连续流动式粮食干燥机的仿人智能控制器

基于经验模型的经典控制方法和现代控制方法不适合应用于多变量、大滞后和非线性粮食干燥过程。为提高粮食干燥的产品品质，根据连续流动式粮食干燥机的工况特点，研制了一种用于连续流动式干燥机的仿人智能控制器。该控制器包括运行控制级和参数校正级，可对出粮水分进行控制。应用MATLAB对连续干燥机的仿真试验表明，该控制器在超调量、上升时间和调节时间等指标都比常规PID控制有明显改善，对纯滞后时间的变化适应能力强，为干燥机控制系统的设计与实现提供了理论依据。     

粮食干燥机水分在线检测系统研究

潮粮干燥是东北、华北地区秋粮入库前必不可少的加工环节，由于样品流动性、水分分散性等因素的影响，干燥过程中的粮食水分快速、在线、准确检测一直是影响干燥质量的亟待解决的关键技术。根据粮食干燥机的工况特点，提出并研制了一种基于多路水分传感器实时观测信息融合的粮食干燥机水分在线检测系统，介绍了系统的工作原理、硬件构成和软件设计，给出了信息融合算法。系统以单片机80C196KC为信息处理核心，采用大屏幕中文液晶显示。实际运行表明，系统具有信号传输距离远、测量准确、运行可靠、智能化程度高等特点，能够满足粮食干燥机水分在线检测的要求。     

基于深层干燥解析理论的粮食干燥自适应控制系统设计

粮食干燥系统存在多种不确定因素,传统的靠检测出机粮水分,控制排粮速度或进风条件的做法,很难实现干燥过程的实时控制,为了能根据不同的进粮水分,自动调整干燥机的工作状况,从而提高干燥的效率和品质,在粮食深层干燥解析理论和高湿粮食水分在线测量技术的基础上,研究开发了一套粮食干燥设备自适应控制系统,能够使设备在工作过程中,按照实时的进粮水分自动变更工作制度,确保实时的操作条件最优.通过生产应用验证,系统能够在10%～35%wb的含水率变化范围、-30℃～ 40℃温度变化范围可靠地工作,控制的干燥机出粮含水率偏差≤±0.5%wb.形成了适宜于产业化推广应用的粮食集中干燥自适应控制系统.     

大型5HFS-10负压自控粮食干燥机的设计与试验

为了降低一次能源的消耗和提高玉米等粮食干燥产能,结合寒区高水分玉米干燥特性,以负压干燥原理为基础,设计了一种负压自控粮食干燥机.该机采用负压多级顺流缓苏结合的干燥方式,将并联式扩张口型风机和变径角状管相结合,协调冷风配额调控机构,应用多传感器实时采集在线工作参数,配合自适应调控系统,实现大宗粮食的智能保质干燥生产.该文详细进行了干燥参数和技术经济指标的计算,可为负压干燥机的设计和综合评价提供.生产试验表明,该机工作性能优良,节能显著,烘干品质好,单位质量成本低,自动化程度高.有效控制干燥机出粮水分偏差小于等于±0.5％w.b,与传统正压送风式干燥机相比,节省能耗20％以上,降低生产成本12％以上.该干燥机各项作业性能指标完全符合农场集约化和规模化干燥作业要求,可为开发节能粮食智能化干燥机型提供参考.     

谷物干燥研究中的模糊数学方法

对模糊数学方法在谷物干燥研究中的应用进行了研究。包括谷物干燥机的模糊控制和模糊优化，谷物干燥工艺的模糊综合评判以及谷物干燥品质的模糊预测。应用模糊控制操作行为与推荐的相符控制成功率达８６．４％；对水稻爆腰率进行模糊预测，成功率达８５．７％；在一种中型种子干燥机设计中，应用模糊综合评判确定的工艺，已获得成功。     

