[发明专利]甘蔗煮糖过程开放式智能监控综合实验平台

说明书

一、技术领域

本发明涉及制糖技术领域，特别是提供一种用于科学研究和实验教学的甘蔗煮糖过程开放式智能监控综合实验平台。

二、背景技术

在制糖工业生产中，煮糖是最关键而重要的环节，直接影响到产品的质量和提糖效率。煮糖过程通过调节温度、蒸汽压力、真空度和进料速度等参数，控制煮糖罐内糖浆的过饱和度，使过饱和糖浆析出符合要求的晶体，最后经过助晶和母液分离获取结晶砂糖。在该过程中既有传热，又有传质，是一个复杂的物理化学过程。并且煮糖过程中由于物料的纯度和浓度在不断的发生变化，加上真空度和蒸汽压力的波动，从而影响了糖浆的过饱和度，对结晶效果产生影响。

由于煮糖控制本身受干扰的因素很多，煮糖过程工艺复杂、设备庞大，又含有大量的不确定性因素，其时变性和非线性等都很强，而且过程也具有大惯性、滞后、强耦合等环节，要建立精确的煮糖过程机理模型非常困难。通过传统的测量方法，比如点测量、离线测量方法，难于获得准确的关键检测参数，而且直接在生产用的大型煮糖罐上进行实验研究耗时长，成本高昂，布点困难，所以急需一种小型的能模拟实际煮糖生产环境的综合实验平台来进行科学研究。

中国专利200410061467介绍了一种煮糖糖液浓度和过饱和度在线自动检测系统，该系统包括采样装置和称重装置构成的检测器、温度传感器、控制器和计算机，该系统测量范围广、可检测煮糖生产全过程糖液锤度值和过饱和值；测量精度高，安全可靠，操作简单，维护方便；一套系统可多点检测；检测系统只需人工设定，检测过程无须人工操作。该方法能使操作人员能够了解到煮糖罐内的糖液浓度及变化情况，根据糖液浓度的变化，操作工作能量化操作，效率高。

中国专利201010199542介绍了一种煮糖罐晶粒形态在线监测方法，该方法包括以下步骤：(1)将蔗糖晶粒数字显微摄像机组件安装在煮糖罐侧壁；(2)安装蔗糖晶粒图像处理模块，并运行蔗糖晶粒图像处理模块；(3)接通蔗糖晶粒数字显微摄像机组件光源的电源，调节蔗糖晶粒数字显微摄像机组件前面的透射光源和内装反射光源的亮度；(4)观察显示器上按采样周期不断刷新的动态实时图像，然后根据图像效果和需求调整图像处理参数；(5)通过人机界面读取已存储的参考图像，与当前的图像作比对分析；(6)获得晶粒特征图像；(7)记录或发送晶粒形态图像特征值。本发明快捷、直观，可为结晶控制提供晶粒形态分析数据。

中国专利201020224726介绍了一种煮糖罐晶粒形态在线监测装置，该装置包括蔗糖晶粒数字显微摄像机组件和监控计算机；所述监控计算机安装有蔗糖晶粒图像处理模块，并通过监控电缆与所述蔗糖晶粒数字显微摄像机组件相连。本实用新型比手工采样观察快捷、直观，同时可为结晶控制提供晶粒形态分析数据。

上述监控技术主要是针对工业生产煮糖过程中某一个参数进行测量，公开文献报道中尚未见有专门用于科学研究和实验教学的能够模拟实际煮糖生产过程，全面监控各项主要参数并进行过程监控寻优研究的综合实验平台。

三、发明内容

针对现有煮糖技术和实验设备存在的问题，本发明的目的是提供一种用于科学研究和实验教学的甘蔗煮糖过程开放式智能监控综合实验平台。它的输入输出接口是开放式的，实验平台的各部分硬件是模块化、可重构的，能模拟实际煮糖生产过程并实时监控各项主要参数；软件部分是组件式、可扩展的，采用不同的算法和对比各种控制策略，通过过饱和度软测量与参数优化，实现对煮糖过程中加料、温度和压力等控制参数的自动调节。该平台为实际煮糖生产过程提供实用监控技术，也可作为测控和制糖专业学生的综合实验教学平台，开展相关综合性、设计研究性教学方法研究。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：甘蔗煮糖过程开放式智能监控综合实验平台，由煮糖罐体模块、辅助工作模块、传感器数据采集模块以及阀门控制模块的硬件部分和实时数据采集组件、过饱和度软测量组件、煮糖过程动态参数优化及控制调节组件的软件部分组成，煮糖罐体模块通过阀门控制模块与辅助工作模块连接，传感器数据采集模块分布在煮糖罐体模块的各个测点上，传感器数据采集模块的数据上传到实时数据采集组件，通过预处理后由过饱和度软测量组件进行过饱和度软测量，最后由煮糖过程动态参数优化及控制调节组件处理后控制阀门控制模块对煮糖罐体模块的参数进行调节，实现煮糖过程的自动监控。