谷物加水控制方法及其所用装置

谷物加水控制方法及其所用装置

本发明涉及对小麦等谷物添加水分的装置和方法，以便很容易对谷物等进行加工，本发明特别涉及对上述加水量进行正确控制的谷物加水控制装置和方法。

在过去，人们多数是通过对物体进行微波照射，根据水分的多少由其衰减特性得出的微波值测定水分值。特别是在小麦或茶叶的水分的添加过程中，通过微波检测进行水分的测定。在此场合，水分值实际上是按照下述方式进行计算的，该方式为：在同时测定刚刚水分添加后的谷物本身具有的水分以及附着于该谷物周围的水分后，要考虑随着时间的推移附着于谷物周围的水分会吸收于谷物的内部，另外对谷物的温度或谷物厚度、谷物密度等因素要进行修正。

也就是说，由于在刚刚向谷物添加水分后，水分附着于谷物表面，另外当测定刚刚加水后的谷物水分时，必须包括附着于谷物表面的水分，这样此时的水分测定值不超过假设随着时间的推移而附着于谷物周围的水分会吸收于谷物内部的所谓的假设水分值。由于在此阶段所测定的水分值还包括假设水分吸收于加水后的谷物的相应部分，这样实际上很难进行高精度的水分测定。也就是说，在上述测定场合，虽然通过预先计算出的水分值和微波值之间的检测线可将所测定的微波值换算为水分值，但是在通过上述检测线计算水分值的场合，由于要根据温度、谷粒厚度和谷物密度等因素进行修正，这样是以绝对水分值代替谷物的假设水分值来进行计算的。但是，只能指望按照上述方式得出的水分值的精度达到1％级别的程度。然而，即使在由使用目的所要求的水分值的精度较低的情况下，不顾精度的情况也属于例外的情况，而实际上特别是在向小麦粉中加水的场合，不能用于其控制基准。

向小麦中加水对于通过调节小麦的性能来制作面粉的成品率是非常重要的。对于面粉制作人员来说，下述的方面对制品的重量是很重要的，该方面指：在小麦的性能不变质的极限值下，尽可能高的水分值可控制在比如17％的程度。另外，人们还知道，麦(比如大麦)在经过粉碎处理后，相对加入水的原料麦的水分值(比如16％)，会产生2％左右的损失。考虑到上述的情况，虽然可在原料麦中加入水分，但是由于粉碎后的小麦粉中的水分与加入水的麦中的水分的大小成比例，并且不能向粉碎后的小麦中加入水，这样可知道：在原料麦的加水阶段中的稳定的均匀的水分调整是非常重要的。

由于一般在制造面粉的过程中所处理的量是很大的，按照重量百分比计1％级别的水分差会对制品的重量差产生很大的影响，从而对最终制品的销售额也产生较大的差异，所以有必要必需尽可能地减小加水阶段中的加水量的误差。过去的根据微波值进行的加水控制是根据下述的假设水分值进行控制的，该假设水分值只能指望具有前面所述的1％级别的精度，这样上述控制不能与上述期望很好地对应。

在小麦粉的场合，所谓的上述1％级别的误差指：由于其水分差会对此状态制品的重量差造成影响，在水分的误差按照重量百分比计为1％的场合，如果一天的处理量为200吨，则在一天中会产生该200吨的1％，即2吨的重量差。因此，如果假定一年200天工作，则1年中会产生400吨的损失。与此相反，如果能够很好对上述的1％的误差进行控制，则在相同条件下一年可获得400吨的利益。显然越是处理量大的装置，上述倾向越显著。如果小麦粉的价格为140日元/kg，则当按照重量1％计，有1％的水分差时，一年会产生5600万日元的损失或利益。

但是，对于各种水分值的谷物，一般是采用反馈控制，以便加入适量的水分，从而使上述水分值保持一定；即通过借助过去的微波检测装置进行的水分检测，测定加水后的谷物的假设水分值，之后将假设水分值和目标水分值进行比较，根据产生的差异对加水量进行反馈控制。这样所产生的误差是这种状态，即由于假设的水分值的测定误差通过计算最终会扩大为几个百分点，并且采用具有很大误差的基准，因而实际上上述误差的不足弥补是寄托于后面工序中的调整。在小麦粉等中，锯碎的原料小麦的水分斑对制造面粉来说也是很致命的，另外决定制品质量好坏的加水过程的比重较大。

