德國BMA間歇式離心分蜜機電控系統改造

趙紅梅 張雙俠

摘 要：為了與不斷發展的經濟社會相適應，滿足現代化食品行業管理的需要，分蜜機這一設備的運行效率對整個蜜糖廠的效益產生著巨大影響。分蜜機的好壞直接影響著蜜糖生產的工藝和便捷性。對于蜜糖廠來說，只有不斷提升分蜜機質量，使之與糖廠相適應、相匹配，才能提升制糖效率，提升精益收益，以增強企業的市場競爭力。該文將針對部分企業德國BMA間歇式離心分蜜機運行狀況進行詳細分析，并基于此對分蜜機電控系統的改造做出探討，以提升分蜜機的運行效率。

關鍵詞：BMA間歇式離心分蜜機 改造 效率提升

中圖分類號：TS24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0115-02

在白砂糖的生產制作工藝十分復雜，環環相扣，一點也不能疏忽。分蜜環節作為白糖生產的最后一道工序，質量要求非常高，因為它對白糖的質量好壞起到非常重要的影響作用。分蜜的過程是一種復雜的工藝流程，分蜜的質量受多種因素的影響，主要影響因素有分蜜機、分蜜的時間控制等等，因此，糖廠分蜜機在制糖工藝中有著重要的作用。分蜜機通過高速分離將糖漿中的糖蜜分離出來，其整個過程分為裝糖→加速→高速分離→降速→卸糖等幾個過程，每個過程都對成品糖的質量起著重要的作用。分蜜過程是整個制糖過程中最后一個環節，也是最關鍵的環節，它能否正常運行關系到成品糖的質量和產量。

1 德國BMA間歇式離心分蜜機問題

德國BMA間歇式離心分蜜機于20世紀90年代引入部分企業并投入使用，到現在已有近20年[1]，雖然分蜜機為蜜糖廠的制糖工作帶來了極大便捷，但是由于時間的流失以及機器的損耗，大部分元器件（包含機械和電氣）已老化，運行效率已經大不如前，生產過程中故障頻發，嚴重影響生產和產品的質量，主要體現在以下幾方面。

1.1 裝置落后

由于該分蜜機引進時間太過久遠，受到電子技術發展狀況的制約，當時電子電器的制作還不是非常先進，BMA分蜜機的主拖動采用的是現今已不在流行的晶閘管變流裝置，已經十分落后，由于分蜜機大慣性的負載，在其減速過程中處于逆程發電狀態[2]，而晶閘管逆變回饋給電網的諧波大，回饋不平穩，對電網有污染，功率因數低，對電能的使用率低。

1.2 噪音大

由于BMA分蜜機的內部裝置使用的是晶閘管變流裝置，此裝置的運行經過電抗器后，會產生極大的電磁噪聲，不僅僅使分蜜機的運行狀態受到負面影響，同時對于車間操作工來說，也降低了工作熱情，苦不堪言[3]。

1.3 操作復雜

由于該機器是從德國引進，雖然對于當時的環境條件來說，是頗為先進的機器，但是由于是從國外引進而且時代久遠，隨著時代和技術的不斷進步，在操作方面，程序非常繁雜，其中存在許多由現代技術便可加以改進的地方。由于程序的復雜性，若在分蜜廠工作中臨時修改工藝參數，步驟的復雜性將為參數的修改帶來極大不便[4]。且操作界面多為英文，在車間操作員文化水平不高的情況下，英文指示容易為操作帶來障礙。

1.4 智能化缺失

對于該機器的元器件來講，由于其生產年代距今已有20多年，現今我們已處于智能時代，而此機器主要還是運用人工化操作，智能化的缺失不僅僅浪費了人力資源，而且降低了運行效率，影響整體收益。由于此設備的自動化程度低，一段原、洗蜜不容易分清，在操作過程中，會出現不可避免的差錯，如洗蜜混入原蜜中一部分，致使工藝出現差錯，這部分洗蜜不能按預先的工藝設計以及事先計劃回煮一段糖膏，從而導致后段物料純度因此而升高。惡性循環的結果是：隨著生產天數的增加以及生產周期的循環，廢蜜損失量日漸增多，給蜜糖的純度管理工作帶來很大的障礙[5]。

