Способ контроля сушки зернового материала
Владельцы патента RU 2282844:
Вологодский государственный технический университет (RU)
Способ контроля зернового материала относится к послеуборочной обработке зерна, а точнее сушке зернового материала. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обработки зернового материала на зерносушильных комплексах и оптимизация условия эффективного получения кондиционного зерна при более экономном использовании энергоресурсов. Сущность способа контроля сушки зернового материала заключается в том, что после предварительной очистки зернового вороха его загружают в сушильную камеру, подводят теплоноситель и перед удалением просушенного слоя контролируют влажность зерна с помощью датчика, затем производят его выгрузку на сортировку. Непосредственно в сушильной камере в зоне досушки перед выгрузным устройством стационарно установлен датчик, позволяющий непрерывно контролировать влажность зерна во время всего процесса сушки в противопотоке при движении поворотной платформы и вырабатывать измерительный и управляющие сигналы от рассогласования сигналов измерения и задатчика для удаления зерна или прекращения выгрузки нижнего просушенного слоя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предлагаемый способ относится к послеуборочной обработке зерна, а точнее сушке зернового материала.
На практике послеуборочная обработка включает в себя следующие основные операции: предварительную очистку, сушку и сортирование.
В процессе сушки зерно и семена должны не только сохранить, но и улучшить семенные, продовольственные качества.
На качество сушки и эффективность использования зерносушильных комплексов существенно влияет величина влагосъема, которая зависит главным образом от вида и назначения высушиваемых семян, времени пребывания их в нагретом состоянии (экспозиции сушки), а также от показателя начальной влажности. Причем скорость сушки должна быть одинаковой по всему объему сушильной камеры при допустимой неравномерности сушки 2% и допустимой неравномерности нагрева 3-4°С. Съем влаги за один пропуск через сушильную камеру не должен превышать 5-6% для семян зерновых и 3-4% для семян зернобобовых культур. Перечисленные условия процесса сушки определяют посевные качества семян (всхожесть, прорастание) [1.(с., 71)].
Скорость сушки зависит от температуры и начальной влажности материала. Начиная с периода убывания скорости сушки, происходят минимальное испарение влаги и максимальный расход тепла на 1 кг испаренной влаги. Температура семян в этот период повышается, и может происходить перегрев зерна, что снижает его семенные качества. В этот период происходит пересушивание и многократно увеличивается удельный расход тепла по сравнению с периодом постоянной сушки [2. (с.64, 65)], [4. (с.346)]. Поэтому соответствующим подбором параметров режима сушки возможно обеспечить ее постоянную скорость.
С целью сохранения семенных качеств и снижения энергетических затрат необходимо своевременное получение информации о состоянии высушиваемого материала и прекращении процесса сушки.
Известен способ контроля сушки, например с использованием влагомера ПВЗ-20Д [3. (с.56-59)]. Недостатком является то, что для его использования требуется установка специального вертикального зернопровода на выходе вне сушильной камеры, необходимого для подачи зерна в проточной датчик, что является сложным при использовании и ограничивает контроль и оптимизацию процесса сушки.
Известен способ автоматического регулирования процесса сушки зерна [5], который является наиболее близким аналогом к предлагаемому. Способ включает регулирование процесса сушки в трехзонной сушилке, содержащей датчики температуры нагрева зерна в каждой из сушильных зон, влагомер зерна на входе в сушилку и влагомер на выходе зерна из сушилки, причем дополнительно регулируют температуру теплоносителя в каждой из зон и корректируют экспозицию сушки по температуре зерна на выходе из зон, а по величине влагосъема корректируют температуру теплоносителя в каждой из зон.
Данный способ имеет ряд ограничений и недостатков: процесс контроля осуществляется лишь частично, только на конечной стадии при выгрузке после сушки, отсутствует возможность определения начальной влажности, величины влагосъема и текущего значения влажности во время сушки. Также к недостаткам относится отсутствие точного определения начального момента достижения кондиционной влажности при сушке и включения выгрузного устройства. Кроме того, неравномерное распределение сырого зерна с повышенной влажностью на входе в сушилку изменит время сушки, при этом отмечено, что влажность зерна на выходе из сушилки будет изменяться до тех пор, пока текущее значение влагосъема не будет равняться заданному. Регулирование процесса сушки осуществляется исполнительным механизмом выпускного затвора и влагомером на выходе, только когда зерно выгружается из сушилки. Таким образом, за период времени регулирования влагосъемом или изменения экспозиции сушки при колебаниях на выходе от неравномерности на входе до установившегося значения выгружаемое зерно может быть недосушено либо пересушено. Это может вызвать потери при хранении зерна. Необходимо также учесть, что когда высоковлажное зерно поступает в сушилку, а по сигналу от влагомеров на входе и на выходе зерна определяют недостаточное значение влагосъема после сушки, увеличивая тем самым необходимое время сушки, прекращая выгрузку, необходимо исключить выход влажного зерна и досушить зерно. Это является несостоятельным при условии автоматического регулирования процесса сушки, когда зерно находится в сушильной камере в неподвижном состоянии без выгрузки. Так как влагомер на выходе зерна установлен вне сушилки, после механизма выпускного затвора, невозможно определить показатель изменения состояния объекта регулирования, так и прекращения сушки. Контроль зерна шагомерами до показателя установившегося значения невозможен, и сушка может продолжаться бесконечно долго, зерно сильно пересушится.
