一、概述
糖是人們的主要生活資料之一，糖與蛋白質(zhì)、脂肪及無機(jī)鹽等是保證人體健康的主要營養(yǎng)品，每克糖可在人體內(nèi)產(chǎn)生16748J熱量，維持人體的活動。因此，糖是人類特別是運(yùn)動員、嬰兒的重要食品，糖又是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾{(diào)味品之一。糖除直接供食用以外，還是一種重要的工業(yè)原料。食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和化學(xué)工業(yè)都與糖有著密切的關(guān)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(jìn)入壓榨機(jī)或滲出器之前必須現(xiàn)進(jìn)行破碎處理 －－- 稱為預(yù)處理。預(yù)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(xì)胞充分破裂。將預(yù)處理過的蔗料用壓榨機(jī)進(jìn)行壓榨，壓出蔗汁。壓榨出來的蔗汁還含有很多雜質(zhì)，必須經(jīng)過多道工序來進(jìn)行蔗汁的處理，才能保證下道工序的順利進(jìn)行。這些工序包括：亞硫酸法清凈(或其他方法的清凈)、預(yù)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(jīng)過清凈處理后含大量水分的稀汁經(jīng)過蒸發(fā)工段，除去大量的水分，濃縮成60度Bx左右的糖漿，結(jié)晶后產(chǎn)出商品白砂糖。
二、壓榨工藝分析
壓榨機(jī)是以甘蔗為原料制糖取汁的主要設(shè)備。設(shè)備全套由電動機(jī)、減速機(jī)、傳動主機(jī)(即壓榨機(jī))和液壓系統(tǒng)組成。作為糖廠重要的生產(chǎn)設(shè)備，5級或6級壓榨電動機(jī)的總?cè)萘空继菑S全廠裝機(jī)容量的一半以上，但長久以來一直沿用傳統(tǒng)的控制方式：定速運(yùn)行、直流調(diào)速或液壓傳動系統(tǒng)。
影響糖份抽出率的因素較多，若壓榨機(jī)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(jī)的處理量和抽出率這兩個指標(biāo)來衡量。一般來說在壓榨設(shè)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(shè)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(jī)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(jī)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(fù)荷使整機(jī)負(fù)荷減輕以提高壓榨效能”的技術(shù)原理，改變、縮小榨機(jī)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(dá)到單機(jī)及整機(jī)列抽出率提高的同時降低榨機(jī)電能耗的最終目的。
3、蔗料的破碎度及形態(tài)是保證第一級榨機(jī)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(jī)輸送過來的蔗層厚度均勻?qū)μ岣叱槌雎史浅Ｖ匾?。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(yán)重，導(dǎo)致榨輥的間隙擴(kuò)大，使抽出率下降。 定速運(yùn)行時，電機(jī)經(jīng)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(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)，當(dāng)原料甘蔗改變時，榨輥的速度應(yīng)作相應(yīng)的變化，才能保證蔗糖的抽出率在控制范圍內(nèi)。另外，根據(jù)現(xiàn)場情況，可能還會對各級的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。至于輸蔗機(jī)輸送過來的蔗層厚度的變化，一般是對輸蔗機(jī)進(jìn)行自動控制，即蔗層厚度變化時，輸蔗機(jī)的轉(zhuǎn)速自動改變，可保證均衡進(jìn)榨，但單純對輸蔗機(jī)調(diào)速不一定能完全滿足均衡進(jìn)榨的要求。
早期壓榨機(jī)調(diào)速較多采用直流調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)能滿足壓榨機(jī)調(diào)速要求，很好地解決了定速運(yùn)行時所存在的問題。運(yùn)行也相對穩(wěn)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(jī)的效率比交流異步電動機(jī)效率低2%-3%，耗能較大。
②、制糖車間環(huán)境較差，直流電機(jī)故障率高，影響生產(chǎn)；維修、保養(yǎng)麻煩，費(fèi)用大。制糖車間中，含有糖份的灰塵沉積在直流電動機(jī)整流子上，使整流子燒蝕，榨季后期燒蝕更嚴(yán)重，往往不得不停下來維修整流子。
三、壓榨機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方案
