德國BMA間歇式離心分蜜機(jī)電控系統(tǒng)改造

趙紅梅 張雙俠

摘 要：為了與不斷發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會(huì)相適應(yīng)，滿足現(xiàn)代化食品行業(yè)管理的需要，分蜜機(jī)這一設(shè)備的運(yùn)行效率對(duì)整個(gè)蜜糖廠的效益產(chǎn)生著巨大影響。分蜜機(jī)的好壞直接影響著蜜糖生產(chǎn)的工藝和便捷性。對(duì)于蜜糖廠來說，只有不斷提升分蜜機(jī)質(zhì)量，使之與糖廠相適應(yīng)、相匹配，才能提升制糖效率，提升精益收益，以增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。該文將針對(duì)部分企業(yè)德國BMA間歇式離心分蜜機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行詳細(xì)分析，并基于此對(duì)分蜜機(jī)電控系統(tǒng)的改造做出探討，以提升分蜜機(jī)的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：BMA間歇式離心分蜜機(jī) 改造 效率提升

中圖分類號(hào)：TS24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（c）-0115-02

在白砂糖的生產(chǎn)制作工藝十分復(fù)雜，環(huán)環(huán)相扣，一點(diǎn)也不能疏忽。分蜜環(huán)節(jié)作為白糖生產(chǎn)的最后一道工序，質(zhì)量要求非常高，因?yàn)樗鼘?duì)白糖的質(zhì)量好壞起到非常重要的影響作用。分蜜的過程是一種復(fù)雜的工藝流程，分蜜的質(zhì)量受多種因素的影響，主要影響因素有分蜜機(jī)、分蜜的時(shí)間控制等等，因此，糖廠分蜜機(jī)在制糖工藝中有著重要的作用。分蜜機(jī)通過高速分離將糖漿中的糖蜜分離出來，其整個(gè)過程分為裝糖→加速→高速分離→降速→卸糖等幾個(gè)過程，每個(gè)過程都對(duì)成品糖的質(zhì)量起著重要的作用。分蜜過程是整個(gè)制糖過程中最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它能否正常運(yùn)行關(guān)系到成品糖的質(zhì)量和產(chǎn)量。

1 德國BMA間歇式離心分蜜機(jī)問題

德國BMA間歇式離心分蜜機(jī)于20世紀(jì)90年代引入部分企業(yè)并投入使用，到現(xiàn)在已有近20年[1]，雖然分蜜機(jī)為蜜糖廠的制糖工作帶來了極大便捷，但是由于時(shí)間的流失以及機(jī)器的損耗，大部分元器件（包含機(jī)械和電氣）已老化，運(yùn)行效率已經(jīng)大不如前，生產(chǎn)過程中故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和產(chǎn)品的質(zhì)量，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

1.1 裝置落后

由于該分蜜機(jī)引進(jìn)時(shí)間太過久遠(yuǎn)，受到電子技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的制約，當(dāng)時(shí)電子電器的制作還不是非常先進(jìn)，BMA分蜜機(jī)的主拖動(dòng)采用的是現(xiàn)今已不在流行的晶閘管變流裝置，已經(jīng)十分落后，由于分蜜機(jī)大慣性的負(fù)載，在其減速過程中處于逆程發(fā)電狀態(tài)[2]，而晶閘管逆變回饋給電網(wǎng)的諧波大，回饋不平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)有污染，功率因數(shù)低，對(duì)電能的使用率低。

1.2 噪音大

由于BMA分蜜機(jī)的內(nèi)部裝置使用的是晶閘管變流裝置，此裝置的運(yùn)行經(jīng)過電抗器后，會(huì)產(chǎn)生極大的電磁噪聲，不僅僅使分蜜機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)受到負(fù)面影響，同時(shí)對(duì)于車間操作工來說，也降低了工作熱情，苦不堪言[3]。

1.3 操作復(fù)雜

由于該機(jī)器是從德國引進(jìn)，雖然對(duì)于當(dāng)時(shí)的環(huán)境條件來說，是頗為先進(jìn)的機(jī)器，但是由于是從國外引進(jìn)而且時(shí)代久遠(yuǎn)，隨著時(shí)代和技術(shù)的不斷進(jìn)步，在操作方面，程序非常繁雜，其中存在許多由現(xiàn)代技術(shù)便可加以改進(jìn)的地方。由于程序的復(fù)雜性，若在分蜜廠工作中臨時(shí)修改工藝參數(shù)，步驟的復(fù)雜性將為參數(shù)的修改帶來極大不便[4]。且操作界面多為英文，在車間操作員文化水平不高的情況下，英文指示容易為操作帶來障礙。

