電氣控制技術(shù)在谷物烘干設(shè)備的應(yīng)用與邏輯優(yōu)化

(河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院,鄭州 451191)

0 引言

烘干是糧食收獲后的重要工作,烘干質(zhì)量對(duì)于糧食保存品質(zhì)影響深遠(yuǎn),且直接影響食品供給和食品安全。隨著農(nóng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展,谷物烘干設(shè)備逐漸向著現(xiàn)代化和智能化轉(zhuǎn)型,與自然晾曬相比先進(jìn)的谷物烘干設(shè)備在節(jié)省人力、物力的同時(shí),有效提高了烘干效率,降低了烘干過(guò)程的糧食損失。尤其是在我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品逐漸由早期的機(jī)械化向全程自動(dòng)化轉(zhuǎn)型升級(jí)的過(guò)程中,谷物烘干設(shè)備能與電氣控制相結(jié)合,通過(guò)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)烘干過(guò)程和烘干邏輯的優(yōu)化調(diào)整,并實(shí)現(xiàn)烘干的自動(dòng)實(shí)施,能進(jìn)一步提高烘干過(guò)程的合理性,保證最佳烘干質(zhì)量。因此,谷物烘干設(shè)備如何更好地與電氣控制技術(shù)相融合,如何利用電氣控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)性能全面升級(jí),是該類設(shè)備未來(lái)發(fā)展必須思考和全面解決的問(wèn)題。

1 谷物烘干設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀

谷物烘干設(shè)備是以現(xiàn)代干燥處理技術(shù)為基礎(chǔ)的一種糧食干燥處理設(shè)備,是玉米、水稻、小麥、大豆等作物烘干機(jī)械的總稱,能夠通過(guò)烘干參數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)不同品種作物的烘干作業(yè)。我國(guó)現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的谷物烘干設(shè)備包括橫流烘干機(jī)、混流烘干機(jī)、順流烘干機(jī)等傳統(tǒng)機(jī)型,以及功能適用性更好的順逆流、混逆流、順混流等新型設(shè)備[1]。

目前,用于糧食烘干中使用量最大的設(shè)備包括以下兩類:一是橫流烘干機(jī),是我國(guó)早期技術(shù)引進(jìn)和推廣的一種烘干設(shè)備,其外形以圓柱型或方塔型為主,采用篩孔式結(jié)構(gòu),整機(jī)建設(shè)成本較低,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,烘干效率較高,但由于機(jī)型體積較小,整體技術(shù)先進(jìn)性不足,熱源利用率低、烘干均勻性不良,導(dǎo)致其逐漸不能完全達(dá)到現(xiàn)代化糧食烘干的技術(shù)要求;二是混流烘干機(jī),是針對(duì)傳統(tǒng)橫流烘干機(jī)的不足之處進(jìn)行的技術(shù)升級(jí),是現(xiàn)代化生產(chǎn)中用于糧食烘干的主力機(jī)型,其主要特征是采用了三角或五角盒交錯(cuò)排列的主體結(jié)構(gòu),烘干用的熱風(fēng)供給形式多樣且復(fù)雜,能有效提升烘干均勻性,且熱源利用率高,適用于建造中大型谷物烘干設(shè)備,但存在總體烘干效率偏低,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,建設(shè)成本偏高等不足。此外,在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中順流烘干機(jī)、順逆流烘干機(jī)、混逆流烘干機(jī)和順混流烘干機(jī)等設(shè)備也具有一定的保有量,只是現(xiàn)階段占比較少[2]。

總體上看,我國(guó)谷物機(jī)械化烘干率已經(jīng)呈現(xiàn)快速上漲趨勢(shì),傳統(tǒng)晾曬烘干的不足之處得到有效控制,谷物烘干正向著全程機(jī)械化的發(fā)展要求進(jìn)步。與此同時(shí),谷物烘干機(jī)的控制和檢測(cè)等技術(shù)也在逐漸升級(jí),很多新型烘干設(shè)備能夠利用含水率檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)谷物水分情況,并與自動(dòng)控制系統(tǒng)相配合,可自動(dòng)控制谷物烘干過(guò)程,有效優(yōu)化了谷物烘干機(jī)的使用體驗(yàn)。從自主生產(chǎn)谷物烘干機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)特征看,其與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品在基礎(chǔ)烘干技術(shù)方面差距已經(jīng)逐步縮小,但在自動(dòng)化和智能化控制方面,仍存在較大差距。

2 電氣控制技術(shù)的應(yīng)用形式

電氣控制技術(shù)的主要應(yīng)用目的在于替代傳統(tǒng)的人工操作完成相應(yīng)的控制任務(wù),包括對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制和烘干方案的調(diào)整,其主要的應(yīng)用形式包括以下幾類。

