CN105182892A - 甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，通过采用光波测量技术，结合PLC及计算机控制技术，测量及控制甘蔗进榨量，该系统包括激光测距模块、电气控制模块、PLC控制模块和人机界面监控模块。该控制系统是采用光波测量技术代替核源实现压榨输送计量的一种新式应用技术。相对于核源技术，其应用成本更加低廉，操作更加简便，无核泄漏、丢失等安全因素，有效减少核监管、核废弃回收的管理措施，优化企业内部管理。甘蔗进榨输送无核测量技术以其智能化、环保、高效的特点，有望全面代替当前糖厂采用的核源计量系统，具有很大的市场前景。

Description

甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统

技术领域

本发明涉及工业过程控制技术领域，具体指一种甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统。

背景技术

压榨是制糖生产的第一道工序，它的正常与否直接影响着后续工段的生产状况，其生产不正常，对全厂的正常生产、产品质量、动力、蒸汽稳定性、能耗的高低和生产安全均有严重影响。但由于压榨车间的控制关系极为复杂，各种生产参数环环相扣、息息相关，是一项十分复杂的工程。

甘蔗压榨关键工艺的要求是：既要保证整个压榨过安全、高效、平稳地进行，又要尽量减少压榨机的调速频率，以有效降低压榨机的故障率；根据入榨甘蔗丝的重量控制加入对蔗比为20%的渗透水，以起到在最大限度提高糖份抽出率的同时，最大限度地降低用水量和后续蒸发所需热量的作用。

目前几种主要甘蔗压榨自控方案及其缺陷

1、利用核子秤测量的控制方案及其缺陷：根据利用核子秤测量入榨甘蔗丝的重量，控制输送机的速度和渗透水的添加量，这是目前国内大部分糖厂采用的控制方案，其主要缺陷是：

（1）核子秤对人体有核辐射危害。

核子秤使用的核放射源对人体或多或少有危害，在使用过程中不但直接对操作工、维修工身体健康有危害，对食用利用受到核辐射的甘蔗丝制造的糖产品的消费者也有危害，包括东南亚的泰国在内很多国家是禁止在糖厂使用核子秤的。

（2）折算复杂、误差大。

核子秤是根据以下公式推算出甘蔗丝的重量的：

γ射线穿透物料后，强度变化规律是：

N=N。e-μpF/S

其中：μp——物料的质量吸收系数，

F——输送机负荷，

S——输送机宽度，

N。——空载时探测器处γ射线强度，

N——有负载时探测器处γ射线强度。

γ射线探测器输出信号U1与γ射线强度成正比，因此有：

U1=U。e-μpF/S

其中，U。——空载时输出信号，

U1——有负载时的输出信号。

令K1=-S/μp,称作物料标定常数，则

F=K1ln(U1/U。)

通过测量U1、U。，并通过标定确定K1值，即可得到输送机物料负荷F，输送机的速度V可由测速装置的电压经计算得到：

V=K3U2+K2

其中V——输送机速度，

U2——速度信号电压，

K2、K3——标定常数。

输送机输送的物料流量P=FV,

由此算出物料累计量：

W=∫Pdt=∫FVdt

我们知道，每个测量参数都会有误差，物料的质量吸收系数也因甘蔗产地、品种、批次的差异而不同，以上计算涉及近10个测量值、1个质量吸收系数，这么多误差的因素叠加起来误差就更大，因此，通过核子秤测量，间接算出入榨甘蔗丝重量的方法既复杂又不准确，必然影响平稳压榨以及渗透水添加量的控制精度，导致平稳压榨效果不理想、糖份抽出率降低和后续蒸发热量增加。

（3）核子秤的安装、维护、维修麻烦。

国家对核子秤等有放射源设备的使用有严格、繁琐的规定，所以核子秤的安装、维护、维修很麻烦，一般糖厂的仪表工无法胜任。

2、根据利用测重传感器测到的输送机甘蔗丝重量控制输送机的速度，根据测到的压榨机轴距控制渗透水添加量的自控方案及其缺陷：

此方案虽然在一定的程度上解决了平稳入榨的问题，但是控制比较粗糙，而且，由于渗透水的添加量是根据压榨机轴距来调节的，轴距受顶辊压力、不同甘蔗丝的软硬程度影响较大，所以测量的效果难以保证，导致控制效果不可能好。

