JP3208135U - 総重量検出に基づく穀物循環乾燥水分のオンライン測定制御方法及びそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】穀物循環乾燥の自動運転システムを提供する。【解決手段】乾燥機本体、吸込ファン及び食糧供給排出エレベータを含む穀物循環乾燥の自動運転システムであって、さらにロードセル群を含み、前記ロードセル群は乾燥機本体の下方に設置され、ロードセル群は乾燥機に乾燥対象の穀物を入れる時の初期総重量、風袋重量及び穀物のリアルタイム総重量を検出することに用いられる。また、乾燥機本体と食糧供給排出エレベータとがヒンジ接続され、乾燥機本体と吸込ファンとが柔軟性ジョイントによって接続される。さらに、乾燥機本体及び食糧供給排出エレベータは接続底板の上に設置され、ロードセル群は接続底板の下に設置される。【選択図】図１

Description

本考案は穀物乾燥機の水分のオンライン測定制御方法に関し、特に循環式穀物乾燥機に適する総重量検出に基づく水分のオンライン測定制御方法に関し、本考案は上記方法を用いた総重量検出に基づく穀物循環乾燥水分のオンライン測定制御システムに関する。

食糧乾燥水分のオンライン制御方法は食糧乾燥の作業には非常に重要であり、従来の食糧乾燥水分のオンライン測定制御は静電容量法又は抵抗法による水分のオンライン測定制御に基づき、スイッチ制御、古典的なＰＩＤ制御又は現代のインテリジェント予測制御方法で行われる。水分のオンライン測定制御は乾燥過程における水分を制御するには非常に重要である。

抵抗法による水分のオンライン測定制御の原理は穀物の水分とその抵抗値との相関関係を利用して穀物の水分を間接的に測定し、水分が高い場合に抵抗が小さく、水分が低い場合に抵抗が大きいことである。通常、循環式穀物乾燥機は抵抗型水分センサでオンライン検出を行い、一般的には乾燥機のエレベータのバレル側壁に取り付けられ、エレベータのリフティングバケツから散って落ちる穀粒
が１粒ずつで相対的に回転する１対のローラに落ち、ローラは１対の電極である。穀粒がローラを通過する時に圧砕され、ローラ電極間の材料の抵抗変化曲線を測定する。所定量の穀粒の抵抗変化曲線固有値を抽出し且つローリング統計を行い、その平均値を求める。この平均値と水分との相関関数関係（事前に校正された）に基づき、穀物の水分値を求める。最終的に水分値に基づいて穀物の乾燥過程に対してターゲット制御又は過程制御を行う。日本金子、台湾三九、日本佐株等の有名な乾燥機企業はいずれもこのような原理による水分のオンライン検出器を用いる。国内の華南農業大学の李長友はこのような原理による水分のオンライン検出器を開発し、且つ考案特許（授権公告番号がＣＮ１９６３４７８Ａで、出願番号が２００６１０１２３４６１．３である）を取得する。抵抗法による水分のオンライン検出の欠陥は１）〜６）通りである。１）穀物の水分が不均一で、多くの青粒、未熟粒を含有する場合、監視値の誤差が大きい。２）構成が複雑で、故障が多い。３）材料に石等の異物がある場合、ローラに目詰りが発生しやすく、ローラを損傷する。４）性質と状態、粒度が近い穀物のみ、例えば稲、小麦に適応でき、穀物の種類が変化すればセンサを大きく変更する必要がある。５）非破壊検出ではない。６）水分の高い穀物の水分の検出精度が低い。

静電容量法による水分のオンライン測定制御の原理は穀物の水分と静電容量との相関関係を応用して穀物の水分を間接的に測定し、水分が高いと静電容量が大きく、水分が低いと静電容量が低い。現在、循環式穀物自動乾燥機は静電容量型水分センサを用い、一般的には、所定の容量を有する筒状物であり、循環式穀物乾燥機のテンパリング部の内部又は排出穀物流れ内に取り付けられ、食糧がコンデンサ極板を流れ、食糧の水分が異なるとその誘電特性も異なることに基づいて含水率の変化を測定する。水分検出を実現し、次に二次計器又は上位コンピュータによって穀物の水分値に基づいて穀物乾燥に対する制御を調整する。長春吉大科学儀器設備有限公司、上海緑洲等の国内企業はこのようなオンライン水分検出器を生産する。その欠陥は１）〜３）のとおりである。１）取り付け及びメンテナンスが行いにくい。２）検出精度が環境及び穀物の温湿度、穀物密度、穀物の流速の影響を受け、検出精度が低い。３）穀物の異物含有率が高い場合に検出誤差が大きい。

中国特許公開番号ＣＮ１０３４３８６９３Ａはロードセルを利用して秤量する乾燥機を開示し、しかし、ロードセルが内蔵され、秤量するたびに送風機及び加熱機等の部材の動作を停止させなければならず、連続的に動作できず、乾燥機の動作効率に深刻な影響を与え、該技術的解決手段は乾燥機の部材の振動の秤量に対する影響を効果的に解決できず、送風機及び加熱機等の部材を頻繁にオン/オフすることによって、これらの部材の耐用年数の減少をもたらす。製品産業化の要求を満たすことができない。

