馬鈴薯淀粉生產線控制系統設計

俞學蘭，沙穎慧，李岳善，武學勇

（1.青海大學，青海西寧810016；2.青海省三江源集團威斯頓馬鈴薯淀粉生產基地，青海海東810100）

馬鈴薯淀粉生產線控制系統設計

俞學蘭1，沙穎慧1，李岳善2，武學勇1

（1.青海大學，青海西寧810016；2.青海省三江源集團威斯頓馬鈴薯淀粉生產基地，青海海東810100）

針對青海某馬鈴薯淀粉生產企業的淀粉生產線存在的問題，結合淀粉生產工藝，實現了基于PLC的淀粉生產線控制，提高了生產效率，節約了成本。

馬鈴薯淀粉；PLC；降壓啟動

隨著食品工業發展，對馬鈴薯淀粉的需求日益增加。我國傳統馬鈴薯淀粉生產行業機械自動化程度較低，生產能力低下，生產線運行不夠穩定，大多數前期工作是以人力為主，費時費力，處于手動調節階段，因此運行效率較低，而且影響到淀粉生產質量，更影響企業效益。馬鈴薯淀粉生產線工藝較復雜，加工設備多樣，為了使生產線協調可靠運行，并提高效率，控制系統起到了非常重要的作用，設計研究性價比較高的控制系統是刻不容緩的。

本文馬鈴薯淀粉生產控制系統設計是針對青海省某馬鈴薯淀粉生產基地生產控制系統自動化程度低，效率低等問題進行的改造設計。

1 馬鈴薯淀粉生產工藝簡介

本文針對青海省某馬鈴薯淀粉生產基地進行生產線控制系統設計，該基地淀粉生產工藝流程：馬鈴薯—一次清洗—二次清洗—分水篩—皮帶運料斗—儲料斗—搓磨機—分離機構—除砂—回收蛋白分離—淀粉精制洗滌—儲成漿—真空吸濾機—刮刀—皮帶傳送—熱風機—冷風機—淀粉篩—成品包裝。

（1）清洗階段。對淀粉生產原料進行清洗，是保證淀粉質量的基礎。清洗階段主要利用水力流槽對原料池中的馬鈴薯進行輸送清洗，利用螺桿泵帶動螺旋清洗機清除馬鈴薯外表皮層沾帶的泥沙及物料中的硬質雜等，同時利用籠式清洗機再進行二次清洗。清洗后的馬鈴薯通過皮帶運料斗輸送至儲料斗。

（2）搓磨階段。利用搓磨機等使物料的細胞破裂，釋放出更多的游離淀粉顆粒；同時為了減小分離細渣難度而不能使皮渣過細，使微小的淀粉顆粒能夠順利地從塊根中解體分離。

（3）分離階段。將粉碎后的物料，以水為介質，使淀粉和纖維分離開來，也稱為漿渣分離階段，這個環節是淀粉加工中的關鍵環節，將直接影響淀粉提取率和淀粉質量。利用分離機構先進行粗分離，實現馬鈴薯漿液中的淀粉與薯渣的分離，然后將由篩分裝置篩分出的淀粉漿液進入脫蛋白和纖維分離器，將淀粉中的蛋白和纖維進行分離，使淀粉濃度達到一定的標準。青海某淀粉生產企業蛋白分離機構如圖1所示。

圖1 蛋白分離機構

（4）精制洗滌階段。淀粉的洗滌和濃縮是依靠淀粉旋流器來完成的，篩分以后的淀粉漿先經過濃縮旋流器，底流進入洗滌精制旋流器，最后達到產品質量要求。

（5）淀粉脫水（烘干包裝階段）。馬鈴薯淀粉常采用真空吸濾脫水機，可實現自動給料、自動脫水、自動清洗。

氣流干燥機是利用風機（交替使用冷風機和熱風機）的熱氣流使濕淀粉懸浮在其中，在氣流流動過程中進行干燥，具有傳熱系數高，傳熱面積大，干燥時間短等特點。

（6）淀粉冷卻與過篩包裝。淀粉經干燥后，溫度較高，為保證淀粉的粘度，需要在干燥后將淀粉迅速降溫。冷卻后的淀粉進入成品篩，在保證產品細度、產量的前提下進入最后一道包裝工序。

