糖廠壓榨工段DCS系統應用現狀及發展趨勢

梁賢慧，莫柳珍，駱榮貞

（1.廣西工程咨詢集團有限公司，廣西 南寧530021；2.廣東省科學院生物工程研究所，廣東 廣州510316；3.廣西糖業集團開泰供應鏈管理有限公司，廣西 南寧530022）

1 糖廠實施自動化的意義

“十四五”時期將是我國經濟由高速增長向高質量發展轉型的攻堅期，糖業結合自身行業特點，將生產自動化進行升級改造，確保糖廠能夠高質量的發展。目前國內制糖業普遍存在勞動力密集、智能化程度低的狀態，多數糖廠的生產過程還處于半自動化狀態，甚至還存在憑工人經驗進行手動操作的情況。

過去，中國勞動力市場價格相對低廉，大部分糖廠的自動化需求并不迫切，但近二十年來，蔗糖的市場價格僅增長2~3倍，而企業人力成本卻增長了二十多倍，再加上甘蔗種植、砍運人工成本上升導致的原料甘蔗價格增長等因素，企業生產成本居高不下，導致近年我國制糖業在國際市場上失去競爭力，制糖企業大面積虧損。以10000t/d規模的制糖廠為例，我國傳統糖廠至少需配置400名崗位工人，而在實現自動化生產的同規模糖廠中，崗位工人數量不到100人，年度人工成本可減少約兩千萬元。糖廠自動化除了能明顯減少人工成本，還可減少人為因素對生產的影響，在提高生產安全率及產糖率、減少過程損失、提高產品質量和降低能耗等方面發揮重要作用。

近些年來，隨著廣西一些大型糖廠相繼進行自動化改造，投資少，見效快，在制糖行業中起到了示范作用。通過自動化控制實現“安全、均衡、穩定、高效”生產，可創造綜合經濟效益，壓榨機自動控制系統就是較好的改造方案之一。

壓榨工段是甘蔗制糖流程的首要工序，用電占糖廠用電量的一半以上，進榨是否均衡直接影響糖廠的能耗、壓榨抽出率和后續工段的平穩運行，而且該工段現場環境較差，大型設備眾多，噪聲很大，粉塵多，也影響品控。因此，壓榨工段實施全面自動化是至關重要的。

2 壓榨工段DCS系統應用現狀及案例

DCS是分散控制系統（Distributed Control System）的簡稱，DCS綜合了計算機、通訊、顯示和控制等4C技術，靈活對生產過程進行集中監視、集中操作、分級管理、分散控制，DCS系統在工業生產過程中具有廣泛應用。

2.1 壓榨工段DCS系統應用現狀

壓榨車間全面自動化的DCS系統主要由五大應用模塊及模塊下的十多個子系統組成，分別有如下。

一是均衡進榨自控系統：輸送帶自動控制、核子秤計量系統。

二是壓榨機組自動控制：壓榨機組轉速控制、壓榨機軸承溫度控制以及高位槽料位控制等。

三是滲透水自控系統：滲透水流量、水溫度、液位自控系統。

四是泵送自控系統：壓出汁、混合汁泵送自控系統。

五是壓榨車間機械及流程連鎖控制等［1］。

通過對各子系統的有效整合，實現整個壓榨過程DCS控制，實現均衡入榨、復式滲透過程的自動控制，機械連鎖自動控制、軸承溫度自動檢測等過程管理。

2.1.1 均衡進榨自控系統

均衡進榨自控系統是通過檢測1#壓榨機和1#~3#撕解機的電流情況，通過核子秤計量系統檢測蔗層厚度，自動控制輸送帶速度，穩定控制進入壓榨機的蔗料流量，使壓榨機受力均勻，確保提供給制煉年間的混合汁流量均勻。

2.1.2 壓榨機組自動控制

DCS系統通過對電信號進行數字化處理，調整各座壓榨機的轉速、高位槽擋板開度，自動控制料位高低和壓榨機轉速，避免蔗料堵槽故障，保證固定的料位高度和通過壓榨機的蔗層厚度，使壓榨、滲透過程均勻，達到負荷平穩、提高抽出率和減少蔗渣水分含量的目的。

壓榨機軸承溫度自動控制系統則是通過在榨輥兩端軸承安裝溫度探測儀，在線監測軸承的溫度變化情況，系統自動控制軸輥潤滑系統自動加油潤滑，減少設備的磨損，及時解決突發軸輥發熱問題，保護設備的安全穩定運行［2］。

2.1.3 滲透水自控系統

國內一般采用第1座壓榨機轉速的設點所對應的榨量來同步設定滲透水用量。滲透水量與節能和提糖率有重要的關系，因此，滲透水自控系統一般根據核子秤檢測到的甘蔗入榨量及生產需要的滲透水與蔗比配值，通過實時監控滲透水箱液位、溫度以及滲透水流量來控制滲透水的加入。

