白砂糖手动离心机的特点及自动化技术升级

　　白砂糖呈颗粒状，生产过程中广泛采用离心机对其进行分离。本文介绍了常见离心机的类型； 分析了手动离心机的结构及实际使用特点；结合这些特点对其进行自动化技术升级，提升了其 自动化程度、可靠性及生产率。

　　关键词：手动离心机；特点；自动化；升级

　　中图分类号：TH137　文献标识码：B　文章编号：1009-0134(2009)09-0132-03

　　 引言

　　甘蔗糖通常可分为甲糖、乙糖、丙糖等。甲糖 通常又称为白砂糖，呈颗粒状。按GB317-1998国家 标准，甲糖晶体的当量直径一般为0.28~2.5mm。甲 糖生产的最后工序是采用离心机将晶体从糖膏中分 离出来，而采用的分离设备种类众多，型号繁杂，性 能各异。

　　1 常用白砂糖离心机的类型

　　常用的白砂糖分离设备分连续式和间歇式两 种，有国产或进口的全自动、半自动及手动等各种 类型，一般以上悬间歇式离心机应用作为广泛。上 悬式离心机有多种机型，根据转鼓形状可分为平底 和锥底两种；根据卸料方式可分为重力卸料、人工 卸料、机械刮刀卸料三种；根据驱动方式可分为多 速电机、直流电机、变频调速、电阻变速等多种；操 作控制方式也有电气、气液、机械等多种方式。适 用于分离中等颗粒固相的悬浮液，如砂糖、味精、葡 萄糖、盐类以及聚氯乙烯树脂等。

　　广西是我国甘蔗糖的产糖大省，拥有为数众多 的白砂糖生产企业，目前使用的离心机有： 进口机型：以英国进口的Broadbent全自动上悬 间歇式为多。此类机型采用电脑控制，气压传动，刮 刀卸料，其可靠性及生产率高，但价格相对较高。目 前已有国内厂家与英国Broadbent公司合作开发相 似产品，如TBS全自动上悬间歇式离心机。

　　国产机型：国产机型中有全自动、半自动和手动型上悬间歇式离心机。自动型有XJZ、XZ、XR等 型，多采用多速电机、交流变频调速等拖动形式。而 由于历史原因，手动型上悬式离心机在广西蔗糖生 产企业中拥有较大的拥有量，ZL-1200型是典型的 型号之一。下面以ZL-1200型为例，介绍手动型上 悬式离心机的结构及使用特点，以及为降低劳动强 度，提高产品质量，提高机器可靠性及生产效率，对 这类机器进行自动化技术升级的情况。

　　2 手动型上悬式离心机结构与使用特点

　　ZL-1200上悬式离心机结构上属于锥底、重力 卸料、多速电机拖驱动、气动执行机构的手动操作 型立式间歇离心机。离心机作业部分是一个吊蓝， 由多速电机驱动实现多档（包括空挡一般4档）速 度的切换。

　　该机的工作过程是：手动开启电机到第一档转 速，用冲水管清洗筛网，然后打开进料开关，气动 糖膏闸门开启实现进料，进料足够后，手动关闭进 料开关进行分蜜，一段时间后切换到第二档转速继 续分蜜并手动洗水（水温70~80℃）。离心机在完成 生产循环过程中有两种不同含糖量的蜜汁需要收集， 水洗前分离出的为较高含糖量的原蜜，蜜水分离机 构由气缸置位为“原蜜”收集状态，洗水时需将蜜 水分离机构从“原蜜”转换到“洗蜜”状态[1]。通过 观察白砂糖色泽决定洗水时长，之后手动换到第三 档转速，并手动打开汽阀，用高温水蒸汽进行汽洗， 汽洗完成后连续分离几分钟，然后逐级退档到第一档转速并刹车，打开卸料开关，气缸提起蓝罩，甲 糖在重力作用下卸料到离心机下部的振动筛，完成 整个循环。一般每次进料约500Kg糖膏，一个操作 循环约需3.5~5min。

　　在生产过程中，冲洗滤网、进料、水汽洗涤、分 离等工序，包括电机转速档位调节均由人工控制， 操作的时间长短一般根据操作者的经验来判断，由 于切入不同速度档位时，电机处于不断加速、或减 速状态，操作者还需根据不同速度来控制一些动作 的操作时刻。由于手动机型控制系统不需自行检测 执行机构的运动状态，执行机构制作精度要求相对 交较低（如销轴间隙较大），因此这类设备结构简 单，价格低廉。但由于机构运动精度较低，摆动大， 需连续监控，造成操作者劳动强度大，生产速度及 产品质量不稳定。

　　3 手动型上悬式离心机自动化技术升级

　　根据ZL-1200型上悬式离心机的结构和使用特点及不足，为提高自动化程度，提高可靠性及生产率，可对其进行自动化技术升级。技术改造力求低成本，在不改变机器主体结构的前提下保留并完善手动操作，增加全自动运行模式，手动与自动可以转换并可以在线修改运行参数。自动化改造的要点有：

