CN108534491A - 一种横向通风静止床谷物烘干机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种横向通风静止床谷物烘干机，包括：烘干塔，其由通风网板构成；以及风室，其竖直设置在所述烘干塔中部并将所述烘干塔分隔为第一烘干室和第二烘干室，所述风室***均匀设置有网状风孔；排料口，其分别设置在所述第一烘干室和第二烘干室外侧的烘干塔下部；斜床，其倾斜设置，其一端连接所述风室底部，另一端连接所述排料口。本发明所述的横向通风静止床谷物烘干机，能够对谷物进行烘干，操作方便，使得谷物破碎率低且烘干效率较高。本发明还公开一种横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，能够通过谷物温度传感器检测谷物烘干的温度梯度并控制热风机的风温，当温差较大时，还可以控制热风机的转速，提高烘干效率。
Description
技术领域
本发明涉及干燥机械设备领域，更具体的是，本发明涉及一种横向通风静止床谷物烘干机及其控制方法。
背景技术
谷物烘干机设计追求的目标是低成本、烘后粮食品质好，节省能源，操作简单。目前我国烘干机市场上比较流行的烘干机机型以网板式薄层横流干燥机、角状盒式混流或顺逆流干燥机为主，这些干燥机制造成本较高，烘干作业过程需经提升机、绞龙输送粮食等环节，会增加粮食破碎率，不适合易碎或低碎物料，如种子、花生等农产品物料的干燥。
专利申请号201710371133.3和201710573227.9中均公开了一种种子烘干机，可烘干种子、花生等低破碎物料，但设备较为复杂，成本高，且不适合批量处理，常用的箱式干燥机也可用于干燥种子及农产品等物料，由于考虑烘干均匀性原因，箱式干燥机物料堆积高度不能超过一定限度，进而限定了干燥机的产量。若物料批量大，所需的设备容积也大，增大占地面积，工人劳动强度大；如需定时将物料装卸或翻动时，环境污染严重，烘干后产品质量不够稳定。
发明内容
本发明的一个目的是设计开发了一种横向通风静止床谷物烘干机，能够对谷物进行烘干，操作方便，使得谷物破碎率低且烘干效率较高。
本发明的另一个目的是设计开发了一种横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，能够通过谷物温度传感器检测谷物烘干的温度梯度并输出所需热风风温，当温差较大时，还可以控制热风机的转速，提高烘干效率。
本发明提供的技术方案为：
一种横向通风静止床谷物烘干机，包括：
烘干塔，其由通风网板构成；以及
风室，其竖直设置在所述烘干塔中部并将所述烘干塔分隔为第一烘干室和第二烘干室，所述风室***均匀设置有网状风孔；
排料口，其分别设置在所述第一烘干室和第二烘干室外侧的烘干塔下部；
斜床，其倾斜设置，其一端连接所述风室底部，另一端连接所述排料口。
优选的是，所述风室顶部呈三角屋脊状；所述斜床与水平面呈一定角度。
优选的是，还包括：
进料口，其设置在所述烘干塔顶部中心；
取样口，其设置在所述第一烘干室和第二烘干室侧的烘干塔中部；
电动闸门，其设置在所述排料口处；
输粮通道，其设置在所述排料口下方；
热风机，其与所述风室连通。
优选的是，所述热风机通过防火帆布材料与所述风室连通。
优选的是，还包括：
底座，其设置在所述烘干塔底部四角，用于支撑所述烘干塔；
护栏，其设置在所述烘干塔顶部四周；
爬梯，其设置在所述烘干塔一侧；
人孔盖板，其设置在所述烘干塔顶部四角。
优选的是，还包括：
重量传感器，其设置在所述底座立柱下，用于实时检测谷物重量；
热风温度传感器，其设置在所述热风机与所述风室连通处，用于检测风温；
谷物温度传感器，其分别沿所述烘干塔横向由外向内等间距设置在所述第一烘干室和第二烘干室内，用于检测谷物温度；
料位传感器，其安装在烘干机顶部，用于满量报警；
控制器，其与所述重量传感器、热风温度传感器、谷物温度传感器、料位传感器和热风机连接，用于接收所述重量传感器、热风温度传感器、谷物温度传感器及料位传感器的检测数据或信号并控制所述热风机工作。
相应地，本发明还提供一种横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，包括模糊控制器：
当max|Ti,j-Ti,j-1|≤5时，其中，Ti,j为第i个检测过程中第j个谷物温度传感器的检测数据，Ti,j-1为第i个检测过程中位于同一个烘干室的第j-1个谷物温度传感器的检测数据，
将第一烘干室和第二烘干室中的温度梯度最大值其中，d为相邻两个谷物温度传感器的横向距离，以及第i个检测过程中谷物重量Gi和初始重量G0的重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率输入模糊控制器，所述模糊控制器中温度梯度最大值和重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率分为7个等级；
模糊控制器输出热风机的风温Tg，输出分为7个等级；
所述温度梯度最大值的模糊论域为[0,1]，其量化因子为5；所述重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率的模糊论域为[0,1]，定量化因子为0.05；输出热风机的风温Tg的模糊论域为[1,3]，定量化因子为20；
输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
优选的是，还包括模糊PID控制器：
输入第i个检测过程的重量差值ΔG与初始重量G0的理想比值变化率和实际比值变化率的偏差e、偏差变化率ec，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数输入PID控制器进行热风机风温误差补偿控制。
