白砂糖手動離心機(jī)的特點(diǎn)及自動化技術(shù)升級

甘蔗糖通常可分為甲糖、乙糖、丙糖等。甲糖 通常又稱為白砂糖，呈顆粒狀。按GB317-1998國家 標(biāo)準(zhǔn)，甲糖晶體的當(dāng)量直徑一般為0.28~2.5mm。甲 糖生產(chǎn)的最后工序是采用離心機(jī)將晶體從糖膏中分 離出來，而采用的分離設(shè)備種類眾多，型號繁雜，性 能各異。

1 常用白砂糖離心機(jī)的類型

常用的白砂糖分離設(shè)備分連續(xù)式和間歇式兩 種，有國產(chǎn)或進(jìn)口的全自動、半自動及手動等各種 類型，一般以上懸間歇式離心機(jī)應(yīng)用作為廣泛。上 懸式離心機(jī)有多種機(jī)型，根據(jù)轉(zhuǎn)鼓形狀可分為平底 和錐底兩種；根據(jù)卸料方式可分為重力卸料、人工 卸料、機(jī)械刮刀卸料三種；根據(jù)驅(qū)動方式可分為多 速電機(jī)、直流電機(jī)、變頻調(diào)速、電阻變速等多種；操 作控制方式也有電氣、氣液、機(jī)械等多種方式。適 用于分離中等顆粒固相的懸浮液，如砂糖、味精、葡 萄糖、鹽類以及聚氯乙烯樹脂等。

廣西是我國甘蔗糖的產(chǎn)糖大省，擁有為數(shù)眾多 的白砂糖生產(chǎn)企業(yè)，目前使用的離心機(jī)有： 進(jìn)口機(jī)型：以英國進(jìn)口的Broadbent全自動上懸 間歇式為多。此類機(jī)型采用電腦控制，氣壓傳動，刮 刀卸料，其可靠性及生產(chǎn)率高，但價格相對較高。目 前已有國內(nèi)廠家與英國Broadbent公司合作開發(fā)相 似產(chǎn)品，如TBS全自動上懸間歇式離心機(jī)。

國產(chǎn)機(jī)型：國產(chǎn)機(jī)型中有全自動、半自動和手動型上懸間歇式離心機(jī)。自動型有XJZ、XZ、XR等 型，多采用多速電機(jī)、交流變頻調(diào)速等拖動形式。而 由于歷史原因，手動型上懸式離心機(jī)在廣西蔗糖生 產(chǎn)企業(yè)中擁有較大的擁有量，ZL-1200型是典型的 型號之一。下面以ZL-1200型為例，介紹手動型上 懸式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)及使用特點(diǎn)，以及為降低勞動強(qiáng) 度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高機(jī)器可靠性及生產(chǎn)效率，對 這類機(jī)器進(jìn)行自動化技術(shù)升級的情況。

2 手動型上懸式離心機(jī)結(jié)構(gòu)與使用特點(diǎn)

ZL-1200上懸式離心機(jī)結(jié)構(gòu)上屬于錐底、重力 卸料、多速電機(jī)拖驅(qū)動、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手動操作 型立式間歇離心機(jī)。離心機(jī)作業(yè)部分是一個吊藍(lán)， 由多速電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)多檔（包括空擋一般4檔）速 度的切換。

該機(jī)的工作過程是：手動開啟電機(jī)到第一檔轉(zhuǎn) 速，用沖水管清洗篩網(wǎng)，然后打開進(jìn)料開關(guān)，氣動 糖膏閘門開啟實(shí)現(xiàn)進(jìn)料，進(jìn)料足夠后，手動關(guān)閉進(jìn) 料開關(guān)進(jìn)行分蜜，一段時間后切換到第二檔轉(zhuǎn)速繼 續(xù)分蜜并手動洗水（水溫70~80℃）。離心機(jī)在完成 生產(chǎn)循環(huán)過程中有兩種不同含糖量的蜜汁需要收集， 水洗前分離出的為較高含糖量的原蜜，蜜水分離機(jī) 構(gòu)由氣缸置位為“原蜜”收集狀態(tài)，洗水時需將蜜 水分離機(jī)構(gòu)從“原蜜”轉(zhuǎn)換到“洗蜜”狀態(tài)[1]。通過 觀察白砂糖色澤決定洗水時長，之后手動換到第三 檔轉(zhuǎn)速，并手動打開汽閥，用高溫水蒸汽進(jìn)行汽洗， 汽洗完成后連續(xù)分離幾分鐘，然后逐級退檔到第一檔轉(zhuǎn)速并剎車，打開卸料開關(guān)，氣缸提起藍(lán)罩，甲 糖在重力作用下卸料到離心機(jī)下部的振動篩，完成 整個循環(huán)。一般每次進(jìn)料約500Kg糖膏，一個操作 循環(huán)約需3.5~5min。

