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1、引言
水稻是我国年产量较大的主要种植作物之一，由于在丰收季节很多地方恰逢雨季，不能及时靠阳光对谷物进行晾晒，致使稻谷霉变发芽，每年的损失都很大。因此高质量、高品质、低能耗的稻谷烘干机的研制就成了我国农机科研工作者的重要课题。
在水稻干燥过程中，初始含水率、干燥时间以及热风温度是影响稻谷干燥后品质的主要因素。其中，初始含水率是水稻自身的一个重要参数。干燥时间直接受排粮电机影响；排粮电机转速快，水稻在干燥塔停留的时间短，干燥时间就短；排粮电机转速慢，水稻在干燥塔停留的时间长，干燥时间也相应延长。热风温度的选取至关重要，不同的干燥工艺选取的干燥温度不一样，可能致使烘干后稻谷的爆腰率不同、品质不等，所消耗的热量也不一样。本文即从热风温度的角度，对先高温后低温干燥工艺进行改进，提出了新型变温干燥工艺，并运用PLC技术设计了稻谷烘干机的控制系统。
2、稻谷烘干机控制系统干燥工艺
下面以四个干燥段的稻谷烘干机为例，对其干燥工艺进行研究。
2.1先高温后低温干燥工艺
这一干燥工艺来源于美国，它是将稻谷放在一个90℃~120℃的高温干燥系统下干燥，使稻谷水分迅速下降，达到～定值时，将其送往低温通风干燥仓干燥。这时的低温通风通常用环境空气或稍高于环境温度几度的低湿空气，这有益于把稻谷的水分降到达标水分。由上述可知，在干燥过程中，要确定高温干燥向低温干燥转化的最佳分界水分值。在不同的干燥条件下，水稻的最佳分界水分值是不同的。其中热风温度和热风速度对其影响最大，一般情况下，热风温度和热风速度提高，最佳分界水分值也会变大。
此工艺的难点在于准确确定在某一特定干燥条件下的最佳分界水分值，且在该温度下，实现从高温干燥到低温干燥的转变。由于目前稻谷水分测量难以保证精度以及热风温度及风速的波动性，所以最佳分界水分值的确定也有难度。这个先高温后低温的干燥工艺能提高干燥效率，节能效果明显。此种方法仍然有改进空间，目前在国内的应用不多。
2.2恒温干燥工艺
恒温干燥工艺在国内应用非常普遍，特别是在分批式机型上。在干燥的过程中，稻谷从上部缓苏段慢慢降至下面的烘干段，结束烘干段后再由提升机运送到上部的缓苏段，完成一个循环，直至稻谷的降水达到预期再排出机外。恒温干燥的温度通常控制在50℃—60℃之间。
2.3新型变温干燥工艺
新型变温干燥工艺是基于恒温烘干工艺，虽然严格意义上来说是先高温后低温干燥，但其实与先高温后低温干燥有着本质的区别。先高温后低温干燥开始的干燥段使用很高的温度（90℃—120℃），而新型变温干燥t艺的高温干燥段干燥温度和上述的恒温干燥工艺使用的干燥温度差不多，低温干燥段的干燥温度比恒温干燥的干燥温度低，采取低温大风量的模式进行干燥，在硬件设备上会多2个比例阀以及若干水分在线测量设备。
此干燥工艺原理简单，操作方便，干燥效率高，且干燥后的稻谷晶质较好，能有效地节约烘干能量。与此同时，在各个干燥段内，对稻谷的含水率及温度进行实时监测，从而扫除了国内不少烘干机在各烘干段中无数据的“盲区”，直观显示烘干热风温度的变化给干燥过程带来的影响。本文中的稻谷烘干机即采用此种烘干工艺。
3、稻谷烘干机的控制系统
基于新型变温干燥I：艺设计出稻谷烘干机控制系统总体结构，其丁作原理图如图l所示。
在烘f塔的结构已知以及干燥r艺确定以后，稻谷的烘干后品质主要受热风温度以及稻谷在烘干塔中停留时间长短的影响。风机l和风机2出门端的热风温度分别由变频电机Ml和M2控制。稻谷在烘干塔中停留时间取决于排粮变频电机M3（即图l中的调速电机）的运转速度；转速快，则排粮挡板开启的幅度大，稻谷排除速度变快，稻谷在烘干塔中停留的时问就短；反之，停留时间则长。
