本文简要介绍了WebField JX-300X DCS系统在葡萄糖生产中的应用情况，以及控制系统的总体设计方案，并对结晶过程的控制策略做了深入剖析。

随着近几年来葡萄糖在医药、化工、食品行业的广泛应用，国内葡萄糖生产得到了快速的发展，但是国内葡萄糖生产工艺过程、操作方式大都比较简单落后，多数操作都是由人工现场来完成，技术指标很难保证。随着DCS的快速发展和广泛应用，国内葡萄糖生产工业的自动化、连续化水平也有了很大的提高，各个生产厂家为了适应未来市场对不同产品的需求、降低成本、优化生产工艺过程，大都已经或准备在其生产过程中采用DCS控制生产过程。其中浙江中控技术股份有限公司生产的WebField JX-300X DCS，在葡萄糖生产行业中有着较好的应用，尤其是针对结晶过程的控制方面，采用了折线控制策略代替了原来的人工操作调节，达到了良好的控制效果。

WebField JX-300X DCS是浙江中控技术股份有限公司于1999年推出的集散控制系统，其采用WEB化体系结构，突破了传统控制系统的层次模型，实现了多种总线兼容和异构系统综合集成的“网络化控制系统”，真正实现了网络化、智能化、数字化，突破了传统DCS、PLC等控制系统的概念和功能，比较容易实现过程控制、设备管理的统一化。它具有开放性、兼容性、安全性、远程服务、故障诊断、实时仿真、易于使用和维护等特点。

葡萄糖生产工艺流程

图1葡萄糖生产工艺流程框图。

葡萄糖生产工艺过程是以玉米淀粉为原料，在高温液化酶作用下，将淀粉乳糊化成一定分子量的糊精和低聚糖，再用糖化酶在一定的浓度、温度和时间下进行糖化，使其水解成葡萄糖液。为了除去糖液中的杂质，得到更高纯度的葡萄糖，采用预涂层转鼓过滤除去蛋白、活性炭稀脱色、阴阳离子交换、四效降膜蒸发浓缩、活性炭浓脱色、运动结晶等过程进行精制提纯，然后再经过分离、气流干燥、流化床降温、过筛、自动包装过秤、塑合封口、喷码、计数、自动入库等工序，完成了葡萄糖从原料到成品的全过程，工艺流程如图1所示。葡萄糖结晶工序位于整个生产过程中的后段，对最终产品的收率和质量起到十分关键的作用，同时由于选择不同的品种其降温过程曲线也有所不同，因此结晶过程的控制是整个葡萄糖生产控制过程中的难点和重点。

结晶过程控制的难点解决结晶工艺过程

图2 结晶工艺流程框图。

图3结晶工艺流程框图。

从脱色过滤工序来的浓糖糖浆，用泵打到结晶工序，经过精密过滤器过滤后进入板式换热器冷却，冷却后的糖浆经流量计进行计量后注入结晶罐，结晶罐加满后开始搅拌保温，在保温过程中，使新加入的糖浆与结晶罐内预留的晶种进行充分混合，保温时间一到，糖浆的温度也基本稳定到了降温开始的温度，这时就可以根据不同的产品品种选择不同的降温曲线进行降温控制。搅拌继续进行，在这段时间内通过冷媒水的回水温度对回水阀进行调整，使降温过程严格按照降温曲线进行，当设定的降温时间到时，葡萄糖液温度也达到了工艺要求值，这样结晶出的葡萄糖晶体质量好，收率也高。然后关闭冷媒水阀，把结晶好的3/4糖膏通过放料阀放入输送螺旋，送到下一工序即分离工序的糖膏分配器，1/4预留等待下一个结晶周期开始，结晶过程结束。

图4浓糖脱色过滤。

主要控制回路实现

降温过程中的降温曲线是在长期生产过程中根据不同的产品总结出来的获得最佳收率的经验曲线；降温是通过夹套、盘管循环冷媒水进行的，由于降温过程的时间较长，从30~60h不等，加之温度本身的滞后，因此控制难度较大。经过反复摸索试验后，在控制方式上我们采用了冷媒水温度和结晶罐温度组成的串级回路，而温度的设定则根据降温曲线分解为若干折线进行选择输出。这样就可以实现了随着时间不同设定不同的温度值，保证了降温过程的实时跟踪，达到预期的控制效果，如图3所示。

