技术领域
[0001] 本发明涉及烘干系统技术领域，具体涉及一种艾叶连续循环烘干系统。
相关背景技术
[0002] 艾叶在中医传统上有着重要的药用价值，但其含水量较高，需要经过干燥处理才能保持长期保存和有效利用，传统的晾晒干燥方式往往受到天气条件的限制，而且效率较低，易受到污染和微生物污染的影响，因此需要通过烘干系统进行烘干处理；
[0003] 烘干系统通过控制温度、湿度和通风等参数，将湿润的艾叶置于设备内部进行连续循环干燥，从而快速而有效地将其干燥至所需的含水量，烘干系统一般由加热系统、循环风扇、温湿度控制系统等组成，能够实现对艾叶等生物材料的高效干燥，提高生产效率和产品质量。
[0004] 现有技术存在以下不足：
[0005] 在进行大批量艾叶烘干时，为提高大批量艾叶的烘干效率，现有烘干系统对大批量艾叶的单批次烘干温度通常由人工依据经验或专家知识进行设定，烘干温度的设定存在人为主观性强，容易存在烘干温度过度或烘干温度过欠的问题，烘干温度过度一是会导致艾叶失去活性成分降低药用价值，二是会增加烘干成本以及降低烘干效率，烘干温度过欠则会导致艾叶烘干不完全，缩短艾叶的保存周期；
[0006] 基于此，本发明提出一种艾叶连续循环烘干系统，能够结合艾叶实际烘干状况对每一批次的艾叶烘干温度进行动态调整，有效避免艾叶烘干温度过度或过欠，在保障艾叶烘干质量的同时提高烘干效率并降低烘干成本。
具体实施方式
[0036] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037] 实施例1：请参阅图1所示，本实施例所述一种艾叶连续循环烘干系统，包括烘干参数初始模块、变化监测模块、智能调节模块；
[0038] 烘干参数初始模块：同一批次艾叶由设备或人工置于传送系统的网格托盘中，振动设备驱动网格托盘振动对艾叶做分散处理，烘干系统通过网格托盘底部设置的称重传感器获取网格托盘放置艾叶后的初始重量(初始重量是去皮后的艾叶称重重量，即不包括网格托盘的重量)，依据初始重量结合历史数据库自动生成初始烘干参数，初始烘干参数包括初始烘干温度、初始循环风量等，初始重量发送至变化监测模块，初始烘干参数发送至智能调节模块；
[0039] 变化监测模块：在艾叶通过网格托盘传送至烘干设备内部时，烘干系统依据初始烘干参数控制烘干设备运行，在监测时间段内获取烘干室温度变化状况、艾叶重量变化状况以及网格托盘移速变化状况，其中，烘干室温度变化状况反映了烘干室内部的保温性能以及热风循环性能，艾叶重量变化状况反映了艾叶的含水率变化状态，网格托盘移速变化状况反映了传送系统的性能，烘干室温度变化状况、艾叶重量变化状况以及网格托盘移速变化状况发送至智能调节模块；
[0040] 智能调节模块：通过调节模型综合分析烘干室温度变化状况、艾叶重量变化状况以及网格托盘移速变化状况后，判断是否需要对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节，若判断需要对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节，则依据智能调节算法重新计算烘干温度。
[0041] 本申请通过变化监测模块在艾叶通过网格托盘传送至烘干设备内部时，烘干系统依据初始烘干参数控制烘干设备运行，在监测时间段内获取烘干室温度变化状况、艾叶重量变化状况以及网格托盘移速变化状况，烘干室温度变化状况反映了烘干室内部的保温性能以及热风循环性能，艾叶重量变化状况反映了艾叶的含水率变化状态，网格托盘移速变化状况反映了传送系统的性能，智能调节模块通过调节模型综合分析烘干室温度变化状况、艾叶重量变化状况以及网格托盘移速变化状况后，对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节。该烘干系统能够结合艾叶实际烘干状况对每一批次的艾叶烘干温度进行动态调整，有效避免艾叶烘干温度过度或过欠，在保障艾叶烘干质量的同时提高烘干效率并降低烘干成本。