智能低温远红外真空干燥机的设计与试验

针对现有干燥设备存在的干燥效率低、品质差、操作繁琐、智能化程度低,难以满足高水分物料快速干燥等问题,集成水汽捕集装置和智能化控制技术,改进设计出智能低温远红外真空干燥机。该干燥机由加热系统、真空系统、制冷系统、智能电控系统和辅助系统等组成,干燥过程中通过水汽捕集装置来快速凝结干燥过程中的大量水蒸气,通过智能化电控系统对物料质量、物料温度、加热板温度、仓内真空度、仓内湿度和单位能耗等工艺参数在一定范围内进行实时监控,实现了干燥全程自动化。该文详细阐述了智能低温远红外真空干燥机工作原理和总体结构的设计要点,确定了主要工作部件设计结构和相关参数。以高水分物料白萝卜为试验材料进行性能验证试验,结果表明:整机结构合理,性能稳定,安全可靠,与传统远红外真空干燥机相比,干燥时间缩短了22.14%,处理量增加了31.58%,干燥能力提高了31.52%,平均脱水速率达到21.7%/h,提高了28.4个百分点,单位能耗降低了13.33%,干燥均匀系数达0.97。干制品细胞破损率、变形率、收缩率等明显(P0.05)下降,色、香、味、形、口感等得到提升,感官品质得到保证。该研究解决了现有干燥设备存在的干燥效率低、品质差、智能化程度低以及难以满足高水分物料快速干燥等问题,为智能化远红外真空干燥技术应用于高水分物料快速干燥提供了技术依据。     

循环式谷物干燥机干燥过程的模拟计算和分析

论述了利用薄层干燥方程理论建立的可模拟循环式谷物干燥机的干燥模型。用此模型可以计算出干燥水稻所需的干燥时间、能耗、缓苏程度系数,以及干燥过程中谷物水分变化和排气温、湿度的变化。经实际验证,所建模型模拟计算结果与试验结果基本相符,可用于分析此类干燥机的工作情况,为研发和改进此类干燥设备提供了有效技术手段。通过模型计算,选择适当的风温和风量,可较好地兼顾干燥时间和能量消耗的需求;模型计算表明干燥初期使用较低的风温,以后逐步升温的变温干燥可节约能量,提高稻谷品质;适当增大干燥段的容量可较大幅度降低干燥时间和能耗。     

谷物干燥实时在线智能水分测量系统

采用电阻法在线测量谷物干燥过程中的实时水分，针对测量信号质量差采用测频电路进行测量信号的阻-频转换，对于谷物水分强温度依赖性和测量本构非线性，应用基于单片机的智能数据融合方法和智能非线性处理算法，所构建的水分测量系统克服了传统电阻法水分测量误差大、信号抗干扰能力和传输性差、测量数据的温度影响大以及硬件非线性电路处理能力差等方面缺陷，具有测量精度高、测量适应性强、信号质量好、测量装置结构简单等优点。     

基于含水率变化的气体射流冲击干燥过程温度自适应控制系统

为了给变温干燥工艺提供新的技术支持,实现基于含水率变化的干燥温度自适应控制,该研究设计了具有物料含水率在线检测功能的温度自适应控制系统。采用卷积神经网络建立了以质量检测值、气流冲击速度、称重传感器弹性基体温度、气流冲击距离为输入,物料真实质量为输出的含水率在线检测模型。进行了含水率在线检测模型验证试验。结果表明,该模型满足变温干燥工艺中含水率在线检测的精度要求,5组含水率在线检测模型验证试验的决定系数R²和均方根误差RMSE依次为0.9934和1.20%。该文设计了改进神经网络-PID（improved neural network-PID,INN-PID）控制器来实现变温干燥工艺中的温度控制。在MATLAB软件中以单位阶跃信号为输入对PID、神经网络-PID（neural network-PID,NN-PID）和INN-PID控制器的动态性能进行仿真。对3种控制器分别进行了50~55 ℃的干燥温度控制试验。结果表明,在仿真试验中,INN-PID控制器的控制稳定性和调节时间均显著优于另外两种控制器;干燥温度控制试验结果与仿真结果存在近似相同的规律,INN-PID控制器的峰值时间是208.00 s,调节时间是120.59 s,最大超调量是4.87 %,满足变温干燥过程中温度控制的要求。该研究在气体射流冲击干燥机中搭建了温度自适应控制系统,进行了基于含水率变化的温度自适应控制试验。结果表明,该系统可以对基于含水率变化的变温干燥工艺中的干燥温度进行快速且有效的调节。该研究对提高干燥设备的自动化水平以及开发新的变温干燥工艺具有重要意义,对其他领域的多信息融合检测和控制策略研究提供参考。     

穿流干燥试验装置自动控制系统的研制

为了优化干燥工艺和提高干燥产品品质，根据热风穿流干燥的原理，采用模块化设计，以智能仪表、可编程控制器、计算机为主控件，研制了穿流干燥试验装置的控制系统。该系统对风量、温度、时间进行控制，使试验装置可对多种物料在多种工艺条件下进行工艺参数的优化研究。试验证明：该控制系统控制精度高、自动化程度高、适应性强、模拟性好、控制可靠，适用于对农副产品进行干燥研究试验。     

