Пристрій автоматизованого керування НВЧ-генератором у портативній системі сублімації рослинних продуктів

Abstract

Кваліфікаційна робота присвячена розробленню пристрою автоматизованого керування НВЧ-генератором, який використовується у портативній системі сублімації рослинних продуктів. Основна ідея роботи полягає в тому, щоб забезпечити не ручне, а контрольоване автоматизоване подавання НВЧ-енергії до продукту під час сушіння, коли важливо не допустити перегрівання сировини, руйнування її структури або погіршення якості готової продукції. У роботі показано, що сублімаційне сушіння є ефективним способом зневоднення ягід, фруктів, овочів, зелені та лікарської рослинної сировини, оскільки вода видаляється з попередньо замороженого продукту шляхом переходу льоду безпосередньо в пару. Такий процес дозволяє краще зберегти форму, колір, аромат, пористу структуру, біологічно активні речовини та здатність продукту до швидкого відновлення після регідратації. Водночас класична сублімація є тривалою, енергоємною і технологічно складною. Вона потребує контролю температури продукту, тиску в камері, тривалості сушіння, режиму підведення енергії та захисту від перегрівання. Тому в роботі обґрунтовано доцільність застосування НВЧ-нагрівання як способу інтенсифікації процесу, оскільки надвисокочастотне електромагнітне поле забезпечує об’ємне підведення енергії до продукту. Особливістю запропонованого підходу є те, що НВЧ-генератор не працює у простому режимі «увімкнено/вимкнено», а повинен керуватися за заданою логікою з урахуванням стану продукту та умов процесу. Пристрій має забезпечувати дозоване подавання потужності, контроль температури, захист від теплового перевантаження, блокування небезпечних режимів, індикацію стану та можливість повторення технологічних режимів для різних видів рослинної сировини. У структурному плані пристрій складається з блока живлення НВЧ-випромінювача, блока випрямлення і стабілізації напруги, блока синхронізації, мікроконтролерного модуля, інтерфейсного блока, дисплея, контактних датчиків, виконавчого пристрою та НВЧ-випромінювача. Така структура дозволяє приймати сигнали від датчиків, аналізувати стан системи, відображати інформацію оператору та формувати керувальні дії для НВЧ-генератора. У розрахунково-конструкторській частині роботи розроблено електричну принципову схему пристрою автоматизованого керування. Виконані розрахунки охоплюють стабілізацію великої напруги з використанням низьковольтних кремнієвих стабілітронів, розрахунок радіаторів охолодження силових елементів блоку живлення та розрахунок елементів кварцового генератора. Це дало змогу обґрунтувати працездатність електронної частини пристрою, стабільність формування керувальних сигналів і надійність роботи силових вузлів. У технологічному розділі розглянуто виготовлення друкованих плат електричних схем, автоматизацію формування компонентів на платі, а також методи діагностування й заміни компонентів. Запропоновані технологічні рішення охоплюють підготовку друкованої плати, монтаж електронних компонентів, контроль якості паяних з’єднань, перевірку працездатності електронного вузла та ремонтопридатність пристрою. У розділі охорони праці проаналізовано небезпечні та шкідливі фактори, що можуть виникати під час роботи в проєктно-технічній лабораторії та під час експлуатації електронного обладнання. Основну увагу приділено електробезпеці, тепловим впливам, умовам мікроклімату, організації робочого місця, безпечному використанню технічних засобів та модернізації системи водяного опалення лабораторії. Практичні результати роботи відрізняються від найближчих аналогів тим, що пристрій орієнтований саме на портативну систему сублімації, де важливими є компактність, безпека, повторюваність режимів і контроль НВЧ-потужності. У конструктивному плані він поєднує мікроконтролерне керування, індикацію, датчики, силовий виконавчий вузол і захисні блокування; у технологічному плані передбачає виготовлення електронного вузла на друкованій платі; у соціо-екологічному плані сприяє збереженню якості рослинної продукції та зменшенню втрат сировини; в економічному плані може скоротити тривалість сушіння, знизити енерговитрати та підвищити стабільність отримання готового продукту. У результаті виконання кваліфікаційної роботи розроблено пристрій автоматизованого керування НВЧ-генератором, який забезпечує стабільне та безпечне керування режимами роботи портативної системи сублімації рослинних продуктів, дозоване підведення НВЧ-енергії, зменшення ризику перегрівання сировини, підвищення повторюваності технологічних режимів і створення основи для подальшого вдосконалення малогабаритних систем сублімаційного сушіння.