无水葡萄糖结晶器冷却控制系统

由３ 独 立 的 循 环 个
冷 却 系统、冷冻 水 系统、备份系统即事故水 系统组成。用 于结 晶的内部冷 却水分上 部、 中部 和
一 皿】 Ｒ Ｌ 三 监控 系统 工刁：
上述的整个工艺系统都采用Ｄ Ｓ Ｏ 全 自动控制来完成整个运作，并由上位组
态软件 监控整个工 艺流程 。 工艺 流程 画 面显 示整 个装置 区工 艺 流程 如围 ７ 示。 该 画面 动态 实时显 示 所
完善 。
（ 数据采集 ： １ ） 水温、糖温 ： 搅拌
监视、诊断询 问、上传／ 下载、或在线 组态更改。这样 ，一个控制网络的控制
器和上位机可分为若干个过程段来调试 ， 以确保理想的控制效果。可使用通用的 ＨＭ『 软件在全厂范围通过以太网轮流访 问其中每一个过程段。 本套设备运行一年多以来，高效性
结晶的技术。随着结晶工艺不断创新，
力控上位组态软件 １
套 、工控机 １ 。 台
水管道压力差进入循环。使循环 水泵出口压力稳定在一定标准以
内。
本 文第一 作者胡 或拣 先生
每 个单 台系统
先 进结晶技术 的应用，对于促进结 晶 糖工业的发展起到了一定的推动作用，
结晶工艺也从间歇向半连续、连续过渡。
度 的变化控制 调 节 阀 的 开
度，并对整个
循环水 的流量
四 控制及运算
每单台葡萄糖结晶冷 却水处理控制
系统主要包括对 １ 路温度信号的监测和 １
进行调节。冷
冻水进水 量ｉ ｎ ， 通过 在循 环回 水 的温度 变化 进 行调节 ，保
６ 路调节阀的控制。通过测糖温 ，经模 糊算法滞后补偿模型来修正葡萄糖结晶 温度曲线。一则解决葡萄糖温度调节滞 后问题 ，二则解决葡萄糖液的温度不确 定性。全 自动控制之后具有以下优点 ：
２ＰＤ控制器参数 整定 ．Ｉ
ＰＤ ｌ 参数是根据控制对象的惯量来
确 定 的。 大 惯 量 如 ： 烘 房 的温 度 控 大
制， 一般 Ｐ可在 １ 以上 ，＝ ～ ， ＝ ０ ｌ３ １ Ｄ １ ０ 左 右。小 惯量 如 ： 台小 电动机 带一 一 台水泵进行压 力闭环控制， 一般只用Ｐ ｌ
技术背景
我 国是农业大 国，目前 工业上 大 规模生产多采用淀粉水解制葡萄糖 ，再 经固定化 葡萄糖异构酶转化为转化糖，
水控 制 系统 组成 ：
满足葡萄糖结晶的控温要求。 因循环 冷却水 系统 管道漏
损等原因而亏损的水量，备份水
由联 合 泵 送 到 结 晶 器 顶平 台 的
证回水与糖膏
图 １ 装置区 Ｉ艺流程
进料温差，以
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无水葡萄糖结晶器冷却控制系统
（ 存 储 ４ ） 功 能 ：能 存 储 不 同 工 艺 要 求 的 水 温 整定步骤 如下 ：
应用广 角
门 首先预选择一个足够短的采样周 ） 期让系统工作 ： （ 仅加入比例控制环节， ２ ） 直到系统 对输入的阶跃响应出现临界振荡 ， 记下这 时的比例放大系数和临界振荡周期 ； （） ３ 在一定的控制度下通过公式计算 得到ＰＤ控制器的参数。 Ｉ
及过程控制的设计进行讨论。
独立的闭路循环水系统。循环水对结晶
二
系统组成与工艺概述
循环冷 却系统的设备组成为 ： 无水
器盘管 内的果糖膏换热后 通过循环水 泵送入换热器经冷冻水系统换热达指定 温度后送入结晶器，完成一个循环。在
监控区域的监测参数 ，各参数醒目显示
于工艺流程相应位置。当报警发生时，
气 动单座 调节 阀组
３ 组 、 温 度 控 制 一 ０ 次 元 件 ５ 个 、ＤＣ ５ Ｓ 控 制系统 １ 套、三 维
０５ 。 ． ｍ 补水膨胀罐内ｆ 兼做调节水 罐） 贮存。锅炉软水靠膨胀罐与回
其中含有４ ％的果糖和５ ％的葡萄糖， ２ ８ 然后经树脂分离或络合分离或氧化分离、
Ｐ Ｄ 数 的设 定 ： ｌ参 是靠 经验 及 工艺
控 制 曲线， 并且 能 随 时
调出 ：
（） 制 ５控
功 能 ：通 过 调 节 开 关 阀
匿 ２ ＰＤ谪币 界 面 Ｉ
的熟悉 ， 参考测量值跟踪与设定值 曲线 ，
从 而调整 Ｐ Ｉ ＼Ｄ的大小。 ＼
的开 启 和 关
ＰＤ ｌ 控制器 的参数整定是控制系统
设计的核心内容。它是根据被控过程的
