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Title:
TOTAL-WEIGHT DETECTION-BASED METHOD AND SYSTEM THEREOF FOR ON-LINE MEASURING AND CONTROLLING MOISTURE IN CIRCULATION DRYING OF GRAIN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/085634
Kind Code:
A1
Abstract:
A total-weight detection-based method and system thereof for on-line measuring and controlling a moisture in circulation drying of grain. In the method, by detecting a real-time weight of grain in a drying machine and calculating a real-time average moisture of the grain, process control on circulation drying operations is implemented. The method comprises the steps: operation initialization, detection of a tare weight, grain loading and detection of an initial total weight W0, starting of circulation drying operations, monitoring of a circulation drying process and control of a circulation drying process. A total-weight detection-based system for on-line measuring and controlling a moisture in circulation drying of grain according the method comprises a drier main body (1), an induced draft fan (3), a fed/discharged grain elevator (5), and a weighing sensor group (6). The weighing sensor group (6) is disposed below the drier main body (1), and is used for detecting an initial total weight W0, a tare weight Wb and a real-time total weight Wi when an object to be dried is load into the drier. The system can accurately measure a weight in a case in which the working of a drying agent is not stopped, and is applicable to circulation drying of crops such as corn, rice and wheat.

Inventors:
WU, Wenfu (Metalworking Practice Factory, Nanling Campus Jilin University, Changchun Jilin 0, 130000, CN)
HAN, Feng (Metalworking Practice Factory, Nanling Campus Jilin University, Changchun Jilin 0, 130000, CN)
ZHANG, Yaqiu (Metalworking Practice Factory, Nanling Campus Jilin University, Changchun Jilin 0, 130000, CN)
LIU, Zhe (Metalworking Practice Factory, Nanling Campus Jilin University, Changchun Jilin 0, 130000, CN)
GAO, Hongfei (Metalworking Practice Factory, Nanling Campus Jilin University, Changchun Jilin 0, 130000, CN)
WU, Xinyi (Metalworking Practice Factory, Nanling Campus Jilin University, Changchun Jilin 0, 130000, CN)
Application Number:
CN2013/090905
Publication Date:
June 18, 2015
Filing Date:
December 30, 2013
Export Citation:
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Assignee:
CHANGCHUN JIDA SCIENTIFIC INSTRUMENTS EQUIPMENT CO., LTD (Metalworking Practice Factory, Nanling Campus Jilin University, Changchun Jilin 0, 130000, CN)
International Classes:
F26B25/22; A23B9/08; G01N5/04
Foreign References:
GB2195428A1988-04-07
CN2896159Y2007-05-02
CN200989716Y2007-12-12
CN201673085U2010-12-15
US20080083133A12008-04-10
CN101957123A2011-01-26
Attorney, Agent or Firm:
CHINA FARFIR INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY (SHI Xia, Room 633 Block C, No.218, Tangli Road, Chaoyang District, Beijing 2, 100012, CN)
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Claims:
~ ~~一种基于重量检测的谷物干燥水分的测控方法, 其特征在于:

步骤一、 向干燥机内输送待干燥谷物; 启动干燥作业;

步骤二、 实时计算待干燥谷物第 i时刻平均水分值 M; : M _ (W0 - Wb ) x M0 - (W0 - Wi )

其中, w。为干燥机装入待干燥谷物的初始总重量, 为皮重, 为干燥过 程中第 i时刻总重量, M。为初始水分; 步骤三、 当所述谷物的水分值 M;没有进入目标水分值的波动值范围时, 返回步骤二; 当所述谷物的水分值 M; 进入目标水分值的波动值范围时, 停止热介质供给; 然后将干燥机内部的所述谷物全部排出。

2、 根据权利要求 1所述的测控方法, 其特征在于: 在步骤二中, 还计算降水 速率 V:

V = AM

At 其中, Δ 为一定时间间隔的计算水分值之差, Δ为时间间隔长度。

3、 根据权利要求 2所述的测控方法, 其特征在于: 在步骤一中, 还可以设定 两种工作模式, 一种是等温模式, 使提供的热介质温度保持在设定温 度; 另一种是限速模式, 调节热介质温度使实时的降水速率控制设定值 以内。

4、 根据权利要求 1、 2或 3所述的测控方法, 其特征在于: 向干燥机内输送待 干燥谷物时, 对所述谷物的高度进行控制, 未达到设定高度, 继续输送; 达到设定高度后, 停止输送。

5、 根据权利要求 1、 2或 3所述的测控方法, 其特征在于: 在启动干燥作业前, 称重传感器组检测初始总重量 W。和皮重 在干燥作业运行过程中, 称 重传感器组实时检测总重量 ^。

、 一种谷物循环干燥自动作业系统, 包括干燥机主体 (1)、 引风机 (3)和 进出粮提升机(5), 其特征在于: 还包括称重传感器组 (6), 所述称重传 感器组 (6)设置在干燥机主体(1)下面; 称重传感器组用于检测干燥机 装入待干燥谷物的初始总重量、 皮重和谷物的实时总重量。

