CN1126931C - 在生产“面制品”的工厂中用于优化过程控制和监视的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于优化生产面制品的过程控制和过程监视的方法和设备。本发明的目的在于改进干燥控制并降低次品率。为达到该目的，提供了一种采用了在线传感器(9)和智能软件技术的干燥器湿度调节器。
Description
技术领域
本发明涉及一种在生产面制品(小麦粉)、尤其是长和短的面条制品的工厂中用于优化过程控制和监视的方法以及用于实施该方法的设备。
背景技术
面制品(pasta product)的工业生产已经以相对较高的自动化程度来进行。这涉及例如挤压原始面制品的部分过程及面制品的干燥和冷却。因此，EP-A-O129 892 B1披露了一种通过控制面制品的加热、湿润、干燥和冷却来连续地干燥长的面制品的方法。温度/时间状态在涡轮系统中是被指定的。EP-A-O540 699 B1披露了更加改进了的用于调节制品湿度以避免面制品在干燥之后和在包装期间破裂的方法。温度和空气湿度是受控的。这样，在最后的烘干区域期间并且同时面制品仍然是热的时，再次在它们的表面喷洒水，从而该面制品的温度在施加水之后被立即降低到60℃以下。EP-A-O322 053 B1提出了一种采用了“Aw”值的类似的解决方案。
例如在EP-A-O426 766 B1或DE44 17 357 A1中披露了呈混合揉面机形式的用于生产原始面制品的自动挤压机，该揉面机具有两根工作轴，这些工作轴具有交替的搓揉蜗杆和剪切元件。
技术工序和部分工艺参数可以被用作控制数据。对于传感器来说，例如温度和湿度传感器、转速指示器或压力传感器是公知的。但是，由于原材料数值、机器磨损或传感器偏差是变化的，所以就不可能进行在线优化。已知的问题涉及原材料(面粉和粗粒小麦粉等方面的质量和湿度变化)、环境温度条件、原始生面团湿度和干燥条件的波动，还涉及操作人员的熟练程度、不稳定的机器性能以及其他因素。
还有，在干燥器的潮热氛围内以及在不同制品上的在线测量也存在着很多问题。
DE-44 33 593 A1披露了一种用于控制挤出机的方法，其中根据经验数据或专业知识建立标称值规范，其设定值取决于产品质量。通过这些标称值规范来优化和建立工作点，并且设定结合进机器控制的调节器。该调节器可以是用于过程控制的模糊逻辑调节器。在输入并存储好被确定的数据之后，自动地采取用于特定控制系统的校准并且产生出特定的校正值，后者采用了结合进调节环境的代码发生器。
为了实施该方法，在喷嘴和挤出机的蜗杆输送器的端部之间安装了在线粘度传感器。
DE-197 34 711 C1披露了一种具有时间离散的动态模糊控制部件的调节器，其中可以建立适用于所要求的调节行为的非线性过程。
DE-196 18 900 A1披露了一种用于控制和调节呈条状形式的材料(尤其是受到一股气态处理介质作用的织物条)的热处理的方法。根据本领域专家的知识，调节策略被单独地指定，该策略由公知的模糊逻辑调节器来实施。这样，特定的过程参数例如在干燥器的入口和出口处的材料温度、空气循环温度以及在入口和出口处的材料湿度被确定并用作模糊调节器的输入。模糊调节器的输出用来控制所述材料的产出速度。
在DE-44 35 808 A1中披露了一种类似的方法。在这里，在用于干燥被压缩的薄片的过程中，通过重量分析确定这些薄片的含水量。通过重量分析确定的含水量和其它参数(例如温度值或被压缩薄片的数量)被传送给模糊逻辑装置的输入端。来自模糊装置的输出信号被用作考虑了变化的含水量的薄片干燥过程的控制信号。
US-A-5 619 614披露了一种用于自动洗衣店的投币式洗衣机和投币式洗衣店干燥器的模糊逻辑控制系统，从而可以控制洗衣和干燥过程的工作参数。
发明内容
本发明的目的在于研制出一种在生产面制品(尤其是短的和长的面制品等)的工厂中用于各部分过程的过程控制的优化方法，该方法能够通过智能软件技术来改善挤压机和干燥器的控制以及过程监视。其具体的目的在于实现更简单的调节器校准并减少次品。
为达到上述目的，本发明提出一种用于优化生产面制品、特别是生产长的或短的面制品的过程的控制和监视的方法，其中原材料在混合器/揉面机中被充分地搓揉，并且从蜗杆挤压机中以潮湿的塑性生面团条的形式挤出原始面制品，该原始面制品穿过被不同程度地加热和/或具有不同湿度的干燥区域，并经过最终干燥化处理，随后被冷却，并稳定在其最终湿度小于14％的形状中，其中，通过智能软件技术来进行自动的自控制和调节制品质量的调节，从而优于在面制品的生产过程中的传统控制系统和线路控制，这样所述过程控制和监视遍布所有的处理过程，并且通过统计及智能的软件技术在过程参数和制品的特性之间建立起模型。可见，本发明的目的是通过以下方式实现的，即采用智能软件技术例如用于最终产品湿度的虚拟传感器(也被称作“软件传感器”)并调节被加入到挤压机的给定量的水。最终制品的湿度可以被保持在可允许的限制范围之内。直到现在还不可能在干燥器中获得有关制品状态的信息。另外，在干燥器中用于制品湿度测量和/或重量损失测量的在线传感器使得能够控制环境温度和制品湿度曲线。