Неоптимальное ведение процесса контроля технологического процесса сушки приводит к получению семян некондиционной влажности, потерям урожайности при низкой всхожести зерна от пересушивания и энергетическим затратам. Установлено, что в процессе сушки чем ниже влажность зерна, тем меньше коэффициент использования тепла, тем больше его удельный расход [4].
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности обработки зернового материала на зерносушильных комплексах путем применения непрерывного контроля от получения информации о состоянии высушиваемого материала и прекращения процесса сушки. Используя в качестве контролируемого параметра изменение влажности зерна непосредственно в процессе сушки до заданного значения, можно оптимизировать условия эффективного получения кондиционного зерна при более экономном использовании энергоресурсов.
Технический результат способа контроля сушки зернового материала достигается тем, что после предварительной очистки зернового вороха его загружают в сушильную камеру, подводят теплоноситель, перед удалением просушенного слоя контролируют влажность зерна с помощью датчика, затем производят его выгрузку на сортировку, причем непосредственно в сушильной камере перед выгрузным устройством стационарно установлен датчик, позволяющий непрерывно контролировать влажность зерна во время всего процесса сушки, в противопотоке зерна в сушильной камере и вырабатывать измерительный и управляющие сигналы от рассогласования сигналов измерения и задатчика, поступающих на первый и второй вход компаратора, для удаления зерна или прекращения выгрузки нижнего просушенного слоя, где за входную величину регулирования принимают отклонение результата измерения влажности (Wи) датчиком, от заданного значения (Wз) задатчика, и продвижения зерна в сушильной камере, от снижения температуры теплоносителя в интервалах: (1-11), (2-21),..., (n-n1), периодов выгрузки партий зерна, обеспечивается оптимальная скорость сушки.
На фиг.1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа контроля зернового материала; на фиг.2 показана схема расположения датчика в сушильной камере и направление движения поворотной платформы при выгрузке зернового материала; на фиг.3 показана схема устройства контроля влажности для сушильных установок непрерывного действия; на фиг.4 приведена временная диаграмма работы устройства и исполнения способа контроля сушки зернового материала.
Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит сушильную камеру 1, поворотную платформу 2, канал подачи теплоносителя 3, выгрузное устройство 4, датчик 5, высокочастотный (ВЧ) кабель 6, устройство контроля 7, механизм привода 9 шнека выгрузки, механизм привода поворотной платформы 10, причем сушильная камера 1 жестко установлена на плоскости поворотной платформы 2 с вращением от передачи крутящего момента электропривода 10, канал подачи теплоносителя 3. Выгрузное устройство 4 стационарно размещено в сушильной камере 1, датчик 5 установлен перед выгрузным устройством 4 и электрически соединен высокочастотным кабелем 6 с устройством контроля 7, которое формирует управляющий сигнал 8 на исполнительные механизмы выгрузки привода 9 шнека и привода 10 поворотной платформы 2. Схема устройства контроля 7 содержит преобразователь-демодулятор 11, операционный усилитель 12, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13, цифровой индикатор 14, задатчик 15, компаратор 16, формирователь управляющего сигнала 17, командоаппарат - сигнализатор 18, систему исполнительных механизмов 19. При этом датчик 5 электрически соединен с входом устройства контроля 7, выход которого соединен с системой исполнительных механизмов 19 управления работой приводов выгрузки 9 и 10.
Измерительный сигнал от датчика 5 поступает на вход преобразователя-демодулятора 11, выход которого подключен к входу усилителя 12, выход которого подключен к информационному входу преобразователя 13 АЦП и первому входу блока сравнения компаратора 16, второй вход которого соединен с выходом задатчика 15. Вход формирователя 17 управляющего сигнала соединен с выходом блока сравнения 16, а выход формирователя 17 соединен с входом командоаппарата 18, выход которого связан по внешней цепи передачи управляющего сигнала 8 с системой исполнительных механизмов 19 включения приводов 9 и 10.
