一種臥式滾筒式軟化鍋的結(jié)構(gòu)設(shè)計與PID控制實現(xiàn)
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張俊勇
陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院（西安710300）
摘要設(shè)計一種臥式滾筒式軟化鍋，結(jié)合西安市某食用油加工企業(yè)的實際需求做了重新設(shè)計定型，整機目前采用接觸器——繼電器控制，為了便于以后進行自動化升級改造，設(shè)計了一種PID控制系統(tǒng)，對相關(guān)設(shè)備的升級改造具有一定的指導意義。
關(guān)鍵詞 軟化鍋；結(jié)構(gòu)設(shè)計；PID;控制
在糧油的生產(chǎn)加工過程中，植物油脂的軟化是第一道加工工序，也是油料在預處理過程當中非常關(guān)鍵的一道工序，軟化的效果如何直接關(guān)系到植物類食用油（如大豆油、菜籽油和花生油等）品質(zhì)好壞的重要指標，所以大多數(shù)糧油加工企業(yè)都投入了大量的經(jīng)費不斷升級改造油脂軟化設(shè)備。近20年來，軟化鍋經(jīng)歷了多次更新?lián)Q代，歸結(jié)起來大致有3次明顯改進：第1次為箱體類結(jié)構(gòu)，由于該類型設(shè)備缺陷太多，能耗過高，軟化油脂質(zhì)量滿足不了要求，現(xiàn)在已經(jīng)淡出市場；第2次為立式結(jié)構(gòu)，該類型設(shè)備由于消耗動力高，制造與維修工藝復雜，存在死角等問題也已逐漸淡出了市場；第3次為臥式滾筒軟化鍋，該類型設(shè)備最突出優(yōu)點為能耗低，是立式軟化鍋消耗動力的1／4左右，且軟化效果突出，成品質(zhì)量好，被廣泛應用到植物油脂的生產(chǎn)加工過程中，但是由于各廠家對軟化效果的要求不同，其改造過程也一直沒有停止過。所以，設(shè)計一種臥式滾筒式軟化鍋結(jié)合西安市某食用油加工企業(yè)的實際需求重新做了設(shè)計定型，整機目前采用接觸器——繼電器控制，為了便于以后進行自動化升級改造，設(shè)計了一種PID控制系統(tǒng)，對相關(guān)設(shè)備的升級改造具有一定的指導意義。
1 機械主體結(jié)構(gòu)設(shè)計
臥式滾筒式軟化鍋的外形結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，安裝時底面具有一定斜度，安裝時固定到水平平面上，使整個設(shè)備有一個右傾16。的傾斜角，使軟化后油脂能夠順利流出。
工作主體機械結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個設(shè)備由底座、進料端箱體、滾筒部件、出料箱體、滾輪裝置、電機、減速器、小齒輪傳動件、擋輪裝置和加熱管等幾部分組成，加熱管在出料端焊接于集汽室的管板上側(cè)固定端。在進料端，加熱管被浮動安裝在支撐板上，要求加熱管外壁與支撐板間隙調(diào)整為1.2 mm，加熱管受熱膨脹可以自由伸縮，從而消除掉因熱膨脹而引起的損傷。同時為了減小加熱時漏氣漏水現(xiàn)象，該設(shè)計把進汽管焊在軟化鍋集汽室上，縮短進汽管，提高進汽管剛度，保證進汽管與滾筒的同軸度，改變排水方式，這樣旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)轉(zhuǎn)動體結(jié)構(gòu)由雙變?yōu)橐�，從而有效地解決了旋轉(zhuǎn)接頭漏水、漏汽問題。以前的軟化鍋將加熱管與油脂換熱處放置在中下部，容易積存冷凝水從而影響油料溫度，降低油料的軟化效果，該設(shè)備由虹吸管和冷凝液罐相配合，在內(nèi)外蒸汽壓差作用下通過旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)的虹吸管連續(xù)排出軟化鍋，提高了蒸汽的利用率和傳熱效率，經(jīng)過試用發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的油料軟化效果要有明顯
的提高。
2 PID控制
為節(jié)約成本，該設(shè)備采用低壓接觸器——繼電器控制系統(tǒng)，由控制線纜在地下開槽后連接到配電控制柜中，但是由于設(shè)備工作場合長期承受高溫、高濕和高壓作業(yè)，線路很容易受潮老化。為了進一步生產(chǎn)設(shè)備的工作穩(wěn)定性和自動化控制，針對該設(shè)備設(shè)計一種基于PID控制的系統(tǒng)，能夠完成全過程連續(xù)自動化生產(chǎn)加工。
在PID選擇上有模糊控制、PID控制和模糊PID控制3種，在結(jié)合設(shè)備實際工作狀況對這3種控制方式進行選擇，模糊控制和模糊PID控制可以有效地彌補PID控制的超調(diào)量過高、穩(wěn)態(tài)精度差以及調(diào)節(jié)時間過長等問題，從理論上講利用模糊控制或模糊PID控制系統(tǒng)是可行的，也能取得非常穩(wěn)定的控制效果，利用MAT-LAB/SIMULINK建立控制數(shù)學模型如圖3和4所示。但是這2種方式價格昂貴、對工人的素質(zhì)相對要求較高，不利于大規(guī)模推廣使用。所以經(jīng)過綜合考慮選擇PID控制。
設(shè)備用一階慣性帶時滯系統(tǒng)來近似描述，因此，被控過程的數(shù)學模型可設(shè)為公式(1)：
通過仿真結(jié)果可以看到校正前輸出曲線為發(fā)散狀，設(shè)備運行穩(wěn)定性差，經(jīng)過校正后波形逐漸趨于穩(wěn)態(tài)，超調(diào)量也在允許范圍內(nèi)，控制簡單，可以進行進一步推廣應用。
3結(jié)語
結(jié)合生產(chǎn)要求設(shè)計的一種臥式滾筒軟化鍋在試用過程中表現(xiàn)狀態(tài)良好，軟化油脂質(zhì)量較高，相比前期的軟化鍋結(jié)構(gòu)有明顯進步，同時設(shè)計了一種PID控制裝置，成本低廉，上手容易，具有進一步推廣的價值。
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