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2022 華南展招展書
運動控制

優化干燥流程,讓奶粉生產更優質!

  2022年01月28日  

  作為母乳的替代品,奶粉可能聽起來沒那么美味可口,但這是世界上一些備受歡迎又富含營養的食品里不可或缺的成分,比如巧克力、面包、嬰兒食品。最終產品需要保留天然牛奶的所有理想特性,諸如顏色、風味、溶解度和營養價值,因此,把原料奶制成干粉是一個很容易受到影響的過程。

  邁高集團的工程師清楚地認識到牛奶干燥過程中涉及的復雜問題。邁高是澳大利亞大型的牛奶加工企業,也是該國的大型加工產品出口商之一,該集團將全國35%的牛奶供應制成產品,銷往國內外市場。該集團采用來自3000 多個乳牛場的牛奶,在分布于維多利亞州和塔斯馬尼亞州的九個工廠進行加工。

  邁高集團成立于1950年,已運用多項新技術優化生產流程。兩年前,該公司采用了一套創新系統,以自動化的方式監測并精確控制奶粉生產過程中很關鍵的環節——最終干燥環節。

  面臨的挑戰

  粉狀物在漏斗狀的料斗過篩,然后運送至包裝區。塔的大小、處理的牛奶類型以及處理的方式不同,所能生產噸數會發生變化,100升全脂牛奶可以大約制成 13千克全脂奶粉或9千克脫脂奶粉。邁高集團最小的干燥機每小時能夠制成1.2噸奶粉,最大的干燥機每小時可以處理7噸。

  “我們知道我們需要應用一套自動化系統,降低奶粉中的水分差異?!边~高集團自動化與設備工程師 Geoff Rome 如是說。

  影響奶粉質量的其中一個關鍵變量就是奶粉的水分含量。奶粉所含水分大約應該在3%至6%,具體視最終用途而定。要達到適宜的水分等級,關鍵在于控制入塔空氣、靜態流化床以及振動流化床的溫度。

  在過去,邁高集團通過手動更改溫度設置點的方式來控制產量與水分含量。操作員從每小時一次的水分取樣中獲取反饋信息,然后根據經驗做出決定??紤]到保持奶粉中水分平衡的重要性,該公司的工程師意識到一個小時一次的時間間隔太過漫長。對每小時取樣進行測試,結果顯示水分差異高達 0.3%。為了生產質量更一致的產品,需要按照干燥塔的預測模型,自動調整溫度設定點。

  維持溫度和水分平衡對保持盡可能高的產量水平而言同等重要。當排出空氣中的水分過高時,干燥塔可能會發生堵塞并停機,導致時間、資源的浪費,產量也就相應減少。

  “我們知道我們需要應用一套自動化系統,降低奶粉中的水分差異?!边~高集團自動化與設備工程師 Geoff Rome 說道,“我們當時的目標是尋找一套解決方案,幫助我們保持穩定的質量,同時增加成品的產量?!?/FONT>

  解決方案

  為了實現這些目標,邁高集團選擇了羅克韋爾自動化乳制品干燥工藝控制優化解決方案,該套解決方案由羅克韋爾軟件的模型預測控制 (MPC) 與優化技術提供支持。這套解決方案不斷收集每個干燥塔的數據,利用預測模型計算適宜溫度和設定點,從而控制與保持生產過程中所需濕度。

  該解決方案可以管理固形物中的差異、進氣相對濕度及其它可影響干燥效率的因素。減小水分差異可在不犧牲產品質量的情況下改善平均含水量目標。這可以提升固形物的產出,提高干燥塔產量并降低每噸成品的能源用量。

  具體而言,該系統利用質量預測 – Soft Sensors 進行內聯推斷式質量測量,實現更頻繁的實時控制反饋。這個系統每隔15秒自動收集輸入數據,大大降低了水分含量差異,而無需要求操作員經常性地手動檢查干燥流程。

  每隔一小時利用紅外分光光度計對一份實體樣品進行一次分析,以確認模型是否適宜。分析結果會自動反饋到模型系統,在需要之時自動做出調整。

  成果

  “羅克韋爾自動化的 MPC 解決方案就如同優秀的操作員,一周七天、一天 24 小時都有優異表現?!盧ome 說道,“最終,我們獲得了始終如一的高品質產品?!?/FONT>

  在應用了模型預測控制解決方案之后,每臺干燥塔的水分差異水平平均降低了 52%,大大超過邁高集團預期的 35%。因此,該公司的四臺干燥塔平均每天多生產一噸奶粉產品。

  “我們能夠在原來基礎上多生產幾噸奶粉,我們對羅克韋爾自動化解決方案的投資也就物有所值了?!盧ome 說道,“我們的能源成本降低了,投入產出比也因此提高5%-10%?!?/FONT>

  和其他奶粉生產商一樣,邁高集團正在轉向生產需要滿足上乘質量標準的高價值特色產品,如蛋白粉。由于這類產品有著精確的技術規范,可以設定的操作參數范圍更加狹窄與嚴格。對于生產蛋白粉的干燥塔,邁高集團實施了早期參與控制,讓干燥機在啟動后數分鐘內實現理想的熱效率。

  可在基于瀏覽器的界面中實時可視化,呈現各種指標,助力操作員和管理層監視生產、質量和能源績效指標。這些儀表板可顯示和管理工廠當前及預測績效,實現并保持干燥塔解決方案投資在整個生命周期內的業務價值。

  科洛特鎮工廠是邁高集團旗下應用羅克韋爾自動化干燥塔解決方案的第二個工廠。邁高集團旗下的利昂加薩鎮工廠也在使用這個系統。有鑒于這兩個工廠取得的成功,該公司開始尋找其他機會,為旗下其他工廠的蒸發器、干燥塔與鍋爐解決方案尋求優化方案。

  高質量的產出必然要有一套優秀的自動化系統,羅克韋爾自動化的MPC解決方案不僅可以提高產品質量,更擴大了產能。并且通過數據可視化可保證整個工廠加工機器的生命周期。實現高效生產與數據可視化的融合,讓羅克韋爾自動化再創輝煌!

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