生产管理机械化岗位

徐丽明 马帅 沈聪聪 闫成功 谭好超 马俊龙 周慧能

  1 风场自动控制系统总体结构和原理

  葡萄干晾房风场自动控制系统主要由新疆葡萄晾房风场自动控制部分和数据储存及显示部分组成。风场自动控制部分主要包括吹风机、抽风机、风速传感器、电源模块、温湿度传感器、单片机等，单片机作为主控单元，用于收集传感器信息，并通过变频器来控制风机的运行；数据储存和显示部分主要由EMQX消息代理中间件、数据库、web服务器和人机交互显示终端等组成，将STM32单片机采集和传输的数据存储在数据库中，并在人机交互显示终端（HMI）上显示，同时能够将HMI上的人工操作控制信息传输给STM32单片机。作业时，STM32单片机借助传感器感知晾房内的环境信息，通过控制风机的运行条件，改变晾房的环境条件，确保晾房内的温度和湿度稳定在最佳范围内，最终实现葡萄干晾房的实时信息采集、存储和显示以及风场的一键远程控制。

  2 流体仿真试验

  葡萄干晾房风场自动控制系统运行过程中，不同风机产生的气流会在晾房内部形成复杂的空间气流场。为了研究气流的流动状态，并确定对晾房内风场影响最大的风机组合和参数，使用Fluent流体模拟来分析晾房内的风场（图2），仿真中在葡萄干晾房中均匀布置18个风速监测点，用于测量风场均匀性。葡萄干晾房内风场均匀性是影响葡萄干燥效率和质量的重要因素，风场均匀性越好，葡萄蒸发的水蒸气就越快被去除，从而缩短了葡萄的干燥周期，提高了葡萄干的产量。

  为了研究风机的不同组合形式、风机的风速、风机的安装位置对晾房风场变化的影响， 在上述仿真模型的基础上以风机组合形式、风机风速、风机安装位置为试验因进行单因素试验。由单因素仿真试验确定了风机组合模式为两吹一抽，并确定了风机风速和风机安装位置的影响因素水平。为了探究在两吹一抽的风机组合模式下最优的风机参数，结合单因素试验得出的各因素的参数范围，以风场均匀度为评价指标，设计了两因素三水平CCD仿真试验，试验方案与结果如表1所示，对应的回归模型显著性分析结果如表2所示。

  以风场均匀度最大为优化目标，得到两吹一抽下的最优参数组合为：均匀度为0.721，风速8m/s、风机整体离地间距为1206mm。

  3 田间性能试验

  为了验证设计的晾房风场自动控制系统的实用性、合理性、可靠性，在新疆吐鲁番市鄯善县瓜果研究所对晾房风场自动控制系统进行了实地性能检验（图3）。通过吹风机、抽风机、传感器等对传统葡萄干晾房进行了改造，设计了试验方案为两吹一抽房间（TBI+OEO）、 两吹房间（TBI）、 两抽房间（TEO）和对照房间。

  式中，C—绿品级率，%；S—色泽相对一致的绿葡萄干总重量，g；T—试验葡萄干总重量，g。

  试验结果表明风机组合为两吹一抽的晾房内葡萄干的干燥效率最高，与传统干燥室相比，干燥周期可缩短7天。此外，在两吹一抽的晾房内挂串干燥的葡萄的绿品级率最高，为78%，相比传统的葡萄干晾房高出4%。以上结果表明，研制的葡萄干晾房风场自动控制系统依靠改变风场来加速晾房内水蒸气与外部干燥空气的交互，能够显著缩短葡萄的制干周期，同时提高了产品质量。