CN110360838B - 用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其通过脱水机液位PID控制模块、气流干燥塔进风温度控制模块、气流干燥塔内负压PID控制模块和冷却塔内负压PID控制模块实现对脱水机液位、气流干燥塔进风温度、气流干燥塔内负压和冷却塔内负压的独立稳定控制，然后通过气流干燥塔排风温度PID控制模块将进料量与气流干燥塔排风温度建立PID控制关联，达到稳定、精确的气流干燥塔排风温度控制效果，实现产品含水量的稳定控制。

Description

用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法

技术领域：

本发明涉及一种控制产品水分含量方法，特别是涉及用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法。

背景技术：

气流干燥多用于如：马铃薯、木薯、玉米等各种淀粉干燥和其他由乳液状到粉状的干燥过程。目前，对于气流干燥水分控制一直没有很好的办法，主要依靠人工控制，部分工厂采用单一的自动控制办法，一直没有达到理想的控制效果。虽然对于水分含量标准具有国标限定，但各工厂产品水分含量忽高忽低，并不稳定。产品水分含量的稳定，取决于整套干燥系统排风温度的稳定，整套气流干燥水分控制系统的控制核心点就在于对排风温度的稳定控制。气流干燥塔排风温度控制多年以来之所以成为行业难点，就因为整套气流干燥系统中有蒸汽压力、进风温度、蒸发时间、进塔物料水分原始含量等诸多变量存在，而一直没有很好的解决办法。

产品水分含量不稳定进而给企业带来众多问题；产品水分含量高，超过水分含量标准，一方面会造成干燥塔堵料停产，另一方面，产品易结块、不易存放，不能满足客户要求，甚至被相关部门罚款，影响到品牌形象。产品水分含量低，不但影响产品光泽度，还会严重影响到工厂收率和效益，以每年生产10000吨的马铃薯淀粉厂为例：保守估算，产品水分偏低1个百分点，市价6500元/吨，则工厂一年直接损失为65万元。

如何将产品水分含量稳定控制在国家制定标准范围之内，并可以稳定趋于国标限制高点范围之内，保证产品质量的同时，使得企业利润最大化，是目前亟待解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于气流干燥系统的低成本、高效、稳定、精确控制产品水分含量的方法。

本发明的目的由如下技术方案实施：用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其包括PLC控制器、检测装置和执行机构，所述检测装置的信号输出端与PLC控制器的信号输入端连接，PLC控制器的信号输出端与所述执行机构的信号输入端连接；所述PLC控制器包括脱水机液位PID控制模块、气流干燥塔进风温度控制模块、气流干燥塔内负压PID控制模块、冷却塔内负压PID控制模块和气流干燥塔排风温度PID控制模块；其通过脱水机液位PID控制模块、气流干燥塔进风温度控制模块、气流干燥塔内负压PID控制模块和冷却塔内负压PID控制模块实现对脱水机液位、气流干燥塔进风温度、气流干燥塔内负压和冷却塔内负压的独立稳定控制，然后通过气流干燥塔排风温度PID控制模块将进料量与气流干燥塔排风温度建立PID控制关联，达到稳定、精确的气流干燥塔排风温度控制效果，实现产品含水量的稳定控制。

具体的，通过所述脱水机液位PID控制模块实现脱水机液位稳定的具体方法为：脱水机存料槽液位计检测到的实时脱水机存料槽液位值与脱水机存料槽液位设定值进行比较，当实时脱水机存料槽液位值低于脱水机存料槽液位设定值时，增加进水调节阀开度，增大进水量，直到脱水机存料槽液位恒定；当实时脱水机存料槽液位值高于脱水机存料槽液位设定值时，减小进水调节阀开度，减小进水量，直到液位恒定。

当脱水机存料槽液位值高于X2或低于Y2时，系统延时自动报警。X2和Y2为控制程序中可设定的值，用于灵活配置脱水机存料槽液位的上下限报警界限。控制脱水机存料槽液位恒定可保证真空转鼓沾料面积恒定。

具体的，通过所述气流干燥塔进风温度控制模块实现气流干燥塔进风温度稳定的具体控制方法包括：

(1)利用检测到的多组气流干燥塔进风温度与蒸汽进气管道压力值，建立气流干燥塔进风温度与蒸汽进气管道压力值之间的函数关系式A＝f(a)，并通过该函数关系式计算得到与气流干燥塔进风温度设定值相匹配的蒸汽进汽管道压力设定值；

(2)蒸汽管道压力传感器检测到的实时蒸汽进汽管道压力值与蒸汽进汽管道压力设定值进行比较，当实时蒸汽进汽管道压力值低于蒸汽进汽管道压力设定值时，增加蒸汽调节阀开度，增加蒸汽进汽量，直到压力恒定在蒸汽进汽管道压力设定值，进而实现进风温度恒定在进风温度设定值；当实时蒸汽进汽管道压力值高于蒸汽进汽管道压力设定值时，减小蒸汽调节阀开度，减少蒸汽进汽量，直到压力恒定在蒸汽进汽管道压力设定值，进而实现进风温度恒定在进风温度设定值。

