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专业化烘烤设备的运用
第四章烟叶烘烤设备的智能化控制系统
4.1引言
烟叶烘烤就是要将烟草在全部农艺过程中形成和积累的优良性状充分显露发挥出来,是生产优质烟叶至关重要的技术环节,也是我国目前生产水平下最薄弱的环节,甚至成了增进烟叶内在和外观品质的制约因素。
烤烟烘烤环节存在的效率低、劳动强度高、消耗大、烘烤技术不易掌握,产品质量不易得到保证等问题。
因此,必须研究和采用先进的技术和设备来准确落实科学的烘烤工艺,提高烤烟质量,提高烟草行业的经济效益。
最近,我国引进了一批优良品种,同美国、巴西合作,加强了栽培技术及田间管理技术,烟叶质量有了一定的提高,与此同时也吸收了部分国外先进烤烟调制技术。
但是从我国的国情分析,美国、日本普遍采用的集装箱式自动化烘烤调制技术。
因此价格昂贵、单烟消耗量大,而我国烟叶初烤大都在农村且是单户进行,在较长一段时间内很难在我国推广。
从当前我国烟草生产现状来看,烤烟烘烤调制技术相对比较落后,是影响烤烟质量的重要因素。
因此,研究适合国情的烤烟烘烤调制智能化系统是当务之急。
4.1.1国外烤烟烘烤调制技术
20世纪50年代中期,美国北卡罗莱纳州立大学农业工程系约翰逊(W.HJohnson)等研究了烟叶在堆积变黄过程中的变化,1957年他们在实验室研究了堆积烘烤的实验装置,1958年他们又进行了中间试验并获得成功,并于1960年设计成适合于生产的烤烟设备,并提出了密集烘烤相应的烘烤工艺。
试验结果证明,这种密集烘烤设备,对叶片变黄及干燥均有利,可有效节省劳力和原料,具有值得推广的优越性,从而揭开了密集烘烤设备发展的新篇章。
其后密集烘烤设备的研究不断取得突破。
1969年,日本鹿儿岛烟草试验场在实践中发现了一个新的烘烤工艺方法,即将湿球温度控制在38℃,按照一定工艺的要求升干球温度。
根据这一原理,山中弘久和川上嘉通二人成功研制出湿球温度自动控制系统,实现了烟叶烘烤自动化。
1974年,日本三洲产业株式会社研制出了气流上升式密集烘烤装置。
1976年,鲍威尔(POWELL)公司又成功研制出771型气流上升式堆积烘烤设备,将烟叶直接堆积于大箱进行烘烤,用油或煤气做原料,采用温湿度自控系统,实现了烟叶烘烤的机械化和自动化。
1977年北卡州立大学的石格斯(C.WSuggs)发表了大箱式密集烘烤研究报告。
同年约翰逊(W.H.Johnson)又发表了气流横吹式密集烤房的研究报告,使大箱式烘烤得到进一步改善。
在密集烤房不断发展应用的过程中,密集烘烤设备和工艺不断改进和完善,显示出节省烘烤用工、节约原料、提高劳动生产效率、热能利用率和烟叶烘烤质量,热效率可达51.4%,节省劳动用工63%,节约原料63%,缩短烘烤时间40h,显示出了巨大的优越性。
因此,密集烤房在世界各产烟国家得到迅速推广应用。
近年来,美国、加拿大、日本等发达国家的密集烘烤普及率已达50%以上,津巴布韦、巴西、南非的应用面积也达到或超过50%,这些主要生产烤烟的国家基本上淘汰了普通烤房,使用自动化或半自动化密集烤房。
4.1.2国内烤烟烘烤调制技术
20世纪70年代初期以前,烤烟生产水平很低,烟叶烤房十分简陋,形似农村普通住房,称为自然通风气流上升式烤房。
自然通风气流上升式烤房的基本特点是结构和建造简单,成本较低,烘烤过程升温排湿较快,但往往由于供热设备和排湿设备安装不合理造成烤房内温度不均匀,影响烟叶烘烤质量。
