CN105300093A - 基于双仓质流法的连续谷物干燥水分在线测控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双仓质流法的连续式谷物干燥水分在线测控方法及其系统，用称重传感器实时检测塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓内谷物实时重量，计算谷物经干燥后的实时水分含量；还提供一种双仓质流法的谷物干燥水分的时间调控方法，实时调控干燥机干燥时间，通过若干步小幅度调整，控制干燥后实际谷物水分与目标水分在误差范围内。本发明具有可准确计算干燥后谷物的水分含量的优点，还可精准控制的谷物干燥过程，控制干燥后谷物水分与目标水分在误差范围内，同时避免单次调整幅度过大造成调节过度。

Description

基于双仓质流法的连续谷物干燥水分在线测控方法及系统

技术领域

本发明涉及一种谷物干燥机水分在线测控方法，特别涉及一种基于双仓质流法的连续式谷物干燥水分在线测控方法、一种基于双仓质流法的谷物干燥水分的时间调控方法和一种使用该方法的系统。

背景技术

粮食干燥的基本目标是保持干燥过程稳定的前提下，以最低的干燥成本和能耗去除粮食中的水分。因此，粮食干燥过程中水分的在线测控对粮食干燥工作至关重要。

传统的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。但检测受温湿度影响，稳定性差，控制精度不高。近年来，国内出现了采用总重法进行水分在线检测和控制的新研究和新产品。

在先申请的“一种连续式谷物干燥过程水分在线检测方法”专利号CN103808591A，该专利涉及一种连续式谷物干燥机的基于总重检测的水分在线检测方法，该方法利用水分和容重的关系计算水分，该方法基于重量检测方法具有精度高和稳定性好等优点。但该方法只能计算干燥过程中干燥机内粮食的平均水分，而不能直接得出出口水分，出口水分需要用干燥模型推算，造成一定的误差。而且该方法通过采用激光或阻旋式料位传感器测量干燥机内部谷物的实时料位变化，计算对应的体积，受谷物料堆形状不确定等因素影响，体积计算不准确，也会导致水分计算出现偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种计算经干燥后谷物的实时水分的方法，通过称重传感器实时监测塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓的重量，避免安装在干燥机上的称重传感器因振动而引起测量误差，能够提高干燥机出口水分的计算精度。

本发明还有一个目的提供一种可调控干燥机干燥时间的方法，通过小步慢调的方法调整干燥时间，即通过若干步小幅度调整，控制干燥后实际谷物水分与目标水分在误差范围内，避免单次调整幅度过大造成调节过度。

本发明还有一个目的提供一种干燥系统，在干燥机主体上设置塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓，提高系统对谷物干燥水分的控制。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于双仓质流法的连续式谷物干燥水分在线测控方法，包括以下步骤：

步骤一，塔前湿粮储粮仓向干燥机进粮，经空闲时间Δζ_ai的干燥作业，干燥后的谷物排粮入干粮暂储仓，称重传感器实时测量湿粮储粮仓和干粮暂储仓下的重量，计算第i个周期的进粮质量W_1i：

W_1i＝QWH_i-QWL_i

其中，QWH_i为湿粮储粮仓第i次排粮前高料位质量；QWL_i为湿粮储粮仓经第i次排粮及稳定时间后低料位质量；

步骤二：计算第i个周期的排粮质量W_2i：

W_2i＝HWH_i-HWL_i

其中，HWL_i为干粮暂储仓第i次进粮之前低料位质量；HWH_i为干粮暂储仓第i次进粮及稳定时间后高料位质量；

步骤三，计算干燥机第i次排粮水分M_2i：

$M_{2i}=1-\frac{W_{1i}(1-M_{1i})}{W_{2i}}$

其中，M_1i为第i次进入干燥机的粮食水分。

优选的是，其中，所述从塔前湿粮储粮仓对干燥机进粮，经过进粮及稳定时间Δζ_1i后停止进粮；启动干燥机进行干燥，经空闲时间Δζ_ai后停止；干燥机排粮入干粮暂储仓，经排粮及排粮稳定时间Δζ_2i后停止，此时完成一个干燥周期Δζ_i，进粮与排粮间歇交替进行。

