1、引言

廣西是產(chǎn)糖大省，甘蔗糖產(chǎn)量占全國60％以上。由于糖廠壓榨車間空氣中糖分子濃度較高，許多電子測量儀器設備受到不斷增加的糖分子附著、結(jié)塊等惡劣環(huán)境的直接影響而無法實現(xiàn)甘蔗絲厚度的均衡控制，長期以來，制糖企業(yè)壓榨車間榨量控制都是由操作人員憑經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)操作，所以甘蔗榨量不穩(wěn)定，瞬時負荷過大，造成撕裂機電機等機械部件損壞。

由于制糖企業(yè)中壓榨工況的好壞對整個糖廠的穩(wěn)定均衡生產(chǎn)至關重要，制糖企業(yè)又非常迫切需要解決甘蔗絲均衡傳輸自動調(diào)節(jié)的問題，為滿足廣西制糖企業(yè)的實際生產(chǎn)需要，我們利用放射源和γ射線傳感器檢測蔗層的厚度，通過微機和變頻器控制輸蔗機均衡速度，還利用微機監(jiān)控程序完成了輸蔗的自動計量和參數(shù)的在線設置，不但可以準確掌握日壓榨量，自動計算原料抽出率，而且達到了均衡生產(chǎn)，減少設備故障率的目的。這對糖廠鍋爐產(chǎn)汽量、蒸發(fā)罐入計、糖漿錘度穩(wěn)定、甘蔗砍運、壓榨、鍋爐、蒸發(fā)、煮糖、成品等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定都起到了關鍵性的控制作用。

2、系統(tǒng)工作原理

2.1 系統(tǒng)控制過程

拖動電機選型確定以后，其傳動比、傳動齒輪齒數(shù)、齒距也就確定，傳送帶上傳送甘蔗絲的速度v和拖動電機轉(zhuǎn)速n的關系為：

式中m為傳動鏈輪齒距，z為甘蔗絲傳送機傳動輪齒數(shù)，a為傳動比，ni為拖動電機轉(zhuǎn)速。傳送帶上甘蔗絲的重量表示如下：

2.2 射線傳感器測量蔗層厚度原理

γ射線傳感器是利用放射性同位素，依據(jù)被測物料對γ射線吸收、反散射和透射作用而進行工作的。當核放射源放射出的γ射線穿透甘蔗絲到達γ射線傳感器的過程中，一部分γ射線被甘蔗絲吸收，一部分γ射線透過甘蔗絲被γ射線傳感器吸收；在γ射線的照射下，γ射線的強度和被測甘蔗絲厚度之間的關系為：

式中I和I0分別為γ射線穿過被測甘蔗絲后的輻射強度和穿過被測甘蔗絲前的輻射強度，C為積因子，m為線性衰減系數(shù)，d為被測甘蔗絲厚度。因此，I0一定時，I值的相對變化量就反映了甘蔗絲厚度d。

γ射線傳感器輸出的微弱電流信號，經(jīng)前置放大器放大后，輸出一個能反映傳輸帶上甘蔗絲厚度的電壓信號。由于γ射線傳感器輸出電壓信號與輸入γ射線強度成正比關系，則式（3）可轉(zhuǎn)換為：

式中U和U0分別為γ射線穿過被測甘蔗絲后的輻射強度和穿過被測甘蔗絲前的輸出的電壓信號，WL為傳送帶上單位長度載荷量，B為甘蔗絲的平均寬度，μm為吸收系數(shù)。則載荷量：

由式（2）和式（9）可知，通過檢測傳送帶上甘蔗絲的厚度和傳送帶的速度，便可得到甘蔗絲的瞬時流量。

3系統(tǒng)設計

3.1 硬件設計

如圖1所示，系統(tǒng)硬件由放射源、γ射線傳感器、工業(yè)計算機、數(shù)據(jù)采集卡、濾波器、旋轉(zhuǎn)編碼器、定時器／計數(shù)器、變頻器、大屏幕顯示器等組成。

甘蔗絲厚度檢測選用γ射線傳感器長度為1 500 cm，源部件采用雙源法。放射源與γ射線傳感器分別置于被測甘蔗絲的上下兩側(cè)，其距離是一定值，在放射源和被測甘蔗絲都確定的情況下，對于長半衰期的同位素，由于放射源發(fā)出的γ射線在短時間內(nèi)可視為常數(shù)，甘蔗絲越厚，吸收的γ射線越多，安裝在傳輸帶下方的γ射線傳感器接收到的γ射線就越少。因此，γ射線傳感器接收到的γ射線強弱反應了甘蔗絲厚度的相對變化量，γ射線傳感器將接收到的γ射線轉(zhuǎn)換成微弱的電流信號，經(jīng)前置放大器放大后，輸出正比于傳送帶上甘蔗絲厚度的電壓信號，經(jīng)低通濾波器濾波后送到A／D采集卡ACL-8112采樣，采樣數(shù)據(jù)接入計算機計量。