优选的是，
所述重量差值ΔG与初始重量G0的理想比值变化率和实际比值变化率的偏差e的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为0.05；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为0.1；
所述输出PID的比例系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.0001；
所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；
所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
优选的是，
当min|Ti,j-Ti,j-1|≥5时，控制器控制热风机的转速为：
其中，n为热风机的转速，Tg为所需热风温度，G0为谷物的初始重量，Gi为第i个检测过程中谷物重量，H为烘干塔的高度，Ti,j为第i个检测过程中第j个谷物温度传感器的检测数据，τ为同一个烘干室内谷物温度传感器的数量，为第一烘干室和第二烘干室内谷物的平均温度。
本发明所述的有益效果为：
(1)本发明所述的横向通风静止床谷物烘干机，能够对谷物进行烘干，操作方便，使得谷物破碎率低且烘干效率较高。
(2)本发明所述的横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，能够通过谷物温度传感器检测谷物烘干的温度梯度并控制所需热风机的风温，当温差较大时，还可以控制热风机的转速，提高烘干均匀性。
附图说明
图1为本发明所述横向通风静止床谷物烘干机的主视结构示意图。
图2为本发明所述横向通风静止床谷物烘干机的左视结构示意图。
图3为本发明所述横向通风静止床谷物烘干机的俯视结构示意图。
图4为本发明所述横向通风静止床谷物烘干机的底座的结构示意图。
图5为本发明所述的模糊控制器和模糊PID控制器的示意图。
图6为本发明的模糊控制器的输入温度梯度最大值的隶属度函数图。
图7为本发明的模糊控制器的输入重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率的隶属度函数图。
图8为本发明的模糊控制器的输出热风机的风温Tg的隶属度函数图。
图9为本发明的模糊PID控制器的输入偏差e的隶属度函数图。
图10为本发明的模糊PID控制器的输入偏差变化率ec的隶属度函数图。
图11为本发明的模糊PID控制器的输出比例系数Kp的隶属度函数图。
图12为本发明的模糊PID控制器的输出比例积分系数Ki的隶属度函数图。
图13为本发明的模糊PID控制器的输出微分系数Kd的隶属度函数图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-4所示，本发明提供一种横向通风静止床谷物烘干机，包括：烘干塔100，其由通风网板构成；以及风室110，其竖直设置在所述烘干塔100中部并将所述烘干塔分隔为第一烘干室111和第二烘干室112，所述风室***均匀设置有网状风孔，能够对第一烘干室111和第二烘干室112的谷物进行烘干，所述风室110顶部呈三角屋脊状，便于谷物经进料口140进入后在风室110顶部三角屋脊处分流进入第一烘干室111和第二烘干室112，减少谷物破碎率；排料口120，其分别设置在所述第一烘干室111和第二烘干室112侧的烘干塔100下部；斜床130，其倾斜设置，优选的，所述斜床与水平面呈45°角，其一端连接所述风室110底部，另一端连接所述排料口120，采用自重排料，减少排粮过程中通常所用排粮轮等机械结构对烘干物料的损伤。
作为本发明的实施例，还包括：进料口140，其设置在所述烘干塔100顶部中心；取样口150，其设置在所述第一烘干室111和第二烘干室112侧的烘干塔100中部，便于取样，对烘干谷物进行检测；电动闸门121，其设置在所述排料口120处，电动控制闸门的开关以便进行排料；干粮输送机122，其设置在所述排料口120下方；热风机160，其与所述风室110连通，所述热风机160通过防火帆布材料161与所述风室110连通，使得热风机160和风室110之间没有力的传递。
作为本发明的实施例，还包括：底座170，其设置在所述烘干塔100底部四角，用于支撑所述烘干塔100；护栏180，其设置在所述烘干塔100顶部四周；爬梯181，其设置在所述烘干塔100一侧；人孔盖板190，其设置在所述烘干塔100顶部四角，用于将装入烘干塔内的待烘干谷物整平。
作为本发明的实施例，还包括：重量传感器171，其设置在所述底座立柱下，用于检测谷物重量；热风温度传感器162，其设置在所述热风机160与所述风室110连通风道处，用于检测风温；谷物温度传感器113，其分别沿所述烘干塔由外向内横向等间距设置在所述第一烘干室111和第二烘干室112内，用于检测谷物温度；料位传感器141，其安装在烘干机顶部，用于满量报警；控制器200，其与所述重量传感器171、热风温度传感器162、谷物温度传感器113、料位传感器141和热风机160连接，用于接收所述重量传感器171、热风温度传感器162、谷物温度传感器113和料位传感器141的检测数据或信号并控制所述热风机160工作。
本发明所述的横向通风静止床谷物烘干机，能够对谷物进行烘干，操作方便，使得谷物破碎率低且烘干效率较高。
本发明还提供一种横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，包括模糊控制器和模糊PID控制器，如图5所示，