3、人工设定第一级压榨机的转速，调节最后一级输蔗带的速度保持第一级高位槽料位稳定，调节其它各级输蔗带的速度使其与最后一级输蔗带速度同步的自控方案及其缺陷：

（1）由于从一开始落蔗是不均匀的，如果每条输蔗带的速度都同步，就难以保证最后一级输蔗带甘蔗丝的均匀，所以，控制过于粗糙，效果不理想。

（2）由于没有对入榨甘蔗丝计量，所以，渗透水添加量的控制没有参考依据，根本无法精确控制。

虽然也有文献公开了不用核源的甘蔗压榨控制系统，比如：

中国专利：甘蔗压榨自动控制系统，摘要：本发明公开了一种甘蔗压榨自动控制系统，包括输蔗带自动控制系统、高位槽料位自动控制系统和渗透水与甘蔗丝重量的配比自控系统，采用双重测重的方法测量入榨甘蔗丝重量，高位槽都安装料位传感器测量其料位，DCS控制系统根据高位槽料位控制压榨机和快速输送带的速度，达到控制高位槽稳定的目的，在渗透水管道上安装电磁流量计和控制阀，并对渗透水进行控制。本发明的甘蔗压榨自动控制系统既能精确地均匀控制入榨甘蔗丝的量，又能精确地控制渗透水的添加量，达到既能发挥压榨机的最大效能、避免压榨机因频繁调速而损坏导致停产的严重后果的目的，同时，还能进一步提高糖份抽出率、降低后续蒸发的热能，达到压榨自动控制最理想的效果。申请人：中国轻工业南宁设计工程有限公司；地址：530000广西壮族自治区南宁市江南区星光大道42号；发明(设计)人：李松庞萍潘新华林军华。

中国专利：甘蔗压榨自动控制系统，摘要：本发明公开一种甘蔗压榨自动控制系统,包括对输蔗,压榨、渗透水系统模拟量的自动调节,第一级压榨机的转速由人工设定,调节最后一级输蔗带的速度保持第一级高位槽料位的稳定,调节其它各级输蔗带的速度使其与最后一级输蔗带速度同步,调节其它各级压榨机的转速保持同级高位槽料位稳定,调节第一级和最后一级高位槽进料挡板的开度以保护压榨机,避免其扭矩过大;根据进蔗量来调节清水流量,并保持清水箱的水位和水温;调节各级渗透水加入量保持平衡。应用本发明可提高进蔗、压榨和渗透的均衡性、稳定性和安全性,保证甘蔗的高效破碎,为甘蔗高抽出率、高生产安全率的压榨打下良好的基础。申请人：北京和利时系统工程股份有限公司广西贵糖(集团)股份有限公司；地址：100096北京市海淀区西三旗建材城中路10号；发明(设计)人：杨万善施用昉闵亚光吴光学李政侯作新蓝贤州周剑李建元马孝骞邓坚柴琳韦舟敏。

上述技术方案，采用的是接触式测量方式，不但精度差，而且容易发生故障，造成测量结果误差。

发明内容

本发明的控制系统是采用光波测量技术代替核源实现压榨输送计量的一种新式应用技术。相对于核源技术，其应用成本更加低廉，操作更加简便，无核泄漏、丢失等安全因素，有效减少核监管、核废弃回收的管理措施，优化企业内部管理。

甘蔗进榨输送无核测量技术以其智能化、环保、高效的特点，有望全面代替当前糖厂采用的核源计量系统，具有很大的市场前景。

技术方案如下：

一种甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，通过采用光波测量技术，结合PLC及计算机控制技术，测量及控制甘蔗进榨量，该系统包括激光测距模块、电气控制模块、PLC控制模块和人机界面监控模块；激光测距模块和电气控制模块与PLC控制模块连接，PLC控制模块与人机界面监控模块连接。

所述的激光测距模块，在1#、2#输蔗机的输送带上方设置测量扫描架，于测量扫描机架中内置若干组激光测距传感器，激光测距传感器呈直线排列，分别测量链带式输送槽截面各点料面距离，并将得到的距离信号传送到PLC控制模块。

所述的测量扫描架配置压缩空气接口，保持扫描架室处于正压状态，能够保证室内传感器运行需求环境，保障测量稳定度和精度。

所述的电气控制模块，包括变频器及变频调速电机，变频器将输送带的速度信号传送到PLC控制模块，变频调速电机接收PLC控制模块传来的速度控制信号进行调速，同时变频器将输出速度信号反馈回PLC控制模块。

