CN1345408A - 在生产面制品的设备中用于优化过程控制以及过程监视的方法和设备 - 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

在生产面制品的设备中用于 优化过程控制以及过程监视的方法和设备
本发明涉及一种用于优化生产面制品(特别是长或短的面条制品)的设备的过程控制和过程监视的方法以及用于实施该方法的设备。
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以及面制品的干燥和冷却。例如，EP-A-0 129 892 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/时间状态在涡轮机系统中被预先选择。EP-A-0 540 699 B1披露了另一种改进了的用于控制制品湿度以便防止面制品在干燥之后和在包装期间破碎的工艺。温度和湿度是受控的。关于这一点，在烘干的尾部区域中，在面制品仍然处于热的状态时喷洒更新的地表水，该面制品的温度在喷洒了水之后立即降低到60℃以下。EP-A-0 322 053 B1还提出了一种采用了AW值的类似的解决方案。
例如从EP-A-0 426 766 B1或DE 44 173 57 A1中可以知道生产面制品原料的自动挤压机是以一种混合揉面机的形式，该揉面机具有两根工作轴，这些工作轴交替地设有搓揉蜗杆和剪切元件。
技术方法和局部的工艺参数可以被用作控制数据。设备控制使得能够根据所选择的工艺来控制该工艺并能使该设备的状态可视化。对于传感器来说，例如温度和湿度传感器、转速传感器或压力传感器是公知的。但是，由于不同的原材料数值、机器磨损或传感器的偏差，所以优化过程就不能在线地进行。已知的问题涉及原材料(在面粉和粗粒小麦粉等中的质量和湿度波动)、在室温中原始生面团湿度的波动以及烘干条件，还涉及操作人员的熟练程度、不稳定的机器性能等方面。
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存在着很大问题。
DE 44 33 593 A1显示出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产生出控制的预定标称值，其校正变量取决于产品质量。通过这些预定的标称值来使工作点优化和稳定，并且形成结合进机器控制的控制器。该控制器可以是过程控制模糊控制器。在输入并存储好被确定的数据之后，自动地采用用于具体控制通道的控制并且产生出具体的控制器。后者采用了结合进控制环境的代码发生器。
为了实施该方法，在喷嘴和挤出机的蜗杆末端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控制器，可以将用于所要求的控制行为的定向的非线性过程引入其中。
本发明的目的在于研制出一种在用于生产面制品(尤其是长或短的面条制品等)的设备中的各部分过程中的过程控制的优化方法，该方法能够通过采用智能软件技术来改善挤压和干燥控制以及过程监视。具体地说，能够实现简单的控制器调节并降低损失。该目的的解决方案可以通过权利要求1的特征来实现。
该目的的解决方案可以通过采用智能软件技术由权利要求1的特征来实现，例如通过用于最终产品湿度的虚拟传感器(也被称作软件传感器)并在挤压中控制测定量的水。有可能将最终制品的湿度保持在可允许的限制范围之内。过去，在该面制品的制造过程中，还不可能在干燥器中获得针对制品状态的信息。通过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，从而就能控制温度曲线和制品湿度曲线。
本发明基于这样的认识，各个局部过程相互依靠并且点取向的优化不是很有希望。这些原理是制品特性和机器性能之间的相互作用。在这一点上，通过统计的和智能的软件技术来产生出过程参数(机器调节、原材料、制作混合物)和制品特性(例如，湿度、颜色、粘度)之间的模型。
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)。例如在Elektronik34/1998中的P.Auer所写的文章中披露了它们。
通过结合这些技术(例如神经模糊)，从而得到了混合模型，该模型能够考虑到已有的专业知识(例如，具有模糊控制器)以及经验数据(它们可以被模拟，例如通过统计试验规划和过程试验，并且可以在神经网络中被模拟)。而且，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，新方法也越来越流行，它们使得模型生成能够自动地进行(例如，通过例如遗传算法自动产生神经网络的结构和参数或根据过程数据自动产生模糊控制)。这使得自适应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、过程参数还有成本(原材料成本、操作成本)进行优化。这就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，非线性系统也可以用其进行更好的控制。
本发明另一个目的在于提供一种用于实施该方法的设备。
所得到的是针对原始面制品的挤压和它们的干燥/冷却的用于生产面制品的适应性控制，其中该设备能够与操作人员无关地进行操作。简单的过程的适应性控制是已知的，但是还不能转换到这种复杂的过程中。
可以采用已有的传感器。
同样可以用机电的和自学控制来代替在干燥器中用于环境控制的已知的电动气动控制。
另外，通过考虑室内温度来实现从干燥器/冷却器到室内环境的平缓过渡，以便使制品应力以及变形和破裂最小化。
通过在线控制，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。通过测量室内温度并且在单个区域中的干燥器环境的适应性变化，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裂频率。
