电气控制技术在谷物烘干设备的应用与逻辑优化

(河南工业贸易职业学院,郑州 451191)

0 引言

烘干是粮食收获后的重要工作,烘干质量对于粮食保存品质影响深远,且直接影响食品供给和食品安全。随着农机技术的发展,谷物烘干设备逐渐向着现代化和智能化转型,与自然晾晒相比先进的谷物烘干设备在节省人力、物力的同时,有效提高了烘干效率,降低了烘干过程的粮食损失。尤其是在我国农业机械产品逐渐由早期的机械化向全程自动化转型升级的过程中,谷物烘干设备能与电气控制相结合,通过控制技术实现对烘干过程和烘干逻辑的优化调整,并实现烘干的自动实施,能进一步提高烘干过程的合理性,保证最佳烘干质量。因此,谷物烘干设备如何更好地与电气控制技术相融合,如何利用电气控制技术实现性能全面升级,是该类设备未来发展必须思考和全面解决的问题。

1 谷物烘干设备的技术现状

谷物烘干设备是以现代干燥处理技术为基础的一种粮食干燥处理设备,是玉米、水稻、小麦、大豆等作物烘干机械的总称,能够通过烘干参数的调整实现对不同品种作物的烘干作业。我国现阶段农业生产中应用较多的谷物烘干设备包括横流烘干机、混流烘干机、顺流烘干机等传统机型,以及功能适用性更好的顺逆流、混逆流、顺混流等新型设备[1]。

目前,用于粮食烘干中使用量最大的设备包括以下两类:一是横流烘干机,是我国早期技术引进和推广的一种烘干设备,其外形以圆柱型或方塔型为主,采用筛孔式结构,整机建设成本较低,且结构简单,烘干效率较高,但由于机型体积较小,整体技术先进性不足,热源利用率低、烘干均匀性不良,导致其逐渐不能完全达到现代化粮食烘干的技术要求;二是混流烘干机,是针对传统横流烘干机的不足之处进行的技术升级,是现代化生产中用于粮食烘干的主力机型,其主要特征是采用了三角或五角盒交错排列的主体结构,烘干用的热风供给形式多样且复杂,能有效提升烘干均匀性,且热源利用率高,适用于建造中大型谷物烘干设备,但存在总体烘干效率偏低,结构复杂,建设成本偏高等不足。此外,在我国农业生产中顺流烘干机、顺逆流烘干机、混逆流烘干机和顺混流烘干机等设备也具有一定的保有量,只是现阶段占比较少[2]。

总体上看,我国谷物机械化烘干率已经呈现快速上涨趋势,传统晾晒烘干的不足之处得到有效控制,谷物烘干正向着全程机械化的发展要求进步。与此同时,谷物烘干机的控制和检测等技术也在逐渐升级,很多新型烘干设备能够利用含水率检测系统实时检测谷物水分情况,并与自动控制系统相配合,可自动控制谷物烘干过程,有效优化了谷物烘干机的使用体验。从自主生产谷物烘干机产品的技术特征看,其与国外先进产品在基础烘干技术方面差距已经逐步缩小,但在自动化和智能化控制方面,仍存在较大差距。

2 电气控制技术的应用形式

电气控制技术的主要应用目的在于替代传统的人工操作完成相应的控制任务,包括对机械设备的控制和烘干方案的调整,其主要的应用形式包括以下几类。

2.1 自动供料

自动供料功能是通过电气控制技术控制待烘干粮食物料进入烘干设备内部的功能,是电控技术控制机械设备运转的一种机电一体化技术。能利用电控开关实现对粮食物料的输送,保证定量物料均匀进入烘干仓,并完成物料的均匀铺放[3]。

2.2 自动检测

自动检测功能主要是对烘干过程关键参数的获取过程,通过在烘干仓内部适当位置安装布置多种功能的传感器,实现对谷物含水率检测、烘干气流温度检测、气流湿度检测、谷物运行速度检测等功能,并能将检测获取的数据传输给控制系统。

2.3 智能分析

谷物烘干设备的控制系统配备有现代化的数据处理ECU,能实现对烘干设备的各项状态数据进行收集,并将其与预设的程序及逻辑判断功能相比对,将获取的数据进行整理和分析,最终判断烘干设备的实时状态,为功能调控提供分析与决策数据[4]。

2.4 便捷调控

电气控制技术能结合谷物烘干设备的实时状态实现对烘干功能的细化调整,包括通过谷物种类、含水率等情况选择并执行适当的烘干方案,在烘干过程中实时结合含水率变化情况调整热风供给量和烘干温度、烘干次数,当达到烘干质量标准后及时控制热风停止,使烘干的粮食进入相应的下一道处理工序。

2.5 后期处理

当被烘干的粮食作物达到理想含水率状态后,电气控制系统则控制烘干设备的输送功能启动,使粮食被输送到缓苏仓进行缓苏和冷却,当缓苏、冷却完成后,达到理想的温度条件后,启动排粮功能,将粮食输出烘干机[5]。

