CN104555477B - 一种粮食自动入仓系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种粮食自动入仓系统及方法。本发明采用基于微波的水分在线检测技术和基于可编程控制器（Programmable Logic Controller,PLC）的自动分流控制技术，实时给出入仓粮食的水分含量，并与系统给定水分含量临界值比较，对于水分含量值满足入仓需求的粮食准予入库，而水分含量值超过临界值的粮食则改由其他支路，退出入仓路径。该系统/方法的引入，从技术手段上一定程度可剔除高水分粮入仓的可能性，可有效避免入仓粮食的霉变，杜绝粮食浪费；同时自动分流系统精细化操作流程，提高自动化作业能力，节约成本，具有明显的经济效益。

Description

一种粮食自动入仓系统及方法

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，涉及粮食入仓过程中的一种集水分含量在线检测及超标粮食自动分流功能的粮食自动入仓系统及方法。

背景技术

粮食入仓前的准备工作包括清理杂质、降水处理、水分检测、空仓消毒等；收获粮食时，在脱粒过程不可避免的要夹带一些秸秆、草粒、沙土等杂质，这些杂质会影响粮食的质量，在粮食储藏中也容易吸潮，从而引发粮食的霉变。粮食收获后水分含量很高，直接储藏也会产生霉变。

在大型储备粮库中,收购的稻谷因水分含量过大而会造成储量的霉变。目前稻谷进仓之前主要是人工抽包检测,对水分很难控制,只有当所抽的包湿度过大,影响到谷物的外观和气味时才能检测出来。现代粮食物流，已经从包装粮转变为散粮运输，如何从入仓粮食流中利用检测仪器在粮食进库前,检测出在线运输粮食的水分含量,把不合格的粮食挡在仓库门外，以便提高储粮质量，这是粮食储备中备受关注的重要课题。

粮食入仓前，由于收购批次不同、烘干不一致性等造成待入仓粮食的水分含量不均匀，特别是收购的大批量粮食，现行的抽样检测方式存在随机性和区域性，缺乏有效的技术手段检测粮堆内部粮食的水分含量。当粮堆内混入大水分含量的粮食时，由于检测方法的局限性，很难把高水分粮食剔除，这部分粮食入仓后，就存在霉变隐患。入仓前，有必要对小流量粮食进行水分检测。当检测到的粮食水分含量较高时，目前缺乏一种能把入仓不合格粮食与合格粮食自动分开的技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种入仓前能将不合格粮食与合格粮食自动分开的粮食自动入仓系统。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：一种粮食自动入仓系统，该系统包括进料口、输送带、粮食入仓口、粮食水分在线检测单元、粮食自动分流单元、速度传感器、流出口以及工控机；粮食从所述进料口送至所述输送带上进行传输；所述粮食水分在线检测单元自动检测所述输送带上的粮食水分含量，并将检测结果上报所述工控机；所述速度传感器检测所述输送带的传送速度信息；所述工控机根据所述粮食水分含量的检测结果，结合所述速度传感采集到的速度信息，计算出所述输送带的切换时间，当所述粮食水分在线检测单元检测到当前粮食的水分含量满足入仓水分要求时，所述工控机控制所述自动分流单元切换所述输送带，使粮食流向入仓路径，从所述入仓口进入仓库，当所述粮食水分在线检测单元检测到当前粮食的水分含量高于入仓水分要求时，所述工控机控制所述自动分流单元切换所述输送带，使粮食流向流出路径，从流出口流出。

进一步的，所述粮食自动入仓系统还包括温度传感器和容重传感器，所述温度传感器、容重传感器以及速度传感器分别与所述工控机相连，所述工控机处理所述温度传感器、容重传感器所采集到的温度及容重信息，修正当前检测到的粮食水分含量值，并根据当前水分含量值及所述速度传感器采集数据，下发指令给所述粮食自动分流单元，决定当前粮食是否可入仓以及所述输送带的切换时间。

进一步的，所述输送带分为四段：第1段输送带位于所述进料口与所述粮食自动分流单元之间；第2段输送带位于所述粮食自动分流单元与所述入仓口之间；第3段输送带位于所述粮食自动分流单元与所述流出口之间；第4段输送带介于所述第1段输送带与所述第2段输送带之间、介于所述第1段输送带与所述第3段输送带之间，所述第4段输送带的一端与所述第1段输送带连接。

