俞學(xué)蘭，沙穎慧，李岳善，武學(xué)勇

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

馬鈴薯淀粉生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

俞學(xué)蘭1，沙穎慧1，李岳善2，武學(xué)勇1

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

針對青海某馬鈴薯淀粉生產(chǎn)企業(yè)的淀粉生產(chǎn)線存在的問題，結(jié)合淀粉生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)了基于PLC的淀粉生產(chǎn)線控制，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。

馬鈴薯淀粉；PLC；降壓啟動(dòng)

隨著食品工業(yè)發(fā)展，對馬鈴薯淀粉的需求日益增加。我國傳統(tǒng)馬鈴薯淀粉生產(chǎn)行業(yè)機(jī)械自動(dòng)化程度較低，生產(chǎn)能力低下，生產(chǎn)線運(yùn)行不夠穩(wěn)定，大多數(shù)前期工作是以人力為主，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，處于手動(dòng)調(diào)節(jié)階段，因此運(yùn)行效率較低，而且影響到淀粉生產(chǎn)質(zhì)量，更影響企業(yè)效益。馬鈴薯淀粉生產(chǎn)線工藝較復(fù)雜，加工設(shè)備多樣，為了使生產(chǎn)線協(xié)調(diào)可靠運(yùn)行，并提高效率，控制系統(tǒng)起到了非常重要的作用，設(shè)計(jì)研究性價(jià)比較高的控制系統(tǒng)是刻不容緩的。

本文馬鈴薯淀粉生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是針對青海省某馬鈴薯淀粉生產(chǎn)基地生產(chǎn)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，效率低等問題進(jìn)行的改造設(shè)計(jì)。

1 馬鈴薯淀粉生產(chǎn)工藝簡介

本文針對青海省某馬鈴薯淀粉生產(chǎn)基地進(jìn)行生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該基地淀粉生產(chǎn)工藝流程：馬鈴薯—一次清洗—二次清洗—分水篩—皮帶運(yùn)料斗—儲(chǔ)料斗—搓磨機(jī)—分離機(jī)構(gòu)—除砂—回收蛋白分離—淀粉精制洗滌—儲(chǔ)成漿—真空吸濾機(jī)—刮刀—皮帶傳送—熱風(fēng)機(jī)—冷風(fēng)機(jī)—淀粉篩—成品包裝。

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

（2）搓磨階段。利用搓磨機(jī)等使物料的細(xì)胞破裂，釋放出更多的游離淀粉顆粒；同時(shí)為了減小分離細(xì)渣難度而不能使皮渣過細(xì)，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(zhì)，使淀粉和纖維分離開來，也稱為漿渣分離階段，這個(gè)環(huán)節(jié)是淀粉加工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將直接影響淀粉提取率和淀粉質(zhì)量。利用分離機(jī)構(gòu)先進(jìn)行粗分離，實(shí)現(xiàn)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(jìn)入脫蛋白和纖維分離器，將淀粉中的蛋白和纖維進(jìn)行分離，使淀粉濃度達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。青海某淀粉生產(chǎn)企業(yè)蛋白分離機(jī)構(gòu)如圖1所示。

圖1 蛋白分離機(jī)構(gòu)

（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(jīng)過濃縮旋流器，底流進(jìn)入洗滌精制旋流器，最后達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)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(jī)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)給料、自動(dòng)脫水、自動(dòng)清洗。

氣流干燥機(jī)是利用風(fēng)機(jī)（交替使用冷風(fēng)機(jī)和熱風(fēng)機(jī)）的熱氣流使?jié)竦矸蹜腋≡谄渲?，在氣流流?dòng)過程中進(jìn)行干燥，具有傳熱系數(shù)高，傳熱面積大，干燥時(shí)間短等特點(diǎn)。

（6）淀粉冷卻與過篩包裝。淀粉經(jīng)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(jìn)入成品篩，在保證產(chǎn)品細(xì)度、產(chǎn)量的前提下進(jìn)入最后一道包裝工序。

小型工廠生產(chǎn)的淀粉渣不經(jīng)干燥直接作為飼料，而大型工廠的淀粉渣大都進(jìn)行干燥。為了節(jié)省熱能消耗，可以先經(jīng)壓榨機(jī)脫水，然后用氣流干燥機(jī)進(jìn)行干燥。

概念研究是理論研究的邏輯起點(diǎn)。對于生態(tài)文明的概念，專家學(xué)者們的觀點(diǎn)不盡相同，他們從自身的學(xué)科背景、關(guān)注焦點(diǎn)出發(fā)，對生態(tài)文明提出了不同的定義。