优选的是，其中，所述干燥周期Δζ_i的计算公式为：

Δζ_i＝Δζ_1i+Δζ_2i+Δζ_ai

其中，Δζ_i为干燥机的第i个干燥周期。

优选的是，其中，所述干燥机采用双限料位间歇排粮的作业方式，手动或自动启动干燥机进粮，向干燥机内输送待干燥高水分谷物，当干燥机内谷物达到上料位传感器位置，自动停止进粮；当干燥机内谷物低于下料位传感器位置，再次启动进粮装置。

本发明的目的还可通过一种基于双仓质流法的谷物干燥水分的时间调控方法来实现，包括以下步骤：

步骤一，计算前i个干燥周期中m个干燥周期排粮水分滚动累加平均MB_2i；

${\mathrm{MB}}_{2i}=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}(M_{2j}/m)$

其中，m为滚动累加次数；M_2j为干燥机第j次排粮水分；

步骤二，当|MB_2i-M_T|＞δ时，计算下一周期即i+1次周期的最大调整时间Δ_large：

$\mathrm{\Δ}l\arg e=(\frac{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{QWH}}_j-{\mathrm{QWL}}_j)\×(1-\frac{1}{1-M_T}\×(1-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(M_{1j}/m)\left)\right)}{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{QWH}}_j-{\mathrm{QWL}}_j)-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{HWH}}_j-{\mathrm{HWL}}_j)}-1)\×\frac{{\mathrm{\Δ\ζB}}_i}{m}$

其中，ΔζB_i为前i个干燥周期中m个干燥周期的干燥时间滚动累加；M_T为目标水分值；δ为水分偏差；

步骤三：对最大调整时间Δ_large采用小步慢调的方式进行调整：

${\mathrm{\Δ}}_{small}=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{l\arg e}}{l}$

其中，Δ_small为单次最小调整时间；l为小步慢调的步数；

步骤四，计算第i+1次周期的周期时间Δζ_i+1：

当MB_2i-M_T＞δ时，则增加干燥机的空闲时间，Δζ_a(i+1)＝Δζ_ai+Δ_small；

当MB_2i-M_T＝δ时，则干燥机的空闲时间不变，Δζ_a(i+1)＝Δζ_ai；

当MB_2i-M_T＜-δ时，则减少干燥机的空闲时间，Δζ_a(i+1)＝Δζ_ai-Δ_small；

步骤五：计算前i+1个干燥周期中m个干燥周期排粮水分滚动累加平均MB_2(i+1)，只要|MB_2(i+1)-M_T|＞δ，重复步骤一到步骤四，直至|MB_2(i+1)-M_T|≤δ时，停止调整。

优选的是，其中，所述步骤三中ΔζB_i计算公式为：

${\mathrm{\Δ\ζB}}_i=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{\Δ\ζ}}_{1j}+{\mathrm{\Δ\ζ}}_{2j}+{\mathrm{\Δ\ζ}}_{aj})$

其中，ΔζB_i为i个干燥周期中m个干燥周期的时间滚动累加。

本发明的目的还可近一步由一种基于双仓质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统来实现，所述系统包括：塔前湿粮储粮仓，其用于储存未干燥的湿粮，所述塔前湿粮储粮仓位于干燥机主体的一侧；

塔前湿粮储粮仓仓体总重称重传感器，其用于检测塔前湿粮储粮仓向干燥机排入湿粮的质量，所述塔前湿粮储粮仓仓体总重称重传感器安装在塔前湿粮储粮仓仓底；

塔后干粮暂储仓，其用于储存干燥后的粮食，所述塔后干粮暂储仓位于干燥机主体的另一侧；

塔后干粮暂储仓仓体总重称重传感器，其用于检测干燥机向塔后干粮暂储仓排入干粮的质量，所述塔后干粮暂储仓仓体总重称重传感器安装在塔后干粮暂储仓仓体的底部；

干燥机主体，其内由上至下分为储粮段、干燥段、冷却段和排粮机构，用于干燥粮食。

优选的是，其中，所述系统采用间歇进粮和排粮的干燥作业方式，所述塔前储粮仓仓体下方设有插板，通过控制插板，控制谷物间歇进入干燥机主体内进行干燥，干燥机主体下部装有排粮机构，控制谷物间歇排出干燥机主体结束干燥。