进一步的，所述输送带的切换是指对所述第4段输送带的切换。

进一步的，所述输送带的切换具体包括：计算出所述第4段输送带的切换时间，当所述粮食水分在线检测单元检测到当前粮食的水分含量满足入仓水分要求时，所述第4段输送带的另一端与所述第2段输送带无缝连接，粮食流向入仓路径；当所述粮食水分在线检测单元检测到当前粮食的水分含量高于入仓水分要求时，所述第4段输送带的另一端与所述第3段输送带无缝连接，粮食流向流出路径。

进一步的，所述粮食水分在线检测单元基于微波反射技术，通过分析返回信号的能量及相位变化，间接反应出所测粮食的水分含量。

进一步的，所述粮食水分在线检测单元包括发射/接收天线、发射/接收单元、控制处理单元以及数据I/O单元，所述数据I/O单元与所述工控机连接，用于上传水分含量数据及接收所述工控机指令。

进一步的，所述粮食自动分流单元包括：PLC控制组件、传动装置及执行机构，其中所述传动装置采用气动、液动、电气、机械、气液联合、电液联合等方式中的一种或几种实现传动，所述执行机构采用限位开关或继电器实现。

进一步的，当前粮食的水分含量超过限定值时，所述PLC控制组件驱动所述执行机构控制所述输送带)的开启，水分含量超过限定值的粮食由流出支路退出入仓过程。

本发明还提供了一种粮食自动入仓系统执行粮食入仓的方法，所述系统包括进料口、输送带、粮食水分在线检测单元、粮食自动分流单元、温度传感器、容重传感器、速度传感器、入仓口、流出口以及工控机，所述方法包括如下步骤：输送带运转，粮食从进料口进入；粮食水分在线检测单元在线检测入仓粮食的水分含量，并将检测结果上报工控机；速度传感器检测输送带的输送速度；对输送的粮食进行自动分流，所述工控机将上述粮食的水分含量检测结果与预先设定的入仓阈值进行比较，并根据所检测的所述输送带的输送速度计算该输送带的切换时间；当粮食的水分含量满足入仓水分要求时，所述工控机控制所述自动分流单元切换所述输送带至入仓路径，当粮食的水分含量高于入仓水分要求时，所述工控机控制所述自动分流单元切换所述输送带至流出路径。

进一步的，还包括如下步骤：采集输送带上的粮食温度信息以及容重信息，并反馈至工控机，工控机根据温度信息和容重信息修正当前检测到的粮食水分含量值，并根据当前水分含量值采集到的输送带输送速度数据，下发指令决定当前粮食是否可入仓以及输送带的切换时间。

进一步的，所述入仓粮食水分在线检测基于微波反射技术，通过分析返回信号的能量及相位变化，间接反应出所测粮食的水分含量。

进一步的，所述粮食自动分流基于PLC自动分流控制技术。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例给出的一种粮食自动入仓系统，集成了基于微波的水分在线检测技术和基于PLC的自动分流控制技术，对于满足入仓需求的粮食则准予入仓，而不满足入仓需求的粮食则改路，退出入仓路径，有效地避免了由于水分含量较高而引起粮食霉变等浪费现象的发生，有利于粮仓粮食的安全储藏。该系统在满足粮食入仓的特定需求的同时，简化了设计流程，一定程度避免入仓粮食的霉变，杜绝粮食浪费，自动分流系统精细化操作流程，提高自动化作业能力，节约成

本，具有明显的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种粮食自动入仓系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种入仓粮食水分在线检测单元结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种粮食自动分流单元结构示意图；

图4为发明实施例提供的一种粮食自动入仓流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的实施方式提出了一种粮食自动入仓系统，该系统适用于粮食入仓环节，可自动检测输送带所传输粮食的水分含量，对不适合入仓的粮食颗粒可自动更改输送方向。

如附图1所示，一种粮食自动入仓系统包括进料口1、输送带、粮食水分在线检测单元3、粮食自动分流单元4、温度传感器5、容重传感器6、速度传感器7、入仓口8、流出口9和工控机10，粮食从进料口1送至输送带上进行传输，其中，输送带分为四段：输送带21位于进料口1与粮食自动分流单元4之间；输送带22位于粮食自动分流单元4与入仓口8之间；输送带23位于粮食自动分流单元4与流出口9之间；输送带24介于输送带21与输送带22之间、介于输送带21与输送带23之间，且输送带24的一端与输送带21连接，另一端根据需要在输送带22与输送带23之间切换。

