一种糖厂煮炼工段投粉固晶控制装置的制作方法

本实用新型涉及糖厂投粉煮种技术领域，尤其涉及一种糖厂煮炼工段投粉固晶控制装置及方法。

背景技术：

糖厂投粉煮种过程是制糖工艺中非常重要的一个环节，投粉煮种过程的实质就是要让呈粉状的微末晶体在煮糖罐内长大至一定体积，为其它糖膏的煮制提供种子底料。种子的好坏直接影响每罐糖膏(如甲糖)的产品质量和糖份回收，以及煮制糖膏所耗费的时间，从而又会影响蒸汽、水资源的消耗、罐时利用等涉及企业生产成本的一系列重要指标。

煮种用的糖粉是将白砂糖经球磨机长时间碾磨后得到的，投粉煮种时首先抽入某些原料配制成一定纯度的糖液底料，再经过浓缩→投粉→固晶→养晶这些操作，最後得到晶粒整齐、坚实、均匀的种子。

目前糖厂的投粉起晶煮种操作大部分还依赖煮糖师傅的主观经验，操作时要不断将采样棒从煮糖罐中抽出，然后凭眼睛观察、手捏感觉来判断底料的浓度，以此来确定投粉、固晶开水、关水的时刻以及之后的养晶进料和煮水。不同的师傅对同一底料的浓度判断会因技术熟练程度以及责任心的差异而出现较大分歧。特别是在后半夜，由于人的生理特点容易犯困，此时的采样频次会大大减少，夜晚的光线对眼睛观察底料浓度也会造成一定障碍。虽然有个别糖厂引进了国外的微波多频浓度测量技术及仪表，但其价格十分昂贵，并不能为大多数糖厂所接受。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种糖厂煮炼工段投粉固晶控制装置。实现从底料浓缩、浓度检测、投粉、三段固晶、养晶煮种的自动控制，以改变投粉煮种操作长期以来依靠煮糖师傅的主观经验以及技术熟练程度的状况。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种糖厂煮炼工段投粉固晶控制装置，包括煮糖罐1和汽鼓2、粉种粉种储罐11和煮糖罐1的控制系统；所述控制系统包括真空度变送器3、温度变送器4、微处理器5、第二路D/A转换器7、第二电压/电流变换器8、第二路阀门定位器9、第二气动薄膜调节阀10、电磁阀12、第一路D/A转换器13、第一电压/电流变换器14、第一路阀门定位器15、第一气动薄膜调节阀16；

所述第一路D/A转换器13、第一电压/电流变换器14、第一路阀门定位器15和第一气动薄膜调节阀16依次电讯连接；所述第一气动薄膜调节阀16安装在煮糖罐1底部的进料管上，用于控制进料量；

所述第二路D/A转换器7、第二电压/电流变换器8、第二路阀门定位器9、和第二气动薄膜调节阀10依次电讯连接；所述第二气动薄膜调节阀10安装在煮糖罐1底部的进水管上，用于控制进水量；

所述第一路D/A转换器13和所述第二路D/A转换器7分别与微处理器5电讯连接；

所述粉种粉种储罐11通过带有电磁阀12的管路连接煮糖罐1底部的粉种进口；电磁阀12由微处理器5控制其阀门的开/关；

所述真空度变送器3和温度变送器4分别设置在煮糖罐1的顶部和底部；所述真空度变送器3将煮糖罐1内的真空度数据传递给微处理器5，温度变送器4将煮糖罐1内的温度数据传递给微处理器5；由微处理器5统一控制第二气动薄膜调节阀10、第一气动薄膜调节阀16和电磁阀12的阀门开/关及开度。