温度-压力-调节阀，三者串级控制办法，优势在于：换热器温升、温降反应较慢，温度惯性较大，只依靠蒸汽调节阀控制温度容易出现控制迟缓或控制过冲；而利用压力作为中间传导参数，首先保证蒸汽压力稳定，然后控制温度，可进一步提高温度控制效果。

当气流干燥塔进风温度高于X3或低于Y3时，延时自动报警。X3和Y3为控制程序中可设定的值，用于灵活配置进气流干燥塔热空气的上下限报警界限。系统中PID控制运算的最终气流干燥塔进风温度设定值为：PID运算设定值+第一进风温度补偿值+第二进风温度补偿值。

当蒸汽调节阀开大到X4％或关小到Y4％时，如仍不能控制压力稳定则延时自动报警。X4和Y4为控制程序中可设定的值，用于灵活配置蒸汽调节阀异常开度范围报警提醒和自动识别锅炉房供气是否正常。当阀门开度大于正常范围，识别为锅炉房供汽压力偏低，继续此趋势可能会影响系统稳定；当阀门开度小于正常范围，识别为锅炉房供汽压力偏高，属于能源浪费。

具体的，通过所述气流干燥塔内负压PID控制模块实现气流干燥塔内微负压稳定的具体控制方法包括：微负压传感器检测到的实时微负压值与微负压设定值进行比较，当实时微负压值大于微负压设定值时，提高排风机转速，加大排风量，使气流干燥塔内微负压值降低，从而恒定在微负压设定值；当实时微负压值小于微负压设定值时，降低排风机转速，减小排风量，使气流干燥塔内压力升高，从而恒定在微负压设定值。

通过变频调节排风机转速使塔内微负压稳定，即塔内风速稳定。作用在于控制被烘干物料在塔内具有统一稳定的蒸发时间。塔内压力传感器采集的微负压值为负数，因此，不够：代表微负压值读数大于设定值；超过：代表微负压值读数小于设定值。当气流干燥塔内微负压小于X5或大于Y5时，延时自动报警，X5和Y5为控制程序中可设定的值，用于灵活搭配塔内微负压的上下限报警界限。

具体的，通过所述冷却塔内负压PID控制模块实现冷却塔内微负压稳定的具体控制方法包括：冷却塔内压力传感器检测到的冷却塔内实时压力值与冷却塔内压力设定值进行比较，当冷却塔内实时压力值大于冷却塔内压力设定值时，提高冷却风机转速，加大排风量，使冷却塔内压力降低，从而恒定在冷却塔内压力设定值；当冷却塔内实时压力值小于冷却塔内压力设定值时，降低冷却风机转速，减小排风量，使冷却塔内压力升高，从而恒定在微负压设定值。

具体的，通过所述气流干燥塔排风温度PID控制模块实现气流干燥塔排风温度稳定的具体控制方法包括：气流干燥塔排风温度传感器检测到的气流干燥塔实时排风温度与气流干燥塔排风温度设定值进行比较，当气流干燥塔实时排风温度大于气流干燥塔排风温度设定值时，增加进料调节阀开度，加大进料量，使气流干燥塔排风温度降低，从而恒定在气流干燥塔排风温度设定值；当气流干燥塔实时排风温度小于气流干燥塔排风温度设定值时，减少进料调节阀开度，减少进料量，使气流干燥塔排风温度升高，从而恒定在气流干燥塔排风温度设定值。当气流干燥塔实时排风温度大于X1或小于Y1时，系统自动报警，并自动停止向气流干燥塔进料和自动停止蒸汽；X1和Y1为控制程序可以配置的参数，如果超限表示系统运行异常或传感器异常。

优选的所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，还包括有转鼓电机频率控制模块，通过所述转鼓电机频率控制模块实现转鼓电机频率稳定调节的具体控制方法包括：利用检测到的多组进料调节阀开度与转鼓电机频率，建立进料调节阀开度与转鼓电机频率之间的函数关系式B＝g(b)，进料调节阀开度调节后，系统通过进料调节阀开度利用函数关系式B＝g(b)计算得到转鼓电机频率，进而对转鼓电机频率进行调节。

优选的，所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，还包括有第一气流干燥塔进风温度补偿模块，通过所述第一气流干燥塔进风温度补偿模块实现对气流干燥塔进风温度设定值进行补偿叠加的具体控制方法为：

(1)系统设定真空脱水机刮刀下料物水分含量最小值G1和真空脱水机刮刀下料物水分含量最大值G2；

(2)在G1到G2的增长过程中，建立气水分离罐负压值随真空脱水机刮刀下料物水分含量变化的函数关系P＝P(G),将检测到的气水分离罐负压值代入函数关系P＝P(G)中，系统计算得出真空脱水机刮刀下料物水分含量；

(3)利用检测到的多组真空脱水机刮刀下料物水分含量与第一进风温度补偿值，建立第一进风温度补偿值与真空脱水机刮刀下料物水分含量之间的函数关系式Q＝Q(G)，系统运行过程中，将系统计算得出的真空脱水机刮刀下料物水分含量代入函数关系式Q＝Q(G)中，系统计算得到第一进风温度补偿值；