20世纪80年代,进行了大量的烤房研究与改造,并推广了容量150竿左右的小型烤房。
到90年代,中国烟叶公司组织有关科研单位研究并在全国推广烤烟三段式烘烤技术,使我国烟叶烘烤工艺能够与国际先进技术接轨,同时加快普通烤房标准化改造步伐,满足先进烘烤工艺的需要。
近年来,我国烟草生产的突出特点:
一是中式卷烟的发展迫切需要进一步提高烟叶品质,尤其是烟叶外观等级质量与内在香气的一致性;二是烤烟整体生产水平普遍提高,集约化育苗、平衡施肥、三段式烘烤等技术得到全面推广应用;三是烟草种植向适度规模发展,一些主产烟区烤烟生产逐渐向专业化、职业化发展;四是烟叶生产的可持续发展,要求加强烟田基础建设,降低劳动强度,减少生产用工和烤烟生产成本,提高烟农种烟效益和种烟积极性。
在这四个方面中,均涉及了烟叶的烘烤问题。
包括烘烤工艺和烘烤设备两方面因素,尤其是烘烤设备相对陈旧落后,不能准确落实先进的三段式烘烤工艺指标要求。
其主要问题:
①大部分烤房容量偏小;②烤房性能较差,一些烤房存在升温升不上、保温保湿保不住、排湿排不出,不能准确控制温湿度等;③烘烤能源消耗多,烤烟成本过高:
④烤房设备简陋,烧火和通风排湿操作困难,不利于烤烟规模化生产的需要。
近几年,烟叶烘烤科学研究紧紧围绕提高烟叶烘烤质量、降低烘烤劳动强度、减少烤烟用工投入和能源消耗,己做了大量的试验和生产示范探索,为适度规模化、专业化、规范化生产提供了技术支撑。
不少研究人员研制并在生产中试验示范了普通烤房的温湿度自控技术与设备。
普通烤房温度和供热系统的自控或半自控,主要通过对燃料燃烧所需要的助燃空气量的调节来实现,湿度控制则通过调节排湿门开启大小来实现。
普通烤房温湿度的自控或半自控系统由温湿度传感器、控制装置、循环热风机、排湿窗及排湿风机、鼓风机等构成。
目前,我国以煤为能源的密集烤房发展很快,形式多样,有砖混结构、板块组装形式等,烧蜂窝煤或散煤,气流上升或气流下降式,使用烟夹夹烟或烟竿编烟。
密集烤房装烟密度为传统烤房的2~4倍。
密集烤房实行强制通风和热风循环,使烤房内温湿度更均匀,以利于烟叶均匀变黄和干燥;将人工控制烤房温湿度改为自动控制,实现了烟叶烘烤温湿度的精准调控,体现出省工、热能利用率和烟叶品质提高等优越性。
然而,由于我国烟叶初烤大都在农村进行,而且是分散性,还不具备密集烘烤,大都是采用普通烤房进行烟叶烘烤。
4.2烟叶烘烤调制原理
烟叶烘烤的主要目的是通过对烤房内温湿度的有计划控制,以显现和确定采收烟叶叶片的潜在质量。
烘烤既是一个干燥过程,又是一个生物化学过程。
在烘烤过程中,伴随着烟叶的脱水、变黄、干燥,叶内进行了复杂的生理化学变化,经过合理的烘烤控制,烟叶的外观状态和内在质量得到符合于工业需要的定向调控,一些良好的化学和生物学变化形成的化合物得到优化和保留,形成卷烟的初级原料。
烘烤条件要随着采收烟叶的变化而调整。
烘烤控制程序同时也因烤房、烟品种、叶片部位、采收和烘烤时气候条件、烟叶的成熟度和采收时水分含量等因素的变化而不同。
一个烘烤过通常需要120h~150h才能完成。
烘烤过程控制的主要变量是烘烤的环境温度、相对湿度、风速以及这些变量的时间变化,通过对这些变量的调控来调控叶片的温度和水分,进而影响和决定烟叶生物化学变化的速度和程度,形成特定的烟叶质量。
在烘烤中烟叶的外观形态发生两个十分明显的变化。