綜上所述，由于壓榨機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)，從輸蔗機(jī)輸送過來的蔗層有大約10%的時間厚度會達(dá)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(jī)根據(jù)榨量要求保持某一固定轉(zhuǎn)速，2－5座壓榨機(jī)是靠自身的瞬時調(diào)速來穩(wěn)定各自的料位，從而保證通過各榨機(jī)的蔗層厚度均勻，達(dá)到高榨、高抽出、低負(fù)荷的目的。平均抽出率將可提高0.2%以上，同時由于轉(zhuǎn)速降低，負(fù)荷降低，電流下降從而達(dá)到節(jié)能省電的目的。
湛江某糖廠原系統(tǒng)為直流調(diào)速，為提高抽出率和節(jié)能，將蔗機(jī)直流電氣傳動改為交流電氣傳動，壓榨機(jī)組為5座Ф670×1200榨機(jī)系列，電機(jī)功率200kW。改造后的系統(tǒng)由變頻器柜、切換柜及遠(yuǎn)控操作臺組成，每座壓榨機(jī)與1#、2#輸蔗帶、高速帶、1～4#耙齒機(jī)的邏輯聯(lián)鎖保護(hù)，并具有電機(jī)風(fēng)機(jī)故障報警、電源主回路故障報警、變頻器故障報警、壓榨電機(jī)溫度高報警，還有“緊急停機(jī)”及“聯(lián)鎖/手動”切換功能。所有設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)、設(shè)備故障報警、設(shè)備開-停等由遠(yuǎn)程控操作臺內(nèi)PLC控制完成，功能齊全、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，有效解決了蔗渣堵機(jī)現(xiàn)象。壓榨電動機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速采用數(shù)字式指示儀，具有美觀、準(zhǔn)確、直觀；壓榨電動機(jī)溫度采用8點(diǎn)數(shù)字式巡檢儀指示，具有節(jié)約操作臺空間、美觀、準(zhǔn)確、直觀。控制主回路原理圖如下：
系統(tǒng)主要功能有：
1、壓榨機(jī)改造后系統(tǒng)設(shè)有：原系統(tǒng)操作、調(diào)整、新系統(tǒng)工頻起動、新系統(tǒng)變頻起動、新系統(tǒng)自動控制。
2、手動控制：分別為每臺電機(jī)安裝一臺變頻柜和一個變頻轉(zhuǎn)換柜。當(dāng)變頻柜出現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象時可通過變頻柜將系統(tǒng)切換到原來的起動柜，使壓榨機(jī)能正常連續(xù)生產(chǎn)。變頻轉(zhuǎn)換柜內(nèi)還裝有交流電抗器，可有效抑制諧波對電網(wǎng)的影響，同時保護(hù)變頻器不受電網(wǎng)浪涌電壓的沖擊。
3、當(dāng)輸蔗機(jī)的蔗層厚度變化時，.電子皮帶秤將蔗層信號反饋到輸蔗機(jī)變頻器上，使輸蔗機(jī)變頻器根據(jù)蔗量的多少調(diào)節(jié)壓榨機(jī)的轉(zhuǎn)速，電子皮帶秤信號大，表明蔗層厚，變頻器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高；電子皮帶秤的信號小，表明蔗層薄，變頻器將將電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jìn)榨的前提，單純輸蔗機(jī)調(diào)速不一定能完全滿足均衡進(jìn)榨的要求。再在每座榨機(jī)增加霍爾傳感器檢測電機(jī)的實(shí)際電流，作為變頻器的反饋信號，變頻器根據(jù)反饋信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。如果蔗層過厚，電機(jī)的電流變大，變頻器將把電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，使蔗層盡快被壓榨；如果蔗層過薄，電機(jī)的電流變小，變頻器將把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，以便盡可能將蔗層壓榨徹底。這樣使電機(jī)電流始終在小范圍內(nèi)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(jù)測算，平均抽出率可提高0.2%以上，現(xiàn)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(chǎn)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(yè)每個榨季多創(chuàng)收17.2萬元。
2.、節(jié)電效果顯著：5臺榨汁機(jī)裝機(jī)總?cè)萘繛?000kW，根據(jù)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(dá)到此類規(guī)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(jié)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(jié)省了大量的維修費(fèi)用。
六、結(jié)語、
甘蔗制糖榨機(jī)交流變頻調(diào)速即可提高蔗糖的抽出率，又具有顯著的節(jié)能效果。在能源供給越來越緊張的現(xiàn)代社會，制糖企業(yè)的節(jié)能降耗工作任重而道遠(yuǎn)，如何最大限度地提高產(chǎn)量、降低煤、電消耗、節(jié)約能源，是企業(yè)提高競爭力的有力措施之一，也是提高經(jīng)濟(jì)效益的主要手段。
參考文獻(xiàn)：
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(diào)速節(jié)能量的計算方法 《自動化博覽》2008.5
