制程度，正确调控电磁阀的开关。因此，在菜肴熟透后，应当满足及时有效控制煤气电磁阀通断的要求，实现熄火保护电磁阀的目的。

五、结语

综上所述，在应用智能炒菜机期间，应当保证烹饪阶段各组件间互相协调，尽可能保证菜肴的品质稳定如一，并且结合烹饪阶段的原料用量、程序控制，保证工艺参数合理。尤其是对于煤气电磁阀来讲，做到正确控制煤气电磁阀通断，并满足智能化需求。

参考文献：

[1] 常州普宸电子有限公司. 一种电磁阀及其控制方法:CN202011320553.7[P]. 2021-01-22.

[2] 广东万和热能科技有限公司. 电磁阀及其控制方法:CN202010470456.X[P]. 2020-08-11.

[3] 王飞,许文明,张心怡,等. 基于可变控制参数的PID算法的电子膨胀阀控制方法[J]. 制冷与空调,2021,21(6):95-97.