2.1 自動(dòng)供料

自動(dòng)供料功能是通過(guò)電氣控制技術(shù)控制待烘干糧食物料進(jìn)入烘干設(shè)備內(nèi)部的功能,是電控技術(shù)控制機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的一種機(jī)電一體化技術(shù)。能利用電控開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)糧食物料的輸送,保證定量物料均勻進(jìn)入烘干倉(cāng),并完成物料的均勻鋪放[3]。

2.2 自動(dòng)檢測(cè)

自動(dòng)檢測(cè)功能主要是對(duì)烘干過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)的獲取過(guò)程,通過(guò)在烘干倉(cāng)內(nèi)部適當(dāng)位置安裝布置多種功能的傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)谷物含水率檢測(cè)、烘干氣流溫度檢測(cè)、氣流濕度檢測(cè)、谷物運(yùn)行速度檢測(cè)等功能,并能將檢測(cè)獲取的數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。

2.3 智能分析

谷物烘干設(shè)備的控制系統(tǒng)配備有現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理ECU,能實(shí)現(xiàn)對(duì)烘干設(shè)備的各項(xiàng)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,并將其與預(yù)設(shè)的程序及邏輯判斷功能相比對(duì),將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析,最終判斷烘干設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài),為功能調(diào)控提供分析與決策數(shù)據(jù)[4]。

2.4 便捷調(diào)控

電氣控制技術(shù)能結(jié)合谷物烘干設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)烘干功能的細(xì)化調(diào)整,包括通過(guò)谷物種類、含水率等情況選擇并執(zhí)行適當(dāng)?shù)暮娓煞桨?在烘干過(guò)程中實(shí)時(shí)結(jié)合含水率變化情況調(diào)整熱風(fēng)供給量和烘干溫度、烘干次數(shù),當(dāng)達(dá)到烘干質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后及時(shí)控制熱風(fēng)停止,使烘干的糧食進(jìn)入相應(yīng)的下一道處理工序。

2.5 后期處理

當(dāng)被烘干的糧食作物達(dá)到理想含水率狀態(tài)后,電氣控制系統(tǒng)則控制烘干設(shè)備的輸送功能啟動(dòng),使糧食被輸送到緩蘇倉(cāng)進(jìn)行緩蘇和冷卻,當(dāng)緩蘇、冷卻完成后,達(dá)到理想的溫度條件后,啟動(dòng)排糧功能,將糧食輸出烘干機(jī)[5]。

3 典型產(chǎn)品及電氣化特征

3.1 谷王10-15T

谷王10-15T系列產(chǎn)品是我國(guó)安徽谷王烘干機(jī)有限公司生產(chǎn)的新型產(chǎn)品,該機(jī)具有典型的電氣自動(dòng)化技術(shù)特征,能完成對(duì)水稻、小麥、玉米、油菜籽等多種糧食的烘干作業(yè),具有高品質(zhì)、高效率特征。該機(jī)采用了在線谷物水分測(cè)試儀,能實(shí)現(xiàn)谷物含水率的精確檢測(cè),同時(shí)優(yōu)化了烘干和輸送控制邏輯,因采用了新型溫控技術(shù),能保證熱風(fēng)的溫控精度達(dá)到±1 ℃,能利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同谷物品種和含水率狀態(tài)自主調(diào)控和匹配風(fēng)量及熱風(fēng)溫度,顯著降低烘干破損率。

圖1 谷王10-15T混流式谷物烘干機(jī)

3.2 洋馬5HNSDR-S15

洋馬5HNSDR-S15是一種技術(shù)先進(jìn)的循環(huán)式谷物烘干機(jī),通過(guò)控制系統(tǒng)控制雙離心風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)干燥倉(cāng)內(nèi)兩側(cè)的熱風(fēng)均勻分布,且風(fēng)量波動(dòng)小,運(yùn)行平穩(wěn),能保證良好的谷物干燥品質(zhì)。采用了技術(shù)先進(jìn)的電阻式單粒水分在線監(jiān)測(cè)技術(shù),能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)且實(shí)時(shí)地向控制系統(tǒng)傳輸谷物含水率數(shù)據(jù),確保谷物在最合理的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)干燥,保證谷物品質(zhì),避免出現(xiàn)焦糊問(wèn)題。同時(shí),采用了便捷的人機(jī)交互裝置,能實(shí)現(xiàn)工作參數(shù)的實(shí)時(shí)查看與調(diào)整,方便進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)和功能調(diào)試。

圖2 洋馬5HNSDR-S15循環(huán)式谷物烘干機(jī)

4 控制邏輯優(yōu)化思路

4.1 合理設(shè)計(jì)并優(yōu)化主體流程

谷物烘干設(shè)備的電氣控制過(guò)程合理性與系統(tǒng)控制邏輯息息相關(guān),通常情況下,成熟的烘干機(jī)產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期市場(chǎng)檢驗(yàn)、問(wèn)題反饋和技術(shù)升級(jí),以彌補(bǔ)初期設(shè)計(jì)過(guò)程的不合理處。因此,控制邏輯的升級(jí)與優(yōu)化應(yīng)當(dāng)從谷物烘干作業(yè)的實(shí)際需求與現(xiàn)階段不足出發(fā),針對(duì)現(xiàn)階段烘干過(guò)程易出現(xiàn)的谷物損失、不均勻、能源利用率低、烘干效率低等問(wèn)題進(jìn)行深入分析,并嘗試從控制邏輯和軟件升級(jí)的角度去解決或改善以上問(wèn)題[6]。

