谷物烘干機的工作原理與自動控制技術研究

宋丹 王睿

摘 要：谷物烘干機在糧食處理過程中應用十分廣泛，有利于糧食長期穩定的貯存，通過對現階段谷物烘干機的應用和類型特點進行研究，說明了谷物烘干機的工作原理、技術流程，并總結了谷物烘干機自動控制技術的實施途徑。

關鍵詞：谷物烘干機;原理;自動控制;PLC;研究

中圖分類號：S226.6??????? 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.014

0 引言

谷物烘干是農業生產的重要環節，是糧食長期貯藏的有力保證，傳統的谷物烘干采用脫粒、晾曬的形式進行，不僅效率低下，耗費人力資源，而且烘干過程糧食損失率高，已經不符合國家和行業對糧食處理的要求。隨著農業機械設備在技術上的不斷提升，谷物烘干機已成為農業生產糧食加工環節的必須工具，利用現代化的技術手段，谷物烘干機能實現以最佳的烘干過程保證糧食的優良品質，使糧食達到行業要求的含水率。因此在傳統的谷物烘干機械設備基礎上，利用自動控制技術優化烘干過程，使其更為合理，符合谷物烘干機技術發展的實際需求。

1 谷物烘干機的種類與特點

現階段，我國使用的谷物烘干機主要包括四大類：分別為橫流烘干機、混流烘干機、順流烘干機、逆流烘干機。這種分類是以谷物與氣流的相對運動方向為依據的，不同烘干機的技術特點如下。

（1）橫流烘干機在我國應用相對較早，目前在我國的谷物烘干工作中應用仍比較多，其多以圓柱型篩孔式或方塔型篩孔式結構為主，烘干過程中干燥氣流與谷物的運動方向垂直，這類烘干機的結構相對簡單，購置成本相對更低，但存在烘干效率低、烘干不均勻等問題，且熱源消耗量大，糧食烘干率不易達到現階段的貯藏要求。

（2）混流烘干機的烘干段主要由交錯排列的角狀通風盒組成。角狀盒外充滿糧食，糧食的運動方向為由上向下，熱空氣由進氣角狀盒進入，分別由上下兩個方向穿過糧層，干燥氣流的流動方向與谷物流動既同向又逆向，故稱為混流。混流烘干機使干燥氣流的流量更為均勻，谷物經烘干后，平均含水率較好，僅在角落部位存在部分谷物難以烘干。混流烘干機在烘干過程所需的資源消耗較低，干燥效率高，適合農業生產的經濟性和綠色理念要求。

（3）順流烘干機的干燥氣流與谷物運動方向相同，故稱為順流，多應用于含水率較高的谷物。順流烘干機的進風道通常采用漏斗式結構，排風道結構采用角狀盒式排風，有利于水汽較多的廢氣排出。這類烘干機對糧食的干燥效率高、速度快，烘干后糧食含水率符合貯藏要求，且烘干相對均勻。但是由于順流烘干機機型體積大、結構復雜，購置和使用維護的成本較高。

（4）逆流烘干機干燥氣流與谷物運動方向相反，傳熱效率相對更好，但烘干能力比順流烘干機弱，更適合含水率相對較低的谷物使用，烘干過程不易造成谷物破裂、養分下降等問題。這類機型的谷物運動速度較慢，谷物溫度和熱風溫度比較接近，因此對熱源的需求量較低，相對更節能，但工作效率低，內部濕度排出相對慢，易產生飽和問題。

2 谷物烘干機的工作原理

谷物烘干機是有很多復雜結構組成的整體，其主要由動力系統、傳動系統、控制系統、烘干系統等有機組合而成。在進行谷物烘干時，等待烘干的糧食經過皮帶輸送機進行輸送，在此過程中還能進一步實現糧食除雜，除雜后的谷物經過提升機作用被送至糧倉頂部，隨著輸送攪龍的轉動，谷物則逐漸被送入烘干箱體，也有部分烘干機先將谷物送至整機頂部，利用谷物的重力作用，由上而下進行流動，熱風在風機的動力下經風道到達進氣角狀盒，進而進入烘干箱內。熱風按照設計的形式，以橫流、混流、順流、逆流等形式通過被輸送的谷物，干燥的熱風與谷物之間實現熱傳遞現象，使谷物溫度均勻上升，同時谷物中的水分蒸發成為水蒸氣，跟隨氣流到達排氣盒附近，隨廢氣一起被排出。直到谷物的含水率達到烘干要求時，排糧裝置開始工作，將谷物排出烘干箱，谷物烘干機的整體工作流程如圖1所示。

3 谷物烘干機自動控制關鍵技術

3.1 信息采集技術

谷物烘干機的運行狀態直接決定了烘干后的實際質量，因此必須要實時獲取在烘干工作過程中的內部狀態信息，最主要的監測信息包括溫度、溫濕度、含水率、物料位置。相關信息的采集均依靠傳感器進行，所使用的傳感器需具備耐高溫、抗壓強的特點，且具備足夠的效率和精度。

（1）溫度信息采集主要以高精度的溫度傳感器來實現，主要用以測量烘干段、冷卻段、出料段的溫度情況。谷物烘干機的溫度傳感器布置采用3個傳感器連接到一個總線上的形式實現，如圖2所示，以實現不同工位溫度的及時獲取。當溫度未達到要求標準范圍內，則會發出警報，溫度傳感器通常的溫度測量范圍在-30～120 ℃之間，精度達到0.5 ℃，實際使用中通過設置溫度范圍來實現，系統警報通過數據線傳輸，操作者在操作界面能夠直觀觀察并進行操作。

（2）溫濕度的采集主要通過溫濕度傳感器實現，現階段使用的溫濕度傳感器具有很高的可靠性，且體積很小，不影響烘干箱內的布局，可測量的濕度范圍為0～100%，溫度的測量范圍為-30～120 ℃，其中濕度的測量精度為±3%，溫度測量精度可達±0.5 ℃，溫濕度傳感器集成了溫度傳感器、濕度傳感器、校準器以及多種數據接口，其結構如圖3所示，具有較強的抗干擾能力。

（3）含水率信息采集主要有兩種形勢：一是通過傳感器直接測量谷物中的水份含量，具有測量精度高的優點，但測量結果所需時間較長，對于不斷運動的谷物測量精度會有所下降;二是通過非接觸式測量谷物的含水率，烘干箱中多采用電阻式檢測儀進行測量，利用不同含水率谷物的導電能力不同，實現對含水率的精確測量。

（4）物料位置信息采集主要是為了避免谷物過多影響設備的正常運行，物料位置的信息主要通過料位傳感器實現，其能夠測得糧食烘干機存糧段的谷物高度，從而提供給系統控制送糧時機，以保證整機的合理運行和安全性。

3.2 自動烘干控制技術

當谷物烘干機進行工作時，計算機通過分析和收集各位置傳感器提供的信息數據對循環風的風量、溫度進行調節，這一功能的實現主要依靠系統通過控制器控制引風機與負壓風機的工作狀態，來調節熱風的循環強度，以匹配不同濕度谷物的烘干要求，當烘干箱內的空氣濕度超過預先設置要求時，熱風循環系統會加強空氣循環，以保證足夠的烘干效率。當谷物在規定的運行條件和運行時間條件下，達到所需的含水率，傳感器會將信號返回系統自動控制谷物進入排料段，將烘干后的谷物及時排出。

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