结晶过程第一步，首先从浓糖脱色来的糖浆经过泵打入图4中的E1221板式换热器，通过对循环水出水阀TRCA228A的控制来控制进入结晶罐的糖浆温度，经过换热后的糖浆流经流量计FIQ2280D测量并累积后进入结晶罐，通过流量计累积可以随时掌握进罐浓糖浆的体积量，同结晶罐内通过液位计算出的体积进行比较参考。浓糖浆换热降温参数量较为简单，采用出换热器的糖浆温度为主参数组成单回路控制即可。另外由于结晶打料过程为间歇过程，因此对于流量计的累积可设定一个清零按钮进行每次打料的清零统计运算，以便更直观地对打料量进行监测。

图5降温曲线图。

结晶过程第二步是整个生产过程中的关键，它包括保温和降温两个过程。根据用户多年的生产操作经验，对于不同的葡萄糖品种得出了各自不同的较为成熟的降温曲线，如图5所示的就是一条降温曲线示意图，其中0~T1这段时间内,保温时间一般可设定为18~30h不等，T1~T2为降温时间，可根据不同品种设定为从30~60h不等。由于结晶罐没有加热装置，同时在保温过程中冷媒水阀也是关闭的（即不需降温），因此只能利用进料温度和不断搅拌使浓糖浆与结晶罐内的晶种进行充分均匀混合来维持。（这也是前面提到的进料温度需要一定的控制，根据不同的环境温度设定不同的浓糖进料控制温度。）当保温时间到时，结晶罐的糖浆温度也基本达到了45℃或预先设定的温度，这时就可以进入到下一过程——降温过程了。　

降温是冷媒水通过夹套盘管进行的，时间上存在着一定的滞后性，同时温度测量本身也存在滞后，因此控制方案设计时应充分考虑到这方面的因素。结晶罐内通过不断搅拌进行浓糖糖浆和晶种的充分混合反应，使得降温过程中罐内各点均匀进行，保证罐内温度保持一致，可以把罐内物料温度作为直接的被控参数，而冷媒水的回水温度则是对物料温度变化趋势的一个预测参数，因此通过以上分析并根据工艺过程和操作人员的经验，采用如图6所示的串级控制方式：以结晶罐内物料温度控制为主回路，冷媒水回水温度控制为副回路，输出直接控制冷媒水回水流量阀。同时通过降温曲线计算出从降温过程开始在不同的进料时刻给出主回路控制温度不同的设定值。整体方案确定后，为了保证控制效果，在具体的实施过程中还有两个问题需要解决，一是降温曲线的分解和计算，二是对回路的PID参数的整定。

图6串级回路示意图。

降温曲线的分解和计算：首先根据不同的产品绘制出不同的降温曲线，然后分解成3~4段均匀的二维折线，多条折线的细分降低了计算的误差，如图7所示。不同折线之间首尾相连，避免了在降温过程中因不同时段折线切换时而引起的跳变。

为了使操作人员更好、更直观地操作，在编程过程中，还可以使内部时钟和系统时间进行每一步操作以及总操作的计时显示，使操作人员在整个结晶过程中始终能够看到每一个结晶罐的进行状态，如反应时间、保温时间以及进行时间。同时还可以在不同阶段使用声光报警及时提醒操作人员注意，这样就大大降低了操作人员的劳动强度。

葡萄糖结晶，一般是根据产量的不同使用不同数量或体积的结晶罐，不同的结晶罐降温过程只是存在着一定时间上的差异，其工艺管道和操作原理基本相同，这也就可以较好地实现程序的模块化和通用性，因此在编程过程中我们使用JX－300X中的图形化编程，先是通过程序编制成自定义模块，然后在各个不同的结晶罐程序中进行引用，无论现场是有一个结晶罐还是十个或是几十个，都可以重复引用，从而避免了重复程序而使得程序量增大，这样既降低了编程人员的工作强度，同时也降低了系统的运算负荷，实现了系统的稳定安全运行。

图7二段二维折线表。

系统应用效果

在系统投运后，经过一年半时间的运行，也进行了不断的程序改进和参数的调整，基本上达到了预期的控制效果：

在工艺正常情况下，自动投运率达到了95%以上；

用户各项目工艺指标达到了较高水平，控制精度能够稳定在±2℃之内，如图8所示；

产品质量和收率也有了较大的提高；近三个月的历史趋势记录，为产品的经验总结及事故分析提供了详细的数据资料；

结晶罐高度、体积测量直观显示，杜绝了罐内高度、体积的人工测量产生的事故；

人机界面清晰友好，大大缩短了操作人员培训的时间以及操作强度。