CN103365274A - 糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统，包括六个子系统，分别为混合汁加热及均匀泵送自动控制系统，中和汁加热及均匀泵送自动控制系统，清汁加热及均匀泵送自动控制系统，废汽、生汽减温减压自动控制系统，I-V效蒸发罐糖浆液位控制及末效糖浆锤度控制系统和生产调度管理系统。整个自动控制系统架构自下而上分为现场仪表层，控制站，工程师站和操作员站，信息管理层四级，整个系统通过六个子系统构成四级架构对生产过程实施自动控制。应用这一系统，可以使制糖企业达到生产过程“五稳定”的操作目标，使各级管理人员能够跨区域随时随地掌握工业现场状况，实现了糖厂澄清、蒸发过程的全自动控制和跨地域的实时生产管理。

Description

糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种糖厂制糖工艺过程的自动控制系统，特别是一种糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统，属于制糖自动化控制领域。

背景技术

制糖厂一般分为压榨车间、动力车间、制炼车间三大车间，其中澄清、蒸发工段是制炼车间的核心部分，占整个车间的2/3，既是糖厂的热力系统的中心，又是全厂能源消耗最大的工段，工艺最为复杂，关联因素最多。

目前国内糖厂澄清、蒸发工段多为人工操作，由于各个蒸发工操作技术水平参差不齐，且澄清、蒸发各种参数难以稳定，难以达到蔗汁流量、蒸发罐真空度、压力、冷凝水等压排水、汁汽抽汽“五稳定”的目标，容易导致蒸发系统的糖浆锤度波动比较大，出现时高时低的现象，生产波动过大，还会导致物料经常出现不平衡现象，榨量不稳定，加热、蒸发用汽量无形增加，甚至会出现蒸发的顶笼或者干锅的现象。另外还容易造成蒸发液面不稳定，蒸发系统糖浆停留时间过长，导致糖浆色值增加，糖份转化严重，纯度下降，降低了产品的收回率及产品质量。

蒸发的不稳定主要因素有：混合汁、中和汁、清汁加热温度的不稳定，混合汁、中和汁、清汁输送流量、压力等不稳定，清汁的锤度不稳定，各效蒸发液面不稳定，蒸发真空系统不稳定，蒸发汽凝水排水不稳定，蒸发糖浆锤度不稳定等，如何解决澄清、蒸发工段存在的这一系列问题，成为澄清、蒸发工段的主要矛盾。

为了解决这一系列问题，只有使用自动控制系统，才能避免因人工操作造成的不稳定。但是目前市面上的相关自动控制系统，大多只针对单一参数和部分生产过程进行自动控制，起到的效果非常有限。从相关报道看，主要仍是侧重于收集数据进行计算机分析预测和生产工况的监测，不是真正意义上的生产过程自动控制。另外现有的自动控制系统对于生产过程的控制参数和数据，一般只限于系统内部有线局域网络内传播，不利于生产过程的跨地域实时远程管理，经检索，目前还没有将3G、无线局域网、WIFI等技术应用于澄清、蒸发过程自动控制系统的研究报道。

发明内容

本发明提供了一种糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统，该系统是对糖厂澄清蒸发过程的物料、蒸汽、水的储罐及输送管道内的液位、压力、温度、流量等工艺参数进行实时检测、采集，对物料、水、蒸汽输送的泵及管道阀门、执行器等进行自动变频控制或者开度、行程控制。同时，对物料中加入的药品进行自动配比加入，对糖浆加热及蒸发用汽量进行自动测量、控制参数发送到以太网控制服务器，应用3G、无线局域网、WIFI无线网络技术，使生产管理者通过手机、笔记本电脑等无线终端查看实时生产情况并对生产进行管理，实现以澄清、蒸发为基点，辐射整个制糖工艺流程的管理优化。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统，包括六个子系统，分别为混合汁加热及均匀泵送自动控制系统，中和汁加热及均匀泵送自动控制系统，清汁加热及均匀泵送自动控制系统，废汽、生汽减温减压自动控制系统，I-V效蒸发罐糖浆液位控制及末效糖浆锤度控制系统和生产调度管理系统。整个自动控制系统架构自下而上分为现场仪表层，控制站，工程师站和操作员站，信息管理层四级，其中现场仪表层通过过程控制网络与控制站相连接，控制站通过冗余工业以太网与工程师和操作员站相连接，工程师和操作员站通过信息管理网络与信息管理层相连接，整个系统通过六个子系统构成四级架构对糖厂澄清、蒸发过程实施自动控制。