1.5 功能單一

由于此分蜜機年代老舊，在當時的環境下適用于蜜糖廠的分蜜工作，但現在已是21世紀，新的時代以及需求給分蜜機提出了新的要求，單一的功能已經無法滿足現代額敏蜜糖廠的經濟效益，所以在分蜜機的改進方面，功能應實現多樣化。

2 BMA間歇式離心分蜜機改造

根據以上對分蜜機缺陷的綜合分析，我們結合生產工藝的要求以及分蜜機的運行狀況，對分蜜機改造，采取以下措施。

2.1 更新系統

由于系統過于陳舊為機器的運行帶來阻礙，改造工作首先應從系統入手。首先應將所有陳舊的電氣系統廢棄，采用變頻器+能量回饋單元+PLC+觸摸屏，所有新系統重新裝配配電柜，電氣元件更新，按實際需求重新編寫工藝和操作程序。

首先，將所有電氣系統廢棄，（1）變頻器采用ABBACS800系列。原系統電機160 kW、320 A，為保證系統的穩定性，將變頻加大一檔，采用200 kW重負載恒轉矩變頻器，確保大慣性分蜜機工作的可靠與穩定。

（2）能量回饋單元采用先進的IGBT能量回饋單元，自動檢測和回饋電壓，其電能回饋率高，諧波小，對電網污染小，回饋波型穩定，可大大提高電能的使用率，提高系統的節電率。

（3）PLC采用西門子ST—200CPU226+模擬量模塊，觸摸屏采用西門子smartline1000，10.2寸真彩觸摸屏，觸摸屏所有界面采用漢語，與PLC配套使用，實現各種開關量輸入、系統參數設定、修改及各種工作狀態顯示。

（4）所有電氣元件采用進優質進口產品（如：接近開關、接觸器、中間繼電器等）確保設備工作穩定可靠。

2.2 改機械式為電動氣動執行

將原有的進糖總閥由機械式改為電動氣動執行，由PLC根據人工的實時調節來自動改變進糖閥開啟的大小，從而滿足糖醬濃度變不同對工藝的要求。

同時，將系統中關鍵易損易壞的氣動執行機構，改用FESTO系列氣動執行機構，方便維護和選購。（以前氣動設備都有廠家壟斷無型號，只有定貨號使維護方無法自由選配損壞器件，只能從廠家發配，其配貨周期長，價格高，且一些器件由于停產無法訂到）

3 PLC及觸摸屏設計

德國西門子S7-200屬于小型可編程控制器，在分蜜過程中具有功能強大、性能價格比高、應用范圍廣泛的優勢，在國內具有較高的市場占有率。本改造控制系統以西門子ST-200PLC為控制中心，觸摸屏為輔助界面；PLC與ACS800變頻器采用總線通信方式，采用modbus—RTU通信協議，變頻器的啟停，頻率修改及運行狀態和運行數據都通過總線傳遞；觸摸屏和PLC采用西門子內部的PPI協議連接；進糖總閥通過PLC運算產生的4～20 mA模擬信號控制；所有控制信號通過屏蔽電纜接入PLC輸入端，其整本布局如下。（見圖1）

由于S7—200有豐富的指令和庫文件，PLC可直接調用modbus庫文件和變頻器通信。

分蜜機的每一個工作周期包括：裝料、加速、清洗、分蜜、減速、卸糖、清洗轉籃。每個周期開始時，分蜜機以裝料速度轉動（100～250轉/分可調），打開裝料閥（打開的角度可以調整，例如75%），糖膏流入裝料管道，經過裝料擋板糖膏由導板均勻地分布在轉籃上。裝入的糖膏達到要求的裝料厚度時，裝料傳感器發出脈沖關閉裝料閥門。裝料閥門關閉后，打開裝料管道清洗閥門，分蜜機開始加速至分蜜速度。管道清洗完成后延時一段時間后，關閉裝料擋板。

在裝料過程中用戶可根據實際情況按下觸摸開關來發出料滿信號中止進料，系統關閉進料糖閥，將料位探頭退出檢測位置，繼續執行自動循環操作。

在加速/分蜜過程，蜜洗、水洗、汽洗糖膏。開始水洗時，分蜜擋板置于洗蜜位置。加速/分蜜時分蜜出的液體（開始是原蜜然后是洗蜜），流入分蜜機外罩的出口導管。

減速完成后，分蜜機在80～40轉/分的轉速開始卸糖。在分蜜機低速轉動的同時，刮刀將糖晶從轉籃壁上剝離，糖晶從分蜜機轉籃的底部開口卸出。卸糖過程開始前，分蜜機轉籃的底部已經打開。糖晶從轉籃底部開口進入下面的傳送帶。

