Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt das Prinzip des Steuerungssystems für das zweistufige Verflüssigungs- und Enzymzugabeverfahren zur Herstellung von Stärkezucker. Der Fokus liegt dabei auf der konkreten Implementierung des einzeiligen Verflüssigungs- und zweizeiligen Verzuckerungssystems in einem Prozessleitsystem (DCS). Schlüsselwörter: Verflüssigung, Verzuckerung, Dosierpumpe, DCS, Systemkonfiguration. 1. Einleitung: Die Produktionsanlage der Huanglong Food Industry Co., Ltd. mit einer Kapazität von 100.000 Tonnen pro Jahr wurde 2001 fertiggestellt. Die Anlage verfügt über eine Verflüssigungslinie, die sich vor dem Verzuckerungsprozess in zwei Linien aufteilt. Das Produktionsverfahren basiert auf dem zweistufigen Verflüssigungs- und Enzymzugabeverfahren. Dieses umfasst Verflüssigung, Verzuckerung, Filtration, Entfärbung, Ionenaustausch und Verdampfung, um Stärkemilch in Stärkezucker mit unterschiedlichen DE-Werten und Zusammensetzungen gemäß den Kundenanforderungen umzuwandeln. Verflüssigung und Verzuckerung sind Schlüsselprozesse in der Zuckerherstellung. Daher ist die Kontrolle der Prozessparameter für die Stabilisierung des Prozesses und die Produktzusammensetzung entscheidend. Die gesamte Produktionsanlage nutzt das Prozessleitsystem SUPCON JX-300 der Firma Zhejiang Zheda Zhongkong Automation Co., Ltd., bestehend aus zwei Steuerstationen, einer Bedienerstation und einer Ingenieurstation. Die Verflüssigungssteuerung wird mittels Systemkonfiguration, grafischer Konfiguration und Konfiguration in der SCX-Sprache implementiert. 2. Übersicht des Prozessleitsystems 2.1 Prozessablaufdiagramm der Kontrollpunkte (Abbildung 1) Abbildung 1: Prozessablaufdiagramm der Kontrollpunkte 2.2 Prozessablauf-Blockdiagramm (Abbildung 2) Abbildung 2: Prozessablauf-Blockdiagramm 2.3 Wichtige Punkte der Prozesssteuerung 2.3.1 Injektionstemperatur des Primärinjektors (106 °C) 2.3.2 Injektionstemperatur des Sekundärinjektors (107 °C) 2.3.3 Nachregelung der zwei Enzymzugaben (SIS-103, SIS-109): Die Regelung der Enzymzugabe erfolgt durch Berechnung des ofentrockenen Stärkegehalts der Stärkemilch anhand des Massenstroms und der Dichte, gemessen mit dem Massenstrommesser DFIC105. 2.3.4 Verzuckerung und Regelung der Enzymzugabe (SIS-1111, SIS-1112): Das Trockengewicht der Stärke in der Stärkemilch wird anhand des Massenstroms und der Dichte, gemessen mit dem Massenstrommesser DFIC105, berechnet. Die Enzymzugabe wird anschließend anhand des Volumenstromverhältnisses der elektromagnetischen Durchflussmesser (FICA-1101, FICA-1102) gesteuert. 3. Implementierung des Steuerungssystems 3.1 Hardwareauswahl: Das in Abbildung 1 dargestellte Steuerungssystem besteht aus der HART-Protokoll-Schnittstellenkarte des SUPCON JX-300-Systems, SP313 (Stromsignal-Eingangskarte), SP316 (Thermowiderstands-Signal-Eingangskarte), SP322 (Analogsignal-Ausgangskarte), Massendurchflussmessern, elektromagnetischen Durchflussmessern, Dosierpumpen und Regelventilen. 3.2 Softwarekonfiguration 3.2.1 Erstellung von DI- und DO-Kanälen 3.2.2 Festlegung des Steuerungsschemas 3.2.2.1 FICA105 und FCV105 bilden einen gemeinsamen Regelkreis. 3.2.2.2 TICA106 und TCV106 bilden einen gemeinsamen Regelkreis. 3.2.2.3 TICA107 und TCV107 bilden einen gemeinsamen Regelkreis. 3.2.2.4 FICA105, DIA105, SIS103 und SIS109 bilden einen Verhältnisregler. 3.2.2.5 FICA105, DIA105, FICA1101, FICA1102, SIS1111 und SIS1112 bilden einen komplexen Regelkreis. 3.3 Implementierung des Regelschemas 3.3.1 Der Einzelregelkreis kann mit dem herkömmlichen Regelschema unter der Steuerstation SUPCON JX-300X V3.10 implementiert werden (wird hier nicht weiter beschrieben). 