粮食水分在线检测单元3自动检测输送带上的粮食水分含量，并将检测结果上报工控机10，速度传感器7检测输送带的输送速度信息，工控机10根据粮食水分含量检测结果，结合速度传感7采集到的速度信息，计算出输送带24的切换时间，当粮食水分在线检测单元3检测到当前粮食的水分含量满足入仓水分要求时，输送带24的另一端与输送带22无缝连接，粮食流向入仓路径，从入仓口8进入仓库；当粮食水分在线检测单元3检测到当前粮食的水分含量高于入仓水分要求时，输送带24的另一端与输送带23无缝连接，粮食流向流出路径，从流出口9流出。

温度传感器5、容重传感器6、速度传感器7分别与工控机10相连，工控机10处理温度传感器5、容重传感器6所采集到的温度及容重信息，修正当前检测到的粮食水分含量值，并根据当前水分含量值及速度传感器7采集数据，下发指令给粮食自动分流单元4，决定当前粮食是否可入仓，及输送带24的切换时间。

如附图2所示，粮食水分在线检测单元3由发射/接收天线31、发射/接收单元32、控制处理单元33以及数据输入/输出单元（I/O单元）34组成。数据输入/输出单元34与工控机10连接，上传水分含量等数据信息以及接收工控机10发来的指令。

为了减少输送带对电磁信号的干扰，水分在线检测单元3安装时，发射/接收天线31安装于输送带上方正中位置，天线端口应与粮食流表面平行，贴近粮层表面。

所述入仓粮食水分在线检测单元3基于微波反射技术，通过分析返回信号的能量及相位变化，间接反应出所测粮食的水分含量。

微波法测量粮食水分，被测物的介电常数起到了桥梁的作用：一方面穿透被测物料的微波的两个参量（衰减A和相位移φ）与物料的介电常数有关；另一方面由于水的介电常数远远大于一般物质，因此被测对象的水分含量变化表现为被测对象介电常数的变化。通过介电常数可以建立衰减A和相位移φ与被测对象水分含量ψ的关系可以用下式表示：

其中，衰减A和相位移φ是测量过程中得到的微波传输参量，d是被测物料厚度，系数C和a_f则是与容重ρ相关的常量。B(T)是环境温度T的函数，λ₀为微波自由空间波长，通过观察不同温度对测量结果的影响，可以确定该函数，并在测量结果中进行温度补偿。

当有稳定粮食流流经粮食水分在线检测单元3时，检测单元3实时检测到流过天线端口的粮食水分，结合温度传感器5、容重传感器6采集到的环境信息，修正检测结果，具体修正方式可通过先期试验结果确定，可以采用现有技术中的已有修正方法，并且相同环境下同批量粮食的修正方式相同，把此环境条件下的粮食水分含量值检测结果上传至工控机10。

工控机10根据当前检测值与系统内置临界值比较，判断当前粮食是否可准予入仓，假定某地粮库规定允许粮食（如小麦）水分含量需低于14%，新近一批散粮待入库，如果检测值>14%，则工控机10对自动分流单元4下达指令，当前粮食水分含量值超标，需改由其他支路流出入仓环节；当检测值<14%时，准许粮食入仓。

如附图3所示，粮食自动分流单元4由粮食分流控制组件、传动装置42及执行机构43组成，其中粮食分流控制组件主要由PLC控制组件41组成，传动机构42采用气动、液动、电气、机械、气液联合、电液联合等方式中的一种或几种实现传动，执行机构43采用如限位开关、继电器等结构件实现。如果当前粮食的水分含量超过限定值时，工控机10会根据当前粮食流的速度计算出多长时间后不合格入仓粮食到达输送带24，并下达指令给PLC控制组件41，PLC控制组件41通过传动装置42驱动执行机构43控制输送带24的开启，输送带24与输送带23无缝连接，水分含量超过限定值的粮食由流出支路退出入仓过程；如果当前粮食的水分含量适合入仓，工控机10下达指令给PLC控制组件41，PLC控制组件41通过传动装置42驱动执行机构43控制输送带24的开启，输送带24与输送带22无缝连接，粮食由入仓路径进库。