所述控制系统具有一操作面板17，操作面板17上设有液晶显示器6、参数设置按钮18、参数值调整按钮19。

所述控制系统还包括一个用于投粉提示的蜂鸣器，其由微处理器5控制。

所述粉种储罐1由不锈钢加工而成，容积为2.0L～3.0L。

一种糖厂煮炼工段投粉固晶控制方法，控制过程如下：

将煮糖罐1的真空度V、糖膏温度T、人工输入的简纯度AP三个参数输入微处理器5，经数学拟合后计算出母液的当前过饱和浓度，并与过饱和度给定值进行比较求出其偏差，微处理器5按照一定的控制规律对偏差进行运算，得到一个数字控制量；

再经过第一路D/A转换器13、第一电压/电流变换器14、第一路阀门定位器15和第一气动薄膜调节阀16；以及第二路D/A转换器7、第二电压/电流变换器8、第二路阀门定位器9、和第二气动薄膜调节阀10；最终分别由第一气动薄膜调节阀16和第二气动薄膜调节阀10分别去调节其各自阀门开度，从而控制进料流量或进水流量。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

(1)改变了过去煮糖师傅需要不断从煮糖罐中采样、凭眼睛观察、手捏感觉来判断底料浓度，然后用手旋动阀门去改变开度的做法，减轻了煮糖师傅的劳动强度。

(2)克服了不同操作者因技术熟练程度以及责任心等因素而导致的判断差异，投粉固晶后形成的种子幼晶晶粒整齐、均匀，养晶煮种阶段是一个闭环控制系统，以此能够较好地维持晶体生长与进料之间的平衡。

(3)控制面板上的参数设置按键拓展了本装置的适应性，因为不同糖厂所配底料及操作规程存在差异，如底料纯度、进水阀门开度、煮种浓度给定等。

(4)本控制系统的信号联系皆采用DDZ-lll工业标准，可以实现远距离稳定传输，能够有效克服工厂内存在的各种噪声和干扰。

(5)采用常规仪表测量煮糖罐温度、真空度，经数学拟合分析间接计算底料过饱和浓度，大大降低了装置的成本费用，便于推广应用。

(6)控制系统带有液晶显示窗口，能即时显示现场过程参数、人工输入参数；浓缩到投粉点时蜂鸣器会鸣响，以提示操作人员注意观察。

附图说明

图1为本实用新型糖厂煮炼工段投粉固晶控制装置结构方框图

图2为操作面板示意图

图3为气动薄膜调节阀控制结构方框图

图4为三段固晶煮种过程示意图

图5为糖液过饱和度专用计算尺示意图

图6为控制系统及其外围电路原理图

图7为RS-232串行接口电路原理图

具体实施方式

下面结合图1至图7及下述具体实施例，对本实用新型作进一步具体详细描述。

如图1所示，投粉煮种是在煮糖罐1内进行的。投粉煮种过程的实质就是要让呈粉状的微末晶体在煮糖罐内长大至一定体积，以便作为煮制甲糖、乙糖或丙糖的种子。晶体长大过程受多种因数影响，如原料纯度、真空度高低、蒸汽流量、对流好坏等。特别是底料的过饱和度对蔗糖的结晶有极大的影响，当过饱和度较高时，糖液中过量溶解的糖可能会从溶液中重新析出而沉积在已有的蔗糖晶体的表面，而在过饱和度很高时甚至会析出新的微细晶体，致使种子粒度不均匀；而当过饱和度较低时，可能会使正在生长中的蔗糖晶体溶解一部分重新进入母液。这些底料浓度过高过低的情况，都会造成种子晶粒不够整齐均匀，影响后续煮糖过程的产品质量、糖份回收、煮炼时间、设备利用等。

进入煮糖罐1中的物料有：蒸汽或来自蒸发工段的废热蒸汽、热水、各种原料(糖浆、甲原蜜、甲稀蜜、乙原蜜、乙稀蜜)等。煮糖罐通过压力水喷射方式使罐内保持一定的负压。蒸汽进入汽鼓2对糖液进行加热，使糖液处于沸腾对流状态，以增大结晶动力。