所述现场仪表层由测量各种生产过程量（温度、压力、流量、锤度、液位）的传感器、变送器和执行器组成，核心检测仪表采用美国霍尼韦尔公司现场仪表。

所述控制站包括与传感器、变送器和执行器连接的过程量I/Os模块，采用最新面向各种混合过程应用和设备集成控制的开放型控制系统，系统功能覆盖模拟量控制（MCS），顺序控制（SCS），数据采集（DAS）功能。

所述工程师和操作员站配置四套操作员站，一套工程师站，实现网络热冗余。

所述信息管理层配置有计算机网络、3G、WIFI构建的无线网络，无线网络将糖厂所有类型的现场设备数据实时发送，相关人员通过笔记本电脑、智能手机及平板电脑随时随地查看，进行远程办公和生产管理。

本发明的糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统的工作流程如下：

1）、现场仪表层的各种传感器、变送器、执行器和检测仪表分别与前五个子系统对应生产过程的工艺参数测控点相连接，然后将采集到的温度、压力、流量、锤度、液位等测量数据通过过程控制网络传送到控制站；

2）、控制站通过过程量I/Os模块接收到现场仪表层的采集数据后，应用控制站开放型控制系统按照系统内预置的程序和工艺参数进行对比运算后，再发出指令对现场仪表层生产过程工艺参数控制点进行控制；

3）、控制站通过冗余工业以太网与工程师和操作员站相连，控制站将相关信息传输到工程师和操作员站，工程师和操作员站可以对控制站的开放型控制系统进行操控，控制整个澄清、蒸发过程自动控制系统的运行；

4）、工程师和操作员站通过信息管理网络将相关生产动态和现场运营状态信息发送到信息管理层，然后再由信息管理层通过计算机网络、3G、WIFI构建的无线网络，将糖厂所有类型的现场设备数据实时发送，相关人员通过笔记本电脑、智能手机及平板电脑随时随地查看，进行远程办公和生产管理。

本发明的糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统，综合考虑联动因素，将澄清、蒸发工段各重要参数作为一个整体来考虑，有效克服了澄清、蒸发工段自动控制这一系统工程难题。项目的实施可使制糖企业达到蒸发生产过程蔗汁流量、蒸发罐真空度、压力、冷凝水等压排水、汁汽抽汽“五稳定”操作目标，实现合理液位蒸发、高效能蒸发，最大限度降低蒸发能耗；提高粗糖浆和清汁视纯度差，降低糖分的流失；克服糖浆结垢的问题，提高蒸发效率；杜绝“跑糖”现象，减少冷凝水含糖等问题，从而减少排污量、减少BOD的排放量；同时，能提高冷凝水的利用率，降低锅炉能耗，提高蔗渣打包率。另外，系统将澄清、蒸发生产过程相关数据通过计算机网络、3G、WIFI构建的无线网络实时发送，各级管理人员通过各种无线接收设备能够进行远程办公和生产管理，实现了糖厂整个澄清、蒸发工段生产过程的全自动控制和跨地域的实时生产管理。

附图说明

图1是本发明的系统架构图；

图2是本发明的六个子系统在生产流程中的应用流程图；

图3是混合汁加热控制示意图；

图4是混合汁均匀泵送控制示意图；

图5是中和汁均匀泵送控制示意图；

图6是中和汁加热控制示意图；

图7是清汁均匀泵送控制示意图；

图8是清汁加热控制示意图；

图9是废汽、生汽减温减压站控制示意图；

图10是I-V效蒸发罐糖浆液位控制示意图；

图11是生产调度管理系统架构图。

在图1-图2中：1-信息管理层，2-工程师与操作员站，3-控制站，4-现场仪表层，11-混合汁加热及均匀泵送自动控制系统，12-中和汁加热及均匀泵送自动控制系统，13-清汁加热及均匀泵送自动控制系统，14-废汽、生汽减温减压自动控制系统，15-I-V效蒸发罐糖浆液位控制及末效糖浆锤度控制系统，16-生产调度管理系统。

在图3-图10中：T-温度传感器控制点，P-压力变送器控制点，V-自动调节阀开度控制点，F-流量计控制点，L-液位变送器控制点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的架构和实施做进一步说明和描述。

图1为糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统的系统架构图，由图中可以看出，整个自动控制系统架构自下而上分为现场仪表层4，控制站3，工程师站和操作员站2，信息管理层1四级，其中现场仪表层4通过过程控制网络7与控制站3相连接，控制站3通过冗余工业以太网6与工程师和操作员站2相连接，工程师和操作员站2通过信息管理网络5与信息管理层1相连接。