所述的PLC控制模块，使用PLC控制器进行编程运算处理，PLC控制器具有DI\DO\AI\AO接口，可连接各种类型传感器和控制设备，PLC控制器根据距离信号和速度信号，经计算测算出各测量点料位高度，再经多点合算出料槽截面积，再经测量到的输送带速度计算得出瞬时流量，PLC可控制传送电机转速来调节传送带的速度，导入闭环控制原理，可实现甘蔗进榨的定量控制。

所述的人机界面监控模块，采用组态软件平台开发运行，可实现的功能包括动态显示数据、画面组态、实时或历史曲线、历史数据查询、报警记录和报表处理。

该系统可以设置手动或自动控制。

本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：

1.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，采用光波测量技术代替核源实现压榨输送计量的一种新型应用技术。相对于核源技术，其应用成本更加低廉，操作更加简便，无核泄漏、丢失等安全因素，有效减少核监管、核废弃回收的管理措施，优化企业内部管理；

2.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，甘蔗进榨输送无核测量技术以其智能化、环保、高效的特点，有望全面代替当前糖厂采用的核源计量系统，具有很大的市场前景；

3.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，取代了传统的对人体有核辐射危害的核子秤测量入榨甘蔗丝重量的方法，从根本上消除了对操作工以及消费者的核辐射危害；

4.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，采用多组激光传感器并行测量，出现故障的任一设备自动退出测量，其它正常设备仍可以完成计量工作，系统测量稳定性高；

5.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，传感器测量反应速度快，最快测量扫描周期可达1ms，可实现连续无间断的数据采集；

6.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，传感器测量精度高，重复测量精度偏差2mm，整体测量系统误差≤99%；

7.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，系统采用PLC控制技术，可稳定运行在工业环境下，控制器具有DI\DO\AI\AO接口，可连接各种类型传感器和控制设备，控制器经组态开发和编辑程序下载后可实现自动采集和控制；

8.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，其人机界面设于控制室内，控制人员可通过人机界面显示屏实现甘蔗均衡进榨在线监控。通过人机界面可以设定系统手动、自动控制方式，可监测当前进榨瞬时值及设定值，查询今日报表、昨日报表、季度报表等功能；

9.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，采用非接触式测量方式，不但精度高，而且不容易发生故障；

10.本发明提供的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，设备成本低，维护、维修方便。

附图说明

图1：测量扫描机架原理图；

图2：变频调速电机控制原理图；

图3：人机界面经典模式窗口；

图4：人机界面高级模式窗口。

具体实施方式

一种甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，通过采用光波测量技术，结合PLC及计算机控制技术，测量及控制甘蔗进榨量，该系统包括激光测距模块、电气控制模块、PLC控制模块和人机界面监控模块；激光测距模块和电气控制模块与PLC控制模块连接，PLC控制模块与人机界面监控模块连接。

所述的激光测距模块，在1#、2#输蔗机的输送带上方设置测量扫描架，于测量扫描机架中内置若干组激光测距传感器，激光测距传感器呈直线排列，分别测量链带式输送槽截面各点料面距离，并将得到的距离信号传送到PLC控制模块。

所述的测量扫描架配置压缩空气接口，保持扫描架室处于正压状态，能够保证室内传感器运行需求环境，保障测量稳定度和精度。

所述的电气控制模块，包括变频器及变频调速电机，变频器将输送带的速度信号传送到PLC控制模块，变频调速电机接收PLC控制模块传来的速度控制信号进行调速，同时变频器将输出速度信号反馈回PLC控制模块。

所述的PLC控制模块，使用PLC控制器进行编程运算处理，PLC控制器具有DI\DO\AI\AO接口，可连接各种类型传感器和控制设备，PLC控制器根据距离信号和速度信号，经计算测算出各测量点料位高度，再经多点合算出料槽截面积，再经测量到的输送带速度计算得出瞬时流量，PLC可控制传送电机转速来调节传送带的速度，导入闭环控制原理，可实现甘蔗进榨的定量控制。

所述的人机界面监控模块，采用组态软件平台开发运行，可实现的功能包括动态显示数据、画面组态、实时或历史曲线、历史数据查询、报警记录和报表处理。

该系统可以设置手动或自动控制。

如附图1所示：

传感器编号：Sen_1；Sen_2；Sen_3；。。。。。；Sen_n；

各点传感器到料面的测量距离：L_Sen_1；L_Sen_2；L_Sen_3；。。。。。；L_Sen_n；

传感器零点距离：H_zero；(为简单计算起见各个传感器的零点位置一样)

