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稻谷变温干燥与在线控制研究

作　者: 刘怀海
导　师: 王继焕
学　校: 武汉工业学院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 稻谷变温干燥模糊控制热风温度爆腰率
分类号: TP29-AG
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在稻谷收获季节,经常需及时处理含水率21%以上的高水分稻谷。但目前我国稻谷的干燥基本上还是以自然晾晒为主,机械干燥量小于总产量的8%,每年因高水分造成的损失达几百万吨。造成稻谷干燥机拥有量小和推广普及难度大的主要原因之一是稻谷干燥成本较高。因此,如何在保证稻谷烘后品质的条件下,提高烘干机生产效率,降低烘干成本,是一个重要的研究课题。针对目前国内使用的干燥机主要以恒温干燥为主,能源利用率较低,烘干成本较高的状况,提出了稻谷变温干燥以及在线控制的技术方案。基于稻谷干燥特性和爆腰的产生机理以及传热传质理论,研究开发了稻谷变温干燥新工艺。采用理论分析和现场试验相结合的方法,对稻谷变温干燥的工艺参数和工作参数进行优化,获得了稻谷水分、干燥介质温度和湿度、粮温以及降水速率等参数之间的关系;获得了稻谷烘干时间与缓苏时间比值与稻谷烘后品质的关系,为稻谷变温干燥的在线控制研究提供了依据。基于模糊控制理论与方法,高水分稻谷变温干燥控制系统设计选用双输入单输出控制方式,把实时稻谷含水率、粮温与设定稻谷含水率、粮温偏差值作为输入语言变量,把热风温度以及热风温度相对应的流量值作为输出语言变量。本系统采用上下位机控制,采用SIMENS公司的STEP7-Micro/Win可编程控制器软件,依据稻谷的适时含水率及粮温,编制下位机PLC控制程序,对烘干机的稻谷含水率和粮温值进行在线控制。使用HITECH公司的ADP6.0软件编制人机界面程序,实现了计算机的远程监控。批次烘干机现场试验表明:采用稻谷变温干燥较恒温干燥可节省能量约20%,产品的烘后品质优于恒温干燥,其爆腰率小于3%;采用的模糊控制方法对稻谷变温干燥实行在线控制,出粮水分基本保持在14.5%左右,粮温控制在37.5℃以下,烘干时间也有所缩短,效果良好,有效地提高了稻谷的烘后品质,降低了烘干成本。本项目研究的稻谷变温干燥工艺、设计的先进模糊控制方案,对于新型干燥机的设计以及现有干燥机的技术改造均具有一定的理论和实用价值,具有广阔的发展前景。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 课题来源、研究的目的和意义  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 研究的目的和意义  11-12
  1.2 国内外研究动态  12-13
  1.3 本课题的主要研究内容  13-14
  1.4 论文的创新点  14-15
第2章稻谷变温干燥工艺研究  15-28
  2.1 干燥原理  15-16
  2.2 稻谷干燥机理  16-20
    2.2.1 湿空气特性  16-17
    2.2.2 稻谷的干燥特性  17-18
    2.2.3 稻谷爆腰的产生机理  18-19
    2.2.4 稻谷的传热传质特性  19-20
  2.3 稻谷变温干燥工艺试验研究  20-23
    2.3.1 试验材料和内容  20-21
    2.3.2 试验方法  21
    2.3.3 试验设备和地点  21
    2.3.4 干燥工艺流程  21-23
  2.4 稻谷干燥试验结果与分析  23-27
    2.4.1 试验结果  23-25
    2.4.2 干燥介质温度与稻谷降水速率之间的关系  25-26
    2.4.3 干燥方式与烘干过程中的能耗  26-27
    2.4.4 缓苏时间和烘干时间比值与稻谷烘后品质之间的关系  27
  2.5 本章小结  27-28
第3章稻谷变温干燥模糊控制策略研究  28-39
  3.1 模糊理论发展简介  28
  3.2 模糊控制策略  28-33
    3.2.1 模糊控制系统组成及工作原理  28-30
    3.2.2 模糊控制器的结构  30-31
    3.2.3 模糊化与解模糊化  31-32
    3.2.4 模糊控制规则  32-33
    3.2.5 模糊控制算法  33
  3.3 稻谷干燥机控制系统的选择  33-34
  3.4 稻谷烘干机模糊控制器设计  34-38
    3.4.1 模糊控制对象  34-35
    3.4.2 实测值的模糊化  35-36
    3.4.3 模糊控制规则的确定  36-37
    3.4.4 模糊控制查询表的确定  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章稻谷变温干燥在线控制研究  39-50
  4.1 控制方案总体结构  39-40
  4.2 控制系统的主要组成  40-42
    4.2.1 可编程控制器  40-41
    4.2.2 主要测量元件  41
    4.2.3 PWS6600 人机界面  41-42
    4.2.4 西门子 PPI 通讯协议  42
  4.3 控制系统软件设计  42-46
    4.3.1 主要控制功能  42
    4.3.2 控制系统总体流程  42-45
    4.3.3 模糊控制模块  45-46
  4.4 人机界面监控系统设计  46-47
    4.4.1 监控平台简介  46
    4.4.2 监控系统的主要功能  46-47
  4.5 现场试运行结果与分析  47-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章结论与展望  50-52
  5.1 结论  50-51
  5.2 展望  51-52
参考文献  52-56
致谢  56-57
攻读学位期间的研究成果  57-58
附录  58-60

稻谷变温干燥与在线控制研究

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