图2为糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统六个子系统在生产流程中的应用流程图，如图所示，混合汁加热及均匀泵送自动控制系统11，中和汁加热及均匀泵送自动控制系统12，清汁加热及均匀泵送自动控制系统13，废汽、生汽减温减压自动控制系统14，I-V效蒸发罐糖浆液位控制及末效糖浆锤度控制系统15分别控制着澄清、蒸发工段相应的生产过程，然后将相关数据汇集到制炼自控系统站，制炼自控系统站将相关参数传输至生产调度管理系统16，然后再由生产调度管理系统16将整个澄清、蒸发生产过程的重要参数和事件通过厂内网络发送给相关管理人员，各级管理人员对生产过程进行综合调度管理。

本发明各个子系统的流程控制点数据采集和流程控制的设置以及达到的控制效果详述如下： 

1、混合汁加热及均匀泵送自动控制系统

1）、混合汁加热自动控制（见图3）

对混合汁加热前后的温度进行多点采集，采用模糊技术及先进控制算法，使系统准确地自动控制汁汽的自动调节阀的开度，实现制炼车间混合汁加热过程的自动控制；保证了进入中和器的混合汁温度稳定，稳定硫熏强度。

2）、混合汁均匀泵送自动控制（见图4）

a、根据混合汁箱液位、流量等多个因素，建立数学模型，得出最佳流量输送控制模式；

b、用液位变送器连续检测混合汁箱的液位，用混合汁流量计连续检测和计量混合汁的流量；

c、通过调节泵出口自动调节阀的开度，实现混合汁箱流量均匀泵送到硫熏塔,同时保持中和汁箱液位基本稳定，保证混合汁流量稳定，保证混合汁压力稳定，有利于糖浆中和的操作及硫熏强度控制的稳定。

2、中和汁加热及均匀泵送自动控制系统

1）中和汁均匀泵送自动控制（见图5）

a、根据中和汁箱液位、流量等多个因素，建立数学模型，得出最佳流量输送控制模式；

b、用液位变送器连续检测中和汁箱的液位，用中和汁流量计连续检测和计量中和汁的流量；

c、通过调节泵出口自动调节阀的开度，实现中和汁流量均匀泵送到下工序,同时保持中和汁箱液位基本稳定，有利于糖浆中和的操作及硫熏强度控制的稳定。

2）中和汁加热自动控制（见图6）

对中和汁加热前后的温度进行多点采集，采用模糊技术及先进控制算法，使系统准确地自动控制蒸汽的自动阀门开度，实现制炼车间中和汁加热过程的自动控制；保证进入沉淀池的中和汁温度稳定，提高沉降效率。

3、清汁加热及均匀泵送自动控制系统

1）、清汁均匀泵送自动控制（见图7）

a、根据清汁箱液位、流量等多个因素，建立数学模型，得出最佳流量输送控制模式；

b、用液位变送器连续检测清汁箱的液位，用清汁流量计连续检测和计量清汁流量；

c、通过调节泵出口自动调节阀的开度，实现按蒸发需要的清汁流量均匀泵送,同时保持清汁箱液位基本稳定，不满溢不抽空；克服人工控制时常出现抽空、流量波动较大的问题，保证蒸发入料的均衡、稳定。

2）、清汁加热自动控制（见图8）

对清汁加热前后的温度多点采集，采用模糊技术及先进控制算法，使系统准确地自动控制蒸汽的自动阀门开度，实现制炼车间清汁加热过程的自动控制，保证蒸发I效汁室温度的稳定，为蒸发的稳定提供前提条件。

4、废汽、生汽减温减压自动控制系统（见图9）

减温、减压站在人工操作时温度波动大，易造成蒸发效率降低、产品质量下降、糖份转化厉害，加水量过大又易造成蒸汽能量的浪费。

通过调节高温、高压差的自动减压阀保证减温减压器的出口蒸汽压力稳定，通过自动调节减温水阀的开度，提高减温效率，稳定减温减压器的出口蒸汽温度，从而保证蒸发I效汽室温度及压力稳定，稳定整个蒸发工段的操作。

5、I-V效蒸发罐糖浆液位控制及末效糖浆锤度控制

1）、I-V效蒸发罐糖浆液位控制（见图10）

蒸发工段是一个复杂的、操作频繁的过程，人工操作时控制很难实现稳定状态，而且设备故障率高，操作工在短时间内很难找到故障原因，导致在生产中存在隐患致使产糖率下降，有时甚至出现顶笼和干锅等重大事故，需要用一两天来处理后面的物料，这些故障带来的损失数据是惊人的。