本发明至少包括以下有益效果：1、称重传感器实时监测塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓，直接得出干燥后谷物水分，从而调整干燥时间来控制干燥后谷物水分与目标水分在误差范围内，精准控制的谷物干燥水分；2、水分检测全域的精度优于±0.5％，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。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的干燥系统作业流程图。

图2为本发明所述的干燥系统上部结构示意图。

图3为本发明所述的干燥系统下部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

干燥机前后两侧分别设置塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓，干燥机输入湿粮储粮仓中的湿粮，湿粮经干燥后排入干粮暂储仓。

步骤1：向干燥机的控制显示单元内输入待干燥谷物的目标水分值M_T、进粮水分值M_1i，初始平均水分值M₀，热介质温湿度T、排粮频率G_g，并将称重传感器测量的湿粮储粮仓和干粮暂储仓重量实时传输给控制器。

步骤2：检测皮重：塔前湿粮储粮仓、塔后干粮暂储仓下部安装称重传感器组，称重传感器检测塔前湿粮储粮仓、塔后干粮暂储仓的重量，塔前湿粮储粮仓、塔后干粮暂储仓的重量包括塔前湿粮储粮仓、塔后干粮暂储仓主体的重量和其内谷物的重量；在塔前湿粮储粮仓、塔后干粮暂储仓内部无粮的状态下、利用仓体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W_b；

步骤3：首次进粮作业：采用双限料位控制启动进粮作业，手动或自动启动干燥机进粮，向干燥机内输送待干燥高水分谷物，当干燥机内谷物达到上料位传感器位置，自动停止进粮；当干燥机内谷物低于下料位传感器位置，再次启动进粮装置；

步骤4：启动连续干燥作业：按一定时间间隔和顺序启动引风机、加热装置与排粮装置；干燥机经进粮时间及进粮稳定时间Δζ_1i、空闲时间Δζ_ai、排粮时间及排粮稳定时间Δζ_2i后完成一个干燥周期Δζ_i。

Δζ_i＝Δζ_1i+Δζ_2i+Δζ_ai(1)

步骤5：监测连续干燥过程：

①称重传感器测量湿粮储粮仓第i次排粮之前高料位质量QWH_i、第i次排粮及稳定时间后低料位质量QWL_i、干粮暂储仓第i次进粮之前低料位质量HWL_i、第i次进粮及稳定时间后高料位质量HWH_i，并输入第i次进粮平均水分M_1i，计算干燥机第i次的进粮质量W_1i、干物质质量WG_1i、水质量WS_1i和第i次排粮质量W_2i、排出水质量WS_2i，干燥机第i次干燥后谷物的脱水质量WT_i；

W_1i＝QWH_i-QWL_i(2)

W_2i＝HWH_i-HWL_i(3)

WG_1i＝W_1i·(1-M_1i)(4)

WS_1i＝W_1i·M_1i(5)

WS_2i＝W_2i-WG_1i(6)

WT_i＝WS_1i-WS_2i(7)

其中，QWH_i为称重传感器测量的湿粮储粮仓第i次排粮前高料位质量，Kg；QWL_i为称重传感器测量的湿粮储粮仓经第i次排粮及稳定时间后低料位质量，即湿粮储粮仓经第i次排粮及稳定时间向干燥机进粮后的低料位质量，Kg；HWL_i为称重传感器测量的干粮暂储仓第i次进粮之前低料位质量，Kg；HWH_i为称重传感器测量的干粮暂储仓第i次进粮及稳定时间后高料位质量，即干粮暂储仓经干燥机向其进粮后的高料位质量，Kg；M_1i为干燥机第i次进入的湿粮平均水分；W_1i为干燥机第i次的进入湿粮质量，Kg；WG_1i为干燥机第i次进入湿粮中的干物质质量，Kg；WS_1i为干燥机第i次进入的湿粮中的水质量，Kg；W_2i为干燥机第i次排出的干燥后的粮食质量，Kg；WS_2i为干燥机第i次排出的干燥后粮食中的水质量，Kg；WT_i为干燥机经第i次干燥后谷物的脱水质量，Kg；