一是烟叶颜色由黄绿色变化。
黄色,这是形成最佳烟叶质量需要的目标颜色,间接反映了烟叶内在质量的状况,颜色的深浅与烘烤过程中的湿度控制密切相关,如果控制失误,还可能继续发展变为褐色、深棕褐色,降低烟叶的质量和价格;二是烟叶由含水量80%~90%的膨胀状态变凋萎、叶片全干直到干筋。
烟叶的这两个变化,反映了烟叶内在化学组成的变化过程。
一方面是有机物质的转化、分解和某些小分子物质缩合的生化变化,需要在酶的作用下完成,这是酶促过程,另一方面是水分蒸发和散失的物理过程,反映烟叶外观状态的变化。
烟叶水分蒸发的干燥过程,除了需要一定的叶组织温度和环境温度外,还需要逐渐降低环境的相对湿度。
烟叶在烘烤过程中酶促和干燥两个过程是密切相连,相辅相成的,其中有些时间内是相互关联着的。
前期,当烟叶失去部分水分时,酶促作用大,强烈进行,烟叶的脱水给酶促作用创造了适宜的条件,到了后期,环境温度升高,相对湿度降低,烟叶水分排出减少,又限制了叶内酶的活性和作用,使叶内生化变化逐渐减弱,直至终止,从而固定了烟叶的外观颜色和内在质量。
烟叶烘烤的全过程中,存在着两个速度:
一是酶活性变化速度,代表着烟叶组织内有机物质的转化程度;二是干燥速度,代表了烟叶水分的散失,同时也表明叶内的生化转化能否继续进行。
烟叶烘烤的所有控制措施,就在于创造适宜的条件,合理调整两个变化速度,使之能相互配合,同步进行。
在变黄过程中,要促进酶的活动,需要较低的温度和较高的相对湿度,但在初期必须使叶片本身丧失一定量的水分而凋萎。
当对品质不利的淀粉大量分解转化为对吸食有利的糖,芳香类化合物产生和增加,蛋白质和叶绿素分解使叶片变黄达到一定程度以后,就应采取逐步提高温度和降低相对湿度的方法,迅速排除水分,加速叶片干燥,终止酶的活动,将烟叶的黄色固定下来。
当叶片全部变黄后,把叶片烤干,并使烟叶特有的香味最大程度地保留下来。
总体来讲,烟叶烘烤过程是控促结合的生物化学变化过程。
烟叶烘烤前期,叶内存在有一定量的水分,是烟叶变黄和内在物质转化等生理化学变化所必需的条件,同时控制水分一定量的散失,造成提高淀粉酶、蛋白酶活性的环境条件,促进绿色变黄色,大分子物质分解转化为适宜于烟叶质量提高的小分子物质和香气前提物质。
在后期,逐步提高温度和促进失水,又是逐渐减弱酶的活性,控制外观颜色和内在物质继续转化或促进小分子物质聚合形成和固定烟叶质量的必要手段,这就是烘烤过程中的有促有控,控促结合。
4.2.1烟叶烘烤的技术要点
目前,因烘烤不当造成的烤烟经济损失在20%~30%,主要是挂灰、青筋或黄片、青筋、烟叶正背面色差过大等。
针对这种情况,通过大量实验,总结出几种特殊烟叶的烘烤,要点如下:
1.旱天烟“稀编烟,稠装炕”。
在烘烤时要先拿色,后拿水,以防烤青。
一是烘烤时起点温度要高,可提到39℃;二是变黄时间宜晚,烟叶变黄程度要稍高,定色阶段前期升温要慢消除残余青色,后期升温要加快;三是整个烘烤过程湿球温度宜稍高。
2.涝天烟,在烘烤中要先拿水,后拿色,解决烤黑。
要“稀编烟,稀装烟”。
一是变黄期温度要达到39~40℃,干湿球温度差要达到3~4℃,转火时变黄程度宜低;二是定色期烧火要稳,升温要准,排湿要快,每2小时升1℃,达到46~48℃,并充分延长,使烟叶完全变黄,达到小卷筒,此后以每2小时升温1℃左右,至54~55℃,实现全炕干片。
3.返青烟,长期干旱后遇透雨,烟叶出现返青,不要急于采烤,要等二次落黄后再采烤。