粉种是将白砂糖经球磨机碾磨几天几夜制备得到的粉状微末晶体，煮种时取出一定量的粉种用溶剂调成糊状盛放于粉种储罐11内。粉种储罐11的下面是电磁阀12，投粉时粉种经电磁阀12和管道进入煮糖罐1底部。电磁阀12是由微处理器5(主控制器)操控的，在底料浓缩过程中处于关闭状态，当底料浓度达到投粉点时被打开，由于煮糖罐1内呈负压，粉种瞬间被吸入罐内，稍加延时后即关闭电磁阀12，完成投粉操作。

投粉煮种首先需要抽入某些原料如甲原蜜、糖浆、或甲稀蜜等，按照工艺要求配制成一定纯度的糖液底料，并对底料进行整理，以溶掉原料中可能携带的糖末晶体。接着通入蒸汽开始进行浓缩，使底料糖液浓度逐渐增加。当底料过饱和浓度达到投粉点(大约1.10)时，一方面使蜂鸣器鸣响发出提示，同时打开投粉电磁阀12，将之前准备的粉种吸入煮糖罐1中。在这样的底料浓度下，粉状微末晶体吸收母液中的糖份，慢慢开始长大。当母液过饱和度继续升高至约1.22时，应立即打开第二气动薄膜调节阀10，对包含了种子晶体的母液进行稀释，当母液过饱和度下降到大约1.10时立即关水，再次进行浓缩、开水、关水，经过如此三次固晶过程，便能得到种子的幼晶，此后开始进入养晶过程。

养晶过程是一个以煮糖罐中糖膏母液过饱和浓度为被控量的闭环控制系统，通过调节进料阀门或进水阀门的开度来维持晶体生长与进料之间的平衡。控制系统的工作过程是：将煮糖罐的真空度V、糖膏温度T、人工输入的简纯度AP三个参数输入主控制器，经数学拟合后计算出母液的当前过饱和浓度，并与过饱和度给定值进行比较求出其偏差，控制器按照一定的控制规律对偏差进行运算，得到一个数字控制量，再经数/模转换、电压/电流转换、电流/ 气压转换，最终由气动薄膜阀去调节阀门开度，从而控制进料流量或进水流量。只要过饱和度存在偏差，调节阀门开度以消除偏差的过程就会周而复始地进行下去。

为了实现对底料母液浓度的判断，就必须测量母液的过饱和浓度。然而由于蔗糖在不纯糖液中的溶解度受到纯度、温度、真空以及糖液成分等多重因素的影响，变化很复杂，无法直接测量。在上世纪60年代，广东省轻工业集团组织了一批制糖专家，综合大量实验研究数据，制成了计算糖液过饱和度专用计算尺，如图5所示。该计算尺涉及三个过程参数：煮糖罐内的真空度V、当前糖膏温度T、以及糖膏母液的简纯度AP。借助计算机和数学分析工具，经过长期研究，将图中曲线拟合成具有三个参变量的显式形式，可以间接计算罐中的母液过饱和浓度，作为投粉、固晶、养晶的依据。

从图1中可以看出，三个参变量中的糖膏温度T、真空度V是由相应的常规仪表直接测量的，温度变送器4安装于煮糖罐内汽鼓2加热列管的下面，安装高度应保证被底料淹没，常用一体化热电阻温度变送器，仪表型号为DLWZ Pt100/03-GT，输出信号电流为4～20mA。真空度变送器3安装于煮糖罐的罐体顶部，仪表型号选为2020TA智能绝对压力变送器，其量程为300Pa～3MPa，精度是0.1，输出信号电流为4～20mA。另一个参变量简纯度AP目前没有合适的测量仪表，只能依靠化验室的实验数据。根据工艺要求所配底料的初始纯度只能由人工从面板输入。一般来说，一间糖厂按工艺所配底料的纯度变化是很小的，但不同糖厂之间会有些差别。

