囊ｉ　。ｊ　
无水葡萄糖结晶器　
冷却控制系统　

技术背景　
我国是农业大国，目前工业上大　
规模生产多采用淀粉水解制葡萄糖，再　
经固定化葡萄糖异构酶转化为转化糖，　
其中含有４２％的果糖和５８％的葡萄糖，　
然后经树脂分离或络合分离或氧化分离、　
结晶的技术。随着结晶工艺不断创新，　先进结晶技术的应用，对于促进结晶　糖工业的发展起到了一定的推动作用，　结晶工艺也从间歇向半连续、连续过渡。　工业自动化必将成为结晶无水葡萄糖　制造业的发展趋势。　在整个生产工艺中，结晶冷却单元　主要针对果糖结晶循环冷却水系统工艺　及过程控制的设计进行讨论。　二系统组成与工艺概述　循环冷却系统的设备组成为：无水　葡萄糖结晶器５台、板式换热器１　５台、　循环水泵１５台、补水膨胀罐５台。冷却　胡成栋杨鹏郭健全　水控制系统组成：　气动单座调节阀组　３０组、温度控制一　次元件５５个、ＤＣＳ　控制系统１套、三维　力控上位组态软件１　套、工控机１台。　每个单台系统　
由３个独立的循环　
冷却系统、冷冻水　

关键词：果糖结晶器结晶工艺　
冷却循环水自动控制系统　

胡成栋先生，西安航天华威化工生物工程　
有限公司副主任　杨鹏先生，研究院副院长　
郭健全先生，生物工程有限公司工艺室主任。　

本文第一作者胡或拣先生　
系统、备份系统即事故水系统组成。用　
于结晶的内部冷却水分上部、中部和　
底部３个回路，保证精确控制结晶过　
程。每一回路都设循环水泵１台、板式　换热器１台。正常生产时，结晶器冷却盘　管组、循环水泵、板式换热器形成一个　独立的闭路循环水系统。循环水对结晶　器盘管内的果糖膏换热后　通过循环水　泵送入换热器经冷冻水系统换热达指定　温度后送入结晶器，完成一个循环。在　循环水及冷冻水的进水管路中设有气动　单座调节阀组，通过结晶器内果糖膏温　图１装置区Ｉ艺流程　度的变化控制　调节阀的开　度，并对整个　循环水的流量　进行调节。冷　冻水进水量ｉｎ，　通过在循环回　水的温度变化　进行调节，保　证回水与糖膏　进料温差，以　满足葡萄糖结晶的控温要求。　因循环冷却水系统管道漏　损等原因而亏损的水量，备份水　由联合泵送到结晶器顶平台的　０．５　ｍ。补水膨胀罐内ｆ兼做调节水　罐）贮存。锅炉软水靠膨胀罐与回　水管道压力差进入循环。使循环　水泵出口压力稳定在一定标准以　内。　三监控系统　一皿】工刁Ｒ：　Ｌ　上述的整个工艺系统都采用ＤＯＳ全　自动控制来完成整个运作，并由上位组　
态软件监控整个工艺流程。　
工艺流程画面显示整个装置区工艺　
流程如围７所示。该画面动态实时显示　
监控区域的监测参数，各参数醒目显示　
于工艺流程相应位置。当报警发生时，　
最新报警会有显示，以提示操作人员及　
时处理。图２为ＰＩＤ调节界面。　
定时报表及历史趋势的储存和查询　
为整套系统正常的工作提供了依据。　

四控制及运算　
每单台葡萄糖结晶冷却水处理控制　
系统主要包括对１　１路温度信号的监测和　
６路调节阀的控制。通过测糖温，经模　
糊算法滞后补偿模型来修正葡萄糖结晶　
温度曲线。一则解决葡萄糖温度调节滞　
后问题，二则解决葡萄糖液的温度不确　
定性。全自动控制之后具有以下优点：　