2 馬鈴薯淀粉生產(chǎn)線控制要求分析

根據(jù)馬鈴薯淀粉的工藝特點(diǎn)，淀粉生產(chǎn)線有一定的順序邏輯控制關(guān)系，控制系統(tǒng)屬于生產(chǎn)流程控制，且為了提高其原生產(chǎn)制造系統(tǒng)自動(dòng)化提出以下控制要求：

（1）控制系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)是：上位機(jī)可以管理和控制現(xiàn)場各個(gè)儀器設(shè)備，可以控制各個(gè)儀器設(shè)備的啟動(dòng)停止，也可以設(shè)定各個(gè)儀器設(shè)備的參數(shù)。而各個(gè)儀器設(shè)備的運(yùn)行又不依賴于上位機(jī)，即使主機(jī)（上位機(jī)）關(guān)閉或死機(jī)也不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作[1-3]。本次設(shè)計(jì)進(jìn)行的是下位機(jī)控制部分，下位機(jī)一般是由PLC/單片機(jī)等組成，由于該系統(tǒng)控制對象為典型的流程控制，且大部分工步為時(shí)間順序控制，因而選擇PLC控制。

圖2 馬鈴薯淀粉生產(chǎn)線控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

（2）本馬鈴薯淀粉生產(chǎn)線上有幾十臺(tái)功率不同的電機(jī)工作，原系統(tǒng)中的電機(jī)均為手動(dòng)開啟，為了實(shí)現(xiàn)故障時(shí)的及時(shí)停車和正常情況下的安全連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)具備手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、降壓啟動(dòng)以及過載保護(hù)等環(huán)節(jié)，并提高了生產(chǎn)效率；

（3）為了實(shí)現(xiàn)排砂、流量以及液位的自動(dòng)控制，可引入相應(yīng)的傳感器檢測信號并傳遞至PLC實(shí)現(xiàn)控制。

（4）出于安全考慮，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的雙重聯(lián)鎖。

（5）為了減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)出合理的操作面板。

（6）主要針對生產(chǎn)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(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場設(shè)置電機(jī)啟停按鈕盒，電機(jī)設(shè)備就地啟停控制?，F(xiàn)場電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警信號送至控制室，通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視并根據(jù)現(xiàn)場相應(yīng)的水池液位高、低限報(bào)警信號聯(lián)鎖控制電機(jī)設(shè)備。

控制系統(tǒng)采用SIMATICS7·300系列PLC，使用STEP7軟件進(jìn)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(dòng)機(jī)的星-三角形降壓啟動(dòng)為例實(shí)現(xiàn)PLC控制，如圖3所示。在梯形圖中首先對程序進(jìn)行了初始化，當(dāng)SB1啟動(dòng)（I0.0得電），M0.0自保，Q0.0為得電狀態(tài)，同時(shí)Q0.1得電，即KM1，KM3同時(shí)啟動(dòng)，從而控制電動(dòng)機(jī)星形接法運(yùn)轉(zhuǎn)，T34設(shè)定星形啟動(dòng)延時(shí)的時(shí)間，T32設(shè)定星三角切換時(shí)的延時(shí)，為避免KM2，KM3同時(shí)動(dòng)作引入互鎖。T60則是下一段程序中，經(jīng)過一段時(shí)間后下一個(gè)電動(dòng)機(jī)可以自啟動(dòng)。后續(xù)原理相同，不再贅述。在梯形圖中T60的時(shí)間參數(shù)是自行設(shè)定的，為上一環(huán)節(jié)到下一環(huán)節(jié)所需要的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的順序啟動(dòng)，故該參數(shù)在試驗(yàn)中可自行修改。

圖3 電動(dòng)機(jī)星—三角形降壓起動(dòng)梯形圖

4 結(jié)束語

本文基于PLC控制技術(shù)，根據(jù)工廠的具體的實(shí)際情況設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對馬鈴薯淀粉生產(chǎn)線的控制，由于各個(gè)企業(yè)生產(chǎn)線要求存在一定差異性，因此設(shè)計(jì)內(nèi)容也會(huì)有所不同。針對青海省某企業(yè)所做的改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了人力，為企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)提供了很好的理論基礎(chǔ)。在后期的生產(chǎn)實(shí)踐過程中還需對系統(tǒng)進(jìn)行不斷地改進(jìn)和優(yōu)化，使得生產(chǎn)線控制系統(tǒng)能夠達(dá)到最優(yōu)化。

[1]范永勝，王岷.電氣控制與PLC應(yīng)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(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2006，（6）：95-97.

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

[4]王金昭，尤波，于振中.基于PLC的馬鈴薯淀粉生產(chǎn)線下位機(jī)控制系統(tǒng)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，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(xué)蘭（1978-），女，青海樂都人，副教授，碩士，主要研究方向：機(jī)電控制。