本發(fā)明涉及一種自動控制系統(tǒng)，具體是一種糖廠在煮糖工藝中使用的間歇煮糖自動控制系統(tǒng)，屬于制糖工藝自動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在制糖工藝中，煮糖是最后一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)，是極為關(guān)鍵重要的環(huán)節(jié)，經(jīng)過壓榨、澄清、蒸發(fā)和其他化學(xué)處理的糖漿，最終要在煮糖結(jié)晶罐內(nèi)結(jié)晶成糖，這一道工序的好壞直接影響著蔗糖的產(chǎn)量和質(zhì)量，從而決定著糖廠的經(jīng)濟(jì)效益。如今壓榨、澄清、蒸發(fā)等工段都已基本實(shí)現(xiàn)較為成熟的自動控制，但煮糖工段由于蔗糖結(jié)晶機(jī)理復(fù)雜、關(guān)鍵工藝參數(shù)無法在線測量、生產(chǎn)過程中受到的干擾因素較多等原因，其自動控制方案目前還處于探索階段，國內(nèi)很多糖廠依然靠人工煮糖，生產(chǎn)的效率與質(zhì)量得不到保證。
煮糖自動化的技術(shù)難點(diǎn)主要在以下幾個方面：
1、蔗糖結(jié)晶機(jī)理復(fù)雜
蔗糖結(jié)晶過程是一個復(fù)雜的物理和化學(xué)過程。糖膏過飽和度、糖膏溫度、糖膏對流強(qiáng)度、晶體均勻度、晶體緊密度、煮糖罐真空度等因素，都會對結(jié)晶過程的好壞產(chǎn)生決定性影響。它們環(huán)環(huán)相扣、息息相關(guān)，彼此影響，任何一個因素控制不好，都會影響到其他因素，造成聯(lián)鎖反應(yīng)。如果處理不好，會對一罐糖的質(zhì)量造成致命的影響。
2、重要控制參數(shù)無法測量
糖膏母液的過飽和度對煮糖結(jié)晶過程的影響是至關(guān)重要的。要準(zhǔn)確測量母液的過飽和度，就得先將糖膏中的晶體剔除掉，這樣才能準(zhǔn)確測量出母液中非水物的含量，但目前世界上任何一種儀器都不能達(dá)到這樣的要求，糖膏母液過飽和度的在線測量在世界上依然是個空白。糖膏錘度是煮糖自動控制中一個重要的參數(shù)。雖然目前已研制出許多在線測量錘度的產(chǎn)品，但能否選出一款測量精度、穩(wěn)定性均達(dá)到煮糖自動控制要求的產(chǎn)品，將決定該系統(tǒng)的成敗。
3、系統(tǒng)的大滯后性與時變性
煮糖自動控制系統(tǒng)是一個根據(jù)各種工況來控制最佳糖分吸收，從而控制產(chǎn)品質(zhì)量的隨動控制系統(tǒng)，因而對系統(tǒng)的動態(tài)性能和靜態(tài)性能都提出了較高的要求。煮糖罐內(nèi)糖膏的錘度控制是個大滯后過程，其滯后時間受到糖漿濃度、蒸汽壓力、真空度等諸多因素的影響，采用PID控制與斯密斯校正均難以滿足生產(chǎn)工藝要求。
4、系統(tǒng)穩(wěn)定性
煮糖工序的好壞直接影響著蔗糖的產(chǎn)量和質(zhì)量，從而決定著糖廠的經(jīng)濟(jì)效益。其使用蒸汽的間歇開停又是影響著全廠能源體系汽壓平衡的一大因素。煮糖環(huán)節(jié)出不得半點(diǎn)差錯，如何確保煮好每一罐糖，為糖廠帶來經(jīng)濟(jì)效益，是一個艱巨的任務(wù)。
5、系統(tǒng)易用性
煮糖工段原有的普通員工將是控制系統(tǒng)的最終使用者，在現(xiàn)有條件下，不可能要求崗位操作工人具有專業(yè)人員的技術(shù)水平，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時，必須從實(shí)際操作者的角度出發(fā)，考慮其接受能力，在實(shí)現(xiàn)所要求的控制功能的同時，盡可能地簡化操作步驟，將技術(shù)細(xì)節(jié)封裝，給操作人員一個簡單、直觀的操作。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種間歇煮糖自動控制系統(tǒng)，通過測量設(shè)備對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理，由控制單元采用模糊控制、信號反饋、信號前饋等技術(shù)進(jìn)行控制，通過現(xiàn)場總線及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)，從而使操作簡便化，且提高了生產(chǎn)管理效率。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：