本考案の目的は従来技術及び方法の欠陥を克服し、総重量検出に基づく穀物循環乾燥機の水分のオンライン測定制御方法を提供することであり、本考案のもう１つの目的は総重量検出に基づく穀物循環乾燥水分のオンライン測定制御システムを提供することである。

本考案が提供する穀物循環乾燥水分のオンライン制御方法は、乾燥機総重量センサ群により検出された穀物質量、乾燥機ユニット質量を含む検出をもとにして、乾燥動作用熱媒の温湿度、食糧温度に対する検出と合わせて、乾燥過程における穀物総質量及び水分の変化と変化傾向を推定し、乾燥過程に対して等温制御又は等速制御を行う。

動作初期化ステップでは、乾燥機の制御表示部内に乾燥対象の穀物の初期水分値Ｍ_０、ターゲット水分値Ｍ_Ｔ、熱媒温度（≦１４０℃）、水分減少速度上限（水分減少速度Ｖが２．５％を超えない）、乾燥動作方式（等温乾燥方式又は等速乾燥方式）を入力して記憶する。

風袋重量検出ステップでは、乾燥機の内部に食糧がない状態で、乾燥機の下部に取り付けられるロードセル群を利用して電気信号を検出し、ロードセル群が信号検出変換部に接続され、信号検出変換部が電気信号を重量信号に変換し、信号検出変換部が制御表示部に接続され、制御表示部により風袋重量Ｗ_ｂを検出し、読み取り記憶する。

食糧充填及び初期総重量Ｗ_o測定ステップでは、乾燥機の食糧供給装置を起動し、乾燥機内に乾燥対象の高水分穀物を輸送し、乾燥機の内部にレベルセンサが取り付けられ、輸送過程においてレベルセンサが食糧の高さを制御し、設定された高さに達しない場合、継続的に輸送し、設定された高さに達する場合、食糧供給装置が輸送を停止させる。次に制御表示部によって初期総重量Ｗ_oを検出し、読み取り記憶する。

循環乾燥動作開始ステップでは、乾燥機の内部の穀物を循環させるとともに、燃焼器を起動して所要の熱媒を供給して穀物を乾燥させる。

循環乾燥過程監視ステップでは、制御表示部によってリアルタイム総重量Ｗ_i
を絶えず検出し、読み取り記憶し、且つ下記式に基づいて内部演算を行い、最終的に乾燥対象の穀物のリアルタイム水分値M_i（ｉ時点での平均水分値）を表示する。


ただし、Ｗ_oは乾燥機に乾燥対象の穀物を入れる時の初期総重量であり、Ｗ_bは風袋重量であり、Ｗ_iは乾燥過程におけるｉ時点での総重量であり、M_oは初期水分である。所定の時間間隔をおいて２回計算した水分値の差を時間間隔で割り、単位時間あたりの水分減少量、つまり水分減少速度Ｖを求める。


ただし、△Ｍは所定の時間間隔をおいて計算した水分値の差であり、△ｔは時間間隔である。

循環乾燥過程制御ステップでは、２種の循環乾燥方式を選択できる。等温制御方式を選択する場合、提供される熱媒の温度を設定温度に維持し、一般的には、温度を５０℃−１２０℃程度の適切な変動範囲内（設定温度±２０℃を超えない）に設定する。速度制限制御方式を選択する場合、リアルタイム水分減少速度を設定値以下に制御するように熱媒温度を調節する。

穀物のリアルタイム水分値M_iはターゲット水分値の適切な変動値範囲（例えば±０．５％）に入っていない場合、循環乾燥過程監視ステップに戻る。穀物のリアルタイム水分値M_iはターゲット水分値の適切な変動値範囲（例えば±０．５％）に入る場合、熱媒供給を停止させる。次に乾燥機の内部におけるすべての食糧を排出し、１ロットの循環乾燥動作を終了する。

前記等温制御は食糧水分が国家標準に規定されている安全水分に達するかどうかを判定し、安全水分値が１４％であり、安全水分に達する場合、乾燥動作（特に熱媒の供給を停止させる）を停止させ、食糧排出動作を開始し、達していない場合継続的に乾燥させる。

前記等速制御はスイッチング制御に属し、穀物の総重量又は水分、穀物温度、熱媒温湿度、環境温湿度に基づき、ロジック判断及びモデル予測分析を行い、熱媒の温度及び食糧排出速度を制御し、安全水分になるまで、穀物の水分減少速度をある数値に維持し又は該数値より小さくする（例えばもみの水分減少速度を０．８％に維持し、トウモロコシの水分減少速度を２．５％より小さくする）。等速制御及び速度制限制御の制御戦略は古典的なＰＩＤ方法又は予測制御方法（モデルによる水分変化予測とＰＩＤ制御を組み合わせる）を用いる。

