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    合理控制糧食含水量是確保糧食綠色保鮮和安全儲(chǔ)藏的重要前提，東北地區(qū)的糧食（主要是玉米）多采用高溫快速干燥的方式來(lái)降低原糧的水分至14%左右。目前，我國(guó)糧食的干燥過(guò)程多是根據(jù)糧食在干燥塔出口處檢測(cè)的含水量，由操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)控制變頻器調(diào)節(jié)排糧裝置的排糧速度，通過(guò)控制糧食在干燥塔內(nèi)的停留時(shí)間來(lái)控制被烘糧食的含水量。由于糧食干燥是一個(gè)大時(shí)滯、多擾動(dòng)的強(qiáng)非線性系統(tǒng)，因此傳統(tǒng)的糧食干燥控制技術(shù)，一方面，很難滿足精確的儲(chǔ)存糧安全含水量，另一方面，易造成糧食在干燥后品質(zhì)明顯下降，不能實(shí)現(xiàn)糧食綠色保鮮和安全儲(chǔ)藏。為此，我們從糧食干燥過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)人手，研究糧食干燥過(guò)程中水分的在線檢測(cè)和智能化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了糧食干燥機(jī)干燥過(guò)程的智能控制，可節(jié)省大量的人力物力，提高糧食干燥的生產(chǎn)效率和品質(zhì)。
1、糧食干燥塔智能控制系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介
1.1糧食干燥塔智能控制系統(tǒng)特點(diǎn)
    以HTJ-200型糧食干燥機(jī)系統(tǒng)為例，控制系統(tǒng)是采取以檢測(cè)烘干廢氣濕度控制進(jìn)機(jī)熱量的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)烘后糧食水分的控制。在HTJ-200型烘干機(jī)系統(tǒng)中，干燥風(fēng)機(jī)1向干燥塔上兩個(gè)干燥段（亦即加熱段）供熱風(fēng)，其熱風(fēng)溫度為150t5℃，干燥風(fēng)機(jī)2向干燥塔的下兩個(gè)干燥段供熱風(fēng)，其熱風(fēng)溫度為110*5℃，熱風(fēng)源都是來(lái)自熱風(fēng)爐，干燥風(fēng)機(jī)2通過(guò)入口處冷風(fēng)閥加入冷風(fēng)使熱風(fēng)溫度降低。本控制系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有設(shè)備的干燥工藝，主要特點(diǎn)是先檢測(cè)塔內(nèi)各層段的廢氣溫濕度，然后通過(guò)智能算法建立廢氣溫濕度與相應(yīng)高度塔內(nèi)糧食含水量的關(guān)系，用廢氣溫濕度間接反算出糧食含水量，這樣就可以大大減小檢測(cè)結(jié)果的滯后時(shí)間，從而提高控制系統(tǒng)的控制精度。系統(tǒng)一方面通過(guò)控制排糧速度控制各干燥段的加熱時(shí)間，另一方面利用干燥風(fēng)機(jī)2入口的冷風(fēng)電動(dòng)閥門控制第三、四干燥段的熱風(fēng)溫度，從而控制被干燥糧食在第三、四干燥段的降水量，使被干燥糧在進(jìn)入冷卻層時(shí)的含水量達(dá)到給定的值。這個(gè)給定值是根據(jù)計(jì)算機(jī)的在線學(xué)習(xí)，干燥糧在當(dāng)前大氣環(huán)境條件下（溫度和濕度），通過(guò)冷卻層時(shí)的含水量變化情況計(jì)算獲得。
1.2總體控制方案
    智能控制系統(tǒng)總體控制方案見圖l，主要由以下方式解決糧食在干燥塔的出口處的含水量控制問題。
    系統(tǒng)控制量有2個(gè)：
    (1)系統(tǒng)排糧速度。
    (2)第三、四干燥段的熱風(fēng)溫度。
    總體目標(biāo)有3個(gè)：
    (1)通過(guò)電機(jī)變頻調(diào)速控制干燥塔的排糧速度來(lái)控制被干燥糧在干燥塔內(nèi)的干燥時(shí)間。
(2)通過(guò)控制第三、四干燥段的熱風(fēng)溫度，控制糧食進(jìn)入緩蘇段時(shí)的含水量（通過(guò)檢測(cè)排氣濕度）。
    (3)根據(jù)環(huán)境條件，第一、二干燥段的入口處熱風(fēng)壓力、溫度和兩層的排氣濕度對(duì)原糧含水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，建立系統(tǒng)原糧含水量的智能預(yù)測(cè)模型。
1.3控制系統(tǒng)硬件及傳感器
    控制系統(tǒng)硬件及傳感器布置見圖2。
2、糧食干燥機(jī)智能控制系統(tǒng)軟件
2.1糧食在干燥塔內(nèi)各段干燥時(shí)間的控制
    在干燥塔各段熱風(fēng)流量和熱風(fēng)溫度一定時(shí)，控制人口時(shí)具有某一含水量的被干燥糧食在塔內(nèi)各段的停留時(shí)間是一項(xiàng)重要的控制指標(biāo)。當(dāng)某一段糧食由人口處進(jìn)入到干燥塔時(shí)，由干燥塔頂端的位置傳感器檢測(cè)當(dāng)前糧食的位置高度，干燥塔底部的變頻調(diào)速器的速度計(jì)算出該段糧食在以后不同時(shí)刻在塔內(nèi)的位置，建立塔內(nèi)糧食的動(dòng)態(tài)分布圖，如圖3所示。
2.2干燥塔各段智能化模型的建立
    理論與實(shí)踐證明，模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以以任意精度逼近任意非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，智能控制是解決干燥塔這一大時(shí)滯、多擾動(dòng)的強(qiáng)非線性系統(tǒng)系統(tǒng)控制的最佳手段。
    系統(tǒng)在某一段的模型結(jié)構(gòu)如圖4所示。