(4)系统将第一进风温度补偿值与气流干燥塔进风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升进风温度，来平衡真空脱水机刮刀下料物水分含量的变化。

不同生产厂家的真空脱水机性能不同、滤布孔径大小选择不同、各区域和原料品种的粉状颗粒大小不同，因此，造成真空脱水机的连续高效工作时长不同(脱水性能会随时间增加而不断降低)。实际生产过程中会依据真空脱水机刮刀下料物水分含量确定这个时间长度，通常取值36％-42％之间，即只允许真空脱水机刮刀下料物的水分含量在36％-42％之间。起点36％主要决定于脱水机性能，而超过42％后则会对脱水机进行清洗。即脱水机刮刀下料物水分含量是从G1≈36到G2≈42之间随时间增加而均速增长。(G1和G2为控制程序在调试间断根据上述条件而配置的参数)在G1到G2的增长过程中，气水分离罐负压值会随之线性变化，控制程序把G1到G2的增长与气水分离罐负压值自动建立关联,从而使控制系统通过采集气水分离罐负压值即可获得由真空脱水机进入气流干燥塔物料的当前水分含量G，并自动根据G生成第一进风温度补偿值,第一进风温度补偿值与气流干燥塔进风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升进风温度，平衡脱水机刮刀下料水分含量的变化。

真空脱水机每次清洗完毕重新下料时，气流干燥塔会具有较高的温度，容易在气流干燥塔开始进料时生产出一部分较干产品。为避免和改善这一问题，系统进行如下控制：

1.真空脱水机下料后延时启动扬升器或喂料螺旋；

2.扬升器或喂料螺旋以高于正常速度启动；

3.扬升器或喂料螺旋转速根据储料量，由高到低线性降低一直到料仓料位采集值等于设定值。

原理：起始以较多湿物料进入气流干燥塔，迅速降低气流干燥塔温度到正常值范围。

优选的，所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，还包括有气流干燥塔排风温度补偿模块，通过所述气流干燥塔排风温度补偿模块实现对气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加的具体控制方法为：

(1)利用检测到的多组空气湿度与气流干燥塔排风温度补偿值，建立气流干燥塔排风温度补偿值与空气湿度之间的函数关系式W＝W(X)，系统将检测到的空气湿度代入函数关系W＝W(X)中，计算得出气流干燥塔排风温度补偿值；

(2)系统将气流干燥塔排风温度补偿值与气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升或降低气流干燥塔排风温度，来平衡空气湿度对产品水分含量的影响。

空气湿度增高，在同样的气流干燥塔排风温度下，产品水分含量会增高；空气湿度降低，在同样的气流干燥塔排风温度下，产品水分含量会增高。因此，控制系统在稳定控制气流干燥塔排风温度的情况下，会实时采集新鲜空气湿度，结合新鲜空气湿度自动进行配方控制修正如下：当新鲜空气湿度增高时，自动向上修正气流干燥塔排风温度控制值；当新鲜空气湿度降低时，自动向下修正气流干燥塔排风温度控制值，从而得到更稳定的产品水分含量。

优选的，用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，还包括有第二气流干燥塔进风温度补偿模块，通过所述第二气流干燥塔进风温度补偿模块实现对气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加的具体控制方法为：

(1)利用检测到的多组空气温度与第二气流干燥塔进风温度补偿值，建立第二气流干燥塔进风温度补偿值与空气温度之间的函数关系式Y＝Y(X)，系统将检测到的空气温度代入函数关系Y＝Y(X)中，计算得出第二气流干燥塔进风温度补偿值；

(2)系统将第二气流干燥塔进风温度补偿值与气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升或降低气流干燥塔排风温度，来平衡空气温度对产品水分含量的影响。

气流干燥过程中，室外空气温度是不容忽略的一个变量。一条中等规模(30-35吨/小时)的淀粉生产线，每小时的进风量在10-12万立方，甚至更多。加热这些空气时，不同的温度基数(进换热器的新鲜空气温度)对蒸汽的需求量有很大差别。季节温差、昼夜温差、早晚温差都是影响干燥水分控制的重要因素。在系统蒸汽阀门、湿淀粉进料量等所有关键点保持恒定不变的情况下，由于空气温度变化就会引发干燥后淀粉水分含量变化。

通过增加第二气流干燥塔进风温度补偿模块，实时不间断采集室外空气温度，经过第二气流干燥塔进风温度补偿值与空气温度之间的函数关系Y＝Y(X)运算，自动补偿控制差值，排除因室外空气温度变化引起的淀粉水分波动，进一步加强和优化产品淀粉水分含量的稳定性和一致性。

当系统收到生产线前段停料信号后，从乳液罐液位下限报警开始自动线性降低气流干燥塔进风温度设定值，缩减蒸汽用量；从脱水机料槽液位下限报警开始自动关闭蒸汽，利用换热器余热完成剩余物料干燥；这样可以最大限度减少断料后末端干粉量和尽可能节约蒸汽用量。

