(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

谷物烘干機(jī)是確保糧食長久存放的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備，相對于傳統(tǒng)的谷物自然烘干，利用谷物烘干機(jī)烘干的糧食更適合現(xiàn)代化的貯存條件?，F(xiàn)代化的谷物烘干機(jī)是一種機(jī)電一體化農(nóng)機(jī)裝備，能夠?qū)λ?、小麥、豆類等多種谷物進(jìn)行烘干，隨著技術(shù)的進(jìn)步，谷物烘干機(jī)的自動化程度顯著提升，通過預(yù)先設(shè)置的溫度、濕度條件，烘干機(jī)能夠?qū)?nèi)部的谷物自動烘干，并實(shí)時獲得谷物的含水率和溫度等狀態(tài)，谷物烘干獲得最佳效果。為進(jìn)一步提升谷物烘干機(jī)的工作效率，通過應(yīng)用自動控制技術(shù)能夠有效減少人工操作內(nèi)容，避免經(jīng)驗(yàn)操作產(chǎn)生的誤差，使烘干合理性進(jìn)一步提升，確保糧食可靠存放需求。

1 谷物烘干機(jī)的功能與原理

現(xiàn)代化谷物烘干機(jī)能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的烘干條件自動化降低谷物水分，使其達(dá)到貯存最適宜的含水率后排出，再進(jìn)行貯存。谷物烘干機(jī)根據(jù)烘干形式不同可分為順流烘干機(jī)、逆流烘干機(jī)、混流烘干機(jī)等多種。下面以現(xiàn)階段大型糧庫應(yīng)用較多的混流烘干機(jī)為例，說明谷物烘干機(jī)的工作原理。

谷物烘干機(jī)采用熱風(fēng)作為烘干糧食的介質(zhì)，在烘干倉內(nèi)部，有規(guī)律地分布角狀通風(fēng)盒。當(dāng)糧食進(jìn)入烘干倉內(nèi)部，并按照規(guī)律流動過程中，烘干機(jī)的熱風(fēng)在風(fēng)機(jī)和管道的作用下，由各個角狀通風(fēng)盒位置進(jìn)入烘干倉，并以順流和逆流兩個方向穿過糧食層，在此過程中，溫度較高的氣流與糧食接觸，產(chǎn)生熱交換，使糧食溫度升高，糧食內(nèi)部的水分蒸發(fā)到空氣中，被氣流帶離，達(dá)到一定濕度的熱風(fēng)從廢氣口排出。利用干燥熱風(fēng)的往復(fù)循環(huán)流動，糧食中的水分逐漸減少，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入緩蘇段。在緩蘇段的糧食內(nèi)外層的溫度和水分含量逐漸變得均衡，盡管含水率降低更緩慢，但含水率的均勻性得到了保證。離開緩蘇段的糧食進(jìn)入冷卻段進(jìn)行冷卻，冷卻后的糧食已滿足干燥需求，由排糧段排出后集中貯存。

2 谷物烘干機(jī)的自動控制技術(shù)

2.1 自動控制功能需求

(1)對于進(jìn)入料斗的谷物含水率狀態(tài)進(jìn)行自動檢測，獲得含水率相關(guān)數(shù)據(jù)后根據(jù)作物品種判斷含水率超標(biāo)情況，從而選擇相應(yīng)的干燥方案；

(2)自動控制待干燥谷物均勻地進(jìn)入烘干機(jī)，烘干機(jī)執(zhí)行相應(yīng)方案，控制谷物運(yùn)動速度、熱風(fēng)風(fēng)量、廢氣排放等，并同時檢測烘干段谷物含水率、溫度狀態(tài)，適時調(diào)整烘干方案；

圖1 谷物烘干機(jī)自動控制流程

(3)對于烘干后的谷物，檢測其含水率是否合格，若含水率合格，則由排糧段排出；若含水率不合格，則自動進(jìn)行循環(huán)烘干。

2.2 控制流程的制定

自動控制技術(shù)需要依靠PLC技術(shù)和傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)[1]，通過溫度、濕度、轉(zhuǎn)速、速度等傳感器獲得各個位置的數(shù)據(jù)信息，并由通信系統(tǒng)傳遞給處理器，自動執(zhí)行相應(yīng)的烘干方案或調(diào)整烘干參數(shù)。根據(jù)自動控制的功能需求，設(shè)計谷物烘干機(jī)的自動控制流程如圖1所示。

2.3 硬件系統(tǒng)功能

從全自動化控制的角度出發(fā)，硬件系統(tǒng)的功能以數(shù)據(jù)監(jiān)測、處理、傳輸、控制為主要方向，監(jiān)測系統(tǒng)主要包括烘前測水儀、烘箱溫度傳感器和濕度傳感器、烘后測水儀、流量計等，處理系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機(jī)，傳輸系統(tǒng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)通訊模塊，控制系統(tǒng)包括配套儀表、可編程控制器、變頻調(diào)速器、排糧電機(jī)及其他輔助執(zhí)行器。硬件系統(tǒng)的選擇需具備高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力。

