電氣控制技術在谷物烘干設備的應用與邏輯優(yōu)化

(河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學院,鄭州 451191)

0 引言

烘干是糧食收獲后的重要工作,烘干質(zhì)量對于糧食保存品質(zhì)影響深遠,且直接影響食品供給和食品安全。隨著農(nóng)機技術的發(fā)展,谷物烘干設備逐漸向著現(xiàn)代化和智能化轉型,與自然晾曬相比先進的谷物烘干設備在節(jié)省人力、物力的同時,有效提高了烘干效率,降低了烘干過程的糧食損失。尤其是在我國農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品逐漸由早期的機械化向全程自動化轉型升級的過程中,谷物烘干設備能與電氣控制相結合,通過控制技術實現(xiàn)對烘干過程和烘干邏輯的優(yōu)化調(diào)整,并實現(xiàn)烘干的自動實施,能進一步提高烘干過程的合理性,保證最佳烘干質(zhì)量。因此,谷物烘干設備如何更好地與電氣控制技術相融合,如何利用電氣控制技術實現(xiàn)性能全面升級,是該類設備未來發(fā)展必須思考和全面解決的問題。

1 谷物烘干設備的技術現(xiàn)狀

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

目前,用于糧食烘干中使用量最大的設備包括以下兩類:一是橫流烘干機,是我國早期技術引進和推廣的一種烘干設備,其外形以圓柱型或方塔型為主,采用篩孔式結構,整機建設成本較低,且結構簡單,烘干效率較高,但由于機型體積較小,整體技術先進性不足,熱源利用率低、烘干均勻性不良,導致其逐漸不能完全達到現(xiàn)代化糧食烘干的技術要求;二是混流烘干機,是針對傳統(tǒng)橫流烘干機的不足之處進行的技術升級,是現(xiàn)代化生產(chǎn)中用于糧食烘干的主力機型,其主要特征是采用了三角或五角盒交錯排列的主體結構,烘干用的熱風供給形式多樣且復雜,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備,但存在總體烘干效率偏低,結構復雜,建設成本偏高等不足。此外,在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中順流烘干機、順逆流烘干機、混逆流烘干機和順混流烘干機等設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,我國谷物機械化烘干率已經(jīng)呈現(xiàn)快速上漲趨勢,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械化的發(fā)展要求進步。與此同時,谷物烘干機的控制和檢測等技術也在逐漸升級,很多新型烘干設備能夠利用含水率檢測系統(tǒng)實時檢測谷物水分情況,并與自動控制系統(tǒng)相配合,可自動控制谷物烘干過程,有效優(yōu)化了谷物烘干機的使用體驗。從自主生產(chǎn)谷物烘干機產(chǎn)品的技術特征看,其與國外先進產(chǎn)品在基礎烘干技術方面差距已經(jīng)逐步縮小,但在自動化和智能化控制方面,仍存在較大差距。

2 電氣控制技術的應用形式

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

2.1 自動供料

自動供料功能是通過電氣控制技術控制待烘干糧食物料進入烘干設備內(nèi)部的功能,是電控技術控制機械設備運轉的一種機電一體化技術。能利用電控開關實現(xiàn)對糧食物料的輸送,保證定量物料均勻進入烘干倉,并完成物料的均勻鋪放[3]。

2.2 自動檢測

自動檢測功能主要是對烘干過程關鍵參數(shù)的獲取過程,通過在烘干倉內(nèi)部適當位置安裝布置多種功能的傳感器,實現(xiàn)對谷物含水率檢測、烘干氣流溫度檢測、氣流濕度檢測、谷物運行速度檢測等功能,并能將檢測獲取的數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。

2.3 智能分析

谷物烘干設備的控制系統(tǒng)配備有現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理ECU,能實現(xiàn)對烘干設備的各項狀態(tài)數(shù)據(jù)進行收集,并將其與預設的程序及邏輯判斷功能相比對,將獲取的數(shù)據(jù)進行整理和分析,最終判斷烘干設備的實時狀態(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

電氣控制技術能結合谷物烘干設備的實時狀態(tài)實現(xiàn)對烘干功能的細化調(diào)整,包括通過谷物種類、含水率等情況選擇并執(zhí)行適當?shù)暮娓煞桨?在烘干過程中實時結合含水率變化情況調(diào)整熱風供給量和烘干溫度、烘干次數(shù),當達到烘干質(zhì)量標準后及時控制熱風停止,使烘干的糧食進入相應的下一道處理工序。

2.5 后期處理

當被烘干的糧食作物達到理想含水率狀態(tài)后,電氣控制系統(tǒng)則控制烘干設備的輸送功能啟動,使糧食被輸送到緩蘇倉進行緩蘇和冷卻,當緩蘇、冷卻完成后,達到理想的溫度條件后,啟動排糧功能,將糧食輸出烘干機[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)品是我國安徽谷王烘干機有限公司生產(chǎn)的新型產(chǎn)品,該機具有典型的電氣自動化技術特征,能完成對水稻、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。該機采用了在線谷物水分測試儀,能實現(xiàn)谷物含水率的精確檢測,同時優(yōu)化了烘干和輸送控制邏輯,因采用了新型溫控技術,能保證熱風的溫控精度達到±1 ℃,能利用變頻調(diào)節(jié)技術實現(xiàn)根據(jù)不同谷物品種和含水率狀態(tài)自主調(diào)控和匹配風量及熱風溫度,顯著降低烘干破損率。