卸糖過程完成后開始清洗轉籃內壁，同時分蜜機加速至裝料速度。轉籃內壁清洗完成，并且分蜜擋板置于原蜜位置后，開始下一個周期的工作。

根據分蜜生產的工藝要求，考慮操作方便及安全可靠性，采用模塊式程序設計，分手動控制子程序和自動控制子程序，每一工序又為一子程序，各子程序間有嚴格的聯鎖、互鎖和故障保護及報警功能。自動運行可連續不間斷工作，一個周期結束自動進入下個工作周期，各狀態間主要根據用戶設置的時間來轉換，一個周期結束后沒有人工操作不能進入下個周期。

系統設置各種工藝監控報警，當某個工藝過程出現問題，系統會及時彈出報警信息，顯示于觸摸屏上，并有相應的聲光報警，報警信息可以觸摸屏上隨時查詢，操作人員可根據報警信息及時處理相應問題，如：氣源壓力不足、各種氣缸不到位置，電機運行報警等。

系統可人為從自動切換為手動，且切換后可繼續手動操作完成自動未完成的工藝流程。觸摸屏有工藝需求的各種動態參數，操作人員可根據實際需求在上面隨時調節，及時適應工藝的改變。為方便設備調試和處理故障，觸摸屏設置調試畫面，可單獨對氣缸、變頻器操作，方便了設備維護和管理。

4 對分蜜機改造工作的總結

采用基于PLC、變頻器以及自動化觸摸屏的糖廠分蜜機控制系統，對舊式的系統進行一系列改造后，經過使用實踐情況表明，該控制系統優點頗多，實現了對傳統技藝的提升和突破。經過改造后，此分蜜機具有自動化程度高、操作簡便易學、運行穩定可靠、資源消耗量低、維修方便等特點。在此分蜜機的運用下，糖廠生產的白砂糖質量高，純度好。與此同時，自動化系統的投入使用也節約了人力資源，提高了工人的工作效率。總的來說，實現對分蜜機的一系列改造后，制糖工藝不僅得到大大提升，工作效率得到優化，而且在制糖過程中，還使資源得到合理利用，減少了不必要的浪費。具體體現在以下幾方面。

（1）由于采用變頻器和能量回饋相結合，將分蜜機減速過程中產生的電能反饋回電網，提高了電能保用率，降低了設備用電量，能量回饋率約40%，節能效果顯著。

（2）系統加速、減速時間明顯縮短，大大減少了生產周期，提高了單位時間的產糖量。且本系統在高溫、濕度大、電壓異常波動等等惡劣環境下，也沒有因障礙而停止運行，實現了連續工作。而原有的分蜜機控制系統因故障多次停機而導致無法運行。

（3）降低了設備運行的噪音，使車間內環境得到凈化。

（4）觸摸屏操作簡單易懂，簡化了操作過程，降低了勞動強度。

（5）優化了工藝流程，提高了產品的質量和產量。分蜜機控制系統自動化程度高，系統投入使用運轉后，基本可以做到全自動運行，現場無人操作，只需在監控室內對監視系統的運行狀態進行觀察作業即可。

（6）采用總線控制，提高了控制穩定，簡化了電路結構，降低了故障率。（因減少了外圍控制器件，控制器件少，故障點自然少）

（7）將氣動元件改為主流產品，方便了設備的維修及維護。

通過上述一系列改造，此分蜜機連續運行一個生產季（4個月）未發生故障、系統運行穩定可靠。該分蜜機進行改造后，不僅僅提升了糖廠的工作效率，且對于產糖量的提升以及純度的提升都氣到了卓越的成效。

參考文獻

[1] 藍啟星.廣西蘇氏集團召開產品展銷會[J].廣西輕工業，2013（2）：11-12.

[2] 陳煥棠，張征.甲糖分蜜機測、控糖層機械裝置[J].甘蔗糖業，2010（2）：25.

[3] 連續離心分蜜機的使用查定[J].甘蔗糖業，2011（5）：43.

[4] φ1250吊籃式分蜜機直流電機傳動試驗[J].甘蔗糖業，2011（4）：12-13.

[5] 集成電路自動分蜜機程序控制簡介[J].甘蔗糖業，2010（1）：21-22.