按照本发明，粮食自动入仓系统操作如附图4所示：首先系统初始化，主要包括：确定允许入仓粮食水分含量的临界值、各传感器的安装位置、水分在线检测单元3与输送带24固定端的间距、工控机10初始化、检测及控制单元的初始化等。其中，容重传感器6需尽量靠近于水分在线检测单元3，输送带上粮食流量应较为平稳；速度传感器7位于传感器中段，尽量降低外界环境对速度传感器的影响；在线检测单元3与输送带24的间距决定了粮食自动分流单元4的执行机构43控制输送带24的切换时间，以有效分流水分含量不易入仓的粮食流。

所述粮食自动入仓的具体流程可以包括如下步骤：

1.输送带运转，粮食从进料口进入；

2.在线检测入仓粮食的水分含量；

3.检测输送带的输送速度；

4.对输送的粮食进行自动分流，工控机将上述检测结果与预先设定的入仓阈值进行比较，并根据所检测的输送带的输送速度计算输送带的切换时间；当粮食的水分含量满足入仓水分要求时，输送带切换至入仓路径，当前粮食的水分含量高于入仓水分要求时，输送带切换至流出路径；

5.采集输送带上的粮食温度信息以及容重信息，并反馈至工控机，工控机根据温度信息和容重信息修正当前检测到的粮食水分含量值，并根据当前水分含量值采集到的输送带输送速度数据，下发指令决定当前粮食是否可入仓，及输送带的切换时间。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种粮食自动入仓系统，该系统包括进料口(1)、输送带和粮食入仓口(8)，其特征在于，还包括粮食水分在线检测单元(3)、粮食自动分流单元(4)、速度传感器(7)、流出口(9)以及工控机(10)；粮食从所述进料口(1)送至所述输送带上进行传输；

所述粮食水分在线检测单元(3)自动检测所述输送带上的粮食水分含量，并将检测结果上报所述工控机；

所述速度传感器(7)检测所述输送带的传送速度信息；

所述工控机(10)根据所述粮食水分含量的检测结果，结合所述速度传感器(7)采集到的速度信息，计算出所述输送带的切换时间，当所述粮食水分在线检测单元(3)检测到当前粮食的水分含量满足入仓水分要求时，所述工控机(10)控制所述粮食自动分流单元(4)切换所述输送带，使粮食流向入仓路径，从所述入仓口(8)进入仓库，当所述粮食水分在线检测单元(3)检测到当前粮食的水分含量高于入仓水分要求时，所述工控机(10)控制所述粮食自动分流单元(4)切换所述输送带，使粮食流向流出路径，从流出口(9)流出；

所述粮食自动入仓系统还包括温度传感器(5)和容重传感器(6)，所述温度传感器(5)、容重传感器(6)以及速度传感器(7)分别与所述工控机(10)相连，所述工控机(10)处理所述温度传感器(5)、容重传感器(6)所采集到的温度及容重信息，修正当前检测到的粮食水分含量值，并根据当前水分含量值及所述速度传感器(7)采集数据，下发指令给所述粮食自动分流单元(4)，决定当前粮食是否可入仓以及所述输送带的切换时间。

2.如权利要求1所述的一种粮食自动入仓系统，其特征在于，所述输送带分为四段：第1段输送带(21)位于所述进料口(1)与所述粮食自动分流单元(4)之间；第2段输送带(22)位于所述粮食自动分流单元(4)与所述入仓口(8)之间；第3段输送带(23)位于所述粮食自动分流单元(4)与所述流出口(9)之间；第4段输送带(24)介于所述第1段输送带(21)与所述第2段输送带(22)之间、介于所述第1段输送带(21)与所述第3段输送带(23)之间，所述第4段输送带(24)的一端与所述第1段输送带(21)连接。

3.如权利要求2所述的一种粮食自动入仓系统，其特征在于，所述输送带的切换是指对所述第4段输送带的切换。

4.如权利要求3所述的一种粮食自动入仓系统，其特征在于，所述输送带的切换具体包括：计算出所述第4段输送带(24)的切换时间，当所述粮食水分在线检测单元(3)检测到当前粮食的水分含量满足入仓水分要求时，所述第4段输送带(24)的另一端与所述第2段输送带(22)无缝连接，粮食流向入仓路径；当所述粮食水分在线检测单元(3)检测到当前粮食的水分含量高于入仓水分要求时，所述第4段输送带(24)的另一端与所述第3段输送带(23)无缝连接，粮食流向流出路径。