、 根据权利要求 6所述的自动作业系统, 其特征在于: 干燥机主体 (1) 和 进出粮提升机 (5) 铰接; 干燥机主体 (1) 和引风机 (3) 通过软性接头 连接。

、 根据权利要求 6或 7所述的自动作业系统, 其特征在于: 干燥机主体(1) 和进出粮提升机 (5) 设置在连接底板 (26) 之上, 称重传感器组 (6) 设 置在连接底板 (26) 下面。

、根据权利要求 6或 7所述的自动作业系统, 其特征在于: 还包括进粮溜管

(27) 与缓冲器 (28), 进出粮提升机 (5) 内的谷物通过进粮溜管 (27) 与缓冲器 (28) 进入缓苏部 (12), 缓苏部 (12) 下面具有两个分隔开的 干燥部 (13)。

0、 根据权利要求 6或 7所述的自动作业系统, 其特征在于: 称重传感器组 (6) 设置在干燥机主体底座的支脚下; 所述称重传感器组(6)是由均布 设置的多个传感器构成。

经修改的权利要求

国际局收到日 : 02.6月 2015 (02.06.2015)。 、 一种 ¾于¾¾检测的 ^物千燥水分的测控方法, 共特征在于: 歩骤 -'、 向谷物循环干燥机内输送待干燥谷物; 启动千燥作业; 步骤二、 实时计算待千燥谷物笫 i时刻平均水分值 M, :

其中, ^为干燥机装入待干燥谷物的初始总≤ , ^为皮 IE, ^为 千燥过程中笫 i时刻总重 S, >为初始水分; 歩骤三、 当所述吞物的水分值 Λ ,没有进入目标水分值的波动值范 围时, 谷物从循环干燥机底部进入循环千燥机顶部, 再次循环; 返 回歩骤二; 当所述谷物的水分值 进入目标水分值的波动^范围 时, ^止热介质供给; 然后将干燥机内部的所述谷物全部排出。 、 根据权利要求 1所述的测控方法, 其特征在于: 在步骤二中, 还 计 降水逨率 ^

v= 其中, ΔΛ 为一定吋间间隔的计 水分值之差, Δ/为时间间隔长度。 、 根据权利^求 2所述的测控方法, 其特征在于: 在歩骤一中, 还可 以设定两种工作梭式, 一种是等温模式, 使提供的热介质温度 保持在设定温度; 另一种 限速敉式, 调节热介质温度使实时的 降水速率控制设定位以内。

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修改页 (条约第 19条) 、 根据权利要求 1、 2或 3所述的测控方法, 其特征在于: 向千燥机内 输送待千燥谷物时, 对所述谷物的茈度进行控制, 未达到设定商 度, 继续输送: 达到设定商度后, ^止输送。

、 根据权利要求 1、 2或 3所述的测控方法, 其特征在于: 在启动干燥 作业前,称 ΐ£传感器组检测初始总 和皮 .電 ;在干燥作业 运行过程中, 称ll传 器组实时检测总; ίΓί®^。

、 一种谷物循环千燥自动作业系统, 包括干燥机主体(1 )、 引风机 (3)和进出粮提升机(5),其特征在于:还包括称 ίΐϊ传感器组(6), 所述称: 传感器组 (6) 设 在干燥机主体 (1 ) 下面: 称 Ε传感 器组用于检测干燥机装入待干燥谷物的初始总 ffiii:、 皮谊和谷物 的实时总^ 13:。 、 根据权利耍求 6所述的自动作业系统, 其特征在于: 干燥机主体 ( 1 ) 和进出粮提升机(5)铰接; 干燥机主体 ( 1 ) 和引风机(3) 通过软性接头连接。 、 根据权利耍求 6或 7所述的自动作业系统, 其特征在于: 千燥机 主体 (1 ) 和进出粮提升机 (5) 设 S在连接底板 (26〉 之上, 称 ΪΕ传感器组 (6) 设 S在连接底板 (26) 下面。

、 根据权利要求 6或 7所述的自动作业系统, 其特征在于: 还包括 进粮溜 ^ (27) 与缓冲器 (28), 进出粮提升机(5) 内的谷物通 过进粮溜管'(27)与缓冲器(28)进入缓苏部(12), 缓苏部(12) 下面 Α冇两个分隔开的干燥部 (13)。

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修改页 (条约第 19条) 、根据权利要求 6或 7所述的自动作业系统, 其特征在于: 称;!传 感器组(6)设 S在干燥机主体底座的支脚下; 所述称 传感器组 (6) ^由均布设 S的多个传^器构成。

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修改页 (条约第 19条)

Description:
说 明 书

基于总重检测的谷物循环干燥水分在线测控方 法及其系统 技术领域 本发明涉及一种谷物干燥机水分在线测控方法 , 特别涉及一种适合于循 环式谷物干燥机的基于总重监测的水分在线测 控方法, 本发明还涉及基于上 述方法的一种基于总重检测的谷物循环干燥水 分在线测控系统。

