1、糧食烘干機過程控制系統(tǒng)
1.1系統(tǒng)理論基礎(chǔ)
糧食干燥是一個多變量、大滯后、強非線性、非平衡的開放式、復(fù)雜的熱質(zhì)交換熱力學(xué)體系，是一個物理、生物和化學(xué)過程，不僅受物料特性和介質(zhì)參數(shù)的影響，還與氣候條件和干燥工藝有重要關(guān)系。在糧食干燥過程中，糧食顆粒在自重和排糧板的作用下向下運動，濕空氣通過角狀盒被排出到大氣中。現(xiàn)場試驗觀察結(jié)果表明，這兩個運動通過氣固兩相摩擦形成較強的非線性耦合關(guān)系，且存在臨界值。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)達(dá)到該臨界值時，濕空氣的排出運動對谷物粒子的運動摩擦急劇增加。可見，在現(xiàn)階段要對糧食烘干的水分和品質(zhì)進(jìn)行有效控制，只能也必須拋棄依賴水分傳感器建立的一切控制原理與控制方式，而采用系統(tǒng)狀態(tài)控制與前饋控制相結(jié)合方式，通過監(jiān)測糧食烘干熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量，建立全新的烘干過程控制系統(tǒng)，這是目前國內(nèi)最為先進(jìn)的控制方式。
1.2系統(tǒng)工作原理
“糧食烘干機過程控制系統(tǒng)”通過建立友好的人機對話系統(tǒng)、監(jiān)測糧食烘干熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量、對以往烘干機過程總結(jié)，計算出“出機糧食水分預(yù)測系數(shù)”，該系數(shù)可以提前5-6 h預(yù)測出機糧食水分，而操作者可根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗積累，及時調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐的溫度和排糧電機的轉(zhuǎn)速，以保證出機糧食的烘干質(zhì)量，即通過系統(tǒng)所抽取的出機糧食水分預(yù)測系數(shù)可以為糧食烘干機現(xiàn)場操作提供有目的、有效的指導(dǎo)作用。
1.3系統(tǒng)主要功能
本系統(tǒng)通過對烘干過程狀態(tài)的控制，實現(xiàn)對最終結(jié)果的控制。主要功能有：①本系統(tǒng)每5 min可記錄并打印輸出一組工作參數(shù)數(shù)據(jù)，包括入機糧水分化驗值、容重、溫度，出機糧食水分檢測值、化驗值、容重、溫度，高溫?zé)犸L(fēng)溫度值、低溫?zé)犸L(fēng)溫度值、排糧電機頻率、排糧速率（小時處理量）、烘干塔高層糧氣綜合溫度、低層糧氣綜合溫度等；②該系統(tǒng)為人機對話系統(tǒng)，在烘干機工作的每個上糧周期內(nèi)（一般為1 h左右）可提供一組系數(shù)，包括烘干塔烘干過程狀態(tài)參數(shù)的變化、原糧品質(zhì)的變化、環(huán)境條件的變化等豐富的信息；③系統(tǒng)所提供的出機糧食水分預(yù)測系數(shù)可預(yù)測6h后出機糧食水分的變化趨勢與區(qū)間，即可根據(jù)該變化趨勢及時調(diào)整操作，從而控制符合要求的出機糧食水分值；④系統(tǒng)脫離了水分傳感器的限制，由化驗室提供適當(dāng)量的化驗數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)對烘干系統(tǒng)的控制。
2、生產(chǎn)考核報告
在2004年和2005年的兩個烘干季，分別對該系統(tǒng)進(jìn)行了連續(xù)一個多月的現(xiàn)場測試與考核。與本系統(tǒng)配套使用的是HTJ - 300型烘干機，降水幅度為10%，處理量為300 t/d。
圖3為撫順國儲庫2004年2月1日0時-12日2時在同一時間記錄的出機糧食水分與水分預(yù)測系數(shù)結(jié)果對照；圖4為撫順國儲庫2004年2月1日0時-12日2時將水分預(yù)測系數(shù)后移6h后（即提前6h進(jìn)行出機糧食水分預(yù)測）與出機糧食水分的結(jié)果對照。從圖3、圖4可以反映出水分預(yù)測系數(shù)與出機糧食水分具有較強的相關(guān)性，即反映了水分預(yù)測系數(shù)的有效性。對于用戶要求的任意出機糧食水分值（比如14.0%），本系統(tǒng)在線檢測精度波動范圍控制在±0.5%以內(nèi)的合格率不低于90%。
圖5為撫順國儲庫2005年2月份烘干生產(chǎn)出機糧食水分統(tǒng)計結(jié)果。從圖5可以看出，烘干機出機糧食水分控制在用戶要求的水分范圍(14% -15%之間)的值達(dá)到92.7%以上，出機糧食品質(zhì)良好，控制效果顯著。
3、結(jié)論
3.1實現(xiàn)了對烘后糧食品質(zhì)的控制
生產(chǎn)運行考核證明，糧食烘干機是一個多變量、大滯后、強非線性、非平衡的開放式熱力學(xué)體系，“糧食烘干機過程控制系統(tǒng)”采用系統(tǒng)狀態(tài)控制與前饋控制相結(jié)合方式，通過對烘干過程狀態(tài)的控制，實現(xiàn)對出機糧食水分較準(zhǔn)確的控制，避免了原來出現(xiàn)周期性高水分糧和低水分糧的情況。本系統(tǒng)對糧食烘干機的烘干過程控制有較明顯的作用。
3.2 提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的及時性
該系統(tǒng)通過監(jiān)測糧食烘干熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量和對以往烘干過程的總結(jié)，給出了出機糧食水分預(yù)測系數(shù)，可以提前5-6 h預(yù)測出機糧食水分的變化趨勢與區(qū)間，而操作者可結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗積累，及時調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐的溫度和排糧電機的轉(zhuǎn)速，以保證糧食出機糧的烘干質(zhì)量，大大提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的及時性。經(jīng)現(xiàn)場運行證明，通過本系統(tǒng)所抽取的出機糧食水分預(yù)測系數(shù)可為現(xiàn)場操作提供有效的指導(dǎo)作用。
3.3廣泛的適用性
該系統(tǒng)脫離了水分傳感器檢測不準(zhǔn)確的限制，解決了水分傳感器檢測不準(zhǔn)確產(chǎn)生的諸多弊端，在生產(chǎn)應(yīng)用中由化驗室提供適當(dāng)量的化驗數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)對糧食烘干系統(tǒng)的控制，適用于各種類型的糧食烘干機。
3.4經(jīng)濟(jì)性
該系統(tǒng)為科技含量較高的人機互動系統(tǒng)，保證了出機糧食水分在用戶要求的較窄范圍內(nèi)波動，提高糧食品質(zhì)、減少糧食損耗、降低各項費用，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。
該系統(tǒng)不但在正常運行過程中可以提高出機糧食水分的合格率，而且可以大大縮短每次烘干作業(yè)開始時烘干系統(tǒng)的調(diào)試時間。無本系統(tǒng)，烘干機正常調(diào)試時間為1周左右，而借助于本系統(tǒng)的操作指導(dǎo)，可以在24 h左右完成烘干機的調(diào)試工作，而出現(xiàn)非正常水分的糧食僅是開始時參與循環(huán)部分的糧食，從而大大降低了調(diào)試成本。
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