煮糖关键参数检测方法研究

发布时间：2020-08-04 08:46

【摘要】：煮糖结晶是一项非常复杂的工艺过程,过饱和度是其中重要的一项工艺参数,在煮糖的各个阶段都有严格的控制标准,并直接影响煮糖结晶的质量。然而,过饱和度的在线测量和离线分析都非常复杂,因而目前无法将过饱和度作为被控变量设计控制系统。事实上以锤度代替过饱和度的测量已经基本能够满足煮糖的工艺需求了。在上游工艺良好的情况下,锤度总体应呈线性上升趋势,此时煮糖结晶的效果较好,过饱和度也在合适、令人满意的范围之内。因此,本文将研究的关键参数设定为母液锤度和糖晶体几何形态参数。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)本文首先从煮糖的关键工艺参数锤度出发,结合锤度曲线和煮糖工艺,创新性地将煮糖工段划分为“煮炼期”、“稳定期”和“稀释期”。“煮炼期”工段比较复杂,本文基于数据驱动的方法对“煮炼期”的锤度进行分段回归建模:首先基于密度聚类和原型聚类的改进的混合聚类算法将煮炼期工段进行细分;对于细分后的工段进行分段软测量回归建模:训练阶段采用KPCA-PCC算法选取每个工段对应的软测量辅助变量,并对每个工段的锤度值分别进行偏最小二乘回归建模,依据实际值和预测值的相对偏差设定调整阈值;在线预测阶段,在每一个采样点对锤度值进行预测,并计算与真实值的相对偏差,超过调整阈值便启用预先设定好的校正手段(加稀、加蜜等),对锤度进行校正。一次煮糖结束后,在线预测的数据会增量式地返送给训练阶段进行增量训练。最终形成了一套完整的基于数据驱动的糖液锤度在线预测和校正系统。(2)即使锤度曲线在合理的范围之内,由于伪晶和幼砂的产生,也不能完全保证结晶质量的良好,此时需要引入一些晶体几何成态参数,并基于图像处理的知识进行测量和分析。首先基于模板匹配对采集图像进行去水印操作,然后基于图割和阈值分割的方法对图像进行二值化,最后基于边缘提取和轮廓检测技术对晶体轮廓进行矩形拟合并计算几何成态参数。最终形成了一套完整的基于图像处理的,集图像采集与预处理模块、图像分割模块和晶体拟合测量模块于一体的糖晶体几何成态参数在线测量和校正系统。(3)最后本文基于前面的成果,将两个系统进行整合,设计系统间交互方式,最终形成了一套完整的基于数据驱动和图像处理的煮糖关键参数在线测量和校正系统,并通过仿真验证了系统的可用性及可靠性。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS244
【图文】：

几何形态,制粉,甘蔗,提汁

统的制糖工艺步骤；然后介绍煮糖过程中的关键工艺参数，锤度和过饱和度，以逡逑及二者之间的联系；最后简要介绍了糖晶体的一些重要的几何形态参数。为后文逡逑的测量和校正系统设计奠定工艺理论基础。逡逑２．２制糖工艺介绍逡逑制糖通常是指以甘蔗、甜菜为原料，经过压榨提汁、澄清、蒸发、煮糖等步逡逑骤，最终获得成品糖的过程。以甘蔗为例，甘蔗制糖的主要步骤如下：首先通过逡逑压榨从甘蔗中提汁，经过澄清、蒸发、煮练、分蜜等过程得到蔗糖晶体，再将蔗逡逑糖晶体进行干燥、筛分、包装，最终得到成品糖，整个步骤如图２．１所示。逡逑甘蔗的压榨提汁是制糖工艺的第一道流程。首先对甘蔗进行预处理：将甘蔗逡逑破碎，然后经过运送、起卸和称重，由卸蔗台均句地卸运到输蔗机上，用切蔗机逡逑等破碎设备将甘蔗切割成丝状的料蔗，目的是为了破坏甘蔗的细胞膜，增大料蔗逡逑密度便于提汁；预处理完成后进行甘蔗压榨，即将预处理过的蔗料用压榨机进行逡逑

煮糖,锤度,糖溶液

煮糖是整个制糖工艺流程中最为复杂同时也是最为关键的一步，直接关系到逡逑最终成品糖的质量，同时也是本文所研究和关注的一步。煮糖的主要工艺流程如逡逑图２．２所示。逡逑配底料＿＿＞测罐逦＞邋投粉邋＿＿＾固晶邋逦？养晶｜逡逑逦邋逦邋、，逡逑分蜜邋逦逦助晶逦卸糖邋＜逦浓缩逡逑图２．２煮糖的主要工艺流程逡逑２．３煮糖过程中的关搖工艺参数介绍逡逑２．３．１锤度逡逑锤度（Ｂｒｉｘ，简称ＢＸ）是指糖混合溶液中可溶固形物所占的百分比。一般逡逑来说，同一糖溶液在同一温度下，糖溶液的锤度值要大于糖溶液的浓度值。糖溶逡逑１０逡逑

软测量,基本方法

检测异常点。逡逑技术概述逡逑工艺对于控制、计量和运行可靠性等要求的不断提高，各种测量需逡逑常规的液位、流量、温度和压力等过程参数的测量已经远远不能满逡逑生产工艺操作和控制的要求，因此，需要对现有的测量装置或方法逡逑种思路是沿循传统的测量技术的发展路径，研发新的测量硬件装置逡逑参数的在线测量。这种途径难度和成本较大，且拓展性和适用性较逡逑路则是采用间接测量的方法，即“软测量’’的方法，依靠易测得的过逡逑算来估计被检测的过程参数。这种途径成本相对较小，且灵活易拓逡逑时情度要求不是过高的过程参数的检测具有良好的效果。逡逑模型，就是利用易于测得的过程变量（又称辅助变量或二次变量，如逡逑液位等），建立其与难以直接测量的待测过程变量（又称主导变量，逡逑辅助变量逡逑

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