湖南文理學(xué)院計(jì)算機(jī)與電氣工程學(xué)院 彭 琛 曾 昱 黃 爽 周靈杰

食品烘干對(duì)于食品的儲(chǔ)存是非常重要的。本文主要研究和設(shè)計(jì)了針對(duì)食品烘干設(shè)備的自動(dòng)控制，自動(dòng)控制主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)烘干室和燃燒室的控制，其中主控制系統(tǒng)利用PLC作為主控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，針對(duì)烘干過程中出現(xiàn)了各種問題進(jìn)行了解決，提出了單行控制和采用PWM控制，讀取溫度傳感器的數(shù)據(jù)，利用PID算法計(jì)算PWM參數(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的烘干工藝，食品的烘干效率得到了大幅提高。

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)達(dá)國家相比我國的食品烘干機(jī)的使用度不高，根據(jù)資料顯示我國每年到了豐收的季節(jié)由于天氣原因不能嗮干糧食，導(dǎo)致了每年都要損失掉很多糧食。根據(jù)資料顯示，在我國大部分糧食是在農(nóng)民的倉庫儲(chǔ)存著，但是農(nóng)民沒有完備的烘干裝置，也沒有很好的儲(chǔ)存糧食的倉庫，因此，怎樣才能讓農(nóng)民手中的糧食完好的儲(chǔ)存減少損失這成了當(dāng)務(wù)之急，在我國人口眾多并且人均耕地面積少所以研制出一套食品烘干設(shè)備是非常有必要的。并且在出售食品的時(shí)候要是食品沒有烘干完全，那么儲(chǔ)存在倉庫里的糧食就會(huì)起蟲，卵蟲進(jìn)行繁殖會(huì)對(duì)倉庫里的糧食造成損壞的作用。從而，降低了食品的品質(zhì)，這會(huì)對(duì)該食品的口味以及價(jià)格會(huì)有很大影響。在我國加入世貿(mào)組織之后，與其他國家相比我國的農(nóng)副產(chǎn)品是處于很不利的局面。所以要根據(jù)我們國家的國情來研制適合我國的一種可以移動(dòng)的食品烘干設(shè)備這將對(duì)我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)值產(chǎn)生積極的作用。

在1950年的時(shí)候我國從蘇聯(lián)引進(jìn)了烘干設(shè)備，在那個(gè)時(shí)期我們國家也在引進(jìn)其他國家的烘干設(shè)備，90年代以后，正是因?yàn)槲覈鴮?duì)各個(gè)國家的烘干機(jī)的開始引進(jìn)我國慢慢的開始吃透了外國的烘干技術(shù)，并且自我消化掉了，經(jīng)過很長一段時(shí)間的技術(shù)積累終于開發(fā)出了適合我國國情的烘干機(jī)例如5HX、5HG、5HF、這些型號(hào)的食品烘干機(jī)?，F(xiàn)在，我國自主研發(fā)的食品烘干機(jī)設(shè)備已經(jīng)有20多家公司可以生產(chǎn)出來，并且小型的烘干機(jī)可以烘干高水分糧食50t，大型的烘干機(jī)可以烘干1000t，這些成就得益于我國科研人員的努力與辛勤付出。正是因?yàn)槲覈鴱耐鈬M(jìn)了許多種型號(hào)的烘干機(jī)設(shè)備，在這些設(shè)備中我國已經(jīng)掌握了這些型號(hào)的烘干機(jī)技術(shù)，因此我國的烘干機(jī)開始創(chuàng)新，并且逐步開始趕超發(fā)達(dá)國家的烘干機(jī)設(shè)備。雖然現(xiàn)在國內(nèi)有很多廠家可以研制食品烘干機(jī)設(shè)備，這些公司研制的烘干機(jī)設(shè)備都有許多的優(yōu)點(diǎn)，但是在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中卻很難普及開來，原因是我國只注重技術(shù)的研制，卻忽視了烘干基礎(chǔ)學(xué)得研究，這導(dǎo)致我國研制的烘干機(jī)設(shè)備有力沒地方使，所以我國的烘干機(jī)設(shè)備還是沒有普及開來，以后我們要加強(qiáng)烘干基礎(chǔ)學(xué)得研究，這樣才難是我國的研制的烘干機(jī)設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普及開來。