本考案の方法が提供する総重量検出に基づく穀物循環乾燥水分のオンライン測定制御システムは、主に、乾燥機本体、食糧供給排出エレベータ、燃焼器、吸込ファン、風道、ロードセル群、信号検出変換部、制御表示部で構成され、前記ロードセル群は乾燥機本体の下方に設置され、ロードセル群が信号検出変換部に接続され、信号検出変換部が制御表示部に接続される。乾燥機ユニットでは、食糧供給排出エレベータは１台のバケットエレベータが流向切り替え装置によってそれぞれ食糧供給と食糧排出を行ってもよく、２台のバケットエレベータがそれぞれ食糧供給と食糧排出を行ってもよい。

前記乾燥機本体は上スクリューコンベヤ、テンパリング部、乾燥部、下本体、及びホッパーを含み、前記上スクリューコンベヤは、食糧供給排出エレベータにおける食糧をテンパリング部に輸送することに用いられ、上スクリューコンベヤの下方がテンパリング部であり、テンパリング部の下方が乾燥部であり、乾燥部の下方に下本体が設けられ、下本体が乾燥機ユニットの本体部分であり、下本体は食糧排出機構、及び下スクリューコンベヤを含み、下本体内における食糧を食糧供給排出エレベータに再び搬入することに用いられ、それにより１つの乾燥サイクルを完了し、１つの乾燥サイクルを完了した後に乾燥対象の食糧がホッパーを通じて食糧供給排出エレベータ内に再び入り、次の循環乾燥過程に入る。

ロードセル群は、乾燥機本体台座に取り付けられる複数のロードセルで構成され、乾燥機の内部に詰められる穀物重量変化の検出を実現する。温湿度センサ群は環境温湿度、食糧温度、熱媒温度等の検出センサを含む。信号検出変換部は、検出された総重量、温湿度等の信号を増幅し且つデジタル信号に変換し、制御部（上位機）に伝送する。制御部は主にシステム関連センサの信号を受信し、信号を判断し分析した後、乾燥機に対して水分のオンライン制御を行う。ロードセルを合理的に設置することによって、乾燥機が連続的に動作する状態で、いずれの乾燥機の部材の動作も停止させることなく、各種の重量パラメータを正確に測定でき、乾燥効果の正確制御を実現する。

前記ロードセル群と乾燥機ユニットとの接続は２種の接続方式（部分支持構造と完全支持構造）を用いる。
１）部分支持構造において、ロードセル群は乾燥機台座の支脚下に取り付けられ、穀物を含む乾燥機本体の重量がセンサに作用し、食糧供給排出エレベータと乾燥機本体とがヒンジ接続方式によって接続され、熱風炉、吸込ファンはダクトの柔軟性ジョイントによって乾燥機本体に接続され、それによりエレベータ、熱風炉、吸込ファンの接続、振動及び質量がロードセルの検出に影響を与えることを回避する。
２）完全支持構造において、ロードセル群と乾燥機とが１つの接続底板によって互いに接続され、接続底板の上に乾燥機本体及び食糧供給排出エレベータが取り付けられ、熱風炉、吸込ファンは依然としてダクトの柔軟性ジョイントによって乾燥機本体に接続される。

より好ましくは、前記乾燥機のロードセル群は複数のロードセルで構成され、乾燥機本体の下本体の支脚下又は接続底板下に設置される。

より好ましくは、円環状スペーサーはスポーク弾性体の上面に設置され、センサ全体はスポーク式構造であり、ロードセルの中心部位が１つのハブに加工される。ハブの外側に円周方向に環状凹溝が加工され、環状凹溝内に８つの小スルーホールが均一に加工され、抵抗歪みゲージが小スルーホールの内部に分布する。

１、本考案は乾燥機及びその内部の穀物総重量に対する検出によって、乾燥過程における穀物水分の変化を検出し、且つ穀物水分に対するオンライン制御を実現し、従来の抵抗法及び静電容量法を代替する。抵抗法及び静電容量法の温湿度感受性を克服する。水分のオンライン検出の精度及び安定性を向上させる。水分のオンライン検出の測定領域を拡げる。抵抗法及び静電容量法は穀物の低水分領域（１３％〜１８％）での検出精度がかろうじて±０．５％に達し、安定度が８０％程度であり、秤量法は全水分領域（１３％〜３５％）で簡単に±０．５％に達し、安定度が８０％である。

２、本考案は付属装置の接続、質量等の検出に対する影響を回避するために、穀物循環乾燥機の構造及び動作の特徴を利用し、ロードセル群を乾燥機本体及び付属部材をヒンジで接続し及び柔軟性ジョイントで接続し、又はすべての付属装置をロードセル群の上に設置する。乾燥機の動作効率を向上させ、乾燥機を連続的に動作させ、乾燥機部材の振動の秤量に対する影響を効果的に解決する。