5.如权利要求1所述的一种粮食自动入仓系统，其特征在于，所述粮食水分在线检测单元(3)基于微波反射技术，通过分析返回信号的能量及相位变化，间接反应出所测粮食的水分含量。

6.如权利要求1所述的一种粮食自动入仓系统，其特征在于，所述粮食水分在线检测单元(3)包括发射/接收天线(31)、发射/接收单元(32)、控制处理单元(33)以及数据I/O单元(34)，所述数据I/O单元(34)与所述工控机(10)连接，用于上传水分含量数据及接收所述工控机(10)指令。

7.如权利要求1所述的一种粮食自动入仓系统，其特征在于，所述粮食自动分流单元(4)包括：PLC控制组件(41)、传动装置(42)及执行机构(43)，其中所述传动装置(42)采用气动、液动、电气、机械、气液联合、电液联合方式中的一种或几种实现传动，所述执行机构(43)采用限位开关或继电器实现。

8.如权利要求7所述的一种粮食自动入仓系统，其特征在于，当前粮食的水分含量超过限定值时，所述PLC控制组件(41)驱动所述执行机构(43)控制所述输送带的开启，水分含量超过限定值的粮食由流出支路退出入仓过程。

9.一种粮食自动入仓系统执行粮食入仓的方法，所述系统包括进料口(1)、输送带、粮食水分在线检测单元(3)、粮食自动分流单元(4)、温度传感器(5)、容重传感器(6)、速度传感器(7)、入仓口(8)、流出口(9)以及工控机(10)，所述方法包括如下步骤：

所述输送带运转，粮食从所述进料口进入；

所述粮食水分在线检测单元(3)在线检测入仓粮食的水分含量，并将检测结果上报工控机(10)；

所述速度传感器(7)检测所述输送带的输送速度；对输送的粮食进行自动分流，所述工控机(10)将上述粮食的水分含量检测结果与预先设定的入仓阈值进行比较，并根据所检测的所述输送带的输送速度计算该输送带的切换时间；当粮食的水分含量满足入仓水分要求时，所述工控机控制所述粮食自动分流单元(4)切换所述输送带至入仓路径，当粮食的水分含量高于入仓水分要求时，所述工控机控制所述粮食自动分流单元(4)切换所述输送带至流出路径；

采集输送带上的粮食温度信息以及容重信息，并反馈至工控机(10)，工控机(10)根据温度信息和容重信息修正当前检测到的粮食水分含量值，并根据当前水分含量值采集到的输送带输送速度数据，下发指令决定当前粮食是否可入仓以及输送带的切换时间。

10.如权利要求9所述的粮食入仓方法，其特征在于，所述输送带分为四段：第1段输送带(21)位于所述进料口(1)与所述粮食自动分流单元(4)之间；第2段输送带(22)位于所述粮食自动分流单元(4)与所述入仓口(8)之间；第3段输送带(23)位于所述粮食自动分流单元(4)与所述流出口(9)之间；第4段输送带(24)介于所述第1段输送带(21)与所述第2段输送带(22)之间、介于所述第1段输送带(21)与所述第3段输送带(23)之间，所述第4段输送带(24)的一端与所述第1段输送带(21)连接。

11.如权利要求10所述的粮食入仓方法，其特征在于，所述切换输送带是指对所述第4段输送带的切换。

12.如权利要求11所述的粮食入仓方法，其特征在于，所述输送带的切换具体包括：计算出所述第4段输送带(24)的切换时间，当所述粮食水分在线检测单元(3)检测到当前粮食的水分含量满足入仓水分要求时，所述第4段输送带(24)的另一端与所述第2段输送带(22)无缝连接，粮食流向入仓路径；当所述粮食水分在线检测单元(3)检测到当前粮食的水分含量高于入仓水分要求时，所述第4段输送带(24)的另一端与所述第3段输送带(23)无缝连接，粮食流向流出路径。

13.如权利要求9所述的粮食入仓方法，其特征在于，所述入仓粮食水分在线检测基于微波反射技术，通过分析返回信号的能量及相位变化，间接反应出所测粮食的水分含量。

14.如权利要求9所述的粮食入仓方法，其特征在于，所述对输送的粮食进行自动分流基于PLC自动分流控制技术。