CN106191322A - 间歇煮糖自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种间歇煮糖自动控制系统，其在煮糖工艺流程中设置多个测试和控制点，所有控制点的测量设备和控制单元均通过线路汇总连接到计算机处理系统，计算机处理系统根据相应的测量数据进行处理，然后根据组合设计多条不同的模糊控制规则来对系统各控制单元进行控制，从而实现间歇煮糖全过程自动控制。本发明通过工业控制计算机、控制器等构成集散式控制系统对煮糖工段各工艺参数的数据进行实时采集，对各工艺控制点进行自动控制，保证了煮糖工段的生产工作安全、高效和稳定，降低了成品糖色值，缩短煮糖时间，节约蒸汽用量，提高煮糖回收率，使糖厂达到降低生产成本、提高产品质量、提高经济效益，节约能源减少废物排放的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动控制系统，具体是一种糖厂在煮糖工艺中使用的间歇煮糖自动控制系统，属于制糖工艺自动控制技术领域。
背景技术
在制糖工艺中，煮糖是最后一道生产环节，是极为关键重要的环节，经过压榨、澄清、蒸发和其他化学处理的糖浆，最终要在煮糖结晶罐内结晶成糖，这一道工序的好坏直接影响着蔗糖的产量和质量，从而决定着糖厂的经济效益。如今压榨、澄清、蒸发等工段都已基本实现较为成熟的自动控制，但煮糖工段由于蔗糖结晶机理复杂、关键工艺参数无法在线测量、生产过程中受到的干扰因素较多等原因，其自动控制方案目前还处于探索阶段，国内很多糖厂依然靠人工煮糖，生产的效率与质量得不到保证。
煮糖自动化的技术难点主要在以下几个方面：
1、蔗糖结晶机理复杂
蔗糖结晶过程是一个复杂的物理和化学过程。糖膏过饱和度、糖膏温度、糖膏对流强度、晶体均匀度、晶体紧密度、煮糖罐真空度等因素，都会对结晶过程的好坏产生决定性影响。它们环环相扣、息息相关，彼此影响，任何一个因素控制不好，都会影响到其他因素，造成联锁反应。如果处理不好，会对一罐糖的质量造成致命的影响。
2、重要控制参数无法测量
糖膏母液的过饱和度对煮糖结晶过程的影响是至关重要的。要准确测量母液的过饱和度，就得先将糖膏中的晶体剔除掉，这样才能准确测量出母液中非水物的含量，但目前世界上任何一种仪器都不能达到这样的要求，糖膏母液过饱和度的在线测量在世界上依然是个空白。糖膏锤度是煮糖自动控制中一个重要的参数。虽然目前已研制出许多在线测量锤度的产品，但能否选出一款测量精度、稳定性均达到煮糖自动控制要求的产品，将决定该系统的成败。
3、系统的大滞后性与时变性
煮糖自动控制系统是一个根据各种工况来控制最佳糖分吸收，从而控制产品质量的随动控制系统，因而对系统的动态性能和静态性能都提出了较高的要求。煮糖罐内糖膏的锤度控制是个大滞后过程，其滞后时间受到糖浆浓度、蒸汽压力、真空度等诸多因素的影响，采用PID控制与斯密斯校正均难以满足生产工艺要求。
4、系统稳定性
煮糖工序的好坏直接影响着蔗糖的产量和质量，从而决定着糖厂的经济效益。其使用蒸汽的间歇开停又是影响着全厂能源体系汽压平衡的一大因素。煮糖环节出不得半点差错，如何确保煮好每一罐糖，为糖厂带来经济效益，是一个艰巨的任务。
5、系统易用性
煮糖工段原有的普通员工将是控制系统的最终使用者，在现有条件下，不可能要求岗位操作工人具有专业人员的技术水平，在设计系统时，必须从实际操作者的角度出发，考虑其接受能力，在实现所要求的控制功能的同时，尽可能地简化操作步骤，将技术细节封装，给操作人员一个简单、直观的操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种间歇煮糖自动控制系统，通过测量设备对现场数据采集处理，由控制单元采用模糊控制、信号反馈、信号前馈等技术进行控制，通过现场总线及计算机网络技术将所有数据传输到网络各个节点，从而使操作简便化，且提高了生产管理效率。
本发明的具体技术方案为：
一种间歇煮糖自动控制系统，其在煮糖工艺流程中设置以下测量和控制点：
（1）、在种子箱向煮糖罐的供料管路上设置两级种子进料控制阀；
（2）、在甲洗箱、糖浆和清水支路的供料管路上分别设置甲洗蜜进料控制阀、糖浆进料控制阀和热水控制阀，甲洗箱、糖浆和清水支路的供料管路汇总后，还在汇总管路向煮糖罐供料的管路上设置物料进料控制总阀；
（3）、在清水和废汽向煮糖罐供料的管路上分别设置清水进料控制阀和废汽蒸汽控制阀；
（4）、在Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、废汽支路的供汽管路上分别设置Ⅰ效蒸汽控制阀、Ⅱ效蒸汽控制阀、废汽蒸汽控制阀，Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、废汽支路的供汽管路汇总后，还在汇总管路向煮糖罐供汽的管路上设置蒸汽控制总阀；