３、本考案は水分検出全領域の精度が±０．５％より高いため、提供するシステム及び方法は、乾燥過程に対してターゲット制御、速度制限制御及び等速制御を実施し、乾燥機の自動化程度を向上させ、且つ省エネルギー乾燥及び品質維持乾燥を実現し、中国の乾燥装置の自動化インテリジェント技術レベルを高めることに寄与し、且つ日本、カナダ等の技術先進国を超える。

４、本考案が提供する穀物循環乾燥水分のオンライン制御システムは構造が簡単で、取り付けが容易で、操作が簡単で、耐干渉性に優れ、環境適応性に優れる等の利点を有し、トウモロコシ、稲、小麦等の作物の循環乾燥作業に適し、従来技術の主な欠陥を回避する。

図１は本考案の方法の模式図である。 図２は本考案のシステムの構造ブロック図である。 図３は本考案の実施例１の乾燥機の構造模式図である。 図４は本考案の図３に示される乾燥機本体及び食糧供給排出エレベータの構造模式図である。 図５は本考案の図３におけるＡ箇所の乾燥機本体とエレベータとのヒンジ接続方式の構造模式図である。 図６は本考案のロードセルの上面構造模式図である。 図７は本考案のロードセルの部分断面図である。 図８は本考案のロードセルのブリッジ接続、信号検出変換、制御表示のフローチャートである。 図９は本考案の制御表示部の外観図である。 図１０は本考案の方法のモード１の制御ブロック図である。 図１１は本考案の方法のモード１の水分変化曲線の模式図である。 図１２は本考案の方法のモード２の制御ブロック図である。 図１３は本考案の方法のモード２の水分変化曲線の模式図である。 図１４は本考案の実施例２の乾燥機の構造模式図である。 図１５は本考案の実施例３の乾燥機の構造模式図である。 図１６は本考案の実施例４の乾燥機の構造模式図である。

具体的な実施例を参照しながら本考案の穀物乾燥機の水分のオンライン測定制御方法についてさらに説明する。重量が８トン、初期水分が２６％の乾燥対象の稲を例とする。

図１に示されるように、本考案に記載の穀物乾燥機の水分のオンライン測定制御方法は以下のステップを含む。

動作初期化ステップでは、乾燥機の制御表示部内に乾燥対象の稲の初期水分値Ｍ_０＝２６％、ターゲット水分値Ｍ_Ｔ＝１４％、熱媒温度５０℃、水分減少速度上限（好ましくは、水分減少速度Ｖが２．５％を超えない）、乾燥動作方式（等温乾燥方式又は等速乾燥方式）を入力して記憶する。

風袋重量検出ステップでは、乾燥機の内部に食糧がない状態で、乾燥機の下部に取り付けられるロードセル群を利用して電気信号を検出し、ロードセル群が信号検出変換部に接続され、信号検出変換部が電気信号を重量信号に変換し、信号検出変換部が制御表示部に接続され、制御表示部で風袋重量を検出、読み取り記憶し、検出される風袋重量が１．８トンである。

食糧充填初期総重量Ｗ_o 測定ステップでは、乾燥機の食糧供給装置を起動し、乾燥機内に乾燥対象の高水分稲を輸送し、乾燥機の内部にレベルセンサが取り付けられ、輸送過程においてレベルセンサが食糧の高さを制御し、設定された高さに達していない場合、継続的に輸送し、設定された高さに達する場合、食糧供給装置が輸送を停止させる。次に制御表示部によって初期総重量Ｗ_oが９．８トンであることを検出し、読み取り記憶する。
循環乾燥動作開始ステップでは、上スクリューコンベヤ、エレベータ、下スクリューコンベヤ、食糧排出機構、燃焼器を順に起動して循環乾燥動作を開始して乾燥機内部の穀物を循環させるとともに、燃焼器が循環乾燥に必要な熱媒を提供して乾燥を行い、熱媒の温度が５０℃である。

循環乾燥過程監視ステップでは、制御表示部によってリアルタイム総重量Ｗ_iを絶えず検出、読み取り記憶し、且つ下記式に基づいて内部演算を行って最終的に乾燥対象の穀物のリアルタイム水分値 M_i（ｉ時点での平均水分値）を表示する。


ただし、Ｗ_oは乾燥初期総重量であり、Ｗ_bは乾燥機本体の質量（風袋重量）であり、Ｗ_iは乾燥過程におけるｉ時点での総重量であり、
M_oは初期水分であり、 M_iは乾燥過程におけるｉ時点での乾燥機内部の食糧の平均水分である。所定の時間間隔をおいて２回計算した水分値の差を時間間隔で割り、単位時間あたりの水分減少量、つまり水分減少速度Ｖを求める。


ただし、△Ｍは所定の時間間隔をおいて２回計算した水分値の差であり、
△ｔは時間間隔である。

循環乾燥過程制御ステップでは、２種の循環乾燥方式を選択できる。等温制御方式を選択する場合、提供する熱媒温度を所定の温度に維持し、且つ温度を±３℃範囲内に維持する。好ましくは、温度を５０℃に設定する。速度制限制御方式を選択する場合、リアルタイム水分減少速度を設定値２．５％以下に制御するように熱媒温度を調節する。