    建立各干燥段的智能化模型的意義在于控制過(guò)程中通過(guò)檢測(cè)熱風(fēng)的溫度、壓力和塔內(nèi)排出氣體的濕度來(lái)預(yù)測(cè)運(yùn)行于該段內(nèi)糧食的降水率和含水量。
    用這種方法建立各干燥段和冷卻段的智能化模型．
2.3入口原糧濕度校正
    根據(jù)我國(guó)東北地區(qū)冬季氣溫較低的特點(diǎn)，糧食在入口處檢測(cè)所得的含水量不準(zhǔn)確。自學(xué)習(xí)系統(tǒng)根據(jù)2.1中建立的含水量、熱風(fēng)溫度、壓力和排氣濕度的智能模型和第一、第二干燥段廢氣的濕度進(jìn)一步估算出原糧人口時(shí)的含水量，從而確定第三、四干燥段的含水量降低情況。
2.4干燥塔含水量控制采用全局優(yōu)化智能控制
    在烘干塔內(nèi)各段糧食的含水量是有一定的差異性的，含水量不同的糧食在塔內(nèi)的各段內(nèi)運(yùn)行的時(shí)間不相同，所以從整體方面應(yīng)將其進(jìn)行全局優(yōu)化處理。各批含水量不同的糧食在干燥塔內(nèi)的干燥過(guò)程采用全局優(yōu)化的智能控制方案，如圖5所示。通過(guò)干燥塔入口的糧食溫度、含水量、流量和出口糧食的含水量檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算物料在塔內(nèi)各段的分布情況，再與物料在各段末檢測(cè)得的含水量（由出口廢氣濕度換算獲得）比較，進(jìn)而計(jì)算出物料在當(dāng)前塔狀態(tài)下（各段進(jìn)氣量和溫度）在各段的干燥時(shí)間。綜合塔內(nèi)的各段物料的狀態(tài)及優(yōu)化干燥時(shí)間或局部物料差異較大，在第三、四干燥段由控制閥控制熱風(fēng)量，使其達(dá)到給定值。冷卻段的壓力、溫度和濕度檢測(cè)可以表明環(huán)境條件對(duì)糧食出口含水量的影響，進(jìn)而控制物料在第四干燥段的含水量的設(shè)定值。
    在圖5中，冷卻段的智能模型用于確定在當(dāng)前的氣候條件下，經(jīng)過(guò)四個(gè)干燥段和緩蘇段后，在經(jīng)歷不同時(shí)間的冷卻段運(yùn)行時(shí)，糧食含水量的變化情況，進(jìn)而確定被加熱糧食在運(yùn)行通過(guò)第四干燥段末時(shí)的含水量以確定第三、四干燥段的熱風(fēng)溫度。
2.5第三、四干燥段的熱風(fēng)溫度的控制
    由于在糧食加熱過(guò)程中，如上所述的全局優(yōu)化控制過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，即隨著新的糧源的給人，干燥塔內(nèi)各段糧食含水量是動(dòng)態(tài)變化的，所以優(yōu)化過(guò)程也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。要求系統(tǒng)根據(jù)新糧食含水量不斷地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果，而系統(tǒng)中不能滿足要求的部分則由第三、四干燥段集中進(jìn)行補(bǔ)償。第三、四干燥段的控制系統(tǒng)圖如圖6所示。
2.6控制系統(tǒng)軟件組成
    該系統(tǒng)自行開發(fā)的軟件包括：動(dòng)畫顯示人機(jī)界面，傳感器標(biāo)定界面，臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面，智能模型庫(kù)管理界面，樣本庫(kù)管理界面，智能控制規(guī)則庫(kù)管理界面，手動(dòng)、自動(dòng)方式設(shè)置界面，打印設(shè)置界面，系統(tǒng)I/O設(shè)置界面，烘干塔結(jié)構(gòu)設(shè)置界面，采樣設(shè)置界面，傳感器標(biāo)定存儲(chǔ)模塊，樣本數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，智能模型建立模塊，樣本采集模塊，模擬數(shù)據(jù)采集模塊，智能控制規(guī)則建立模塊，時(shí)實(shí)數(shù)據(jù)采集模塊，智能控制規(guī)則管理模塊，PLC通訊模塊，單通道數(shù)據(jù)采集模塊，烘干過(guò)程智能控制模塊，烘干塔糧食流量計(jì)算模塊。本系統(tǒng)由IPC和PLC完成干燥過(guò)程在線自學(xué)習(xí)智能控制。軟件組成如圖7所示。
2.7控制系統(tǒng)工作界面
    控制系統(tǒng)根據(jù)操作功能分為一個(gè)主界面和幾個(gè)輔助功能界面。
    主界面的主要功能是顯示系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中干燥塔各部分實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，提供手動(dòng)操作按鈕以及調(diào)節(jié)參數(shù)用的文本框等，如圖8所示。
    在主界面的下拉菜單中可分別選擇顯示各輔助功能界面。
3、結(jié)語(yǔ)
    基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的糧食干燥機(jī)智能控制系統(tǒng)，集先進(jìn)、成熟的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、接口技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)及傳感器技術(shù)于一體，通過(guò)高精度的數(shù)據(jù)采集器，獲取糧食干燥機(jī)各干燥段的壓力、溫度、濕度、含水率等數(shù)據(jù)，通過(guò)接口箱送入工業(yè)控制機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)干燥過(guò)程這一大時(shí)滯、多干擾的強(qiáng)非線性系統(tǒng)的全面智能控制。