乳制品低温干燥塔过程控制及算法研究.pdf

行业应用与交流
《自动化技术与应用》2015年第34卷第7期
Industrial Applications and Communications
乳制品低温干燥塔过程控制及算法硏究
赵群,樊石,朱明清,唐文军,李磊
(黑龙江省科学院自动化研究所,黑龙江哈尔滨150090
摘要:本文简要介绍了乳制品低温干燥塔过程的基本工艺,研究其控制设计及算法实现、分别采用传统PID控制和模糊控制两
种算法进行了算法仿真,并进行模糊控制及与PID控制的对比分析。该系统可靠性高,通用性强等特点。
关键字:乳制品:低温;干燥;算法
中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1003-7241(2015)05-0113-04
Process Control and Algorithm Research of Low
Temperature Drying Tower of Dairy Products
ZHAO Qun, FAN Shi, ZHU Ming-qing, TANG Wen-jun, LI Lei
(Automation Institute of Heilongjiang Academy, Harbin 150090 China
Abstract: This paper briefly introduces riefly the basic technology of dairy products to low temperature drying tower process, studies
the control algorithm design and implementation respectively using the traditional PID control and fuzzy control algorithm
of the simulation algorithm, the fuzzy control and PID control are compared and analyzed. The system has high reliability,
versatility and so on
Keyword: dairy; low temperature; drying tower; algorithm
1引言
目前,各种干燥技术广泛地应用于、食品、医药制品、
随着我国乳制品行业的高速发展,对乳制品生产尤生物工程等各行业,如沸腾干燥、喷雾干燥、冷冻干燥、
其是其关键设备干燥塔自动控制系统提出了更高的要吸湿干燥等。干燥通常会使各种制品出现物理、化学的
求。我国设备制造业相对国外起步较晚,特别是牛初乳变化,例如营养成分损失、口味变化、药效降低等。主
粉、乳酸菌素粉、酸奶粉等热敏性物质的低温干燥技术,要影响因素即是干燥温度和时间,干燥温度越高、时间
目前的加工工艺水平普遍处于一种相对落后的状态。国越长,对产品的影响、破坏越严重。针对热敏性物质更
内的生产加工工艺设备存在技术含量程度低、生产效率加不适合高温干燥。相比于高温干燥技术的不足冷冻干
不高和能耗偏大等缺点,与国家倡导要求的低碳、节能、燥却能够保持产品的原有性能,干燥质量较好,然而却
绿色发展的目标相违背。国家现在加大力度对乳制品、存在着结构过于复杂、设备投资大、能耗极高,故该种
食品市场的监管,产品质量要求不断提高,对设备的性干燥方法在使用中受到限制。在不同的干燥工艺方法中
能要求随即提高。采用低温喷雾干燥塔,为牛初乳粉、在多个干燥塔自动控制项目和大量的工程和实验数据的
活菌乳酸菌素粉、茶粉、香精香料粉等粉类的生产提供基础上,提出了低温自动干燥技术。新型低温干燥技术
了理想设备,对低温喷雾干燥过程进行先进控制是提高对物质成分活性破坏较小,设备结构简单、成本较低,
生产指标、节能降耗的重要手段。
更加适合于热敏性物质的干燥。低温干燥技术解决了原
有干燥设备干燥温度高于80℃,破坏产品的营养问题。
2低温喷雾干燥工艺
低温干燥塔采用逆流干燥的原理,采用双流体喷雾
与沸腾干燥相结合的方法,实现低温喷雾干燥的目的。
收稿日期:2015-04-09
生产工艺为:物料在浓缩蒸发后经过预热器进入双流体
Techniques of Automation &Applications I 113
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喷雾器,雾化成微小雾滴,雾滴与热风顺流逆向喷入干工艺的生产运行情况,整个系统基本实现了全生产过程
燥室内时,瞬间完成了热交换,热交换后的雾滴在重力
的自动控制和监视,其系统配置最大的特点是光纤环网,
的作用下缓慢降至塔底部进行二次沸腾干燥。干燥后的充分保证了系统的安全可靠性。
粉粒进人旋风分离器进行分离,分离后的粉卸入集粉斗,3.2控制系统上位机软件
湿空气由排风机排出,全过程通过自动化控制系统完成。
Intouch软件是 Wonderware公司的专业组态软
件,用来实现工业生产过程控制系统的监控、操作和管
理功能,已经在全球很多国家和行业得到广泛的应用。
Intouch软件具备许多优点和性能,可以进行在线组态,
排风系统
具有实时和历史趋势图,方便灵活的数据采集、数据报
心干系线
表、报警信息等。 Intouch具备良好的开放性和可扩展性,
可以轻松实现和不同的自动化设备相连接。 Intouch软
控啊系统
件能够满足自动化控制系统的各种需求。
4算法及仿真设计
通常根据被控对象的数学建模和控制系统的软、硬
件设计,但是低温喷雾干燥塔是一个比较复杂的模型,
图1低温喷雾干燥工艺图
很难精确建立其数学模型。我们通过飞升曲线方法拟合
低温干燥过程这类一阶时滞系统,能够方便的建立起被
3控制系统设计
控对象的近似数学模型,为控制系统的设计和控制方法
乳制品低温干燥工艺流程自动控制技术,包括:实的确定奠定良好的基础。分别采用传统PID控制和模糊
施低温双流体下喷雾逆流干燥法,提供稳定、均匀浓度控制两种算法进行了算法仿真并进行系统仿真及与PID
的浓奶;喷雾压力自动控制及自动喷雾量自动控制,控制的对比分析
以保证稳定的低温干燥工艺参数;干燥塔负压控制,以4.1PID算法及其仿真
确保喷雾干燥系统的平衡;干燥塔进、排风温度控制,
以调整和保证产品水分的稳定。根据控制功能要求,
分部分
控制系统采用西门子S7-300,上位机组态软件采用
积分部分
Intouch。
比例部分
3.1PLC控制系统
采用了新一代西门子过程控制系统,整个系统信号
处理和传输高速可靠,控制系统算法优化多样,人机界
面功能强大,生动简洁。同时,在控制室可以测览到全
图2PID控制器中各单元的阶跃响应曲线
2
75s+1
Add
SPRAY
Transport
Scope
Delay
1/Ti
Integrator
图3低温干燥塔PD控制模型图
114 I Techniques of Automation &Applications