穀物のリアルタイム水分値 M_iはターゲット水分値１４％の適切な変動値範囲（例えば±０．５％）に入っていないと、循環乾燥過程監視ステップに戻る。穀物のリアルタイム水分値 M_iはターゲット水分値１４％の適切な変動値範囲（例えば±０．５％）に入ると、熱媒供給を停止させる。次に乾燥機の内部におけるすべての食糧を排出し、１ロットの循環乾燥動作を終了する。

実施例１
図２及び図３を参照し、本考案の方法を用いた総重量検出に基づく穀物循環乾燥水分のオンライン測定制御システムの実施例であり、この実施例に限定されるものではなく、該システムは乾燥機本体１、排風ダクト２、吸込ファン３、燃焼器４、食糧供給排出エレベータ５、ロードセル群６、信号検出変換部７、制御表示部８、温湿度プローブ群９、及びレベル指示器１０を含む。動作中、乾燥対象の穀物を乾燥機本体１内に入れ、乾燥機のロードセル群６は乾燥機本体１の下に分布し、ロードセル群６が信号検出変換部７に一体に接続され、信号検出変換部７が制御表示部８に接続される。上記乾燥機本体１、排風ダクト２、吸込ファン３、燃焼器４、食糧供給排出エレベータ５、ロードセル群６、信号検出変換部７、制御表示部８、温湿度プローブ群９、及びレベル指示器１０は穀物総重量検出に基づく循環乾燥水分のオンライン測定制御システム全体を構成する。

図４を参照し、乾燥機本体１は上スクリューコンベヤ１１、テンパリング部１２、乾燥部１３、下本体１４、ホッパー１７を含む。上スクリューコンベヤ１１は食糧供給排出エレベータ５における食糧をテンパリング部１２に輸送することに用いられる。上スクリューコンベヤ１１の下方はテンパリング部１２であり、テンパリング部１２の下方は乾燥部１３であり、乾燥部１３の下方に下本体１４が設けられ、下本体１４は乾燥機ユニットの本体部分である。下本体１４は食糧排出機構１５、下スクリューコンベヤ１６を含み、下本体１４内における食糧を食糧供給排出エレベータ５に再び搬入し、それにより１つの乾燥サイクルを完了する。１つの乾燥サイクルを完了した後に乾燥対象の食糧がホッパー１７を通じて食糧供給排出エレベータ５内に再び入り、次の循環乾燥過程に入る。

図２及び図５に示されるように、Ａ箇所はヒンジ接続の形式であり、すなわち乾燥機本体１と食糧供給排出エレベータ５とがヒンジ接続の形式を用い、食糧供給排出エレベータ５の動作時の振動が乾燥機本体１の下に位置するロードセル群６に影響を与えることを回避する。ヒンジ接続の内部構造において、接合板１８は乾燥機本体１及び食糧供給排出エレベータ５の内係合構造１９をボルトによって一体に固定し、内係合構造１９は突出しているシートを有し、シートに複数の孔を有し、接合板１８に接続されることに用いられ、食糧供給排出エレベータ５の横方向位置を固定し、接合板１８が異なる孔に接続されることにより、乾燥機本体１と食糧供給排出エレベータ５との間の隙間を調整可能にする。内係合構造１９が外係合構造２０に嵌合され、ボルトによって食糧供給排出エレベータ５に接続して固定され、内係合構造１９及び外係合構造２０の食糧供給排出エレベータ５に沿う縦方向位置が調整可能で、それにより食糧供給排出エレベータ５の異なる位置を固定する。

図２〜図４に示されるように、吸込ファン３と乾燥機本体１の下本体１４が柔軟性接続形式で接続される。すなわち吸込ファン３と排風ダクト２は柔軟性ジョイント（例えば高温耐火シリコーンブランケット、軟質ゴムジョイント等）によって一体に接続される。このように実施すると、食糧供給排出エレベータ５と乾燥機本体１とのヒンジ接続によって、吸込ファン３が柔軟性ジョイントと乾燥機本体１との接続によって、吸込ファン３、食糧供給排出エレベータ５の接続及び質量がロードセル群６の検出に影響を与えることを回避できる。ここで、燃焼器４は内蔵されるが、外付け燃焼器４で代替してもよく、代替する時に乾燥熱媒もダクト及び柔軟性ジョイントによって乾燥機本体１の下本体１４に接続されなければならない。