1.4 智能化缺失

對(duì)于該機(jī)器的元器件來講，由于其生產(chǎn)年代距今已有20多年，現(xiàn)今我們已處于智能時(shí)代，而此機(jī)器主要還是運(yùn)用人工化操作，智能化的缺失不僅僅浪費(fèi)了人力資源，而且降低了運(yùn)行效率，影響整體收益。由于此設(shè)備的自動(dòng)化程度低，一段原、洗蜜不容易分清，在操作過程中，會(huì)出現(xiàn)不可避免的差錯(cuò)，如洗蜜混入原蜜中一部分，致使工藝出現(xiàn)差錯(cuò)，這部分洗蜜不能按預(yù)先的工藝設(shè)計(jì)以及事先計(jì)劃回煮一段糖膏，從而導(dǎo)致后段物料純度因此而升高。惡性循環(huán)的結(jié)果是：隨著生產(chǎn)天數(shù)的增加以及生產(chǎn)周期的循環(huán)，廢蜜損失量日漸增多，給蜜糖的純度管理工作帶來很大的障礙[5]。

1.5 功能單一

由于此分蜜機(jī)年代老舊，在當(dāng)時(shí)的環(huán)境下適用于蜜糖廠的分蜜工作，但現(xiàn)在已是21世紀(jì)，新的時(shí)代以及需求給分蜜機(jī)提出了新的要求，單一的功能已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代額敏蜜糖廠的經(jīng)濟(jì)效益，所以在分蜜機(jī)的改進(jìn)方面，功能應(yīng)實(shí)現(xiàn)多樣化。

2 BMA間歇式離心分蜜機(jī)改造

根據(jù)以上對(duì)分蜜機(jī)缺陷的綜合分析，我們結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求以及分蜜機(jī)的運(yùn)行狀況，對(duì)分蜜機(jī)改造，采取以下措施。

2.1 更新系統(tǒng)

由于系統(tǒng)過于陳舊為機(jī)器的運(yùn)行帶來阻礙，改造工作首先應(yīng)從系統(tǒng)入手。首先應(yīng)將所有陳舊的電氣系統(tǒng)廢棄，采用變頻器+能量回饋單元+PLC+觸摸屏，所有新系統(tǒng)重新裝配配電柜，電氣元件更新，按實(shí)際需求重新編寫工藝和操作程序。

首先，將所有電氣系統(tǒng)廢棄，（1）變頻器采用ABBACS800系列。原系統(tǒng)電機(jī)160 kW、320 A，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將變頻加大一檔，采用200 kW重負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩變頻器，確保大慣性分蜜機(jī)工作的可靠與穩(wěn)定。

（2）能量回饋單元采用先進(jìn)的IGBT能量回饋單元，自動(dòng)檢測(cè)和回饋電壓，其電能回饋率高，諧波小，對(duì)電網(wǎng)污染小，回饋波型穩(wěn)定，可大大提高電能的使用率，提高系統(tǒng)的節(jié)電率。

（3）PLC采用西門子ST—200CPU226+模擬量模塊，觸摸屏采用西門子smartline1000，10.2寸真彩觸摸屏，觸摸屏所有界面采用漢語，與PLC配套使用，實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量輸入、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、修改及各種工作狀態(tài)顯示。

（4）所有電氣元件采用進(jìn)優(yōu)質(zhì)進(jìn)口產(chǎn)品（如：接近開關(guān)、接觸器、中間繼電器等）確保設(shè)備工作穩(wěn)定可靠。

2.2 改機(jī)械式為電動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行

將原有的進(jìn)糖總閥由機(jī)械式改為電動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行，由PLC根據(jù)人工的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)來自動(dòng)改變進(jìn)糖閥開啟的大小，從而滿足糖醬濃度變不同對(duì)工藝的要求。