此外，如果是同一批的原料谷物，一般它们的水分值不能始终保持相同，因此必须应付上述的水分值的变化。但是按照上述方式，由于实际上不能对加水后的谷物的水分值进行高精度的测定，这样不能对根据加水之前的谷物水分进行调整的添加水分量是否为正确的数值进行准确的判断。

虽然也可通过具有较高精度的电阻式谷物水分计对原料谷物的水分值进行测定，从而对加水量进行反馈控制，但是由于上述电阻式水分计的测定时间间隔较长，测定时需要花费一定的时间，并且采样量较少等原因，故上述方式不适用于对大量的谷物进行连续地控制。

基于上面所述，本发明的目的在于提供一种加水控制装置和方法，在该谷物加水控制装置中，由于不对加水后的加水谷物的假设水分值进行测定，而是对加水后的水分进行实际的测定，并且根据该实际测定值对加水量进行反馈控制，这样可进行正确的加水并对谷物的水分进行正确的调节，另外即使在原料谷物的水分值发生变化的情况下，仍可确实快速地对该变化作出反应。

在向原料谷物添加水分的加水装置中，首先通过将原料谷物中的原料水分值、目标水分值和原料谷物的供给流量作为初始值输入以确定初始加水量。通过微波检测装置对根据上述初始加水量而进行加水处理后的初始加水谷物的微波值进行测定，将该微波值设定为变成以后的比较基准的目标微波值，按照下述方式对加水量进行反馈控制，该方式为：使此后的微波值与目标微波值始终保持一致。对加水后的谷物进行测定的微波值是根据谷物本身、以及附着于该谷物周围的全部水分得出的，如果按照使上述数值保持一定的方式控制添加水量，则可判定加水后的谷物的水分值始终保持一定。

由于加水量是通过在最初测定原料谷物的原料水分值的方式来确定的，这样加水后所呈现的微波值相当于在原料谷物中的原料水分中添加必要的水分后的、谷物本身的水分值和附着于其周围的水分值的总和，这里所说的微波值指采用由实时方式测得的值，这样不必进行用于计算时间滞后的水分的假设水分值的修正，另外也不采用修正后的值，因此误差大大减小。

由于此后以实测值的原料水分值作为基础，根据下述加水量添加水分，该加水量是根据对目标水分值的计算得出的，使最初得出的微波值成为目标值，这样微波值称之为没有修正的实测值。然后，将该数值作为目标值，按照使此后的微波值与上述数值保持一致的方式对加水装置进行反馈控制，这样与过去的根据假设水分值进行控制的情况相比较，本发明可称为微波值的实测值控制。

本发明的装置用于在任意的流路中设置有在原料谷物中添加水分的加水装置的谷物加水装置，它包括谷物水分测定装置和微波检测装置，上述谷物水分测定装置用于对原料谷物的水分值进行测定，上述微波检测装置加在把水分添加给原料谷物的加水装置中并用于对加水后的谷物的微波值进行测定。上述加水装置可为经过一定时间使水分渗透于谷物中的形式，使水分以各种方式落下的形式等，可在所传送的谷物上均匀地进行加水的形式。另外，加水装置可考虑采用设置有搅拌装置或传送装置等的各种形式。这些装置都与计算控制装置相连接，并由该计算控制装置控制。原料谷物的供给流量、原料谷物的原料水分值和加水后的目标水分值等输入到计算控制装置中，根据下述的初始加水量对加水装置进行控制，该初始加水量是根据上述的输入数值通过计算控制装置计算出来的。另外，通过上述微波检测装置对通过加水装置加入水的初期加水谷物的微波值进行测定，使该微波值作为目标微波值。谷物加水控制装置由下述的计算控制装置构成，该计算控制装置根据上述目标微波值对加水后的谷物的水分量的差异进行计算，然后对上述加水装置进行反馈控制。

此外，上述计算控制装置根据在开始时预先输入的原料谷物流量、加水处理后的目标水分值和原料谷物的原料水分值计算加水量，将该加水量传送给给水装置，将加水后初始的谷物的通过微波检测装置检测出的微波值作为目标微波值并存储，之后将所检测出的微波值的差异换算为加水量，将该加水量传送给给水装置。

设置于加水装置后段的微波检测装置可采用在谷物以恒定的方式流动的状态下对微波进行检测的流动检测形式，或为了进行测定使由加水装置传送过来的加水谷物的一部分累积到一定的量、在静止状态下进行检测的间歇检测形式。

图1为本发明的加水控制装置的第1实施例的示意图；图2为第1实施例中的加水控制的控制流程图；图3为本发明的加水控制装置的第2实施例的示意图；图4为第2实施例中的加水控制的控制流程图。