计算第i次排粮水分值M_2i，即干燥机第i个干燥周期干燥后的粮食水分值；

$M_{2i}=1-\frac{{\mathrm{WG}}_{1i}}{W_{2i}}---\left(8\right)$

将公式(1)-(7)代入公式(8)得到干燥机单次排粮水分值M_2i：

$M_{2i}=1-\frac{{\mathrm{QWH}}_i-{\mathrm{QWL}}_i}{{\mathrm{HWH}}_i-{\mathrm{HWL}}_i}\×(1-M_{1i})---\left(9\right)$

此时引入概念：滚动累加，即在前i个干燥周期中将其中m个干燥周期的相应数据进行加和。滚动累加平均，即前i个干燥周期中m个干燥周期的相应数据滚动累加后除以m。

将进粮质量、进入干物质质量、进入水质量、排粮质量、排出水质量、脱水质量与干燥周期进行滚动累加，即求出进粮质量滚动累加WB_1i、进入干物质质量滚动累加平均WBG_1i、进入水质量滚动累加WBS_1i、排粮质量滚动累加WB_2i、排出水质量滚动累加WBS_2i、脱水质量滚动累加WBT_i与干燥周期滚动累加ΔζB_i，即公式(10)-(16)。

${\mathrm{WB}}_{1i}=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}{W}_{1j}---\left(10\right)$

${\mathrm{WB}}_{2i}=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}{W}_{2j}---\left(11\right)$

${\mathrm{WBG}}_{1i}={\mathrm{WB}}_{1i}\·(1-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}(M_{1j}/m\left)\right)---\left(12\right)$

${\mathrm{WBS}}_{1i}={\mathrm{WB}}_{1i}\·\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}(M_{1j}/m)---\left(13\right)$

WBS_2i＝WB_2i-WBG_1i＝WB_1i-WB_2i(14)

WBT_i＝WBS_1i-WBS_2i(15)

${\mathrm{\Δ\ζB}}_i=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{\Δ\ζ}}_{1j}+{\mathrm{\Δ\ζ}}_{2j}+{\mathrm{\Δ\ζ}}_{aj})---\left(16\right)$

根据公式(8)-(14)计算排粮水分滚动累加平均MB_2i：

${\mathrm{MB}}_{2i}=1-\frac{{\mathrm{WB}}_{1i}}{{\mathrm{WB}}_{2i}}\×(1-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}(M_{1j}/m\left)\right)---\left(17\right)$

${\mathrm{MB}}_{2i}=1-\frac{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{QWH}}_j-{\mathrm{QWL}}_j)}{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{HWH}}_j-{\mathrm{HWL}}_j)}\×(1-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(M_{1j}/m\left)\right)---\left(18\right)$

其中，WB_1i为前i个干燥周期中m个干燥周期的进粮质量滚动累加，kg；WBG_1i为前i个干燥周期中m个干燥周期的进入干物质质量滚动累加平均，kg；WBS_1i为前i个干燥周期中m个干燥周期的进入水质量滚动累加，kg；WB_2i为前i个干燥周期中m个干燥周期的排粮质量滚动累加，kg；WBS_2i为前i个干燥周期中m个干燥周期的排出水质量滚动累加，kg；WBT_i为前i个干燥周期中m个干燥周期的脱水质量滚动累加，kg；MB_2i为前i个干燥周期中m个干燥周期的排粮水分滚动累加的平均值；ΔζB_i为前i个干燥周期中m个干燥周期时间滚动累加，s；m为滚动累加次数，m＝1,2,3……n；a为变量，a＝1,2,3……,i-m+1；

步骤六、控制连续干燥过程：通过计算排粮水分滚动累加MB_2i与目标水分M_T的比较，控制空闲时间Δζ_ai，即谷物在干燥机中的驻留时间，也就是谷物干燥的速度，使谷物的水分维持在设定水分值合理范围内。

