CN112034809A - 一种淀粉水分控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淀粉水分控制方法及系统,包括:根据预先建立的水分预测控制模型,获取与目标水分值对应的干燥温度;通过干燥温度来干燥湿淀粉;获取干燥后的淀粉水分;判断干燥后的淀粉水分是否满足目标水分值;若否,则调整干燥温度。其中水分预测控制模型内具有目标水分值和干燥温度一一对应的关系,当选定需要的目标水分值时,即可获知与该目标水分值相对应的干燥温度,因此在干燥湿淀粉时,可避免温度调节滞后的问题,其次通过对与淀粉水分相关的其它数据进行实时预测,优化调整,可克服干扰因素对淀粉水分的影响,从而保证淀粉水分的稳定,进而提高了淀粉质量。
Description
技术领域
本发明涉及过程控制技术领域,特别是涉及一种淀粉水分控制方法及系统。
背景技术
淀粉水分是淀粉生产中的关键参数,其关系到淀粉的质量和生产效益。在实际生产中,淀粉水分控制系统具有多变量强耦合、大惯性大滞后等特点。以偏差调节为基础的常规PID调节或人工手动调节很难满足淀粉生产对水分稳定的要求。
因此,如何保证淀粉水分的稳定,是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种淀粉水分控制方法,可以有效解决淀粉生产时水分稳定性差而导致淀粉质量差和生产效益低的问题,另一个目的是提供一种淀粉水分控制系统。
为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:
一种淀粉水分控制方法,包括:
根据预先建立的水分预测控制模型,获取与目标水分值对应的干燥温度;
通过所述干燥温度来干燥湿淀粉;
获取干燥后的淀粉水分;
判断干燥后的淀粉水分是否满足目标水分值;
若否,则调整所述干燥温度。
优选地,所述预先建立的水分预测控制模型的建模过程为:
获取湿淀粉喂料实验数据和干燥温度实验数据以及与所述湿淀粉喂料实验数据和所述干燥温度实验数据相对应的淀粉水分实验数据;
根据所述湿淀粉喂料实验数据和所述干燥温度实验数据和所述淀粉水分实验数据,建立所述水分预测控制模型。
优选地,所述湿淀粉喂料实验数据为给料螺旋变频器实验转速,所述干燥温度实验数据为空气加热器实验温度。
优选地,在获取干燥后的淀粉水分的同时,获取喂料螺旋变频器转速数据、破碎盘称重数据、空气加热器温度数据和引风机入口温度数据,当所述喂料螺旋变频器转速数据、所述破碎盘称重数据、所述空气加热器温度数据和所述引风机入口温度数据不满足预设值时,对其进行调整,以使干燥后的淀粉水分满足目标水分值。
优选地,在获取干燥后的淀粉水分的同时,获取蒸汽调节阀开度数据,所述调整所述干燥温度具体为:调整蒸汽调节阀开度。
一种淀粉水分控制系统,包括:
数据处理模块,用于根据预先建立的水分预测控制模型,获取与目标水分值对应的干燥温度;
淀粉干燥模块,用于通过所述干燥温度来干燥湿淀粉;
数据获取模块,用于获取干燥后的淀粉水分;
控制模块,用于根据所述淀粉水分控制所述干燥温度。
优选地,所述数据处理模块为APC系统,所述控制模块为DCS系统。所述APC系统通过数据传输模块与所述DCS系统连接。
优选地,所述数据获取模块包括淀粉水分检测仪和喂料螺旋变频器转速检测仪。
优选地,所述数据获取模块还包括蒸汽调节阀开度检测仪。
优选地,所述数据获取模块还包括破碎盘称重检测仪、空气加热器温度检测仪和引风机入口温度检测仪。
与现有技术相比,上述技术方案具有以下优点:
本发明所提供的一种淀粉水分控制方法及系统,包括:根据预先建立的水分预测控制模型,获取与目标水分值对应的干燥温度;通过干燥温度来干燥湿淀粉;获取干燥后的淀粉水分;判断干燥后的淀粉水分是否满足目标水分值;若否,则调整干燥温度。其中水分预测控制模型内具有目标水分值和干燥温度一一对应的关系,当选定需要的目标水分值时,即可获知与该目标水分值相对应的干燥温度,因此在干燥湿淀粉时,可避免温度调节滞后的问题,其次通过对与淀粉水分相关的其它数据进行实时预测,优化调整,可克服干扰因素对淀粉水分的影响,从而保证淀粉水分的稳定,进而提高了淀粉质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种淀粉水分控制方法的流程图;
图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种淀粉水分控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
请参考图1,图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种淀粉水分控制方法的流程图。
本发明的一种具体实施方式提供了一种淀粉水分控制方法,包括以下步骤:
S100:根据预先建立的水分预测控制模型,获取与目标水分值对应的干燥温度。其中水分预测控制模型内具有目标水分值和干燥温度一一对应的关系,当选定需要的目标水分值时,即可获知与该目标水分值相对应的干燥温度,因此在干燥湿淀粉时,可避免温度调节滞后的问题,进而提高了淀粉质量。
S200:通过干燥温度来干燥湿淀粉。淀粉的干燥工艺具体为:淀粉乳通过刮刀离心机脱水后变为湿淀粉,湿淀粉由湿淀粉皮带机转运至破碎盘破碎,破碎盘装有称重仪,可实时测量湿淀粉重量;破碎后的湿淀粉由喂料螺旋输送给抛料器,抛料器将湿淀粉抛至干燥风室,湿淀粉在干燥风室中被干燥的热空气干燥脱水,最后通过引风机在分离器中沉降收集干燥后的淀粉,分离器出口装有远红外水分测量仪,可实时对淀粉水分进行测量。其中空气加热器用于给干燥风室提供热风,通过控制空气加热器换热蒸汽阀开度,可实现对空气加热器空气温度的控制。
S300:获取干燥后的淀粉水分。在具体的干燥过程中,还会获取湿淀粉的给料量信息,其中可通过破碎盘上设置的称重仪来检测给料量,另外还会获取喂料螺旋变频器转速数据、空气加热器温度数据、蒸汽调节阀开度数据和引风机入口温度数据等各种现场设备的数据,其中可通过DCS系统进行采集与控制。当喂料螺旋变频器转速数据、破碎盘称重数据、空气加热器温度数据和引风机入口温度数据不满足预设值时,对其进行调整,以使干燥后的淀粉水分是否满足目标水分值。通过结合破碎盘称重、喂料螺旋变频器转速、空气加热器温度、引风机入口温度对淀粉水分的影响,实时预测,优化调整,进而克服各种干扰因素,从而达到提高淀粉质量的目的。此外通过提高自动化水平,可降低操作人员的劳动强度。
S400:判断干燥后的淀粉水分是否满足目标水分值。
若否,则进入下一步骤:
S500:调整干燥温度。直到淀粉水分与目标水分值一致为止。其中淀粉水分还与喂料量有关,在调整淀粉水分时,可根据水分预测控制模型适当调整喂料量,以使淀粉水分与干燥温度和喂料量一一对应。
在上述实施例中,DCS系统获取到的各种数据通过OPC接口与APC系统进行交换。APC系统通过DCS系统对给料螺旋变频器转速和蒸汽调节阀开度进行控制,通过扰动实验采集各种信号,各种信号通过APC软件进行复杂的解耦运算获得淀粉水分控制对象的水分预测控制模型,水分预测控制模型可根据采集的信号分析推算出目标水分值所对应的干燥温度,干燥温度与采集到的温度值进行比对后,通过DCS系统对蒸汽调节阀开度进行调节,以使测得的淀粉水分与目标水分值一致。
其中,预先建立的水分预测控制模型的建模过程为:
首先通过实验建模方式建立淀粉水分与空气加热器温度数据模型,通过喂料螺旋变频器转速和空气加热器温度扰动实验,用HOLLiAS_DataSAP软件记录下实验数据,使用HOLLiAS_SysID软件建立模型。实验前提是工况稳定,其他影响水分因素不变的情况下,通过增减喂料螺旋变频器转速和空气加热器温度完成实验。通过该方式可以获取湿淀粉喂料实验数据和干燥温度实验数据以及与湿淀粉喂料实验数据和干燥温度实验数据相对应的淀粉水分实验数据;然后根据湿淀粉喂料实验数据和干燥温度实验数据和淀粉水分实验数据,建立水分预测控制模型。