下面参照附图对本发明的优选实施例进行描述。

首先，根据图1对本发明的第1实施例进行描述，该第1实施例采用在谷物处于恒定的流动状态下对微波进行检测的流动检测形式。

图1中的标号2是对原料谷物的流量进行检测、并且按照规定量使该谷物排出的流量计。通过阀开闭装置11对送向流量计2的供给口10的原料谷物的通过量进行限制。由于其通过量由上述阀开闭装置11限制的原料谷物向下落到撞击板12上，这样可通过负载传感器13对其重量进行检测。通过控制部14将所检测出的重量换算为流量，按照根据该换算值达到所定流量的方式对阀开闭装置11进行控制。这样，通过流量计2，在下一工序中可从排出口15按照所定的流量供给原料谷物。对于流量计，只要其可测定流量即可，由于其不必具有所定流量排出功能，故流量计不必限于本实施例所限定的形式，其可为不带有所定流量排出功能的简单结构。如果通过上一工序已经对原料谷物的流量进行了测定，则还能利用该测定值。另一方面，原料谷物的部分采样投入到谷物水分计5中。该谷物水分计5对供给到电极16A，16B之间的谷物的电阻值进行测定，之后通过控制装置25将该电阻值变换为水分值，并将经过上述测定的谷物排到外面。虽然上述谷物水分计5为电阻式，但是，该谷物水分计不必限于上述的电阻式，只要其可进行正确的测定，也可采用任何的形式。另外，如果在上一工序中已经获得水分值，则也可在不必单独设置水分计的情况下，采用其数据。

标号3表示加水装置，从通过驱动装置17驱动旋转的搅拌螺旋器18上游侧的供给口19供给的谷物受到搅拌螺旋器18的搅拌作用，同时与从加水孔20以雾状形式喷出的水分混合在一起。加入水并经过搅拌的谷物从搅拌螺旋器18的下游侧的排出口21排出。加水装置的其它实施例包括将谷物供给到带状传送器上并从上部进行加水的形式，或者采用网状传送带并从传送带的上下方进行加水的形式等。上述加水孔20与和储水罐(图中未示出)等水源相连通的加水调节阀4相连接，通过调整该加水调节阀4可对谷物的加水量进行控制。

经过加水搅拌的谷物传送给下一工序的传送装置22上。在该传送装置22的传送开始端部设置有振动送料器26，该振动送料器26接收从加水装置3的排出口21排出的加水后的谷物，并且按照下述方式从其端部将上述接纳的谷物传送到传送带27上，该方式为：通过其振动作用，在传送装置22的传送带27上形成均匀的谷物层。为了对加水后的谷物的微波进行正确的测定，在传送带27上形成均匀的谷物层是很重要的。在传送装置22的传送通路途中设置有微波检测装置6，该微波检测装置6包括用于对待测定物品进行微波照射的发射部23以及接收穿过待测定物品的微波的接收部24。微波检测装置6的设置位置是这样确定的，只要与加入水的谷物有关的水分量作为微波值测定即可，另外它设置于下述位置也是可以的，该位置指在整个控制系统中时间的偏差的影响为最小的位置。

上述每个装置，即流量计2、谷物水分计5、加水调节阀4和微波检测装置6分别通过信号线与计算控制装置7相连接。另外，输入用的键盘8和监视器9，或带有所谓的接触面板那样的数据输入用的接触式开关功能的监视器与计算控制装置7相连接。根据上述描述可知，加水控制装置1的组成部件包括加水装置3、加水调节阀4、微波检测装置6、以及对上述每个装置的数据的发出和接收和动作进行控制的计算控制装置7。

下面根据图2对具有上述结构的计算控制装置7的控制流程进行描述。首先，在初期输入步骤201中，将原料谷物水分值，加水后的目标水分值以及原料谷物的供给流量作为初始值输入计算控制装置7中。在这里，原料水分值为通过谷物水分计5测定的数值，供给流量为通过流量计2测定的数值，目标水分值是作为所需要的水分值从键盘8由外部输入的数值。

接着，在初期加水量设定步骤202中，根据在步骤201中所输入的各个初始值确定初始加水量。具体来说，计算控制装置7根据下面的公式(1)计算初始加水量。另外，对于原料谷物的流量，虽然可输入预定的流量值，但是也可按照图示实施例(图1)的方式，将通过流量计2所测定的数值从控制部14输入计算控制装置7。然而，在此场合，必须按照下述方式考虑时间偏差(时间滞后)，该时间偏差是由于流量计和加水装置之间的传送通路的距离造成的，上述方式为：可在下一次加水量调节之前输入谷物流量值。