综合考虑清汁箱液位、清汁流量、I-V效蒸发罐的液位、末效糖浆锤度等过程参数，并根据并罐、转罐等情况，自动控制各蒸发罐的糖浆进、出口阀门开度来，实现各效糖浆液位连续稳定控制。保证了各效蒸发罐的内的对流，稳定提高蒸发效能，同时，通过锤度控制末效出汁总阀，保证粗糖浆锤度稳定，有利于产品质量及煮糖操作，节约蒸汽使用，降耗了能耗。

2）、末效糖浆锤度控制

综合考虑清汁箱液位、各效蒸发罐的液位等过程参数，自动控制末效出汁阀的开度，保证末效糖浆锤度稳定。有如下效果：

a、将蒸发过程由繁重、紧张的手工操作模式转变成简单、明了、清晰的自动化操作；

b、稳定蒸发Ⅰ效汽室温度及压力，从而稳定整个蒸发工段的操作；

c、稳定提高蒸发效能；提高蒸发工段的处理能力

d、稳定粗糖浆锤度，利于产品质量的提高及煮糖操作；

e、实现物料快进快出，减少糖份转化；

f、节约蒸汽使用量，降低了能耗，减少了污染物的排放。

6、生产调度管理系统（见图11）

以安全性极强的LINUX操作系统为平台构成生产调度管理系统服务器，设计相应的服务软件，采用现场总线技术、局域网和广域网通讯技术，在实现澄清、蒸发工段自动控制、生产过程参数自动计量的同时，将整个澄清、蒸发生产过程的重要参数和事件，通过计算机网络、3G、WIFI构建的无线网络将糖厂所有类型的现场设备数据实时发送，相关人员通过笔记本电脑、智能手机及平板电脑随时随地查看，进行远程办公和生产管理。

Claims (2)

1.一种糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统，其特征是该系统包括六个子系统，分别为混合汁加热及均匀泵送自动控制系统（11），中和汁加热及均匀泵送自动控制系统（12），清汁加热及均匀泵送自动控制系统（13），废汽、生汽减温减压自动控制系统（14），I-V效蒸发罐糖浆液位控制及末效糖浆锤度控制系统（15）和生产调度管理系统（16）；整个自动控制系统架构自下而上分为现场仪表层（4），控制站（3），工程师站和操作员站（2），信息管理层（1）四级，其中现场仪表层（4）通过过程控制网络（7）与控制站（3）相连接，控制站（3）通过冗余工业以太网（6）与工程师和操作员站（2）相连接，工程师和操作员站（2）通过信息管理网络（5）与信息管理层（1）相连接，整个系统通过六个子系统构成四级架构对糖厂澄清、蒸发过程实施自动控制；

所述现场仪表层（4）由测量各种生产过程量（温度、压力、流量、锤度、液位）的传感器、变送器和执行器组成，核心检测仪表采用美国霍尼韦尔公司现场仪表；

所述控制站（3）包括与传感器、变送器和执行器连接的过程量I/Os模块，采用最新面向各种混合过程应用和设备集成控制的开放型控制系统，系统功能覆盖模拟量控制（MCS），顺序控制（SCS），数据采集（DAS）功能；

所述工程师和操作员站（2）配置四套操作员站，一套工程师站，实现网络热冗余；

所述信息管理层（1）配置有计算机网络、3G、WIFI构建的无线网络，无线网络将糖厂所有类型的现场设备数据实时发送，相关人员通过笔记本电脑、智能手机及平板电脑随时随地查看，进行远程办公和生产管理。

2.一种如权利要求1所述的糖厂澄清、蒸发过程自动控制系统的工作流程，包括以下步骤：

1）、现场仪表层（4）的各种传感器、变送器、执行器和检测仪表分别与前五个子系统对应生产过程的工艺参数测控点相连接，然后将采集到的温度、压力、流量、锤度、液位等测量数据通过过程控制网络传送到控制站；

2）、控制站（3）通过过程量I/Os模块接收到现场仪表层（4）的采集数据后，应用控制站（3）开放型控制系统按照系统内预置的程序和工艺参数进行对比运算后，再发出指令对现场仪表层（4）生产过程工艺参数控制点进行控制；

3）、控制站（3）通过冗余工业以太网（6）与工程师和操作员站（2）相连，控制站（3）将相关信息传输到工程师和操作员站（2），工程师和操作员站（2）可以对控制站（3）的开放型控制系统进行操控，控制整个澄清、蒸发过程自动控制系统的运行；

4）、工程师和操作员站（2）通过信息管理网络（5）将相关生产动态和现场运营状态信息发送到信息管理层（1），然后再由信息管理层（1）通过计算机网络、3G、WIFI构建无线网络，将糖厂所有类型的现场设备数据实时发送，相关人员通过笔记本电脑、智能手机及平板电脑随时随地查看，进行远程办公和生产管理。

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