CN1276316C - 甘蔗压榨自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及一种甘蔗压榨的控制系统，尤其涉及甘蔗压榨生产中的模拟量控制系统。
背景技术
糖厂的甘蔗提汁方法主要有两种，一种是压榨法，一种是渗出法。压榨法是把甘蔗通过外力的作用把甘蔗汁榨出来，然后经后续清静、蒸发、煮糖工段生产白沙糖，其生产线主要包括输蔗，压榨，渗透水等系统。
图1A和图1B是一种常见的甘蔗压榨生产线的工艺布置图，如图1A所示，输蔗系统包括东、西1#输蔗带，2#输蔗带、3#输蔗带，东、西1#输送带各有一个蔗刀机，2#输送带上有2#、3#两个蔗刀机。甘蔗从卸蔗台卸下后，在输蔗带上经过2～3级撕裂后成为很小很细的丝状，再经均蔗和理平后送入1#压榨机压榨。
如图1B所示，压榨系统共有六座压榨机，3#输送带送来的蔗料依次送入1#～6#压榨机压榨，最后将蔗渣送到别的工段处理，各压榨机进口上方是高位槽，高位槽入口处有耙齿机，1#～6#高位槽设有下料挡板。
渗透水系统包括清水、渗透水部分，如图1B所示，清水从清水箱用清水泵送到6#压榨机入料前部，6#压榨机下方是4#渗透水箱，其中的渗透水再用渗透水泵送到5#压榨机入料前部，5#、4#、3#压榨机也同样处理，1#和2#压榨机下方是混汁箱，用混汁泵送到下一工序处理。
现有压榨生产对模拟量控制的方式十分简单，对输送带的调速方法是；在蔗刀机后设有测量皮带上甘蔗瞬时量的皮带秤，然后通过人工操作达到调速目的。在卸蔗台、蔗刀机和输送带处均设置操作室，根据甘蔗瞬时量手动调节输送带的带速；压榨机的转速是由操作工根据甘蔗压榨量的情况手动调节；清水泵、渗透水泵都是直接启动，全速运转的。
这种控制方法是一种孤立的手动调节方式，无法实现自动调节，也无法实现相关物理量之间的配合，例如各输蔗带、各压榨机之间的配合，输蔗带送料量和压榨机的压榨速度之间的配合，因而难以均匀进蔗、均匀压榨。由于清水、渗透水的加入量，水温不能控制，无法实现渗透水和输蔗量之间的比例加注，均匀渗透，影响抽出率和产品质量。此外，由于缺乏必要的联锁保护，如故障联锁、过流联锁、堵料联锁等，因而生产安全性和稳定性差。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种甘蔗压榨自动控制系统，提高甘蔗压榨过程进蔗、压榨的均衡性、稳定性和安全性。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种甘蔗压榨自动控制系统，包括对输蔗，压榨系统模拟量的自动调节，其特点是：
所述输蔗系统的自动调节包括以下调节回路：
与第一级压榨机相邻的输蔗带的速度调节回路：第一级高位槽料位测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的速度指令送到该级输蔗带电机的调速装置；
其它各级输蔗带的速度调节回路中：将前一级输蔗带的速度信号作为给定值，与该级输蔗带的速度信号一起送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出速度指令送到该级输蔗带电机的调速装置；
所述压榨系统中第一级压榨机的转速根据需要的压榨产量人工设定，自动调节则包括以下调节回路；
第二级及以后的各级压榨机转速调节回路：高位槽料位测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的速度指令送到该级压榨机电机的调速装置；
第一级和最后一级高位槽进料挡板的开度调节回路：压榨机扭矩的测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的开度指令送到进料板位置执行机构。
为了进一步实现渗透水和进蔗量的比例加注并保持适宜的水温，上述自动控制系统还包括渗透水系统的自动调节，包括以下调节回路：
清水流量调节回路：将输蔗量信号变换后作为给定值，和清水流量测量值一起送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的开度或速度指令送到清水泵出口阀开度执行机构或清水泵电机调速装置；
清水箱水温调节回路：将清水箱水温的测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的开度指令送到热水阀的开度执行机构；
清水箱水位调节回路：将清水箱的水位测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的开度指令送到冷水阀的开度执行机构；