小型工廠生產的淀粉渣不經干燥直接作為飼料，而大型工廠的淀粉渣大都進行干燥。為了節省熱能消耗，可以先經壓榨機脫水，然后用氣流干燥機進行干燥。

概念研究是理論研究的邏輯起點。對于生態文明的概念，專家學者們的觀點不盡相同，他們從自身的學科背景、關注焦點出發，對生態文明提出了不同的定義。

2 馬鈴薯淀粉生產線控制要求分析

根據馬鈴薯淀粉的工藝特點，淀粉生產線有一定的順序邏輯控制關系，控制系統屬于生產流程控制，且為了提高其原生產制造系統自動化提出以下控制要求：

（1）控制系統采用主從式控制方式，控制方案如圖2所示。這種控制方式的優點是：上位機可以管理和控制現場各個儀器設備，可以控制各個儀器設備的啟動停止，也可以設定各個儀器設備的參數。而各個儀器設備的運行又不依賴于上位機，即使主機（上位機）關閉或死機也不影響整個系統的運作[1-3]。本次設計進行的是下位機控制部分，下位機一般是由PLC/單片機等組成，由于該系統控制對象為典型的流程控制，且大部分工步為時間順序控制，因而選擇PLC控制。

圖2 馬鈴薯淀粉生產線控制系統總體結構圖

（2）本馬鈴薯淀粉生產線上有幾十臺功率不同的電機工作，原系統中的電機均為手動開啟，為了實現故障時的及時停車和正常情況下的安全連續運轉，應具備手動/自動轉換、降壓啟動以及過載保護等環節，并提高了生產效率；

（3）為了實現排砂、流量以及液位的自動控制，可引入相應的傳感器檢測信號并傳遞至PLC實現控制。

（4）出于安全考慮，應該實現硬件和軟件的雙重聯鎖。

（5）為了減輕工人勞動強度，設計出合理的操作面板。

（6）主要針對生產線的控制，對成品包裝等后期工作未做考慮。

3 馬鈴薯淀粉生產線控制系統設計

現場設置電機啟停按鈕盒，電機設備就地啟停控制。現場電機設備的運行狀態、故障報警信號送至控制室，通過計算機控制系統對現場設備進行監視并根據現場相應的水池液位高、低限報警信號聯鎖控制電機設備。

控制系統采用SIMATICS7·300系列PLC，使用STEP7軟件進行編程。

限于篇幅，I/O地址分配和PLC硬件接線圖在此不做敘述。以電動機的星-三角形降壓啟動為例實現PLC控制，如圖3所示。在梯形圖中首先對程序進行了初始化，當SB1啟動（I0.0得電），M0.0自保，Q0.0為得電狀態，同時Q0.1得電，即KM1，KM3同時啟動，從而控制電動機星形接法運轉，T34設定星形啟動延時的時間，T32設定星三角切換時的延時，為避免KM2，KM3同時動作引入互鎖。T60則是下一段程序中，經過一段時間后下一個電動機可以自啟動。后續原理相同，不再贅述。在梯形圖中T60的時間參數是自行設定的，為上一環節到下一環節所需要的時間，從而實現準確的順序啟動，故該參數在試驗中可自行修改。

圖3 電動機星—三角形降壓起動梯形圖

4 結束語

本文基于PLC控制技術，根據工廠的具體的實際情況設計實現了對馬鈴薯淀粉生產線的控制，由于各個企業生產線要求存在一定差異性，因此設計內容也會有所不同。針對青海省某企業所做的改進設計，提高了生產效率，節省了人力，為企業的實際生產提供了很好的理論基礎。在后期的生產實踐過程中還需對系統進行不斷地改進和優化，使得生產線控制系統能夠達到最優化。

[1]范永勝，王岷.電氣控制與PLC應用[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]鄭袖，趙福臣.馬鈴薯淀粉生產線自動控制系統設計[J].機械工程師，2006，（6）：95-97.

[3]趙振剛，沙艷秋.馬鈴薯淀粉生產行業中的PLC控制系統[J].信息技術，2010，（3）：131-136.

[4]王金昭，尤波，于振中.基于PLC的馬鈴薯淀粉生產線下位機控制系統[J].哈爾濱理工大學學報，2005，10（5）：53-55.

Design of Control System for Potato Starch Production Line

YU Xue-lan1，SHA Ying-hui1，LIYue-shan2，WU Xue-yong1
（1 Qinghai University，Xi’ning Qingning 810016，China；2 Qinghai Sanjiangyuan Group Weston Potato Starch Production Base，Hai’dong Qinghai810100，China）

In the qinghai potato starch production enterprises of starch production line，there are problems，combined with starch production process，the starch production line based on PLC control，improve production efficiency and save the cost.

potato starch；PLC；blood pressure reduction

TP273

A

1672-545X（2016）09-0038-02

2016-06-13

俞學蘭（1978-），女，青海樂都人，副教授，碩士，主要研究方向：機電控制。