Сушильная камера 1 условно разделена на зоны, определяющие показатели скорости сушки: 1a - зона накопления и предварительного нагрева зерна; 1в - зона интенсивной сушки, соответствует периоду постоянной скорости сушки; 1c - зона досушивания, соответствует периоду убывания скорости сушки. Перечисленные выше зоны сушки зернового материала распределены последовательно и соответственно расположены в сушильной камере 1 независимо от поворота платформы 2 при одностороннем вращательном движении сушильной камеры 1 и равномерном просушивании по высоте загруженного слоя зерна.
На фиг.4 показан график-диаграмма исполнения способа контроля сушки непосредственно в сушильной камере, характеризует показатель периода убывания скорости сушки, при котором выгрузка высушенного зерна осуществляется в циклическом режиме от подачи управляющего сигнала 8 и работы электроприводов 9 и 10 с периодом, ограниченными интервалами:
T1=|A1-B1|=|1-1`|; T2=|A2-B2|=|2-2`|;..., Tn=|An-Bn|=|n-n`|,
где A1, A2,..., An - начальный момент выгрузки
B1, В2,..., Bn - прекращение выгрузки при 
|A1-B1|; |A2-B2|;..., |An-Bn| - периоды снижения скорости сушки при изменении влажности зерна (Wи), измеренного датчиком 5, от заданного значения (Wз), установленного задатчиком 15;
|1-1'|; |2-2'|,..., |n-n'| - периоды выгрузки зерна от управления исполнительными механизмами;
Т1, Т2,..., Тn - период времени выгрузки 1, 2,..., n - партии зерна при выполнении условий оптимизации (1) и (2) показателя убывания скорости сушки;
(Wи) - влажность зерна, значение, результат измерения датчиком 5;
(Wз) - показатель кондиционной влажности зерна, значение, установленное задатчиком 15;
(t°) - температура теплоносителя.
Начальный момент выгрузки каждой партии зерна в точке A1, A2,..., An снижения скорости сушки (фиг.4) характеризуется состоянием сушки и выполнением (1) в результате контроля датчиком 5 и формированием сигнала 8 высокого уровня фиг.1 при понижении температуры теплоносителя 3 в пределах, ограниченных периодами снижения скорости сушки Т1, Т2,..., Тn от перегрева нижнего слоя зерна. Прекращение выгрузки в контрольной точке B1, B2,..., Bn по (2), когда влажность зерна нижнего слоя в сушильной камере 1 достигает значения выше установленного задатчиком 15, чтобы обеспечить оптимальную скорость сушки зерна между выгрузками (1-11), (2-21),..., (n-n1) партий зерна и увеличить эффективность работы сушильного комплекса, необходимо повысить температуру подачи теплоносителя 3.
При снижении скорости сушки, определяемой на индикаторе 14 перед выгрузкой, чтобы исключить перегрев нижнего слоя зерна в сушильной камере 1 с включением устройства выгрузки 4, одновременно производится общее понижение температуры подачи теплоносителя 3 до момента изменения управляющего сигнала 8, передаваемого от командоаппарата 18 в точках B1, B2,...Bn, и превышения значения Wи по (2) от заданного Wз задатчиком 15.
Выгрузка просушенного нижнего слоя зерна производится при одновременном включении исполнительными механизмами 19 схемы коммутации работы электроприводов 9, 10 выгрузного устройства 4 и движения поворотной платформы 2 сушильной камеры 1.
В основу работы датчика положен диэлькометрический метод, основанный на изменении емкости измерительного конденсатора в зависимости от влажности контролируемого материала. Сигнал, снимаемый с датчика 5, является характеристикой измерения комплексного значения диэлектрической проницаемости от влажности зернового материала, находящегося в сушильной камере 1. Устройство контроля 7 обеспечивает прием амплитудно-частотного сигнала по ВЧ кабелю 6 от датчика 5, его детектирование в преобразователе-демодуляторе 11 в непрерывный сигнал, калибровку в операционном усилителе 12 по напряжению, преобразование характеристики в цифровой вид в АЦП 13 и индикацию на цифровом индикаторе 14 в единицах влажности, при этом формируется показатель сравнения компаратора 16 в виде логического сигнала от изменения контрольного и контролируемого Wи значений на выходах усилителя 12 и задатчика 15. Последовательная организация сигнала управления 8 в формирователе 17 по принципу двухпозиционного регулирования величины влажности зерна от заданного Wз при текущем показателе отклонения влажности зерна во время сушки, где в качестве позиционного регулятора определен задатчик 15, позволяет передавать коммутируемое выходное воздействие от командоаппарата 18 в виде управляющего сигнала 8, который определяет функционирование системы исполнительных механизмов 19, режимов работы электроприводов выгрузного устройства 4 и поворотной платформы 2.