[0042] 连续循环烘干系统通常由一个连续运行的传送系统组成，将艾叶连续地送入和排出烘干室，在烘干室内，艾叶在传送带上连续移动，而热空气则通过风扇循环流动，实现对艾叶的连续干燥：
[0043] 本申请中，连续循环烘干系统的工作流程为：
[0044] 同一批次艾叶由设备或人工置于传送系统的网格托盘中，振动设备驱动网格托盘振动对艾叶做分散处理，烘干系统通过网格托盘底部设置的称重传感器获取网格托盘放置艾叶后的初始重量(初始重量是去皮后的艾叶称重重量，即不包括网格托盘的重量)，依据初始重量结合历史数据库自动生成初始烘干参数，初始烘干参数包括初始烘干温度、初始循环风量等，在艾叶通过网格托盘传送至烘干设备内部时，烘干系统依据初始烘干参数控制烘干设备运行，在监测时间段内获取烘干室温度变化状况、艾叶重量变化状况以及网格托盘移速变化状况，其中，烘干室温度变化状况反映了烘干室内部的保温性能以及热风循环性能，艾叶重量变化状况反映了艾叶的含水率变化状态，网格托盘移速变化状况反映了传送系统的性能，通过调节模型综合分析烘干室温度变化状况、艾叶重量变化状况以及网格托盘移速变化状况后，判断是否需要对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节，若判断需要对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节，则依据智能调节算法重新计算烘干温度。
[0045] 实施例2：烘干参数初始模块：通过网格托盘底部设置的称重传感器获取网格托盘放置艾叶后的初始重量(初始重量是去皮后的艾叶称重重量，即不包括网格托盘的重量)，依据初始重量结合历史数据库自动生成初始烘干参数，初始烘干参数包括初始烘干温度、初始循环风量等；
[0046] 烘干参数初始模块在称重之前，先测量并记录下网格托盘的重量，通过将网格托盘单独放置在称重传感器上并记录读数，艾叶放置在去除了网格托盘重量的网格托盘上，读取称重传感器显示的重量，读取重量代表放置艾叶后网格托盘总重量，不包括网格托盘的重量；
[0047] 需要注意的是，由于艾叶是在流水线上进行烘干处理，即艾叶经过清洗设备清洗后，由转运设备或人工转移至网格托盘中，而网格托盘在传送系统上处于一直移动的状态，因此，当艾叶置于网格托盘上时，为避免艾叶堆积在网格托盘的某一区域，需要通过振动设备区域网格托盘振动使艾叶分散，此时由于网格托盘移动加振动，会导致称重传感器读取数据波动，因此，烘干参数初始模块在称重传感器对艾叶进行称重时，随机获取艾叶的多个称重数据后，计算多个称重数据的平均值作为艾叶的初始重量。
[0048] 当艾叶置于网格托盘上并准备称重时，称重传感器可能会受到振动和移动的影响，导致读数波动。因此，需要通过称重传感器获取艾叶的多个称重数据，在称重过程中，烘干参数初始模块以在一段时间内随机获取艾叶的多个称重数据。这些数据可能在时间和空间上略有差异，反映了网格托盘在振动和移动过程中的不同状态，将获取到的多个称重数据进行统计，计算它们的平均值。这样做可以消除由于振动和移动引起的读数波动，得到更准确的艾叶初始重量，将计算得到的平均值作为艾叶的初始重量，并记录下来以备将来参考或记录；
[0049] 假设烘干参数初始模块在称重过程中随机获取了5次称重数据，分别为502克、499克、503克、497克、501克。烘干参数初始模块计算这些数据的平均值约为500.4克，因此，烘干参数初始模块将500.4克作为艾叶的初始重量，并记录下来。
[0050] 依据初始重量结合历史数据库自动生成初始烘干参数，初始烘干参数包括初始烘干温度、初始循环风量等；