苜蓿气体射流冲击联合常温通风干燥装备设计及试验

针对苜蓿干燥存在的处理量小、耗能高、叶片损失率高的问题,该文将紫花苜蓿的干燥过程分为高温和常温两个干燥段,设计了气体射流冲击联合常温通风干燥装备,包括基于狭缝型气体射流冲击管的气体射流冲带式干燥机和基于环境条件自动控制的常温通风箱式干燥机。利用计算流体动力学软件Fluent对狭缝型气流冲击管内部的流场进行数值模拟。结果显示增设扰流板可以改善狭缝型气体射流冲击管喷嘴出口气流速度分布的均匀性,速度变异系数由不设扰流板情况下的51.1%降为7.7%;利用单片机控制系统进行信息采集并控制通风的进行,解决夜间物料吸湿回潮、发热的问题。以紫花苜蓿作为原料对干燥装备的性能进行试验验证,结果表明:气体射流冲击联合常温通风干燥的苜蓿具有批次处理量大(150 kg/h)、叶片损失率小(干草的叶片损失率为1.5%)、能耗低(单位去水能耗3 408 k J/kg)的优点。研究结果为低能耗、低叶片损失率的苜蓿干燥技术与装备提供参考。     

换向通风横流式干燥机的研究及计算机辅助设计

横流式谷物干燥机有许多优点,是世界上设计较早、使用时间较长的干燥机型之一,但同时也存在着较大的不足。为了克服其不足,该文介绍了新研究发明的换向通风横流式干燥工艺及其机型的结构原理,并运用ＣＧＤＳＰ谷物干燥综合模拟程序进行了优化设计。     

高湿稻谷节能干燥工艺系统设计与试验

为了降低高湿稻谷干燥耗能、提高干燥系统作业效率,基于高湿稻谷干燥特性和干燥传递理论,绘制出了高湿稻谷贮存干燥仓内通风去湿降温过程状态参数变化图,设计出了高湿稻谷贮存干燥仓,能够利用常温自然空气实现高湿稻谷干燥和有效回收干燥系统的烟气余热。应用结果显示,在风量谷物比为149 m3/(h·t)时,每间隔1 h,通风2 h,累计贮藏干燥18 h,可使初始含水率31.3%的稻谷平均含水率降低11.36%,回收烟气废热55.3%。针对南方高温高湿的气候特点,设计出了5HNH-15型稻谷逆流热风干燥机和节能干燥工艺系统。试验结果表明,系统的单位耗热量为2 939 kJ/kg,与国标≤7 400 kJ/kg相比,最高节能可达60%。该文指出了实现高湿稻谷优质、高效节能干燥,合理的工艺系统设计应以客观能势的利用为主,人为提供主观热能消耗为辅。研究结果为粮食干燥设计指明了高效节能途径,为大型粮食集中干燥工艺系统设计提供了参考。     

基于监测物料温度的胡萝卜热风干燥相对湿度控制方式

针对热风干燥中,表面易结壳农产品物料阶段降湿干燥中各阶段高湿和低湿保持时间较难确定的问题,该文提出了在干燥介质温度和风速一定时,基于监测物料温度的热风干燥相对湿度控制方式。该控制方式在前期预热阶段保持较高恒定的相对湿度值,使物料迅速升温;中期干燥阶段物料温度保持特定值进行排湿干燥,物料温度有上升趋势时停止排湿使之升温;后期降速干燥阶段,物料保持较高温度值进行排湿干燥。胡萝卜的热风干燥验证试验研究结果表明,预热阶段,相对湿度控制最大偏差为1.0%;中期干燥阶段,物料排湿干燥物料温度保持值逐渐升高,物料温度上升至保持温度的最大误差为0.8℃;在后期干燥阶段,检测湿含量之差小于0.5 g/kg,判定干燥结束相对于称量判定干燥结束终点时间延迟为9 min。该干燥时间相比于前期相对湿度50%后期连续排湿和前期相对湿度50%后期相对湿度20%缩短了19.7%。该文提出了一种基于监测物料温度的热风干燥相对湿度调控策略,控制精度高,延迟时间短,相比于前期高湿后期低湿的干燥工艺能显著缩短干燥时间,提高干燥效率。     