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无水葡萄糖结晶器冷却控制系统　应用广角　
匿２　ＰＩＤ谪币界面　
门）节约用水量，高效地利用了冷却　
水，降低成本：　
（２）缩短了结晶时间，提高质量；　
（３）提高了结晶率。温度分布均匀易　
于控制结晶温度。　
系统框架主要有３层：上位监控层，　控制层和现场设备层，见图３。　国３系统框架　五系统功能及ＤＣＳ系统设置　１．系统功能　（１）数据采集：水温、糖温：搅拌　开始、停止信号等：　（２）打印功能：｝］－ＦＦ水温、糖温曲线　和报表：　（３）调节功能：开设操作工窗ｌＺｌ，　操作工根据糖温曲线要求能调节水温　曲线，以使操作工能摸索出合理的水温　控制曲线：　（４）存储　功能：能存　储不同工艺　要求的水温　控制曲线，　并且能随时　调出：　（５）控制　功能：通过　调节开关阀　的开启和关　闭时间来控制冷却水的流量，从而控制　夹层水温，进而控制糖液温度。　（６）ＤＣＳ设置：对这６路调节阀的　控制是通过与其相对应的温度信号互锁，　形成６个闭环控制系统，再通过ＤＣＳ　控制器内部进行６组ＰＩＤ的运算后，最终　
输出给现场执行机构（调节阀）。　２．ＰＩＤ控制器参数整定　ＰｌＤ控制器的参数整定是控制系统　设计的核心内容。它是根据被控过程的　特性确定Ｐｌ　Ｄ控制器的比例系数、积分　和微分时间的大小。ＰｌＤ控制器参数整　定的方法很多，概括起来有两大类：一是　理论计算整定法，它主要是依据系统的　教学模型，经过理论计算确定控制器参　数，这种方法所得到的计算数据未必可　直接用，还必须通过工程实际进行调整　和修改：二是工程整定方法，它主要依　赖工程经验，直接在控制系统的试验中　进行，且方法简单、易于掌握，在工程　实际中被广泛采用。ＰＩＤ控制器参数的　工程整定方法，主要有临界比例法、反　应曲线法和衰减法，３种方法各有其特点，　其共同点都是通过试验，然后按照工程　经验公式对控制器参数进行整定。但无　论采用哪一种方法所得到的控制器参数，　都需要在实际运行中进行最后调整与　完善。　这套系统我们采用的是临界比例　法。利用该方法进行Ｐ『Ｄ控制器参数的　整定步骤如下：　门）首先预选择一个足够短的采样周　期让系统工作：　（２）仅加入比例控制环节，直到系统　对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这　时的比例放大系数和临界振荡周期；　（３）在一定的控制度下通过公式计算　得到ＰＩＤ控制器的参数。　ＰｌＤ参数的设定：是靠经验及工艺　的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，　从而调整Ｐ＼Ｉ＼Ｄ的大小。　ＰｌＤ参数是根据控制对象的惯量来　确定的。大惯量如：大烘房的温度控　制，一般Ｐ可在１　０以上，ｌ＝３～１　０，Ｄ＝１　左右。小惯量如：一台小电动机带一　台水泵进行压力闭环控制，一般只用Ｐｌ　控制。Ｐ＝１～１０，ｌ＝０．１～１，Ｄ＝０，这些要　在现场调试时进行修正的。　
这次冷却水系统的Ｐ＼Ｉ＼Ｄ设定值分别　
为５＼１＼０（仅供参考）。执行效果：能够比　
较及时对现场温度变化做出反应，且能　
与设定值始终保持在±１．５　ｏＣ这么一个　
相对平稳的范围内。　

六通信方式　
通信方式为以太网通信。这套控制　
系统通过１　０Ｂａｓｅ—Ｔ通信网络与上位监控　
层主ＰＣ机接口进行通信、使用Ｍｏｄｂｕｓ／　
ＴＣＰ协议。这套系统最多可支持５个　
主连接，通过以太网进行控制监视和数　
据采集。混合控制设计软件也可通过　
以太网处理任何一个控制器，进行组态　
监视、诊断询问、上传／下载、或在线　
组态更改。这样，一个控制网络的控制　
器和上位机可分为若干个过程段来调试，　
以确保理想的控制效果。可使用通用的　
Ｈ　Ｍ『软件在全厂范围通过以太网轮流访　
问其中每一个过程段。　
本套设备运行一年多以来，高效性　
和稳定性都得到了充分的证实。四　

６　２００８　・　孽　簦爨　囊薄　

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