玉米淀粉水分在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言：玉米淀粉制造過程中，對離心機(jī)運(yùn)行時(shí)間和絞龍轉(zhuǎn)速的精確控制可實(shí)現(xiàn)對成品淀粉水分含量的精確掌控，提高成品淀粉的質(zhì)量和收率?；诖?，研發(fā)設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)，系統(tǒng)通過在線水分傳感器、溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，PLC集中控制，實(shí)現(xiàn)對成品淀粉水分含量的控制。本系統(tǒng)具備故障自診斷和預(yù)警功能。該系統(tǒng)解決了諸多淀粉廠實(shí)際存在的問題，現(xiàn)實(shí)意義很大。

一、引言

玉米淀粉干燥工序是玉米淀粉生產(chǎn)中的重要工序之一，淀粉干燥的好壞，直接影響成品淀粉的品質(zhì)、存儲及運(yùn)輸。由于玉米淀粉企業(yè)自動化水平低，淀粉干燥基本還停留在人工手工操作，操作工憑經(jīng)驗(yàn)觀察離心機(jī)和手摸成品淀粉的方法進(jìn)行操作，這種方法測試周期長，控制相對滯后，其次不同操作工檢測方法不同，經(jīng)驗(yàn)也不同，用手摸出的水分含量就不同，這樣就降低了操作準(zhǔn)確性，使得成品淀粉水分含量不穩(wěn)定。因此，該系統(tǒng)的研究具有重要意義。

二、整體設(shè)計(jì)

1、組成及原理

玉米淀粉水分在線檢測系統(tǒng)主要由離心機(jī)[1]、水分傳感器1、絞龍電機(jī)變頻器、溫度傳感器、水分傳感器2及PLC控制系統(tǒng)等部分組成。根據(jù)玉米淀粉生產(chǎn)工藝[2]要求，離心機(jī)排出淀粉水分含量為45%，成品淀粉水分含量為13.5%。由于目前玉米淀粉廠所用離心機(jī)都不具備對所要脫水物料水分控制功能，基本都是人工憑經(jīng)驗(yàn)控制離心機(jī)運(yùn)行時(shí)間，最后離心機(jī)排出淀粉很難達(dá)到工藝要求。所以本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制設(shè)計(jì)，閉環(huán)1：水分傳感器1在線檢測離心機(jī)內(nèi)淀粉乳水分含量，通過PLC控制離心機(jī)運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)離心機(jī)排出淀粉水分含量45%的要求；閉環(huán)2：水分傳感器2在線檢測成品淀粉水分含量，以及溫度傳感器測量熱空氣溫度，通過PLC內(nèi)部PID對比運(yùn)算，從而控制絞龍的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)成品淀粉水分含量13.5%的要求。如圖1所示為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

2、機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械部分設(shè)計(jì)工作包括傳感器的安裝，離心機(jī)與絞龍之間加裝儲料倉。

傳感器安裝分別為在離心機(jī)弧面右側(cè)安裝水分傳感器1、成品間淀粉出料口安裝水分傳感器2、鼓風(fēng)機(jī)熱空氣進(jìn)氣管上安裝溫度傳感器；

儲料倉采用1.5mm不銹鋼材料設(shè)計(jì)，外形尺寸長、寬、高為1200*800*600（mm）底座與絞龍進(jìn)料口處相接。

3、自動控制設(shè)計(jì)

（1）離心機(jī)排出淀粉水分含量控制

淀粉生產(chǎn)工藝要求經(jīng)過離心機(jī)脫水后的淀粉水分含量為45%，本系在離心機(jī)內(nèi)加裝水分傳感器1，在線檢測離心機(jī)內(nèi)淀粉乳水分含量，當(dāng)離心機(jī)內(nèi)淀粉乳水分含量達(dá)到45%時(shí)，離心機(jī)停止運(yùn)行，排料到儲料倉，如圖2所示，為離心機(jī)運(yùn)行控制框圖。

（2）成品淀粉水分含量控制

成品淀粉水分含量受儲料倉淀粉水分含量，絞龍轉(zhuǎn)速，熱空氣溫度多種因素影響?？紤]多種因素影響，系統(tǒng)采用PID控制。控制結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，通過水分傳感器2反饋回來的實(shí)時(shí)淀粉水分含量信號PV與設(shè)定值信號SV做差獲取含水量偏差EV，EV經(jīng)PID調(diào)節(jié)輸出，控制絞龍轉(zhuǎn)速，從而克服偏差，促使偏差趨于零。PID控制淀粉含水量公式如式（1）所示，

三、結(jié)束語

根據(jù)淀粉生產(chǎn)工藝要求，本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，首先對離心機(jī)排出淀粉水分含量進(jìn)行控制，做到分段控制，最終達(dá)到了成品淀粉水分含量的精確控制。同時(shí)本系統(tǒng)采用在線檢測，檢測效率比一般線下檢測要快，操作簡便，大大減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]郭苗， 王新文，王宏凱，趙國峰， 等.進(jìn)口臥式刮刀離心機(jī)的基本原理及實(shí)踐[J]. 礦山機(jī)械， 2010， 31（09）.

[2]翟崇華， 玉米淀粉生產(chǎn)工藝探討[J].天津化工，2002（04）.

（作者單位：河北省自動化研究所 ）