要“稀编烟,稀装炕”,高温变黄,低温变色。
一是点火后要以每小时1℃速度提升干球温度到40℃左右,干湿球温度差达到3℃,保持较快的变黄速度,变黄程度宜低不宜高;二是要充分延长46~47℃时间,使湿球稳定在37℃,使低棚烟叶完全变黄且达到小卷筒,然后以每2小时升温1℃速度,将干球温度升至54~55℃,实现全炕干片,转入正常烘烤。
4.后发烟,这种烟主要是由于烟田施肥不合理,而且烟叶生长前期干旱,中后期降雨相对较多情况下形成的。
要“稀编烟,稀装烟”。
一是变黄温度以38℃左右为宜,定色阶段升温速度易慢不易快;二是湿球温度宜偏低,变黄期干湿球温度差为3℃左右;三是转火变黄程度不宜高。
5.烤坏烟的原因分析:
①烤青。
一是成熟不够;二是成熟整齐度不够;三是烤房棚距偏低;四是烘烤时起点温度高,变黄不够,定色期升温过快。
②挂灰。
一是成熟过度;二是上部留叶过少;三是变黄过早或过晚;四是定色期升温过快或大幅度降温。
③杂色。
一是编装密度过大;二是烟叶变黄时无变软,升温快;三是定色排湿不畅;四是干球温度达50℃时,烟叶还未达到小卷筒就升温;五是干球54℃没有达到大卷筒就升温;六是烤火忽大忽小。
4.2.2三段式烟叶烘烤工艺
当前,在国内最实用的烘烤工艺流程是3阶段式工作模式。
该模式根据烟叶的变化将整个烘烤过程分为3个阶段,即变黄期、定色期和干筋期。
在每一阶段内,温湿度都有相应的限制要求(如图4-1所示)。
由于地区不同,烟叶的具体情况不同,每一阶段执行时间长短可能有差异。
具体设置如下:
1.变黄前期:
此期主要任务是使全炕烟叶失水变软,保证下棚烟叶正常变黄,防止温度过高失水过多,下棚烟叶烤青。
同时,还要保证烟叶的正常水分,防止硬变黄。
具体方法是:
关闭天窗地洞点火后,将温度快升至38℃,待底棚烟叶发热发汗后,稳火将温度逐步降至34~35℃,湿球温度33℃,底棚烟叶变为黄片青筋微带青,二棚叶片充分塌架时,方可升温继续变黄。
2.变黄后期:
当底棚烟叶达到黄片青筋,二棚烟叶充分塌架后,即可将温度以每小时1~2℃升到40℃,顿火,使温度保持在40~42℃,主攻二棚烟叶变黄,湿球温度保持在37~38℃,此时如果湿球温度超过38℃,说明炕内湿度过大,应小开天窗,进行排湿,开的大小,以湿球温度稳定在37~38℃为准。
如湿球温度低于37℃,则说明炕内湿度小,应严格保湿措施。
此期主要任务是促进炕内烟叶充分变黄。
在实际操作中以二棚烟叶变化程度为准。
二棚烟叶不达到黄片青筋,叶片勾尖卷边软打筒,不能升温转入定色期,否则易造成烤青。
3,定色前期:
此期的主要任务有两个。
一是促进烟叶进一步变化,二是排湿使烟叶逐步干燥。
两者要协调进行,干燥过快易回青,干燥过慢易挂灰。
这一时期是烟叶干燥成型的主要时期,也是烟叶烘烤的最关键环节,升温排湿要稳要准。
稳主要有两个方面的含义,即干球温度稳升、湿球温度稳定不变;这时升温排湿的时间选择要准,这一点要务必做到。
进入定色前期后,可将温度从42℃逐步升到45~47℃,顿火,保持温度一段时间。
等二棚烟叶达到黄片青筋半卷筒再升温到50℃,达不到此标准温度不能超过50℃。
4.定色后期:
进入定色后期主要的任务是干燥。
可将温度从50℃以2~3小时1℃的速度稳定地升到54℃,湿球温度保持39~40℃,达到全炕烟叶大卷筒,只剩主筋未干。
5.干筋期:
温度不超过68℃,湿球温度不超过42~43℃。