当max|Ti,j-Ti,j-1|≤5时，其中，Ti,j为第i个检测过程中第j个谷物温度传感器的检测数据，Ti,j-1为第i个检测过程中位于同一个烘干室的第j-1个谷物温度传感器的检测数据，
包括以下步骤：
步骤1、将第一烘干室和第二烘干室中的温度梯度最大值其中，d为相邻两个谷物温度传感器的横向距离，以及第i个检测过程中谷物重量Gi和初始重量G0的重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率(ti为第i个检测过程时的时间)、热风机的风温Tg进行模糊处理；在无控制时，温度梯度最大值的模糊论域为[0,1]，其定量化因子为5；所述重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率的模糊论域为[0,1]，定量化因子为0.05；输出热风机的风温Tg的模糊论域为[1,3]，定量化因子为20。为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，所述模糊控制器中温度梯度最大值和重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率分为7个等级；输出热风机的风温Tg，输出分为7个等级；输入和输出的模糊集均为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函数，详见图6、7和8。其中所述模糊控制器的模糊控制规则为：
(1)温度梯度最大值一定，重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率增大，需要减小热风机处的风温Tg；
(2)重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率一定，温度梯度最大值增大，需要增大热风机处的风温Tg；
模糊控制的具体控制规则详见表一。
表一热风机的风温Tg的模糊控制表
模糊控制器的输入第一烘干室和第二烘干室中的温度梯度最大值第i个检测过程中谷物重量Gi和初始重量G0的重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率用模糊控制规则表一得出模糊控制器的输出热风机的风温Tg，热风机的风温Tg利用重心法解模糊化。
步骤2、模糊PID控制器
将第i个检测过程的重量差值ΔG与初始重量G0的理想比值变化率和实际比值变化率的偏差e、偏差变化率ec、输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数进行模糊处理；在无控制时，偏差e的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.05；偏差变化率ec的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；PID的比例系数Kp模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1。PID的比例积分系数Ki模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；PID的微分系数Kd模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.0001。为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，所述模糊控制器中偏差e、偏差变化率ec分为7个等级；输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；输入和输出的模糊集均为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函数，详见图9-13。其模糊控制规则为：
1、当偏差|e|较大时，增大Kp的取值，从而使偏差快速减小，但同时产生了较大的偏差变化率，应取较小的Kd，通常取Ki＝0；
2、当|ec|和|e|取值处于中等时，为避免超调，适当减小Kp的取值，使Ki较小，选择适当大小的Kd；
3、当偏差|e|较小时，增大KpKi的取值，为避免出现在***稳态值附近震荡的不稳定现象，通常使当|ec|较大时，取较小的Kd；当|ec|较小时，取较大的Kd；具体的模糊控制规则详见表二、三和四。
表二PID的比例系数Kp的模糊控制表
表三PID的比例积分系数Ki的模糊控制表
表四PID的微分系数Kd的模糊控制表
输入第i个检测过程的重量差值ΔG与初始重量G0的理想比值变化率和实际比值变化率的偏差e、偏差变化率ec，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数用高度法进行解模糊化，输入PID控制器进行热风机风温Tg误差补偿控制，其控制算式为：
经反复实验确定，模糊PID控制器对热风机风温Tg进行精确控制，热风机风温Tg为模糊控制器的输出温度和PID控制器的温度误差补偿值的加和，使热风机进行精确控制其风温Tg，使热风机风温Tg的偏差小于0.1％。
当min|Ti,j-Ti,j-1|≥5时，控制器控制热风机的转速为：
其中，n为热风机的转速(r/min)，Tg为热风机的风温(℃)，G0为谷物的初始重量(kg)，Gi为第i个检测过程中谷物重量(kg)，H为烘干塔的高度(m)，Tij为第i个检测过程中第j个谷物温度传感器的检测数据(℃)，τ为同一个烘干室内谷物温度传感器的数量，为第一烘干室和第二烘干室内谷物的平均温度(℃)。