渗透水箱水位调节回路：将渗透水箱水位测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的速度指令送到渗透水泵电机的调速装置。
为了进一步提高响应速度减少扰动，所述与第一级压榨机相邻的输蔗带的速度调节回路中，还将第一级压榨机的转速信号作为前馈信号；所述其它各级输蔗带的速度调节回路中，还将与第一级压榨机相邻的输蔗带的速度信号作为前馈信号。所述第二级及以后的各级压榨机转速调节回路中，还将前一级压榨机的转速信号作为前馈信号。
为了进一步提高系统工作的稳定性和安全性，所述与第一级压榨机相邻的输蔗带的速度调节回路中输蔗带电机严重过力矩或过电流时，所述其它各级输蔗带的速度调节回路中相应的蔗刀机过电流时，通过信号选择器将送到执行机构的控制指令切换到预定的保护曲线上。所述第二级及以后的各级压榨机转速调节回路中压榨电机过力矩或过电流时，所述第一级和最后一级高位槽进料挡板的开度调节回路中对应压榨机电机过电流时，通过信号选择器将送到执行机构的控制指令切换到预定的保护曲线上。
上述系统中还可具有以下特点：所述各调节回路中，PID调节器的输出指令先经手操器再送到各执行机构，并设有对输入测量信号的超限报警及执行机构的故障报警。
上述系统中还可具有以下特点：所述第一级和最后一级高位槽进料挡板的开度调节回路中，压榨机扭矩信号先经一个一阶惯性环节再送入PID调节器；所述清水流量调节回路中，输蔗量信号也先经一个一阶惯性环节再送入PID调节器。
由上可知，本发明对输蔗、压榨系统的调节中，第一级压榨机的转速根据需要的压榨产量人工设定，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对应高位槽料位稳定；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；另外，还根据进蔗量来调节清水流量，并保持清水箱的水位和水温，可以实现进蔗量和清水之间的比例加注，并调节各级渗透水加入量保持平衡，达到均衡渗透的目的；各调节回路还设置了各种联锁保护和报警。因而，采用本发明的自动控制系统后，可提高进蔗、压榨、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。
附图说明
图1A和图1B是一种甘蔗压榨生产线的工艺布置图；
图2A、2B和2C分别是本发明实施例3#、2#、1#输蔗带速度调节回路的控制流程图；
图3A是本发明实施例2～5#压榨机负荷调节回路的控制流程图；
图3B是本发明实施例1#、2#压榨机下料挡板开度调节回路的控制流程图；
图4A、4B、4C分别是本发明实施例清水箱水位、水温和清水流量调节回路的控制流程图；
图5是本发明实施例渗透水箱水位调节回路的控制流程图。
具体实施方式
要采用自动控制系统实现整个压榨过程的均衡和稳定，控制方式的选择、调节回路的设置及各调节回路被调量和调节量的选取是十分重要的，现在仍以图1A和图1B中的压榨生产线为例，详细说明本发明实施例的甘蔗压榨自动控制方法及相应的系统。
本实施例中，1#压榨机转速由人工设定，不设自动调节，该设定值是根据计划生产产量来设定的。通过其它的调节回路的适应性调节来满足均衡生产的目的。
输蔗系统的模拟量控制包括1#输蔗带、2#输蔗带、3#输蔗带的速度调节回路。3#输蔗带在保持一定蔗层厚度的情况下，其速度就决定了压榨机的进蔗量，即压榨量。在1#压榨机转速恒定的情况下，保持1#高位槽的料位，则可达到均衡压榨的要求。因而控制系统通过调节3#输蔗带的速度来保持1#高位槽的料位恒定，实现均衡进蔗。而2#输蔗带则与3#输蔗带保持同步，而东、西1#输蔗带则跟踪2#输蔗带的速度。3#、2#和1#输蔗带速度调节回路的具体控制流程图分别如图2A、2B和2C所示。
图2A是3#输蔗带速度调节的控制流程图，1#高位槽料位信号测量值和给定值分别送入PID调节器(比例积分微分调节模块)的偏差输入端。由于1#压榨机的转速可能有人为的改变，会直接影响到其高位槽的料位，因而本实施例将该转速信号经微分器输入PID调节器作为前馈，以减少3#输蔗带速度的波动。PID调节器经计算后得到3#输蔗带的速度指令，经手操器送到3#输蔗机电机的变频器。
在调节回路中，还设置了报警、联锁保护、参数调节和手动切换等功能。如图所示，对料位测量信号的幅值进行比较，如果超过高低限则进行报警；料位信号的测量值和给定值送入PID调节器之前，先经过除法器乘上一个可调的系数；在PID调节器中设置有异常情况的保护，如在料位超过设定比例时作急停保护；PID调节器输出端和手操器之间设有一个信号选择器，用于在1#高位槽料位过高时，将输入切换到预定的保护曲线上，如在第一个循环减速20％，第二个循环再减速10％，以此类推；手操器用于实现自动和手动控制的切换，还通过速度反馈信号和手操器的给定信号的偏差，判断电机是否故障，如偏差超过上下限值，则进行故障报警。这些功能在其它调节回路中也加以采用，下面就不再详细叙述。
