CN205138169U - 一种基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，包括干燥机主体；塔前湿粮皮带秤，其能够检测单位时间干燥机进粮质量，所述塔前湿粮皮带秤设置在干燥机主体进粮端前端；塔后干粮皮带秤，其能够检测单位时间干燥机排粮质量，所述塔后干粮皮带秤设置在干燥机主体排粮端后端。本实用新型具有如下优点：通过皮带秤实时检测单位时间内进入和排出干燥机的谷物重量，直接得出干燥后谷物水分，从而调整排量速度或干燥温度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。

Description

一种基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统

技术领域

本发明涉及一种基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统。更具体地说，本发明涉及一种基于连续质流法的连续式谷物干燥水分自动作业系统。

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

本发明提供一种连续式谷物干燥自动作业系统，该系统在干燥机进、排粮端分别放置塔前湿粮皮带秤和塔后干粮皮带秤，用以检测单位时间干燥机进、排粮质量。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，所述系统包括：

干燥机主体；

塔前湿粮皮带秤，其能够检测单位时间干燥机进粮质量，所述塔前湿粮皮带秤设置在干燥机主体进粮端前端；

塔后干粮皮带秤，其能够检测单位时间干燥机排粮质量，所述塔后干粮皮带秤设置在干燥机主体排粮端后端。

优选的是，还包括控制单元，所述控制单元由信号检测与转换单元和控制单元组成：

信号检测与转换单元，其将检测到的重量、温度等信号放大并传输给控制单元，所述信号检测与转换单元连接传感器组和控制单元；

控制单元，其接收传感器组的信号并对信号进行判断和分析，并对干燥机实时水分进行在线控制，所述控制单元连接信号检测与转换单元和干燥机主体。

优选的是，还包括塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓，所述塔前湿粮储粮仓安装在干燥机主体一侧，塔后干粮暂储仓安装在干燥机主体另一侧。

优选的是，还包括传感器组，所述传感器组包括料位传感器、温湿度探头组：

料位传感器，其用于检测塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓的料位变化，所述料位传感器安装在塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓内部；

温湿度探头组，其用于干燥机主体内的温度，所述温湿度探头组安装在干燥机主体内。

优选的是，所述料位传感器采用红外激光料位传感器或阻旋式料位开关。

优选的是，所述塔后干粮暂储仓采用双限位料位控制。

优选的是，所述所述干燥机主体包括储粮段、干燥段、冷却段和排粮机构，所述储粮段暂储进入干燥机内部的粮食，传输给干燥段进行干燥，经过冷却段干燥后通过排粮机构排出到塔后干粮暂储仓。

优选的是，所述干燥段采用为多级干燥方式。

本发明至少包括以下有益效果：1、通过皮带秤实时检测单位时间内进入和排出干燥机的谷物重量，直接得出干燥后谷物水分，从而调整排量速度或干燥温度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

下面结合附图对本实用新型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。

应当理解，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。

步骤一、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平均水分值M₀，目标水分值M_T、热介质温湿度T、排粮频率G_g；

步骤二、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；

步骤三、启动连续干燥作业：按一定时间间隔和顺序启动热介质供给风机、加热装置、塔前与塔后皮带秤和排粮装置；

步骤四、监测连续干燥过程：通过皮带秤和控制与显示单元不断检测、读取和存储塔前皮带秤称取第i个单位时间内进入干燥机内湿粮质量W_1i，塔后皮带秤称取第i个单位时间内干燥机排出干粮质量W_2i，已知湿粮水分M_1i，计算第i个单位时间内进入干物质质量WG_1i、进入水质量WS_1i、排出水质量WS_2i、脱水质量WT_i与排粮水分M_2i：

WG_1i＝W_1i·(1-M_1i)(1)

WS_1i＝W_1i·M_1i(2)

WS_2i＝W_2i-WG_1i(3)

WT_i＝WS_1i-WS_2i(4)