全炕叶片全干后,可在4~5小时内把温度从54℃快升到68℃,湿球温度稳定在42℃。
主筋全干后(只剩近柄处3~5cm不干)停火,结束烘烤。
此期应注意:
(1)干球温度不能超过68℃;
(2)湿球温度超过42℃时应及时关闭天窗地洞,防止烟叶温度过高,出现烤红。
图4.1烟叶烘烤三阶段式工作模式
4.2.3烟叶烘烤烤房技术改造研究
由于我国大多数烟叶种植地处西南地带,境内多山,属亚热带季风气候,温暖湿润,四季分明。
特别是海拔800m以下乡镇,冬无严寒,夏无酷暑,气候条件非常适合种植烤烟。
近年来,广大农民逐渐掌握了烤烟种植技术,经济效益不断提高,种植面积也不断扩大,现已形成一大产业。
但随着烤烟种植面积、产量的不断增大,烟叶烘烤环节成了烤烟发展的难题。
许多烟农还是采取非常原始的方法进行烘烤,普通烤烟烘房存在着结构不合理,温度不能调节,热能利用率低,排湿不畅,劳动强度大等缺点,较大程度地影响着烟叶的质量和经济效益。
如何改进烤烟烘房以提高烟叶质量和烘烤效率,已经成为当务之急。
4.3烤房的标准化改建
随着我国烟叶种植适度规模化水平不断提升,烤房的建设向配备自动控制设备的密集型烤房方向发展。
密集烤房是烤烟生产中烘烤加工烟叶的专用设备,基本特征是装烟密度大(为普通烤房装烟密度的2~3倍),使用风机进行强制通风,配有温湿度检测系统。
可以使用板块组装形式和砖混结构,燃煤供热,用烟夹夹烟或烟竿编烟。
(1)基本结构和形式
装烟室结构主要包括:
墙体、房顶、挂烟设备、门、观察窗、进风口、进风道、分风板、回风口、回风道、排湿口等。
加热室结构主要包括:
墙体、房顶、加热室门、火炉、换热器、烟囱、出灰口和炉下进风道、出风口、冷风进风口、回风口、回风量调节板、风机、风机支架、电机等。
(2)容量和规格
从近年来我国密集烤房发展情况来看,绝大多数用砖砌筑墙体,用钢筋混凝土预制板浇注房顶。
墙体厚度一般为南方烟区和黄淮烟区24cm,北方烟区和烘烤季节气温较低的地区38cm,房顶8~10cm,并加保温层。
加热室开设维修门和进风口,装烟室安装装烟门、排湿口和观察窗,加热室和装烟室中间隔墙上开设进风道和回风道。
一般烤烟能力以20亩左右为主,有1/3左右烤烟能力在25~30亩,也有一部分烤烟能力为10~12亩。
(3)装烟室
装烟室是密集烤房挂置烟叶的地方。
内设装烟架,专门用于挂置烟夹或烟竿。
进风道在装烟室下端,由加热室隔墙到装烟门逐渐抬高,地面要制作4~4.5度的坡度。
整个进风道截面呈梯形,用于纵向分风。
从隔墙进风口上端至装烟室尾端水平横向安装木质分风板,用于横向分风。
一般分风板宽5cm,空隙1.2~1.3cm左右,空隙度25~27%。
确保装烟室前后左右分风均匀。
回风道设在烤房内的上部,高出装烟架40cm。
装烟室左右两侧靠近房顶部均匀开设3个排湿口,每个高20cm,长60cm。
(4)加热室和供热设备
加热室与装烟室相连,内设火炉和热交换器,并在适当的位置安装风机。
风机按一定方向向装烟室输送热空气,经过与烟叶接触进行湿热交换后,循环回到加热室,或者其中一部分排到烤房外部。
供热设备是密集烤房的心脏,目前我国多用蜂窝煤火炉或散煤火炉。
加热室中的炉膛、火管要有良好的耐热性、导热性、耐用性,达到供热充足。
加热室内安装火炉、火管,侧墙上开设维修门,装双层门,确保严密保温、不漏气。