[0051] 烘干参数初始模块获取艾叶的初始重量后，连接到历史数据库，其中包含了以前进行艾叶烘干时使用的参数和相应的烘干结果。这些参数包括烘干温度、循环风量等，分析历史数据关注与艾叶初始重量类似的情况。找出与这些重量范围相对应的烘干参数设置，基于历史数据的分析结果，生成与艾叶初始重量相匹配的初始烘干参数。这些参数可能包括：根据相似重量的历史记录，选择合适的烘干温度，以确保艾叶可以快速而均匀地被烘干。根据相似重量的历史记录，确定循环风量，以确保烘干过程中空气的流动性和均匀性。
[0052] 例如，假设通过网格托盘底部设置的称重传感器获取了放置了艾叶后的初始重量为500克，连接到历史数据库，查找与艾叶初始重量相近的数据记录，从历史数据中选择与艾叶初始重量在相似范围内的数据记录。选择了一组艾叶初始重量在400克至600克之间的数据记录，在选择的数据记录中，查找对应的烘干参数设置，烘干温度和循环风量，在这些记录中发现平均烘干温度为60℃，平均循环风量为2000RPM，则将烘干温度为60℃，循环风量为2000RPM作为烘干设备的控制参数。
[0053] 实施例3：在艾叶通过网格托盘传送至烘干设备内部时，变化监测模块依据初始烘干参数控制烘干设备运行，在监测时间段内获取烘干室温度变化状况、艾叶重量变化状况以及网格托盘移速变化状况，其中，烘干室温度变化状况反映了烘干室内部的保温性能以及热风循环性能，艾叶重量变化状况反映了艾叶的含水率变化状态，网格托盘移速变化状况反映了传送系统的性能；
[0054] 变化监测模块从烘干参数初始模块获取初始烘干参数，包括初始烘干温度、初始循环风量等，根据获取到的初始烘干参数，设置烘干设备的温度和循环风量等参数，在艾叶通过网格托盘传送至烘干设备内部时根据初始烘干参数启动烘干设备。确保设备按照预设的温度和风量运行。
[0055] 变化监测模块在监测时间段内获取烘干室温度变化状况，其中，烘干室温度变化状况包括烘干室温度变化速率，烘干室温度变化速率的计算逻辑为：获取监测时间段开始时间点处温度以及监测时间段结束时间点处温度，通过监测时间段结束时间点处温度减去监测时间段开始时间点处温度得到温度变化差值，将温度变化差值比上监测时间段时长获取烘干室温度变化速率，烘干室温度变化速率计算表达式为：
[0056]
[0057] 式中，T_change为烘干室温度变化速率，temperatureStart为监测时间段开始时间点处温度，temperatureEnd为监测时间段结束时间点处温度，ΔT为监测时间段时长；
[0058] 当烘干室温度变化速率为正值时，表明烘干室温度在单位时间内呈增加状态，当烘干室温度变化速率为0时，表明烘干室温度在单位时间内无变化，当烘干室温度变化速率为负值时，表明烘干室温度在单位时间内呈减少状态；
[0059] 烘干室温度变化速率为正值且取值越大时，表明烘干室温度在单位时间内增加越多，此时为了降低能耗和保障艾叶的烘干质量，需要适当降低温度；
[0060] 1)导致烘干室温度在单位时间内增加越多的因素通常为：
[0061] 高温设置过高：如果烘干设备被设置在了较高的温度，那么在启动后，设备将会尽快提升温度以达到设定的目标值，导致温度在单位时间内增加较多；
[0062] 热量传递不均匀：在烘干过程中，热量的传递可能不够均匀，导致某些区域的温度上升较快，从而使整个烘干室的温度在单位时间内增加较多；
[0063] 风量过大：如果循环风量设置过大，那么会导致更多的热空气在烘干室内循环，加快了温度的上升速度；
[0064] 烘干物料湿度较高：当烘干物料的初始湿度较高时，烘干设备需要更多的热量来将水分蒸发，从而加快了温度上升的速度；
[0065] 设备运行异常：设备运行中可能存在故障或者不正常的操作，导致温度控制失灵或失准，从而使烘干室温度在单位时间内增加较多。