在HOLLiAS_SysID系统辨识软件中使用创建工程、导入数据菜单,将通过HOLLiAS_DataSAP记录实验数据导入所建文件下。
创建辨识数据对象:输入选取空气加热器温度和喂料螺旋变频器转速曲线,输出选淀粉水分曲线,并设置合理的数据个数范围,数据范围要包含所有的实验数据。
数据预处理:在输入变量数据变化之前选取合适的输出变量数据为其稳态数值。其中系统的检测变量包括破碎盘称重、空气加热器温度、淀粉水分和引风机入口温度,操作变量包括喂料螺旋变频器转速和蒸汽调节阀开度,控制变量为淀粉水分设定值。
辨识验证数据提取:是指辨识数据和验证数据的选择提取,数据经过预处理后,成为有效的可辨识数据对象。从数据对象中选择提取两部分数据:一部分作为辨识数据,用于模型辨识;另一部分作为验证数据。
非参数辨识:主要包括模型阶跃响应和模型计算延时值。阶跃响应模型辨识就是从辨识数据直接获取对象的阶跃响应数据及阶跃响应曲线,以便初步观察估计模型可能的结构形式、阶次以及延迟的大小。根据预处理数据估计输入数据曲线变化后输出数据曲变化的延时时间段,使用估计延时按钮由软件计算出延时时间,生成的函数中保存的是计算好的延时参数。在估计延时时请注意曲线中延时和惯性的区别。
状态空间模型辨识:利用子空间辨识算法,辨识得出离散状态空间模型对象。辨识验证数据来源于辨识验证数据提取操作,延迟数据来源于非参数辨识操作:根据非参数辨识过程可判断是否延时,在输入延时选择条中选择非参数辨识生成的数据,在起始阶次和终止阶次数据框填入估计阶次。使用辨识按钮根据数据创建相应阶次函数。
选择生成的空间模型,选择模型验证,进行模型验证,在模型验证画面选择需验证空间模型与选中模型的验证数据使用模型匹配度计算按钮验证。模型的匹配度计算,看验证数据的曲线与辨识出来的模型计算出来的曲线是否吻合,两条线越吻合,匹配度也就越高,辨识出来的模型质量越好、越稳定。
系统模型合并:一般一个工业控制系统,大部分是一个多输入多输出的复杂系统,在本系统中,把一个多输入多输出的系统,分成多个多输入单输出对象(也就是建多个辨识对象),比如:一个3输入2输出的对象,可以把它拆分成2个3输入1输出的对象,然后对每个对象分别进行辨识,得到模型后在进行合并。这样得到的总的对象模型会更好,更稳健。注意合并模型的采样时间必须一致,空间模型合并矩阵中行应为同一输出变量模型,列应为同一输入变量模型。
将生成的模型需使用ApcModel工具进行等价处理,变为可控可观的水分预测控制模型,导入APC软件中使用。
本发明的一个实施例还提供了一种淀粉水分控制系统,包括:
数据处理模块,用于根据预先建立的水分预测控制模型,获取与目标水分值对应的干燥温度;
淀粉干燥模块,用于通过干燥温度来干燥湿淀粉。其中优选通过空气加热器给干燥风室通入热风来干燥湿淀粉。
数据获取模块,用于获取干燥后的淀粉水分。在实际干燥过程中,还会获取湿淀粉的给料量信息,其中可通过破碎盘上设置的称重仪来检测给料量,另外还会获取喂料螺旋变频器转速数据、空气加热器温度数据、蒸汽调节阀开度数据和引风机入口温度数据等各种现场设备的数据。
控制模块,用于根据淀粉水分控制干燥温度,例如当检测到的淀粉水分与设定的目标淀粉水分不一致时,可改变干燥温度进行调整。
其中,请参考图2,数据处理模块为APC系统1,控制模块为DCS系统3。APC系统1通过数据传输模块与DCS系统3连接,例如可通过OPC接口2实现APC系统1与DCS系统3之间的通信,DCS系统3与现场设备4通信连接,现场设备4为与淀粉水分相关的设备,例如破碎盘称重、喂料螺旋变频器、空气加热器、引风机、水分检测仪等。
