糖厂压榨工段DCS系统应用现状及发展趋势

梁贤慧，莫柳珍，骆荣贞

（1.广西工程咨询集团有限公司，广西 南宁530021；2.广东省科学院生物工程研究所，广东 广州510316；3.广西糖业集团开泰供应链管理有限公司，广西 南宁530022）

1 糖厂实施自动化的意义

“十四五”时期将是我国经济由高速增长向高质量发展转型的攻坚期，糖业结合自身行业特点，将生产自动化进行升级改造，确保糖厂能够高质量的发展。目前国内制糖业普遍存在劳动力密集、智能化程度低的状态，多数糖厂的生产过程还处于半自动化状态，甚至还存在凭工人经验进行手动操作的情况。

过去，中国劳动力市场价格相对低廉，大部分糖厂的自动化需求并不迫切，但近二十年来，蔗糖的市场价格仅增长2~3倍，而企业人力成本却增长了二十多倍，再加上甘蔗种植、砍运人工成本上升导致的原料甘蔗价格增长等因素，企业生产成本居高不下，导致近年我国制糖业在国际市场上失去竞争力，制糖企业大面积亏损。以10000t/d规模的制糖厂为例，我国传统糖厂至少需配置400名岗位工人，而在实现自动化生产的同规模糖厂中，岗位工人数量不到100人，年度人工成本可减少约两千万元。糖厂自动化除了能明显减少人工成本，还可减少人为因素对生产的影响，在提高生产安全率及产糖率、减少过程损失、提高产品质量和降低能耗等方面发挥重要作用。

近些年来，随着广西一些大型糖厂相继进行自动化改造，投资少，见效快，在制糖行业中起到了示范作用。通过自动化控制实现“安全、均衡、稳定、高效”生产，可创造综合经济效益，压榨机自动控制系统就是较好的改造方案之一。

压榨工段是甘蔗制糖流程的首要工序，用电占糖厂用电量的一半以上，进榨是否均衡直接影响糖厂的能耗、压榨抽出率和后续工段的平稳运行，而且该工段现场环境较差，大型设备众多，噪声很大，粉尘多，也影响品控。因此，压榨工段实施全面自动化是至关重要的。

2 压榨工段DCS系统应用现状及案例

DCS是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，DCS综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，灵活对生产过程进行集中监视、集中操作、分级管理、分散控制，DCS系统在工业生产过程中具有广泛应用。

2.1 压榨工段DCS系统应用现状

压榨车间全面自动化的DCS系统主要由五大应用模块及模块下的十多个子系统组成，分别有如下。

一是均衡进榨自控系统：输送带自动控制、核子秤计量系统。

二是压榨机组自动控制：压榨机组转速控制、压榨机轴承温度控制以及高位槽料位控制等。

三是渗透水自控系统：渗透水流量、水温度、液位自控系统。

四是泵送自控系统：压出汁、混合汁泵送自控系统。

五是压榨车间机械及流程连锁控制等［1］。

通过对各子系统的有效整合，实现整个压榨过程DCS控制，实现均衡入榨、复式渗透过程的自动控制，机械连锁自动控制、轴承温度自动检测等过程管理。

2.1.1 均衡进榨自控系统

均衡进榨自控系统是通过检测1#压榨机和1#~3#撕解机的电流情况，通过核子秤计量系统检测蔗层厚度，自动控制输送带速度，稳定控制进入压榨机的蔗料流量，使压榨机受力均匀，确保提供给制炼年间的混合汁流量均匀。

2.1.2 压榨机组自动控制

DCS系统通过对电信号进行数字化处理，调整各座压榨机的转速、高位槽挡板开度，自动控制料位高低和压榨机转速，避免蔗料堵槽故障，保证固定的料位高度和通过压榨机的蔗层厚度，使压榨、渗透过程均匀，达到负荷平稳、提高抽出率和减少蔗渣水分含量的目的。

压榨机轴承温度自动控制系统则是通过在榨辊两端轴承安装温度探测仪，在线监测轴承的温度变化情况，系统自动控制轴辊润滑系统自动加油润滑，减少设备的磨损，及时解决突发轴辊发热问题，保护设备的安全稳定运行［2］。

2.1.3 渗透水自控系统

国内一般采用第1座压榨机转速的设点所对应的榨量来同步设定渗透水用量。渗透水量与节能和提糖率有重要的关系，因此，渗透水自控系统一般根据核子秤检测到的甘蔗入榨量及生产需要的渗透水与蔗比配值，通过实时监控渗透水箱液位、温度以及渗透水流量来控制渗透水的加入。