$M_{2i}=1-\frac{{\mathrm{WG}}_{1i}}{W_{2i}}=1-\frac{W_{1i}(1-M_{1i})}{W_{2i}}---\left(5\right)$

其中，W_1i为塔前皮带秤称取第i个单位时间内进入干燥机内湿粮质量，Kg；W_2i为塔后皮带秤称取第i个单位时间内干燥机排出干粮质量，Kg；M_1i为第i个单位时间内进入干燥机内湿粮水分；WG_1i为第i个单位时间内进入干物质质量，Kg；WS_1i为第i个单位时间内进入干燥机内水质量，Kg；WS_2i为第i个单位时间内干燥机排出水质量，Kg；WT_i为第i个单位时间干燥机脱水质量，Kg；M_2i为第i个单位时间干燥机排粮水分，Kg；

此时引入概念：滚动累加，即在前i个单位时间中，将其中m个单位时间的相应数据进行加和。滚动累加平均，即前i个单位时间中m个单位时间的相应数据滚动累加后除以m。

步骤五，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和脱水质量滚动累加WBT_i：

${\mathrm{WB}}_{1i}=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}{W}_{1j}---\left(6\right)$

${\mathrm{WB}}_{2i}=\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}{W}_{2j}---\left(7\right)$

WBG_1i＝WB_1i·(1-M_1i)(8)

WBS_1i＝WB_1i·M_1i(9)

WBS_2i＝WB_2i-WBG_1i(10)

WBT_i＝WBS_1i-WBS_2i(11)

其中，WB_1i为进粮质量滚动累加，Kg；WBG_1i为进入干物质质量滚动累加平均，Kg；WBS_1i为进入水质量滚动累加，Kg；WB_2i为排粮质量滚动累加，Kg；WBS_2i为排出水质量滚动累加，Kg；WBT_i为脱水质量滚动累加，Kg；

步骤六：根据公式(1)-(11)计算前i个单位时间中m个排粮水分滚动累加平均MB_2i；

${\mathrm{MB}}_{2i}=1-\frac{{\mathrm{WBG}}_{1i}}{{\mathrm{WB}}_{2i}}---\left(12\right)$

${\mathrm{MB}}_{2i}=1-\frac{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}{W}_{1j}}{\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}{W}_{2j}}\·(1-\underset{j=i-m+1}{\overset{i}{\Σ}}{M}_{1j}/m)---\left(13\right)$

其中，W_1j为塔前皮带秤称取第j个单位时间内进入干燥机内湿粮质量；M_1j为第j个单位时间内进入干燥机内湿粮水分；W_2j为塔后皮带秤称取第j个单位时间内干燥机排出干粮质量；

步骤七：通过MB_2i与目标水分M_T的比较，手动调节排粮速度和干燥温度中的一种或几种，使排粮机构排出谷物的水分在容许的水分阈值范围内。

如图1-3所示，干燥系统由塔前湿粮存储及输送装置、干燥装置、塔后干粮存储装置、传感器组和控制单元组成。

塔前湿粮存储及输送装置包括：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；塔前湿粮皮带秤115；进粮料斗116；湿粮仓前提升机117；塔前湿粮储粮仓118；湿粮仓进粮溜粮管119；塔前进粮提升机110；

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；

塔后干粮存储装置包括：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；塔后干粮皮带秤134；干粮仓底输送机135；干粮罩棚136；干粮仓后排粮输送机137；热风炉；冷风机。

控制单元：控制与显示单元141；信号检测与转换单元142；

传感器组：温湿度探头组151；料位传感器152；

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。

皮带秤包括塔前湿粮皮带秤115和塔后干粮皮带秤134，分别放置于干燥机塔前进粮提升机110前和塔底输送机127后，用于对干燥过程中干燥机进、排粮质量进行检测。皮带秤工作时，谷物流经皮带秤，皮带秤的计量托辊检测到皮带机上的物料重量，通过杠杆作用于称重传感器，产生一个正比于皮带载荷的电压信号，此电压信号传输给信号检测与转换单元142。同时，由测速传感器皮带输送机的速度信号也送入信号检测与转换单元142，信号检测与转换单元142将速度信号与称重信号进行积分处理，得到流量值，即单位时间进、排粮质量。