各点计算料位高度：D_1；D_2；D_3；。。。。。；D_n；

蔗槽宽度：W;

输送带速度:V_瞬

料位截面面积：S截面

其中有：

D_1=H_zero-L_Sen_1；

D_2=H_zero-L_Sen_2；

D_3=H_zero-L_Sen_3；

D_n=H_zero-L_Sen_n；

其中：

由以上公式换算得出：

当传感器数量n越多,越接近实际截面，但在工程应用上从适用性、经济性方面考虑没有必要使用过多的测量点。

以上得出：

最后通过对瞬时流量进行积分可得出甘蔗进榨的累积流量。

如附图2所示：

本系统使用变频器驱动变频电机对传送带进行调速，其电机控制原理图如附图2所示，变频器控制回路可实现自动、手动控制，以及远程和本地控制。默认情况下变频器接受PLC的控制，操作人员通过上位机PC可对电机进行控制，通过PLC输出4~20MA或者0~10V信号对电机进行调速，同时PLC也接收采集变频器的速度反馈信号，参与完成瞬时榨量的计算。为方便现场紧急操作和处理故障，设置的两个现场手动操作，通过切换开关切换成本地状态，即可现场手动调试电机运行。若预算允许的情况下，可采用总线型变频器控制方式MODBUS/Profibus完成以上同样的功能控制，性能也更加可靠。

如图3，为经典模式窗口，标记说明如下：

区：1号输送带监控面板；区：甲乙丙榨量核算面板；

区：2号输送带监控面板；区：瞬时榨量监控曲线；

区：电流/流量数据监控；区：甲乙丙小时榨量统计面板。

如图4，为高级模式窗口，两种窗口模式可以根据控制喜好进行切换，高级模式下，采用的展示方式是模拟现场工艺画面，在此模式下可实时监测各个工艺部位相关工艺参数，点击相关设备同样可以弹出相关控件窗口，可进行整体的均衡进榨连贯监控，有效稳定系统运行。

最后应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，其特征在于：通过采用光波测量技术，结合PLC及计算机控制技术，测量及控制甘蔗进榨量，该系统包括激光测距模块、电气控制模块、PLC控制模块和人机界面监控模块；激光测距模块和电气控制模块与PLC控制模块连接，PLC控制模块与人机界面监控模块连接。

2.根据权利要求1所述的甘蔗均衡进榨自动控制系统，其特征在于：所述的激光测距模块，在1#、2#输蔗机的输送带上方设置测量扫描架，于测量扫描机架中内置若干组激光测距传感器，激光测距传感器呈直线排列，分别测量链带式输送槽截面各点料面距离，并将得到的距离信号传送到PLC控制模块。

3.根据权利要求2所述的甘蔗均衡进榨自动控制系统，其特征在于：由于破碎机的作用，现场会出现大量粉尘/破碎纤维，这些粉尘/破碎纤维会干扰激光传感器的测量，甚至会堵塞激光传感器探头。

4.为了避免这些干扰信号，本发明将测量扫描架设计成密封性，并配置压缩空气接口，对扫描架通予压缩空气，使扫描架室保持处于正压状态，激光束通过正压气孔输出进行测量，一方面可以防止粉尘/破碎纤维干扰和堵塞，保障了测量精度，同时也保障了激光传感器的运行环境，从而能够保障系统能够长期和稳定运行。

5.根据权利要求1所述的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，其特征在于：所述的电气控制模块，包括变频器及变频调速电机，变频器将输送带的速度信号传送到PLC控制模块，变频调速电机接收PLC控制模块传来的速度控制信号进行调速，同时变频器将输出速度信号反馈回PLC控制模块。

6.根据权利要求1所述的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，其特征在于：所述的PLC控制模块，使用PLC控制器进行编程运算处理，PLC控制器具有DI\DO\AI\AO接口，可连接各种类型传感器和控制设备，PLC控制器根据距离信号和速度信号，经计算测算出各测量点料位高度，再经多点合算出料槽截面积，再经测量到的输送带速度计算得出瞬时流量，PLC可控制传送电机转速来调节传送带的速度，导入闭环控制原理，可实现甘蔗进榨的定量控制。

7.根据权利要求1所述的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，其特征在于：所述的人机界面监控模块，采用组态软件平台开发运行，可实现的功能包括动态显示数据、画面组态、实时或历史曲线、历史数据查询、报警记录和报表处理。

8.根据权利要求1所述的甘蔗均衡进榨无核计量自动控制系统，其特征在于：该系统可以设置手动或自动控制。