射線傳感器在蔗絲厚度自動調節系統中的應用

摘 要：介紹了制糖企業甘蔗絲均衡傳輸自動調節系統的基本工作原理。給出了系統的硬件組成和控制軟件主程序的流程圖，系統以微機為控制中心，利用射線傳感器檢測蔗層厚度，通過控制輸蔗機的速度實現了蔗絲流量均衡的自動調節，并利用微機監控程序完成了輸蔗的計量和控制參數的在線設置。系統運行結果表明，其動態計量誤差≤1%。

關鍵詞：射線傳感器；輸蔗均衡；自動調節；甘蔗絲

中圖分類號：TL84 文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0518703

Application of Ray Sensor in Minced-Sugar Thickness Automation Adjustment System

WEI Yiming

(Department of Physical Science Engineering，Guangxi University，Nanning，530004，China)

Abstract：This paper introduces the basic operaing principle of minced-sugar thickness uniform-transportation automation adjustment system in sugar-refinery.It provides hardware composition and it′s the flow diagram of the main program about the control software.The minced-sugar thickness is measured by ray sensor，at the time the transportation speed is adjusted by micro-computer controlling.The micro-computer monitor software completed implement sugar weight-measure，dynamic monitoring and control parameters modified online.The result shows that the error of the system dynamic measurment is less than 1％.

Keywords：ray sensor；sugar uniform-transportation；automation adjustment；minced-sugar

1 引 言

廣西是產糖大省，甘蔗糖產量占全國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、結塊等惡劣環境的直接影響而無法實現甘蔗絲厚度的均衡控制，長期以來，制糖企業壓榨車間榨量控制都是由操作人員憑經驗手動調節操作，所以甘蔗榨量不穩定，瞬時負荷過大，造成撕裂機電機等機械部件損壞。

由于制糖企業中壓榨工況的好壞對整個糖廠的穩定均衡生產至關重要，制糖企業又非常迫切需要解決甘蔗絲均衡傳輸自動調節的問題，為滿足廣西制糖企業的實際生產需要，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，還利用微機監控程序完成了輸蔗的自動計量和參數的在線設置，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，減少設備故障率的目的。這對糖廠鍋爐產汽量、蒸發罐入計、糖漿錘度穩定、甘蔗砍運、壓榨、鍋爐、蒸發、煮糖、成品等各個生產環節的穩定都起到了關鍵性的控制作用。

2 系統工作原理

2.1 系統控制過程

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

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I0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，d為被測甘蔗絲厚度。因此，I0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)可轉換為:

式中U和U0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，WL為傳送帶上單位長度載荷量，B為甘蔗絲的平均寬度，μm為吸收系數。則載荷量:

式中vi分別為計算機第i次采集輸送機的運行速度，U0i與Ui為第i次采集到的空載和負載情況下的輸出電壓，T為采樣周期。

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 系統設計

3.1 硬件設計

如圖1所示，系統硬件由放射源、γ射線傳感器、工業計算機、數據采集卡、濾波器、旋轉編碼器、定時器/計數器、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，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，由于放射源發出的γ射線在短時間內可視為常數，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射線轉換成微弱的電流信號，經前置放大器放大后，輸出正比于傳送帶上甘蔗絲厚度的電壓信號，經低通濾波器濾波后送到A/D采集卡ACL-8112采樣，采樣數據接入計算機計量。

在傳送機從動輪軸上安裝一個OMROM E6B2旋轉編碼器，旋轉編碼器能將機械角位移量轉換為與之對應的速度脈沖信號，經定時器/計數器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還用于產生精確的定時中斷信號。

SIEMENS 6SE70變頻器根據蔗絲厚度的變化量輸出4~20 mA電流，經變換得到2~10 V電壓，計算機根據電壓值的大小自動調節傳送機的速度，從而達到了調節傳送帶上蔗絲流量均衡傳輸的目的。

為方便現場工作人員觀測生產數據，將計算機顯示的部分內容通過RS 232傳送到生產現場的大屏幕顯示器上顯示生產數據。

3.2 軟件設計

系統軟件采用 TURBO++3.0編制，使用自帶小漢字庫技術，系統軟件不僅可以脫離漢字操作系統運行，減少內存占用量，而且避免了漢字操作統之間的沖突。系統軟件除了顯示瞬時流量、傳送機瞬時負載、傳送機瞬時速度、班產量、日產量、當月累計量、當年累計量、系統運行狀態等信息外，還具有歷史記錄查詢、定時或隨時打印生產報表、系統參數標定、產量設定，顯示實際產量、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，首選進行系統初始化，然后進入循環程序，在循環程序中，每秒刷新一次顯示，循環判斷系統的運行狀態，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，則執行中斷服務程序。中斷服務程序流程如下：保護現場→采樣γ射線傳感器輸出電壓→采樣旋轉編碼器脈沖信號→計算瞬時速度→計算瞬時負荷和累計產量→恢復現場→中斷返回。為了實時顯示系統當前的生產狀態，還利用Kingview 6-00軟件開發了動態顯示功能。

4 系統標定

速度標定：首先測出傳送機從動輪直徑的d，傳送帶的速度υ=ω·d/2便可算出，式中ω為傳送機從動輪的角速度，由E6B2旋轉編碼器輸出脈沖信號，經定時器/計數器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定后(穩定時U0瞬時值變化＜20 mV，平均值變化＜5 mV)，再連續6次采樣γ射線傳感器上的電壓，其平均值即為空載電壓U0。

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U0、負荷系數K(預先輸入經驗值)，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γ射線傳感器后，系統停止標定，系統自動累計結果mh。若以標準稱(地中衡：誤差≤0.3%)的稱量結果mb不相等時，則按K′=mb/mh對K值進行修正，再次投放甘蔗絲，并重新標定，直到滿足系統誤差|δ|=[(mb－mh)/mb]100%=1%為止。實物標定過程及結果如表1所示。

標定次數輸送機負荷系數核子稱／值(mh /kg)誤差3﹪地中衡的計量值(mh /kg)誤差﹪

5 結 語

這套系統投入使用后對糖廠提高產品質量起到積極作用:

(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) 系統動態計量誤差≤1-5%，壓榨抽出率96%，蔗渣水分47-5%，蔗渣轉光度2-15%，糖廠壓榨車間安全率達到99%;

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

(4) 有利于沉淀池蔗汁沉淀，提高了澄清效率。

參考文獻

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作者簡介 韋以明 男，1956年出生，副教授，碩士生導師。主要從事電子科學與技術專業的教學與科研工作。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”