基于总重检测的粮食循环干燥水分在线测控系统的研究

【摘要】粮食的储运、加工、生产的研究毫无疑问关乎国家安全、百姓安居乐业。尤其是如何将粮食安全储藏通过自动化的粮食干燥设备以降低粮食的含水率是将粮食安全储藏的关键步骤。在粮食的干燥过程之中，粮食水分的实时在线检测和控制是实现粮食精确干燥的重要一步。基于各种复杂条件与因素的影响，过往传统的常规的粮食水分在线检测与控制的方法显然已经难以满足于实现当前粮食水分干燥过程中在线实时及时的测量测定及粮食水分控制的精度与准确度。本文根据粮食循环干燥的特性，以循环干燥过程中干物质不变为前提，总重变化量即水分蒸发量的方法求得粮食的实时含水率，实现了粮食循环干燥水分的在线检测。以试验证明了采用基于循环式干燥机内粮食重量变化来检测粮食含水率的可行性及重量与含水率、温度与干燥速率之间的关系。自主设计与实现了基于总重检测的粮食循环干燥水分在线检测与控制的智能系统，硬件方面包括称重传感器和称重仪表、循环干燥控制系统。软件方面包括基于matlab编写的粮食循环干燥模拟程序、基于虚拟语言LABVIEW编写的上位机控制程序。同时，建立了基于总重检测的谷物干燥模型，并进行了此模型的计算机模拟，模拟出了循环等速干燥的全过程，展示了在模拟循环干燥过程中总重、干燥速率、热风温度之间的关系和变化规律。并根据实验验证了在干燥速率保持相等的情况下，烘干温度的变化规律。并通过实验进行了验证。与此同时，根据粮食湿基含水率的公式，经过大量的试验数据计算出的粮食水分，与经过粮食水分绝干试验所测定的粮食实际水分相比较，误差控制在了非常微小的范围，并在与其他粮食水分检测系统进行了比较之后，如基于电阻检测的粮食循环干燥水分在线测控系统、基于电容检测的粮食循环干燥水分在线测控系统。比较发现，采取基于总重检测的粮食循环干燥水分在线测控系统检测水分的方法其精确度是相当之高的。本文共有以下几个方面：1）对基于总重法检测循环干燥过程粮食含水率开展了理论研究。分析了循环式粮食干燥机的结构及工艺特点设计。循环式粮食干燥过程中粮食在干燥机内部循环流动的特点为利用称重法检测粮食循环干燥的水分提供了可行性。通过循环过程干物质不变，粮食重量变化即水分的蒸发量的原理，根据粮食湿基含水率的公式间接求的水分做出了研究。2）根据Page模型，利用计算机对循环干燥过程进行了模拟，推断粮食水分的变化及变化趋势。使整个循环干燥过程粮食的降水速率维持在一定的范围之内，并预测出了温度、降水系数等参数的变化规律。3）基于总重检测的粮食循环干燥水分在线测控系统的研究，硬件方面包括称重传感器、称重仪表、循环干燥控制柜。设计实现了基于总重检测的粮食循环干燥控制柜。软件系统由下位机与上位机两部分组成，其中下位机程序实现信号的预处理与上位机通信功能，上位机软件基于LabVIEW软件平台开发，具有人机界面友好，和操作简便直观等优点。该系统实现了对粮食循环干燥水分的在线测控。4）建立基于总重检测的谷物循环干燥控制模型。结合对干燥作业热介质温湿度、粮食温度、粮食实时重量等参量，建立了粮食循环干燥的控制模型，可实时调节热风温度、粮食流速等干燥条件，并结合长春吉大科学仪器设备有限公司生产的X型号的循环式谷物干燥机进行试验，通过试验为基于总重测量粮食循环干燥的水分提供可行性依据。提高了粮食水分在线检测的精度和稳定性；扩大了水分在线检测的测量域。并且验证了热风温度与干燥速率之间的关系。
【作者】高鸿飞；
【导师】吴文福；
【作者基本信息】吉林大学，农业电气化与自动化，2014，硕士
【关键词】总重；粮食含水率；干燥过程模拟；在线检测；控制模型；

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