谷物烘干机的工作原理与自动控制技术研究
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摘 要：谷物烘干机在粮食处理过程中应用十分广泛，有利于粮食长期稳定的贮存，通过对现阶段谷物烘干机的应用和类型特点进行研究，说明了谷物烘干机的工作原理、技术流程，并总结了谷物烘干机自动控制技术的实施途径。
关键词：谷物烘干机;原理;自动控制;PLC;研究
中图分类号：S226.6 文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.014
0 引言
谷物烘干是农业生产的重要环节，是粮食长期贮藏的有力保证，传统的谷物烘干采用脱粒、晾晒的形式进行，不仅效率低下，耗费人力资源，而且烘干过程粮食损失率高，已经不符合国家和行业对粮食处理的要求。随着农业机械设备在技术上的不断提升，谷物烘干机已成为农业生产粮食加工环节的必须工具，利用现代化的技术手段，谷物烘干机能实现以最佳的烘干过程保证粮食的优良品质，使粮食达到行业要求的含水率。因此在传统的谷物烘干机械设备基础上，利用自动控制技术优化烘干过程，使其更为合理，符合谷物烘干机技术发展的实际需求。
1 谷物烘干机的种类与特点
现阶段，我国使用的谷物烘干机主要包括四大类：分别为横流烘干机、混流烘干机、顺流烘干机、逆流烘干机。这种分类是以谷物与气流的相对运动方向为依据的，不同烘干机的技术特点如下。
（1）横流烘干机在我国应用相对较早，目前在我国的谷物烘干工作中应用仍比较多，其多以圆柱型筛孔式或方塔型筛孔式结构为主，烘干过程中干燥气流与谷物的运动方向垂直，这类烘干机的结构相对简单，购置成本相对更低，但存在烘干效率低、烘干不均匀等问题，且热源消耗量大，粮食烘干率不易达到现阶段的贮藏要求。
（2）混流烘干机的烘干段主要由交错排列的角状通风盒组成。角状盒外充满粮食，粮食的运动方向为由上向下，热空气由进气角状盒进入，分别由上下两个方向穿过粮层，干燥气流的流动方向与谷物流动既同向又逆向，故称为混流。混流烘干机使干燥气流的流量更为均匀，谷物经烘干后，平均含水率较好，仅在角落部位存在部分谷物难以烘干。混流烘干机在烘干过程所需的资源消耗较低，干燥效率高，适合农业生产的经济性和绿色理念要求。
（3）顺流烘干机的干燥气流与谷物运动方向相同，故称为顺流，多应用于含水率较高的谷物。顺流烘干机的进风道通常采用漏斗式结构，排风道结构采用角状盒式排风，有利于水汽较多的废气排出。这类烘干机对粮食的干燥效率高、速度快，烘干后粮食含水率符合贮藏要求，且烘干相对均匀。但是由于顺流烘干机机型体积大、结构复杂，购置和使用维护的成本较高。
（4）逆流烘干机干燥气流与谷物运动方向相反，传热效率相对更好，但烘干能力比顺流烘干机弱，更适合含水率相对较低的谷物使用，烘干过程不易造成谷物破裂、养分下降等问题。这类机型的谷物运动速度较慢，谷物温度和热风温度比较接近，因此对热源的需求量较低，相对更节能，但工作效率低，内部湿度排出相对慢，易产生饱和问题。
2 谷物烘干机的工作原理
谷物烘干机是有很多复杂结构组成的整体，其主要由动力系统、传动系统、控制系统、烘干系统等有机组合而成。在进行谷物烘干时，等待烘干的粮食经过皮带输送机进行输送，在此过程中还能进一步实现粮食除杂，除杂后的谷物经过提升机作用被送至粮仓顶部，随着输送搅龙的转动，谷物则逐渐被送入烘干箱体，也有部分烘干机先将谷物送至整机顶部，利用谷物的重力作用，由上而下进行流动，热风在风机的动力下经风道到达进气角状盒，进而进入烘干箱内。热风按照设计的形式，以横流、混流、顺流、逆流等形式通过被输送的谷物，干燥的热风与谷物之间实现热传递现象，使谷物温度均匀上升，同时谷物中的水分蒸发成为水蒸气，跟随气流到达排气盒附近，随废气一起被排出。直到谷物的含水率达到烘干要求时，排粮装置开始工作，将谷物排出烘干箱，谷物烘干机的整体工作流程如图1所示。
3 谷物烘干机自动控制关键技术
3.1 信息采集技术
谷物烘干机的运行状态直接决定了烘干后的实际质量，因此必须要实时获取在烘干工作过程中的内部状态信息，最主要的监测信息包括温度、温湿度、含水率、物料位置。相关信息的采集均依靠传感器进行，所使用的传感器需具备耐高温、抗压强的特点，且具备足够的效率和精度。
（1）温度信息采集主要以高精度的温度传感器来实现，主要用以测量烘干段、冷却段、出料段的温度情况。谷物烘干机的温度传感器布置采用3个传感器连接到一个总线上的形式实现，如图2所示，以实现不同工位温度的及时获取。当温度未达到要求标准范围内，则会发出警报，温度传感器通常的温度测量范围在-30～120 ℃之间，精度达到0.5 ℃，实际使用中通过设置温度范围来实现，系统警报通过数据线传输，操作者在操作界面能够直观观察并进行操作。
（2）温湿度的采集主要通过温湿度传感器实现，现阶段使用的温湿度传感器具有很高的可靠性，且体积很小，不影响烘干箱内的布局，可测量的湿度范围为0～100%，温度的测量范围为-30～120 ℃，其中湿度的测量精度为±3%，温度测量精度可达±0.5 ℃，温湿度传感器集成了温度传感器、湿度传感器、校准器以及多种数据接口，其结构如图3所示，具有较强的抗干扰能力。
（3）含水率信息采集主要有两种形势：一是通过传感器直接测量谷物中的水份含量，具有测量精度高的优点，但测量结果所需时间较长，对于不断运动的谷物测量精度会有所下降;二是通过非接触式测量谷物的含水率，烘干箱中多采用电阻式检测仪进行测量，利用不同含水率谷物的导电能力不同，实现对含水率的精确测量。
（4）物料位置信息采集主要是为了避免谷物过多影响设备的正常运行，物料位置的信息主要通过料位传感器实现，其能够测得粮食烘干机存粮段的谷物高度，从而提供给系统控制送粮时机，以保证整机的合理运行和安全性。
3.2 自动烘干控制技术
当谷物烘干机进行工作时，计算机通过分析和收集各位置传感器提供的信息数据对循环风的风量、温度进行调节，这一功能的实现主要依靠系统通过控制器控制引风机与负压风机的工作状态，来调节热风的循环强度，以匹配不同濕度谷物的烘干要求，当烘干箱内的空气湿度超过预先设置要求时，热风循环系统会加强空气循环，以保证足够的烘干效率。当谷物在规定的运行条件和运行时间条件下，达到所需的含水率，传感器会将信号返回系统自动控制谷物进入排料段，将烘干后的谷物及时排出。
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