高溫火腿腸生產(chǎn)線節(jié)能設(shè)計(jì)

胡樹杰

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110168）

高溫火腿腸生產(chǎn)線節(jié)能設(shè)計(jì)

胡樹杰

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110168）

高溫火腿腸烘干加工線在設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)中過于考慮產(chǎn)品去濕的效果，而忽略了能源的利用率。通過加工線運(yùn)行的數(shù)據(jù)及對(duì)空氣處理機(jī)的分析，提出改進(jìn)方案。經(jīng)過對(duì)PLC及變頻器編程調(diào)試達(dá)到設(shè)計(jì)要求。運(yùn)行結(jié)果證明，系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行的情況下節(jié)能明顯。

能源；設(shè)計(jì)；生產(chǎn)線

0 引言

隨著節(jié)能環(huán)保的意識(shí)逐漸增強(qiáng)，對(duì)設(shè)備的節(jié)能提出了更高的要求。高溫火腿腸加工線的設(shè)計(jì)由于國(guó)內(nèi)外沒有相關(guān)的參照，且包括自控、暖通及機(jī)械傳輸?shù)榷鄠€(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)配合，在設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)中又過于考慮產(chǎn)品去濕的效果[1]，而忽略了能源的利用率。

在自動(dòng)加工線的運(yùn)行中傳輸帶的能耗較小，而能耗主要部分為空氣處理機(jī)。一般空氣處理機(jī)的應(yīng)用大部分用作人工環(huán)境的處理，因此可參考的相關(guān)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)值也少。在設(shè)計(jì)上為保證去濕的效果，設(shè)計(jì)參數(shù)上均取了上限值。而大量的能耗消耗在冷熱風(fēng)上。根據(jù)加工線運(yùn)行數(shù)據(jù)及對(duì)空氣處理機(jī)等的分析，在滿足系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能的設(shè)計(jì)。運(yùn)行結(jié)果證明，設(shè)計(jì)的節(jié)能較明顯，自控系統(tǒng)復(fù)雜程度不變。

1 加工線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

傳輸線（包括震動(dòng)和提升）及倒料槽對(duì)能量消耗較小，因此不做過多的分析和改動(dòng)。

1.1 空氣處理機(jī)控制參數(shù)精度

人工環(huán)境用空氣處理機(jī)往往強(qiáng)調(diào)溫濕度控制精度，并且送風(fēng)溫差小。而本系統(tǒng)熱風(fēng)溫度較高（35-55度）且風(fēng)壓大，風(fēng)速高，通過高速的熱風(fēng)將產(chǎn)品濕氣帶走，對(duì)溫度的精度要求不高，兩者區(qū)別較大。

1.2 實(shí)際負(fù)荷特點(diǎn)

傳輸線的產(chǎn)品為濕負(fù)荷，由于大部分水分在瀝水震動(dòng)已被去掉，主要在腸衣兩頭及疊處存有少量濕氣，產(chǎn)品對(duì)回風(fēng)的絕對(duì)濕度及相對(duì)濕度影響不大。因此空氣處理機(jī)采用部分回風(fēng)不會(huì)影響系統(tǒng)的除濕效果。

1.3 原有系統(tǒng)方案

原K1系統(tǒng)直接利用新風(fēng)，沒加回風(fēng)主要考慮回風(fēng)同新風(fēng)混合增加送風(fēng)濕度，影響熱風(fēng)除濕效果。經(jīng)實(shí)際測(cè)試：上、中層產(chǎn)品溫度較均勻，與送風(fēng)溫度差8度左右。上層產(chǎn)品去濕接近90%，要求中層去濕程度低。從數(shù)據(jù)看中層除濕負(fù)擔(dān)不大，上層回風(fēng)含濕小，可以利用其作為中層的送風(fēng)，并采用回風(fēng)。

原K2系統(tǒng)直接利用新風(fēng)主要考慮利用回風(fēng)會(huì)加大送風(fēng)的含濕量，而且送風(fēng)溫差大使產(chǎn)生冷凝水。原K2系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試：下層產(chǎn)品的溫差較大，前端與中層接近，末端接近送風(fēng)溫度。說明適當(dāng)降低中層溫度有利下層的處理。

2 改進(jìn)的方案

改進(jìn)后的風(fēng)系統(tǒng)如圖1、圖2所示。兩個(gè)系統(tǒng)比原系統(tǒng)增加了回風(fēng)，新風(fēng)閥、回風(fēng)閥及排風(fēng)閥為連續(xù)可調(diào)。K1的送風(fēng)由同時(shí)送上下層改為送上層再送中層再回風(fēng)。

由于中層產(chǎn)品除濕只剩10%的量，利用上層的回風(fēng)對(duì)中層進(jìn)行除濕，這減輕了K1空氣處理機(jī)的熱風(fēng)量。

通過PLC的控制實(shí)現(xiàn)不同工況的調(diào)節(jié)。在夏季工況下加大新風(fēng)量，使加熱量降低；在冬季時(shí)加大回風(fēng)量，同樣降低了能量的消耗。新風(fēng)含濕很低，加大回風(fēng)對(duì)送風(fēng)濕度影響很小[2]。

中層送風(fēng)方式的改變使中層產(chǎn)品溫度有所降低，使下層送風(fēng)溫度與產(chǎn)品溫差降低，即減輕了下層送風(fēng)的量。運(yùn)行中下層產(chǎn)品沒有冷凝水的產(chǎn)生。

改進(jìn)后主要解決的問題是系統(tǒng)冷熱風(fēng)機(jī)組新風(fēng)沒有利用季節(jié)的變化，而直接靠冷熱源對(duì)空氣處理，從而加重了冷熱源的消耗。