本申请中各报警点参数配置根据换热器大小、管线长短、生产线产能等因素存在差异，不为定值，均为控制系统的可配置参数，具体设定值在现场调试过程中产生并固定。

本申请中用于建立各函数关系式的检测参数均是在现场调试过程中产生，并进一步模拟建立各函数关系式。

本发明的优点在于：本发明通过先将整套气流干燥系统中其他变量全部控制稳定，最后将进料量与排风温度建立PID控制关联，配合各点配方控制补偿的方法，达到稳定、精确的排风温度控制效果，能够稳定控制产品含水量，实现了将产品水分含量稳定控制在国家制定标准范围之内，并可以稳定趋于国标限制高点范围之内，保证产品质量的同时，使得企业利润最大化；采用本发明控制方法大大降低了生产成本，稳定控制产品含水量避免能源浪费；提升和稳定产品质量，从而提升工厂品牌影响力和国内、国际化竞争力。本发明控制方法不仅可用于气流干燥系统的水分控制，还可应用于喷雾干燥和闪蒸干燥的水分控制。

附图说明：

图1为实施例1的系统结构示意图；

图2为实施例1的连接框图；

图3为实施例2的控制原理框图。

图中：乳液罐1、水箱2、真空脱水机3、气水分离罐4、进料单元5、气流干燥塔6、蒸汽源7、新鲜空气源8、换热器9、旋风收集器10、排风机11、PLC控制器12、脱水机存料槽液位计13、蒸汽管道压力传感器14、微负压传感器15、排风温度传感器16、乳液泵17、进水调节阀18、蒸汽调节阀19、进料调节阀20、冷却塔21、成品包装机22、冷却塔内压力传感器23、冷却风机24、转鼓电机25、搅拌电机26、气流干燥塔进风温度传感器27。

具体实施方式：

实施例1：

如图1、图2所示的一种气流干燥系统，其包括乳液罐1、水箱2、真空脱水机3、气水分离罐4、进料单元5、气流干燥塔6、蒸汽源7、新鲜空气源8、换热器9、旋风收集器10、排风机11、PLC控制器12、设于真空脱水机3内的脱水机存料槽液位计13、设于换热器9的蒸汽进汽口处的蒸汽管道压力传感器14、设于气流干燥塔6进气管道上的气流干燥塔进风温度传感器27、设于气流干燥塔6内的微负压传感器15以及设于气流干燥塔6出口管道上的排风温度传感器16；

乳液罐1的出口与真空脱水机3的乳液进口连接，在连接乳液罐1与真空脱水机3的管道上设有乳液泵17，真空脱水机3的气水出口与气水分离罐4的气水进口连接，真空脱水机3的湿淀粉出料口通过进料单元5与气流干燥塔6的进料口连接，蒸汽源7与换热器9的蒸汽进口连接，新鲜空气源8与换热器9的空气进口连接，换热器9的热空气出口与气流干燥塔6进气口连接，气流干燥塔6的出口与旋风收集器10的进口连接，旋风收集器10的排风口与排风机11连接；

水箱2的出水口与真空脱水机3的补水进口连接；

在连接水箱2与真空脱水机3的管道上设有进水调节阀18，在连接蒸汽源7与换热器9的管道上设有蒸汽调节阀19，在连接乳液罐1与真空脱水机3的管道上设有进料调节阀20；

脱水机存料槽液位计13、蒸汽管道压力传感器14、气流干燥塔进风温度传感器27、微负压传感器15及排风温度传感器16均与PLC控制器12的输入端连接；

PLC控制器12的输出端与进水调节阀18、蒸汽调节阀19、进料调节阀20、排风机11以及真空脱水机3的转鼓电机25连接。

其还包括冷却塔21、成品包装机22以及设于冷却塔21内的冷却塔内压力传感器23，旋风收集器10的出料口与冷却塔21的进料口连接，冷却塔21的出料口与成品包装机22的进料口连接；冷却塔内压力传感器23与PLC控制器12的输入端连接，冷却塔21的冷却风机24与PLC控制器12的输出端连接。

进料单元5为高速螺旋喂料机或扬升器。

其还包括搅拌电机26，搅拌电机26的电机轴通过搅拌轴与设于乳液罐1内的搅拌叶片相连接。

实施例2：

如图3所示，用于实施例1气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其包括PLC控制器12、检测装置和执行机构，检测装置的信号输出端与PLC控制器12的信号输入端连接，PLC控制器12的信号输出端与执行机构的信号输入端连接；其中，检测装置包括脱水机存料槽液位计13、气流干燥塔进风温度传感器27、蒸汽管道压力传感器14、微负压传感器15、冷却塔内压力传感器23和排风温度传感器16；执行机构包括：进水调节阀18，蒸汽调节阀19,排风机11，冷却风机24、转鼓电机25和进料调节阀20。

PLC控制器12为整套核心控制模块，作用在于采集和控制。中控计算机包括1台工控机，1-2台显示器，操作系统、组态软件和人机界面；所有设备运行状态显示、报警信息显示、控制回路参数、修正补偿参数、实时数据显示、历史数据查询等需要人机交互、会话的部分，由中控计算机完成。中控计算机为现有技术，在此不再过多累述。

