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50000字论文范文谷物干燥过程中的水分检测与自动控制

论文类型:论文范文
论文字数:50000字
论点:干燥,粮食,水分
论文概述:

本文为研究生毕业论文,主要论述本文在综合分析国内外粮食干燥过程水分检测及控制方法的基础上,为使粮食水分在线测定和粮食干燥机智能控制有机结合,通过探测粮食干燥过程温度来预测

论文正文:

第一章引言

 1.1 课题研究的目的和意义我国不仅是一个人口大国[1],并且也是一个农业大国,粮食总产量近年大约有 5 亿吨,每年收获的高水分粮食多达 20%,一般储藏的粮食适宜水分含量为 13-14%。以玉米为例,仅吉林、黑龙江、辽宁、河北和内蒙古五省年产达 1 亿吨左右,粮食收获后,玉米水分一般为 25%-35%,有的高达 40%。由于不能及时烘干而造成的发芽霉变是相当严重的。因此,如何减少粮食损失,提高烘干效率,降低烘干费用,同时提高粮食烘后品质、改善人民生活质量变的日益紧迫。即怎样保证劳动成果颗粒归仓,实现真正意义的丰产又丰收,是一个极其重要的研究课题。粮食水分在线检测和控制是粮食烘干的重要环节,而我国现有大中型烘干装备7000 多套,装备水分在线检测和控制装置的不足 5%。水分在线检测和控制已经成为我国粮食烘干技术与装备进一步发展瓶颈问题。通过新技术来提升粮食水分的自动检测和控制技术水平,对降低我国粮食产后损失、保持粮食的经济价值等具有十分重要的意义和广泛的市场需求。............ 1.2 国内外研究现状及发展动态 1.2.1 干燥过程模拟的研究现状干燥过程模拟是干燥过程分析的有效方法,就是利用数学模型研究干燥机系统的一种方法,采用合适的数学模型进行模拟能够预测干燥机的性能,研究干燥过程中各参数间的相互关系,研究干燥过程水分的检测和控制方法。1989 年牛兴和、曹崇文等利用自行设计的模拟程序,对横流式谷物干燥机性能进行了模拟,分析了预热温度、谷床厚度和换流器位置等对干燥机性能的影响。研究表明,利用数学模拟可确定干燥机的最佳结构工艺参数。李业波等对圆筒形循环式谷物干燥机进行了模拟研究。在谷粒内部水分扩散模拟的基础上,用谷粒内部水分扩散模型代替薄层方程用于干燥工艺的模拟,解决了有缓苏过程的复杂干燥工艺的模拟问题。.......... 第 2 章 粮食温度与水分变化相关性的模拟与试验 2.1 干燥过程中粮食温度变化规律的研究现状温度是影响粮食干燥过程的一个非常重要的因素,它的高低直接影响粮食干燥的速度和粮食的品质。温度过低,使得粮食得不到足够的干燥;温度过高会降低粮食的品质。所以,粮食温度的监控是干燥过程的一个重要环节[93]。邹凤竹[47]等运用 Richards 方程对家蚕茧干燥曲线进行了研究,建立了新的蚕茧干燥曲线模型,提出了不同温度下的曲线方程,同时还确定了干燥曲线的临界点烘率值。张志健[48]等探讨不同对流干燥温度下魔芋片的水分变化规律。建立了魔芋片在不同温度和通风量下的对流干燥曲线拟合方程,为科学合理地设计魔芋片干燥工艺提供了参考。林祥仪[49]研制了小型经济作物烘干机,针对干燥过程的四个阶段,提出了受温度影响的干燥速度和干燥时间的估算式,对干燥过程进行了模拟。.......... 2.2 玉米深床干燥过程的数学模型干燥过程本质上是质热传递与平衡的复杂过程[53],由于各种过程的进行都是同时的,因而给分析带来了很大的困难。为简化计算,提出如下假设:1、在每一时间间隔内,谷粒和介质热空气都处于湿、热平衡状态。2、干燥过程简化为三个热传导过程:(1)谷粒和热风达到温度平衡(Te);(2)在 Te 下水分蒸发;(3)因水分蒸发谷粒和空气耗热而降温。3、在干燥过程中,体积收缩忽略不计;4、单个颗粒内部的温度梯度忽略不计;5、干燥仓与外界绝热。 2.2.1 干燥过程的数学模型实际使用的粮食干燥机都属于深床干燥。由于在干燥过程中热空气的状态(温度和湿度)随时间和所处的位置不同而不断变化,因此在分析和计算时需要把深床谷物分为若干薄层,利用薄层方程计算热空气状态和谷粒的水分及温度的变化。