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    一、概述

    糖是人們的主要生活資料之一，糖與蛋白質、脂肪及無機鹽等是保證人體健康的主要營養品，每克糖可在人體內產生16748J熱量，維持人體的活動。因此，糖是人類特別是運動員、嬰兒的重要食品，糖又是人們日常生活中的重要調味品之一。糖除直接供食用以外，還是一種重要的工業原料。食品工業、醫藥工業和化學工業都與糖有著密切的關系。我國是世界上用甘蔗制糖最早的國家之一，已有2000多年的歷史。甘蔗制糖工藝大概分以下幾個過程：

    甘蔗在進入壓榨機或滲出器之前必須現進行破碎處理 --- 稱為預處理。預處理的目的是將條狀的甘蔗破碎成片狀或絲狀的蔗料，使甘蔗的纖維組織撕裂，糖分細胞充分破裂。將預處理過的蔗料用壓榨機進行壓榨，壓出蔗汁。壓榨出來的蔗汁還含有很多雜質，必須經過多道工序來進行蔗汁的處理，才能保證下道工序的順利進行。這些工序包括：亞硫酸法清凈(或其他方法的清凈)、預灰和加熱工序、蔗汁的硫熏中和、蔗汁的沉降、蔗汁的過等。蔗汁經過清凈處理后含大量水分的稀汁經過蒸發工段，除去大量的水分，濃縮成60度Bx左右的糖漿，結晶后產出商品白砂糖。

 

    二、壓榨工藝分析

    壓榨機是以甘蔗為原料制糖取汁的主要設備。設備全套由電動機、減速機、傳動主機(即壓榨機)和液壓系統組成。作為糖廠重要的生產設備，5級或6級壓榨電動機的總容量占糖廠全廠裝機容量的一半以上，但長久以來一直沿用傳統的控制方式：定速運行、直流調速或液壓傳動系統。

    影響糖份抽出率的因素較多，若壓榨機抽出率提高1%，則總收回率提高0.88%～0.92%。影響抽出率的因素主要有以下幾方面原因：

    1、壓榨效能一般用壓榨機的處理量和抽出率這兩個指標來衡量。一般來說在壓榨設備一定的條件下，要提高壓榨量，往往抽出率有所下降，反之，要提高抽出率，則會影響壓榨量，所以處理量和抽出率是互相矛盾、相互制約的，綜合考慮，設定一合適的壓榨速度既要求有一定壓榨量，又不致使抽出率過低。

    2、甘蔗中的纖維受壓后離開榨機出口時又膨脹，此時被壓榨的纖維隨著自身的膨脹在出口處會吸去已榨出的一部分蔗汁，同時受到機效能的影響，甘蔗中的糖份不可能全部榨出，采用“加重前輥負荷使整機負荷減輕以提高壓榨效能”的技術原理，改變、縮小榨機前后輥開口及開口比，提高前輥出汁率，減輕后輥排汁壓力，減少重吸，降低蔗渣水份，從而達到單機及整機列抽出率提高的同時降低榨機電能耗的最終目的。

    3、蔗料的破碎度及形態是保證第一級榨機抽出的前提。甘蔗破碎度好，蔗汁易于壓出，抽出率提高。

    4、從輸蔗機輸送過來的蔗層厚度均勻對提高抽出率非常重要。如果蔗層過厚，壓榨不徹底；如果蔗層過薄，壓不干蔗層，二者均影響抽出率。

    5、在榨季后期，由于榨輥的磨損越來越嚴重，導致榨輥的間隙擴大，使抽出率下降。

    定速運行時，電機經減速器減速后、榨輥的速度既滿足有一定壓榨量，又不致使抽出率過低的要求。由于壓榨機轉速不可調，當原料甘蔗改變時，榨輥的速度應作相應的變化，才能保證蔗糖的抽出率在控制范圍內。另外，根據現場情況，可能還會對各級的速度進行調節。至于輸蔗機輸送過來的蔗層厚度的變化，一般是對輸蔗機進行自動控制，即蔗層厚度變化時，輸蔗機的轉速自動改變，可保證均衡進榨，但單純對輸蔗機調速不一定能完全滿足均衡進榨的要求。

    早期壓榨機調速較多采用直流調速系統，該系統能滿足壓榨機調速要求，很好地解決了定速運行時所存在的問題。運行也相對穩定可靠，是目前糖廠還在使用的控制方法。但也存在許多問題：

    ①、直流電動機的效率比交流異步電動機效率低2%-3%，耗能較大。

    ②、制糖車間環境較差，直流電機故障率高，影響生產；維修、保養麻煩，費用大。制糖車間中，含有糖份的灰塵沉積在直流電動機整流子上，使整流子燒蝕，榨季后期燒蝕更嚴重，往往不得不停下來維修整流子。