PLC控制器12包括脱水机液位PID控制模块、气流干燥塔进风温度控制模块、第一气流干燥塔进风温度补偿模块、第二气流干燥塔进风温度补偿模块、气流干燥塔内负压PID控制模块、冷却塔内负压PID控制模块、气流干燥塔排风温度PID控制模块、转鼓电机频率控制模块和气流干燥塔排风温度补偿模块；其通过脱水机液位PID控制模块、气流干燥塔进风温度控制模块、气流干燥塔内负压PID控制模块和冷却塔内负压PID控制模块实现对脱水机液位、气流干燥塔进风温度、气流干燥塔内负压和冷却塔内负压的独立稳定控制，然后通过气流干燥塔排风温度PID控制模块将进料量与气流干燥塔排风温度建立PID控制关联，达到稳定、精确的气流干燥塔排风温度控制效果，实现产品含水量的稳定控制。

其中，通过脱水机液位PID控制模块实现脱水机液位稳定的具体方法为：脱水机存料槽液位计13检测到的实时脱水机存料槽液位值与脱水机存料槽液位设定值进行比较，当实时脱水机存料槽液位值低于脱水机存料槽液位设定值时，增加进水调节阀18开度，增大进水量，直到脱水机存料槽液位恒定；当实时脱水机存料槽液位值高于脱水机存料槽液位设定值时，减小进水调节阀18开度，减小进水量，直到液位恒定。

当脱水机存料槽液位值高于X2或低于Y2时，系统延时自动报警。X2和Y2为控制程序中可设定的值，用于灵活配置脱水机存料槽液位的上下限报警界限。控制脱水机存料槽液位恒定可保证真空转鼓沾料面积恒定。

通过气流干燥塔进风温度控制模块实现气流干燥塔进风温度稳定的具体控制方法包括：

(1)利用检测到的多组气流干燥塔进风温度与蒸汽进气管道压力值，建立气流干燥塔进风温度与蒸汽进气管道压力值之间的函数关系式A＝f(a)，并通过该函数关系式计算得到与气流干燥塔进风温度设定值相匹配的蒸汽进汽管道压力设定值；

(2)蒸汽管道压力传感器14检测到的实时蒸汽进汽管道压力值与蒸汽进汽管道压力设定值进行比较，当实时蒸汽进汽管道压力值低于蒸汽进汽管道压力设定值时，增加蒸汽调节阀19开度，增加蒸汽进汽量，直到压力恒定在蒸汽进汽管道压力设定值，进而实现进风温度恒定在进风温度设定值；当实时蒸汽进汽管道压力值高于蒸汽进汽管道压力设定值时，减小蒸汽调节阀19开度，减少蒸汽进汽量，直到压力恒定在蒸汽进汽管道压力设定值，进而实现进风温度恒定在进风温度设定值。

温度-压力-调节阀，三者串级控制办法，优势在于：换热器温升、温降反应较慢，温度惯性较大，只依靠蒸汽调节阀19控制温度容易出现控制迟缓或控制过冲；而利用压力作为中间传导参数，首先保证蒸汽压力稳定，然后控制温度，可进一步提高温度控制效果。

当气流干燥塔进风温度高于X3或低于Y3时，延时自动报警。X3和Y3为控制程序中可设定的值，用于灵活配置进气流干燥塔热空气的上下限报警界限。系统中PID控制运算的最终气流干燥塔进风温度设定值为：PID运算设定值+第一进风温度补偿值+第二进风温度补偿值。

当蒸汽调节阀开大到X4％或关小到Y4％时，如仍不能控制压力稳定则延时自动报警。X4和Y4为控制程序中可设定的值，用于灵活配置蒸汽调节阀19异常开度范围报警提醒和自动识别锅炉房供气是否正常。当蒸汽调节阀19开度大于正常范围，识别为锅炉房供汽压力偏低，继续此趋势可能会影响系统稳定；当蒸汽调节阀19开度小于正常范围，识别为锅炉房供汽压力偏高，属于能源浪费。

通过第一气流干燥塔进风温度补偿模块实现对气流干燥塔进风温度设定值进行补偿叠加的具体控制方法为：

(1)系统设定真空脱水机刮刀下料物水分含量最小值G1和真空脱水机刮刀下料物水分含量最大值G2；

(2)在G1到G2的增长过程中，建立气水分离罐负压值随真空脱水机刮刀下料物水分含量变化的函数关系P＝P(G),将检测到的气水分离罐负压值代入函数关系P＝P(G)中，系统计算得出真空脱水机刮刀下料物水分含量；

(3)利用检测到的多组真空脱水机刮刀下料物水分含量与第一进风温度补偿值，建立第一进风温度补偿值与真空脱水机刮刀下料物水分含量之间的函数关系式Q＝Q(G)，系统运行过程中，将系统计算得出的真空脱水机刮刀下料物水分含量代入函数关系式Q＝Q(G)中，系统计算得到第一进风温度补偿值；