之后，按照初始加水量对加水调节阀4进行控制(步骤203，204)。具体来说，在加到加水调节阀4上的水压力保持恒定的场合，通过对加水调节阀4的开度进行精确调节而对加水量进行调整。作为其它的方法，也可单独设置流体的流量计，通过对加水量进行实际测定，从而控制加水调节阀4的开度。在流量与初始加水量不同的场合，对加水调节阀4进行调节。

如果通过加水调节阀4的调节使加水量保持在适合的数值，则在步骤205中开始投入原料谷物。

接着，在对投入加水装置3中的原料谷物进行加水搅拌的同时，该谷物吸收水分并从排出口21送向后面的传送装置22。在该传送装置22中，微波检测装置6对微波值进行检测(步骤206)。此时，所进行的是对加入水的最初的加水谷物的微波值的测定。该微波值作为成为以后的微波值的测定基准的目标微波值(目标MW值)，输入并存储于计算控制装置7中。另外，在加水处理经历较长时间的场合，最好不仅仅进行最初一次设定，而且每一次按照一定时间来重新设定上述目标微波值(目标MW值)。在此场合，必须对谷物的原料水分值和流量等进行重新测定，之后再输入控制装置。

然后，在步骤207中，继续对测定时的目前微波值进行测定。

之后，在步骤208中，判断测定时的微波值(目前MW值)是否位于按照较宽的方式设定的规定范围内。在存在有加水的谷物的场合，由于目前MW值位于规定的范围内，故进行后面将要描述的步骤209，但是如果没有第1批的加水的谷物，而位于传送装置22上面的谷物停止流动，此时微波值发生较大变化，并且大大脱离所定的范围，从而判定没有原料。在此场合，进入步骤210，停止加水装置3中的加水动作。

如果在步骤208中判定传送装置22上有加水谷物，则进入步骤209。在该步骤209中，对在测定当时通过微波测定装置6测定的微波值(目前MW值)是否在下述的容许范围内进行判断，该容许范围指在前面的步骤206中所设定的目标微波值(目标MW值)的容许范围。在这里，作为目标微波值的比较对象的目前微波值不是指添加给谷物的水分全部吸收时的假定的水分值，而是在下述状态下测定的，该状态指包括谷物内部实际的水分，以及附着于加水后的谷物表面上的水分的状态。使目前微波值保持稳定就是使谷物本身的水分以及添加给谷物的水分的总和的数值保持稳定，由于可通过对所添加的水分进行控制的方式使微波值保持稳定，这样不会使加水量的控制发生错误。在这里，如果判定目前微波值(目前MW值)在目标微波值(目标MW值)的容许范围之外，则按照下述公式(2)就对控制所必需的加水量进行计算。……(2)

计算控制装置7根据由上述公式(2)所计算出的加水量，在步骤211中对加水调节阀4进行控制。根据由上述公式(2)计算出的加水量的数值是否为正值或负值，对目前加水量进行所必须的水量的增加或减少的控制。在步骤212中，判断根据步骤211中加水调节阀4的控制的加水调节阀4的开闭量是否合适，如果判定上述开闭量不合适，则再次对加水调节阀4进行调节，如果判定上述开闭量合适，则返回步骤207，反复进行目前微波值的测定。按照上述方式进行动作，则可对加水量进行合适的控制。

下面参照图3对本发明的第2实施例进行描述，该第2实施例用于在加入水的谷物累积到一定量时，在静止状态下根据微波对微波值进行测定。本实施例与第1实施例的不同之处在于：第1实施例按照下述方式构成，该方式指通过传送装置22，在下一个步骤对加水谷物进行传送的过程中的流动状态下对微波值进行测定，而本实施例按照下述方式构成，该方式指在与加水装置3的排出口21相连接的加水谷物的主通路上并排设置测定用的谷物旁路，当加水谷物的一部分达到一定量时，对微波值进行测定。由于本实施例中的其它结构与图1中的基本相同，故在这里略去对其的说明。第2实施例中就是将图1中虚线所包围的部分变换为图3所示的结构。

