谷物烘干機自動化控制技術分析及創(chuàng)新發(fā)展方向研究

楊曉珍

（懷化職業(yè)技術學院，湖南 懷化 418000）

0 引言

谷物烘干是農業(yè)生產環(huán)節(jié)中的關鍵性部分，是實現糧食長時間存儲的重要保障，在以往人們進行谷物烘干時，通常依托于脫粒、晾曬等途徑來實現[1]，這種方式不僅需要耗費大量的時間以及人力資源，同時在實際烘干時也會導致較大的糧食損失，顯然在現代社會經濟環(huán)境下，以往的谷物烘干方式已經不能滿足社會對糧食處理的要求。為了解決此問題，我國研發(fā)出了一種新型農業(yè)機械谷物烘干機，該機械是一種機電一體化農業(yè)機械設備，可以對小麥、水稻、玉米等許多類型谷物進行烘干處理，在現代科學技術水平的支持下，我國谷物烘干機的自動化程度越來越高，在烘干準備工作中，通過在系統(tǒng)中設定好溫度、濕度等參數，烘干機就可以根據系統(tǒng)自動執(zhí)行谷物烘干操作，同時將各個時間段谷物的含水率、溫度等顯示出來，從而確保谷物烘干能夠達到最理想的狀態(tài)。為了更好地改善谷物烘干機的工作效率與質量，依托于自動化技術的運用可以很好地降低人工操作強度，防止人工操作過程中產生的各種人為誤差，進一步提高烘干效果，為糧食進行更長時間的儲存奠定基礎。

1 谷物烘干機功能概述

利用谷物烘干機可以依照設定好的系統(tǒng)程序自動降低谷物水分，并確保烘干后的谷物能夠達到標準要求，為谷物長期儲存提供保障[2]。依照谷物烘干機工作方式的不同，可以將其劃分為順流烘干機、逆流烘干機、橫流烘干機以及混流烘干機等多種機型，更好滿足不同使用環(huán)境的應用需求[3]。在我國大型谷物糧食存儲時，使用最多的便是混流烘干機，下面，筆者就以這種烘干機為例進行詳細說明。

谷物烘干機在對谷物進行烘干時，是通過輸入源源不斷的熱風實現的，在烘干倉里面，布置了大量角狀通風盒。在實際開展糧食烘干操作時，先將糧食輸送到烘干倉里面，并且使得糧食按照某種規(guī)律進行流動，之后烘干機開始工作，產生大量的熱風并通過管道到達各個通風盒，之后在角狀通風盒的幫助下進入到烘干倉，同時基于順流、逆流兩種方式對糧食進行烘干，當熱風與糧食充分接觸后，會對糧食進行加熱，隨著溫度的不斷升高，糧食中的水分會被蒸發(fā)到空氣中，隨著氣流一起進入到設定區(qū)域，當氣流中的水汽達到較高程度后，會被排出烘干倉。谷物烘干機多次重復工作后，會逐步降低糧食中的水分，在到達相應參數后將糧食輸送到緩蘇段。在該環(huán)節(jié)中，會逐步均衡糧食內部與外部的溫度差以及水分差，盡管在緩蘇段會導致糧食干燥的速度降低，但是會促使糧食的含水率趨于均衡化。最后，糧食進入到冷卻段，冷卻完成的糧食可以達到糧食干燥要求，從烘干機中排出并完成存儲。

2 谷物烘干機自動化控制技術分析

2.1 自動控制功能

為了進一步提高谷物烘干機工作質量與效率，需要不斷提高谷物烘干機的自動化控制水平，更加精準地開展谷物烘干工作。在實際進行谷物烘干過程中，需要谷物烘干機的自動化控制功能達到以下要求。

1）待干燥糧食進入到谷物烘干機料斗之后，自動化控制系統(tǒng)要能夠準確獲取糧食初始含水量，同時依照獲取的初始含水量數值以及谷物類型特征等，制定出最有效的谷物干燥方法[4]。

