米機自動壓砣技術智能碾米系統(tǒng)的探討

印錦政，孫玉田，徐斐然，曹 峰

1．中糧米業(yè)(沈陽)有限公司 (沈陽 110000) 2．無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035) 3．江南大學 食品學院 (無錫 214122)

我國是世界上最大的稻谷生產(chǎn)國和消費國，由于過度加工導致糧食可食資源的損失率在5%左右。按稻谷年加工量2億t計，可食資源年損失達1000萬t左右，糧食資源未得到充分利用，寶貴的資源優(yōu)勢沒有轉化為食品優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢[1]。如何提高稻谷的加工技術，節(jié)約糧食資源和降低能耗是當前重要的研究課題。

稻谷加工過程中，70%以上的碎米產(chǎn)生在礱谷和碾米工段。傳統(tǒng)的碾米機隨著原糧品種、水分、氣候等各種因素的變化，操作工需對碾米機進行操作調(diào)整以保證成品的質量和出品率。如何減少操作調(diào)整時間，減少人為因素的影響，提高碾米機的自動化和生產(chǎn)效率，是目前碾米設備研發(fā)亟待解決的問題[2]。

20世紀90年代，日本佐竹公司開發(fā)出了自動壓砣系統(tǒng)配套在線白度計[3]，以檢測米機出米白度為基準的自動化碾米技術，實現(xiàn)了碾米工段的無人化生產(chǎn)。2000年以來，隨著國內(nèi)智能控制技術及信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，碾米工廠自動化、智能化、可視化等先進技術從無到有，逐漸得到應用發(fā)展。從最開始的單機自動化到工段以及整個工廠的成套設備自動化，自動化、智能化技術在碾米工廠應用越來越廣泛，其中就包括近5年逐漸應用的采用米機自動壓砣技術的智能碾米系統(tǒng)。

1 傳統(tǒng)碾米技術存在的客觀問題

1.1 米機碾白精度均一性問題

糙米的碾白過程是米機內(nèi)、外部壓力共同作用的結果，米機運行時的傳統(tǒng)手動壓砣方式使米機的出料口閘門壓力保持不變，而米機的內(nèi)部壓力會隨著原料流量、水分等發(fā)生變化，當內(nèi)部壓力大時，碎米增加，大米過碾；內(nèi)部壓力小時，碾白精度達不到要求，故米機內(nèi)部壓力的變化會導致出機白米碾白精度均一性上存在差異，需要通過設備升級解決。

1.2 人工調(diào)節(jié)壓砣無法精準控制碾米精度

目前碾米操作工調(diào)節(jié)壓砣主要判斷指標是依靠電流值，即在米機流量一定的情況下調(diào)節(jié)壓砣位置，觀察電流數(shù)值來保證米機在碾米過程中不超流，同時依靠化驗員的檢測數(shù)據(jù)才能確認大米精度是否合格，在等待數(shù)據(jù)結果及后續(xù)作出相應調(diào)整的時間較長(平均15 min)，無法做到在線及時精準判斷碾白精度，并且操作工有時為了保證大米合格，往往會過度加工，造成碎米增加，出米率降低。

1.3 設備本身特點造成的過度加工

米機掛砣以掛砣桿上的凹槽為定位點，砣位置的調(diào)整精度不夠，容易造成加工精度不夠或過度加工。加工過程中由于部分掛砣桿抖動，生產(chǎn)一段時間后掛砣位置會有移位問題，造成加工精度不一致。掛砣桿角度向下的時候，掛砣位置向遠端移動，會造成過度加工，嚴重時造成悶車。米機在剛開機狀態(tài)下(冷機狀態(tài))，要加工出合格米，其工作電流要高一些，此時掛砣位置偏遠離米機；工作一段時間之后，米機變熱，相對低的電流可以加工出同樣精度的米，此時操作工沒有及時向接近米機方向調(diào)整砣的位置，將持續(xù)保持開機(冷機)階段的加工電流，造成過度加工，從而降低出米率。

2 智能碾米系統(tǒng)

智能碾米系統(tǒng)采用米機自動壓砣技術及先進的在線檢測手段，解決碾米精度控制“靠人工、憑感觀”的現(xiàn)狀，以在線檢測(主要檢測大米留胚率及碎米，檢測頻次約5 min/次)為基礎實現(xiàn)米機自動壓砣的全自動控制，在保證大米加工精度合格及質量穩(wěn)定前提下，提升出米率，節(jié)省電能。同時還可以實時監(jiān)測米機電流，避免“悶車”現(xiàn)象發(fā)生，保障設備安全。智能碾米控制系統(tǒng)示意如圖1所示。

圖1 智能碾米控制系統(tǒng)示意圖

3 智能碾米系統(tǒng)的工程應用

據(jù)遼寧盤錦某工廠加工鹽豐品種實測數(shù)據(jù)顯示，智能碾米系統(tǒng)在線檢測的留胚率逐漸趨向生產(chǎn)設置留胚率8%，有利于提高碾白精度均一性(如圖2所示)，碎米率也逐漸趨于穩(wěn)定(如圖3所示)，米機的電流也趨于穩(wěn)定(如圖4所示)，大大減少堵料、“悶車”的可能性。采用米機自動壓砣技術的智能碾米系統(tǒng)有利于提高現(xiàn)有碾米生產(chǎn)技術。

圖2 實測留胚率

圖3 實測碎米率

圖4 實測電流

在相同原糧、相同產(chǎn)量、出米合格的情況下，傳統(tǒng)碾米模式平均留胚率19.4%，碎米率4.55%，白度40.2，一砂三鐵工藝總電流平均值390 A。而采用智能碾米模式，平均留胚率20.7%，碎米率3.4%，白度40.2，一砂三鐵工藝總電流平均值375.21 A，有效避免過度加工。相比傳統(tǒng)碾米，智能碾米模式通過中央處理系統(tǒng)優(yōu)化各米機自動壓

砣，在白度一致，平均留胚率變化很小的基礎上，整體電流下降約15 A，節(jié)能效果非?？捎^，同時碎米率降低1.15%，整精米率相應獲得提升。在保證出米合格的前提下，以在線檢測數(shù)據(jù)為依據(jù)精準把控加工精度，可獲得更高的節(jié)點收益和更高的出米率，帶來更大的利潤空間。