在生產(chǎn)過程中，沖洗濾網(wǎng)、進(jìn)料、水汽洗滌、分 離等工序，包括電機(jī)轉(zhuǎn)速檔位調(diào)節(jié)均由人工控制， 操作的時間長短一般根據(jù)操作者的經(jīng)驗(yàn)來判斷，由 于切入不同速度檔位時，電機(jī)處于不斷加速、或減 速狀態(tài)，操作者還需根據(jù)不同速度來控制一些動作 的操作時刻。由于手動機(jī)型控制系統(tǒng)不需自行檢測 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀態(tài)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)制作精度要求相對 交較低（如銷軸間隙較大），因此這類設(shè)備結(jié)構(gòu)簡 單，價格低廉。但由于機(jī)構(gòu)運(yùn)動精度較低，擺動大， 需連續(xù)監(jiān)控，造成操作者勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)速度及 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

3 手動型上懸式離心機(jī)自動化技術(shù)升級

根據(jù)ZL-1200型上懸式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)及不足，為提高自動化程度，提高可靠性及生產(chǎn)率，可對其進(jìn)行自動化技術(shù)升級。技術(shù)改造力求低成本，在不改變機(jī)器主體結(jié)構(gòu)的前提下保留并完善手動操作，增加全自動運(yùn)行模式，手動與自動可以轉(zhuǎn)換并可以在線修改運(yùn)行參數(shù)。自動化改造的要點(diǎn)有：

1）自動控制器的制作：要求在操作顯示屏上可在線對各個工序進(jìn)行時間設(shè)置，并能顯示各工序的實(shí)時工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)電氣、氣動和機(jī)械聯(lián)合控制的全自動循環(huán)操作。

白砂糖分離機(jī)的使用工況較惡劣，水洗、汽洗的使用，導(dǎo)致工作環(huán)境溫度、濕度大；糖膏中的蜜水的粘性和腐蝕性，容易造成控制元件失效；拖動電機(jī)的頻繁換擋、變速，導(dǎo)致嚴(yán)重電磁干擾等等�？刹捎萌�封閉、一體化形式的控制器，改造時，采用日本松下公司的PLC作為核心控制器件，自動控制器操作面板上設(shè)置手動、自動開關(guān)與旋鈕，以及輸入/修改運(yùn)行參數(shù)的輕觸按鍵，采用液晶顯示屏，顯 示離心機(jī)的速度，時間等運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。

2）拖動方式：保持離心機(jī)的多速電機(jī)拖驅(qū)動 方式不變，由PLC控制系統(tǒng)來控制速度檔位切換。

3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的處理：原機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大部分 采用氣缸作為驅(qū)動裝置，如進(jìn)料閘門機(jī)構(gòu)、剎車機(jī) 構(gòu)、卸料機(jī)構(gòu)、蜜水分離機(jī)構(gòu)等，少量直接手工動 作，如防滴斗、水洗汽洗閥等。實(shí)際改造時，對于原有氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將原來控制氣動閥的電信號切 換到PLC輸出端口即可，有的機(jī)型使用220伏交流 電的雙電磁鐵氣閥，為與PLC直接匹配，并減少輸 出端口數(shù)，改造時全部更換成二位四通彈簧回位型 24伏直流單電磁鐵氣閥。

增加自動水洗回路：手動水洗時通過觀察調(diào)節(jié) 沖洗位置及時間，實(shí)際改造時，經(jīng)大量試驗(yàn)，制作 了一條有5個高壓霧化噴頭的洗水管，水洗閥門直 接由PLC控制。

增加防滴門機(jī)構(gòu)：由于糖膏的粘稠性，進(jìn)料門 關(guān)斷后，在進(jìn)料閘門之后的導(dǎo)入槽中殘存的糖膏會 不斷滴入吊藍(lán)，引起甲糖色值指標(biāo)超標(biāo)。手工操作 時一般使用一個接盤，改造時增加了氣動防滴門機(jī) 構(gòu)，分離糖膏過程中用防滴斗接住殘存糖膏，在進(jìn) 料時通過氣缸驅(qū)動防滴斗，將接住的殘存糖膏倒入 吊藍(lán)。