Способ контроля осуществляется следующим образом.
В сушильную камеру 1 помещают влажное зерно, по каналу 3 подают теплоноситель. При сушке зернового материала в сушильной камере 1 от датчика 5 на устройстве контроля 7 непрерывно отражается состояние нижнего слоя. Когда зерно достигает заданного значения кондиционной влажности, с помощью компаратора 16 и задатчика 15, входящего в состав устройства контроля 7, формирователем 17 вырабатывается управляющий сигнал 8 для передачи на исполнительные механизмы 19 коммутации силовых цепей, определяющих режимы работы электроприводов 9 и 10 движения поворотной платформы 2 и выгрузного устройства 4, с одновременным включением сигнализатора 18 производится выгрузка партий зерна в пределах, ограниченных условиями оптимизации (1) и (2). При этом платформа 2 совершает одностороннее вращательное движение с интервалом периода сушки зерна перед выгрузкой.
Вывод: технический результат - повышение эффективности обработки с применением непрерывного контроля процесса сушки зернового материала и одновременного параллельного управления исполнительными механизмами выгрузного устройства и движения поворотной платформы при достижении нижним слоем зерна заданной кондиционной влажности.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной сушильной камере на входе теплоносителя стационарно устанавливается датчик, с помощью которого осуществляется непрерывный контроль состояния всего процесса сушки в потоке зерна и производится управление выгрузкой зерна с заданной кондиционной влажностью от сравнения измеренного сигнала с заданным значением, исключающий подачу на сортировку зерна, с влажностью выше установленной задатчиком, образуя тем самым замкнутую обратную связь двухпозиционного регулирования входной величины изменения влажности от воздействия теплоносителя и продвижения зерна в сушильной камере.
Источники информации
1. Механизация послеуборочной обработки зерна и семян. / Вологда, ВМИ. 1995. - 101.с.
2. Захарченко И.В. Послеуборочная обработка семян в Нечерноземной зоне. / М.: Россельхозиздат 1983. - 262. с.ил.
3. Птушкин А.Т., Новицкий О.А. Автоматизация производственных процессов в отрасли хранения и переработки зерна. / М.: Агропромиздат - 1985. - 314 с.ил.
4. Драганов Б.Х., Кузнецова А.В., Рудобашта С.П. Теплотехника и применение в сельском хозяйстве. / М.: Агропромиздат, 1990. - 463 с.
5. F 26 В 25/22 SU 1483218, кл. A1 F 26 В 25/22, 30.05.89.
1. Способ контроля сушки зернового материала, заключающийся в том, что после предварительной очистки зернового вороха его загружают в сушильную камеру, подводят теплоноситель, перед удалением просушенного слоя контролируют влажность зерна с помощью датчика, затем производят его выгрузку, отличающийся тем, что непосредственно в сушильной камере в зоне досушки перед устройством выгрузки стационарно установлен датчик, позволяющий непрерывно контролировать влажность зерна во время всего процесса сушки в противопотоке зерна в сушильной камере и вырабатывать измерительный и управляющий сигналы от рассогласования сигналов измерения и задатчика, поступающих на первый и второй вход компаратора, для удаления нижнего просушенного слоя или прекращения выгрузки зерна, где за входную величину регулирования принимают отклонение результата измерения влажности (Wи) датчиком от заданного значения (Wз) задатчика, от измерения скорости сушки и продвижения зерна в сушильной камере в интервалах T1=|A1-B1|=|1-1`|; T2=|A2-B2|=|2-2`|;..., Tn=|An-Bn|=|n-n`| периодов выгрузки партий зерна,
где A1, A2,..., An - начальный момент выгрузки 
B1, В2,..., Bn - прекращение выгрузки при 
T1, Т2,..., Tn - период времени выгрузки 1, 2,..., n - партии зерна, при выполнении условий (1) и (2);
Wи - значение измерения влажности датчиком;
Wз - значение влажности, установленное задатчиком.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что снижение температуры теплоносителя в интервалах (1-11), (2-21),..., (n-n1) выгрузки зерна оптимально стабилизирует скорость сушки.