圖1 谷王10-15T混流式谷物烘干機

3.2 洋馬5HNSDR-S15

洋馬5HNSDR-S15是一種技術先進的循環(huán)式谷物烘干機,通過控制系統(tǒng)控制雙離心風機實現(xiàn)干燥倉內(nèi)兩側的熱風均勻分布,且風量波動小,運行平穩(wěn),能保證良好的谷物干燥品質(zhì)。采用了技術先進的電阻式單粒水分在線監(jiān)測技術,能實現(xiàn)精準且實時地向控制系統(tǒng)傳輸谷物含水率數(shù)據(jù),確保谷物在最合理的狀態(tài)下實現(xiàn)干燥,保證谷物品質(zhì),避免出現(xiàn)焦糊問題。同時,采用了便捷的人機交互裝置,能實現(xiàn)工作參數(shù)的實時查看與調(diào)整,方便進行系統(tǒng)升級和功能調(diào)試。

圖2 洋馬5HNSDR-S15循環(huán)式谷物烘干機

4 控制邏輯優(yōu)化思路

4.1 合理設計并優(yōu)化主體流程

谷物烘干設備的電氣控制過程合理性與系統(tǒng)控制邏輯息息相關,通常情況下,成熟的烘干機產(chǎn)品需要經(jīng)過長期市場檢驗、問題反饋和技術升級,以彌補初期設計過程的不合理處。因此,控制邏輯的升級與優(yōu)化應當從谷物烘干作業(yè)的實際需求與現(xiàn)階段不足出發(fā),針對現(xiàn)階段烘干過程易出現(xiàn)的谷物損失、不均勻、能源利用率低、烘干效率低等問題進行深入分析,并嘗試從控制邏輯和軟件升級的角度去解決或改善以上問題[6]。

通常情況下,谷物烘干設備的工作流程為,首先,烘干倉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)和谷物種類選擇對應的干燥邏輯,控制熱風機運轉對谷物進行烘干操作,同時監(jiān)測功能的傳感器設備實時監(jiān)測烘干倉內(nèi)部的溫度和濕度等關鍵數(shù)據(jù),幫助監(jiān)管烘干過程,決策烘干結束時間;最后,當谷物含水率達到合適范圍后,谷物進入緩蘇階段,同時監(jiān)測緩蘇階段溫濕度數(shù)據(jù),當達到合理范圍后,進入冷卻階段,當冷卻至合適溫度后,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行要求,但在精細化程度上仍有較大提升空間:一是需要在熱風烘干的邏輯上進行優(yōu)化,擺脫傳統(tǒng)風力和溫度持續(xù)不變的簡單邏輯,從不同含水率谷物之間的受力關系、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)整熱風供給的功率和溫度,進而提高谷物烘干的效率和品質(zhì);二是需要在谷物運動和輸送的邏輯上進行優(yōu)化,盡量避免勻速穩(wěn)定的輸送,通過電控功能適當增加輸送過程的振動、沖擊,打破谷物顆粒之間的相對位置關系,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)提升熱風供給的均勻性,做好局部位置谷物溫度的監(jiān)測,當谷物溫度超過上限值,聯(lián)動控制對應位置的熱風風源降低風速或溫度,避免谷物焦糊問題發(fā)生;四是適當調(diào)控冷卻過程的冷風風速和風量,避免過快降溫造成谷物爆裂。

4.2 促進軟硬件功能匹配

除在軟件功能方面的升級外,要實現(xiàn)控制邏輯的優(yōu)化還必須根據(jù)系統(tǒng)的升級需求合理匹配對應的硬件,應確保數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸及控制等硬件的先進性,采用先進的工業(yè)控制計算機、測水儀、溫度傳感器、濕度傳感器、流量統(tǒng)計傳感器,并充分考慮硬件的穩(wěn)定性、抗干擾水平,同時充分考慮控制系統(tǒng)后期升級的便捷性,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)定性的同時提高后期使用維護的便捷性。

5 結語

綜上所述,谷物烘干設備在現(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)全程機械化發(fā)展的重要組成設備之一,其技術先進性對于糧食的處理和貯存質(zhì)量影響深遠,甚至關系到農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和社會穩(wěn)定。總體上看,我國的谷物烘干技術近年來已經(jīng)實現(xiàn)了快速發(fā)展,烘干技術的推廣應用已經(jīng)初具規(guī)模,但是從設備的先進性方面來看,仍存在控制邏輯不清晰、不細致、不精確等問題,需要在未來進行持續(xù)的控制系統(tǒng)軟硬件升級,以促進我國谷物烘干機產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。