通常情況下,谷物烘干設(shè)備的工作流程為,首先,烘干倉(cāng)裝入谷物并初始化系統(tǒng);其次,控制系統(tǒng)的傳感器等硬件開(kāi)始工作,獲取谷物含水率、環(huán)境溫度等數(shù)據(jù);再次,系統(tǒng)根據(jù)獲取的初步數(shù)據(jù)和谷物種類選擇對(duì)應(yīng)的干燥邏輯,控制熱風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)谷物進(jìn)行烘干操作,同時(shí)監(jiān)測(cè)功能的傳感器設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)烘干倉(cāng)內(nèi)部的溫度和濕度等關(guān)鍵數(shù)據(jù),幫助監(jiān)管烘干過(guò)程,決策烘干結(jié)束時(shí)間;最后,當(dāng)谷物含水率達(dá)到合適范圍后,谷物進(jìn)入緩蘇階段,同時(shí)監(jiān)測(cè)緩蘇階段溫濕度數(shù)據(jù),當(dāng)達(dá)到合理范圍后,進(jìn)入冷卻階段,當(dāng)冷卻至合適溫度后,系統(tǒng)控制谷物排出[7-8]。

現(xiàn)階段,系統(tǒng)控制邏輯基本上能滿足谷物烘干的運(yùn)行要求,但在精細(xì)化程度上仍有較大提升空間:一是需要在熱風(fēng)烘干的邏輯上進(jìn)行優(yōu)化,擺脫傳統(tǒng)風(fēng)力和溫度持續(xù)不變的簡(jiǎn)單邏輯,從不同含水率谷物之間的受力關(guān)系、粘附情況等角度出發(fā),做到根據(jù)谷物含水率的變化調(diào)整熱風(fēng)供給的功率和溫度,進(jìn)而提高谷物烘干的效率和品質(zhì);二是需要在谷物運(yùn)動(dòng)和輸送的邏輯上進(jìn)行優(yōu)化,盡量避免勻速穩(wěn)定的輸送,通過(guò)電控功能適當(dāng)增加輸送過(guò)程的振動(dòng)、沖擊,打破谷物顆粒之間的相對(duì)位置關(guān)系,有利于提高烘干的均勻性和干燥效率;三是要在烘干溫控方面深入研究,一方面持續(xù)提升熱風(fēng)供給的均勻性,做好局部位置谷物溫度的監(jiān)測(cè),當(dāng)谷物溫度超過(guò)上限值,聯(lián)動(dòng)控制對(duì)應(yīng)位置的熱風(fēng)風(fēng)源降低風(fēng)速或溫度,避免谷物焦糊問(wèn)題發(fā)生;四是適當(dāng)調(diào)控冷卻過(guò)程的冷風(fēng)風(fēng)速和風(fēng)量,避免過(guò)快降溫造成谷物爆裂。

4.2 促進(jìn)軟硬件功能匹配

除在軟件功能方面的升級(jí)外,要實(shí)現(xiàn)控制邏輯的優(yōu)化還必須根據(jù)系統(tǒng)的升級(jí)需求合理匹配對(duì)應(yīng)的硬件,應(yīng)確保數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸及控制等硬件的先進(jìn)性,采用先進(jìn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、測(cè)水儀、溫度傳感器、濕度傳感器、流量統(tǒng)計(jì)傳感器,并充分考慮硬件的穩(wěn)定性、抗干擾水平,同時(shí)充分考慮控制系統(tǒng)后期升級(jí)的便捷性,選擇通用性良好的數(shù)據(jù)端口及各種數(shù)據(jù)通信模塊,保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)提高后期使用維護(hù)的便捷性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,谷物烘干設(shè)備在現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用,已成為農(nóng)業(yè)全程機(jī)械化發(fā)展的重要組成設(shè)備之一,其技術(shù)先進(jìn)性對(duì)于糧食的處理和貯存質(zhì)量影響深遠(yuǎn),甚至關(guān)系到農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)穩(wěn)定?？傮w上看,我國(guó)的谷物烘干技術(shù)近年來(lái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展,烘干技術(shù)的推廣應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模,但是從設(shè)備的先進(jìn)性方面來(lái)看,仍存在控制邏輯不清晰、不細(xì)致、不精確等問(wèn)題,需要在未來(lái)進(jìn)行持續(xù)的控制系統(tǒng)軟硬件升級(jí),以促進(jìn)我國(guó)谷物烘干機(jī)產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。