CN101923338B - 巧克力结晶流水线的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及巧克力结晶流水线的控制方法及装置，该控制方法包括：对冷却管路10个温度控制点的PID调节控制；控制保温回路走向的2个三通阀门的连锁切换控制；对转子泵和结晶器电机进行变频调速控制；实时监测冷却管路10个温度控制点，及4个压力点工况数据以及转子泵及结晶器电机电流。与现有技术相比，本发明的优点是针对巧克力结晶工艺的多点精细温控具有反应灵敏、状态跟踪性好的特点，在不影响流水线匀速节拍的前提下，将10个温度调控点的温度调节到最佳工艺要求状态，因此，确保了流水线的稳态运行、降低了结晶巧克力的此频率，大大提高了结晶巧克力的品质特点；另外，本发明的方法还降低了温度耗散，有利于减小能源损耗，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及温度控制调节系统，尤其涉及巧克力结晶流水线的控制方法及装置。
背景技术
可可豆在加工过程中经过复杂的物理和化学变化，使其风味得以充分的体现和发掘，形成深受消费者欢迎巧克力。生产高品质的巧克力，不仅需要选用上乘的原料，更要借助于先进的加工设备以及创新的加工工艺。
在夹心巧克力生产过程中，如何控制巧克力霜斑仍然是行业内的一个难题。巧克力经过精炼后呈液体状态，传统生产过程通过“调温”这一工序将天然可可脂巧克力浆料从液体转为固态。传统的连续式调温技术，是按照巧克力的物料晶型变化规律而设计加工过程，传统的调温方式效率低，晶型稳定性差，容易产生返霜，影响产品外观，产品的保质期短，对储存条件的要求高，储运的成本也会相应增加。
采用创新的预结晶技术可以改善霜斑，使可可脂产生稳定的晶核，从而获得理想的表面，由于巧克力生产的预结晶工艺的关键点是温度调节和控制，采用传统的制作工艺方法，不能精确调整关键节点的温度控制。为此，研究开发了巧克力生产流水线过程控制的技术，采用可编程序逻辑控制的方式，解决了巧克力结晶工艺过程的温控节点的生产要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种高效可靠的巧克力结晶流水线的控制方法及装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：巧克力结晶流水线的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：
(1)对冷却管路10个温度控制点的PID调节控制；
(2)控制保温回路走向的2个三通阀门的连锁切换控制；
(3)对转子泵和结晶器电机进行变频调速控制；
(4)实时监测冷却管路10个温度控制点，及4个压力点工况数据以及转子泵及结晶器电机电流。
巧克力结晶流水线的控制装置，其特征在于，该控制装置包括：温度传感器、PID指令模块、电磁阀，所述的温度传感器与PID指令模块连接，所述的PID指令模块与电磁阀连接。
所述的电磁阀与气动阀门连接。
与现有技术相比，本发明的优点是针对巧克力结晶工艺的多点精细温控具有反应灵敏、状态跟踪性好的特点，在不影响流水线匀速节拍的前提下，将10个温度调控点的温度调节到最佳工艺要求状态，因此，确保了流水线的稳态运行、降低了结晶巧克力的此频率，大大提高了结晶巧克力的品质特点；另外，本发明的方法还降低了温度耗散，有利于减小能源损耗，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明巧克力结晶流水线的控制方法的流程图；
图2是本发明巧克力结晶流水线的控制装置的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
巧克力结晶流水线通过转子泵将保温罐中的巧克力浆料输送到不断搅拌的结晶器中结晶变稠，再经过充气机充气后，送入加热的电热油浴槽处理，最后加工完成成品。系统工艺过程和监测控制点如附图1所示。
巧克力结晶流水线PLC控制主要完成下列任务：
(1)对冷却管路10个温度控制点的PID调节控制；
(2)控制保温回路走向的2个三通阀门的连锁切换控制；
(3)对转子泵和结晶器电机进行变频调速控制；
(4)实时监测冷却管路10个温度控制点，及4个压力点工况数据以及转子泵及结晶器电机电流。
现场控制界面主要提供下列功能：
(1)显示巧克力结晶流水线冷却回路的实时工况；
(2)提供转子泵、结晶器、离心泵、电磁阀等设备的点动操作功能；
(3)提供PID调节参数设置界面；
(4)提供温度、压力、阀门开度的工况数据表和趋势图；
(5)记录PID设置操作、设备动作、报警等工况事件。
PID及其控制调节的实现
各温度控制点采用PID闭环调节控制方式，如图2所示。