本发明是基于这样的认识被发明的，各部分过程是相互依赖的，从而逐点优化基本没有任何成功的希望。其基础是制品特性和机器性能之间的相互作用。考虑到这一点，通过统计和智能的软件技术来在过程参数(机器设置值、原材料、配方混合物)和制品特性(例如，湿度、颜色、粘度)之间建立起模型。
智能软件技术(也被称为“软件计算”)包括这些技术，例如专家系统、神经网络、模糊逻辑以及遗传算法(进化算法)。这些技术例如在P.Auer所写的文章“自动化过程中的软件计算”(E1ektronik34/1998)中被披露了。
通过结合这些技术(例如神经模糊技术)，从而产生出混合模型，该模型能够考虑到已有的专业知识(例如通过模糊规则)以及经验数据(例如通过统计测试计划和过程试验产生出并且在神经网络中被模拟)。另外，这些模型可以与普通的解析模型结合(例如，根据物理模型或回归计算)并且也可以被称为混合。
具体地说，新方法也变得是可行的，它们使得模型能够自动生成(例如，通过遗传算法或从过程数据中生成的模糊规则，神经网络的结构和参数可以自动生成)。这使得自适应的在线模型应用更加容易。
通过这些模型就可能针对产品特性、过程参数甚至成本(原材料成本、操作成本)进行优化，从而使得能够进行目标取向的基于模型的自适应控制。具体地说，这样非线性系统也更加有效地进行调节。
本发明另一个目的在于提供一种用于实施该方法的设备。
所得到的是一种用于生产面制品的自适应调节系统，涉及原始面制品的挤压以及它们的干燥/冷却。虽然用于简单过程的适应性调节系统是已知的，但是这些还不能被扩展到这样复杂的过程中。
可以采用已有的传感器。
同样，可以用机电的和自学调节器来代替在干燥器中用于环境调节的已知的电动气动控制。
另外，通过考虑室内环境来实现从干燥器/冷却设备到室内环境的平缓过渡，从而使制品中的应力及其变形以及面制品的破碎最小化。
通过在线调节系统，过程中断自动地由可复制的直接的或虚拟的制品湿度的在线测量值来进行补偿。通过测量室内环境并且适应在单个区域中的干燥器环境，从而能够使最终制品稳定，尤其是还能降低最终制品在到贮藏室的途中的破碎频率。
在线调节系统使得能够在生产期间以及在出现过程中断的情况下使制品的最终质量长时间保持在稳定的水平上。具体地说，与制品相关的控制量值(例如制品湿度)被调节。任何控制量值应该是可测量的并且应该减少错误的量值。对于最终制品的稳定性而言，在单个干燥器区域环境的在线控制中应该考虑到环境温度，并且如果需要的话在制品的通风中也要考虑到。该面制品挤压机也可以被用作用于制品特性(例如生面团湿度和生面团稠度)的传感器。
配方助理自动地提供具体所要求的制品特性的配方数值的第一技术规范。为此从制品的技术规范中产生出初始的配方数值。基于所学习的数据、专业知识以及物理环境，进行模型化过程，并且从所述技术规范中计算出配方数值。当制品变化时，进行比较以确定用于新的制品技术规范的配方数值是否充分类似。
随后的配方优化通过细微地调节第一配方技术规范来进行，并且进行诊断来辨认并区别出粗略的误差，从而操作者接收到哪个误差需要控制和校正的指示。
在配方优化阶段中，在配方被首先使用时初始数值被优化，并且与目标数值的偏差和调节量值变量之间的关系被模型化。操作者能够将目标标准设定到所要求的数值上，并且新的调节量值可以被自动地设定。也可以进行手动修改。
附图说明
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行更详细的说明，其中：
图1为在面制品挤压设备中的大致流程。
图2为在干燥器/冷却器中的大致流程。
具体实施方式
原材料从配料装置1进入混合揉面机2例如在EP-A-O426 766 B1中所披露的类型之一，在配料装置中粗粒小麦粉和/或面粉以及水和添加物被计量并混合，在混合揉面机中将原材料充分混合并搓揉成原始的生面团。
在混合和搓揉过程的最后，该原始的生面团进入混合揉面机2的蜗杆挤压机3，通过该蜗杆挤压机生产出原始的面制品。在生产长制品的情况中，其后设有扩散器4。
之后，含水量大约为30％的湿原始面制品进入振动干燥器5，并随后进入预干燥器6和最终干燥器7和冷却器8，在其中进行如EP-A-129892和/或EP-A-540699所述的干燥过程。面制品从冷却器中出来时其湿度通常为11-13％，优选为12.5％。然后以通常的方法将干燥的面制品剪断并包装。
