王 赫

（遼寧省糧食科學(xué)研究所，沈陽 110032）

糧食是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)， 是關(guān)系國計(jì)民生的特殊戰(zhàn)略物資， 糧食問題始終是關(guān)系我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全面建設(shè)小康社會的重大戰(zhàn)略問題， 糧食的數(shù)量、 質(zhì)量與安全直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定的大局， 確保糧食安全是我國經(jīng)濟(jì)與社會協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)，是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展永恒的主題。

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)2021 年12 月6 日發(fā)布《關(guān)于2021 年糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)的公告》 顯示，2021 年全國糧食總產(chǎn)量6 828.5 億kg， 比上年增加133.5億kg，增長2.0%，全年糧食產(chǎn)量再創(chuàng)新高，連續(xù)7年保持在0.65 萬億kg 以上。 糧食干燥作為糧食儲藏的第一道關(guān)鍵性作業(yè)程序， 是保障糧食安全的基礎(chǔ)。有關(guān)試驗(yàn)研究表明，我國各糧食儲備庫的糧食從入庫到干燥、裝袋損耗糧食7%左右。 因此，了解糧食干燥機(jī)智能系統(tǒng)應(yīng)用前景， 改造提升現(xiàn)有大型糧食干燥機(jī)控制技術(shù)水平， 減少我國糧食在干燥環(huán)節(jié)中數(shù)量和質(zhì)量的損失很有必要。

1 糧食干燥生產(chǎn)工藝及存在的問題

目前我國需要干燥的糧食品種主要是玉米、水稻及小麥等。 玉米干燥多使用熱風(fēng)式高溫快速干燥的塔式干燥機(jī)，水稻則采用低溫循環(huán)式干燥機(jī)。塔式干燥機(jī)主要干燥方式有混流、 順逆流、 順流及橫流等。干燥機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程基本相同，典型的生產(chǎn)工藝流程見圖1。

糧食干燥工藝對烘后糧食品質(zhì)的影響舉足輕重，特別是高溫快速干燥時(shí)玉米烘后品質(zhì)劣化明顯。糧食干燥工藝主要存在的問題： 糧食干燥塔結(jié)構(gòu)不合理，干燥室內(nèi)糧食受熱存有死角，糧食干燥過程中產(chǎn)生焦糊粒、破碎率及糧食經(jīng)干燥后品質(zhì)劣化，糧食干燥技術(shù)參數(shù)的設(shè)定不科學(xué)， 糧食干燥機(jī)系統(tǒng)智能控制水平較低等。

2 智能控制系統(tǒng)在糧食干燥機(jī)上的應(yīng)用情況

實(shí)現(xiàn)糧食干燥機(jī)的智能控制， 對保證出機(jī)糧食水分均勻一致、干燥后糧食品質(zhì)、減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度及充分發(fā)揮干燥機(jī)生產(chǎn)能力等具有重要意義。由于糧食干燥過程的復(fù)雜性、大滯后、多變量和強(qiáng)非線性的特點(diǎn)，給智能控制系統(tǒng)應(yīng)用帶來很多困難[1]。

目前糧食干燥機(jī)控制水平還較低， 很多單位曾經(jīng)配置了一些糧食干燥控制系統(tǒng)現(xiàn)在基本成為擺設(shè)。 糧食干燥機(jī)智能控制系統(tǒng)應(yīng)包含糧食干燥機(jī)流程的監(jiān)控（順序控制）、排糧水分的自動(dòng)控制（過程控制）和生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)管理。目前國內(nèi)研制的糧食干燥機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)已具有糧食干燥機(jī)流程的監(jiān)控、生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)管理。但排糧水分的自動(dòng)控制國內(nèi)外還處于研究開發(fā)階段， 目前國內(nèi)還沒有一例實(shí)施，主要原因在于糧食干燥過程及機(jī)理的復(fù)雜性、眾多的影響因素及其不確定性[2]。