2）谷物烘干機可以自動地將干燥糧食有序輸送到烘干機中，烘干機依照設定好的程序，對谷物的輸送速度、熱風進風量以及廢氣排出等環(huán)節(jié)進行控制，并且在檢測過程中實時關注待干燥糧食的含水率、溫度等關鍵性參數，依照檢測結果及時調整烘干方案。

3）對已經完成烘干的糧食進行含水率檢測，當檢測到的含水率達到規(guī)定標準要求之后，將糧食輸送出烘干機；而當檢測糧食的含水率仍然超出標準值時，需要繼續(xù)進行糧食干燥環(huán)節(jié)的循環(huán)工作，直至檢測結果合格之后才將糧食輸送出來。

2.2 控制流程的設置

谷物烘干機自動控制技術的實現是建立在PLC技術以及傳感器技術基礎上，利用不同的傳感器實時獲取糧食的溫度、濕度、機械結構轉速、糧食輸送速度等重要參數，并將這些關鍵性數據信息傳輸到系統(tǒng)處理器，處理器在進行相應分析工作之后，結合實際參數值選取最合適的烘干方案或者及時改變烘干數值[5]。依照谷物烘干機自動控制的功能要求，設計適宜的谷物烘干機自動控制流程圖，如圖1所示。

圖1 谷物烘干機自動控制流程示意圖

2.3 自動化控制硬件系統(tǒng)功能需求

基于全自動控制的層面來看，硬件系統(tǒng)的功能主要體現在數據監(jiān)測、數據處理、數據傳輸以及控制等方面，其中數據監(jiān)測系統(tǒng)一般涵蓋了干燥前測水儀、烘干倉溫度傳感器及濕度傳感器、干燥后測水儀、流量統(tǒng)計傳感器等；數據處理系統(tǒng)通常選取工業(yè)控制計算機；數據傳輸系統(tǒng)是常用的數據端口以及各種數據通信模塊；控制系統(tǒng)一般涵蓋了各種數據儀表、可編程控制器、谷物排出電機以及多個輔助執(zhí)行器等[6]。在確定谷物烘干機自動化控制系統(tǒng)硬件時，應當重點考量硬件的穩(wěn)定性、抗干擾水平等。

在利用谷物烘干機進行烘干操作時，依托于不同位置的溫度及濕度傳感器來實時監(jiān)測待干燥糧食溫度、進風溫度、出風溫度以及環(huán)境溫度等。具體來說，對進風溫度檢測的傳感器布置在進風口，相應的對出風溫度檢測的傳感器設定在出風口位置，環(huán)境溫度是指烘干機所處的外部環(huán)境溫度，因此該傳感器主要放置在機器的外部；糧食溫度傳感器則設定在烘干段、緩蘇段等地方，并且保證該傳感器位置高度處于谷物輸送高度的中部，即重點檢測谷物中間位置的溫度值與濕度值。干燥前測水儀需要設定在谷物剛進入的位置，其目的是準確獲取谷物未進行干燥前的含水量。干燥后測水儀要放置在自動化控制線的后部分，其主要目的是測量干燥之后谷物的實際含水量，因此干燥后測水儀一般安裝在谷物排出段前端，保證所有排出的谷物含水量均達到規(guī)定的標準要求。在整個烘干流程中，不同傳感器獲得的數據信息都會匯集到工業(yè)控制計算機，該計算機依照系統(tǒng)中設定的程序相應改變谷物烘干機的熱風量大小、谷物輸送速度等，確保整個烘干過程的合理性與科學性。