一種間歇煮糖自動控制系統(tǒng)，其在煮糖工藝流程中設(shè)置以下測量和控制點(diǎn)：
（1）、在種子箱向煮糖罐的供料管路上設(shè)置兩級種子進(jìn)料控制閥；
（2）、在甲洗箱、糖漿和清水支路的供料管路上分別設(shè)置甲洗蜜進(jìn)料控制閥、糖漿進(jìn)料控制閥和熱水控制閥，甲洗箱、糖漿和清水支路的供料管路匯總后，還在匯總管路向煮糖罐供料的管路上設(shè)置物料進(jìn)料控制總閥；
（3）、在清水和廢汽向煮糖罐供料的管路上分別設(shè)置清水進(jìn)料控制閥和廢汽蒸汽控制閥；
（4）、在Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、廢汽支路的供汽管路上分別設(shè)置Ⅰ效蒸汽控制閥、Ⅱ效蒸汽控制閥、廢汽蒸汽控制閥，Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、廢汽支路的供汽管路匯總后，還在匯總管路向煮糖罐供汽的管路上設(shè)置蒸汽控制總閥；
（5）、在煮糖罐的抽真空管路上設(shè)置抽真空控制閥；在煮糖罐內(nèi)部設(shè)置微波錘度計(jì)、液位計(jì)、蒸汽溫度傳感器、蒸汽壓力傳感器，在煮糖罐的底部設(shè)置排出廢水廢料的控制閥；在煮糖罐和助晶箱的連接管路上設(shè)置出料控制閥；在助晶箱內(nèi)設(shè)置液位計(jì)；在和煮糖罐通過真空管路連接的噴射冷凝器上設(shè)置有清水進(jìn)水控制閥。
上述所有控制點(diǎn)的測量設(shè)備和控制單元均通過線路匯總連接到計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行下述步驟處理：
（1）、根據(jù)微波錘度計(jì)的測量數(shù)據(jù)，結(jié)合國內(nèi)操作工人使用實(shí)際情況，建立測量、標(biāo)定策略組程序，將錘度的測量信號轉(zhuǎn)換為真正的錘度信號；
（2）、通過間接方法建立過飽和度趨勢模糊數(shù)學(xué)模型，在不能測量糖膏過飽和度情況下得出過飽和度的變化趨勢，結(jié)合錘度信號，模糊算出錘度、過飽和度及體積的函數(shù)集；
（3）、采用二維模糊描述論域，建立模糊控制法則，實(shí)時監(jiān)控供料、供汽狀態(tài)、真空狀態(tài)，緊跟前工段工況，預(yù)見性的設(shè)計(jì)一套模糊控制策略集，選取多個語言變量值；設(shè)計(jì)生成多個動作子集；根據(jù)組合設(shè)計(jì)多條不同的模糊控制規(guī)則來對系統(tǒng)各控制單元進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)間歇煮糖全過程自動控制。
本發(fā)明的間歇煮糖自動控制系統(tǒng)通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、控制器等構(gòu)成集散式控制系統(tǒng)對煮糖工段各工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，對各工藝控制點(diǎn)進(jìn)行自動控制，保證了煮糖工段的生產(chǎn)工作安全、高效和穩(wěn)定，降低了成品糖色值，縮短煮糖時間，節(jié)約蒸汽用量，提高煮糖回收率，使糖廠達(dá)到降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約能源減少廢物排放的目的。同時，本系統(tǒng)具有操作簡便，智能化、自動化程度高、易于使用、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明在煮糖工藝流程中設(shè)置的測試和控制點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
如圖1所示，本發(fā)明的間歇煮糖自動控制系統(tǒng)在煮糖工藝流程中設(shè)置以下測量和控制點(diǎn)：
（1）、在種子箱向煮糖罐的供料管路上設(shè)置兩級種子進(jìn)料控制閥；
（2）、在甲洗箱、糖漿和清水支路的供料管路上分別設(shè)置甲洗蜜進(jìn)料控制閥、糖漿進(jìn)料控制閥和熱水控制閥，甲洗箱、糖漿和清水支路的供料管路匯總后，還在匯總管路向煮糖罐供料的管路上設(shè)置物料進(jìn)料控制總閥；
（3）、在清水和廢汽向煮糖罐供料的管路上分別設(shè)置清水進(jìn)料控制閥和廢汽蒸汽控制閥；