背景技术

粮食干燥水分的在线控制方法对粮食干燥的工 作至关重要, 而现有粮食 干燥水分在线测控是基于电容法或电阻法水分 在线测控的基础上, 采用开关 控制、 经典 PID控制或现代智能预测控制方法进行的。 水分的在线测控对干 燥过程中水分的控制很关键。

电阻法水分在线测控原理是利用谷物水分与其 电阻值的相关关系来间接 测定谷物水分, 水分高电阻小, 水分低电阻大。 循环式谷物干燥机一般使用 电阻式水分传感器进行在线检测, 一般安装在干燥机的提升机机筒侧壁, 从 提升机提升畚斗散落下的谷物颗粒不断单粒落 入一对相对旋转的滚轮, 滚轮 是一对电极。 当谷粒通过滚轮时被碾碎, 测出滚轮电极之间物料的电阻变化 曲线; 对一定数量的谷物颗粒电阻变化曲线特征值的 提取并进行滚动统计, 求出其平均值; 依据此平均值与水分相关函数关系 (事先标定好的), 求解出 谷物的水分值;最后依据水分值对谷物的干燥 过程实施目标控制或过程控制。 日本金子、 台湾三久、 日本佐株等知名干燥机企业均采用这种原理的 水分在 线检测仪; 国内华南农业大学李长友开发了这种原理的水 分在线检测仪, 并 取得了发明专利(授权公告号为 CN1963478A, 申请号为 200610123461. 3)。 电 阻法水分在线检测的缺点是: ①当谷物水分不均匀, 含有较多青粒、 未熟粒 时, 监测值误差较大; ②结构复杂, 故障多; ③当物料有石块等异物时, 容 易在滚轮处堵塞, 损坏滚轮; ④只能适应性状、 粒度相近的谷物, 如稻、 麦, 谷物类型改变时传感器要作大的更改; ⑤是有损检测; ⑥高水分谷物水分的 检测精度低。

电容法水分在线测控原理是应用谷物水分和电 容之间的相关关系来间接 测定谷物水分的, 水分高电容大, 水分低电容小。 目前, 循环式谷物自动干 燥机采用电容式水分传感器, 一般是具有一定容量的筒状物, 安装在循环式 谷物干燥机的缓苏段内部或出口谷物流中, 粮食流经电容极板, 根据粮食水 分不同其介电特性不同测出含水率的变化。 实现对水分的检测, 再通过二次 仪表或上位机根据谷物水分值调整对谷物干燥 的控制。 长春吉大科学仪器设 备有限公司、 上海绿洲等国内企业生产这种形式的在线水分 检测仪。 其缺点 是: ①安装和检修不方便; ②检测精度受环境和谷物温湿度、 谷物密度、 谷 物流速的影响大, 检测精度不高; ③当谷物含杂较高时监测误差大。

中国专利公开号 CN103438693A 公开了一种利用称重传感器称重的干燥 机, 但是, 称重传感器内置, 每次称重必须停止风机和加热机等部件的运转 , 不能连续运转, 严重影响干燥机的工作效率, 该技术方案无法有效的解决干 燥机部件振动对称重的影响, 频繁开关风机和加热机等部件, 还会导致这些 部件的寿命减少; 还达不到产品产业化的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术及方法中的缺陷 , 提供一种基于总重检测 的谷物循环干燥机水分在线测控方法, 本发明的另一目的是提供一种基于总 重检测的谷物循环干燥水分在线测控系统。 本发明提供的谷物循环干燥水分在线控制方法 , 就是以对干燥机总重传 感器组所检测的包含谷物质量、 干燥机整体装置质量的检测为基础, 结合对 干燥作业热介质温湿度、 粮食温度的检测, 推断干燥过程中谷物总质量和水 分的变化及变化趋势, 对干燥过程进行等温控制或等速控制。 作业初始化: 向干燥机的控制显示单元内输入和存储待干燥 谷物的初始 水分值 M。, 目标水分值 Μ τ 、 热介质温度( 140 °C )、 降水速率上限(降水速率 不超过2. 5%), 干燥作业方式 (等温干燥方式或等速干燥方式); 检测皮重: 在干燥机内部无粮的状态下、 利用干燥机下部安装的称重传 感器组检测到电信号, 称重传感器组连接信号检测与转换单元, 信号检测与 转换单元将电信号转换为重量信号,信号检测 与转换单元连接控制显示单元, 由控制显示单元检测、 读取和存储皮重 装粮并测初始总重量 W。: 启动干燥机进粮装置, 向干燥机内输送待干燥 高水分谷物, 干燥及内部装有料位传感器, 输送过程中料位传感器对粮食高 度进行控制, 未达到设定高度, 继续输送, 达到设定高度后, 进粮装置停止 输送。 然后通过控制与显示单元检测、 读取和存储初始总重量 W。; 启动循环干燥作业: 干燥机内部的谷物循环运转, 同时启动燃烧器供所 需热介质将谷物进行烘干。

