谷物烘干機(jī)的工作原理與自動(dòng)控制技術(shù)研究

宋丹 王睿

摘 要：谷物烘干機(jī)在糧食處理過程中應(yīng)用十分廣泛，有利于糧食長期穩(wěn)定的貯存，通過對現(xiàn)階段谷物烘干機(jī)的應(yīng)用和類型特點(diǎn)進(jìn)行研究，說明了谷物烘干機(jī)的工作原理、技術(shù)流程，并總結(jié)了谷物烘干機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的實(shí)施途徑。

關(guān)鍵詞：谷物烘干機(jī);原理;自動(dòng)控制;PLC;研究

中圖分類號：S226.6??????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.014

0 引言

谷物烘干是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，是糧食長期貯藏的有力保證，傳統(tǒng)的谷物烘干采用脫粒、晾曬的形式進(jìn)行，不僅效率低下，耗費(fèi)人力資源，而且烘干過程糧食損失率高，已經(jīng)不符合國家和行業(yè)對糧食處理的要求。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在技術(shù)上的不斷提升，谷物烘干機(jī)已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)糧食加工環(huán)節(jié)的必須工具，利用現(xiàn)代化的技術(shù)手段，谷物烘干機(jī)能實(shí)現(xiàn)以最佳的烘干過程保證糧食的優(yōu)良品質(zhì)，使糧食達(dá)到行業(yè)要求的含水率。因此在傳統(tǒng)的谷物烘干機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)上，利用自動(dòng)控制技術(shù)優(yōu)化烘干過程，使其更為合理，符合谷物烘干機(jī)技術(shù)發(fā)展的實(shí)際需求。

1 谷物烘干機(jī)的種類與特點(diǎn)

現(xiàn)階段，我國使用的谷物烘干機(jī)主要包括四大類：分別為橫流烘干機(jī)、混流烘干機(jī)、順流烘干機(jī)、逆流烘干機(jī)。這種分類是以谷物與氣流的相對運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橐罁?jù)的，不同烘干機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)如下。

（1）橫流烘干機(jī)在我國應(yīng)用相對較早，目前在我國的谷物烘干工作中應(yīng)用仍比較多，其多以圓柱型篩孔式或方塔型篩孔式結(jié)構(gòu)為主，烘干過程中干燥氣流與谷物的運(yùn)動(dòng)方向垂直，這類烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)相對簡單，購置成本相對更低，但存在烘干效率低、烘干不均勻等問題，且熱源消耗量大，糧食烘干率不易達(dá)到現(xiàn)階段的貯藏要求。

（2）混流烘干機(jī)的烘干段主要由交錯(cuò)排列的角狀通風(fēng)盒組成。角狀盒外充滿糧食，糧食的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橛缮舷蛳?，熱空氣由進(jìn)氣角狀盒進(jìn)入，分別由上下兩個(gè)方向穿過糧層，干燥氣流的流動(dòng)方向與谷物流動(dòng)既同向又逆向，故稱為混流?；炝骱娓蓹C(jī)使干燥氣流的流量更為均勻，谷物經(jīng)烘干后，平均含水率較好，僅在角落部位存在部分谷物難以烘干?；炝骱娓蓹C(jī)在烘干過程所需的資源消耗較低，干燥效率高，適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和綠色理念要求。

（3）順流烘干機(jī)的干燥氣流與谷物運(yùn)動(dòng)方向相同，故稱為順流，多應(yīng)用于含水率較高的谷物。順流烘干機(jī)的進(jìn)風(fēng)道通常采用漏斗式結(jié)構(gòu)，排風(fēng)道結(jié)構(gòu)采用角狀盒式排風(fēng)，有利于水汽較多的廢氣排出。這類烘干機(jī)對糧食的干燥效率高、速度快，烘干后糧食含水率符合貯藏要求，且烘干相對均勻。但是由于順流烘干機(jī)機(jī)型體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，購置和使用維護(hù)的成本較高。

（4）逆流烘干機(jī)干燥氣流與谷物運(yùn)動(dòng)方向相反，傳熱效率相對更好，但烘干能力比順流烘干機(jī)弱，更適合含水率相對較低的谷物使用，烘干過程不易造成谷物破裂、養(yǎng)分下降等問題。這類機(jī)型的谷物運(yùn)動(dòng)速度較慢，谷物溫度和熱風(fēng)溫度比較接近，因此對熱源的需求量較低，相對更節(jié)能，但工作效率低，內(nèi)部濕度排出相對慢，易產(chǎn)生飽和問題。