　　1）自动控制器的制作：要求在操作显示屏上可在线对各个工序进行时间设置，并能显示各工序的实时工作状态，实现整机电气、气动和机械联合控制的全自动循环操作。

　　白砂糖分离机的使用工况较恶劣，水洗、汽洗的使用，导致工作环境温度、湿度大；糖膏中的蜜水的粘性和腐蚀性，容易造成控制元件失效；拖动电机的频繁换挡、变速，导致严重电磁干扰等等。可采用全封闭、一体化形式的控制器，改造时，采用日本松下公司的PLC作为核心控制器件，自动控制器操作面板上设置手动、自动开关与旋钮，以及输入/修改运行参数的轻触按键，采用液晶显示屏，显 示离心机的速度，时间等运行状态参数。

　　2）拖动方式：保持离心机的多速电机拖驱动 方式不变，由PLC控制系统来控制速度档位切换。

　　3）执行机构的处理：原机的执行机构大部分 采用气缸作为驱动装置，如进料闸门机构、刹车机 构、卸料机构、蜜水分离机构等，少量直接手工动 作，如防滴斗、水洗汽洗阀等。实际改造时，对于原有气动执行机构，将原来控制气动阀的电信号切 换到PLC输出端口即可，有的机型使用220伏交流 电的双电磁铁气阀，为与PLC直接匹配，并减少输 出端口数，改造时全部更换成二位四通弹簧回位型 24伏直流单电磁铁气阀。

　　增加自动水洗回路：手动水洗时通过观察调节 冲洗位置及时间，实际改造时，经大量试验，制作 了一条有5个高压雾化喷头的洗水管，水洗阀门直 接由PLC控制。

　　增加防滴门机构：由于糖膏的粘稠性，进料门 关断后，在进料闸门之后的导入槽中残存的糖膏会 不断滴入吊蓝，引起甲糖色值指标超标。手工操作 时一般使用一个接盘，改造时增加了气动防滴门机 构，分离糖膏过程中用防滴斗接住残存糖膏，在进 料时通过气缸驱动防滴斗，将接住的残存糖膏倒入 吊蓝。

　　4）增加各种检测、传感装置：为实现各动作协 调，需采用位置传感器来检测各执行机构的状态， 由于手动型存在着执行机构制作精度较低，运动精 度不高的特点，为防止传感器误发、漏发信号，传 感器的设置非常关键，一定要根据具体机构的动作 特点，设置在运动关系相对确定、重复性好的位置。

　　糖膏装料量的检测：手动操作时，糖膏进入吊 蓝的量由人工观察控制，在自动模式下需要实现自 动测量。一般可以采用电极检测电阻变化，以及直 接机械触发等原理设计糖膏量测量装置。电极式测 量装置因为受糖膏导电性波动的影响，容易造成误 动作；机械式因为直接检测糖膏位置，可靠性高。图 1为技术升级过程中设计的一款机械式糖膏量测量 仪[2]的安装示意图，测量仪装在离心机外壳5上，其探测板3靠近吊蓝4内壁，吊蓝随轴1转动，使进入 的糖膏因离心力作用均布在吊蓝内，随进料增多糖 膏增厚，糖膏线不断外移，最后与探测板接触，推 动探测板绕转轴转动，带动感应块运动，触发接近 开关2，发出料满信号，PLC输出关闸信号，进料闸 门在气缸驱动下关闭。调节探测板与吊蓝内壁之间 的距离可以控制进入的吊蓝的糖膏量。测量仪的检 测状态置位与复位由内部小气缸驱动完成。

　　电机速度的检测：电机速度是控制过程中一个 重要参量，在自动模式运行时需要根据电机的转速 大小来控制速度档位及工序的切换。可采用脉冲计 数的方法测量。在多速电机顶部转轴处安装两块随 转轴转动的铁质感应块，接近开关发出感应信号， 由PLC根据输入的脉冲计算出电机转速。

　　刹车的检测：卸料必须保证在可靠刹车后进 行。是否可靠刹车的检测方法是，刹车气缸动作信 号输出后，如果测速装置10秒（可调）内测量数值 不为零，则系统认定刹车失败。

　　控制器通过屏蔽缆线与外部输入元件（传感 器）、输出元件（如气阀、水阀、汽阀线圈）相联。

　　完成电气控制与机械部分的改造后，即可进行 试机。离心机在自动模式下甲糖分离工艺与控制流 程如图2所示。

　　循环开始时，PLC接受现场主令信号、速度检 测单元、位置传感器等送来的信号，经逻辑判断，然 后按编制好的工艺程序发出指令，控制电机的转速 及各执行机构。其中，洗网时间长短视筛网堵塞情 况调节；洗水阀通电时，PLC同时输出信号给蜜水 分离机构气阀，将机构从“原蜜”转换到“洗蜜”状 态；分离时间到后，根据速度来控制电机减档档位 的切换时刻，以免造成电机过热。运行时一般先进 行手动操作，机器运转正常后，在一个循环内在线 切入自动模式，进行全自动循环操作。

　　4 自动化升级后的实际应用的情况

　　作为与多家糖厂的合作项目，我们对多款手动型上悬式离心机进行了自动化技术升级。经反复试验，及多榨季的运行，改造后的离心机手动及自动模式运行时均相当稳定，显著提高了产品质量及生产效率，且操作简单，大大降低了操作工的劳动强度，取得很好的经济和社会效益。

　　参考文献：

　　[1]韦建军.TF-1350全自动离心机气动系统设计[J].液压与气 动杂志,2001.

　　[2]韦建军.一款高可靠性的蔗糖离心机进料量测控器[J].机 械设计与制造杂志2001,4.

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