4）增加各種檢測、傳感裝置：為實(shí)現(xiàn)各動作協(xié) 調(diào)，需采用位置傳感器來檢測各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)， 由于手動型存在著執(zhí)行機(jī)構(gòu)制作精度較低，運(yùn)動精 度不高的特點(diǎn)，為防止傳感器誤發(fā)、漏發(fā)信號，傳 感器的設(shè)置非常關(guān)鍵，一定要根據(jù)具體機(jī)構(gòu)的動作 特點(diǎn)，設(shè)置在運(yùn)動關(guān)系相對確定、重復(fù)性好的位置。

糖膏裝料量的檢測：手動操作時，糖膏進(jìn)入吊 藍(lán)的量由人工觀察控制，在自動模式下需要實(shí)現(xiàn)自 動測量。一般可以采用電極檢測電阻變化，以及直 接機(jī)械觸發(fā)等原理設(shè)計(jì)糖膏量測量裝置。電極式測 量裝置因?yàn)槭芴歉鄬?dǎo)電性波動的影響，容易造成誤 動作；機(jī)械式因?yàn)橹苯訖z測糖膏位置，可靠性高。圖 1為技術(shù)升級過程中設(shè)計(jì)的一款機(jī)械式糖膏量測量 儀[2]的安裝示意圖，測量儀裝在離心機(jī)外殼5上，其探測板3靠近吊藍(lán)4內(nèi)壁，吊藍(lán)隨軸1轉(zhuǎn)動，使進(jìn)入 的糖膏因離心力作用均布在吊藍(lán)內(nèi)，隨進(jìn)料增多糖 膏增厚，糖膏線不斷外移，最后與探測板接觸，推 動探測板繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，帶動感應(yīng)塊運(yùn)動，觸發(fā)接近 開關(guān)2，發(fā)出料滿信號，PLC輸出關(guān)閘信號，進(jìn)料閘 門在氣缸驅(qū)動下關(guān)閉。調(diào)節(jié)探測板與吊藍(lán)內(nèi)壁之間 的距離可以控制進(jìn)入的吊藍(lán)的糖膏量。測量儀的檢 測狀態(tài)置位與復(fù)位由內(nèi)部小氣缸驅(qū)動完成。

電機(jī)速度的檢測：電機(jī)速度是控制過程中一個 重要參量，在自動模式運(yùn)行時需要根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 大小來控制速度檔位及工序的切換。可采用脈沖計(jì) 數(shù)的方法測量。在多速電機(jī)頂部轉(zhuǎn)軸處安裝兩塊隨 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)感應(yīng)塊，接近開關(guān)發(fā)出感應(yīng)信號， 由PLC根據(jù)輸入的脈沖計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。

剎車的檢測：卸料必須保證在可靠剎車后進(jìn) 行。是否可靠剎車的檢測方法是，剎車氣缸動作信 號輸出后，如果測速裝置10秒（可調(diào)）內(nèi)測量數(shù)值 不為零，則系統(tǒng)認(rèn)定剎車失敗。

控制器通過屏蔽纜線與外部輸入元件（傳感 器）、輸出元件（如氣閥、水閥、汽閥線圈）相聯(lián)。
               

完成電氣控制與機(jī)械部分的改造后，即可進(jìn)行 試機(jī)。離心機(jī)在自動模式下甲糖分離工藝與控制流 程如圖2所示。

循環(huán)開始時，PLC接受現(xiàn)場主令信號、速度檢 測單元、位置傳感器等送來的信號，經(jīng)邏輯判斷，然 后按編制好的工藝程序發(fā)出指令，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，洗網(wǎng)時間長短視篩網(wǎng)堵塞情 況調(diào)節(jié)；洗水閥通電時，PLC同時輸出信號給蜜水 分離機(jī)構(gòu)氣閥，將機(jī)構(gòu)從“原蜜”轉(zhuǎn)換到“洗蜜”狀 態(tài)；分離時間到后，根據(jù)速度來控制電機(jī)減檔檔位 的切換時刻，以免造成電機(jī)過熱。運(yùn)行時一般先進(jìn) 行手動操作，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，在一個循環(huán)內(nèi)在線 切入自動模式，進(jìn)行全自動循環(huán)操作。