[0066] 2)烘干室温度在单位时间内增加越多时，会带来以下影响：
[0067] 能耗增加：高速度的温度上升通常意味着更多的能量被消耗用于加热，因此会导致能耗的增加；
[0068] 烘干质量下降：如果温度上升得太快，可能会导致烘干过程过度快速，从而影响烘干质量，例如导致烘干不均匀或者烘干过度；
[0069] 设备损耗增加：高温下的设备运行可能会增加设备的磨损和老化速度，从而缩短设备的使用寿命；
[0070] 安全隐患：过快的温度上升可能会导致设备过热，增加火灾等安全风险。
[0071] 烘干室温度变化速率为负值且取值越小时，表明烘干室温度在单位时间内减少越多，此时为了保障烘干效率，需要适当增加温度，烘干室温度在单位时间内减少越多时，会带来以下影响：
[0072] 1)导致烘干室温度在单位时间内减少越多因素为：
[0073] 烘干设备故障：设备故障或不正常的操作可能导致烘干室的温度控制失效，使温度在单位时间内下降；
[0074] 热量损失：烘干设备可能存在热量损失，例如设备的隔热层不足或损坏，导致热量向外散失，使烘干室温度下降；
[0075] 环境条件变化：环境温度的变化，例如外部气温较低，可能会导致烘干室温度下降。
[0076] 2)烘干室温度在单位时间内减少越多时，会带来以下影响：
[0077] 烘干效率下降：温度下降会导致烘干过程减缓，从而影响烘干效率，延长烘干时间；
[0078] 烘干不均匀：温度下降可能会导致烘干室内部的温度分布不均匀，使得部分烘干物料的烘干程度不足；
[0079] 产品质量降低：烘干不充分会影响产品的质量，例如导致产品表面水分残留或质地不佳；
[0080] 能源浪费：由于烘干时间延长，可能会增加能源消耗，导致能源浪费；
[0081] 生产效率降低：烘干时间延长会影响生产效率，可能导致生产进度延迟。
[0082] 变化监测模块在监测时间段内获取艾叶重量变化状况，艾叶重量变化状况包括艾叶重量变化速率，艾叶重量变化速率的计算逻辑为：获取监测时间段开始时间点处艾叶重量以及监测时间段结束时间点处艾叶重量，通过监测时间段结束时间点处艾叶重量减去监测时间段开始时间点处艾叶重量得到艾叶重量变化差值，将艾叶重量变化差值比上监测时间段时长获取艾叶重量变化速率，艾叶重量变化速率计算表达式为：
[0083]
[0084] 式中，W_change为艾叶重量变化速率，weightStart为监测时间段开始时间点处艾叶重量，weightEnd为监测时间段结束时间点处艾叶重量，ΔT为监测时间段时长；
[0085] 需要说明的是，艾叶重量变化速率的取值通常大于0，因为艾叶进入烘干室后，艾叶的重量呈下降趋势变化，即艾叶中的水分会不断蒸发，因此本申请中，主要是通过艾叶重量变化来分析艾叶的水分蒸发速度快慢；
[0086] 艾叶重量变化速率越大，表明艾叶在单位时间内的水分蒸发速度越快，但是，艾叶水分蒸发应为一个线性蒸发过程，当单位时间内艾叶的水分蒸发过快或过慢时，带来的影响如下：
[0087] 1)水分蒸发过快：过快的水分蒸发可能导致艾叶表面的水分蒸发速度远快于内部水分的迁移速度，从而造成烘干不均匀，表面过早干燥而内部仍然含有较高水分，由于烘干过快，艾叶内部水分无法充分迁移和蒸发，可能导致烘干质量下降，例如出现霉变、颜色失真或口感差等问题，过快的水分蒸发可能需要增加烘干温度或循环风量来加快烘干速度，从而增加能源消耗，导致能源浪费；
[0088] 2)水分蒸发过慢：水分蒸发过慢会导致烘干时间延长，从而影响生产效率，增加生产成本，延长的烘干时间会增加设备运行时间和能源消耗，导致能源浪费，过慢的水分蒸发可能导致烘干不充分，艾叶内部仍然含有较高水分，从而影响产品的质量和保存期限，长时间运行可能会增加设备的磨损和老化速度，导致设备的维护成本增加。