3.1PLC基本模块及扩展模块
在本控制系统中，需要17个模拟量输入信号、12个开关量输I叶J信号以及3个模拟量输出信号，可选用西门子S7-200系列PLC，在系统中选取2个EM231模块和3个EM235模块，组合形式在图2中可以看到。基本模块和扩展模块确定以后，控制系统对应的UO输入输出触点及地址号如表l所示。
由工作原理图l可知，在缓苏段以及风机l和风机2的出口端只需对温度进行测量，所以在上述地方安装热电偶温度传感器即可，其控制系统的结构如图2所示。
3.2热风温度及出机粮水分控制
第一、第二干燥段的热风由风机1提供，第三、第四干燥段的热风由风机2提供。为J-使第三、第四干燥段的热风温度低于第一、第二干燥段的热风温度，在风机2的前面加入了比例阀l。当比例阀l开启，使热风混入部分外界空气，使风机2能够实现调控到设定温度的可能性，再通过PID闭环反馈控制，达到调控第三、第四干燥段热风的目的。与此同时，为了使控制系统更加有柔性，在第四干燥段的进风口特地加入了比例阀2，假如在前面的干燥过程稻谷干燥水分仍较高，到达此段水分值与我们预期的目标值差别较大时，町开启比例阀2，以实现手动微调功能；如若与预期的I-标值差别太大时，应重新考虑设置热风温度值。
风机1和风机2分别由变频电机Ml和M2带动，冷却段末的排粮电机也采用变频调速控制，即图中所示的“调速电机”，记作变频电机M3。水稻进入储量段后，在自身苇力和排粮板的作用F-依次经过多个烘干段、缓苏段，最终水分达到设定值后，在调速电机M3的作用下排出。用粮食水分在线测量能测量出口端的稻谷实际水分值，并通过变送器把信号调理转化成标准量程的直流信号．然后PLC的模拟量输入模块用A/D转换器将其转换成数字量信号。PLC会对这一数字量与设定值的差值进行PID运算，并依据运算结果，形成对出口水分值的自动控制作用。用粮食水分在线测量仪测量稻谷的实时含水率，此仪器同时能测量实时粮温。
3.3电机不同运行模式的电路设计
电机的T频运行和变频运行分别由2个接触器控制。以电机Ml的控制为例，如图3所示，SA为“手动／自动”转换开关，当接触器KMI接通，电机为工频运行；当接触器KM2接通，电机为变频运行。“手动”运行和“自动”运行瓦锁。在“手动”位置时，电机由按钮SB2和SB1分别控制启停；在“自动”位置时，有PLC控制电机运转。HLI和HL2分别低温报警和高温报警。电机M2和M3控制和电机Ml类似。
3.4人机界面设计
人机界面选用台湾WeinView性价比较高的M'r6056i触摸屏。它可以与市场上出现的各种PLC直接通讯。在本控制系统中，它的主要功能为设定热风温度值及显示温度和水分值，并依此进行相关的控制。图4~图7为截取的部分界面的设计图以及运行的模拟图。
点击模拟运行图左下角的“开始”菜单，即出现FastSelection窗口。此“开始”菜单的作用如同个人计算机上的“开始”菜单。
4、结语
本文对先高温后低温干燥工艺进行了适当改进，提出了新型变温干燥工艺，采用此工艺不仅能提高干燥效率，还能保证干燥后的稻谷品质。在第四干燥段热风口添加一个比例阀是一大设计亮点，能根据需要实现手动微调非常实用。同时采用触摸屏和PLC相结合的技术，能观测到稻谷在整个烘干过程中一些参数的变化值，提供了重要的数据，极大地方便了操作员的操作。
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PLC技术在稻谷烘干机控制系统中的应用
来源：环球粮机网发布时间：2015-08-16 16:32:43