2 谷物烘干機(jī)的工作原理

谷物烘干機(jī)是有很多復(fù)雜結(jié)構(gòu)組成的整體，其主要由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)等有機(jī)組合而成。在進(jìn)行谷物烘干時(shí)，等待烘干的糧食經(jīng)過皮帶輸送機(jī)進(jìn)行輸送，在此過程中還能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)糧食除雜，除雜后的谷物經(jīng)過提升機(jī)作用被送至糧倉頂部，隨著輸送攪龍的轉(zhuǎn)動(dòng)，谷物則逐漸被送入烘干箱體，也有部分烘干機(jī)先將谷物送至整機(jī)頂部，利用谷物的重力作用，由上而下進(jìn)行流動(dòng)，熱風(fēng)在風(fēng)機(jī)的動(dòng)力下經(jīng)風(fēng)道到達(dá)進(jìn)氣角狀盒，進(jìn)而進(jìn)入烘干箱內(nèi)。熱風(fēng)按照設(shè)計(jì)的形式，以橫流、混流、順流、逆流等形式通過被輸送的谷物，干燥的熱風(fēng)與谷物之間實(shí)現(xiàn)熱傳遞現(xiàn)象，使谷物溫度均勻上升，同時(shí)谷物中的水分蒸發(fā)成為水蒸氣，跟隨氣流到達(dá)排氣盒附近，隨廢氣一起被排出。直到谷物的含水率達(dá)到烘干要求時(shí)，排糧裝置開始工作，將谷物排出烘干箱，谷物烘干機(jī)的整體工作流程如圖1所示。

3 谷物烘干機(jī)自動(dòng)控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 信息采集技術(shù)

谷物烘干機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接決定了烘干后的實(shí)際質(zhì)量，因此必須要實(shí)時(shí)獲取在烘干工作過程中的內(nèi)部狀態(tài)信息，最主要的監(jiān)測信息包括溫度、溫濕度、含水率、物料位置。相關(guān)信息的采集均依靠傳感器進(jìn)行，所使用的傳感器需具備耐高溫、抗壓強(qiáng)的特點(diǎn)，且具備足夠的效率和精度。

（1）溫度信息采集主要以高精度的溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)，主要用以測量烘干段、冷卻段、出料段的溫度情況。谷物烘干機(jī)的溫度傳感器布置采用3個(gè)傳感器連接到一個(gè)總線上的形式實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，以實(shí)現(xiàn)不同工位溫度的及時(shí)獲取。當(dāng)溫度未達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則會(huì)發(fā)出警報(bào)，溫度傳感器通常的溫度測量范圍在-30～120 ℃之間，精度達(dá)到0.5 ℃，實(shí)際使用中通過設(shè)置溫度范圍來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)警報(bào)通過數(shù)據(jù)線傳輸，操作者在操作界面能夠直觀觀察并進(jìn)行操作。

（2）溫濕度的采集主要通過溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)階段使用的溫濕度傳感器具有很高的可靠性，且體積很小，不影響烘干箱內(nèi)的布局，可測量的濕度范圍為0～100%，溫度的測量范圍為-30～120 ℃，其中濕度的測量精度為±3%，溫度測量精度可達(dá)±0.5 ℃，溫濕度傳感器集成了溫度傳感器、濕度傳感器、校準(zhǔn)器以及多種數(shù)據(jù)接口，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

（3）含水率信息采集主要有兩種形勢：一是通過傳感器直接測量谷物中的水份含量，具有測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，但測量結(jié)果所需時(shí)間較長，對于不斷運(yùn)動(dòng)的谷物測量精度會(huì)有所下降;二是通過非接觸式測量谷物的含水率，烘干箱中多采用電阻式檢測儀進(jìn)行測量，利用不同含水率谷物的導(dǎo)電能力不同，實(shí)現(xiàn)對含水率的精確測量。

（4）物料位置信息采集主要是為了避免谷物過多影響設(shè)備的正常運(yùn)行，物料位置的信息主要通過料位傳感器實(shí)現(xiàn)，其能夠測得糧食烘干機(jī)存糧段的谷物高度，從而提供給系統(tǒng)控制送糧時(shí)機(jī)，以保證整機(jī)的合理運(yùn)行和安全性。

3.2 自動(dòng)烘干控制技術(shù)

當(dāng)谷物烘干機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，計(jì)算機(jī)通過分析和收集各位置傳感器提供的信息數(shù)據(jù)對循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量、溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這一功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠系統(tǒng)通過控制器控制引風(fēng)機(jī)與負(fù)壓風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，來調(diào)節(jié)熱風(fēng)的循環(huán)強(qiáng)度，以匹配不同濕度谷物的烘干要求，當(dāng)烘干箱內(nèi)的空氣濕度超過預(yù)先設(shè)置要求時(shí)，熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)會(huì)加強(qiáng)空氣循環(huán)，以保證足夠的烘干效率。當(dāng)谷物在規(guī)定的運(yùn)行條件和運(yùn)行時(shí)間條件下，達(dá)到所需的含水率，傳感器會(huì)將信號返回系統(tǒng)自動(dòng)控制谷物進(jìn)入排料段，將烘干后的谷物及時(shí)排出。

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