特 性 确定 Ｐ Ｄ 制 器 的 比例 系数 、积分 ｌ控
和微分时间的大小。Ｐ Ｄ控制器参数整 ｌ 定的方法很多， 概括起来有两大类 ： 一是
理论计算整定法，它主要是依据系统的
教学模型 ，经过理论计算确定控制器参 数，这种方法所得到的计算数据未必可 直接用，还必须通过工程实际进行调整 和修 改 ： 二是工程 整定方法 ， 它主要依
以太 网处理 任 何一 个控 制器 ，进 行组 态
赖工程经验 ，直接在控制系统的试验中
五
系统功能及 Ｄ Ｓ系统设置 Ｃ
１ 系统功能 ．
进行，且方法简单、易于掌握 ，在工程
实际中被广泛采用。Ｐ Ｄ Ｉ 控制器参数 的 工程整定方法，主要有临界 比例法、反 应 曲线法和衰减法 ，种方法各有其特点 ， ３ 其共同点都是通过试验，然后按照工程 经验公式对控制器参数进行整定。但无 论采用哪一种方法所得到的控制器参数， 都需 要在实 际运行 中进行最 后调整 与
国 ３ 系统框架
六 通信方式
通信方式为以太网通信。这套控制
系统通过 １ Ｂ ｓ — 通信 网络与上位监控 ａ ｅＴ ０
层主Ｐ Ｃ机接口进行通信、使用 Ｍ ｄ ｕ／ ｏ ｂｓ Ｔ Ｐ 议。这套 系统 最 多可 支持５ Ｃ 协 个 主连接，通过以太网进行控制监视和数 据采 集。混合 控制设 计软件也可 通过
工业 自动 化必将成 为结 晶无水葡萄糖
制造业的发展趋势。
底 部 ３ 回路 ，保 证精 确控 制结 晶过 个
程。每一 回路都设循环水 泵１ 台、板式 换热器１ 台。正常生产时， 结晶器冷却盘
管组、 循环 水 泵、板 式换 热 器形 成 一个
在整个生产工艺中，结晶冷却单元
主要针对果糖结晶循环冷却水系统工艺
门） 节约用水量 ，高效地利用了冷却 水 ，降低成本 ： （ 缩短了结晶时间，提高质量 ； ２ ） （ 提高了结晶率。温度分布均匀易 ３ ） 于控制结晶温度。 系统框架主要有３ ： 层 上位监控层 ，
控制层 和现 场设备层 ，见图 ３ 。
闭时间来控制冷却水的流量，从而控制 夹层水温，进而控制糖液温度。 （Ｄ 设置 ： ６ ＣＳ ） 对这６ 调 节 阀的 路 控制是通过与其相对应的温度信号互锁， 形成 ６ 闭环控 制系统 ，再通 过 Ｄ Ｓ 个 Ｃ 控制器内部进行６ 组ＰＤ的运算后 ，最终 Ｉ 输出给现场执行机构（ 调节阀） 。
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囊ｉ
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无水葡萄糖结晶器 冷却控制系统
胡成栋 杨鹏 郭健全
关键词 ： 果糖结晶器 结晶工艺 冷却循环水 自动控制 系统
胡成栋先生 ，西安航天华威化工生物工程 有限公司副主任 杨鹏先生 ，研究院副院长 郭健全先生 ， 生物工程有限公司工艺室主任 。
开始、停止信号等 ： （ 打印功能 ：］ Ｆ ２ ） ｝ Ｆ水温、糖温曲线 －
和报表 ：
（ ３ ）调节功 能 ： 设操 作工 窗 ｌ， 开 Ｚ ｌ 操作工根据糖温 曲线要求能调 节水温 曲线，以使操作工能摸 索出Biblioteka Baidu理的水温 控制曲线 ：
这套系 统我们采 用的是 临界比例 法。利用该方法进行Ｐ Ｄ控制器参数 的 『
最新报警会有显示，以提示操作人员及
时处理 。图２ 为ＰＤ Ｉ调节界面。 定时报表及历史趋势的储存和查询 为整套系统正常的工作提供了依据。
葡萄糖结 晶器 ５ 台、板式换热器 １ 台、 ５ 循环水泵 １ 台、补水膨胀罐５ ５ 台。冷却
循环水及冷冻水的进水管路中设有气动 单座调节 阀组，通过结 晶器内果糖膏温
控 制 。Ｐ １ １ ，＝ ． １ Ｄ ０ 这 些 要 ＝ ～ ０ ｌ０１ ， ＝ ， ～
在现场调试时进行修正的。 这次冷却水系统的ＰＩ 设定值分别 ＼Ｄ ＼ 为５１０仅供参考） ＼＼（ 。执行效果 ： 能够比 较及时对现场温度变化做 出反应 ，且能 与设定值始终保持在 ±１５ｏ这么一个 ． Ｃ 相对平稳的范围内。
和稳定性都得到了充分的证实。四
６ ・２００８
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