一種甘蔗煮糖過程開放式智能監(jiān)控綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，由包括煮糖罐體模塊、輔助工作模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以及閥門控制模塊的硬件部分和包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件、過飽和度軟測(cè)量組件、煮糖過程動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化及控制調(diào)節(jié)組件的軟件部分組成，兩組成部分之間通過Modbus總線與CAN總線連接。該平臺(tái)用于科學(xué)研究，對(duì)煮糖生產(chǎn)過程各種實(shí)際工況開展各種優(yōu)化監(jiān)控方法研究，為實(shí)際煮糖生產(chǎn)過程提供實(shí)用監(jiān)控技術(shù)。也可作為測(cè)控和制糖專業(yè)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，開展相關(guān)綜合性、設(shè)計(jì)研究性教學(xué)方法研究。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
甘蔗煮糖過程開放式智能監(jiān)控綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
本專利技術(shù)涉及制糖
，特別是提供一種用于科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的甘蔗煮糖過程開放式智能監(jiān)控綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。二、
技術(shù)介紹
在制糖工業(yè)生產(chǎn)中，煮糖是最關(guān)鍵而重要的環(huán)節(jié)，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和提糖效率。煮糖過程通過調(diào)節(jié)溫度、蒸汽壓力、真空度和進(jìn)料速度等參數(shù)，控制煮糖罐內(nèi)糖漿的過飽和度，使過飽和糖漿析出符合要求的晶體，最后經(jīng)過助晶和母液分離獲取結(jié)晶砂糖。在該過程中既有傳熱，又有傳質(zhì)，是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程。并且煮糖過程中由于物料的純度和濃度在不斷的發(fā)生變化，加上真空度和蒸汽壓力的波動(dòng)，從而影響了糖漿的過飽和度， 對(duì)結(jié)晶效果產(chǎn)生影響。由于煮糖控制本身受干擾的因素很多，煮糖過程工藝復(fù)雜、設(shè)備龐大，又含有大量的不確定性因素，其時(shí)變性和非線性等都很強(qiáng)，而且過程也具有大慣性、滯后、強(qiáng)耦合等環(huán)節(jié)，要建立精確的煮糖過程機(jī)理模型非常困難。通過傳統(tǒng)的測(cè)量方法，比如點(diǎn)測(cè)量、離線測(cè)量方法，難于獲得準(zhǔn)確的關(guān)鍵檢測(cè)參數(shù)，而且直接在生產(chǎn)用的大型煮糖罐上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究耗時(shí)長(zhǎng)，成本高昂，布點(diǎn)困難，所以急需一種小型的能模擬實(shí)際煮糖生產(chǎn)環(huán)境的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來進(jìn)行科學(xué)研究。中國(guó)專利200410061467介紹了一種煮糖糖液濃度和過飽和度在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括采樣裝置和稱重裝置構(gòu)成的檢測(cè)器、溫度傳感器、控制器和計(jì)算機(jī)，該系統(tǒng)測(cè)量范圍廣、可檢測(cè)煮糖生產(chǎn)全過程糖液錘度值和過飽和值；測(cè)量精度高，安全可靠，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；一套系統(tǒng)可多點(diǎn)檢測(cè)；檢測(cè)系統(tǒng)只需人工設(shè)定，檢測(cè)過程無須人工操作。 該方法能使操作人員能夠了解到煮糖罐內(nèi)的糖液濃度及變化情況，根據(jù)糖液濃度的變化， 操作工作能量化操作，效率高。中國(guó)專利201010199542介紹了一種煮糖罐晶粒形態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法，該方法包括以下步驟(1)將蔗糖晶粒數(shù)字顯微攝像機(jī)組件安裝在煮糖罐側(cè)壁；(2)安裝蔗糖晶粒圖像處理模塊，并運(yùn)行蔗糖晶粒圖像處理模塊；C3)接通蔗糖晶粒數(shù)字顯微攝像機(jī)組件光源的電源，調(diào)節(jié)蔗糖晶粒數(shù)字顯微攝像機(jī)組件前面的透射光源和內(nèi)裝反射光源的亮度；(4)觀察顯示器上按采樣周期不斷刷新的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像，然后根據(jù)圖像效果和需求調(diào)整圖像處理參數(shù)；( 通過人機(jī)界面讀取已存儲(chǔ)的參考圖像，與當(dāng)前的圖像作比對(duì)分析；(6)獲得晶粒特征圖像；(7)記錄或發(fā)送晶粒形態(tài)圖像特征值。本專利技術(shù)快捷、直觀，可為結(jié)晶控制提供晶粒形態(tài)分析數(shù)據(jù)。