（5）、在煮糖罐的抽真空管路上设置抽真空控制阀；在煮糖罐内部设置微波锤度计、液位计、蒸汽温度传感器、蒸汽压力传感器，在煮糖罐的底部设置排出废水废料的控制阀；在煮糖罐和助晶箱的连接管路上设置出料控制阀；在助晶箱内设置液位计；在和煮糖罐通过真空管路连接的喷射冷凝器上设置有清水进水控制阀。
上述所有控制点的测量设备和控制单元均通过线路汇总连接到计算机处理系统，计算机处理系统根据相应的测量数据进行下述步骤处理：
（1）、根据微波锤度计的测量数据，结合国内操作工人使用实际情况，建立测量、标定策略组程序，将锤度的测量信号转换为真正的锤度信号；
（2）、通过间接方法建立过饱和度趋势模糊数学模型，在不能测量糖膏过饱和度情况下得出过饱和度的变化趋势，结合锤度信号，模糊算出锤度、过饱和度及体积的函数集；
（3）、采用二维模糊描述论域，建立模糊控制法则，实时监控供料、供汽状态、真空状态，紧跟前工段工况，预见性的设计一套模糊控制策略集，选取多个语言变量值；设计生成多个动作子集；根据组合设计多条不同的模糊控制规则来对系统各控制单元进行控制，从而实现间歇煮糖全过程自动控制。
本发明的间歇煮糖自动控制系统通过工业控制计算机、控制器等构成集散式控制系统对煮糖工段各工艺参数的数据进行实时采集，对各工艺控制点进行自动控制，保证了煮糖工段的生产工作安全、高效和稳定，降低了成品糖色值，缩短煮糖时间，节约蒸汽用量，提高煮糖回收率，使糖厂达到降低生产成本、提高产品质量、提高经济效益，节约能源减少废物排放的目的。同时，本系统具有操作简便，智能化、自动化程度高、易于使用、易于扩展等特点。
附图说明
图1为本发明在煮糖工艺流程中设置的测试和控制点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明的间歇煮糖自动控制系统在煮糖工艺流程中设置以下测量和控制点：
（1）、在种子箱向煮糖罐的供料管路上设置两级种子进料控制阀；
（2）、在甲洗箱、糖浆和清水支路的供料管路上分别设置甲洗蜜进料控制阀、糖浆进料控制阀和热水控制阀，甲洗箱、糖浆和清水支路的供料管路汇总后，还在汇总管路向煮糖罐供料的管路上设置物料进料控制总阀；
（3）、在清水和废汽向煮糖罐供料的管路上分别设置清水进料控制阀和废汽蒸汽控制阀；
（4）、在Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、废汽支路的供汽管路上分别设置Ⅰ效蒸汽控制阀、Ⅱ效蒸汽控制阀、废汽蒸汽控制阀，Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、废汽支路的供汽管路汇总后，还在汇总管路向煮糖罐供汽的管路上设置蒸汽控制总阀；
（5）、在煮糖罐的抽真空管路上设置抽真空控制阀；在煮糖罐内部设置微波锤度计、液位计、蒸汽温度传感器、蒸汽压力传感器，在煮糖罐的底部设置排出废水废料的控制阀；在煮糖罐和助晶箱的连接管路上设置出料控制阀；在助晶箱内设置液位计；在和煮糖罐通过真空管路连接的喷射冷凝器上设置有清水进水控制阀。
上述所有控制点的测量设备和控制单元均通过线路汇总连接到计算机处理系统，计算机处理系统根据相应的测量数据进行下述步骤处理：
（1）、根据微波锤度计的测量数据，结合国内操作工人使用实际情况，建立测量、标定策略组程序，将锤度的测量信号转换为真正的锤度信号；
（2）、通过间接方法建立过饱和度趋势模糊数学模型，在不能测量糖膏过饱和度情况下得出过饱和度的变化趋势，结合锤度信号，模糊算出锤度、过饱和度及体积的函数集；
（3）、采用二维模糊描述论域，建立模糊控制法则，实时监控供料、供汽状态、真空状态，紧跟前工段工况，预见性的设计一套模糊控制策略集，选取多个语言变量值；设计生成多个动作子集；根据组合设计多条不同的模糊控制规则来对系统各控制单元进行控制，从而实现间歇煮糖全过程自动控制。
本间歇煮糖自动控制系统对煮糖工艺过程的控制包括入料自动控制、压力自动控制、真空度自动控制、糖膏强制搅拌对流控制。
所述入料自动控制的方式为：根据设定好的参数及曲线，建立过饱和度变化方向模糊控制数学模型，通过检测锤度，间接运算糖膏的过饱和度的变化趋势，实时监控入料、入汽压力、真空，实现自动控制种子进料控制阀、糖浆进料控制阀、甲洗蜜进料控制阀、热水控制阀，并综合调节蒸汽、真空，稳定入料浓度和液位，使系统控制的动态性能和静态性能均能满足生产工艺要求。