2.1.4 泵送自控系統

泵送自控系統通過液位變送器連續監測出各座集汁箱的液位，利用變頻技術，自動調節輸送泵的流量，防止抽空或冒箱，減少人工操作出現的跑、冒、滴、漏現象。

2.1.5 壓榨車間機械及流程連鎖控制

整個壓榨車間各級輸蔗帶、理平機、蔗刀機（撕裂機）、打散機、耙齒機、壓榨機列和蔗渣輸送機設置聯鎖關停和過載保護。當生產過程中某臺相關的電機設備如壓榨機、中輸機等發生故障停機時，與其聯動的設備立即自動停機進行聯鎖保護，防止蔗料堵塞和保護設備。若設備發生電流過載，過載保護系統將自動優先控制相關聯的設備自動動作，自動調整電機電流或轉速，從而起到快速保護作用［3］。

2.2 壓榨工段DCS系統應用案例

甘蔗糖廠壓榨工段DCS自動控制圖，如圖1所示。其系統技術改造成功案例如下。

2.2.1 糖廠壓榨全過程DCS自動控制系統技術改造

南寧糖業股份有限公司明陽糖廠于2018/2019年榨季實施了“糖廠壓榨全過程DCS自動控制系統技術改造”項目，由原壓榨車間所有設備需要人工監控操作，處于單機、單工序控制的初級階段改造成均衡進榨控制系統，使壓榨工段基本實現全過程DCS自動控制。運行效果表明：在生產正常情況下，系統控制較人工操作控制更加穩定和高效，并完成以下指標。

第一，蔗帶核子秤計量誤差≤±1.5%。

第二，混合汁箱、滲透汁箱和滲透水箱液位控制達到不抽空和不滿溢。

第三，流量控制誤差≤±3%。

第四，控制系統運行安全率≥99.99%［4］。

2.2.2 壓榨雙線使用DCS自動控制系統

廣西糖業集團昌菱制糖有限公司自2011/2012年榨季開始壓榨雙線使用DCS自動控制系統，近幾年來該系統運行穩定，使用后壓榨工段的生產安全率、壓榨抽出率等指標明顯提高，蔗渣轉光度和水分明顯降低，極大提高壓榨工段的經濟效益［2］。

2.2.3 均衡進料、高位槽和滲透水的自動控制系統

廣西博慶食品有限公司石別糖廠和廣西糖業集團金光制糖有限公司于2014/2015年榨季使用均衡進料、高位槽和滲透水的自動控制系統。應用結果表明，該系統實現了壓榨過程高位槽控制的自動化，確保了蔗料通過壓榨機順暢，有效保證生產安全率，降低能耗，降低了蔗渣轉光度以及水分，提高了壓榨抽出率，同時有效減少了現場操作工人的數量，在減員增效、節能減排、降本增效方面效果明顯［5］。

圖1 壓榨車間DCS自動控制圖

3 甘蔗糖廠自動化發展趨勢

站在新的歷史起點，從謀劃中國糖業高質量發展的戰略高度看，雖然部分甘蔗糖廠在壓榨車間使用了DCS系統，實現了該車間的自動控制，但使用過程中仍然存在一些問題。例如：只注重進出料之間的銜接而忽視壓榨機本身的優化，并沒有從根本上解決壓榨機受力問題，導致系統出現控制混亂、料位控制系統失靈等現象［6］；壓榨1#和2#輸送機速度調節控制要求反應速度快的設備適應性不夠等等。多方面因素影響使得自控系統沒能取得應有的效果，阻礙了糖廠自動化發展進程。

因此壓榨車間的自動控制系統仍需進一步研究和完善，使其更符合制糖工藝的特點，使生產更穩定、壓榨抽出率更高、節能效果更好等，發揮自控應有的效果。

另外，目前大多數糖廠由于設備陳舊，自動化投入有限，僅能針對單個設備或局部工序進行自動化改造，多套自動控制系統分布在不同的工段，各個自動化設備之間不能實現有效連接，無法通信，出現了信息孤島，限制了自動控制水平的發揮［7］。

新技術不斷涌現，5G物聯網技術、人工智能技術的廣泛應用及蓬勃發展，智能芯片集成制造的發展，這些推動著自動化技術的變革。糖廠想要實現全面自動化，應該建立一個更加智能化的AI DCS系統。通過運用5G物聯網技術、大數據、智能芯片技術及人工智能技術，實現全生產流程的智控網絡系統和設備的智控過程聯動。現在的自動化體系結構包含了底層的設備自動化到頂層的信息管理自動化，結合成綜合自動化系統。未來的自動化正向人工智能系統發展，將帶有智能芯片和5G物聯網技術的智能生產設備同人工智能管理技術相結合，有效地集成監督控制、在線優化、生產調度、企業管理、經營決策等功能，通過人工智能對生產全過程的不斷自我優化，最終形成一個最為經濟、高效的生產模式。這也是制糖工業自動化未來發展的趨勢。