1、谷物干燥机自动控制系统的设计2004 年 l1 月农机化研究第 6 期谷物干燥机自动控制系统的设计刘冬梅,刘立意,柴玉华,辜松(东北农业大学工程学院,黑龙江哈尔滨 150030)【摘要】根据谷物烘干的基本原理,对谷物干燥机内谷物的温度和水分进行在线监测,完成了监控系统的硬件和软件设计,实现了系统的自动控制.【关键词】农业工程;谷物烘干机;设计;自动控制;在线监测【中图分类号】$226.7【文献标识码】A【文章编号 】1OO3188X(2004)06-0122 一 O2目前,国内谷物烘干机主要凭人工经验操作,还没有成熟的水分自动控制系统产品应用于生产实际.笔者在多年的研究,实验和实践探索的基础上
2、,针对我国烘干机生产工艺和北方地区烘干作业特点,设计了玉米烘干机的自控系统,并应用于开发,生产,效果良好.1 基本原理在烘干工艺及烘干塔的结构参数确定后,粮食在塔内的降水幅度主要取决于粮食在塔内的加热历程,即取决于粮食在塔内受热的时间及其历经的温度,时间与粮温加权积,定义为“积温“.通过实验室模拟试验,得到了烘干过程中降水量与“ 积温 “间的定量关系:粮温高,作用时间长,SM3000在线流量计测控模块信号调理通讯接口【II“积温 “大,降水量加大 ;粮温低,作用时间短,“积温 “小,降水量减小 .另外 ,热风流量和原粮水分也会影响降水幅度.热风流量大,降水速率通常会加大.相同“积温“ 时,入粮
3、水分不同 ,降水幅度也略有差别.2 控制系统硬件组成测控系统采用全数字结构,主要由数字温度传感器及配套仪表,数字湿度传感器及配套仪表,工业控制计算机,烘前中子在线测水仪,烘后在线测水仪,变频调速器,在线流量计,可编程控制器,数据通讯模块,执行器及报警装置组成.因此,硬件系统可靠性,抗干扰能力和测控精度高,系统灵活性,适应性强.控制系统硬件组成如图 i 所示.图形监视器l 恒圃厂 L图 1 控制系统硬件组成框图由温度传感器分别探测热风,冷风,环境温湿置处(15cm);控制系统中两个水分测定仪分别安置度和烘干塔内 18 个层面的粮温.由于该塔无外防护于烘前入粮段(中子仪探头置于烘前仓下倒锥体中层,
4、风向对干燥过程有一定影响,因此从上至下采部)和烘后排粮段(置于烘后提升机入料锥斗底部),用前后两面对称布置粮温传感器,减少了测控的不它们的测量数据为初始参数推算(前馈控制模型)均匀性.传感器插入深度为粮层横向厚度的 l/2 位及误差修正(反馈控制)之用.【收稿日期】20040228【作者简介】刘冬梅(1971 一).女.黑龙江哈尔滨人.讲师.主要从事工程图学及农业机械方面的研究工作.122.二 n 二度=二 n 二一一度二度 lI 湿= 度二度 lI.一一一一一一一一一一一;一热二热二环二废=废二一厂2004 年 11 月农机化研究第 6 期我国北方地区烘干作业期一般在冬季,粮食温度处于冰冻态
5、,而且经常有雪面掺于其中,传统的电容式测水仪不能胜任.为解决这一问题,笔者开发了中子式智能粮食水分在线测量仪,满足了控制系统的要求.在烘后出粮段(此时粮温0),目前国内外普遍采用电容式水分在线测量仪,其稳定性和可靠性较好.笔者采用的是美国希富公司SMART3000 在线水分测量仪.流量计用于记录和校正排粮,计算排粮流量及统计产量.所有检测和测量仪表均设计为带计算机接口的智能型,测试变量通过 4 个 RS485 接口将数据传送到单片机系统 ,由单片机系统编码组合后送入程控制器.控制系统采用上下位机系统结构,上位机为研华 IPC610 工业控制计算机,作为人机监控界面,参数设定及生产数据存盘记录等
6、.计算机由单片机送来的检测数据,根据建立的控制模型推算出合理的排粮速度,并输出控制指令信号给变频调速器,使排粮电机在最优转速下工作,达到控制水分的目的.在谷物烘干过程中,由于工艺流程时间都较长(36h),若仅采用 “反馈式“的检测出粮食水分的自控制方式,必然导致控制严重滞后和波动,难以达到稳定控制和设计精度指标,因此需增加“前馈环节“.谷物入机水分参数是前馈环节的重要参数,根据测得的烘前谷物水分及时自动地调节其干燥参数,才能真正实现对谷物烘干机的自动控制.3 控制系统软件上位机软件系统如图 2 所示.图 2 软件系统框图软件系统上位机采用工业控制系统软件一组态王 5.1 及 VB6.0 为开发
7、工具,测控模型采用Matlabel 与 VB 嵌入式编程技术;下位机采用控制器专用软件开发.软件系统拥有烘后水分动态校正,烘前水分补偿以及控制参数自动/半自动优化功能.性强的,适用于生产实际的干燥机控制模型,并且研究了一套准确可靠的粮食水分在线监测装置或快速的取样测量装置.4 结束语通过上述设计,实现了烘干机粮食水分的自动2控制,建立了一套准确度较高,适用性好,可操作参考文献柴玉华,刘立意.谷物干燥机自动监测系统的研究J.农机化研究,2003,(2):153-154.潘永康.现代干燥技术M.北京:化学工业出版社.1998.Adesignoftheautomaticcontrolsystemof
8、corndryingmachineLIUDong-mei,LIULi-yi,CHAIYu-hua,GUSong(NortheastAgricultureUniversity,Harbin150030,China)【AbstractlInthispaper,accordingtothebasictheoryofcorndrying.thetemperatureandhumidityofcorninthedryerwasmonitoredon-line.Thecontrolsystemhardwareandthedesignprojectofsoftwarehasbeengiven.Sotheautomaticcontrolofcorndryingcanberealized.IKeywordslagriculturalengineering;corndryingmachine;design;automaticcontrolsystem;on.1inemeasuring.123.