所述压力自动控制的方式为：通过对Ⅰ效蒸汽控制阀、Ⅱ效蒸汽控制阀、废汽蒸汽控制阀和蒸汽控制总阀自动控制，确保煮糖过程压力和温度的变化稳定符合设定的曲线。
所述真空度自动控制方式为：根据预先设定的参数控制抽真空控制阀，稳定真空度，稳定糖膏温度，稳定糖膏的对流及过饱和度。
所述糖膏强制搅拌对流控制的方法为：根据煮糖罐内糖膏的液位和锤度，控制搅拌叶自动启动、停止、高速、低速切换运行，保证罐内糖膏对流良好。
此外，本发明的间歇煮糖自动控制系统还设有以下功能：
（1）、设有适合糖厂工艺流程的操作界面，使操作简单方便，易于维护，适应目前国内糖厂操作人员的习惯。
（2）、设有简易的手动/自动切换功能，真正实现了无扰动切换。
（3）、设有良好的并行处理能力，实现在煮糖处理过程中对关键任务和非关键任务进行分时处理，可由几位操作员同时操作而不互相影响。
（4）、设有强大的数据存盘功能，完善的报表功能，能方便地对生产报表进行查询和打印并实现远程操作，利于生产的管理及决策。
Claims (4)
1.一种间歇煮糖自动控制系统，其特征是：所述自动控制系统在煮糖工艺流程中设置以下测试和控制点：
（1）、在种子箱向煮糖罐的供料管路上设置两级种子进料控制阀；
（2）、在甲洗箱、糖浆和清水支路的供料管路上分别设置甲洗蜜进料控制阀、糖浆进料控制阀和热水控制阀，甲洗箱、糖浆和清水支路的供料管路汇总后，还在汇总管路向煮糖罐供料的管路上设置物料进料控制总阀；
（3）、在清水和废汽向煮糖罐供料的管路上分别设置清水进料控制阀和废汽蒸汽控制阀；
（4）、在Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、废汽支路的供汽管路上分别设置Ⅰ效蒸汽控制阀、Ⅱ效蒸汽控制阀、废汽蒸汽控制阀，Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、废汽支路的供汽管路汇总后，还在汇总管路向煮糖罐供汽的管路上设置蒸汽控制总阀；
（5）、在煮糖罐的抽真空管路上设置抽真空控制阀；在煮糖罐内部设置微波锤度计、液位计、蒸汽温度传感器、蒸汽压力传感器，在煮糖罐的底部设置排出废水废料的控制阀；在煮糖罐和助晶箱的连接管路上设置出料控制阀；在助晶箱内设置液位计；在和煮糖罐通过真空管路连接的喷射冷凝器上设置有清水进水控制阀；
上述所有控制点的测量设备和控制单元均通过线路汇总连接到计算机处理系统，计算机处理系统根据相应的测量数据进行下述步骤处理：
（1）、根据微波锤度计的测量数据，结合国内操作工人使用实际情况，建立测量、标定策略组程序，将锤度的测量信号转换为真正的锤度信号；
（2）、通过间接方法建立过饱和度趋势模糊数学模型，在不能测量糖膏过饱和度情况下得出过饱和度的变化趋势，结合锤度信号，模糊算出锤度、过饱和度及体积的函数集；
（3）、采用二维模糊描述论域，建立模糊控制法则，实时监控供料、供汽状态、真空状态，紧跟前工段工况，预见性的设计一套模糊控制策略集，选取多个语言变量值；设计生成多个动作子集；根据组合设计多条不同的模糊控制规则来对系统各控制单元进行控制，从而实现间歇煮糖全过程自动控制。
2.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征是：所述自动控制系统对煮糖工艺过程的控制包括入料自动控制、压力自动控制、真空度自动控制、糖膏强制搅拌对流控制。
3.根据权利要求2所述的自动控制系统，其特征是：
所述入料自动控制的方式为：根据设定好的参数及曲线，建立过饱和度变化方向模糊控制数学模型，通过检测锤度，间接运算糖膏的过饱和度的变化趋势，实时监控入料、入汽压力、真空，实现自动控制种子进料控制阀、糖浆进料控制阀、甲洗蜜进料控制阀、热水控制阀，并综合调节蒸汽、真空，稳定入料浓度和液位，使系统控制的动态性能和静态性能均能满足生产工艺要求；
所述压力自动控制的方式为：通过对Ⅰ效蒸汽阀、Ⅱ效蒸汽阀、废汽蒸汽阀和蒸汽总阀自动控制，确保煮糖过程压力和温度的变化稳定符合设定的曲线；
所述真空度自动控制方式为：根据预先设定的参数控制抽真空阀，稳定真空度，稳定糖膏温度，稳定糖膏的对流及过饱和度；
所述糖膏强制搅拌对流控制的方法为：根据煮糖罐内糖膏的液位和锤度，控制搅拌叶自动启动、停止、高速、低速切换运行，保证罐内糖膏对流良好。
4.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征是：所述自动控制系统设有适合糖厂工艺流程的操作界面，设有手动/自动切换功能，设有良好的并行处理能力、数据存盘功能和报表功能。
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