[0089] 变化监测模块在监测时间段内获取网格托盘移速变化状况；
[0090] 变化监测模块在监测时间段内获取网格托盘移速变化状况，网格托盘移速变化状况包括网格托盘移速变化速率，网格托盘移速变化速率的计算逻辑为：获取监测时间段开始时间点处网格托盘移速以及监测时间段结束时间点处网格托盘移速，通过监测时间段结束时间点处网格托盘移速减去监测时间段开始时间点处网格托盘移速得到网格托盘移速变化差值，将网格托盘移速变化差值比上监测时间段时长获取网格托盘移速变化速率，网格托盘移速变化速率计算表达式为：
[0091]
[0092] 式中，M_change为网格托盘移速变化速率，MovingStart为监测时间段开始时间点处网格托盘移速，MovingEnd为监测时间段结束时间点处网格托盘移速，ΔT为监测时间段时长；
[0093] 网格托盘移速变化速率为正值时，表明网格托盘移速变快，即艾叶在烘干设备中的停留时间变短，网格托盘移速变化速率为负值时，表明网格托盘移速变慢，即艾叶在烘干设备中的停留时间变长，网格托盘移速变化速率为0时，表明网格托盘移速在单位时间内无变化；
[0094] 当艾叶在烘干设备中的停留时间变短时，需要提高烘干设备的烘干温度，以保障烘干效果，当艾叶在烘干设备中的停留时间变长时，需要降低烘干设备的烘干温度，避免过度烘干降低烘干质量；
[0095] 一般来说，传送系统传送网格托盘的速度为恒定速度，但在实际应用中，受到传送系统设备或其他因素的影响，会导致网格托盘的移速变快或变慢，具体如下：
[0096] 1)导致网格托盘的移速变快的因素：
[0097] 传送系统供电电压增加：传送系统供电电压的增加会导致电机输出功率增加，从而提高传送系统的传动效率和运行速度，导致网格托盘的移速变快。
[0098] 传送系统负载减少：如果网格托盘上的负载减少，传送系统所需的扭矩也会减少，电机可以更容易地达到其额定转速，从而提高传送速度。
[0099] 2)导致网格托盘的移速变慢的因素：
[0100] 动系统故障或损坏：传送系统的关键部件(如传动链条、齿轮、皮带等)出现故障或损坏可能会导致传动效率下降，从而使网格托盘的移速变慢。
[0101] 负载过重：网格托盘上的负载过重可能会使传送系统的负荷增加，从而导致电机输出功率不足或传动系统传动效率下降，使网格托盘的移速变慢。
[0102] 环境条件变化：环境因素如温度、湿度等的变化可能会影响传动系统的运行状态，例如在低温环境下，润滑油的粘度增加，摩擦增加，导致传动效率下降，使网格托盘的移速变慢。
[0103] 电机故障或老化：电机的故障或老化可能会导致输出功率减小，从而使传送系统的运行速度下降，使网格托盘的移速变慢。
[0104] 传动部件润滑不良：传送系统的传动部件(如轴承、链条、齿轮等)如果润滑不良或者干涉，摩擦增加，传动效率下降，使网格托盘的移速变慢。
[0105] 外部干扰：外部因素如振动、电磁干扰等可能对传送系统的稳定性产生影响，进而影响网格托盘的移速。
[0106] 上面提到的导致网格托盘的移速变快或变慢的因素可能为不定时产生的因素，即不可控因素，因此，烘干系统在监测到此类状况时，需要对烘干温度进行调节。
[0107] 实施例4：智能调节模块通过调节模型综合分析烘干室温度变化状况、艾叶重量变化状况以及网格托盘移速变化状况后，判断是否需要对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节；
[0108] 智能调节模块获取该批次艾叶烘干过程的烘干室温度变化速率、艾叶重量变化速率以及网格托盘移速变化速率后，通过调节模型综合分析获取温度调节系数，依据温度调节系数与梯度阈值的对比结果判断是否需要对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节。