图2B是2#输蔗带速度调节的控制流程图，3#输蔗带速度信号(从变频器得到，也可以通过转速传感器测量)经函数变换模块变换后(如折线函数)作为给定值，与2#输蔗带速度的测量值一起送入PID调节器偏差输入端，也可以通过信号选择器采用人工给定值。PID输出的速度指令经手操器作为2#输蔗带电机的输入。该回路设置有2#输蔗带速度信号报警，电机故障报警，2#、3#蔗刀机过流保护，跟踪，异常状况保护。
图2C是1#输蔗带速度调节的控制流程图，2#输蔗带速度信号经函数变换后作为给定值，也可以通过信号选择器采用人工给定值，与1#输蔗带速度信号一起送入PID调节器偏差输入端，并将3#输蔗带速度信号作为前馈输入。由于本实施例有东西两个1#输蔗带，因而PID输出的速度指令分配到东、西1#输蔗带电机的变频器上去，而1#输蔗带的速度信号则是通过对两台变频器上输出的速度值取均值得到的。该回路还设置了2#输蔗带速度信号报警，电机故障报警，西1#、东1#蔗刀机过电流保护，跟踪，异常状况保护。
压榨系统的模拟量控制包括1#～6#压榨机的转速调节回路，1#压榨机的转速由人工根据生产要求进行设定(由核子秤测量)。2#～6#压榨机的转速则根据相应的高位槽料位调节，保持高位槽料位，实际上就是本级压榨机的压榨量与前一级相当。控制回路中，还引入前一级压榨机的转速信号作为前馈，尽量减少由于耙齿机的延迟所产生的扰动。
图3A是2#～6#压榨机转速调节回路的控制流程图，压榨机所对应的高位槽料位测量值和给定值送入PID调节器的偏差端，前一级压榨机转速信号求微分后送入前馈输送入端。PID调节器计算的转速指令经手操器输出到压榨机电机变频器。在压榨机严重过力矩或过电流时，将转速指令切换到设定的保护曲线上，而在前一级压榨机事故停机时，在手操器上取消自动控制，将压榨机的转速降为预先设定的转速。此外，该回路还设有电机故障报警，高位槽料位信号报警。
图3B是1#、6#压榨机挡板开度调节回路的控制流程图。在1#、6#压榨机大轴上装设有扭矩测量装置，下料挡板根据扭矩自动调节开度，当电机扭矩超限时，对应的挡板开度将按照一定的规律进行调节，从而调节入榨辊料量，以保护压榨机，其它压榨机不设置下料挡板。另外，由于推动挡板所需的扭矩较大，采用2台电动执行机构并联操作。如图所示，压榨机扭矩的测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，同时用一阶惯性环节来消除扭矩测量值短时波动的影响。PID调节器输出的挡板位置指令经手操器输出到两台执行器，为了保证两台执行器同步，在每台执行器的信号回路中设有函数变换模块，用以修正两台执行器的机械特性差异。该回路还设置了压榨机扭矩信号报警，压榨机电机过流保护，执行器故障保护和跟踪。这时，跟踪信号是根据两台执行机构的位置反馈信号取均值后得到的。
渗透水系统中，清水流量根据核子秤来的输蔗量决定，以实现渗透水和输蔗量之间的比例加注，通过控制渗透水箱的液位来保证渗透水加入的均衡性，使渗透水保持在最佳值，以提高抽出率。注入清水箱的清水分为冷水和热水，通过调节热水阀保持水箱水温，调节冷水阀保护水箱水位。
图4A是清水箱水位调节回路的控制流程图，清水箱水位测量值和给定值送入PID调节器的偏差端，为了了减少冷、热水的相互干扰，引入了热水阀开度信号作为前馈。PID调节器输出的阀门开度指令经手操器送到冷水阀执行机构，同时对阀门位置反馈信号进行跟踪，并根据反馈值和手操器的输出值偏差进行阀门故障报警。该回路还设置了清水箱水位信号报警。
图4B是清水箱水温调节回路的控制流程图，清水箱水温的测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端。PID调节器输出的阀门开度指令经手操器输出到热水阀开度执行机构。该回路也设置了阀门故障报警和对阀门位置的跟踪。
图4C是清水流量调节回路的控制流程图，核子秤来的输蔗量信号经函数变换和一阶惯性环节作为清水流量的给定值，也可以通过信号变换器切换为人工给定，给定值和清水流量的测量值一起输入PID调节器的偏差端，PID调节器输出的速度指令经手操送到清水泵变频器。该回路还设置了故障报警和对阀门位置的跟踪。
图5是渗透水箱水位调节回路的控制流程图，各渗透水箱设置水位计，使用变频水泵，控制各级的渗透水流量稳定，做到均衡渗透，同时保证渗透水箱水位既不能空，又不能满。渗透水箱水位测量值和给定值送入PID调节器的偏差端，PID调节器输出转速指令经手操器送到变频器，每级的两台渗透水泵一用一备，可以通过电气回路联动或手动实现主备切换。该回路还设渗透水箱水位报警和渗透水泵故障报警和速度跟踪。