現(xiàn)在，如今在國際上生產(chǎn)混流失烘干機(jī)設(shè)備的公司還是比較多的，有德國的Stela和Simcco，美國的阿爾格萊德（Aeroglide）和Lsu加拿大的沃太克（Vertec），丹麥的希伯里亞（Cimbria），法國的拉富（Law）和Fao，英國的凱瑞（Carier），瑞典的斯維格碼（Swegma），美國的阿爾格萊德（Aeroglide）和Ls等幾十家。從這些發(fā)達(dá)國家的烘干設(shè)備中的引進(jìn)對(duì)我國的烘干設(shè)備的發(fā)展的影響是非常巨大的，例如烘干機(jī)的糧食一開始是從中間進(jìn)去然后再兩端進(jìn)去的美國阿爾格萊德（Aeroglide）；丹麥希伯里亞（Cimbria ）烘干機(jī)是采用截面烘干；這個(gè)可以避免由于烘干接觸面太大產(chǎn)生烘干不是很均勻的問題。在發(fā)達(dá)國家的烘干機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)控制烘干機(jī)來實(shí)現(xiàn)烘干控制的投入比較多并且在混流式烘干方面外國研制出來的烘干機(jī)都是比較先進(jìn)的。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

因?yàn)槁短炝罆褚资芴鞖獾挠绊懕热缯f下雨、天氣不好等。我們國家人口眾多對(duì)于糧食保存來說這是非常非常重要的。糧食烘干實(shí)際上就是能量與質(zhì)量進(jìn)行交換的過程，從各個(gè)方面來看，它具有變量多、滯后大和非線性的特點(diǎn)。我國每年到了收貨的季節(jié)都會(huì)損失15%的糧食，在這些損失的糧食中因?yàn)楹娓刹煌耆珦p失了5%～7%，這等于是說損失了2500～3000萬t的糧食，在本文中主要介紹一種基于現(xiàn)代可編程控制器技術(shù)（PLC）對(duì)食品烘干機(jī)的自動(dòng)控制，主要包含進(jìn)料、循環(huán)烘干、自動(dòng)調(diào)溫、合格食品出料的自動(dòng)控制。本文主要設(shè)計(jì)了提高烘干效率的食品加工用的烘干控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)部分包括溫度傳感器、濕度傳感器、稱重傳感器及PLC選型，還有提升機(jī)的選型以及總體設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的食品烘干裝置的工藝流程圖如圖1所示。

圖1 食品烘干工作框圖

工作原理：當(dāng)食品進(jìn)入料斗時(shí)會(huì)對(duì)其重量進(jìn)行稱重，如果符合重量范圍要求則啟動(dòng)提升機(jī)、上絞龍電機(jī) ，然后食品經(jīng)上絞龍電機(jī)進(jìn)入烘干室進(jìn)行升溫烘干，如果食品烘干的指標(biāo)達(dá)標(biāo)的的話那么就由排糧管進(jìn)行排糧然后打包儲(chǔ)藏，否則由排糧輪、絞龍機(jī)、提升機(jī)帶入烘干室繼續(xù)烘干。功能簡介：（1）稱重傳感器：測(cè)量并顯示該食品的重量。（2）溫度傳感器：測(cè)量并顯示烘干室的室溫。（3）濕度傳感器：測(cè)量并顯示烘干室的濕度情況。（4）提升機(jī)：主要將食品提升至烘干室。（5）烘干加熱：對(duì)食品進(jìn)行加熱烘干。（6）打包儲(chǔ)存：將加熱烘干后的食品儲(chǔ)存?zhèn)}庫。