[0109] 调节模型的建立包括以下步骤：
[0110] 获取烘干室温度变化速率、艾叶重量变化速率以及网格托盘移速变化速率后，对烘干室温度变化速率、艾叶重量变化速率以及网格托盘移速变化速率加权计算获取温度调节系数，函数表达式为：
[0111] T_r＝α*T_change+β*W_change+γ*M_change
[0112] 式中，T_r为温度调节系数，T_change为烘干室温度变化速率，W_change为艾叶重量变化速率，M_change为网格托盘移速变化速率，α、β、γ分别为烘干室温度变化速率、艾叶重量变化速率以及网格托盘移速变化速率的权重，且α、β、γ均大于0；
[0113] 本申请通过将烘干室温度变化速率、艾叶重量变化速率以及网格托盘移速变化速率加权计算获取温度调节系数，从而综合分析了烘干室温度变化速率、艾叶重量变化速率以及网格托盘移速变化速率，一是分析更为全面，例如当烘干室温度变化速率增大且艾叶重量变化速率减小时，可以不对烘干温度进行调节或较少调节，当烘干室温度变化速率增大且艾叶重量变化速率增大时，对烘干温度进行较多调节，二是提高数据处理效率。
[0114] 梯度阈值包括第一调节阈值以及第二调节阈值，且第一调节阈值小于第二调节阈值，第一调节阈值用于判断是否需要对烘干温度进行调小处理，第二调节阈值用于判断是否需要对烘干温度进行调大处理；
[0115] 将艾叶烘干时获取的温度调节系数与第一调节阈值以及第二调节阈值进行对比，若温度调节系数小于等于第一调节阈值，判断需要对该批次艾叶烘干过程烘干温度进行调小处理，若温度调节系数大于等于第二调节阈值，判断需要对该批次艾叶烘干过程烘干温度进行调大处理，若温度调节系数大于第一调节阈值，且温度调节系数小于第二调节阈值，判断不需要对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节。
[0116] 实施例5：若判断需要对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节智能调节模块依据智能调节算法重新计算烘干温度；
[0117] 将艾叶烘干时获取的温度调节系数与第一调节阈值以及第二调节阈值进行对比，若温度调节系数小于等于第一调节阈值，判断需要对该批次艾叶烘干过程烘干温度进行调小处理，烘干温度的调小函数为：
[0118]
[0119] 式中，D_tnew为调节后的烘干温度，D_told为初始烘干温度，T_r为温度调节系数。
[0120] 若温度调节系数大于等于第二调节阈值，判断需要对该批次艾叶烘干过程烘干温度进行调大处理，烘干温度的调大函数为：
[0121]
[0122] 式中，D_tnew为调节后的烘干温度，D_told为初始烘干温度，T_r为温度调节系数。
[0123] 若温度调节系数大于第一调节阈值，且温度调节系数小于第二调节阈值，判断不需要对该批次艾叶烘干过程进行烘干温度自动调节，即：
[0124] D_tnew＝D_told
[0125] 式中，D_tnew为调节后的烘干温度，D_told为初始烘干温度。
[0126] 综上所述，智能调节模块依据智能调节算法重新计算烘干温度，智能调节算法的函数表达式为：
[0127]
[0128] 式中，D_tnew为调节后的烘干温度，D_told为初始烘干温度，T_r为温度调节系数，T_a为第一调节阈值，T_b为第二调节阈值。
[0129] 上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
[0130] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0131] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