3.3.2, 3.2.2.4 und 3.2.2.5 werden mit der SCX-Sprache implementiert. Das Programm lautet wie folgt: con4() { sfloat c1,c2,c3,d1,d2,d3; sfloat a,b; sfloat m,n; float k1,k2,k3,k4,k5; m = _TAG("FICA1101"); n = _TAG("FICA1102"); a = sfmul(_TAG("FICA105"), _TAG("K47")); _TAG("FI1011") = a; b = sfmul(_TAG("FICA105"), _TAG("K47")); _TAG("FI109") = b; c1 = sfmul(_TAG("FICA105"), _TAG("K47")); c2 = sfadd(m, n); c3 = sfdiv(m, c2); _TAG("FI1111") = sfmul(c1, c3); d1 = sfmul(_TAG("FICA105"), _TAG("K47")); d2 = sfadd(m, n); d3 = sfdiv(n, d2); _TAG("FI1112")=sfmul(d1,d3); if(_TAG("K1011")!=OFF) { k1=sftof(_TAG("FI103"))*0.2057; //111.1/540.0; g_bsc[32].SwAM=OFF; g_bsc[32].MV=ftosf(k1); } if(_TAG("K1013")!=OFF) { k2=sftof(_TAG("FI109"))*0.4115; //222.2/600.0; g_bsc[33].SwAM=OFF; g_bsc[33].MV=ftosf(k2); } if(_TAG("K2007")!=OFF) { k3=sftof(_TAG("FI1111"))*0.5557; //166,7/300,0; g_bsc[30].SwAM=OFF; g_bsc[30].MV=ftosf(k3); } if(_TAG("K2107")!=OFF) { k4=sftof(_TAG("FI1112"))*0,5557; //166,7/300,0; g_bsc[31].SwAM=OFF; g_bsc[31].MV=ftosf(k4); } } 3.4 Systemversuch und -analyse Der Systemversuch bestand aus zwei Schritten: 3.4.1 Einzelregelkreisversuch. Die Einzelregelkreissteuerung wurde manuell betrieben. Sobald der Messwert nahe am Sollwert lag, wurde auf Automatikbetrieb umgeschaltet. Nach der PID-Parameteranpassung wiesen alle drei Regelkreise aufgrund von Messverzögerungen, Gerätebeschränkungen und Prozessschwankungen geringe Restfehler auf. Diese lagen jedoch innerhalb des Prozessregelbereichs und erfüllten im Wesentlichen die Prozessanforderungen. 3.4.2 Verhältnisregelung und komplexe Regelkreise. Die vier Regelkreise zur Enzymzugabe wurden in den Automatikmodus versetzt, und die Änderungen der Enzympräparation wurden mithilfe einer elektronischen Waage gemessen. Nach zwei Betriebstagen ermittelte der Verfahrenstechniker die Enzymdosierung anhand der gemessenen Trockenstärke. Die Ergebnisse zeigten, dass die Enzymdosierung im Wesentlichen eingehalten wurde, wodurch die Kontinuität und Genauigkeit der Enzymzugabe gewährleistet waren. 3.5 Fazit. Dieses Steuerungssystem ist seit seiner Inbetriebnahme vor vier Jahren in der gesamten Produktionslinie im Einsatz. Während dieser Zeit traten kurzzeitige Enzymausfälle auf, die alle durch Verstopfungen der Dosierpumpe mit großen Enzympartikeln verursacht wurden. An den übrigen Anlagen und der Steuerungssystemauslegung traten keine Probleme auf. Dies beweist, dass das Systemsteuerungskonzept praktikabel ist, der Prozessbetrieb stabil und zuverlässig verläuft und die Prozessanforderungen vollständig erfüllt. [Referenzen] 1. Shi Ren, Liu Wenjiang, Zheng Jiguang. 1. Automatisierung, Instrumentierung und Prozesssteuerung [M]. 3. Auflage. Electronic Industry Press, 2003. 2. Wang Shuqing, et al. Fortschrittliche Steuerungstechnik und Anwendung [M]. Peking: Chemical Industry Press, 2001. 3. Jiang Weisun et al. Prozessleittechnik [M]. Peking: China Petrochemical Industry Press, 2000. 4. You Xin et al. Handbuch der Stärkezuckerproduktion und -anwendung [M]. Peking: China Light Industry Press, 1996. Kontaktinformationen der Autoren: Fan Weirong: Adresse: Gongzhu East Street 3588, Gongzhuling City, Jilin Province, 136100, China Tel.: +86 434 6281188, 6281186, 6281185 Mobil: +86 13944466273 Gao Xinghe: Adresse: Gongzhu East Street 3588, Gongzhuling City, Jilin Province, 136100, China Tel.: +86 434 6281400 Mobil: +86 13944451721 Zugehörigkeit des Autors: Huanglong Food Industry Co., Ltd., Adresse: Gongzhu East Street 3588, Gongzhuling City, Jilin Province, 136100, China E-Mail: [email protected]