在加热室侧墙上,根据风机安装位置开设冷风进风口,高400mm,宽300mm,装活动门,用于调节进风量。
蜂窝煤炉由2个火炉组成,每个炉膛长1000mm,宽550~600mm,高600~800mm。
用土砖或耐火砖砌制,或用5mm钢板焊制,内装耐火材料炉衬。
炉膛下设进风道。
顶端出火口与热交换器连通。
出火口安装活动盖板,能控制火口大小。
炉膛顶端出火口与热交换器连通,中上部开进煤口,与加煤料斗连通,底部安装炉条,灰坑高600~800mm。
灰坑设门,开助燃空气进口,由鼓风机鼓风。
(5)电机和风机选择
强制通风、热风循环是国外烘烤设备的一项通用技术。
叶间隙风速增加,能够使上下层烟叶温度变得接近一致,有利于烟叶达到更高变黄变程度后再及时转入定色。
定色阶段的风速增加有利于增进烟叶的颜色和色度。
且整体上烤房内湿度稍有增加,烟叶内含物质转化充分,烤后烟叶颜色桔黄,色度强,光泽好,油分和弹性增加。
近几年各地快速推广了普通烤房热风循环,烤房叶间隙风速比普通烤房增加0.04~0.06m/s,烟叶质量明显得到提高。
表4.1热风循环系统的主要技术参数
项目
小型烤房
中型烤房
回风口规格(cm)
回风道规格(cm)
风机类型
风机功率(VA)
风机风量(m3/h)
风机风压(Pa)
30×50
40×40
轴流式
150~300
1500~3000
>70
50×60
50×50
轴流式
300~500
3000×5000
>100
热风循环烤房的核心是增设风机和空气循环系统,增加烟叶间隙风速,减小烤房上下层间温湿度差。
风机选择、热风循环系统的造安装等是否适宜合理,直接影响热风循环烤房的使用效果。
如有些采用离心式风机(小型鼓风机),风压大但风量很小;有些选用风机功率过小(仅有40~60W),风压风量都很小;有些循环管道为直径仅100~150mm的PVC管(分风管直径甚至只有50~80mm)。
这些都达不到热风循环,增加叶间隙风速,减小烤房上下层烟叶间温度差和湿度差的效果。
热风循环系统的几个主要技术参数如表4.1。
(6)干、湿温度自控
干温是指烤房内的空气温度,湿温是指烤房内的水分温度。
为保证密集烤房各项烘烤技术指标的准确性,要使用干湿温度自控仪,用于检测、显示和调控烟叶烘烤过程中的干温和湿温。
通过对烧火、供热和通风排湿的调控,实现烘烤干、湿温度的控制。
它由温度传感器、主机、执行器等组成,在主机芯片内设有烘烤干、湿温度专家曲线,并有在线调节功能。
①干温度控制原理。
根据燃料的燃烧强度与在燃燃料量和助燃空气量的数学关系,建立燃烧数学模型,通过协调助燃空气量和加煤量,调节燃烧强度,实现对供热量和烤房的干温度控制。
②湿温度控制原理。
若无冷空气进入,加热室和装烟室只有热空气的内循环;若打开风门,冷空气进入。
在风门控制灵活的情况下,只要控制冷空气进入门的开度,变可自行排湿。
③传感器。
干温度和湿温度传感器均使用数字型传感器。
湿温度传感器要用脱脂纱布包裹感温头,并将纱布置于清水中,保持感温头与水面距离20mm。
④干、湿温度控制专家系统。
密集烤房的温湿度自控仪要根据烤烟三段式烘烤工艺的基本模式设计,必须写入通常的烘烤干湿温度值和大致时间指标曲线,特别要强调升温速度和需要稳温的几个关键温度点,并设置报警和在线调节功能。
干湿温度自控仪的各项操作要简捷、明确,使烘烤过程能够在最佳状态下完成。
4.3.1密集烤房的特点
(1)强制通风,热风循环,热能利用率高,节省燃料。