PH—Postharvest Technology: Monitoring and Performance of a Commercial Grain Dryer

This paper presents detailed in situ experimental results for the performance of a commercial batch grain dryer under real operating conditions while drying barley. The distribution of key drying parameters of air temperature, relative humidity, airflow, grain moisture content, drying time and energy use are measured. For the two trials conducted, the overall cycle-averaged process thermal efficiency is 48·4 and 41·5%, respectively. This is achieved when the average initial moisture contents of the grain are, respectively, 15·7 and 17·2% and the highest plenum temperatures 41·4 and 34·0°C. During drying, unlike the stack-on temperatures, the exhaust air temperatures after the grain stack are fairly stable and only mildly affected by the variation of ambient conditions. After the initial heating period, the air enthalpy remains practically constant through the grain stack section. Close to the dryer centre, because of the presence of the auger, the air velocity is considerably lower than other parts of the dryer. The drying appears to be dominated by a drying front advancing through the grain stack. The reduction of grain moisture content is much faster during the last few hours of the drying process. The experiments highlight the importance of accurate measurement and representation of product moisture contents and airflow.     

5HCCX-1.6型多单元带式干燥机干燥过程的计算机模拟

多单元带式干燥机干燥过程的计算机模拟研究，有利于优化其干燥工艺参数，提高干燥效率，减少能耗,保证物料的干燥品质。该文利用面向对象的高级程序语言Visual C++建立了玉米多单元带式干燥的深床干燥数学模拟程序，并编制人机交互界面，预测干燥设备内的物料和干燥介质状态参数。同时用Matlab软件对数据进行处理，分析了热风温度、相对湿度以及风速等干燥工艺参数对干燥过程的影响，结果表明热风温度对干燥速率影响最大，其次是风速，热风相对湿度影响最小。为验证模型的准确性，选用5HCCX-1.6型多单元带式干燥设备进行试验研究，结果表明该模拟程序能较好的预测该类干燥设备的干燥过程，并对实际生产有一定的指导作用。     

高水分稻谷分程干燥工艺及效果

针对中国南方地区稻谷收获季节需及时干燥高水分稻谷的市场需求较大和粮食干燥机的保有量较少、干燥机的使用效率受气候条件影响的技术现状,将收获的稻谷分为较高水分干燥过程和较低水分干燥过程。当稻谷含水率高于18%时,采用56～85℃的干燥介质,降水速率为0.90～2.94%/h;当稻谷含水率小于等于18%时,采用50～58℃的干燥介质,降水速率为0.49～0.93%/h。在2次干燥过程之间,采用通风仓暂存。现场试验表明,与恒温干燥工艺相比较,分程干燥工艺在保证稻谷烘后品质的条件下,可缩短干燥时间约12.8h,平均降水速率提高0.7%/h,一个收获期内可使干燥机处理量增加225%,提高干燥机的使用效率152%,且总干燥成本降低5%,有助于又好又快地进行高水分稻谷的干燥。     

粮食热风干燥含水率在线模型解析

为了揭示粮食在深床动态干燥过程中的含水率变化规律,指导干燥工艺设计,实现干燥过程实时跟踪与调控,提高干燥品质,降低能耗。基于薄层干燥水分扩散模型、深层干燥质量守恒原理、态函数和不可逆热力学分析方法,建立并求解了粮食深床干燥基础方程,获得了顺流、逆流、横流和静置层干燥方式下粮食含水率和干燥速率分布解析式,解析出了粮食在顺流层内经历持续降速干燥的过程,逆流层内存在干燥速率的极值点,在通风温度、湿度、送风量相同的干燥条件下,逆流干燥速率明显高于顺流,表明了逆流干燥能量利用效果优于顺流;粮食在横流和静置层内的干燥特性相同,进风侧和出风侧的干燥速率相差很大,在层厚度0.5 m、粮食含水率20%以上时,出风侧的干燥速率几乎为0,干燥的均匀性较差。在5HP-3.5型循环式缓苏干燥机上的试验结果显示,深层干燥解析值与实测值间的最大偏差为0.69%,极差范围为-0.27%~0.69%,从粮食干燥的惯性特征推断,产生偏差的原因主要是仪器检测误差。解析方法对实现粮食深床干燥过程动态跟踪和调控,指导干燥设计,降低干燥能耗、提高干燥效率和干燥机产能等具有重要意义。