3 典型产品及电气化特征

3.1 谷王10-15T

谷王10-15T系列产品是我国安徽谷王烘干机有限公司生产的新型产品,该机具有典型的电气自动化技术特征,能完成对水稻、小麦、玉米、油菜籽等多种粮食的烘干作业,具有高品质、高效率特征。该机采用了在线谷物水分测试仪,能实现谷物含水率的精确检测,同时优化了烘干和输送控制逻辑,因采用了新型温控技术,能保证热风的温控精度达到±1 ℃,能利用变频调节技术实现根据不同谷物品种和含水率状态自主调控和匹配风量及热风温度,显著降低烘干破损率。

图1 谷王10-15T混流式谷物烘干机

3.2 洋马5HNSDR-S15

洋马5HNSDR-S15是一种技术先进的循环式谷物烘干机,通过控制系统控制双离心风机实现干燥仓内两侧的热风均匀分布,且风量波动小,运行平稳,能保证良好的谷物干燥品质。采用了技术先进的电阻式单粒水分在线监测技术,能实现精准且实时地向控制系统传输谷物含水率数据,确保谷物在最合理的状态下实现干燥,保证谷物品质,避免出现焦糊问题。同时,采用了便捷的人机交互装置,能实现工作参数的实时查看与调整,方便进行系统升级和功能调试。

图2 洋马5HNSDR-S15循环式谷物烘干机

4 控制逻辑优化思路

4.1 合理设计并优化主体流程

谷物烘干设备的电气控制过程合理性与系统控制逻辑息息相关,通常情况下,成熟的烘干机产品需要经过长期市场检验、问题反馈和技术升级,以弥补初期设计过程的不合理处。因此,控制逻辑的升级与优化应当从谷物烘干作业的实际需求与现阶段不足出发,针对现阶段烘干过程易出现的谷物损失、不均匀、能源利用率低、烘干效率低等问题进行深入分析,并尝试从控制逻辑和软件升级的角度去解决或改善以上问题[6]。

通常情况下,谷物烘干设备的工作流程为,首先,烘干仓装入谷物并初始化系统;其次,控制系统的传感器等硬件开始工作,获取谷物含水率、环境温度等数据;再次,系统根据获取的初步数据和谷物种类选择对应的干燥逻辑,控制热风机运转对谷物进行烘干操作,同时监测功能的传感器设备实时监测烘干仓内部的温度和湿度等关键数据,帮助监管烘干过程,决策烘干结束时间;最后,当谷物含水率达到合适范围后,谷物进入缓苏阶段,同时监测缓苏阶段温湿度数据,当达到合理范围后,进入冷却阶段,当冷却至合适温度后,系统控制谷物排出[7-8]。

现阶段,系统控制逻辑基本上能满足谷物烘干的运行要求,但在精细化程度上仍有较大提升空间:一是需要在热风烘干的逻辑上进行优化,摆脱传统风力和温度持续不变的简单逻辑,从不同含水率谷物之间的受力关系、粘附情况等角度出发,做到根据谷物含水率的变化调整热风供给的功率和温度,进而提高谷物烘干的效率和品质;二是需要在谷物运动和输送的逻辑上进行优化,尽量避免匀速稳定的输送,通过电控功能适当增加输送过程的振动、冲击,打破谷物颗粒之间的相对位置关系,有利于提高烘干的均匀性和干燥效率;三是要在烘干温控方面深入研究,一方面持续提升热风供给的均匀性,做好局部位置谷物温度的监测,当谷物温度超过上限值,联动控制对应位置的热风风源降低风速或温度,避免谷物焦糊问题发生;四是适当调控冷却过程的冷风风速和风量,避免过快降温造成谷物爆裂。

4.2 促进软硬件功能匹配

除在软件功能方面的升级外,要实现控制逻辑的优化还必须根据系统的升级需求合理匹配对应的硬件,应确保数据监测、数据处理、数据传输及控制等硬件的先进性,采用先进的工业控制计算机、测水仪、温度传感器、湿度传感器、流量统计传感器,并充分考虑硬件的稳定性、抗干扰水平,同时充分考虑控制系统后期升级的便捷性,选择通用性良好的数据端口及各种数据通信模块,保证控制系统稳定性的同时提高后期使用维护的便捷性。

5 结语

综上所述,谷物烘干设备在现阶段农业生产中发挥着重要作用,已成为农业全程机械化发展的重要组成设备之一,其技术先进性对于粮食的处理和贮存质量影响深远,甚至关系到农业经济和社会稳定。总体上看,我国的谷物烘干技术近年来已经实现了快速发展,烘干技术的推广应用已经初具规模,但是从设备的先进性方面来看,仍存在控制逻辑不清晰、不细致、不精确等问题,需要在未来进行持续的控制系统软硬件升级,以促进我国谷物烘干机产业的稳步发展。