监测循环干燥过程: 通过控制与显示单元不断检测、读取和存储实 时总重 量 ,并根据下述公式进行内部运算最终显示出待 干燥谷物实时水分值 . ( i 时刻平均水分值)。

M (W 0 - WJ x 0 - (W 0 - ^.) 其中, w。为干燥机装入待干燥谷物的初始总重量, 为皮重, 为干燥 过程中第 i时刻总重量, M。为初始水分; 用一定时间间隔的 2次计算水分值之差除以时间间隔长度, 求出单位时 间的降水幅度, 即降水速率 V。

V = AM

At 其中, Δ 为一定时间间隔的计算水分值之差, Δ为时间间隔长度。 控制循环干燥过程: 有两种循环干燥方式可供选择。 当选择等温控制方 式时, 使提供的热介质温度保持在设定温度, 一般设定温度在 50°C-120°C上 下适当波动范围之内 (在不超过所设定温度的 ±20°C ); 当选择限速控制方式 时, 调节热介质温度使实时降水速率控制设定值以 内。

当谷物实时水分值 M ; 尚未进入围绕目标水分值适当波动值范围 (如士 0. 5%) 时, 返回监测循环干燥过程; 当谷物实时水分值 M ; 进入围绕目标水分 值适当波动值范围 (如 ± 0. 5%) 时, 停止热介质供给; 然后将干燥机内部的 粮食全部排出,结束循环干燥作业的一个批次 。 所述等温控制就是判定粮食水分是否达到国家 标准规定的安全水分, 安 全水分值为 14%, 达到安全水分, 则停止干燥作业 (重点是停止热介质的供 给), 启动排粮作业, 否则继续干燥。

所述等速控制属于开关量控制, 在谷物总重或水分、 谷物温度、 热介质 温湿度、 环境温湿度的基础上, 进行逻辑判断和模型预测分析, 控制热介质 的温度和排粮速度, 使谷物的降水速度维持或低于某一个数值 (如使稻谷的 降水速度维持在 0. 8%, 玉米的降水速度低于 2. 5%), 直至达到安全水分。 等 速控制和限速控制的控制策略采用经典 PID方法或采用预测控制方法 (模型 预测水分变化和 PID控制相结合)。

本发明方法提供的基于总重检测的谷物循环干 燥水分在线测控系统主要 包括干燥机主体、 进出粮提升机、 燃烧器、 引风机、 风道、 称重传感器组、 信号检测与转换单元、 控制显示单元组成, 所述称重传感器组设置在干燥机 主体下面, 称重传感器组连接信号检测与转换单元, 信号检测与转换单元连 接控制显示单元。 在干燥机整体装置中, 进出粮提升机可以是一台斗式提升 机通过一个流向切换装置分时完成进粮和排粮 , 也可以用两台斗式提升机分 时分别完成进粮和出粮。 所述的干燥机主体包括上绞龙、 缓苏部、 干燥部、 下本体、 装料斗, 所 述的上绞龙, 作用是将进出粮提升机中的粮食输送到缓苏部 , 上绞龙的下方 为缓苏部、 缓苏部下面为干燥部, 干燥部下方设有下本体, 下本体是干燥机 整体装置的主体部分, 下本体包括排粮机构、 下绞龙, 作用是将下本体内的 粮食再次送入进出粮提升机中, 以此完成一个干燥循环, 完成一个干燥循环 后待干燥粮食通过装料斗再次进入进出粮提升 机内, 进入下一个循环干燥过 程。

称重传感器组, 由安装在干燥机主体底座的若干称重传感器组 成, 实现 对干燥机内部所装谷物重量变化的检测; 温湿度传感器组包括环境温湿度、 粮食温度、 热介质温度等检测传感器; 信号检测与转换单元, 将检测到的总 重、 温湿度等信号放大并转化为数字信号, 传输给控制单元(上位机); 控制 单元主要接受系统相关传感器的信号, 对信号进行判断和分析后, 对干燥机 实施水分在线控制。 通过合理设置称重传感器, 在干燥机连续工作状态, 不 需停止任何干燥机部件运转, 能够准确的测量各种重量参数, 实现干燥效果 的精确控制。

所述称重传感器组与干燥机整体装置的连接采 用两种连接方式:

1 )半支撑结构: 称重传感器组安装在干燥机底座的支脚下, 干燥机主体 包含谷物的重量落在传感器上, 而进出粮提升机与干燥机主体通过铰连方式 连接, 热风炉、 引风机通过风管软性接头与干燥机主体连接, 这样避免提升 机、 热风炉、 引风机的连接、 震动和质量影响称重传感器的检测;

2 )全支撑结构: 称重传感器组与干燥机通过一个连接底板相互 连接, 连 接底板之上安装干燥机主体和进出粮提升机, 热风炉、 引风机仍然通过风管 软性接头与干燥机主体连接。