第二气动薄膜调节阀10，来自控制器的4～0mA电流信号经过第二路阀门定位器9转换成20～100KPa的标准气压信号，再送入第二气动薄膜调节阀10的膜室内，推动阀杆上下运动，改变阀门开度。本装置所用第二路阀门定位器9的型号是：ZPD-2111d。第二气动薄膜调节阀10的型号是：ZMAP-D50。图3是气动薄膜调节阀的控制结构方框图。

第一气动薄膜调节阀16，型号是：ZMAP-D100。阀门定位器的型号是： ZPD-2111d，它的工作过程与进水阀类似。

如图2所示，操作面板17上有液晶显示器6(LCD)和参数设置按钮18。还设有下列开关：

糖液浓度开关，用于设置投粉点浓度、三次开水点/关水点浓度、煮种养晶给定浓度；

底料纯度开关，设置所配底料的初始纯度AP；

阀门开度开关，设置每一段固晶进水时的阀门开度；

自动/手动开关，切换自动和手动方式；

加减参数开关，用于增减参数值；

确认开关，对所设置参数予以确认并送入微处理器中；

启动开关，用于启动装置投入运行。

如图4所示，是投粉煮种时的三段固晶以及煮种养晶过程示意图，包括底料浓缩、投粉、继续浓缩、第一次开水、稀释、第一次关水、第二次浓缩、第二次开水、稀释、第二次关水、第三次浓缩、第三次开水、稀释、第三次关水，之后进入养晶过程直至种子晶粒大小满足工艺要求。

如图6所示，来自现场真空变送器3的4～20mA电流信号经电阻R1后变换为1.0～5.0V的电压信号，经电压跟随器21之后送入微处理器5(以下简称：CPU)的A/D转换器的输入端ADC0；来自温度变送器4的4～20mA电流信号经电阻R2后变换为1.0～5.0V的电压信号,经电压跟随器22之后送入CPU的A/D输入端ADC1；操作面板上的8个按钮分别接在CPU的P1.2～P1.7、P3.2～P3.3I/O口上；外接的第二路D/A转换器7是作为CPU的存储器映射方式而接入的，其数据总线接CPU的P0.0～P0.7引脚，其控制输入端接CPU的P2.0以及P3.6，第二路D/A转换器7的输出信号送入4～20mA第二电压/电流变换器8，将D/A输出的电压信号变换为符合DDZ-lll标准的电流信号。该电流信号进入第二路阀门定位器9，变换为与之成正比的标准气压信号20～100KPa,推动第二气动薄膜调节阀10至某一开度以控制进水量；第 一路D/A转换器13的数据总线接CPU的P0.0～P0.7，控制输入端接CPU的P2.1和P3.6，输出信号与第一电压/电流变换器14相连，输出电流送入第一路阀门定位器15，再由气压信号推动第一气动薄膜调节阀16去调节进料流量，以维持晶体生长与进料之间的平衡。

电磁阀12是由CPU的P4.3口控制的，P4.3经IC7缓冲隔离、电阻R11、晶体管Q3驱动继电器23动作，再由继电器23的触点RL1使其接通或关闭；液晶显示器6(LCD)的接入方式与第二路D/A转换器7类似，其数据总线和控制总线分别与CPU的对应I/O口相连接，并通过连接器25与液晶显示器6相连；蜂鸣器24由CPU的P3.5端口、晶体管Q2控制；看门狗器件IC6用于复位/监视CPU的运行状态，防止投粉固晶煮种装置出现死机现象。

如图7所示，IC9是RS-232接口电路，它的功能是实现TTL电平和RS-232电平之间的相互转换，再通过连接器CON1与PC连接，微处理器的用户程序是通过该接口写入的。

图6、图7中各元器件选择如下：

IC1选STC12C5A16S2；

IC2选AD558

IC3选AM422

IC4选AD558

IC5选AM422

IC6选MAX1232

IC7选TLC27L4

IC8选74HC06

液晶显示器的LCD选NT-G1286412A

IC9选MAX232。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实 用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。