综上所述，应用本发明的压榨自动控制系统后，实验证明，可以实现甘蔗输送、压榨、渗透水加入量、加入速度等生产参数的均衡控制，提高压榨量和抽出率，而且因为稳定性和平衡性的提高，使得生产效益大大提高。
需说明的是，本发明甘蔗压榨生产线的输送带和压榨机的数量并不限于实施例中的个数。清水箱水位调节、水温调节、渗透水箱水位调节回路的执行机构也可以是变频调速的水泵，而清水流量的执行机构也可以是清水泵出口阀的开度调节装置。
上述系统还可以使用另一种控制方法：根据皮带秤的称重信号来控制输送带的带速，各个压榨机的转速均通过压榨机高位槽的料位控制。
Claims (8)
1、一种甘蔗压榨自动控制系统，包括对输蔗，压榨系统模拟量的自动调节，其特征在于：
所述输蔗系统的自动调节包括以下调节回路：
与第一级压榨机相邻的输蔗带的速度调节回路：第一级高位槽料位测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的速度指令送到该级输蔗带电机的调速装置；
其它各级输蔗带的速度调节回路中：将前一级输蔗带的速度信号作为给定值，与该级输蔗带的速度信号一起送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出速度指令送到该级输蔗带电机的调速装置；
所述压榨系统中第一级压榨机的转速根据需要的压榨产量人工设定，自动调节则包括以下调节回路；
第二级及以后的各级压榨机转速调节回路：高位槽料位测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的速度指令送到该级压榨机电机的调速装置；
第一级和最后一级高位槽进料挡板的开度调节回路：压榨机扭矩的测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的开度指令送到进料板位置执行机构。
2、如权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，还包括渗透水系统的自动调节，包括以下调节回路：
清水流量调节回路：将输蔗量信号变换后作为给定值，和清水流量测量值一起送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的开度或速度指令送到清水泵出口阀开度执行机构或清水泵电机调速装置；
清水箱水温调节回路：将清水箱水温的测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的开度指令送到热水阀的开度执行机构；
清水箱水位调节回路：将清水箱的水位测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的开度指令送到冷水阀的开度执行机构；
渗透水箱水位调节回路：将渗透水箱水位测量值和给定值送入PID调节器的偏差输入端，PID调节器输出的速度指令送到渗透水泵电机的调速装置。
3、如权利要求1或2所述的自动控制系统，其特征在于，所述与第一级压榨机相邻的输蔗带的速度调节回路中，还将第一级压榨机的转速信号作为前馈信号；所述其它各级输蔗带的速度调节回路中，还将与第一级压榨机相邻的输蔗带的速度信号作为前馈信号。
4、如权利要求1或2所述的自动控制系统，其特征在于，所述第二级及以后的各级压榨机转速调节回路中，还将前一级压榨机的转速信号作为前馈信号。
5、如权利要求1或2所述的自动控制系统，其特征在于，所述与第一级压榨机相邻的输蔗带的速度调节回路中输蔗带电机严重过力矩或过电流时，所述其它各级输蔗带的速度调节回路中相应的蔗刀机过电流时，通过信号选择器将送到执行机构的控制指令切换到预定的保护曲线上。
6、如权利要求1或2所述的自动控制系统，其特征在于，所述第二级及以后的各级压榨机转速调节回路中压榨电机过力矩或过电流时，所述第一级和最后一级高位槽进料挡板的开度调节回路中对应压榨机电机过电流时，通过信号选择器将送到执行机构的控制指令切换到预定的保护曲线上。
7、如权利要求1或2所述的自动控制系统，其特征在于，所述各调节回路中，PID调节器的输出指令先经手操器再送到各执行机构，并设有对输入测量信号的超限报警及执行机构的故障报警。
8、如权利要求2所述的自动控制系统，其特征在于，所述第一级和最后一级高位槽进料挡板的开度调节回路中，压榨机扭矩信号先经一个一阶惯性环节再送入PID调节器；所述清水流量调节回路中，输蔗量信号也先经一个一阶惯性环节再送入PID调节器。
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