作为进一步的优选, 所述的干燥机称重传感器组是由若干个称重传 感器 组成的, 置于干燥机主体的下本体的支脚下或者连接底 板下。

作为进一步的优选, 圆环形隔离垫设置在轮辐弹性体上面, 整个传感器 是轮辐式结构, 称重传感器中心部位加工为一个轮毂。 轮毂的外侧沿圆周方 向加工有环状凹槽, 在环状凹槽内均布加工有 8个小通孔, 电阻应变片分布 在小通孔的内部。 有益效果:

1、 本发明通过对干燥机及其内部谷物总重量的检 测, 来检测干燥过程中 谷物水分的变化, 并实现对谷物水分的在线控制, 替代了传统的电阻法和电 容法。 克服了电阻法和电容法的温湿度敏感性; 提高了水分在线检测的精度 和稳定性; 扩大了水分在线检测的测量域。 电阻法和电容法在谷物的低水分 域(13%〜18%)的检测精度勉强达到 ± 0. 5%、 稳定度在 80%左右,而称重法在全 水分域(13%〜35%)能够达到可以轻松达 ± 0. 5%、 稳定度在 80%。

2、 本发明为了避免附属设备的连接、 质量等对检测的应用, 利用谷物循 环干燥机结构和作业的特点, 将称重传感器组与干燥机主体及附属部件进行 铰接和软性接头连接, 或将附属设备全部置于称重传感器组之上。 提高了干 燥机的工作效率, 使干燥机连续工作, 有效的解决干燥机部件振动对称重的 影响。

3、 本发明由于在水分检测全域的精度优于 ± 0. 5%, 能够保证提供的系统 和方法, 对干燥过程实施目标控制、 限速控制和等速控制, 不仅提高了干燥 机的自动化程度, 而且能够实现节能干燥和保质干燥, 有助于提升我国干燥 装备的自动化智能化技术水平, 并超过日本、 加拿大等技术先进国家。

4、 本发明提供的谷物循环干燥水分在线控制系统 具有结构简单、 安装方 便、 操作简单、 抗干扰能力强、 环境适应性好等优点、 适合玉米、 水稻、 小 麦等作物的循环干燥作业, 避免现有技术的主要缺陷。

附图说明

图 1是本发明方法的示意图。

图 2是本发明系统结构框图。

图 3是本发明第一实施例的干燥机结构示意图。

图 4是本发明图 3所示干燥机主体及进出粮提升机结构示意图

图 5是本发明图 3中 A处干燥机主体与提升机铰连接方式结构示意 。 图 6是本发明称重传感器俯视结构示意图。 图 7是本发明称重传感器局部剖面图。

图 8是本发明称重传感器桥路连接、 信号检测与转换、 控制与显示流程图。 图 9是本发明控制显示单元外形图。

图 10是本发明方法模式一的控制框图。

图 11是本发明方法模式一的水分变化曲线示意图

图 12是本发明方法模式二的控制框图。

图 13是本发明方法模式二的水分变化曲线示意图

图 14是本发明第二实施例的干燥机结构示意图。

图 15是本发明第三实施例的干燥机结构示意图。

图 16是本发明第四实施例的干燥机结构示意图。

具体实施方式:

结合具体实施例对本发明谷物干燥机水分在线 测控方法做进一步说明。 以重量为 8吨, 初始水分为 26%的待干燥水稻为例。

如图 1, 本发明所述谷物干燥机水分在线测控方法包括 以下步骤: 作业初始化: 向干燥机的控制显示单元内输入和存储待干燥 水稻的初始 水分值 M。= 26%, 目标水分值 Μ τ = 14%、 热介质温度 50°C、 降水速率上限 (作 为一种优选, 降水速率 V不超过 2. 5%) , 干燥作业方式 (等温干燥方式或等 速干燥方式); 检测皮重: 在干燥机内部无粮的状态下、 利用干燥机下部安装的称重传 感器组检测到电信号, 称重传感器组连接信号检测与转换单元, 信号检测与 转换单元将电信号转换为重量信号,信号检测 与转换单元连接控制显示单元, 由控制显示单元检测、 读取和存储皮重, 所检测的皮重为 1. 8吨。 装粮并测初始总重量 W。: 启动干燥机进粮装置, 向干燥机内输送待干燥 高水分水稻, 干燥及内部装有料位传感器, 输送过程中料位传感器对粮食高 度进行控制, 未达到设定高度, 继续输送, 达到设定高度后, 进粮装置停止 输送。 然后通过控制与显示单元检测、 读取和存储初始总重量 W。为 9.8吨; 启动循环干燥作业: 依次启动上搅龙、 提升机、 下搅龙、 排粮机构、 燃 烧器开始循环干燥作业使干燥机内部的谷物循 环起来, 同时燃烧器循环干燥 提供所需热介质以进行烘干, 热介质温度为 50°C。

监测循环干燥过程: 通过控制与显示单元不断检测、 读取和存储实时总 重量 ^, 并根据下述公式进行内部运算最终显示出待干 燥谷物实时水分值 .

