智能化組裝式鋼結構玉米果穗干燥生產線

韋 博 楊得海 李百成 王宏德

（1 甘肅奧凱農產品干燥裝備工程研究院有限公司，蘭州 730030；2 酒泉奧凱種子機械股份有限公司，酒泉 735000）

智能化組裝式鋼結構玉米果穗干燥生產線，主要由果穗運輸系統（果穗喂料部分、上料皮帶輸送機、布料系統、出料皮帶輸送機、集運皮帶輸送機），供熱系統（鍋爐、風機、熱風輸送系統），玉米果穗烘干房以及控制系統（計算機控制系統、烘干倉群控制系統）4 個部分組成[1]，在大型成套加工生產線中可實現果穗烘干、脫粒、精選、計量和包衣包裝等流水線成套機組作業[2]，如圖1 所示。

1 果穗烘干房結構

智能化組裝式鋼結構玉米果穗烘干房包含如圖2 所示的一些獨立的部分，烘干房及其所有部件都由鍍鋅鋼板制成。需要烘干的物料通過填料門進入烘干倉，物料在傾斜的種床上進行烘干，烘干作業結束后物料通過出料門落入出料皮帶機上，然后運轉至下一加工環節。

2 智能控制燃燒器和風機

智能化組裝式鋼結構玉米果穗烘干房兩頭各有兩個燃燒器和風機，燃燒器、燃燒室和風機組成一個整體。外部的冷空氣由風機通過室外百葉窗吸入燃燒器進行加熱，熱空氣通過上通風門進入烘干倉，基于不同設計，燃燒器可以用天然氣或汽油作為燃料，燃燒器和風機通過控制軟件進行控制。燃燒器也可以選擇裝配第二階段，此設備為大型系統設計。燃燒器第一階段有基本負荷和調節范圍，如果需要更多熱量，而調節范圍達到其上限，第二階段就會開啟。它在開始時產生一個基本負荷，第一階段將減少調節范圍，燃燒器第二階段的性能由此通過控制軟件進行增強，從而產生更多熱量。

3 調壓門

調壓門安裝在上下風道之間的地板上。如果烘干倉上下風分布不均勻，例如，在加工季節開始的時候，通過使用調壓門可以實現烘干房更好的空氣和壓力分布。已加熱的空氣通過打開的調壓門直接由上風道進入下風道，然后可以作為下風循環使用，調壓門由電機和控制軟件進行控制。

4 工作原理

由于烘干倉內可逆的上風和下風循環烘干，因此可以實現整個物料層均勻的烘干，這樣既保證了最好的烘干效果，同時物料的處理量也是溫和的。在烘干過程中，相應數量的烘干倉必須經過上風和下風循環，新鮮玉米果穗的初烘干由下風烘干實現（如圖3 所示），最終的烘干由上風實現（如圖4 所示）。烘干操作是一個連續的過程，在烘干倉填料后，此烘干倉的填料過程即通過下風循環開啟，果穗通過下風循環初烘干后，轉換為上風循環進行最終烘干。喂料和出料時，烘干倉必須通過關閉通風門關閉空氣系統。烘干過程的監控由安裝在物料上面和下面的測溫線實現，當烘干倉內空氣出口端和空氣入口端的溫度接近一樣時，烘干過程即完成。當空氣不再被從物料中帶出的水分冷卻時，上述的溫度就會接近一樣，在烘干過程完全結束前，必須用水分測試儀測試樣品中的實際水分。

5 玉米果穗干燥監控與信息管理系統組成

軟件主體部分由組態軟件搭建，運用組態軟件中豐富的圖形庫和可靠的數據庫，設計出人性化的監控界面；硬件部分由各種信號采集模塊、變頻器、PLC、網絡交換機、工控機等設備組成；檢測采集部分采用高精度的溫濕度變送器、差壓變送器、傾角傳感器、智能儀表等實現對果穗倉內溫濕度、風道風壓、上（下）通風門開度狀態等數據的檢測和采集，所有檢測信號通過數據總線傳輸[3]；控制執行部分采用PLC 等電氣元件驅動電動推桿，實現上（下）通風門的打開或關閉，采用變頻器及PLC 等控制通風機的運行與停止，所有控制信號通過數據總線傳輸。

6 監控系統功能描述

果穗烘干控制采用“玉米果穗干燥自動控制與信息化管理系統”，實現玉米果穗干燥全過程的自動控制及信息化管理功能。控制功能部分根據入倉果穗品種、含水率值以及玉米果穗干燥過程中采集的數據，由工控機后臺控制系統智能判斷玉米果穗干燥進程，控制方式有自動和手動兩種模式可供選擇。信息化管理功能部分，無論在自動控制或手動控制模式下，均可對報警信息和干燥過程數據全程記錄（可以導出Excel 報表）、繪制干燥過程曲線，以便于對干燥過程進行信息回溯，分析干燥工藝參數設置是否合理，并可以為不同品種玉米果穗干燥積累工藝及操作數據，控制系統計算機操作界面如圖5 所示。

在自動操作模式下，系統根據干燥進程自動控制上下通風門、排濕門進行狀態轉換；系統根據采集的風道風壓信息采用PID 算法自動調整風機運行頻率，達到工藝設定的風壓值。需注意，自動控制模式對入倉原料數據精度、干燥過程中熱風的溫濕度條件控制要求較高，還需要操作人員配合執行嚴格的操作規程，各控制參數必須根據現場實際情況確定。

在手動操作模式下操作人員根據干燥工藝要求，在工控機上進行干燥過程控制。此模式下，系統根據物料信息及采集的數據，分析干燥過程，在顯示屏上給出換向、出倉關鍵干燥節點智能操作提示，以及風壓超標或過低提示，由操作人員在工控機上手動點擊相應按鈕來改變上下通風門、調壓門狀態，在工控機上調整風機運行頻率，以達到工藝設定的風壓值。

該系統具有較高的安全機制，由8 個子系統構成，分別是：各倉溫度、濕度、壓差檢測子系統，風道溫度風壓檢測子系統，工藝參數設置子系統，上（下）通風門控制子系統，風機控制子系統，報警子系統，各倉干燥報表及曲線子系統，二層風道視頻監控子系統，各子系統功能共同構成監控及信息管理功能。

7 技術創新點

智能化組裝式鋼結構玉米果穗烘干房及其部件全部由鍍鋅鋼板制作，外形美觀且氣密性好；采用模塊化設計，有進料溫度傳感檢測與控制、風量調節、出料等電器控制模塊，可以通過模擬屏了解現場設備運行狀態，并對現場設備進行操控及平穩啟動大功率風機。房頂分料皮帶機和布料小車采用計算機控制和光學測距，可實現各烘干倉布料自動控制。通風門、填料門、出料門、調壓門均采用電機單獨控制，使倉門操控更加方便；同時烘干倉等零部件全部具有通用性，采用機械模塊，烘倉數量靈活組合，全組裝式結構，建設周期短，可靠耐用。

烘干方式為雙排列傾斜床堆放式種子干燥室，采用環保節能熱風爐，應用強制循環流化床技術，燃料為玉米秸稈或玉米芯，煙氣排放濃度低，熱效率高。烘干倉群是由一定數量的烘干倉以及上、下擴散風道組成，每個倉設有傾斜放置的有篩孔種床，可使玉米果穗均勻鋪放在種床上。