3 關(guān)于開發(fā)糧食干燥機(jī)智能系統(tǒng)幾點(diǎn)建議

要真正實(shí)現(xiàn)糧食水分的良好控制必須解決兩項(xiàng)技術(shù)難題， 一是研究準(zhǔn)確可靠的糧食水分在線監(jiān)測裝置或快速的取樣測量裝置；二是建立一套合理、精度較高、適用面較廣的控制模型，如此才能很好地研發(fā)適合我國糧情的糧食干燥機(jī)智能控制系統(tǒng)。

圖1 典型干燥生產(chǎn)工藝流程

3.1 建立糧食干燥過程中干燥品質(zhì)在線識別模型

糧食干燥質(zhì)量取決于糧床厚度、糧食流速、初始含水率、糧食溫度、糧食密度膨脹率、最終含水率、熱風(fēng)溫度和濕度等多種因素， 而且糧食的初始含水率及糧食品質(zhì)(密度的膨脹率)變化的隨機(jī)性比較大。不同品質(zhì)的糧食干燥速度不同， 而干燥過程工藝參數(shù)直接影響糧食干燥后的品質(zhì)。因此，研究建立糧食干燥過程中干燥品質(zhì)在線識別模型， 對于實(shí)現(xiàn)干燥過程工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)控制， 保證糧食的干燥質(zhì)量具有重要意義。

3.2 研究糧食干燥機(jī)內(nèi)宏觀統(tǒng)計(jì)參數(shù)及其變化規(guī)律

糧食干燥是一個(gè)包含生物活性變化在內(nèi)的復(fù)雜傳熱傳質(zhì)過程， 糧食干燥機(jī)是一個(gè)開放式熱力學(xué)系統(tǒng)。 深入研究干燥過程糧食傳熱傳質(zhì)機(jī)理將是解決糧食干燥過程參數(shù)控制和保證糧食干燥質(zhì)量的基礎(chǔ)。在干燥過程中，傳熱傳質(zhì)過程將直接影響糧食干燥系統(tǒng)內(nèi)部的宏觀參數(shù)，如溫度、壓力等。 因此研究干燥機(jī)內(nèi)宏觀統(tǒng)計(jì)參數(shù)及其變化規(guī)律， 并將其作為干燥過程傳熱傳質(zhì)量度的指標(biāo)來間接判斷干燥機(jī)內(nèi)糧食的干燥特征與傳熱傳質(zhì)速度。

3.3 建立糧食干燥過程溫度變化特征分類模型

研究干燥過程中糧食層通過各干燥段溫度、水分和品質(zhì)變化規(guī)律， 以緩蘇段與干燥段的糧氣綜合溫度差對糧食干燥溫度特性分類， 分別建立對應(yīng)不同類型的干燥指數(shù)， 為指導(dǎo)干燥作業(yè)和提高糧食的干燥質(zhì)量提供重要依據(jù)，并為克服干燥過程大滯后、多干擾和強(qiáng)非線性， 實(shí)現(xiàn)糧食干燥過程智能控制提供可行性依據(jù)。

3.4 建立出機(jī)糧食含水率預(yù)測模型

根據(jù)不同糧食干燥溫度特性分類建立的干燥指數(shù)，確定與之對應(yīng)的出機(jī)糧食含水率關(guān)系，設(shè)置出機(jī)糧食含水率預(yù)測系數(shù)， 建立出機(jī)糧食含水率預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)干燥過程工藝參數(shù)實(shí)時(shí)控制，保證糧食干燥質(zhì)量。

3.5 示范應(yīng)用和不斷完善糧食干燥機(jī)智能控制系統(tǒng)

通過不斷地理論研究與試驗(yàn)研究， 研發(fā)糧食干燥系統(tǒng)智能控制技術(shù)軟件、 研制糧食干燥系統(tǒng)智能控制設(shè)備，完善干燥智能控制系統(tǒng)。通過進(jìn)一步試驗(yàn)研究解決和糾正系統(tǒng)軟硬件中存在的問題， 不斷完善糧食干燥智能控制系統(tǒng)。