    三、壓榨機變頻調速系統控制方案

    綜上所述，由于壓榨機轉速不可調，從輸蔗機輸送過來的蔗層有大約10%的時間厚度會達不到要求，這樣會使蔗汁的平均抽出率低于95.4%。第1座壓榨機根據榨量要求保持某一固定轉速，2－5座壓榨機是靠自身的瞬時調速來穩定各自的料位，從而保證通過各榨機的蔗層厚度均勻，達到高榨、高抽出、低負荷的目的。平均抽出率將可提高0.2%以上，同時由于轉速降低，負荷降低，電流下降從而達到節能省電的目的。

    湛江某糖廠原系統為直流調速，為提高抽出率和節能，將蔗機直流電氣傳動改為交流電氣傳動，壓榨機組為5座Ф670×1200榨機系列，電機功率200kW。改造后的系統由變頻器柜、切換柜及遠控操作臺組成，每座壓榨機與1#、2#輸蔗帶、高速帶、1～4#耙齒機的邏輯聯鎖保護，并具有電機風機故障報警、電源主回路故障報警、變頻器故障報警、壓榨電機溫度高報警，還有“緊急停機”及“聯鎖/手動”切換功能。所有設備聯鎖保護、設備故障報警、設備開-停等由遠程控操作臺內PLC控制完成，功能齊全、質量穩定、可靠，有效解決了蔗渣堵機現象。壓榨電動機的電流、轉速采用數字式指示儀，具有美觀、準確、直觀；壓榨電動機溫度采用8點數字式巡檢儀指示，具有節約操作臺空間、美觀、準確、直觀。控制主回路原理圖如下：

 

 

    系統主要功能有：

    1、壓榨機改造后系統設有：原系統操作、調整、新系統工頻起動、新系統變頻起動、新系統自動控制。

    2、手動控制：分別為每臺電機安裝一臺變頻柜和一個變頻轉換柜。當變頻柜出現故障或異常現象時可通過變頻柜將系統切換到原來的起動柜，使壓榨機能正常連續生產。變頻轉換柜內還裝有交流電抗器，可有效抑制諧波對電網的影響，同時保護變頻器不受電網浪涌電壓的沖擊。

    3、當輸蔗機的蔗層厚度變化時，.電子皮帶秤將蔗層信號反饋到輸蔗機變頻器上，使輸蔗機變頻器根據蔗量的多少調節壓榨機的轉速，電子皮帶秤信號大，表明蔗層厚，變頻器將電機的轉速升高；電子皮帶秤的信號小，表明蔗層薄，變頻器將將電機的轉速降低，從而保證蔗層厚度均勻，有助于提高抽出率。

    4、為了提高抽出率，保證蔗層的厚度是均衡進榨的前提，單純輸蔗機調速不一定能完全滿足均衡進榨的要求。再在每座榨機增加霍爾傳感器檢測電機的實際電流，作為變頻器的反饋信號，變頻器根據反饋信號控制電機轉速。如果蔗層過厚，電機的電流變大，變頻器將把電機的轉速提高，使蔗層盡快被壓榨；如果蔗層過薄，電機的電流變小，變頻器將把電機的轉速降低，以便盡可能將蔗層壓榨徹底。這樣使電機電流始終在小范圍內波動，從而保證蔗層厚度均勻，有助于提高抽出率。

    五、 改造后的效益分析

    1、提高了抽出率：根據測算，平均抽出率可提高0.2%以上，現在保守估計抽出率提高0.1%，按年榨55萬噸甘蔗，糖份13.5%，煮收86%計算：每個榨季多產糖55萬噸＊13.5%＊0.1%＊86%=63.85噸 ，按2700元/噸糖計：63.85噸＊2700元/噸=17.2萬元 ，使企業每個榨季多創收17.2萬元。

    2.、節電效果顯著：5臺榨汁機裝機總容量為2000kW，根據測算，改造后噸蔗耗電量從原來的33.02度下降到31.22度，已達到此類規模配置糖廠的正常的合理能耗水平。每榨1噸甘蔗耗電減少1.8度，按年榨55萬噸蔗計算：每年節電：55萬噸＊1.8度/噸=99萬度 按0.5元/度計算：80萬度＊0.5元/度=40萬元。

    3、減少了維修停工損失，節省了大量的維修費用。

    六、結語、

    甘蔗制糖榨機交流變頻調速即可提高蔗糖的抽出率，又具有顯著的節能效果。在能源供給越來越緊張的現代社會，制糖企業的節能降耗工作任重而道遠，如何最大限度地提高產量、降低煤、電消耗、節約能源，是企業提高競爭力的有力措施之一，也是提高經濟效益的主要手段。

    參考文獻：

    1﹑SB70矢量控制變頻器用戶手冊 希望森蘭科技股份有限公司。

    2、彭海宇 杜俊明 變頻調速節能量的計算方法 《自動化博覽》2008.5

    摘自《自動化博覽》2010年第十期