当MB_2i-M_T＞δ时，则增加谷物在干燥机内的时间，Δζ_a(i+1)＝Δζ_ai+Δ；

当MB_2i-M_T＝δ时，则谷物在干燥机内的时间不变，Δζ_a(i+1)＝Δζ_ai；

当MB_2i-M_T＜-δ时，则减少谷物在干燥机内的时间，Δζ_a(i+1)＝Δζ_ai-Δ；

其中，δ为排粮水分滚动累加水分偏差；Δζ_a(i+1)为第i+1次空闲时间，s；Δ为单次调整时间，s；

以下步骤均以MB_2i-M_T＞δ时为例进行计算。

假设进粮时间及进粮稳定时间Δζ_1i和排粮时间及排粮稳定时间Δζ_2i不变，根据公式(18)计算第i+1次周期的时间：

Δζ_i+1＝Δζ_1i+Δζ_ai+Δζ_2i+Δ＝Δζ_i+Δ(19)

步骤七、等重时间调节：

①根据待干燥谷物的第i次进粮平均水分M_1i、目标水分值M_T、第i次进粮质量W_1i及进粮质量滚动累加WB_1i，计算得出单次应脱水质量WYT_i以及应脱水质量的滚动累加WBYT_i，即公式(20)-(22)；

${\mathrm{WYT}}_i=W_{1i}-\frac{{\mathrm{WG}}_{1i}}{(1-M_T)}---\left(20\right)$

${\mathrm{WBYT}}_i={\mathrm{WB}}_{1i}-\frac{{\mathrm{WBG}}_{1i}}{(1-M_T)}---\left(21\right)$

${\mathrm{WBYT}}_i=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{QWH}}_i-{\mathrm{QWL}}_i)\×(1-\frac{1}{1-M_T}\×(1-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}(M_{1j}/m)\left)\right)---\left(22\right)$

其中，WYT_i是单次干燥周期中为达到目标水分值M_T的应脱水质量，kg；WBYT_i是前i个干燥周期中m个干燥周期的应脱水质量的滚动累加，kg；

②假设干燥的环境和工艺条件不变，去除高低水分的单位能耗相同，根据实际脱水质量滚动累加WBT_i与其对应的周期操作时间滚动累加ΔζB_i推导出下一周期应脱水质量滚动累加WBYT_i所对应的周期操作时间滚动累加ΔζB_i+1，即公式(23)。

WBT_i:ΔζB_i＝WBYT_i+1:ΔζB_i+1＝WBYT_i+1:(ΔζB_i+m×Δ_large)(23)

其中，ΔζB_i为前i个干燥周期中m个干燥周期的时间累加，s；ΔζB_i+1为前i+1个干燥周期中m个干燥周期的时间累加，s；Δ_large为单次最大调整时间，s。

根据公式(16)、(19)和(23)计算得到单次调整时间Δ_large：

$\mathrm{\Δ}l\arg e=(\frac{{\mathrm{WBYT}}_{i+1}}{{\mathrm{WBT}}_i}-1)\×\frac{{\mathrm{\Δ\ζB}}_i}{m}---\left(24\right)$

${\mathrm{\Δ}}_{l\arg e}=(\frac{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{QWH}}_j-{\mathrm{QWL}}_j)\×(1-\frac{1}{1-M_T}\×(1-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}(M_{1j}/m)\left)\right)}{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{QWH}}_j-{\mathrm{QWL}}_j)-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{HWH}}_j-{\mathrm{HWL}}_j)}-1)\×\frac{{\mathrm{\Δ\ζB}}_i}{m}---\left(25\right)$

步骤八：采用“小步慢调”的方式对下一操作周期时间进行调整。

①“小步慢调”是指将一次所需调整的时间平均分为若干步调整，避免单次调整幅度过大造成调节过度。

Δ_large＝Δ_small×l(26)

其中，Δ_small为单次最小调整时间，s；l为一次调整的步数，整数。

根据公式(25)-(26)计算Δ_small：

${\mathrm{\Δ}}_{small}=(\frac{{\mathrm{WBYT}}_{i+1}}{{\mathrm{WBT}}_i}-1)\×\frac{{\mathrm{\Δ\ζB}}_i}{m\·l}---\left(27\right)$

②下一周期操作时间Δζ_i+1为：

Δζ_i+1＝Δζ_i+Δ_small(28)