(4)系统将第一进风温度补偿值与气流干燥塔进风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升进风温度，来平衡真空脱水机刮刀下料物水分含量的变化。

不同生产厂家的真空脱水机性能不同、滤布孔径大小选择不同、各区域和原料品种的粉状颗粒大小不同，因此，造成真空脱水机的连续高效工作时长不同(脱水性能会随时间增加而不断降低)。实际生产过程中会依据真空脱水机刮刀下料物水分含量确定这个时间长度，通常取值36％-42％之间，即只允许真空脱水机刮刀下料物的水分含量在36％-42％之间。起点36％主要决定于脱水机性能，而超过42％后则会对脱水机进行清洗。即脱水机刮刀下料物水分含量是从G1≈36到G2≈42之间随时间增加而均速增长。(G1和G2为控制程序在调试间断根据上述条件而配置的参数)在G1到G2的增长过程中，气水分离罐负压值会随之线性变化，控制程序把G1到G2的增长与气水分离罐负压值自动建立关联,从而使控制系统通过采集气水分离罐负压值即可获得由真空脱水机进入气流干燥塔物料的当前水分含量G，并自动根据G生成第一进风温度补偿值,第一进风温度补偿值与气流干燥塔进风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升进风温度，平衡脱水机刮刀下料水分含量的变化。

真空脱水机每次清洗完毕重新下料时，气流干燥塔会具有较高的温度，容易在气流干燥塔开始进料时生产出一部分较干产品。为避免和改善这一问题，系统进行如下控制：

1.真空脱水机下料后延时启动扬升器或喂料螺旋；

2.扬升器或喂料螺旋以高于正常速度启动；

3.扬升器或喂料螺旋转速根据储料量，由高到低线性降低一直到料仓料位采集值等于设定值。

原理：起始以较多湿物料进入气流干燥塔，迅速降低气流干燥塔温度到正常值范围。

通过第二气流干燥塔进风温度补偿模块实现对气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加的具体控制方法为：

(1)利用检测到的多组空气温度与第二气流干燥塔进风温度补偿值，建立第二气流干燥塔进风温度补偿值与空气温度之间的函数关系式Y＝Y(X)，系统将检测到的空气温度代入函数关系Y＝Y(X)中，计算得出第二气流干燥塔进风温度补偿值；

(2)系统将第二气流干燥塔进风温度补偿值与气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升或降低气流干燥塔排风温度，来平衡空气温度对产品水分含量的影响。

气流干燥过程中，室外空气温度是不容忽略的一个变量。一条中等规模(30-35吨/小时)的淀粉生产线，每小时的进风量在10-12万立方，甚至更多。加热这些空气时，不同的温度基数(进换热器的新鲜空气温度)对蒸汽的需求量有很大差别。季节温差、昼夜温差、早晚温差都是影响干燥水分控制的重要因素。在系统蒸汽阀门、湿淀粉进料量等所有关键点保持恒定不变的情况下，由于空气温度变化就会引发干燥后淀粉水分含量变化。

通过增加第二气流干燥塔进风温度补偿模块，实时不间断采集室外空气温度，经过第二气流干燥塔进风温度补偿值与空气温度之间的函数关系Y＝Y(X)运算，自动补偿控制差值，排除因室外空气温度变化引起的淀粉水分波动，进一步加强和优化产品淀粉水分含量的稳定性和一致性。

通过气流干燥塔内负压PID控制模块实现气流干燥塔内微负压稳定的具体控制方法包括：微负压传感器15检测到的实时微负压值与微负压设定值进行比较，当实时微负压值大于微负压设定值时，提高排风机11转速，加大排风量，使气流干燥塔6内微负压值降低，从而恒定在微负压设定值；当实时微负压值小于微负压设定值时，降低排风机11转速，减小排风量，使气流干燥塔6内压力升高，从而恒定在微负压设定值。

通过变频调节排风机11转速使塔内微负压稳定，即塔内风速稳定。作用在于控制被烘干物料在塔内具有统一稳定的蒸发时间。塔内压力传感器采集的微负压值为负数，因此，不够：代表微负压值读数大于设定值；超过：代表微负压值读数小于设定值。当气流干燥塔6内微负压小于X5或大于Y5时，延时自动报警，X5和Y5为控制程序中可设定的值，用于灵活搭配塔内微负压的上下限报警界限。

通过冷却塔内负压PID控制模块实现冷却塔内微负压稳定的具体控制方法包括：冷却塔内压力传感器23检测到的冷却塔21内实时压力值与冷却塔内压力设定值进行比较，当冷却塔内实时压力值大于冷却塔内压力设定值时，提高冷却风机24转速，加大排风量，使冷却塔21内压力降低，从而恒定在冷却塔内压力设定值；当冷却塔21内实时压力值小于冷却塔内压力设定值时，降低冷却风机24转速，减小排风量，使冷却塔21内压力升高，从而恒定在微负压设定值。