图3表示第2实施例的测定部。在本实施例的场合，由主通路31和测定用旁路32构成的加水谷物通路的投入口30与加水装置3的排出口21直接连接。在测定用旁路32的途中设有微波发射部23和微波接收部24相对设置的测定部36。设置于主通路31和测定用旁路32的分路上的隔板34将加水谷物按照所定分配率分配到主通路31和测定用旁路32中。通过隔板34分配到主通路31侧的加水谷物直接向下流到加水谷物通路的排出口35并排出，从而送向下一步骤。在测定时旋转阀37关闭，这样通过隔板34分配到测定用旁路32侧的加水谷物在测定部36中经过一定时间，并且其量不断累积。当通过设置于测定部36顶部的充满传感器38检测到随着时间的推移、测定部36中所积蓄的谷物处于充满状态时，空气驱动缸39驱动，设置于该空气驱动缸前端的关闭器40移动到图中实线所示的位置，从而中断流向测定部36的加水谷物的累积。按照上述方式，在测定部36中按照一定量累积的的加水谷物处于静止状态，根据微波对微波值进行测定。

图4表示上述第2实施例的动作流程图。图2所示的第1实施例的动作流程图与图4所示的第2实施例的动作流程图的不同之处在于：第1，在图4所示的流程图中，添加有步骤412和步骤414，上述步骤412和步骤414用于判断在测定部36中谷物的累积量是否处于可进行微波值测定的状态。上述第1不同点是根据下述情况得出的，该情况指第2实施例中的微波值的测定是按照间歇方式进行的。第2不同点在于：在本实施例中无需第1实施例中的对加水谷物是否存在进行判断的步骤208。该第2不同点的依据是：第1实施例是连续地进行微波值的测定，而第2实施例是间歇的微波值的测定。

在原料谷物投入开始的步骤205中投入谷物，并且在旋转阀37关闭时，谷物在测定部36中累积。在步骤412中判断所累积的谷物量是否处于可对目标微波值进行测定的状态。具体来说，根据充满传感器38给出的检测信号进行判断。当充满传感器38检测到上述谷物量充满时，进入目标MW值测定的步骤206，对目标微波值进行测定。之后，打开旋转阀37，谷物向下流向排出口35并从其中排出。然后，为目前测定微波值，在步骤414判断新累积的谷物量是否处于可对目前微波值进行测定的状态，如果充满传感器38检测到谷物量充满，则进入目前MW值测定的步骤207，对目前微波值进行测定。

第1实施例和第2实施例之间的除上述以外的动作没有不同，故在这里省略对其的描述。

小麦的加水量在附着于小麦颗粒表面上的程度的水分添加是充分的，按照一般的假想的加水方式从麦粒上向下滴水明显是量大的加水状态。当一颗小麦麦粒重量为0.035g，原料小麦的水分为14％～17％，而加水量为3％时，一粒小麦的加水量按照重量计为0.0012g，则可认为该小麦颗粒的表面是湿润的合适程度。因此，通过已有的微波值测定，对其表面的水分和颗粒内部的水分进行测定，通过进行各种的修正可计算出谷物加水后的水分值。

按照本发明，由于以原料谷物在加水之前的水分作为基准确定加水量，以根据该加水量而加水的谷物的微波值作为加水控制目标值，从而不仅实测值变成基准，而且无需进行计算假定水分值那样的困难的修正，由于通过比较上述微波值进行控制，这样可提高测定精度，从而使实际可测定的微波值与目标值保持一致。在这里，虽然将微波值换算为加水量是采用基准微波表进行的，但是在不进行假定水分值的修正的情况下，采用上述表进行换算还可提高精度。

本发明不对加水后的谷物的假定水分值进行测定，而是对微波值进行测定。即，即使在不假定已有是困难的吸收了加入后的水分的谷物的水分值、并且不对其进行测定的情况下，而是将还含有附着于谷物周围的水分的谷物及其周围的微波值作为实测值进行测定，从而仍可确认添加给谷物的加水量是否适合，进而可根据该确认情况对加水量进行控制。因此，本发明可实现有效的谷物的加水和其控制方法。

由于可通过微波检测装置对与加水谷物的水分量成比例的微波值进行测定，这样不会产生下述情况，即对为了求出困难的加水后谷物水分值的温度或谷物厚度等进行修正而增加误差，可输入多个设定值和目标值，从而以较低的成本制造谷物的加水控制装置。

从外部可仅仅输入(设定)原料谷物的流量以及原料谷物的原料水分值和目标水分值，这样便可通过目前很容易得到的输入值进行控制。另外，由于采用在谷粒累积到一定量并保持静止的状态下对谷粒的微波值进行测定的间歇方式，这样可以更高的精度对谷粒的水分值进行控制。