步骤九：

计算前i+1个干燥周期中m个干燥周期排粮水分滚动累加平均MB_2(i+1)，只要|MB_2(i+1)-M_T|≠δ，再重复步骤六到步骤八，直至|MB_2(i+1)-M_T|≤δ时，停止调整。

如图1、2和3所示的一种基于质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统案例。该系统主要包括塔前湿粮进粮装置、干燥装置、塔后干粮暂储装置、传感器组和控制单元。

塔前湿粮进粮装置包括：初清筛前输送机111；初清筛112；湿粮仓底输送机113；湿粮储粮仓仓体下插板114；进粮料斗115；湿粮仓前提升机116；塔前湿粮储粮仓117；湿粮仓进粮溜粮管118；塔前进粮提升机119；

干燥装置包括：干燥机进粮溜粮管121；储粮段122；干燥段123；热风道124；冷却段125；排粮机构126；塔底输送机127；热风机128；干燥机主体129；

塔后干粮暂储装置包括：塔后排粮提升机131；干粮仓进粮溜粮管132；塔后干粮暂储仓133；干粮仓底输送机134；干粮罩棚135；干粮仓后排粮输送机136；热风炉；冷风机。

控制单元包括：控制与显示单元141；信号检测与转换单元142；

传感器组包括：塔前湿粮储粮仓仓体总重(含谷物)称重传感器组151；料位传感器152；塔后干粮暂储仓仓体总重(含谷物)称重传感器组153；温湿度探头组154；

如图1-3所示，干燥机主体129自上而下依次为储粮段122、干燥段123、冷却段125、排粮机构126。储粮段122作用是将进入干燥机内部的粮食暂储，等待进入干燥段123中进行干燥。作为一种优选，干燥机主体料位传感器152安装在储粮段122上。作为一种优选，为增加干燥机干燥能力和干燥速率，干燥机内部设有多个干燥段123，谷物经多级干燥后，进入冷却段125冷却，如果谷物的水分符合要求，谷物经排粮机构126、塔底输送机127、塔后排粮提升机131和干粮仓进粮溜粮管132进入塔后干粮暂储仓133。作为一种优选，塔后干粮仓料位传感器152安装在塔后干粮暂储仓133上部，料位传感器152包括上料位传感器和下料位传感器。

仓体总重(含谷物)称重传感器组包括若干个称重传感器，安装于塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓仓体底座的立柱底端或立柱之上，分为塔前湿粮储粮仓仓体总重(含谷物)称重传感器组151和塔后干粮暂储仓仓体总重(含谷物)称重传感器组153。称重传感器的安装方式可以根据传感器的类型确定。作为进一步优选，称重传感器组以采用原理、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。当干塔前湿粮储粮仓117和塔后干粮暂储仓133内谷物重量变化时，仓体底座立柱承受压力产生形变，此时称重传感器亦产生形变，应变片阻值发生变化，经过电桥电路转化为电压信号，电压信号传输给信号检测与转换单元142。

所述信号检测与转换单元142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。

将放大滤波线路前置，以此消除噪声并放大信号。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与显示单元141相连接。

此外，温湿度探头组154将环境温度、干燥机主体129内的温度信号传输给MCU信号处理线路。将料位传感器152与信号检测与转换单元142相连接，以判断干燥机主体129和塔后干粮暂储仓133内粮食的高度。作为一种优选，料位传感器152可采用红外激光料位传感器或阻旋式料位开关。

在MCU系统运行的时候，为防止诸如程序跑失、存储失效、外部干扰或者操作不正确等一些现象发生，造成系统进入死循环而无法正常工作，需增加看门狗电路，看门狗电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141。