烘干過程中多個溫度傳感器和濕度傳感器分別獲取谷物、進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)、環(huán)境的溫度，其中對進(jìn)風(fēng)出風(fēng)的檢測傳感器分別位于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，環(huán)境溫度位于機(jī)體外，糧溫傳感器位于烘干段、緩蘇段、冷卻段的多個位置，高度約為糧食輸送厚度的1/2處，即測量糧層中部的溫度與濕度。烘前測水儀位于入糧段位置，用于檢測烘干前谷物的含水率情況，烘后測水儀位于排糧段前方，以確保糧食烘干達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的含水率要求。烘干過程中通過將眾多傳感器獲得的數(shù)據(jù)傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)程序調(diào)整烘干過程的空氣流量與運(yùn)糧速度，使烘干過程更為合理。

2.4 軟件系統(tǒng)功能

谷物烘干機(jī)自動控制模塊常見組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括了信息獲取模塊、動作執(zhí)行模塊、人機(jī)交互模塊、輔助功能模塊、故障預(yù)警模塊5大部分。信息獲取模塊主要控制溫度傳感器、濕度傳感器、速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、測水儀等設(shè)備的工作與信息傳遞工作；動作執(zhí)行模塊根據(jù)工控機(jī)給出的指令執(zhí)行相應(yīng)動作，例如對各個風(fēng)盒開閉狀態(tài)控制、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制、熱風(fēng)溫度調(diào)整等；人機(jī)交互模塊主要為使用者提供信息模塊獲取的信息和動作執(zhí)行狀態(tài)信息，例如實(shí)時溫度、濕度、糧食含水率、熱風(fēng)風(fēng)量等，并能夠通過人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)對烘干過程的人工調(diào)整，專業(yè)人員還能通過人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)烘干機(jī)的功能優(yōu)化與程序改進(jìn)；輔助功能模塊包括谷物烘干的輔助執(zhí)行設(shè)施，例如計時器、數(shù)據(jù)存儲單元等；故障預(yù)警模塊主要針對谷物烘干機(jī)在工作過程中出現(xiàn)的機(jī)械故障或功能異常發(fā)出警報，警報以燈光、警示音進(jìn)行展示，并能夠在人機(jī)界面查看故障碼，以便于對問題進(jìn)行解決[2]。

圖2 谷物烘干機(jī)自動控制模塊組成結(jié)構(gòu)

谷物烘干機(jī)啟動后，自動控制系統(tǒng)會自動初始化程序，此時各個功能模塊均被初始化，例如傳感器功能初始化、計時裝置初始化、工控機(jī)初始化等，且人機(jī)交互界面啟動，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時顯示。烘干開始后，控制系統(tǒng)自動獲取進(jìn)料段、烘干段、緩蘇段、冷卻段溫濕度等信息，熱風(fēng)溫度信息、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、物料速度等信息及時傳輸給工控機(jī)，并與烘干方案預(yù)設(shè)范圍進(jìn)行比較。確定烘干方案后工控機(jī)控制熱風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和熱風(fēng)溫度，同時控制谷物按照專門的輸送方式和輸送速度運(yùn)動，當(dāng)熱風(fēng)溫度、谷物溫度超出預(yù)設(shè)范圍，預(yù)警機(jī)構(gòu)會事先報警，并在設(shè)定的時間后采取停機(jī)措施，若系統(tǒng)判斷烘干效率不足，則會自動調(diào)整谷物運(yùn)行速度并提高熱風(fēng)流量，從而提高烘干效率。

3 谷物烘干自動控制技術(shù)優(yōu)化方向

(1)利用自動控制技術(shù)改善局部位置谷物烘干后含水率超標(biāo)的問題，進(jìn)一步提高烘干過程的均勻性；

(2)通過自動控制技術(shù)優(yōu)化能源消耗情況，減少谷物烘干過程的能源浪費(fèi)；

(3)提高谷物烘干機(jī)對不同種類谷物的適應(yīng)能力，通過自動分辨谷物種類、含水率等特點(diǎn)，自動化應(yīng)用不同谷物的烘干模式；

(4)提高谷物烘干機(jī)的工作效率，在保證質(zhì)量的前提下，盡可能縮短烘干過程的時間消耗。

總之，我國谷物烘干機(jī)的自動控制技術(shù)仍有較大的提升空間，應(yīng)通過多方努力確保谷物烘干技術(shù)得到進(jìn)一步優(yōu)化和提升。

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