(i时刻平均水分值)。

M _ (W 0 -W b )xM 0 -(W 0 -W i )

其中, w。为干燥初始总重量, 为干燥机主体质量 (皮重), 为干燥 过程中 i时刻总重量, M。为初始水分, M ; 为干燥过程中 i时刻干燥机内部粮 食平均水分;

用一定时间间隔的 2次计算水分值之差除以时间间隔长度, 求出单位时 间的降水幅度, 即降水速率 V 。

V = AM

At 其中 Δ 为一定时间间隔的 2次计算水分值之差, Δ为时间间隔长度。 控制循环干燥过程: 有两种循环干燥方式可供选择。 当选择等温控制方 式时, 使提供的热介质温度保持在一定温度, 并且保持温度在 ±3°C范围内; 作为一种优选, 设定温度 50°C ; 当选择限速控制方式时, 调节热介质温度使 实时降水速率控制设定值 2.5%以内。

当谷物实时水分值 M ; 尚未进入围绕目标水分值 14%适当波动值范围 (如 ±0.5%) 时, 返回监测循环干燥过程; 当谷物实时水分值 M ; 进入围绕目 标水分值 14%适当波动值范围 (如 ±0.5%) 时, 停止热介质供给; 然后将干 燥机内部的粮食全部排出,结束循环干燥作业 的一个批次。 第一实施例

参见图 2和图 3, 是基于本发明方法一种基于总重检测的谷物循 环干燥水 分在线测控系统案例,但不限于此案例,该系 统包括干燥机主体 1,排风道 2, 引风机 3, 燃烧器 4, 进出粮提升机 5, 称重传感器组 6, 信号检测与转换单 元 7, 控制显示单元 8、 温湿度探头组 9、 料位指示器 10。 作业中, 将待干燥 谷物装入干燥主体 1内, 干燥机称重传感器组 6分布于干燥机主体 1之下, 称重传感器组 6与信号检测与转换单元 7连接在一起, 信号检测与转换单元 7与控制显示单元 8相连接。 上述干燥机主体 1, 排风道 2, 引风机 3, 燃烧 器 4, 进出粮提升机 5、 称重传感器组 6, 信号检测与转换单元 7, 控制显示 单元 8、 温湿度探头组 9、 料位指示器 10就构成了整个基于谷物总重检测的 循环干燥水分在线测控系统。

参见图 4, 干燥机主体 1包括上绞龙 11、 缓苏部 12、 干燥部 13、 下本体 14、 装料斗 17。上绞龙 11的作用是将进出粮提升机 5中的粮食输送到缓苏部 11。上 绞龙 11的下方为缓苏部 12、 缓苏部 12下面为干燥部 13, 干燥部 13下方设有下 本体 14, 下本体 14是干燥机整体装置的主体部分。下本体 14包括排粮机构 15、 下绞龙 16, 作用是将下本体 14内的粮食再次送入进出粮提升机 5中, 以此完成 一个干燥循环。 完成一个干燥循环后待干燥粮食通过装料斗 17再次进入进出 粮提升机 5内, 进入下一个循环干燥过程。

如图 2与图 5, A处为铰连接的形式, 即干燥机主体 1与进出粮提升机 5采用铰连接的形式, 以避免进出粮提升机 5工作时震动对干燥机主体 1之 下的称重传感器组 6产生影响。 在铰连接的内部结构中, 连接板 18将干燥 机主体 1与进出粮提升机 5的内卡 19通过螺栓固定在一起, 内卡 19具有突 出的片, 片上具有多个孔, 用于和连接板 18连接, 将进出粮提升机 5的横 向位置固定, 连接板 18连接不同的孔, 使干燥机主体 1与进出粮提升机 5 之间间隙可调节。 内卡 19和外卡 20扣合, 通过螺栓连接固定在进出粮提升 机 5上, 而内卡 19和外卡 20的沿着进出粮提升机 5纵向位置可调节, 用于 固定进出粮提升机 5的不同位置。

如图 2至图 4, 引风机 3与干燥机主体 1的下本体 14采用软连接形式连 接。 即引风机 3与排风道 2通过软性接头(如高温防火硅胶布、 橡胶软接头 等)连接在一起。这样实施后,通过进出粮提 升机 5与干燥机主体 1的铰接, 引风机 3通过软性接头与干燥机主体 1的连接, 可以避免引风机 3、 进出粮 提升机 5的连接和质量影响称重传感器组 6的检测。这里燃烧器 4是内置的, 也可采用外置燃烧器 4替代,替代时干燥热介质也必须通过风管和 性接头 与干燥机主体 1的下本体 14相连接。