同時(shí)，將系統(tǒng)中關(guān)鍵易損易壞的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改用FESTO系列氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，方便維護(hù)和選購。（以前氣動(dòng)設(shè)備都有廠家壟斷無型號(hào)，只有定貨號(hào)使維護(hù)方無法自由選配損壞器件，只能從廠家發(fā)配，其配貨周期長(zhǎng)，價(jià)格高，且一些器件由于停產(chǎn)無法訂到）

3 PLC及觸摸屏設(shè)計(jì)

德國西門子S7-200屬于小型可編程控制器，在分蜜過程中具有功能強(qiáng)大、性能價(jià)格比高、應(yīng)用范圍廣泛的優(yōu)勢(shì)，在國內(nèi)具有較高的市場(chǎng)占有率。本改造控制系統(tǒng)以西門子ST-200PLC為控制中心，觸摸屏為輔助界面；PLC與ACS800變頻器采用總線通信方式，采用modbus—RTU通信協(xié)議，變頻器的啟停，頻率修改及運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)都通過總線傳遞；觸摸屏和PLC采用西門子內(nèi)部的PPI協(xié)議連接；進(jìn)糖總閥通過PLC運(yùn)算產(chǎn)生的4～20 mA模擬信號(hào)控制；所有控制信號(hào)通過屏蔽電纜接入PLC輸入端，其整本布局如下。（見圖1）

由于S7—200有豐富的指令和庫文件，PLC可直接調(diào)用modbus庫文件和變頻器通信。

分蜜機(jī)的每一個(gè)工作周期包括：裝料、加速、清洗、分蜜、減速、卸糖、清洗轉(zhuǎn)籃。每個(gè)周期開始時(shí)，分蜜機(jī)以裝料速度轉(zhuǎn)動(dòng)（100～250轉(zhuǎn)/分可調(diào)），打開裝料閥（打開的角度可以調(diào)整，例如75%），糖膏流入裝料管道，經(jīng)過裝料擋板糖膏由導(dǎo)板均勻地分布在轉(zhuǎn)籃上。裝入的糖膏達(dá)到要求的裝料厚度時(shí)，裝料傳感器發(fā)出脈沖關(guān)閉裝料閥門。裝料閥門關(guān)閉后，打開裝料管道清洗閥門，分蜜機(jī)開始加速至分蜜速度。管道清洗完成后延時(shí)一段時(shí)間后，關(guān)閉裝料擋板。

在裝料過程中用戶可根據(jù)實(shí)際情況按下觸摸開關(guān)來發(fā)出料滿信號(hào)中止進(jìn)料，系統(tǒng)關(guān)閉進(jìn)料糖閥，將料位探頭退出檢測(cè)位置，繼續(xù)執(zhí)行自動(dòng)循環(huán)操作。

在加速/分蜜過程，蜜洗、水洗、汽洗糖膏。開始水洗時(shí)，分蜜擋板置于洗蜜位置。加速/分蜜時(shí)分蜜出的液體（開始是原蜜然后是洗蜜），流入分蜜機(jī)外罩的出口導(dǎo)管。

減速完成后，分蜜機(jī)在80～40轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速開始卸糖。在分蜜機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，刮刀將糖晶從轉(zhuǎn)籃壁上剝離，糖晶從分蜜機(jī)轉(zhuǎn)籃的底部開口卸出。卸糖過程開始前，分蜜機(jī)轉(zhuǎn)籃的底部已經(jīng)打開。糖晶從轉(zhuǎn)籃底部開口進(jìn)入下面的傳送帶。

卸糖過程完成后開始清洗轉(zhuǎn)籃內(nèi)壁，同時(shí)分蜜機(jī)加速至裝料速度。轉(zhuǎn)籃內(nèi)壁清洗完成，并且分蜜擋板置于原蜜位置后，開始下一個(gè)周期的工作。

根據(jù)分蜜生產(chǎn)的工藝要求，考慮操作方便及安全可靠性，采用模塊式程序設(shè)計(jì)，分手動(dòng)控制子程序和自動(dòng)控制子程序，每一工序又為一子程序，各子程序間有嚴(yán)格的聯(lián)鎖、互鎖和故障保護(hù)及報(bào)警功能。自動(dòng)運(yùn)行可連續(xù)不間斷工作，一個(gè)周期結(jié)束自動(dòng)進(jìn)入下個(gè)工作周期，各狀態(tài)間主要根據(jù)用戶設(shè)置的時(shí)間來轉(zhuǎn)換，一個(gè)周期結(jié)束后沒有人工操作不能進(jìn)入下個(gè)周期。