（4）、在Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、廢汽支路的供汽管路上分別設(shè)置Ⅰ效蒸汽控制閥、Ⅱ效蒸汽控制閥、廢汽蒸汽控制閥，Ⅰ效蒸汽、Ⅱ效蒸汽、廢汽支路的供汽管路匯總后，還在匯總管路向煮糖罐供汽的管路上設(shè)置蒸汽控制總閥；
（5）、在煮糖罐的抽真空管路上設(shè)置抽真空控制閥；在煮糖罐內(nèi)部設(shè)置微波錘度計(jì)、液位計(jì)、蒸汽溫度傳感器、蒸汽壓力傳感器，在煮糖罐的底部設(shè)置排出廢水廢料的控制閥；在煮糖罐和助晶箱的連接管路上設(shè)置出料控制閥；在助晶箱內(nèi)設(shè)置液位計(jì)；在和煮糖罐通過真空管路連接的噴射冷凝器上設(shè)置有清水進(jìn)水控制閥。
上述所有控制點(diǎn)的測量設(shè)備和控制單元均通過線路匯總連接到計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行下述步驟處理：
（1）、根據(jù)微波錘度計(jì)的測量數(shù)據(jù)，結(jié)合國內(nèi)操作工人使用實(shí)際情況，建立測量、標(biāo)定策略組程序，將錘度的測量信號轉(zhuǎn)換為真正的錘度信號；
（2）、通過間接方法建立過飽和度趨勢模糊數(shù)學(xué)模型，在不能測量糖膏過飽和度情況下得出過飽和度的變化趨勢，結(jié)合錘度信號，模糊算出錘度、過飽和度及體積的函數(shù)集；
（3）、采用二維模糊描述論域，建立模糊控制法則，實(shí)時監(jiān)控供料、供汽狀態(tài)、真空狀態(tài)，緊跟前工段工況，預(yù)見性的設(shè)計(jì)一套模糊控制策略集，選取多個語言變量值；設(shè)計(jì)生成多個動作子集；根據(jù)組合設(shè)計(jì)多條不同的模糊控制規(guī)則來對系統(tǒng)各控制單元進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)間歇煮糖全過程自動控制。
本間歇煮糖自動控制系統(tǒng)對煮糖工藝過程的控制包括入料自動控制、壓力自動控制、真空度自動控制、糖膏強(qiáng)制攪拌對流控制。
所述入料自動控制的方式為：根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)及曲線，建立過飽和度變化方向模糊控制數(shù)學(xué)模型，通過檢測錘度，間接運(yùn)算糖膏的過飽和度的變化趨勢，實(shí)時監(jiān)控入料、入汽壓力、真空，實(shí)現(xiàn)自動控制種子進(jìn)料控制閥、糖漿進(jìn)料控制閥、甲洗蜜進(jìn)料控制閥、熱水控制閥，并綜合調(diào)節(jié)蒸汽、真空，穩(wěn)定入料濃度和液位，使系統(tǒng)控制的動態(tài)性能和靜態(tài)性能均能滿足生產(chǎn)工藝要求。
所述壓力自動控制的方式為：通過對Ⅰ效蒸汽控制閥、Ⅱ效蒸汽控制閥、廢汽蒸汽控制閥和蒸汽控制總閥自動控制，確保煮糖過程壓力和溫度的變化穩(wěn)定符合設(shè)定的曲線。
所述真空度自動控制方式為：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)控制抽真空控制閥，穩(wěn)定真空度，穩(wěn)定糖膏溫度，穩(wěn)定糖膏的對流及過飽和度。
所述糖膏強(qiáng)制攪拌對流控制的方法為：根據(jù)煮糖罐內(nèi)糖膏的液位和錘度，控制攪拌葉自動啟動、停止、高速、低速切換運(yùn)行，保證罐內(nèi)糖膏對流良好。
此外，本發(fā)明的間歇煮糖自動控制系統(tǒng)還設(shè)有以下功能：
（1）、設(shè)有適合糖廠工藝流程的操作界面，使操作簡單方便，易于維護(hù)，適應(yīng)目前國內(nèi)糖廠操作人員的習(xí)慣。
（2）、設(shè)有簡易的手動/自動切換功能，真正實(shí)現(xiàn)了無擾動切換。
（3）、設(shè)有良好的并行處理能力，實(shí)現(xiàn)在煮糖處理過程中對關(guān)鍵任務(wù)和非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時處理，可由幾位操作員同時操作而不互相影響。
（4）、設(shè)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存盤功能，完善的報(bào)表功能，能方便地對生產(chǎn)報(bào)表進(jìn)行查詢和打印并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，利于生產(chǎn)的管理及決策。