如图 2至图 4, 干燥机主体 1, 排风道 2, 引风机 3, 燃烧器 4, 进出粮 提升机 5工作时, 谷物在装料斗 17中经进出粮提升机 5将谷物从下向上输 送到干燥机主体 1的上顶部, 经进上绞龙 11将送来的谷物均匀撒入干燥机 主体 1内, 谷物靠重力向下分别经过缓苏部 12和干燥部 13到达下本体 14, 下本体 14设有六叶轮排粮机构 15 (现有技术存在一种常用的排粮机构), 排粮速度受排粮机构 15来控制。 干燥机主体 1 的一侧装燃烧器 4, 产生热 介质(作为一种优选为高温空气)来干燥谷物 。 适当温度的热介质经下本体 14进入干燥部 13对谷物进行干燥, 将干燥后的潮湿热介质通过引风机 3抽 取经排风道 2排出。 谷物经过一次干燥后, 排入下本体 14内底部的下绞龙 16, 下绞龙 16将谷物排出干燥机主体 1并进入进出粮提升机 5, 谷物通过 进出粮提升机 5再次进入干燥机主体 1 内继续干燥, 从而形成干燥-缓苏- 干燥-缓苏的循环干燥过程。 循环干燥过程中, 粮食水分蒸发, 重量减轻, 重量的变化令干燥机称重传感器组 6测量值发生变化。循环干燥的时间或循 环干燥的循环次数, 取决于粮食的初始水分、 热介质的温度、 以及最终目标 水分。

如图 3、 图 6和图 7所示, 所述的干燥机称重传感器组 6是由若干个称 重传感器组成的, 置于干燥机主体 1的下本体 13的支脚下。 称重传感器组 6以采用原理、 结构、 尺寸、 材质、 量程和精度均相同的 4支以上的称重传 感器组成。 这里采用称重传感器包括圆环形隔离垫 21、 电阻应变片 22、 通 孔 23、 小通孔 24、 轮辐弹性体 25。 其中, 圆环形隔离垫 21设置在轮辐弹 性体 25上面, 加入圆环形隔离垫 21的目的是为了避免灰尘、 雨雪等杂质填 塞检测仪与干燥机的缝隙, 影响测量精度, 损害仪器。 整个传感器是轮辐式 结构, 称重传感器中心部位加工为一个轮毂。 轮毂部位呈凸台状, 在轮毂中 心轴向开有通孔 23。 轮毂的外侧沿圆周方向加工有环状凹槽, 在环状凹槽 内均布加工有 8个小通孔 24, 形成 8个均布的轮辐, 电阻应变片 22分布在 小通孔 24的内部、 粘贴在轮辐弹性体 25的侧壁。 轮辐外侧为轮箍, 外加载 荷作用于轮毂的顶部和轮箍的底部轮辐承受剪 切力, 通过该力间接测量载 荷。

如图 2、 图 3、 图 7和图 8所示, 当干燥机主体 1 内粮食水分变化引起 重量变化时, 轮辐弹性体 25承受剪切力产生形变, 此时粘贴在轮辐弹性体 25侧壁的电阻式应变片 22亦产生形变, 阻值发生变化, 经过电桥电路转化 为电压信号, 电压信号传输给信号转换和检测单元 7。

如图 8所示: 所述信号检测和转换单元 7将电压信号收集与转换。该单元 由放大滤波线路、 模数转换电路、 看门狗线路、 MCU信号处理器、 RS485串行 通讯线路构成。 信号检测和转换单元 7实施中可采用长春吉大科学仪器设备 有限公司生产的水分检测仪 JDAI-III型水分检测器。

本电路的设计是这样的, 将放大滤波线路前置, 以此消除噪声、 放大信 号。再与模数转换线路相连接, 负责将模拟信号转化为可被上位机接收的数 字信号。 再将 MCU信号处理电路与模数转换线路相连, 负责处理所接受的数 字信号。 看门狗线路与 MCU线路相连接, 防止程序的锁死、 丢失等现象。 最 后将处理好的信号通过 RS485串行通讯线路与控制显示单元 7相连接。

其中电压信号经过滤波放大线路以后, 滤除了噪声, 消除了干扰信号, 信号值放大。 滤波放大处理的电压信号仍属于模拟量, 还不能被上位机所接 收, 此时要将信号经过模数转换线路转换为可被上 位机接收的数字信号。 数 字信号经过 MCU信号处理线路进行运算。 MCU信号处理线路即单片机信号处理 电路。 可以通过运算建立起重量变化值一电压信号一 数字信号一水分含量之 间的关系。 此外, 温湿度探测头组 9将环境温湿度、 干燥机主体 1内的温湿度 信号传输给 MCU信号处理线路。温湿度探测头组 9可采用赛斯特 ST800温湿度探 头组。将料位指示器 10信号与信号检测与转换单元 7相连接, 以判断干燥机主 体 1内粮食的高度, 以此控制进出粮提升机 5的运行。 料位指示器 10可采用岚 熠 CX— 11B型料位指示器。

在 MCU系统运行的时候, 偶尔会有诸如程序跑失、 存储失效、 外部干扰 或者操作不正确等一些现象, 造成系统进入死循环而无法正常工作。需增加 看门狗电路,看门狗线路的基本功能是在软件 运行发生问题和程序紊乱后使 程序初始化。这样就可以在系统遇到诸如此类 干扰的时候立刻进行复位, 这 样就很大程度上完善了机器自身的工作稳定性 。这时,再将数字化、稳定的、 经过运算的信号传输给控制与显示单元 8。