这样一层层计算,最后得深床粮食的干燥情况[54]。........... 第 3 章 干燥仓内压力与水分相关性的试验研究 ..............26 3.1 粮食干燥仓内部压力的研究现状 .....................26 3.2 矩形干燥仓贮粮静态压力分析 ....................273.3 动态压力的分析..........................29 3.4 试验研究.........................31 3.5 谷物含水率变化对动静态压力影响 .........................36 3.6 结论............37 第 4 章 基于仓内压力的水分检测系统的研究 ...........................38 4.1 压力检测系统的组成原理 .............................38 4.2 硬件电路的设计..........................41 4.3 系统的软件设计........................45 4.4 粮食流动过程动态压力变化..................47 4.5 实验数据分析..............................49 4.6 小 结.............52  第 6 章 粮食干燥智能控制方法及系统的研究 6.1 控制系统的总体方案设计粮食干燥是粮食产后加工中的一个重要环节,为了实现粮食的安全储藏,必须把粮食水分控制在安全水分,同时还要保证粮食的品质。由于粮食干燥过程的非线性、多参数、大滞后[96]等特点,采用一般的控制方法很难准确控制烘干后的粮食质量,造成裂纹爆腰等[97]。粮食干燥过程中粮食含水率的在线检测和控制对实现干燥过程工艺参数的实时控制和调节非常重要[98]。 6.1.1 干燥作业流程循环式粮食干燥机一般采用干燥加缓苏的工艺进行干燥。干燥机工作时,粮食在装料斗中经进粮提升机将粮食从下向上输送到干燥机的顶部,上搅龙将送来的粮食均匀撒入上储留部,粮食靠重力缓慢向下移动到干燥部,其速度受排粮电机的转速来控制。在干燥部,热风经热风管道、山形通风板穿过粮层,通过离心风机和排风道从后部将干燥后的潮湿空气排出,对粮食进行干燥,干燥后粮食由排粮搅龙排到下储留部,下储留部有链条传动装置带动刮板,可以将粮食输送到进料斗,由提升机再一次输送到干燥机,这样往复循环,直到达到目标含水率把粮食直接排出。............ 第 7 章 全文总结 7.1 全文总结本文在综合分析国内外粮食干燥过程水分检测及控制方法的基础上,为使粮食水分在线测定和粮食干燥机智能控制有机结合,通过探测粮食干燥过程温度来预测水分的变化;利用干燥过程中粮食重量变化来模拟粮食含水率的变化;采用基于干燥仓内饱和压力测算实现水分在线检测。基于触摸屏的智能控制系统进行数据传输,PLC 实现控制智能化。具体研究内容如下:1、通过对深床干燥过程中玉米温度及含水率的变化与分布测定,研究了不同干燥阶段玉米表面温度与含水率的变化关系,以及玉米温度变化率与安全水分的关系,探讨了利用玉米温度变化预测水分的可行性。2、基于干燥仓内饱和压力测水分的方法研究。分析了矩形干燥仓内粮食动静态压力随高度变化的趋势,结果表明,随填充高度的增加,动静态压力都有逐渐趋向饱和的趋势;研究发现粮食含水率与饱和压力存在一定的相关性,即当粮食达到一定的高度压力达到极限值,不同含水率的粮食饱和压力值不同。3、基于饱和压力的在线水分检测系统的设计与研究。主要完成压力式水分传感器的结构及应变电桥电路的设计。基于单片机 89C51 的信号采集与转换电路主要由电阻应变电桥电路、信号放大电路、模数转换电路、线性光电隔离电路及串行通讯电路等部分组成。对动态压力产生的奇异数据采用剔除粗大误差法进行了去除。采用基于LabVIEW 软件平台结合 BP 神经网络技术实现了对粮食水分的在线检测。.............参考文献(略)