中國(guó)專利2010202247 介紹了一種煮糖罐晶粒形態(tài)在線監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括蔗糖晶粒數(shù)字顯微攝像機(jī)組件和監(jiān)控計(jì)算機(jī)；所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝有蔗糖晶粒圖像處理模塊，并通過監(jiān)控電纜與所述蔗糖晶粒數(shù)字顯微攝像機(jī)組件相連。本技術(shù)比手工采樣觀察快捷、直觀，同時(shí)可為結(jié)晶控制提供晶粒形態(tài)分析數(shù)據(jù)。上述監(jiān)控技術(shù)主要是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)煮糖過程中某一個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，公開文獻(xiàn)報(bào)道中尚未見有專門用于科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的能夠模擬實(shí)際煮糖生產(chǎn)過程，全面監(jiān)控各項(xiàng)主要參數(shù)并進(jìn)行過程監(jiān)控尋優(yōu)研究的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。三、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有煮糖技術(shù)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在的問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種用于科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的甘蔗煮糖過程開放式智能監(jiān)控綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它的輸入輸出接口是開放式的，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的各部分硬件是模塊化、可重構(gòu)的，能模擬實(shí)際煮糖生產(chǎn)過程并實(shí)時(shí)監(jiān)控各項(xiàng)主要參數(shù)；軟件部分是組件式、可擴(kuò)展的，采用不同的算法和對(duì)比各種控制策略，通過過飽和度軟測(cè)量與參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)煮糖過程中加料、溫度和壓力等控制參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該平臺(tái)為實(shí)際煮糖生產(chǎn)過程提供實(shí)用監(jiān)控技術(shù)，也可作為測(cè)控和制糖專業(yè)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，開展相關(guān)綜合性、設(shè)計(jì)研究性教學(xué)方法研究。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案甘蔗煮糖過程開放式智能監(jiān)控綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，由煮糖罐體模塊、輔助工作模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以及閥門控制模塊的硬件部分和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件、過飽和度軟測(cè)量組件、煮糖過程動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化及控制調(diào)節(jié)組件的軟件部分組成，煮糖罐體模塊通過閥門控制模塊與輔助工作模塊連接，傳感器數(shù)據(jù)采集模塊分布在煮糖罐體模塊的各個(gè)測(cè)點(diǎn)上，傳感器數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)上傳到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件，通過預(yù)處理后由過飽和度軟測(cè)量組件進(jìn)行過飽和度軟測(cè)量，最后由煮糖過程動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化及控制調(diào)節(jié)組件處理后控制閥門控制模塊對(duì)煮糖罐體模塊的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)煮糖過程的自動(dòng)監(jiān)控。所述煮糖罐體模塊，包括一個(gè)圓柱形罐體、通過法蘭連接在罐體上方的強(qiáng)制循環(huán)攪拌機(jī)構(gòu)、和通過脹接方式固定在罐體內(nèi)部的列管式熱交換器。強(qiáng)制循環(huán)攪拌機(jī)構(gòu)的攪拌電機(jī)上設(shè)置有轉(zhuǎn)速計(jì)與所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件連接并通過ModbUS總線將電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)上傳至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件。列管式熱交換器與蒸汽發(fā)生器通過管道連接并有調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)高溫蒸汽入氣量以控制糖漿溫度。