碳酸-亚硫酸法制糖澄清工段装备与控制系统的设计与实现

发布时间：2016-11-09 16:42

摘 要

制糖工业由来已久，在不断的发展中极大地促进了我国的各项经济指标的稳步增长。与此同时，制糖工业蓬勃发展，不断诞生出了更高标准的制糖工艺，蔗糖得到了大批量生产，蔗糖的口感和纯度也有了很大提高。本课题主要来源于真实的企业生产环境，即某某市夏石糖厂澄清工段，符合工程硕士的知识背景。制糖澄清工段采用了碳酸法和亚硫酸法结合的方法，集碳酸法和亚硫酸法两种澄清工艺的优点于一身。采用先进的预灰pH值控制装置、玻璃电极中和pH值自控装置、硫熏强度测控装置、组态软件工控计算机。这样，比起只使用碳酸法的糖厂减少了设备；比起亚硫酸法的糖厂，减少了糖中硫的含量，提高了糖的质量，也减少了硫的污染和消耗。
为保证研究的科学性、规范性与实用性，本课题搜集了大量的文献资料，拟采用的研究方法为文献检索、实证研究、历史研究、比较研究。各种方法综合运用。本课题针对目前国内糖厂澄清过程存在的主要问题，采用理论设计与经验设计相结合的方案，从制糖澄清工艺流程、关键装备的技术改进、控制系统的设计与实现等三方面入手，探讨制糖生产自动化的发展方向，利用先进的装备、控制仪表与组态软件工控计算机控制装置，提高澄清效率。
制糖澄清阶段过程比较繁复芜杂，但是也是制糖工业主要的流程。现在的制糖工业普遍存在操作手段过于落后、高科技成分少等问题，为了改善或者解决这些问题，笔者将全面分析嵌入型操作机，，把握此环节的酸碱值。文章将依次阐明工段的操作手法以及过程，做出操作机的整体规划，主要钻研操作机关于软件部分的开发利用、硬件部分的开发利用。
对于软件，为了达成在工作过程中的信息链接，设计出了实用的与硬件线路相对应的编程，使工作过程的各个环节合理的搭配。例如，成功地将两个程序组建起来，设计发动顺序等。这些都很好地将操作机与信息接收器连接了起来。对于硬件的要求，基于制糖工厂对工业上生产蔗糖的要求，创新研究合成了试验配备传动器和操作线路、电容屏线路、酸碱值数值统计线路、二氧化钙开关操作线路等等。
关键词： 制糖澄清工段；碳酸法；亚硫酸法；pH值自控装置；制糖生产自动化
 
ABSTRACT

The sugar industry for a long time, in constant development greatly contributed to the steady growth of China's various economic indicators. Meanwhile, the sugar industry booming, have been born out of a higher standard in sugar technology, received large quantities of sucrose, sucrose taste and purity has improved a lot. This issue mainly comes from real-world enterprise production environment, namely, Xia Shi clarification section in sugar refinery, in line with the master of engineering knowledge. Sugar clarified section using the carbonic acid and sulfite method method sets method of carbonic acid and sulfite method to clarify the advantages at the same time. Advanced pre-ash, glass electrode pH value control device and control device for the pH value and sulfur, smoked strength measurement and control equipment, configuration software in industrial control computer. In this way, rather than just use Act reduced the number of sugar mills equipment than sulfitation sugar mill, reducing sulfur content in sugar, improves the quality of sugar, sulfur also reduces the pollution and consumption.
To ensure the study's scientific, normative and practical, we collected a large number of documents, proposed method of study for document retrieval, empirical studies, historical studies, comparative studies. Using various methods. This project aiming at the main problems existing in the process of clarification in sugar refinery, using a combination of theory and experience design programme, from sugar to clarify process and key equipment of technical improvement, control system design and realization of a three-pronged, explore the development of sugar production automation, the use of advanced equipment, control instrumentation and control configuration software in industrial control computer equipment, improve the efficiency of clarification.
Sugar miscellaneous the clarified phase process is complex, but the main process is the sugar industry. Now prevailing in the sugar industry action means too far behind, less high-tech components and so on, in order to improve or solve these problems, the author will be fully analyzed in line with machine, grasp this aspect of Ph. Operation and process of the articles in order to clarify section, the overall plan of operations, mainly delving into action on the part of software development, hardware development.
For software, in order to achieve information while you work, devised a practical program corresponding to the hardware line, making all aspects of rational collocation of the working process. For example, successfully organized two programs, designed to launch sequence. These are very good operations and information receiver is connected up. For hardware requirements, based on sugar factory on the industrial production of sucrose on request, innovation research synthesis testing is equipped with actuators and operating line, capacitive touch screen line, pH value statistic lines, calcium dioxide switch operating circuits and so on.
Keywords: Sugar clarified section；Carbonation method；Sulfurous acid；PH value control device；Sugar production automation

