制糖工业自动化技术

制糖工业自动化技术

编写：赖庚音石家庄市乐开糖醇技术开发有限公司

一、两个观点：

1、制糖工业生产线朝自动化方向发展的趋势确立，不受人的主观意志所左右。

随着自控装置元器件价格逐步下降，用人成本逐年升高，通过提高自动化水平来减少操作人员所获得的经济效应越来越明显。以目前国内的技术水平，一条15万吨/年的一水结晶葡萄糖生产线，采用自动化生产线后，按四班三运转计算，操作人员可由手工操作生产线的150人左右降到80人以内。而这样的自动化生产线比手工操作生产线的投资只增加约300万元。

自动化生产线的工艺参数控制稳定、产品品质均匀和产品收率高，间接经济效益非常突出。

2、生产线的自动化装置是否合理和自控运行情况好坏主要取决于工艺专业，而不是取决于自动化专业。

大部分制糖企业的技术主管都是工艺专业出身，本身对推进自己企业生产线自动化水平的意愿很强，但在实践中因对自动化知识了解不够总是遇到挫折，而认为原因是自己的自动化专业人员水平不足。这种现象在制糖工业企业特别是蔗糖工业企业普遍存在，笔者认为这是阻碍制糖工业自动化水平提高的主要原因之一。

笔者希望通过本文的介绍，制糖企业的技术主管能对自动化的基

础知识有一定的了解，能够指导自动化专业人员顺利实现自控装置的有效运行。

以多效真空蒸发系统的末效真空度自动控制系统为例，要想将末效真空度控制在0.12Bar绝对压力，可以通过以下几种方法（俗称控制方案）：

a、调节抽往冷凝器的二次蒸汽量；

b、调节真空泵抽走的不凝气体量；

c、调节通过冷凝器的循环冷却水量；

d、调节真空泵抽气管道上的破空漏气量。

那么究竟采用那种方法来实施，显然自动化专业人员是无法作主的，只有靠工艺专业人员来决定。一旦决定选用某种方法，工艺专业人员还要告知自动化专业人员介质种类（如二次蒸汽）、介质流量、介质温度、介质压力、介质比重和介质通过调节阀时允许的压力损失等参数，自动化专业人员才能对该真空度自动控制系统进行具体配置和实施。采用以上四种控制方法所需投资和对工艺的运行状况的影响是不一样的：a方法最省蒸汽、b方法最省电、c方法最省循环冷却水、d方法投资最低。当然，自动化专业人员可以分别计算出四种情况下所需调节阀的口径供工艺人员专业人员参考。

工艺人员专业人员向自动化专业人员提供自动控制系统具体控制方案和介质参数，叫做提自动化条件，包括P&I图（Process and Instruments Diagram，带自控点的工艺流程形象示意图）、自动控制说明和介质参数表。

只有在工艺人员专业人员的统筹安排和自动化专业人员的充分配合下，才能实现自控装置的合理和有效运行。

二、制糖工业自动化控制原理：

自动化控制系统实际上是模拟操作人员的操作调节过程，任何自动化控制系统都包含三个主要组成部分：变送器、控制器和执行器，俗称自动化系统三大件。

操作人员在岗位上要调控一个工艺参数，其过程主要可分解成三个部分：

1、通过眼睛观测实际情况或显示仪表；

2、通过大脑判断实际情况或仪表显示参数与工艺需要的参数是否相符合，偏大还是偏小；

3、通过手来调节阀门大小或相关设备的运行参数来干预，使实际情况或参数与工艺需要的参数相一致。

自动化系统三大件中的变送器、控制器和执行器分别承担操作人员的眼睛、大脑和手的功能，通过合适的设置和组合来模拟操作人员对工艺参数的调控过程。变送器将感知到的工艺参数转化成相应的电信号（测量值），送到控制器与工艺需要的参数（设定值）进行比较后作出判断，如果（测量值）与（设定值）不一致，控制器就会发出变化的电信号命令（输出值）来控制执行器开大一些还是开小一些。执行器动作后，工艺参数受到干预，直到测量值与设定值相一致，此时实际工艺参数稳定在工艺需求的参数上。

三、制糖工业常用变送器：

要想实现对工艺参数的自动控制，首先要能够测量出该参数的仪表。能够连续实时感测工艺参数并将其转变成对应电信号的仪器即为变送器。

变送器包括敏感元件和转换元件。其中敏感元件是指传感器中能够直接感受或响应被测量工艺参数的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量工艺参数转换成适于传输或测量的电信号部分，称为转换器。

没有相应的变送器，自动控制是无法实现的。比如淀粉乳液化时，因没有能够测量DE值的变送器，所以淀粉乳液化DE值就无法实现自动控制；生产结晶葡萄糖时因没有能够测量DX值的变送器，所以回套母液时也无法自动控制混合液的DX值。

变送器一般是将工艺参数转化成对应的4～20mA直流电流信号，俗称模拟信号以区别数字信号。模拟信号的大小在量程范围内与工艺参数相对应。比如一个测量范围为0～8m3/h的流量变送器，当流量为0时，输出为4mA（4 mA＋16 mA×0m3/h÷8m3/h）；当流量为8m3/h时，输出为20mA（4 mA＋16 mA×8m3/h÷8m3/h）；当流量为4m3/h时，输出为12mA（4 mA＋16 mA×4m3/h÷8m3/h）。

在P&I图中变送器常用其英文Transmitter的首字母大写T来表示。目前大多数变送器均为二线制变送器，其供电电源、负载电阻和变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源（24V直流电源）和输出电流信号（4～20mA直流电流）。

制糖工业常用的变送器有：

1、温度变送器TT (Temperature Transmitter)：

温度变送器的敏感元件为铠装铂热电阻或热电偶。铠装铂热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料和不锈钢套管组合而成的坚实体，适合测量－200℃～＋600℃温度，在制糖工业中被大量采用；铠装热电偶则最高可测2800℃的高温，但在制糖工业中很少使用。铠装铂热电阻或热电偶感受不同的温度后，其输出电阻或电位相应变化，转换元件采用集成电路，将热电阻或热电偶的信号放大，并转换成4-20mA的输出电流。铠装变送器可以直接测量气体或液体的温度特别适用于低温范围测量，克服了冷凝水对测温所带来的影响。

2、压力变送器PT (Pressure Transmitter)：

PT一般有压力变送器、差压变送器和负压变送器三种。差压变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，压力变送器的低压室压力采用大气压，负压变送器的低压室压力采用绝对真空。两种压力作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液（硅油）传送到测量膜片两侧。压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。

3、液位变送器LT (Level Transmitter)：

液位变送器是对压力变送器技术的延伸和发展，根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原理，实现对液体的体积、