在线控制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水平的标准上。具体地说，进行基于制品的控制参数(例如制品湿度)的控制。任何控制参数应该是可测量的并且中断参数会减少。在最终制品的稳定过程中，室内温度要被包括在单个干燥器区域的环境的在线控制中，或者也可以被包括在制品通风中。该面制品挤压机也可以被用作一种用于制品特性的传感器例如生面团湿度和生面团稠度。
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。为此配方起始数值从预设定的制品参数中产生出。基于所学习的数据、专业知识以及物理条件，进行基于预设定数值的配方数值的模型化和计算。当出现制品变化时，进行比较以确定对于新的预设定制品参数而言这些配方数值是否充分类似。
随后的配方优化支持第一配方数值的细微调节，并且通过诊断，从而能够探测并区别出粗略的误差，其中操作者被建议哪个误差需要控制和校正。
在配方优化中，在引入配方时的初始数值被优化，并且在目标数值偏差和被调节的数值偏差之间的关系被模型化。操作者能够将目标标准调节到所要求的数值上，并且新的被调节的参数可以被自动地给出。也可以进行手动修改。
下面将借助附图通过优选实施例来详细地说明本发明，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。
原材料从配料装置1中被导入到混合揉面机2中，其中粗粒小麦粉和/或面粉以及水和添加物已经被计量和混合，例如如EP-A-0 426 766B1所述，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。
该原始的生面团在混合和搓揉过程的最后到达混合揉面机2的挤压蜗杆3，通过该蜗杆生产出原始的面制品。对于长制品，则设有扩散器4。
随后，湿度大约为30％的湿的原始面制品被导入振动干燥器5，并随后进入预干燥器6和最终干燥器7和冷却器8，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一般的湿度为11-13％，优选为12.5％。随后，以普通的方式将干的面制品剪切并包装。
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来被连续地确定。在挤压蜗杆3内或在扩散器4中也可能设有这样的在线传感器9。
可以通过所得到的环境控制来使制品湿度保持在12.5％的最佳值附近，从而最终显著地减少了破裂，同时提供出质量均匀的面制品。
附图标记：
1.配料装置
2.混合揉面机
3.挤压蜗杆
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 (20)

1.用于生产面制品、尤其是用于生产长或短的面条制品的过程控制以及过程监视的优化方法，其中原材料在混合器/揉面机中充分地被搓揉，并且原始面制品以潮湿的塑性生面团条的形式从挤压螺杆(3)中挤出，并通过干燥器的被不同地加热和/或潮湿化的环境区域一直导入到最终的干燥过程，随后被冷却和成形稳定成其最终湿度小于14％，其特征在于，采用了自动的自控制和调节制品质量控制，它优于传统的导向系统和线路控制，它是在面制品的生产过程中通过智能软件技术和在线传感器来进行的。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，过程控制和过程监视是在整个过程和在所有部分过程(过程步骤)中进行的。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，面制品的产品湿度测量和/或重量损失测量在加工中尤其是在在线干燥期间进行。
4.如权利要求3的方法，其特征在于，在干燥器中控制温度曲线。
5.如权利要求3的方法，其特征在于，控制一种预定并优化的制品湿度曲线或干燥曲线。
6.如权利要求1的方法，其特征在于，用统计的和智能的软件技术产生出过程参数和制品质量之间的模型。
7.如权利要求1-6的方法，其特征在于，使用神经网络来进行模型化、优化和控制。
8.如权利要求1-6的方法，其特征在于，使用模糊系统来进行模型化、优化和控制。
9.如权利要求1-6的方法，其特征在于，使用解析模型来进行模型化、优化和控制。
10.如权利要求1-6的方法，其特征在于，使用混合模型来进行模型化、优化和控制。
11.如权利要求10的方法，其特征在于，采用在权利要求7和8中所提到的技术的组合作为混合模型。
12.如权利要求10的方法，其特征在于，采用权利要求7、8和9中所提到的技术的组合作为混合模型。
13.如权利要求1-12的方法，其特征在于，使用遗传算法或其他优化算法来进行模型化、优化和控制。
14.如权利要求1的方法，其特征在于，采用虚拟传感器来替代在线传感器。
15.如权利要求1-14之一的方法，其特征在于，提供对于特定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1-14之一的方法，其特征在于，在新制品的开发过程中提供对于特定制品特性所需要的配方数值的第一技术规范。
17.如权利要求1或15之一的方法，其特征在于，在起始过程中优化初始数值并且在目标参数偏差和被调整的参数变化之间进行模型化。
18.用于优化过程控制以及过程监视的设备，特别是用于根据权利要求1的方法生产长或短的面制品的设备，其中该设备包括配料装置(1)、混合揉面机(2)、挤压蜗杆(3)以及干燥器/冷却器(5，6，7，8)，其特征在于，在挤压蜗杆(3)以及在干燥器(5，6，7)和冷却器(8)中，设有在线传感器(9)，以便确定出面制品的重量损失和湿度。
19.如权利要求18的设备，其特征在于，设有具有至少一个在线传感器(9)的扩散器(4)。
20.如权利要求18或19的设备，其特征在于，在线传感器与一设备控制装置相连。
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