目    录

目    录 1
第一章 绪论 1
1.1 研究与背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文研究内容 3
第二章 碳酸-亚硫酸法制糖澄清工段生产工艺流程和参数的测量 4
2.1澄清工段生产工艺流程 4
2.2澄清工段工艺控制流程 7
2.3工艺过程参数的测量 9
2.3.1pH值的测量 9
2.3.2pH值变送器 10
2.3.3pH值温度补偿 11
2.3.4温度的测量 12
2.4碳酸-亚硫酸法制糖澄清工段流程及系统控制方案 15
2.4.1澄清工段亚硫酸法的生产流程 15
2.4.2澄清工段亚硫酸法的生产工艺要求 17
2.4.3pH值控制器设计方案 20
第三章 碳酸-亚硫酸法制糖澄清工段pH值控制算法的设计 22
3.1专家PID控制 22
3.2仿真实验结果及分析 24
3.2.1试验装置 24
3.2.2实验方案 26
3.2.3仿真实验结果及分析 27
第四章 碳酸-亚硫酸法制糖澄清工段pH值控制器硬件设计及实现 32
4.1控制器核心板的设计与实现 32
4.1.1控制器核心板的要求 32
4.1.2核心板的总体结构 32
4.1.3ARM微处理器 33
4.1.4CPLD电路部分 34
4.1.5核心板的其它外围电路 37
4.2控制器外围扩展电路的设计与制作 37
4.2.1D/A转换电路的设计与制作 37
4.2.2A/D转换电路的设计与制作 41
4.2.3检测装置电机驱动电路的设计与制作 43
4.2.4触摸屏电路的设计与制作 45
4.2.5三相反应式步进电机的驱动设计与制作 46
第五章 碳酸-亚硫酸法制糖澄清工段pH值控制器软件设计及实现 48
5.1嵌入式uClinux在基于S3C44B0X硬件系统上的移植 48
5.2基于IEC61131-3标准的软逻辑系统在uClinux中的移植 49
5.3外围电路驱动程序的设计与实现 50
5.5应用程序在uClinux下的多进程实现 53
第六章 总结与展望 54
参考文献 55
致谢 59
 
第一章 绪论

1.1 研究与背景与意义
中国是世界上主要产糖国之一，广西是全国的主要产糖基地，是我国最大的机制白糖生产省区，拥有近百家糖厂，产量占全国的50%以上。广西食糖产量连续十几年稳居全国第一，制糖业已成为广西经济发展的主要支柱之一。目前国内生产白砂糖的甘蔗糖厂，按采用的澄清处理方法， 基本可分为亚硫酸法和碳酸法两大类。用石灰和二氧化硫作为澄清剂的蔗汁澄清方法，叫做亚硫酸法；而用石灰和二氧化碳作为澄清剂来澄清蔗汁的方法，则叫做碳酸法。
课题在分析某某市夏石糖厂澄清工段工艺流程及控制过程的基础上，研究碳酸-亚硫酸法澄清工段装备与控制系统的设计与实现，拟采用更先进的装备、控制仪表与计算机控制装置，以优化碳酸-亚硫酸法澄清工段自动控制。
甘蔗制糖工序包括提汁、澄清、蒸发、结晶、分蜜和干燥。在甘蔗制糖生产中，最能直接反映制糖综合技术的指标就是产糖率。影响产糖率的因素很多，除甘蔗蔗糖分外，制糖生产过程的糖分损失是一个重要方面。要降低转化损失，提高产糖率，关键是抓好澄清管理，严格控制澄清过程中的pH值，这样，清净以及随后的蒸发和煮糖过程中的转化作用都可减到最低限度。澄清工段是整个制糖过程的关键工序，它关系到后序工段煮糖工艺条件的确定，影响产品的质量和糖分的回收，对提高甘蔗产糖率，增加糖厂的经济效益，具有十分重要的意义。采用先进合理的澄清工艺和控制装置，是提高澄清效率的必要条件。
本课题针对目前国内糖厂澄清过程主要存在的问题，即澄清过程中甘蔗清汁品质稳定性差、生产过程自动化程度不高、操作主观性强和人为因素影响较大等等，拟从澄清工艺流程、关键装备的技术改进、控制系统的设计与实现等三方面入手，探讨制糖生产自动化的发展方向，利用先进的装备、控制仪表与计算机控制装置，以利于改善澄清工段劳动条件，提高澄清效率。

第六章 总结与展望

当今社会科技的发展使我们的日常生活对于糖类的摄取也越来越多，但是为了更好的满足人们的要求，必须提高生产过程中糖类产品的供出总量，解决目前的困境。因此在生产过程中如何调控好酸碱值的大小决定着产品的质量和产量。为了使制糖业更好的发展，我们必须凭借当前发达的科技技术和合理的制作工序以及适用的方法。因此制作嵌入式的酸碱值控制器将会有效地提高我国目前的制糖水平，为我国制糖业的发展创造了良好的前提。

研究主要解决下面的问题：
（1） 建立用于记录酸碱值的调控的控制程序，电池两极的酸碱值大小的记录程序，普通信号转化为电信号的程序，以及手动显示屏的程序的建立。
（2） 根据驱动程序的中心要求，把u-boot的开始程序和uClenus运行程序。
（3） 要在flash的中心安装jffs2的运行程序，要随时记录下检测时的各种情况，为下面计算做好保证。
（4） 把更新的非硬思维运转程序建立到uClinus的的程序中。
（5） 建立A/D,D/A和酸碱值的验证设备的运行程序。
（6） 建立依靠于IEC 61131-3 基础的A/D,D/A的运行系统，然后使uClinus在运行时可以多次进行操作，使非硬思维操作程序作为运行工序，增添信息交流程序，使得操作中心的信息能迅速传送到驱动中心，迅速处理出现的情况。
仍需处理的问题：
（1）加工过程酸碱值控制器的驱动程序的更新和发展。
（2）根据运行程序，使得A/D,D/A和酸碱值验证装置系统的进一步完善。
（3）依靠生产过程，设立调控方案。

本文编号：169321