通过气流干燥塔排风温度PID控制模块实现气流干燥塔排风温度稳定的具体控制方法包括：气流干燥塔的排风温度传感器16检测到的气流干燥塔实时排风温度与气流干燥塔排风温度设定值进行比较，当气流干燥塔实时排风温度大于气流干燥塔排风温度设定值时，增加进料调节阀20开度，加大进料量，使气流干燥塔排风温度降低，从而恒定在气流干燥塔排风温度设定值；当气流干燥塔实时排风温度小于气流干燥塔排风温度设定值时，减少进料调节阀20开度，减少进料量，使气流干燥塔排风温度升高，从而恒定在气流干燥塔排风温度设定值。当气流干燥塔实时排风温度大于X1或小于Y1时，系统自动报警，并自动停止向气流干燥塔进料和自动停止蒸汽；X1和Y1为控制程序可以配置的参数，如果超限表示系统运行异常或传感器异常。

通过转鼓电机频率控制模块实现转鼓电机频率稳定调节的具体控制方法包括：利用检测到的多组进料调节阀开度与转鼓电机频率，建立进料调节阀开度与转鼓电机频率之间的函数关系式B＝g(b)，进料调节阀开度调节后，系统通过进料调节阀开度利用函数关系式B＝g(b)计算得到转鼓电机频率，进而对转鼓电机频率进行调节。

通过气流干燥塔排风温度补偿模块实现对气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加的具体控制方法为：

(1)利用检测到的多组空气湿度与气流干燥塔排风温度补偿值，建立气流干燥塔排风温度补偿值与空气湿度之间的函数关系式W＝W(X)，系统将检测到的空气湿度代入函数关系W＝W(X)中，计算得出气流干燥塔排风温度补偿值；

(2)系统将气流干燥塔排风温度补偿值与气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升或降低气流干燥塔排风温度，来平衡空气湿度对产品水分含量的影响。

空气湿度增高，在同样的气流干燥塔排风温度下，产品水分含量会增高；空气湿度降低，在同样的气流干燥塔排风温度下，产品水分含量会增高。因此，控制系统在稳定控制气流干燥塔排风温度的情况下，会实时采集新鲜空气湿度，结合新鲜空气湿度自动进行配方控制修正如下：当新鲜空气湿度增高时，自动向上修正气流干燥塔排风温度控制值；当新鲜空气湿度降低时，自动向下修正气流干燥塔排风温度控制值，从而得到更稳定的产品水分含量。

当系统收到生产线前段停料信号后，从乳液罐液位下限报警开始自动线性降低气流干燥塔进风温度设定值，缩减蒸汽用量；从脱水机料槽液位下限报警开始自动关闭蒸汽，利用换热器余热完成剩余物料干燥；这样可以最大限度减少断料后末端干粉量和尽可能节约蒸汽用量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其包括PLC控制器、检测装置和执行机构，所述检测装置的信号输出端与PLC控制器的信号输入端连接，PLC控制器的信号输出端与所述执行机构的信号输入端连接；其特征在于，所述PLC控制器包括脱水机液位PID控制模块、气流干燥塔进风温度控制模块、气流干燥塔内负压PID控制模块、冷却塔内负压PID控制模块和气流干燥塔排风温度PID控制模块；其通过脱水机液位PID控制模块、气流干燥塔进风温度控制模块、气流干燥塔内负压PID控制模块和冷却塔内负压PID控制模块实现对脱水机液位、气流干燥塔进风温度、气流干燥塔内负压和冷却塔内负压的独立稳定控制，然后通过气流干燥塔排风温度PID控制模块将进料量与气流干燥塔排风温度建立PID控制关联，达到稳定、精确的气流干燥塔排风温度控制效果，实现产品含水量的稳定控制；

通过所述气流干燥塔排风温度PID控制模块实现气流干燥塔排风温度稳定的具体控制方法包括：气流干燥塔排风温度传感器检测到的气流干燥塔实时排风温度与气流干燥塔排风温度设定值进行比较，当气流干燥塔实时排风温度大于气流干燥塔排风温度设定值时，增加进料调节阀开度，加大进料量，使气流干燥塔排风温度降低，从而恒定在气流干燥塔排风温度设定值；当气流干燥塔实时排风温度小于气流干燥塔排风温度设定值时，减少进料调节阀开度，减少进料量，使气流干燥塔排风温度升高，从而恒定在气流干燥塔排风温度设定值；

其还包括有第二气流干燥塔进风温度补偿模块，通过所述第二气流干燥塔进风温度补偿模块实现对气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加的具体控制方法为：

(1)利用检测到的多组空气温度与第二气流干燥塔进风温度补偿值，建立第二气流干燥塔进风温度补偿值与空气温度之间的函数关系式Y＝Y(X)，系统将检测到的空气温度代入函数关系Y＝Y(X)中，计算得出第二气流干燥塔进风温度补偿值；

(2)系统将第二气流干燥塔进风温度补偿值与气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升或降低气流干燥塔排风温度，来平衡空气温度对产品水分含量的影响。