所述輔助工作模塊，主要包括水、糖漿、種子三個(gè)物料箱，連接物料箱與罐體之間的進(jìn)料管等連接管道，與列管式熱交換器連接用以供給加熱熱量的蒸汽發(fā)生器，與罐體頂部端蓋連接用與形成罐體內(nèi)真空狀態(tài)的水循環(huán)式真空泵。所述傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，包括分布在罐體側(cè)面的三個(gè)綜合數(shù)據(jù)采集端口，能混合采集垂直方向的糖漿密度和溫度數(shù)據(jù)；分布在罐體頂面部分的一個(gè)真空度壓力傳感器， 一個(gè)超聲波液位傳感器，一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)；分布在罐體底面部分的兩個(gè)綜合數(shù)據(jù)采集端口， 一個(gè)電導(dǎo)率傳感儀接口，以上接口周向布置，用以混合采集水平方向的糖漿密度和溫度數(shù)據(jù)。以上測(cè)量?jī)x器分別與所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件連接并通過Modbus總線將信號(hào)數(shù)據(jù)上傳。 數(shù)據(jù)采集模塊的所有硬件接口均采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口模塊化設(shè)計(jì)，由轉(zhuǎn)接法蘭連接不同的儀器如溫度計(jì)、密度計(jì)、錘度計(jì)、電導(dǎo)率傳感儀等，通過同種測(cè)量?jī)x器不同測(cè)量位置的排列能比較溫度差、密度差等重要參數(shù)的分布，通過不同測(cè)量?jī)x器的組合測(cè)量能比較同一過程不同參數(shù)的影響，實(shí)現(xiàn)研究所需重要參數(shù)數(shù)據(jù)的采集。所述閥門控制模塊，包括水、糖漿、種子三個(gè)開關(guān)閥控制入料種類，一個(gè)入料調(diào)節(jié)閥控制入料速度，一個(gè)真空調(diào)節(jié)閥控制罐內(nèi)真空度，一個(gè)蒸汽調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)入氣量以控制糖漿溫度，一個(gè)放糖閥用于最后卸糖。閥門開度數(shù)據(jù)通過Modbus總線將信號(hào)數(shù)據(jù)上傳至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件。所述甘蔗煮糖過程開放式智能監(jiān)控綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制方法，包括如下步驟1.數(shù)據(jù)采集所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件通過Modbus總線與傳感器數(shù)據(jù)采集模塊連接，采集罐壁側(cè)面、罐底部的五個(gè)溫度、糖漿密度的混合數(shù)據(jù)，罐底部的糖漿電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，罐頂部的真空度壓力數(shù)據(jù)，超聲波液位傳感器測(cè)量到的罐內(nèi)糖漿液位高度數(shù)據(jù)，閥門控制部分各個(gè)閥門的開度數(shù)據(jù)，蒸汽發(fā)生器的入汽壓力、溫度數(shù)據(jù)，以及攪拌機(jī)構(gòu)的電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。由于大部分智能儀表采用Modbus串口通訊協(xié)議，而CAN總線可靠性高，靈活性好并且易于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制，所以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件與上述傳感器通過Modbus總線連接并進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，變換為 CAN總線協(xié)議后傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)上位機(jī)，在上位機(jī)實(shí)時(shí)地顯示被控對(duì)象的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。2.過飽和度軟測(cè)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換協(xié)議后通過CAN總線上傳至所述過飽和度軟測(cè)量組件，以其中的糖漿電導(dǎo)率、糖漿密度、糖漿溫度、罐內(nèi)真空度、蒸汽壓力和煮糖罐液位數(shù)據(jù)作為輔助變量，以糖漿的過飽和度為主導(dǎo)變量對(duì)糖漿過飽和度進(jìn)行軟測(cè)量，通過構(gòu)建糖漿過飽和度軟測(cè)量模型，利用最小二乘支持向量機(jī)獲取糖漿過飽和度軟測(cè)量的預(yù)測(cè)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蒙艷玫，賀琦，陸冠成，王小純，龐海峰，杭方學(xué)，董振，張猛，何海平，盧永強(qiáng)，陳慶偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣西大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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