圖1 K1熱風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 K2冷風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 硬件電路

自控系統(tǒng)均采用西門子產(chǎn)品。根據(jù)工藝要求,綜合輸入輸出點(diǎn)數(shù),具體硬件配置如下： PLC采用CPU226 一臺(tái)，EM235 一臺(tái)，EM232 三臺(tái)，EM231 二臺(tái) ，TP7 一臺(tái)；

檢測(cè)及執(zhí)行部分如圖1、2及對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，具體：變頻器ECO-3700/3、ECO-7500/3、ECO1500/3各一臺(tái)，變頻器控制風(fēng)機(jī)使壓力達(dá)到設(shè)定值；傳感器采用 溫度傳感器TE200 三個(gè)，檢測(cè)新風(fēng)及送風(fēng)溫度；壓力傳感器QBM62兩個(gè)；壓差傳感器QBM81兩個(gè)，檢測(cè)過濾網(wǎng)壓力；風(fēng)閥驅(qū)動(dòng)器GIB161四個(gè),驅(qū)動(dòng)新、回風(fēng)閥使調(diào)節(jié)到控制要求的開度；二通閥及驅(qū)動(dòng)器VVF41.90+SKC62,VVF5 2.40+SKB62,VVF45.65+SKC62,PLC控制驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)冷水或蒸汽的流量，使溫度達(dá)到設(shè)定值。

4 控制方法的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)比較

自控系統(tǒng)分為三部分：熱風(fēng)系統(tǒng)控制、冷風(fēng)系統(tǒng)控制和傳輸系統(tǒng)控制。傳輸系統(tǒng)主要靠PLC控制變頻器帶動(dòng)傳輸帶運(yùn)行，根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)的不同選擇相應(yīng)的速度。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)新、回風(fēng)及排風(fēng)聯(lián)動(dòng)，保持總風(fēng)量的平衡。當(dāng)有加工線停機(jī)時(shí)，通過壓力檢測(cè)，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器使風(fēng)壓達(dá)到設(shè)定值。風(fēng)系統(tǒng)如果按焓值控制，系統(tǒng)硬件投入將加大很多，并且控制程序不宜實(shí)現(xiàn)[3]。不同工況控制運(yùn)行如下：冬季工況：當(dāng)室外溫度低于10度時(shí)，K1隨著溫度的降低逐漸關(guān)小新風(fēng)閥、排風(fēng)閥，開大回風(fēng)閥；而K2隨著溫度的降低逐漸關(guān)小新風(fēng)閥、排風(fēng)閥，開大回風(fēng)閥，直至溫度5度時(shí)風(fēng)閥分別開到最小和最大。同時(shí)分別調(diào)節(jié)冷水閥及蒸汽閥，使送風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定值[4]。

從表1可以看出，冬季工況下K1可以節(jié)省（2842-1621）/2842＝43%的熱量；K2可節(jié)省（345-311）/345＝10%的熱量。而熱量的絕對(duì)值大，使得節(jié)能效果比較理想。

夏季工況：當(dāng)室外溫度高于20度時(shí)，K1隨著室外溫度的升高逐漸開大新風(fēng)閥、排風(fēng)閥，關(guān)小回風(fēng)閥；而K2機(jī)組隨著溫度的增大逐漸關(guān)小新風(fēng)閥、排風(fēng)閥，開大回風(fēng)閥，直至溫度30度時(shí)風(fēng)閥分別開到最小和最大限值。同時(shí)分別調(diào)節(jié)冷水閥及蒸汽閥，使送風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定值。

從表1可以看出，夏季工況下K1可以節(jié)省（432-354）/432＝18%的熱量；K2可節(jié)省（45-14）/45＝69%的熱量。K2節(jié)省冷量（322-210）/322＝35%。節(jié)省能量很明顯。

過渡季節(jié)：當(dāng)室外溫度大于10度小于20度時(shí)，新風(fēng)閥、排風(fēng)閥均開在最大位置，關(guān)閉回風(fēng)。同時(shí)分別調(diào)節(jié)冷水閥及蒸汽閥，使送風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定值。

從表1可以看出，過度季節(jié)下K1可以節(jié)省（570-534）/570＝6%的熱量；K2可節(jié)省（35-24）/35＝31%的熱量。K2節(jié)省冷量（120-95）/120＝21%。節(jié)省能量也較明顯。

表1 機(jī)組參數(shù)及冷熱量參數(shù)對(duì)比

5 結(jié)論

通過以上分析可以得出，改進(jìn)后的系統(tǒng)達(dá)到了節(jié)能的目的。各工況節(jié)能明顯，尤其夏季和冬季。自控系統(tǒng)控制較易實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)操作同以往一樣。改進(jìn)的設(shè)備經(jīng)過雙匯阜新食品廠運(yùn)行，效果穩(wěn)定。在運(yùn)行效果不變的情況下，達(dá)到節(jié)能的目的。

[1] 胡樹杰, 等. 高溫火腿腸自動(dòng)加工線的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化, 2010(12)： 136-138.

[2] 劉耀浩.空調(diào)與供熱的自動(dòng)化[M]. 天津： 天津大學(xué)出版社, 1993.

[3] 孟憲海.智能建筑系統(tǒng)工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[4] 班博林, 等. 能量回收式空氣處理機(jī)組全年運(yùn)行節(jié)能分析[J]. 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2006(3)： 21-25.

The energy saving design of production line on high-temperature sausage

HU Shu-jie

TP23

A

1009-0134(2011)5(下)-0131-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(下).41

2011-01-15

胡樹杰（1964－），男，副教授，碩士，研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制。