干燥作业时，对待干燥的谷物首先要通过初清筛112进行初清、去杂。清理去杂后的谷物经湿粮仓前提升机116、湿粮仓进粮溜粮管118，进入塔前湿粮储粮仓117暂储。通过控制仓体下的湿粮储粮仓仓体下插板114可实现谷物间歇排出塔前湿粮储粮仓117，经由湿粮仓底输送机113和进粮料斗115进入塔前进粮提升机119。塔前进粮提升机119将谷物从下向上输送到干燥机主体129的上顶部，经塔前进粮提升机119与干燥机主体129间的干燥机进粮溜管11将谷物均匀撒入干燥机主体129内，谷物靠重力向下分别经过储粮段122、干燥段123、冷却段125，干燥机主体129的安装风道一侧，采用鼓风方式将热介质鼓入干燥机内来干燥谷物，多级干燥后进入六叶轮式排粮机构126，通过控制排粮机构126可以实现谷物间歇从排粮机构排出并控制排粮速度。谷物经排粮机构126排出后，由塔底输送机127送入塔后排粮提升机131。经塔后排粮提升机131将谷物从下向上输送到塔后干粮暂储仓133的上顶部，经塔后排粮提升机131与干塔后干粮暂储仓133间的干粮仓进粮溜粮管132将谷物撒入塔后干粮仓内，完成整个干燥过程，待进入干粮罩棚135储存。

作为进一步优选，在塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓仓体下方安装有总重传感器组151和153，测量干燥过程中塔前湿粮储粮仓单次排出粮食重量与塔后干粮暂储仓单次进入粮食重量，以此作为干燥机单次进粮与排粮质量，免去计算进出粮期间的水分损失的麻烦。作为进一步优选，单次进粮与排粮过程后都要有短暂的稳定停留时间，即既不进粮也不排粮时间，这样，可以避免振动和单次进粮或排粮不完全对塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓仓体总重传感器组151、153检测精度的影响。作为进一步优选，塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓在进粮过程中不排粮。

作为进一步优选，塔后干粮暂储仓133采用双限位料位控制，即当塔后干粮暂储仓133内谷物高度高于高料位传感器152时，谷物由塔后冷却仓25排出，并经干粮仓底输送机134送至储粮仓或运粮车辆内；当塔后干粮暂储仓133内谷物高度低于低料位传感器152时，塔后干粮暂储仓133停止排粮。

综上所述，通过对基于谷物总重水分检测的测控系统的操控完成了基于质流法的连续式谷物水分检测的测控方法的实现。

本发明至少包括以下有益效果：1、称重传感器实时监测塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓直接得出干燥后谷物水分，直接得出干燥后谷物水分，从而调整干燥时间来控制干燥后谷物水分与目标水分在误差范围内，精准控制的谷物干燥水分；2、水分检测全域的精度优于±0.5％，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。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于双仓质流法的连续式谷物干燥水分在线测控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，塔前湿粮储粮仓向干燥机进粮，经空闲时间Δζ_ai的干燥作业，干燥后的谷物排粮入干粮暂储仓，称重传感器实时测量湿粮储粮仓和干粮暂储仓的重量，计算第i个周期的进粮质量W_1i：

W_1i＝QWH_i-QWL_i

其中，QWH_i为湿粮储粮仓第i次排粮前高料位质量；QWL_i为湿粮储粮仓经第i次排粮及稳定时间后低料位质量；

步骤二，计算第i个周期的排粮质量W_2i：

W_2i＝HWH_i-HWL_i

其中，HWL_i为干粮暂储仓第i次进粮之前低料位质量；HWH_i为干粮暂储仓第i次进粮及稳定时间后高料位质量；

步骤三，计算干燥机第i次排粮水分M_2i：

$M_{2i}=1-\frac{W_{1i}(1-M_{1i})}{W_{2i}}$

其中，M_1i为第i次进入干燥机的粮食水分。

2.如权利要求1所述的基于双仓质流法的连续式谷物干燥水分在线测控方法，其特征在于，所述干燥机从塔前湿粮储粮仓进粮，经过进粮及稳定时间Δζ_1i后停止进粮；再经过空闲时间Δζ_ai的干燥后；启动干燥机排粮入干粮暂储仓，经排粮及排粮稳定时间Δζ_2i后停止，此时完成一个干燥周期Δζ_i，进粮与排粮间歇交替进行。

3.如权利要求1或2所述的基于双仓质流法的连续式谷物干燥水分在线测控方法，其特征在于，所述干燥周期Δζ_i的计算公式为：

Δζ_i＝Δζ_1i+Δζ_2i+Δζ_ai

其中，Δζ_i为干燥机的第i个干燥周期。

4.如权利要求1所述的基于双仓质流法的连续式谷物干燥水分在线测控方法，其特征在于，所述干燥机采用双限料位间歇排粮的作业方式，手动或自动启动干燥机进粮，向干燥机内输送待干燥高水分谷物，当干燥机内谷物达到上料位传感器位置，自动停止进粮；当干燥机内谷物低于下料位传感器位置，再次启动进粮装置。