図２〜図４に示されるように、乾燥機本体１、排風ダクト２、吸込ファン３、燃焼器４、及び食糧供給排出エレベータ５が動作する時、ホッパー１７内に収納される穀物を食糧供給排出エレベータ５によって下から上へ乾燥機本体１の最上部に輸送し、上スクリューコンベヤ１１に入って輸送される穀物を乾燥機本体１内に均一に撒き、重力のため穀物が下へそれぞれテンパリング部１２及び乾燥部１３を通過して下本体１４に到着し、下本体１４に六羽根車食糧排出機構１５（従来技術では一般的に使用される食糧排出機構）が設けられ、食糧排出速度は食糧排出機構１５に制御される。乾燥機本体１の一側に燃焼器４が取り付けられ、熱媒（好ましくは高温エアである）を発生させて穀物を乾燥させる。適切な温度の熱媒は下本体１４を経由して乾燥部１３に入って穀物を乾燥させ、乾燥後の湿った熱媒は吸込ファン３に吸引されて排風ダクト２によって排出される。穀物は一回乾燥された後、下本体１４内の底部に位置する下スクリューコンベヤ１６に排出され、下スクリューコンベヤ１６は穀物を乾燥機本体１から排出し且つ食糧供給排出エレベータ５に送入し、穀物は食糧供給排出エレベータ５によって乾燥機本体１内に再び入って継続的に乾燥され、それにより乾燥−テンパリング−乾燥−テンパリングの循環乾燥過程を形成する。循環乾燥過程では、食糧水分が蒸発し、重量が減少し、重量の変化により乾燥機のロードセル群６の測定値が変化する。循環乾燥の時間又は循環乾燥の循環回数は、食糧の初期水分、熱媒の温度、及び最終的なターゲット水分に決められる。

図３、図６及び図７に示されるように、前記乾燥機ロードセル群６は複数のロードセルで構成され、乾燥機本体１の下本体１４の支脚下に設置される。ロードセル群６は原理、構造、寸法、材質、測定範囲及び精度がいずれも同じである４本以上のロードセルで構成される。ここで用いるロードセルは円環状スペーサー２１、抵抗歪みゲージ２２、スルーホール２３、小スルーホール２４、及びスポーク弾性体２５を含む。円環状スペーサー２１はスポーク弾性体２５の上面に設置され、円環状スペーサー２１を追加する目的は埃塵、雨や雪等の不純物が検出器と乾燥機とのスリットを塞ぐため、測定精度に影響を与え、機器を損傷することを回避することである。センサ全体はスポーク式構造であり、ロードセルの中心部位が１つのハブに加工される。ハブ部位は突起状であり、ハブの中心軸方向にスルーホール２３が開けられる。ハブの外側に円周方向に環状凹溝が加工され、環状凹溝内に８つの小スルーホール２４が均等に加工され、均一に分布する８つのスポークが形成され、抵抗歪みゲージ２２は小スルーホール２４の内部に分布し、スポーク弾性体２５の側壁に貼り付けられる。スポークの外側がホイールリムであり、外部荷重はハブの最上部及びホイールリムの底部に作用してスポークが揃断力を受け、該力によって荷重を間接的に測定する。

図２、図３、図７及び図８に示されるように、乾燥機本体１内の食糧水分の変化が重量変化を引き起こす場合、スポーク弾性体２５は揃断力を受けて歪みが発生し、この時にスポーク弾性体２５の側壁に貼り付けられる抵抗式歪みゲージ２２も歪みが発生し、抵抗値が変化し、ブリッジ回路によって電圧信号に変換し、電圧信号が信号検出変換部７に伝送される。

図８に示されるように、前記信号検出変換部７は電圧信号を収集して変換する。該部は増幅フィルタリング回路、アナログデジタル変換回路、ウォッチドッグ回路、ＭＣＵ信号処理装置、ＲＳ４８５シリアル通信回路で構成される。実施際に、信号検出変換部７として、長春吉大科学儀器設備有限公司により生産される水分検出器ＪＤＡＩ−III型水分検出器を用いてもよい。

本回路の設計について、増幅フィルタリング回路を前置し、それによりノイズを除去し、信号を増幅する。次にアナログデジタル変換回路に接続し、アナログ信号を上位機に受信できるデジタル信号に変換する。続いてＭＣＵ信号処理回路をアナログデジタル変換回路に接続し、受信するデジタル信号を処理する。ウォッチドッグ回路がＭＣＵ回路に接続され、プログラムのロック、紛失等の現象を防止する。最終的に処理済みの信号をＲＳ４８５シリアル通信回路によって制御表示部に接続する。

電圧信号はフィルタリング増幅回路を通過した後、ノイズが除去され、干渉信号が除去され、信号値が増幅される。フィルタリング増幅処理済みの電圧信号は依然としてアナログ量に属し、上位機に受信できず、この場合で信号をアナログデジタル変換回路によって上位機に受信できるデジタル信号に変換する。デジタル信号はＭＣＵ信号処理回路により演算する。ＭＣＵ信号処理回路は、シングルチップマイクロコンピュータ信号処理回路である。演算によって重量変化値−電圧信号−デジタル信号−水分含有量の関係を作成できる。また、温湿度プローブ群９は環境温湿度、乾燥機本体１内の温湿度信号をＭＣＵ信号処理回路に伝送する。温湿度プローブ群９は賽斯特ＳＴ８００温湿度プローブ群を用いてもよい。レベル指示器１０の信号を信号検出変換部７に接続し、乾燥機本体１内における食糧の高さを判断し、それにより食糧供給排出エレベータ５の動作を制御する。レベル指示器１０は嵐ユウＣＸ-１１Ｂ型レベル指示器を用いてもよい。