在干燥器5、6、7的各个部分中以及在冷却器8中，面制品的产品湿度和重量损失通过在线传感器9来连续地确定。还有可能在蜗杆挤压机3内或在扩散器4中安放这种在线传感器9。
通过所得到的环境调节可以把制品湿度保持在12.5％的最佳值附近，从而最终显著地减少了次品，同时保持了面制品的质量稳定。
附图标记：
1.配料装置
2.混合揉面机
3.蜗杆挤压机
4.扩散器
5.振动干燥器
6.预干燥器
7.最终干燥器
8.冷却器
9.在线传感器
Claims (17)
1.用于优化生产面制品、特别是生产长或短的面制品的过程的控制和监视的方法，其中原材料在混合器/揉面机中被充分地搓揉，并且从蜗杆挤压机中以潮湿的塑性生面团条的形式挤出原始面制品，该原始面制品穿过被不同程度地加热和/或具有不同湿度的干燥区域，并经过最终干燥化处理，随后被冷却，并稳定在其最终湿度小于14％的形状中，其特征在于，
通过智能软件技术来进行自动的自控制和调节制品质量的调节，从而优于在面制品的生产过程中的传统控制系统和线路控制，这样所述过程控制和监视遍布所有的处理过程，并且通过统计及智能的软件技术在过程参数和制品的特性之间建立起模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加工过程中，特别是在干燥的过程中，“在线地”进行面制品的制品湿度测量和/或重量损失测量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，调节在干燥器中的温度曲线。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，调节一种预设定的优化的制品湿度曲线或干燥曲线。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，使用神经网络来进行模型化、优化和调节。
6.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，使用一种模糊逻辑系统来进行模型化、优化和调节。
7.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，使用解析模型来进行模型化、优化和调节。
8.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，使用混合模型来进行模型化、优化和调节。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，对于混合模型而言，采用在权利要求5和6中所述的技术的结合。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，对于混合模型而言，采用在权利要求5、6和7中所述的技术的结合。
11.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，使用遗传算法或其他算法来进行模型化、优化和调节。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用虚拟传感器来替代在线传感器。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，采用一种面制品挤压机来作为用于制品特性例如生面团湿度和生面团稠度的虚拟传感器。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，给出具体制品特性所需要的配方数值的第一技术规范。
15.如前面权利要求1 4所述的方法，其特征在于，在开发出新制品时，给出具体制品特性所需要的配方数值的第一技术规范。
16.如权利要求1或14所述的方法，其特征在于，在加工开始时优化初始值，并且将与目标量值的偏差和调节量值变量之间的关系模型化。
17.用于通过实施如权利要求1所述的方法来优化特别是生产长或短的面制品的过程的控制和监视的设备，其中该设备包括配料装置(1)、混合揉面机(2)、蜗杆挤压机(3)以及干燥器/冷却器(5，6，7，8)，其特征在于，在蜗杆挤压机(3)中以及在干燥器(5，6，7)和冷却器(8)中设有用来确定出面制品的重量损失和湿度的在线传感器(9)，而且设有具有至少一个在线传感器(9)的扩散器(4)。
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