2.4 自動化控制軟件系統(tǒng)功能需求

谷物烘干機自動控制模塊主要組成架構示意圖，如圖2所示，在該軟件系統(tǒng)中重點涵蓋了五個模塊，分別是信息收集模塊、動作執(zhí)行模塊、人機交互模塊、輔助功能模塊以及故障警示模式[7]。其中，信息收集模塊的主要工作職責是加強對溫度與濕度傳感器、速度傳感器、電機轉動傳感器以及干燥前后測水儀等多個檢測儀器的管理，及時獲得各個檢測設備的檢測數據；動作執(zhí)行模塊表示為谷物烘干機中各個執(zhí)行元件依照工業(yè)控制計算機的制定，推動相關機構有序完成各項工作，比如說增加或者降低谷物輸送速度、提高或者降低熱風電機轉速等；人機交互模塊一般是將信息收集模塊中獲得的各項信息提供給設備使用人員，并向其展示當下谷物烘干機的具體運行狀況，比如說進風量大小與溫度、谷物輸送速度、谷物烘干后溫度等，在人機交互模塊的支持下可以讓人參與到谷物烘干過程中，對相關烘干參數進行調整，同時專業(yè)技術者能夠依托于人機交互接口完成對相關功能的改善與程序調整；輔助功能模塊主要表示為糧食烘干過程中的輔助執(zhí)行元件，比如說計時器等；故障警示模塊的功能是當谷物烘干機運行中出現問題時，系統(tǒng)會通過聲音、燈光等形式進行自動報警，同時在人機交互頁面顯示故障類型，為工作人員解決問題提供幫助。

圖2 谷物烘干機自動控制模塊主要組成架構示意圖

谷物烘干機開啟之后，自動控制系統(tǒng)會執(zhí)行初始化程序，對所有功能模塊進行初始化處理，如對各個位置傳感器功能、計時器工作狀態(tài)以及工業(yè)控制計算機系統(tǒng)等進行初始化，同時人機交互頁面打開，將關鍵性數據信息顯示出來。烘干工作正式開始以后，自動化控制系統(tǒng)會全面收集進料部分、烘干部分、緩蘇部分以及冷卻部分的溫度與濕度等信息，以及熱風量大小與溫度、輸送電機轉動速度等諸多信息，并將獲得的各項信息傳輸到工業(yè)控制計算機，將實時信息與系統(tǒng)中設定的范圍進行比對。在明確具體烘干方案之后，工業(yè)控制計算機會向熱風系統(tǒng)下達相應的指令，合理優(yōu)化實時風機轉速以及熱風溫度，并且保證糧食依照既定的方式與速度向前輸送，當熱風溫度、谷物溫度高于或者低于設定標準溫度區(qū)間時，預警系統(tǒng)變化發(fā)出警報，同時在規(guī)定的時間區(qū)間后停止機器運行，當系統(tǒng)檢測出是因為烘干效率較低引起的，就會相應地優(yōu)化糧食輸送速度，同時增加熱風流量，進而強化烘干效率[8]。

3 谷物烘干機自動化控制技術創(chuàng)新發(fā)展方向

當下谷物烘干機在我國糧食產業(yè)發(fā)揮了至關重要的作用，隨著科學技術水平的不斷發(fā)展，谷物烘干機自動化控制技術也需要加強自身的改革與創(chuàng)新，進一步提高谷物烘干機的控制效果[9]。結合當下谷物烘干機使用狀況，筆者總結了谷物烘干機自動化控制技術未來創(chuàng)新發(fā)展方向，具體如下。

1）依托于自動化控制技術進一步改進部分糧食在烘干后水分含量超標的問題，強化整個烘干過程的均衡性。

2）依托于自動化控制技術進一步降低糧食烘干中的損耗量，降低糧食烘干中的能源損耗。

3）提高谷物烘干機的適用范圍，使其能夠滿足更多類型糧食的烘干要求，并能夠正確識別糧食的含水量、特征等，自主匹配最合適的烘干方案。

4）進一步強化谷物烘干機的工作效率，在確保烘干品質的基礎上，最大程度降低糧食的烘干時間。

4 結語

綜上所述，谷物烘干機的運用，為提高我國糧食存儲質量提供了有力保障。在自動化控制技術的加持下，谷物烘干機有效提高了自身工作效率與質量，降低糧食干燥中的能量損耗。然而，我國谷物烘干機自動化控制技術總體水平不高，有非常大的改造空間，技術人員應當要重視對自動化控制技術的改進，不斷提高谷物烘干機的干燥質量。