1.1 主電路和PLC控制系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)（如圖2、圖3所示）

圖2 烘干機(jī)主控制電路圖

圖3 PLC控制系統(tǒng)接線圖

接觸器KM1線圈得電，主觸點(diǎn)閉合提升機(jī)電機(jī)M1正轉(zhuǎn)，食品上升；接觸器KM2線圈得電，主觸點(diǎn)閉合提升機(jī)電機(jī)M1反轉(zhuǎn)，食品下降。KM3閉合上絞龍電機(jī)M2，啟動(dòng)食品烘干達(dá)標(biāo)后可排糧，KM4閉合下絞龍電機(jī)M2啟動(dòng)循環(huán)烘干，KM5閉合排糧輪電機(jī)M3打開工作。輸入端主要有啟動(dòng)、停止、急停按鈕，擴(kuò)展的AD模塊有稱重傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器，系統(tǒng)啟動(dòng)稱重傳感器檢測(cè)到物體提升機(jī)正轉(zhuǎn)上升，否則提升機(jī)反轉(zhuǎn)下降，上絞龍將食品帶入烘干室，又濕度檢測(cè)傳感器檢測(cè)濕度是否達(dá)標(biāo)達(dá)標(biāo)則，啟動(dòng)排練管否則啟動(dòng)下絞龍機(jī)繼續(xù)循環(huán)烘干。

1.2 PLC控制系統(tǒng)可擴(kuò)展模塊

如圖4所示，稱重傳感器對(duì)食品的重量進(jìn)行稱量，當(dāng)提升機(jī)感應(yīng)到食品重量那么提升機(jī)正轉(zhuǎn)食品上升，濕度和溫度傳感器在烘干室內(nèi)對(duì)食品的溫度、濕度進(jìn)行測(cè)量如果滿足達(dá)標(biāo)要求那么久可以排糧。

圖4 PLC控制系統(tǒng)I/O端子接線圖

2 軟件設(shè)計(jì)

本章主要設(shè)計(jì)了程序總流程圖以及各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)包括提升機(jī)上絞龍模塊、燃燒室烘干控制模塊、打包儲(chǔ)存模塊、下絞龍啟動(dòng)模塊。食品烘干機(jī)的主程序流程框圖如圖5所示。

圖5 自動(dòng)控制主程序流程框圖

處理過程：當(dāng)我們的控制器打開之后，先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后對(duì)每個(gè)傳感器傳來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，若數(shù)值不在我們的預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)，則打開我們相應(yīng)的溫度控制設(shè)備、濕度控制設(shè)備、以此來控制各個(gè)環(huán)節(jié)。這個(gè)系統(tǒng)主要包括了食品水分的檢測(cè)以及溫度的檢測(cè)。在這個(gè)系統(tǒng)中要每隔一定時(shí)間就要對(duì)食品的水分進(jìn)行檢測(cè)，并且和給出的值進(jìn)行比較，假如說食品水分的檢測(cè)值是大于在烘干室食品水分的給定值的，那么就可以控制烘干室開始啟動(dòng)了，如果不是的話則可以控制烘干室進(jìn)行關(guān)閉。

結(jié)論：本文還有很多有待改善的地方，食品烘干機(jī)在烘干食品過程中容易出現(xiàn)因烘干后水分過低而造成食品減量，或者因?yàn)橐淮魏娓珊笏治礈p低至標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行二次烘干，增加了作業(yè)成本等問題，所以本文采用了單行精確的控制，還有另一個(gè)改進(jìn)方案是采用PWM控制，讀取溫度傳感器的數(shù)據(jù)，利用PID算法計(jì)算PWM參數(shù)，主控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了食品烘干的自動(dòng)控制，相對(duì)于傳統(tǒng)的烘干工藝，食品的烘干效率大幅提高。食品烘干機(jī)在未來是很有前景的，現(xiàn)在我國的食品烘干機(jī)還有許多不足的地方，但是都在朝著大型化、先進(jìn)化、自動(dòng)化程度以及節(jié)能等方面發(fā)展，這是食品烘干機(jī)未來的發(fā)展趨勢(shì)，我們也將積極在這方面繼續(xù)探索研究。