ＭＣＵシステムが実行する場合、例えばプログラム失敗、記憶失敗、外部干渉又は誤操作等の現象がたまに発生し、システムが無限ループに入って通常動作できない。ウォッチドッグ回路を追加する必要があり、ウォッチドッグ回路の基本機能としてソフトウェア動作に問題が発生し及びプログラム障害が発生した後にプログラムを初期化する。このようにシステムはこのような干渉が発生する場合で直ちにリセットでき、それにより機器自体の動作安定性を大幅に改善する。この場合、デジタル化し、安定して、演算された信号を制御表示部８に伝送する。

前記制御表示部は図８と図９に示される。制御表示部８は長春吉大科学儀器設備有限公司により生産されるＪＤＡＩ−II型水分センシング制御ディスプレイを用いてもよい。

制御表示部８は「設定」キーによって手動又は自動モードに入って燃焼器４及び食糧排出機構１５を制御し、「品種」キーによって穀物種類、例えばトウモロコシ、稲等を選択する。「記憶」キーによって所望する水分値を設定する。演算処理済みの信号を制御表示部８に伝送する。パネルにリアルタイムな水分値を表示し、これによって水分に対する検出と制御を実現し、穀物を水分のターゲット値に達させる。

要するに、穀物総重量に基づく水分検出循環測定制御システムの操作よって穀物総重量に基づく水分検出循環測定制御方法を実現する。

図１０、図１１、図１２及び図１３に示されるように、本考案による穀物乾燥機の水分のオンライン測定制御方法は、等温乾燥又は速度制限乾燥の２種のモードを有し、穀物を水分のターゲット値に達させる。

モード１は等温制御（等媒体温度）である。等温制御の食糧循環乾燥過程は図１０、図１１に示される。示される循環乾燥動作では、熱媒温度が一定であるように設定及び制御する。乾燥初期段階では、食糧の含水率が高く、水分の拡散速度が速く、水分減少速度も速く、食糧の温度が媒体温度より遥かに低い。乾燥過程の進行に伴い、食糧の水分減少が徐々に遅くなり、食糧の総重量減少も遅くなり、食糧の温度が徐々に高くなり、媒体温度に接近する。この過程では、制御表示部は設定されたターゲット水分（総重量）と実測水分（総重量）とを自動的に比較し、その差が０．５％の水分より低いと、循環乾燥機が乾燥を停止させるように制御する。

モード２は等速制御（等水分減少速度）である。等速温度可変制御の食糧循環乾燥過程は図１２、図１３に示される。等温乾燥過程では早期に水分減少速度が速く、後期に水分減少速度が遅いため、穀物品質が低下することを克服するために、本考案は等速温度可変制御を提供し、すなわち媒体温度を絶えずに調節することによって、単位時間あたりの穀物の水分減少値を同じにして又は単位時間あたりの乾燥機総重量（穀物を含む）の重量減少値を同じにする。同様にこの過程では制御表示部は設定されたターゲット水分（総重量）と実測水分（総重量）とを自動的に比較し、その差が０．５％の水分より低いと、循環乾燥機が乾燥を停止させるように制御する。

前記等速制御はスイッチング制御に属し、穀物の総重量又は水分、穀物温度、熱媒温湿度、環境温湿度に基づき、ロジック判断及びモデル予測分析を行い、熱媒の温度及び食糧排出速度を制御し、安全水分になるまで、穀物の水分減少速度をある数値を維持し又は該数値より小さくする（例えばもみの水分減少速度を０．８％に維持し、トウモロコシの水分減少速度を２．５％より小さくする）。等速制御及び速度制限制御の制御戦略は古典的な方法又は予測制御方法を用いる（モデルによる水分変化予測とＰＩＤ制御を組み合わせる）。

実施例２
乾燥機のロードセル群６により測定される各種の重量パラメータは乾燥効果に対して非常に重要であり、乾燥機のロードセル群６と乾燥機の接続方式の状況は測定結果に直接に影響を与える。

図１４を参照し、本実施例において、本考案の総重量検出に基づく穀物循環乾燥水分のオンライン測定制御システムは実施例１の変形であり、共通点についての重複説明を省略し、相違点として、乾燥機本体１及び食糧供給排出エレベータ５は完全支持方式を用いて乾燥機ロードセル群６に接続され、完全支持方式は乾燥機本体１、食糧供給排出エレベータ５等が接続底板２６の上に取り付けられ、乾燥機のロードセル群６が接続底板２６の下に取り付けられる。

実施例３
図１５を参照し、本考案の総重量検出に基づく穀物循環乾燥水分のオンライン測定制御システムは実施例１の変形であり、共通点についての重複説明を省略し、相違点として、乾燥部１３は二重乾燥部モードを用い、乾燥部１３は１つから２つに変化する。上スクリューコンベヤ１１を取り外し、食糧供給シュート２７とバッファ２８を追加し、食糧供給排出エレベータ５内における食糧は食糧供給シュート２７とバッファ２８によってテンパリング部１２に入る。

