玉米淀粉水分在線檢測系統的設計

引言：玉米淀粉制造過程中，對離心機運行時間和絞龍轉速的精確控制可實現對成品淀粉水分含量的精確掌控，提高成品淀粉的質量和收率。基于此，研發設計了本系統，系統通過在線水分傳感器、溫度傳感器采集數據，PLC集中控制，實現對成品淀粉水分含量的控制。本系統具備故障自診斷和預警功能。該系統解決了諸多淀粉廠實際存在的問題，現實意義很大。

一、引言

玉米淀粉干燥工序是玉米淀粉生產中的重要工序之一，淀粉干燥的好壞，直接影響成品淀粉的品質、存儲及運輸。由于玉米淀粉企業自動化水平低，淀粉干燥基本還停留在人工手工操作，操作工憑經驗觀察離心機和手摸成品淀粉的方法進行操作，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，經驗也不同，用手摸出的水分含量就不同，這樣就降低了操作準確性，使得成品淀粉水分含量不穩定。因此，該系統的研究具有重要意義。

二、整體設計

1、組成及原理

玉米淀粉水分在線檢測系統主要由離心機[1]、水分傳感器1、絞龍電機變頻器、溫度傳感器、水分傳感器2及PLC控制系統等部分組成。根據玉米淀粉生產工藝[2]要求，離心機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，基本都是人工憑經驗控制離心機運行時間，最后離心機排出淀粉很難達到工藝要求。所以本系統采用雙閉環控制設計，閉環1：水分傳感器1在線檢測離心機內淀粉乳水分含量，通過PLC控制離心機運行時間，實現離心機排出淀粉水分含量45%的要求；閉環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內部PID對比運算，從而控制絞龍的轉速，實現成品淀粉水分含量13.5%的要求。如圖1所示為系統結構示意圖。

2、機械設計

機械部分設計工作包括傳感器的安裝，離心機與絞龍之間加裝儲料倉。

傳感器安裝分別為在離心機弧面右側安裝水分傳感器1、成品間淀粉出料口安裝水分傳感器2、鼓風機熱空氣進氣管上安裝溫度傳感器；

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

3、自動控制設計

（1）離心機排出淀粉水分含量控制

淀粉生產工藝要求經過離心機脫水后的淀粉水分含量為45%，本系在離心機內加裝水分傳感器1，在線檢測離心機內淀粉乳水分含量，當離心機內淀粉乳水分含量達到45%時，離心機停止運行，排料到儲料倉，如圖2所示，為離心機運行控制框圖。

（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，絞龍轉速，熱空氣溫度多種因素影響。考慮多種因素影響，系統采用PID控制。控制結構框圖如圖3所示，通過水分傳感器2反饋回來的實時淀粉水分含量信號PV與設定值信號SV做差獲取含水量偏差EV，EV經PID調節輸出，控制絞龍轉速，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、結束語

根據淀粉生產工藝要求，本系統采用雙閉環控制系統，首先對離心機排出淀粉水分含量進行控制，做到分段控制，最終達到了成品淀粉水分含量的精確控制。同時本系統采用在線檢測，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度，提高了工作效率。

參考文獻

[1]郭苗， 王新文，王宏凱，趙國峰， 等.進口臥式刮刀離心機的基本原理及實踐[J]. 礦山機械， 2010， 31（09）.

[2]翟崇華， 玉米淀粉生產工藝探討[J].天津化工，2002（04）.

（作者單位：河北省自動化研究所 ）