2.根据权利要求1所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其特征在于，通过所述脱水机液位PID控制模块实现脱水机液位稳定的具体方法为：脱水机存料槽液位计检测到的实时脱水机存料槽液位值与脱水机存料槽液位设定值进行比较，当实时脱水机存料槽液位值低于脱水机存料槽液位设定值时，增加进水调节阀开度，增大进水量，直到脱水机存料槽液位恒定；当实时脱水机存料槽液位值高于脱水机存料槽液位设定值时，减小进水调节阀开度，减小进水量，直到液位恒定。

3.根据权利要求1所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其特征在于，通过所述气流干燥塔进风温度控制模块实现气流干燥塔进风温度稳定的具体控制方法包括：

(1)利用检测到的多组气流干燥塔进风温度与蒸汽进气管道压力值，建立气流干燥塔进风温度与蒸汽进气管道压力值之间的函数关系式A＝f(a)，并通过该函数关系式计算得到与气流干燥塔进风温度设定值相匹配的蒸汽进汽管道压力设定值；

(2)蒸汽管道压力传感器检测到的实时蒸汽进汽管道压力值与蒸汽进汽管道压力设定值进行比较，当实时蒸汽进汽管道压力值低于蒸汽进汽管道压力设定值时，增加蒸汽调节阀开度，增加蒸汽进汽量，直到压力恒定在蒸汽进汽管道压力设定值，进而实现进风温度恒定在进风温度设定值；当实时蒸汽进汽管道压力值高于蒸汽进汽管道压力设定值时，减小蒸汽调节阀开度，减少蒸汽进汽量，直到压力恒定在蒸汽进汽管道压力设定值，进而实现进风温度恒定在进风温度设定值。

4.根据权利要求1所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其特征在于，通过所述气流干燥塔内负压PID控制模块实现气流干燥塔内微负压稳定的具体控制方法包括：微负压传感器检测到的实时微负压值与微负压设定值进行比较，当实时微负压值大于微负压设定值时，提高排风机转速，加大排风量，使气流干燥塔内微负压值降低，从而恒定在微负压设定值；当实时微负压值小于微负压设定值时，降低排风机转速，减小排风量，使气流干燥塔内压力升高，从而恒定在微负压设定值。

5.根据权利要求1所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其特征在于，通过所述冷却塔内负压PID控制模块实现冷却塔内微负压稳定的具体控制方法包括：冷却塔内压力传感器检测到的冷却塔内实时压力值与冷却塔内压力设定值进行比较，当冷却塔内实时压力值大于冷却塔内压力设定值时，提高冷却风机转速，加大排风量，使冷却塔内压力降低，从而恒定在冷却塔内压力设定值；当冷却塔内实时压力值小于冷却塔内压力设定值时，降低冷却风机转速，减小排风量，使冷却塔内压力升高，从而恒定在微负压设定值。

6.根据权利要求1所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其特征在于，其还包括有转鼓电机频率控制模块，通过所述转鼓电机频率控制模块实现转鼓电机频率稳定调节的具体控制方法包括：利用检测到的多组进料调节阀开度与转鼓电机频率，建立进料调节阀开度与转鼓电机频率之间的函数关系式B＝g(b)，进料调节阀开度调节后，系统通过进料调节阀开度利用函数关系式B＝g(b)计算得到转鼓电机频率，进而对转鼓电机频率进行调节。

7.根据权利要求3所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其特征在于，其还包括有第一气流干燥塔进风温度补偿模块，通过所述第一气流干燥塔进风温度补偿模块实现对气流干燥塔进风温度设定值进行补偿叠加的具体控制方法为：

(1)系统设定真空脱水机刮刀下料物水分含量最小值G1和真空脱水机刮刀下料物水分含量最大值G2；

(2)在G1到G2的增长过程中，建立气水分离罐负压值随真空脱水机刮刀下料物水分含量变化的函数关系P＝P(G),将检测到的气水分离罐负压值代入函数关系P＝P(G)中，系统计算得出真空脱水机刮刀下料物水分含量；

(3)利用检测到的多组真空脱水机刮刀下料物水分含量与第一进风温度补偿值，建立第一进风温度补偿值与真空脱水机刮刀下料物水分含量之间的函数关系式Q＝Q(G)，系统运行过程中，将系统计算得出的真空脱水机刮刀下料物水分含量代入函数关系式Q＝Q(G)中，系统计算得到第一进风温度补偿值；

(4)系统将第一进风温度补偿值与气流干燥塔进风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升进风温度，来平衡真空脱水机刮刀下料物水分含量的变化。

8.根据权利要求1所述的用于气流干燥系统的稳定控制产品水分含量方法，其特征在于，其还包括有气流干燥塔排风温度补偿模块，通过所述气流干燥塔排风温度补偿模块实现对气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加的具体控制方法为：

(1)利用检测到的多组空气湿度与气流干燥塔排风温度补偿值，建立气流干燥塔排风温度补偿值与空气湿度之间的函数关系式W＝W(X)，系统将检测到的空气湿度代入函数关系W＝W(X)中，计算得出气流干燥塔排风温度补偿值；

(2)系统将气流干燥塔排风温度补偿值与气流干燥塔排风温度设定值进行补偿叠加，通过自动提升或降低气流干燥塔排风温度，来平衡空气湿度对产品水分含量的影响。

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