由于热风不断地进行内循环,使热量得以充分利用,所以热效率高。
(2)烤房利用率高,烘烤能力大。
密集烤房的装烟密度一般为普通烤房的4~6倍,有的能达到8倍。
1座密集型烟叶烤房的烘烤能力相当于10~20座传统烤房,大大地减少了占地面积。
(3)机械化、自动化作业。
先进的密集烘烤设备基本上都是机械化、自动化作业的,不仅工作效率很高,烘烤工艺稳定,管理简便,而且大大地减轻了烘烤作业的劳动强度。
(4)节约劳动力。
与普通烘烤相比,烟夹挂烟在绑烟环节上可节约50%的劳动力。
我国的调查结果表明,整个烘烤过程可节省工时2/3。
国外先进的大箱式密集烘烤设备可节省工时高达90%以上。
(5)烟叶夹持设备先进。
采用烟夹夹烟或大箱装烟,大幅度地提高了装烟密度,与烟竿绑烟相比,还能节省大量的绑烟用工量。
(6)烘烤安全。
装烟室里面没有火管,不会发生火灾。
(7)使用年限长。
密集烤房一般可连续使用25年左右。
(8)可综合利用。
密集烘烤设备在烤完烟叶以后,还可以用于干燥其他农副产品以及工业原料和制品。
(9)要求严格。
燃烧器、热交换器、风机等设备必须精良、耐用,电源要稳定等。
传统的密集型烤房烟叶烘烤控制系统多采用传统的PID控制方法,由于烟叶烘烤过程中烤房内温湿度的非线性和耦合性较大,实际运行效果很不理想,很难符合烟叶烘烤的工艺要求。
现在只能靠操作工人的实际经验来操作。
因此,需要采取智能化控制技术对烟叶烘烤过程中的温湿度变化进行控制,其主要任务是在满足经济性、实用性、科学性的前提下,设计一套稳定、可靠的温湿度智能控制系统,使烟叶烘烤过程中温湿度的变化尽可能的符合三段式烘烤工艺,以提高烟叶烘烤质量。
目前,我国烟叶烘烤过程中的供热和排湿主要依靠操作人员的烘烤经验,人为通过火力、天窗、地洞开启的大小和气流上升(下降)的自然速度控制烤房的温湿度。
在烤烟烘烤近120个小时的过程中,人工控制出现失控机会多、干湿温度波动幅度大、能源利用率低、烘烤效果不稳定等情况,直接影响烘烤后烟叶的质量,且花费大量的劳动力。
为解决上述问题,根据烟叶三段式烘烤工艺中的温度要求,现在介绍一种拟开发基于模糊控制的烟叶烤房温湿度控制仪,该设备使烤房内的温湿度按照烟叶最佳生化控制曲线变化,解决了烟叶烘烤过程中温湿度变化的非线性和耦合性,从而提高烤房内温湿度的控制精度,以达到提高烘烤质量和减轻劳动强度的目的,为探索适合农村社会经济状况和生产规模的烤烟烘烤自动化提供设备和技术支持。
4.4智能控制系统的设计内容和主要工作
在完成烟叶智能控制系统中,应完成以下工作:
(1)实际考察和分析研究密集型烤房的现行状况,明确烟叶烘烤过程中的温湿度控制系统的设计思路,确定控制方案。
(2)根据烟叶烘烤的过程中的温湿度工艺特点、技术要求和控制经验,设计模糊控制查询表。
(3)控制系统的硬件设计(电路原理图见图4.2、图4.3)。
根据烟叶烘烤过程中温湿度变化的范围和要求的控制精度,以及所控对象的技术参数,选定合适的单片机和外围控制芯片,实现温湿度的设定、检测、控制、报警等。
(4)根据控制系统的要求,采用模块化程序设计,首先列出各个模块的功能,设计出程序流程图,最后用C语言编写程序。
(5)进行控制系统的硬件调试和软件调试,对硬件进行静态调试和联机调试,逐一排除故障,在开发系统上对软件进
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