一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法与流程

本发明涉及粮食干燥领域，具体涉及一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法。

背景技术：

粮食干燥的基本目标是保持干燥过程稳定的前提下，采用最简单、易行的干燥过程控制方法，以最低的干燥成本和能耗去除粮食中的水分，干燥过程中对粮食水分的在线测控及工艺品质的控制显得尤为重要。

受各种外界环境条件和干燥机自身设计因素等影响，干燥过程是一个具有多因素耦合特性的复杂过程，现有技术中，多采用水分、温度等单一因素控制干燥过程，致使控制不精确，容易导致控制偏差。由于缺少动态预测和参数自适应调节环节，少有解决干燥过程控制大滞后、非线性、参数多变等问题的有效方法。

在申请号为201710813306.2的发明专利申请中涉及一种基于等效积温的粮食连续干燥测控系统与方法，以等效积温值作为长期控制的指标，粮食出机水分作为短期控制的指标对机器进行调节，有效实现水分与品质双目标控制。可该方法虽将干燥控制过程分为长期控制与短期控制两个阶段，但在每一阶段并没有做到精细控制；同时控制过程采用模糊控制器与pid控制器，过程相对复杂，且参数不易获得。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法，将粮食干燥控制过程中的粮食水分控制分为初级控制和精准控制两级，使控制精度与稳定性更高；同时通过图形化的方法控制干燥过程，使控制过程更简易、直观、易实现，解决了粮食干燥过程控制非线性、大滞后的技术问题。

本发明提供一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法，包括如下步骤：

步骤一、确定待干燥粮食的原粮水分m1、目标水分mt、干燥温度t、初级调整周期ta、精准调整周期tb、初级控制限δ2、精准控制限δ1；以及

根据所述原粮水分、所述目标水分以及所述干燥温度选择积温窗口；

步骤二、预设排粮速度v0或排粮频率f0，并通过实时采集粮食干燥过程中缓苏段粮食温度或尾气温度计算实时等效积温；

步骤三、计算当前采样时间对应的出口水分与所述目标水分的差值；

若ti/ta为整数且|m-mt|≤δ2时，计算所述出口水分与所述目标水分在以所述初级调整周期为间隔的趋势预测值；

若所述趋势预测值|m-mt|′＞δ1，通过pid算法调整所述积温窗口并调节所述排粮速度或所述排粮频率，使|m-mt|≤δ2且所述趋势预测值|m-mt|′≤δ1；

其中，ti为采样时间，i＝1，2，...n，m为所述出口水分，|m-mt|为所述差值，|m-mt|′为所述趋势预测值；

步骤四、若所述原粮水分或所述干燥温度发生变化，则重新选择所述积温窗口，直至所述原粮水分或所述干燥温度不变；

步骤五、当ti/tb为整数时，计算所述实时等效积温并保持当前所述积温窗口不变，调整所述积温窗口的长宽比，同时调节所述排粮速度或所述排粮频率，判断所述原粮水分或所述干燥温度是否发生变化，若变化，重新选择所述积温窗口，直至所述原粮水分或所述干燥温度不发生改变。

优选的是，所述步骤二中排粮速度的计算公式为：

式中，kf为校正系数，q为单位时间内排粮轮排出的粮食体积，s为干燥机横截面面积，f0为排粮频率，t为单位时间，v为排粮轮排出的粮食总体积。

优选的是，所述步骤二中实时等效积温at1的计算公式为：

式中，hg为干燥段高度，hs为缓苏段高度，v为干燥机中粮食向下移动的速度，t1、t2、……、tn为温度传感器依次采集的粮食温度，te为平衡温度。

优选的是，所述步骤三中的趋势预测方法的步骤包括：

步骤一、绘制当前所述积温窗口的对角线，所述对角线右侧端点即为当前所述积温窗口的结束时间，并将时间段0～t0分为：实测段时间0～ty与预测段时间ty～(t0-ty)；

步骤二、根据所述实测时间段0～ty内的出口水分数据，采用最小二乘法拟合实测段出口水分趋势线；

步骤三、根据所述实测段出口水分趋势线拟合预测段出口水分，并预测结束时间的出口水分；

其中，t0为所述结束时间；ty为选择时间。

优选的是，所述步骤三中的排粮频率的调节公式为：

式中，t1、t2、……、tn为温度传感器依次采集的粮食温度，te为平衡温度，f0为当前排粮频率，hg为干燥段高度，at0为当前设定积温值，hs为缓苏段高度，v为当前干燥机中粮食向下移动的速度。

优选的是，所述缓苏段粮食温度由安装在所述缓苏段的温度传感器测量；所述尾气温度由安装在各干燥段排潮口的温湿度传感器测量。

优选的是，所述出口粮食水分由通过安装在出口的水分仪自动记录。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

本发明设计开发了一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法，将粮食干燥控制过程中的粮食水分控制分为初级控制和精准控制两级，使控制精度与稳定性更高；同时通过图形化的方法控制干燥过程，使控制过程更简易、直观、易实现，解决了粮食干燥过程控制非线性、大滞后的技术问题。

附图说明

图1是本发明所述的一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法的流程图。

图2是本发明所述的一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法中实施例中所述的窗口控制示意图。

图3是本发明所述的一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法中趋势预测方法的示意图。

图4是本发明所述的一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法的工艺流程图。

图5是本发明所述的一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法的传感器布置图。

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所示的一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤一、向干燥机的控制显示单元内输入和存储初始数据，包括待干燥粮食的目标水分mt、原粮水分m1、干燥温度、初级调整周期ta、精准调整周期tb、初级控制限δ2、精准控制限δ1；并且根据原粮水分m1、目标水分mt以及干燥温度查表或利用存储在计算机中的计算模型选择积温窗口，必要时也要考虑粮食品质等要求；