在傳送機從動輪軸上安裝一個OMROM E682旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器能將機械角位移量轉(zhuǎn)換為與之對應的速度脈沖信號，經(jīng)定時器／計數(shù)器TMC-10測量得到傳輸送機從動輪的角速度，角速度可由脈沖數(shù)決定，由于從動輪半徑己知，就很容易計算得到傳送機的速度。20同時，TMC-10還用于產(chǎn)生精確的定時中斷信號。

SIEMENS 6SE70變頻器根據(jù)蔗絲厚度的變化量輸出4～20 mA電流，經(jīng)變換得到2～10 V電壓，計算機根據(jù)電壓值的大小自動調(diào)節(jié)傳送機的速度，從而達到了調(diào)節(jié)傳送帶上蔗絲流量均衡傳輸?shù)哪康摹?/p>

為方便現(xiàn)場工作人員觀測生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將計算機顯示的部分內(nèi)容通過RS 232傳送到生產(chǎn)現(xiàn)場的大屏幕顯示器上顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.2 軟件設計

系統(tǒng)軟件采用TURBO++3.0編制，使用自帶小漢字庫技術，系統(tǒng)軟件不僅可以脫離漢字操作系統(tǒng)運行，減少內(nèi)存占用量，而且避免了漢字操作統(tǒng)之間的沖突。系統(tǒng)軟件除了顯示瞬時流量、傳送機瞬時負載、傳送機瞬時速度、班產(chǎn)量、日產(chǎn)量、當月累計量、當年累計量、系統(tǒng)運行狀態(tài)等信息外，還具有歷史記錄查詢、定時或隨時打印生產(chǎn)報表、系統(tǒng)參數(shù)標定、產(chǎn)量設定，顯示實際產(chǎn)量、正常工作時間、停機時間、空帶運行時間等功能。

主程序流程圖如圖2所示。

開機后，首選進行系統(tǒng)初始化，然后進入循環(huán)程序，在循環(huán)程序中，每秒刷新一次顯示，循環(huán)判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)，是否有功能鍵按下以及是否到換班時間，若有功能鍵按下，則進行相應處理；如果到換班時間，則執(zhí)行中斷服務程序。中斷服務程序流程如下：保護現(xiàn)場→采樣γ射線傳感器輸出電壓→采樣旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖信號→計算瞬時速度→計算瞬時負荷和累計產(chǎn)量→恢復現(xiàn)場→中斷返回。為了實時顯示系統(tǒng)當前的生產(chǎn)狀態(tài)，還利用Kingview6.00軟件開發(fā)了動態(tài)顯示功能。

4、系統(tǒng)標定

速度標定：首先測出傳送機從動輪直徑的d，傳送帶的速度v=ω·d／2便可算出，式中ω為傳送機從動輪的角速度，由E682旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖信號，經(jīng)定時器／計數(shù)器TMC-10測量得到。

空載電壓標定：將傳送帶上的甘蔗絲清空，傳送機空載運行，γ射線傳感器輸出電壓穩(wěn)定后（穩(wěn)定時U0瞬時值變化《20 mV，平均值變化《5 mV），再連續(xù)6次采樣γ射線傳感器上的電壓，其平均值即為空載電壓U0。

實物標定：首先進入實物標定程序，輸入傳送機從動輪直徑d、空載電壓U0、負荷系數(shù)K（預先輸入經(jīng)驗值），然后給傳送帶上投放甘蔗絲，開始進行計量，輸送帶上具有一定厚度的甘蔗絲經(jīng)γ射線傳感器后，系統(tǒng)停止標定，系統(tǒng)自動累計結(jié)果mh。若以標準稱（地中衡：誤差≤0.3％）的稱量結(jié)果mb不相等時，則按K’=mb／mh對K值進行修正，再次投放甘蔗絲，并重新標定，直到滿足系統(tǒng)誤差∣δ∣=［（mb-mh）／mb］100％=1％為止。實物標定過程及結(jié)果如表1所示。

5、結(jié)語

這套系統(tǒng)投入使用后對糖廠提高產(chǎn)品質(zhì)量起到積極作用：

（1）一級白砂糖色值下降了20 IU，二氧化硫殘留量僅有21 mg／kg，還原糖為　　0.05％；

（2）系統(tǒng)動態(tài)計量誤差≤1.5％，壓榨抽出率96％，蔗渣水分47.5％，蔗渣轉(zhuǎn)光度2.15％，糖廠壓榨車間安全率達到99％；

（3）甘蔗壓榨量均衡穩(wěn)定，輸送制煉車間蔗汁均衡，鍋爐產(chǎn)汽量、蒸發(fā)罐入和糖漿錘度穩(wěn)定；

（4）有利于沉淀池蔗汁沉淀，提高了澄清效率。

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