所述的控制显示单元如图 8和图 9。 控制显示单元 8可采用长春吉大科 学仪器设备有限公司生产的 JDAI- II型水分传感控制显示器。

控制显示单元 8通过 "设置"按键进入手动或自动模式控制燃烧器 4与排 粮机构 15, 通过 "品种"键来选择谷物种类, 诸如玉米, 水稻等。 通过 "存 储"键来设定期望的水分值。 经过运算处理的信号传输给控制显示单元 8。在 面板上显示实时的水分值, 并以此实现对水分的检测与控制, 使谷物达到水 分的目标值。

综上所述, 通过对基于谷物总重水分检测的循环测控系统 的操控完成了 基于谷物总重水分检测的循环测控方法的实现 。

如图 10、 图 11、 图 12和图 13, 本发明谷物干燥机水分在线测控方法, 有 等温干燥或限速干燥两种模式, 来使谷物达到水分的目标值。

模式一: 等温控制 (等介质温度)。 等温控制粮食循环干燥过程图 10、 图 11所示。所示在循环干燥作业中, 设定和控制热介质温度不变。在干燥初 始阶段, 粮食的含水率较高, 水分扩散速度较快, 水分下降速率也较快, 粮 食的温度显著低于介质温度。 随干燥过程的进行, 粮食的水分下降逐步变慢, 粮食的总重下降的也变缓, 粮食的温度逐步升高, 趋向介质温度。 在此过程 中, 控制显示单元自动将设定目标水分 (总重) 与实测水分 (总重) 比较, 其差值小于 0. 5%水分后, 控制循环干燥机停止干燥。

模式二: 等速控制(等降水速率)。 等速变温控制粮食循环干燥过程如图 12、 图 13所示。 为了克服等温干燥过程存在的开始降水快, 后期降水慢, 导 致的谷物品质下降, 本发明提供了等速变温控制, 即通过不断调节介质温度, 使单位时间内谷物水分降低的数值相同或单位 时间内干燥机总重 (含谷物) 的质量减少相同。 同样此过程中控制显示单元自动将设定目标水 分 (总重) 与实测水分 (总重) 比较, 其差值小于 0. 5%水分后, 控制循环干燥机停止干 燥。

所述等速控制属于开关量控制, 在谷物总重或水分、 谷物温度、 热介质 温湿度、 环境温湿度的基础上, 进行逻辑判断和模型预测分析, 控制热介质 的温度和排粮速度, 使谷物的降水速度维持或低于某一个数值 (如使稻谷的 降水速度维持在 0. 8%, 玉米的降水速度低于 2. 5%), 直至达到安全水分。 等 速控制和限速控制的控制策略采用经典 PID方法或采用预测控制方法 (模型 预测水分变化和 PID控制相结合)。

第二实施例

干燥机称重传感器组 6测量的各种重量参数对干燥效果至关重要, 干燥 机称重传感器组 6和干燥机的连接方式的好坏直接影响到测量 果。

参见图 14, 本实施例中, 本发明的基于总重检测的谷物循环干燥水分在 线测控系统是在实施例 1 的基础上的变化, 相同之处不再重复, 不同之处在 于, 干燥机主体 1和进出粮提升 5采用全支撑的方式与干燥机称重传感器组 6相连接, 全支撑方式即干燥机主体 1、 进出粮提升机 5等安装在连接底板 26之上, 而干燥机称重传感器组 6安装在连接底板 26之下。 第三实施例

参见图 15, 本发明的基于总重检测的谷物循环干燥水分在 线测控系统是 在实施例 1的基础上的变化, 相同之处不再重复, 不同之处在于, 干燥部 13 采取双干燥部模式, 将干燥部 13 由一个变为两个。 取消上绞龙 11, 增加进 粮溜管 27与缓冲器 28, 进出粮提升机 5内的粮食通过进粮溜管 27与缓冲器 28进入缓苏部 12。

第四实施例

参见图 16, 本发明的基于总重检测的谷物循环干燥水分在 线测控系统是 在实施例 1 的基础上的变化, 相同之处不再重复。 不同之处在于, 采用半支 撑的连接方式。 即取消连接底板 26, 直接将干燥机总重 (含谷物) 称重传感 器组 6安装在下本体 14的支脚下。半支撑结构: 称重传感器组安装在干燥机 底座的支脚下, 干燥机主体包含谷物的重量落在传感器上, 而进出粮提升机 与干燥机主体通过铰连方式连接, 热风炉、 引风机通过风管软性接头与干燥 机主体连接, 这样避免提升机、 热风炉、 引风机的连接、 震动和质量影响称 重传感器的检测。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的 普通技术人员能理解和应 用本发明。 熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些 实施例做出各种修 改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施 例中而不必经过创造性的劳动。 因此, 本发明不限于这里的实施例, 本领域技术人员根据本发明的揭示, 不 脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在 本发明的保护范围之内。

工业实用性

本发明通过对干燥机及其内部谷物总重量的检 测, 来检测干燥过程中谷 物水分的变化, 并实现对谷物水分的在线控制, 具有效果良好的工业实用性。