2.1.4 泵送自控系统

泵送自控系统通过液位变送器连续监测出各座集汁箱的液位，利用变频技术，自动调节输送泵的流量，防止抽空或冒箱，减少人工操作出现的跑、冒、滴、漏现象。

2.1.5 压榨车间机械及流程连锁控制

整个压榨车间各级输蔗带、理平机、蔗刀机（撕裂机）、打散机、耙齿机、压榨机列和蔗渣输送机设置联锁关停和过载保护。当生产过程中某台相关的电机设备如压榨机、中输机等发生故障停机时，与其联动的设备立即自动停机进行联锁保护，防止蔗料堵塞和保护设备。若设备发生电流过载，过载保护系统将自动优先控制相关联的设备自动动作，自动调整电机电流或转速，从而起到快速保护作用［3］。

2.2 压榨工段DCS系统应用案例

甘蔗糖厂压榨工段DCS自动控制图，如图1所示。其系统技术改造成功案例如下。

2.2.1 糖厂压榨全过程DCS自动控制系统技术改造

南宁糖业股份有限公司明阳糖厂于2018/2019年榨季实施了“糖厂压榨全过程DCS自动控制系统技术改造”项目，由原压榨车间所有设备需要人工监控操作，处于单机、单工序控制的初级阶段改造成均衡进榨控制系统，使压榨工段基本实现全过程DCS自动控制。运行效果表明：在生产正常情况下，系统控制较人工操作控制更加稳定和高效，并完成以下指标。

第一，蔗带核子秤计量误差≤±1.5%。

第二，混合汁箱、渗透汁箱和渗透水箱液位控制达到不抽空和不满溢。

第三，流量控制误差≤±3%。

第四，控制系统运行安全率≥99.99%［4］。

2.2.2 压榨双线使用DCS自动控制系统

广西糖业集团昌菱制糖有限公司自2011/2012年榨季开始压榨双线使用DCS自动控制系统，近几年来该系统运行稳定，使用后压榨工段的生产安全率、压榨抽出率等指标明显提高，蔗渣转光度和水分明显降低，极大提高压榨工段的经济效益［2］。

2.2.3 均衡进料、高位槽和渗透水的自动控制系统

广西博庆食品有限公司石别糖厂和广西糖业集团金光制糖有限公司于2014/2015年榨季使用均衡进料、高位槽和渗透水的自动控制系统。应用结果表明，该系统实现了压榨过程高位槽控制的自动化，确保了蔗料通过压榨机顺畅，有效保证生产安全率，降低能耗，降低了蔗渣转光度以及水分，提高了压榨抽出率，同时有效减少了现场操作工人的数量，在减员增效、节能减排、降本增效方面效果明显［5］。

图1 压榨车间DCS自动控制图

3 甘蔗糖厂自动化发展趋势

站在新的历史起点，从谋划中国糖业高质量发展的战略高度看，虽然部分甘蔗糖厂在压榨车间使用了DCS系统，实现了该车间的自动控制，但使用过程中仍然存在一些问题。例如：只注重进出料之间的衔接而忽视压榨机本身的优化，并没有从根本上解决压榨机受力问题，导致系统出现控制混乱、料位控制系统失灵等现象［6］；压榨1#和2#输送机速度调节控制要求反应速度快的设备适应性不够等等。多方面因素影响使得自控系统没能取得应有的效果，阻碍了糖厂自动化发展进程。

因此压榨车间的自动控制系统仍需进一步研究和完善，使其更符合制糖工艺的特点，使生产更稳定、压榨抽出率更高、节能效果更好等，发挥自控应有的效果。

另外，目前大多数糖厂由于设备陈旧，自动化投入有限，仅能针对单个设备或局部工序进行自动化改造，多套自动控制系统分布在不同的工段，各个自动化设备之间不能实现有效连接，无法通信，出现了信息孤岛，限制了自动控制水平的发挥［7］。

新技术不断涌现，5G物联网技术、人工智能技术的广泛应用及蓬勃发展，智能芯片集成制造的发展，这些推动着自动化技术的变革。糖厂想要实现全面自动化，应该建立一个更加智能化的AI DCS系统。通过运用5G物联网技术、大数据、智能芯片技术及人工智能技术，实现全生产流程的智控网络系统和设备的智控过程联动。现在的自动化体系结构包含了底层的设备自动化到顶层的信息管理自动化，结合成综合自动化系统。未来的自动化正向人工智能系统发展，将带有智能芯片和5G物联网技术的智能生产设备同人工智能管理技术相结合，有效地集成监督控制、在线优化、生产调度、企业管理、经营决策等功能，通过人工智能对生产全过程的不断自我优化，最终形成一个最为经济、高效的生产模式。这也是制糖工业自动化未来发展的趋势。