所述信号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，温度探测头组151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117、湿粮仓进粮溜粮管119，进入塔前湿粮储粮仓118暂储。通过控制仓体下的插板114可实现谷物间歇排出塔前湿粮储粮仓118。由塔前湿粮储粮仓118排出的谷物经由湿粮仓底输送机113到达塔前湿粮皮带秤115，塔前湿粮皮带秤115检测流经其的谷物流量，即单位时间进粮质量。而后，谷物由进粮料斗116进入塔前进粮提升机110。塔前进粮提升机110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110与干燥机主体129间的干燥机进粮溜管121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送入塔后干粮皮带秤134，塔后干粮皮带秤134检测流经其的谷物流量，即单位时间排粮质量。而后，谷物进入塔后排粮提升机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136储存。

作为进一步优选，塔前塔前湿粮皮带秤115和塔后干粮皮带秤分别放置于干燥机塔前进粮提升机110前和塔底输送机127后，用于对干燥过程中干燥机进、排粮质量进行检测。作为进一步优选，干燥作业时，确保在单位时间内干燥机进、排粮连续，保证皮带秤在连续稳定的状态下检测单位时间内进、排粮质量。

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时，谷物由塔后干粮暂储仓133排出，并经干粮仓底输送机135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干燥水分在线测控方法的实现。

如上所述，本发明至少包括以下有益效果：1、通过皮带秤实时监测进入和排出干燥机的谷物重量，直接得出干燥后谷物水分，从而调整排粮速度或干燥温度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实用新型的领域。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，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，其特征在于，所述系统包括：

干燥机主体；

塔前湿粮皮带秤，其能够检测单位时间干燥机进粮质量，所述塔前湿粮皮带秤设置在干燥机主体进粮端前端；

塔后干粮皮带秤，其能够检测单位时间干燥机排粮质量，所述塔后干粮皮带秤设置在干燥机主体排粮端后端。

2.如权利要求1所述的基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元由信号检测与转换单元和控制单元组成：

信号检测与转换单元，其将检测到的重量、温度等信号放大并传输给控制单元，所述信号检测与转换单元连接传感器组和控制单元；

控制单元，其接收传感器组的信号并对信号进行判断和分析，并对干燥机实时水分进行在线控制，所述控制单元连接信号检测与转换单元和干燥机主体。

3.如权利要求1所述的基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，其特征在于，还包括塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓，所述塔前湿粮储粮仓安装在干燥机主体一侧，塔后干粮暂储仓安装在干燥机主体另一侧。

4.如权利要求3所述的基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，其特征在于，还包括传感器组，所述传感器组包括料位传感器、温湿度探头组：

料位传感器，其用于检测塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓的料位变化，所述料位传感器安装在塔前湿粮储粮仓和塔后干粮暂储仓内部；

温湿度探头组，其用于干燥机主体内的温度，所述温湿度探头组安装在干燥机主体内。

5.如权利要求4所述的基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，其特征在于，所述料位传感器采用红外激光料位传感器或阻旋式料位开关。

6.如权利要求5所述的基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，其特征在于，所述塔后干粮暂储仓采用双限位料位控制。

7.如权利要求6所述的基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，其特征在于，所述所述干燥机主体包括储粮段、干燥段、冷却段和排粮机构，所述储粮段暂储进入干燥机内部的粮食，传输给干燥段进行干燥，经过冷却段干燥后通过排粮机构排出到塔后干粮暂储仓。

8.根据权利要求7所述的基于连续质流法的连续式谷物干燥水分在线测控系统，其特征在于，所述干燥段采用为多级干燥方式。