DCS系统3的控制由称重转速前馈校正器、称重温度前馈校正器、转速控制器、温度控制器四个控制器组成。称重转速前馈校正器用于通过称重信号的变化来校正喂料螺旋变频器转速,称重温度前馈校正器通过称重信号的变化来校正温度控制器的设定值,转速控制器用来调整喂料螺旋变频器转速,温度控制器控制蒸汽调节阀开度以使温度控制在APC系统1给定的设定值。
其中,数据获取模块包括淀粉水分检测仪和喂料螺旋变频器转速检测仪、蒸汽调节阀开度检测仪、破碎盘称重检测仪、空气加热器温度检测仪和引风机入口温度检测仪。
上述检测仪将检测到的信号输送至DCS系统3,DCS系统3获取到的各种数据通过OPC接口2与APC系统1进行交换。APC系统1通过DCS系统3对给料螺旋变频器转速和蒸汽调节阀开度进行控制,通过扰动实验采集各种信号,各种信号通过APC软件进行复杂的解耦运算获得淀粉水分控制对象的水分预测控制模型,水分预测控制模型可根据采集的信号分析推算出目标水分值所对应的干燥温度,干燥温度与采集到的温度值进行比对后,通过DCS系统3对蒸汽调节阀开度进行调节,以使测得的淀粉水分与目标水分值一致。其中水分预测控制模型综合考虑了破碎盘称重、喂料螺旋变频器转速、空气加热器温度、引风机入口温度对淀粉水分的影响,因此可提供准确的干燥温度来干燥湿淀粉,避免了淀粉水分调节滞后的问题。
需要说明的是,在本文中,诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种淀粉水分控制方法,其特征在于,包括:
根据预先建立的水分预测控制模型,获取与目标水分值对应的干燥温度;
通过所述干燥温度来干燥湿淀粉;
获取干燥后的淀粉水分;
判断干燥后的淀粉水分是否满足目标水分值;
若否,则调整所述干燥温度。
2.根据权利要求1所述的淀粉水分控制方法,其特征在于,所述预先建立的水分预测控制模型的建模过程为:
获取湿淀粉喂料实验数据和干燥温度实验数据以及与所述湿淀粉喂料实验数据和所述干燥温度实验数据相对应的淀粉水分实验数据;
根据所述湿淀粉喂料实验数据和所述干燥温度实验数据和所述淀粉水分实验数据,建立所述水分预测控制模型。
3.根据权利要求2所述的淀粉水分控制方法,其特征在于,所述湿淀粉喂料实验数据为给料螺旋变频器实验转速,所述干燥温度实验数据为空气加热器实验温度。
4.根据权利要求1所述的淀粉水分控制方法,其特征在于,在获取干燥后的淀粉水分的同时,获取喂料螺旋变频器转速数据、破碎盘称重数据、空气加热器温度数据和引风机入口温度数据,当所述喂料螺旋变频器转速数据、所述破碎盘称重数据、所述空气加热器温度数据和所述引风机入口温度数据不满足预设值时,对其进行调整,以使干燥后的淀粉水分是否满足目标水分值。
5.根据权利要求4所述的淀粉水分控制方法,其特征在于,在获取干燥后的淀粉水分的同时,获取蒸汽调节阀开度数据,所述调整所述干燥温度具体为:调整蒸汽调节阀开度。
6.一种淀粉水分控制系统,其特征在于,包括:
数据处理模块,用于根据预先建立的水分预测控制模型,获取与目标水分值对应的干燥温度;
淀粉干燥模块,用于通过所述干燥温度来干燥湿淀粉;
数据获取模块,用于获取干燥后的淀粉水分;
控制模块,用于根据所述淀粉水分控制所述干燥温度。
7.根据权利要求6所述的淀粉水分控制系统,其特征在于,所述数据处理模块为APC系统,所述控制模块为DCS系统。所述APC系统通过数据传输模块与所述DCS系统连接。
8.根据权利要求6所述的淀粉水分控制系统,其特征在于,所述数据获取模块包括淀粉水分检测仪和喂料螺旋变频器转速检测仪。
9.根据权利要求8所述的淀粉水分控制系统,其特征在于,所述数据获取模块还包括蒸汽调节阀开度检测仪。
10.根据权利要求9所述的淀粉水分控制系统,其特征在于,所述数据获取模块还包括破碎盘称重检测仪、空气加热器温度检测仪和引风机入口温度检测仪。
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