其中，积温窗口的长为粮食干燥时间，积温窗口的宽为粮食干燥温度，积温窗口的面积为等效积温值；

步骤二、预设排粮速度v0或排粮频率f0，并通过实时采集粮食干燥过程中缓苏段粮食温度或尾气温度计算实时等效积温；

实时等效积温的计算公式为：

式中，hg为干燥段高度，hs为缓苏段高度，v为干燥机中粮食向下移动的速度，t1、t2、……、tn为温度传感器依次采集的粮食温度，te为平衡温度。

步骤三、计算当前采样时间对应的出口水分与目标水分的差值；

若ti/ta为整数且|m-mt|≤δ2时，计算出口水分与目标水分在以初级调整周期ta为间隔的趋势预测值；

若趋势预测值|m-mt|′>δ1，通过pid算法调整积温窗口并调节排粮速度或排粮频率，使|m-mt|≤δ2且趋势预测值|m-mt|′≤δ1；如图2所示，积温窗口面积由at0调整为at1；又由at1调整为at2，直至满足条件|m-mt|≤δ2且满足趋势预测值|m-mt|′≤δ1；

其中，ti为采样时间，i＝1，2，...n，m为出口水分，|m-mt|为差值，|m-mt|′为趋势预测值；

步骤四、若初始数据发生变化，则重新选择积温窗口，直至初始数据不变；

步骤五、当ti/tb为整数时，计算实时等效积温并保持当前窗口面积不变，以精准调整周期tb为间隔对当前积温窗口的长宽比进行调节，同时调节排粮速度或排粮频率，然后判初始数据是否发生变化，若变化，则重新选择积温窗口，直至初始数据不发生改变。如图2所示，积温窗口长宽比由ct21调整为ct22，又调整为ct23，最终调整为ct2n，直至初始数据不发生改变；

步骤六、根据需求选择是否结束作业。

如图3所示，在另一种实施例中，趋势预测方法包括：

步骤一、绘制积温窗口的对角线，所述对角线右侧端点即为当前积温窗口的结束时间t0，并将时间段0～t0分为实测段时间0～ta与预测段时间ta～t0；

步骤二、根据实测段时间内的出口水分数据，采用最小二乘法拟合实测段出口水分趋势线；

步骤三、根据实测段出口水分趋势线拟合预测段出口水分，并预测当前积温窗口结束时刻t0的出口水分。

其中，ty为选择时间。

在另一种实施例中，实测段时间与预测段时间的选择，可以通过预先设定获得，还可以通过干燥过程中降水趋势获得。

在另一种实施例中，排粮速度的计算公式为：

式中，kf为校正系数，q为单位时间内排粮轮排出的粮食体积，s为干燥机横截面面积，f0为排粮频率，t为单位时间，v为排粮轮排出的粮食总体积。

在另一种实施例中，排粮频率的调节公式为：

式中，t1、t2、……、tn为温度传感器依次采集的粮食温度，te为平衡温度，f0为当前排粮频率，hg为干燥段高度，at0为当前设定积温值，hs为缓苏段高度，v为当前干燥机中粮食向下移动的速度。

在另一种实施例中，缓苏段粮食温度由安装在缓苏段的温度传感器测量；尾气温度由安装在各干燥段排潮口的温湿度传感器测量；出口粮食水分由通过安装在出口的水分仪自动记录。

作为一种优选，δ1＝0.5％，δ2＝2％。

如图4所示，干燥机在进行干燥作业时，地坑输送机210和地坑上粮机220将地坑中的粮食运送到初清筛230，经过初清筛230的除杂之后，经由初清筛230的排粮口进入塔前提升机240，塔前提升机240将粮食输送到干燥机主体250的顶部，并由顶部的进粮口进入到干燥机的主体250的内部，粮食依靠自身的重力在干燥机内缓慢下落，在下落的过程中，粮食会依次经过储粮段、干燥段、冷却段、排粮段，并在干燥段内受到热干燥介质的干燥，在冷却段粮食得到冷却，并最终经由排粮段排出干燥机主体，排出干燥机主体的粮食经由皮带输送机270运送到干粮仓260，整个干燥过程结束。

其中，温度电缆110包含以串行总线连接和数据传送的多个温度传感元件，其穿干燥机各排潮口安装，其内分布的温度传感元件能直接传感干燥段热风尾气温度；温度变送器120连接温度电缆110，用于接收温度电缆内温度传感元件检测的温度信号，并转换为数据处理器可以接收的数字信号；数据处理器130用来接收温度变送器120传送的温度信号和进行等效积温的计算、显示和存储。

在另一种实施例中，粮食干燥是通过热风炉及热风机向干燥机主体250内输送热风。

如图5所示，干燥机主体250内的布设方式如下：

t01-t03代表风温传感器，其安装在风机与干燥段的连接端，用于检测风机的热风温度；t1代表温度电缆；th1代表温湿度传感器；c1-c3代表调风阀；m0代表进口水分仪；m1代表出口水分仪。

本发明设计开发了一种基于等效积温的粮食连续干燥窗口控制方法，将粮食干燥控制过程中的粮食水分控制分为初级控制和精准控制两级，使控制精度与稳定性更高；同时在实际操作过程中，可以通过图形化方法控制干燥过程，使控制过程更直观、更易实现，解决了粮食干燥过程控制非线性、大滞后的技术问题。

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。