系統(tǒng)設(shè)置各種工藝監(jiān)控報(bào)警，當(dāng)某個(gè)工藝過程出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)彈出報(bào)警信息，顯示于觸摸屏上，并有相應(yīng)的聲光報(bào)警，報(bào)警信息可以觸摸屏上隨時(shí)查詢，操作人員可根據(jù)報(bào)警信息及時(shí)處理相應(yīng)問題，如：氣源壓力不足、各種氣缸不到位置，電機(jī)運(yùn)行報(bào)警等。

系統(tǒng)可人為從自動(dòng)切換為手動(dòng)，且切換后可繼續(xù)手動(dòng)操作完成自動(dòng)未完成的工藝流程。觸摸屏有工藝需求的各種動(dòng)態(tài)參數(shù)，操作人員可根據(jù)實(shí)際需求在上面隨時(shí)調(diào)節(jié)，及時(shí)適應(yīng)工藝的改變。為方便設(shè)備調(diào)試和處理故障，觸摸屏設(shè)置調(diào)試畫面，可單獨(dú)對(duì)氣缸、變頻器操作，方便了設(shè)備維護(hù)和管理。

4 對(duì)分蜜機(jī)改造工作的總結(jié)

采用基于PLC、變頻器以及自動(dòng)化觸摸屏的糖廠分蜜機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)舊式的系統(tǒng)進(jìn)行一系列改造后，經(jīng)過使用實(shí)踐情況表明，該控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)頗多，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)技藝的提升和突破。經(jīng)過改造后，此分蜜機(jī)具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便易學(xué)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、資源消耗量低、維修方便等特點(diǎn)。在此分蜜機(jī)的運(yùn)用下，糖廠生產(chǎn)的白砂糖質(zhì)量高，純度好。與此同時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)的投入使用也節(jié)約了人力資源，提高了工人的工作效率?？偟膩碚f，實(shí)現(xiàn)對(duì)分蜜機(jī)的一系列改造后，制糖工藝不僅得到大大提升，工作效率得到優(yōu)化，而且在制糖過程中，還使資源得到合理利用，減少了不必要的浪費(fèi)。具體體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）由于采用變頻器和能量回饋相結(jié)合，將分蜜機(jī)減速過程中產(chǎn)生的電能反饋回電網(wǎng)，提高了電能保用率，降低了設(shè)備用電量，能量回饋率約40%，節(jié)能效果顯著。

（2）系統(tǒng)加速、減速時(shí)間明顯縮短，大大減少了生產(chǎn)周期，提高了單位時(shí)間的產(chǎn)糖量。且本系統(tǒng)在高溫、濕度大、電壓異常波動(dòng)等等惡劣環(huán)境下，也沒有因障礙而停止運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)工作。而原有的分蜜機(jī)控制系統(tǒng)因故障多次停機(jī)而導(dǎo)致無法運(yùn)行。

（3）降低了設(shè)備運(yùn)行的噪音，使車間內(nèi)環(huán)境得到凈化。

（4）觸摸屏操作簡(jiǎn)單易懂，簡(jiǎn)化了操作過程，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

（5）優(yōu)化了工藝流程，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。分蜜機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，系統(tǒng)投入使用運(yùn)轉(zhuǎn)后，基本可以做到全自動(dòng)運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)無人操作，只需在監(jiān)控室內(nèi)對(duì)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察作業(yè)即可。

（6）采用總線控制，提高了控制穩(wěn)定，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了故障率。（因減少了外圍控制器件，控制器件少，故障點(diǎn)自然少）

（7）將氣動(dòng)元件改為主流產(chǎn)品，方便了設(shè)備的維修及維護(hù)。

通過上述一系列改造，此分蜜機(jī)連續(xù)運(yùn)行一個(gè)生產(chǎn)季（4個(gè)月）未發(fā)生故障、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。該分蜜機(jī)進(jìn)行改造后，不僅僅提升了糖廠的工作效率，且對(duì)于產(chǎn)糖量的提升以及純度的提升都?xì)獾搅俗吭降某尚А?/p>

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