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甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究

高晓阳

   甘肃省河西地区是我国重要的优质大麦产地之一,大麦麦芽质量是影响麦芽价格的重要因素,提高麦芽加工工艺技术和加工质量成为制麦企业发展的关键。 本研究以甘肃省河西地区生产和种植的大麦主要品种甘啤4号,为干燥加工原料。研究沿用合作企业的热风型干燥方式,并以项目组实验研究确定的麦芽最佳干燥工艺,作为麦芽干燥温度控制研究的技术基础。 本研究以大麦麦芽干燥加工系统为研究对象,针对甘肃大麦麦芽企业现有干燥工艺与装备,综合应用系统工程原理、自动控制和智能控制理论,集成运用流体数值模拟技术、传感技术、电子技术、单片机及接口技术、微机控制技术、模糊控制技术、神经网络技术、虚拟仪器技术和电机调速技术等多种技术手段,结合传热传质学与生态能值分析方法,进行了干燥控制的系统性研究,取得了以下主要研究成果: 1以干燥室为研究对象,进行了干燥热能计算。结果表明,其圆柱型热风混合干燥室平均脱水量为1330kg/h,耗风量216384m3/h。另外,热量衡算结果表明,该干燥系统小时需热量为11.81×105kJ/h。 利用ANSYS软件进行计算机模型模拟和数值仿真,流体动力分析结果为,在进入干燥热风混合室进风口后,风速逐渐下降,但接近排风口处时又有回升,在进风口处风速为最大;并在混合室的左右两侧形成两个大的旋涡。在整个区域风压分布变化明显,当风速较小时风压降低明显。此外,对风机叶片孤立翼型的升力和阻力进行流场模型模拟,结果分析表明,在孤立翼型的上表面即翼型的迎风面出现最大流速。模拟实验说明通过改变风机的翼型参数,可减小翼型阻力,提高风机通风效率。 2本研究进行了干燥试验研究,建立了干燥炉热空气风速、麦层厚度和麦层空气阻力的数学模型为P=31.5He238v,P-麦层空气阻力(mmH2O),V-风速(m/s),H-麦层厚度(m)。 3麦芽干燥工业生态系统的能值分析结果表明,中川麦芽厂能流循环指数(CREF)和有机能投入相对较低,说明该系统以无机投能为主,工业化程度高。能值投入率(EIR)值总体处于较低水平,在0.3-0.7间波动。表明中川麦芽厂的干燥麦芽生产成本低,市场竞争力较强。能值产出率(EYR)总体上处于波动上升态势,表明甘肃中川麦芽厂的能源利用效率在逐年提高,经济竞争力持续上升。中川麦芽厂环境负载率(ELR)由2005年的2.62×106增至2009年的3.94×106,总体也呈波动上升趋势,表明对环境的压力逐步增加,发展主要依靠输入能值和不可更新资源的消耗。 4本研究设计了基于模糊控制的大麦麦芽干燥温湿度控制系统。设计了以AT89C51单片机为控制核心的系统硬件电路,选用AD590温度传感器和HS1101湿度传感器,设计了放大与调理电路,扩展了A/D转换电路和键盘与显示电路,研发了模糊控制算法、控制表和模糊控制器,实施了单片机变频控制鼓风机运行,和继电器控制排风机工作。配置了AT89C51内部RAM单元,设计了控制系统的汇编语言主程序和数据采集存储、数值滤波、模糊控制等6个子程序。 MATLAB软件模拟和温湿度控制实验的运行结果表明,该系统控制稳定,控温范围0-99℃,温控精度达±0.25℃,平均误差≤±0.2℃,置信系数Kt=4.3(P=0.095),满足控制精度要求。实验结果表示,排潮热风平均湿度的标准偏差<±0.30%RH。 5本研究适应企业微机化管理,设计了基于LabVIEW的麦芽干燥微机测控系统。设计了该虚拟仪器系统的硬件电路和系统软件,如数据采集程序、基于Lab VIEW的神经网络PID控制虚拟程序等。系统LabVIEW仿真实验表明,神经网络PID控制具有很好的动静态特性,控制器运行稳定。 基于LabVIEW的麦芽干燥神经网络PID控制系统测试实验,结果表明,温度控制的平均误差≤±0.2℃,控制系统稳态精度高,系统超调较小。6设计的基于单片机和微机的干燥变频调速控制系统,3年试验运行表明,每生产1吨麦芽平均节水1.5吨、煤0.050吨,电50KWh。按公司年产麦芽2.0万吨计,每年仅干燥工段节电94.6万KWh,节能量(折算为电能)约232万KWh。麦芽生产每年可节约标煤1129吨。同时,麦芽干燥系统改造前后相比,综合节能14% 因此,该研究提升了大麦麦芽干燥加工智能化和自动化水平,并具有节能和生态效益。……   
[关键词]:大麦麦芽;干燥控制系统;数值模拟;能值分析;单片机;模糊控制;虚拟仪器;神经网络
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:甘肃农业大学2010年