5.一种基于双仓质流法的谷物干燥水分的时间调控方法，其特征在于，使用权利要求1-4所述的水分在线测量方法，包括以下步骤：

步骤一，计算前i个干燥周期中m个干燥周期排粮水分滚动累加平均MB_2i；

${\mathrm{MB}}_{2i}=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}(M_{2j}/m)$

其中，m为滚动累加次数；M_2j为干燥机第j次排粮水分；

步骤二，当|MB_2i-M_T|＞δ时，计算下一周期即i+1次周期的最大调整时间Δ_large：

${\mathrm{\Δ}}_{l\arg e}=\left(\frac{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{QWH}}_j-{\mathrm{QWL}}_j)\×(1-\frac{1}{1-M_T}\×(1-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}\left(M_{1j}/m\right)\left)\right)}{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{QWH}}_j-{\mathrm{QWL}}_j)-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{HWH}}_j-{\mathrm{HWL}}_j)}-1\right)\×\frac{{\mathrm{\Δ\ζB}}_i}{m}$

其中，ΔζB_i为前i个干燥周期中m个干燥周期的干燥时间滚动累加；M_T为目标水分值；δ为水分偏差；

步骤三：对最大调整时间Δ_large采用小步慢调的方式进行调整：

${\mathrm{\Δ}}_{small}=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{l\arg e}}{l}$

其中，Δ_small为单次最小调整时间；l为小步慢调的步数；

步骤四，计算第i+1次周期的周期时间Δζ_i+1：

当MB_2i-M_T＞δ时，则增加干燥机的空闲时间，Δζ_a(i+1)＝Δζ_ai+Δ_small；

当MB_2i-M_T＝δ时，则干燥机的空闲时间不变，Δζ_a(i+1)＝Δζ_ai；

当MB_2i-M_T＜-δ时，则减少干燥机的空闲时间，Δζ_a(i+1)＝Δζ_ai-Δ_small；

步骤五：计算前i+1个干燥周期中m个干燥周期排粮水分滚动累加平均MB_2(i+1)，只要|MB_2(i+1)-M_T|＞δ，重复步骤一到步骤四，直至|MB_2(i+1)-M_T|≤δ时，停止调整。

6.如权利要求5所述的基于双仓质流法的谷物干燥水分的时间调控方法，其特征在于，所述步骤三中ΔζB_i计算公式为：

${\mathrm{\Δ\ζB}}_i=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{\Δ\ζ}}_{1j}+{\mathrm{\Δ\ζ}}_{2j}+{\mathrm{\Δ\ζ}}_{aj})$

其中，ΔζB_i为i个干燥周期中m个干燥周期的时间滚动累加。

7.一种双仓连续式谷物干燥系统，其特征在于，使用如权利要求1-6所述的方法，所述系统包括：

塔前湿粮储粮仓，其用于储存未干燥的湿粮，所述塔前湿粮储粮仓位于干燥机主体的一侧；

塔前湿粮储粮仓仓体总重称重传感器，其用于检测塔前湿粮储粮仓向干燥机排入湿粮的质量，所述塔前湿粮储粮仓仓体总重称重传感器安装在塔前湿粮储粮仓仓底部；

塔后干粮暂储仓，其用于储存干燥后的粮食，所述塔后干粮暂储仓位于干燥机主体的另一侧；

塔后干粮暂储仓仓体总重称重传感器，其用于检测干燥机向塔后干粮暂储仓排入干粮的质量，所述塔后干粮暂储仓仓体总重称重传感器安装在塔后干粮暂储仓仓体的底部。

8.根据权利要求7所述的双仓连续式谷物干燥系统，其特征在于，所述系统采用间歇进粮和排粮的干燥作业方式，所述塔前储粮仓仓体下方设有插板，通过控制插板，控制谷物间歇进入干燥机主体内进行干燥，干燥机主体下部装有排粮机构，控制谷物间歇排出干燥机主体结束干燥。