実施例４
図１６を参照し、本考案の総重量検出に基づく穀物循環乾燥水分のオンライン測定制御システムは実施例１の変形であり、共通点についての重複説明を省略し、相違点としては、部分支持の接続方式を用いる。すなわち接続底板２６を取り外し、乾燥機総重量（穀物を含む）ロードセル群６を下本体１４の支脚下に直接に取り付ける。部分支持構造は、ロードセル群は乾燥機台座の支脚下に取り付けられ、穀物を含む乾燥機本体の重量がセンサに作用し、食糧供給排出エレベータと乾燥機本体とがヒンジ接続方式によって接続され、熱風炉、吸込ファンはダクトの柔軟性ジョイントによって乾燥機本体に接続され、このようにエレベータ、熱風炉、吸込ファンの接続、振動及び質量がロードセルの検出に影響を与えることを回避する。

上記の実施例についての説明は当業者が本考案を理解及び応用できるためである。明らかに、当業者はこれらの実施例に対して各種の変更を簡単に行うことができ、且つ創造的な労働を必要とせずにここで説明する一般的な原理を他の実施例に応用できる。従って、本考案はこれらの実施例に限定されず、当業者は本考案の開示に基づき、本考案の精神を逸脱せずに行った改良及び変更はいずれも本考案の保護範囲内に属すべきである。

本考案は乾燥機及びその内部の穀物総重量に対する検出によって、乾燥過程における穀物水分の変化を検出し、且つ穀物水分に対するオンライン制御を実現し、産業上の利用効果に優れる。

Claims (10)

1. 重量検出に基づく穀物乾燥の水分測定制御方法であって、
   乾燥機内に乾燥対象の穀物を輸送し、乾燥動作を開始するステップ１と、
   乾燥対象の穀物の第ｉ時点での平均水分値M_iをリアルタイムに計算し、
   
   
   ただし、 W_oは乾燥機に乾燥対象の穀物を入れる時の初期総重量であり、
   W_bは風袋重量であり、 Wiは乾燥過程における第ｉ時点での総重量であり、
   M_oは初期水分であるステップ２と、
   前記穀物の水分値 M_iはターゲット水分値の変動値範囲に入っていない場合、ステップ２に戻り、前記穀物の水分値M_iはターゲット水分値の変動値範囲に入る場合、熱媒供給を停止させ、次に乾燥機の内部におけるすべての前記穀物を排出するステップ３と、
   を含むことを特徴とする重量検出に基づく穀物乾燥の水分測定制御方法。
2. ステップ２では、水分減少速度Ｖをさらに計算し、
   
   ただし、△Ｍは所定の時間間隔をおいて計算した水分値の差であり、
   △ｔは時間間隔であることを特徴とする請求項１に記載の測定制御方法。
3. ステップ１では、さらに、提供される熱媒の温度を設定温度に維持する等温モード及びリアルタイムな水分減少速度を設定値以下に制御するように熱媒の温度を調節する速度制限モードという２種の作動モードを設定できることを特徴とする請求項２に記載の測定制御方法。
4. 乾燥機内に乾燥対象の穀物を輸送する時、前記穀物の高さを制御し、設定された高さに達していないと、継続的に輸送し、設定された高さに達すると、輸送を停止させることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の測定制御方法。
5. 乾燥動作を開始する前、ロードセル群は初期総重量 W_o及び風袋重量 W_bを検出し、乾燥動作過程において、ロードセル群は総重量 W_iをリアルタイムに検出することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の測定制御方法。
6. 乾燥機本体（１）、吸込ファン（３）及び食糧供給排出エレベータ（５）を含む穀物循環乾燥の自動運転システムであって、さらにロードセル群（６）を含み、前記ロードセル群（６）は乾燥機本体（１）の下方に設置され、ロードセル群は乾燥機に乾燥対象の穀物を入れる時の初期総重量、風袋重量及び穀物のリアルタイム総重量を検出することに用いられることを特徴とする穀物循環乾燥の自動運転システム。
7. 乾燥機本体（１）と食糧供給排出エレベータ（５）とがヒンジ接続され、乾燥機本体（１）と吸込ファン（３）とが柔軟性ジョイントによって接続されることを特徴とする請求項６に記載の自動運転システム。
8. 乾燥機本体（１）及び食糧供給排出エレベータ（５）は接続底板（２６）の上に設置され、ロードセル群（６）は接続底板（２６）の下に設置されることを特徴とする請求項６又は７に記載の自動運転システム。
9. さらに食糧供給シュート（２７）及びバッファ（２８）を含み、食糧供給排出エレベータ（５）内における穀物は食糧供給シュート（２７）及びバッファ（２８）によってテンパリング部（１２）に入り、テンパリング部（１２）の下方に分離される２つの乾燥部（１３）を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の自動運転システム。
10. ロードセル群（６）は乾燥機本体台座の支脚下に設置され、前記ロードセル群（６）は均等に設置される複数のセンサで構成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の自動運転システム。