系统温度的控制主要通过调节冷却水管路上的各点电磁阀的开度来实现。
各温度控制点的温度调节采用CompactLogix专用PID指令完成。
为及时跟踪冷却水管温度变化过程，PID指令执行周期设定为200毫秒。
PID指令参数：
SP-温度控制设定值，单位：℃，该工艺参数由操作人员根据工艺要求设定；
PV-温度实测值，单位：℃，该工况参数由温度变送器反馈给PLC；
E-实测值对设定值的偏差，即：E＝PV-SP；
Kp-PID设定的比例增益(P增益)；
Ki-PID设定的积分增益(i增益)；
Kd-PID设定的微分增益(d增益)。
用于PID指令的PID方程是一个可选择独立增益或相关增益的位置形式方程。本程序采用独立增益方式，其比例、积分、微分只影响各自特定的分项。
PID方程式：
CV＝Kp(E)+Ki∫(E)dt+Kd(PV)/dt+BIAS
其中：
CV-PID控制输出。
BIAS-输出偏置。
Kp、Ki、Kd参数在调试时根据实际工况在PLC的PID指令中设置
通常，在确定PID参数(Kp、Ki、Kd)时要兼顾系统灵敏性和稳定性，因此，对上述分量的设置，都要在现场调试过程中，采用经验的方式和逐步逼近的方式，小心地进行试验，最终得到最佳设定值。
理论上，PID调节应与实际工况完全啮合。但是，在实际工况过程中，PID调节往往是一个逐步逼近的跟踪过程，一般允许系统有一个调节的偏差范围，以避免调节的“过冲”现象，达到系统的平滑运行，为此，需要操作人员设定一个偏差范围DV，即PID指令的死区设定值，在这个设定值的范围内，PLC可以认为反馈值啮合得很好，不输出调节值。
在下图所示的PID参数配置中，Kp、Ki、Kd需在调试过程选定最佳值；PV是实际温度反馈值，由温度变送器直接送入PLC；温度设定值(SP)和温度偏差范围(DV)可由操作员根据工艺要求设定。
冷却管路与保温回路的切换
当结晶器温度过低时，会导致结晶器内的浆料结块，因此，此时应当将V4三通阀切换到B路，由保温水箱的30℃左右的温水对其进行保温，同时应当将V5三通阀也切换到B路，形成保温水环路。当结晶器温度恢复正常状态，V4、V5三通阀仍切换到A路，恢复对外热水循环供应。
由于目前的工艺条件尚不明确，因此，V4、V5的切换逻辑条件在现场调试时，根据工艺技术人员的要求进行调整，同时，系统提供V4、V5切换工况条件的设定接口，由操作员根据实际工艺要求进行设定。
变频器的控制和调节
转子泵负责向结晶器送料，系统通过变频器调节转子泵的转速，从而达到调节进料速度的目的，自控系统提供进料转子泵的进料速度设定面板，由操作员设定转子泵的进料速度。
同样，结晶器电机也通过变频方式进行调速，当结晶器内浆料浓度过稠时，加快结晶器搅拌速度，以避免浆料结块，当结晶器内浆料浓度趋于正常时，降低结晶器搅拌速度。因目前结晶器搅拌速度与浆料浓度之间关系尚未确定，因此，结晶器电机转速也由操作员设定，自控系统提供转速设定面板。
系统对结晶器电机的电流进行监测，以防止电机扭矩过大，造成设备的损伤。
Claims (3)
1.巧克力结晶流水线的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：
(1)对冷却管路10个温度控制点的PID调节控制；
(2)控制保温回路走向的2个三通阀门的连锁切换控制；
(3)对转子泵和结晶器电机进行变频调速控制；
(4)实时监测冷却管路10个温度控制点，及4个压力点工况数据以及转子泵及结晶器电机电流；
其中所述PID调节控制具体为：各温度控制点采用PID闭环调节控制方式；通过调节冷却水管路上的各点电磁阀的开度来实现系统温度的控制；各温度控制点的温度调节采用CompactLogix专用PID指令完成；PID指令执行周期设定为200毫秒。
2.巧克力结晶流水线的控制装置，其特征在于，该控制装置包括：PLC控制模块、温度传感器、PID指令模块、电磁阀，所述的温度传感器与PID指令模块连接，所述的PID指令模块与电磁阀连接；该PLC控制模块主要完成以下任务；
(1)对冷却管路10个温度控制点的PID调节控制；
(2)控制保温回路走向的2个三通阀门的连锁切换控制；
(3)对转子泵和结晶器电机进行变频调速控制；
(4)实时监测冷却管路10个温度控制点，及4个压力点工况数据以及转子泵及结晶器电机电流；
该PID指令模块的调节控制具体为：各温度控制点采用PID闭环调节控制方式；通过调节冷却水管路上的各点电磁阀的开度来实现系统温度的控制；各温度控制点的温度调节采用CompactLogix专用PID指令完成；PID指令执行周期设定为200毫秒。
3.根据权利要求2所述的巧克力结晶流水线的控制装置，其特征在于，所述的电磁阀与气动阀门连接。
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