本发明所述的横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，能够通过谷物温度传感器检测谷物烘干的温度梯度并控制热风机的风温，当温差较大时，还可以控制热风机的转速，提高烘干均匀性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种横向通风静止床谷物烘干机，其特征在于，包括：
烘干塔，其由通风网板构成，以及
风室，其竖直设置在所述烘干塔中部并将所述烘干塔分隔为第一烘干室和第二烘干室，所述风室***均匀设置有网状风孔；
排料口，其分别设置在所述第一烘干室和第二烘干室侧的烘干塔下部；
斜床，其倾斜设置，其一端连接所述风室底部，另一端连接所述排料口。
2.如权利要求1所述的横向通风静止床谷物烘干机，其特征在于，所述风室顶部呈三角屋脊状；所述斜床与水平面呈45o角。
3.如权利要求1所述的横向通风静止床谷物烘干机，其特征在于，还包括：
进料口，其设置在所述烘干塔顶部中心；
取样口，其设置在所述第一烘干室和第二烘干室侧的烘干塔中部；
电动闸门，其设置在所述排料口处；
输粮通道，其设置在所述排料口下方；
热风机，其与所述风室连通。
4.如权利要求3所述的横向通风静止床谷物烘干机，其特征在于，所述热风机通过防火帆布材料与所述风室连通。
5.如权利要求4所述的横向通风静止床谷物烘干机，其特征在于，还包括：
底座，其设置在所述烘干塔底部四角，用于支撑所述烘干塔；
护栏，其设置在所述烘干塔顶部四周；
爬梯，其设置在所述烘干塔一侧；
人孔盖板，其设置在所述烘干塔顶部四角。
6.如权利要求5所述的横向通风静止床谷物烘干机，其特征在于，还包括：
重量传感器，其设置在所述底座立柱下，用于检测谷物重量；
热风温度传感器，其设置在所述热风机与所述风室连通处，用于检测热风温度；
谷物温度传感器，其分别沿所述烘干塔由外至内横向等间距设置在所述第一烘干室和第二烘干室内，用于检测谷物温度；
料位传感器，其设置在烘干机顶部，用于满量报警；
控制器，其与所述重量传感器、热风温度传感器、谷物温度传感器、料位传感器和热风机连接，用于接收所述重量传感器、热风温度传感器、谷物温度传感器及料位传感器的检测数据或信号并控制所述热风机工作。
7.一种横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，其特征在于，包括模糊控制器：
当max|Ti,j-Ti,j-1|≤5时，其中，Ti,j为第i个检测过程中第j个谷物温度传感器的检测数据，Ti,j-1为第i个检测过程中位于同一个烘干室的第j-1个谷物温度传感器的检测数据，
将第一烘干室和第二烘干室中的温度梯度最大值其中，d为相邻两个谷物温度传感器的横向距离，以及第i个检测过程中谷物重量Gi和初始重量G0的重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率输入模糊控制器，所述模糊控制器中温度梯度最大值和重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率分为7个等级；
模糊控制器输出热风机的风温Tg，输出分为7个等级；
所述温度梯度最大值的模糊论域为[0,1]，其量化因子为5；所述重量差值ΔG与初始重量G0的比值变化率的模糊论域为[0,1]，定量化因子为0.05；输出热风机的风温Tg的模糊论域为[1,3]，定量化因子为20；
输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
8.如权利要求7所述的横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，其特征在于，还包括模糊PID控制器：
输入第i个检测过程的重量差值ΔG与初始重量G0的理想比值变化率和实际比值变化率的偏差e、偏差变化率ec，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数输入PID控制器进行热风机风温误差补偿控制。
9.如权利要求8所述的横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，其特征在于，
所述重量差值ΔG与初始重量G0的理想比值变化率和实际比值变化率的偏差e的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为0.05；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为0.1；
所述输出PID的比例系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.0001；
所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；
所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
10.如权利要求9所述的横向通风静止床谷物烘干机的控制方法，其特征在于，
当min|Ti,j-Ti,j-1|≥5时，控制器控制热风机的转速为：
其中，n为热风机的转速，Tg为所需热风温度，G0为谷物的初始重量，Gi为第i个检测过程中谷物重量，H为烘干塔的高度，Ti,j为第i个检测过程中第j个谷物温度传感器的检测数据，τ为同一个烘干室内谷物温度传感器的数量，为第一烘干室和第二烘干室内谷物的平均温度。
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