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专利号: 2011103403015
申请人: 广西大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 糖工业〔4〕
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.甘蔗煮糖过程开放式智能监控综合实验平台,包括煮糖罐体模块、辅助工作模块、传感器数据采集模块以及阀门控制模块和实时数据采集组件,煮糖罐体模块通过阀门控制模块与辅助工作模块连接,传感器数据采集模块分布在煮糖罐体模块的各个测点上;传感器数据采集模块的数据上传到实时数据采集组件,所述煮糖罐体模块,由圆柱形罐体、通过法兰连接在罐体上方的强制循环搅拌机构和通过胀接方式固定在罐体内部的列管式热交换器组成,强制循环搅拌机构的搅拌电机上设置有转速计与实时数据采集组件连接并通过Modbus总线将电机转速数据上传至实时数据采集组件,列管式热交换器与蒸汽发生器通过管道连接并有调节阀调节高温蒸汽入气量以控制糖浆温度;

所述辅助工作模块,包括水、糖浆、种子三个物料箱,连接物料箱与罐体之间的进料管连接管道,与列管式热交换器连接用以供给加热热量的蒸汽发生器,与罐体顶部端盖连接用以形成罐体内真空状态的水循环式真空泵;

所述传感器数据采集模块,包括分布在罐体顶面部分的真空度压力传感器,超声波液位传感器和电机转速计,分布在罐体侧面的三个综合数据采集端口,分布在罐体底面部分的两个综合数据采集端口和电导率传感仪接口;

所述阀门控制模块,包括与入料调节阀连接的水开关阀、糖浆开关阀和种子开关阀,以及真空调节阀、蒸汽调节阀和放糖阀,其特征在于,还包括过饱和度软测量组件和煮糖过程动态参数优化及控制调节组件,实时数据采集组件采集到的数据转换协议后通过CAN总线上传至过饱和度软测量组件,以其中的糖浆电导率、糖浆密度、糖浆温度、罐内真空度、蒸汽压力和煮糖罐液位数据作为辅助变量,以糖浆的过饱和度为主导变量对糖浆过饱和度进行软测量,通过构建糖浆过饱和度软测量模型,利用最小二乘支持向量机获取糖浆过饱和度软测量的预测值;过饱和度软测量组件包括数据主成分提取模块、离线模块、在线模块、界面管理模块、数据共享单元模块和外部接口模块;外部接口模块接收实时数据采集组件上传的数据并存储于数据共享单元模块中;数据主成分提取模块通过分析数据共享单元模块中的数据,运用核偏最小二乘法来提取过饱和度辅助变量的主成分,消除辅助变量间的多重非线性相关和噪声干扰,提高软测量的准确度;系统离线模块选取适合的核函数参数和惩罚因子参数,构建了离线软测量模型,为在线模块打下基础;糖浆过饱和度软测量模型不是固定的模型,而是一个随着在线数据的变化不断学习和更新的模型;在线模块在离线模块的基础上完成糖浆过饱和度软测量算法参数在线寻优、在线学习与建模,以及在线测量的功能,在线建模的具体方式是在离线建模所得样本字典的基础上,判断归一化后辅助变量向量与样本字典中向量在高维特征空间中是否存在线性相关性,如果不存在,则不需重新优化软测量算法参数,也不需要重新建模,否则将基于核偏最小二乘法和参数进行在线寻优算法,对软测量算法算法进行局部微调,使其能够自适应在线样本的情况,并能计算和更新特征变换矩阵,使下一时刻软测量时能够更加准确地提取辅助变量的有效信息;数据经过主成分提取,以离线软测量模型为初始模型和基础,完成对糖浆过饱和度的软测量;界面管理模块对其它模块的参数进行设置和界面显示进行管理; 所述的煮糖过程动态参数优化及控制调节组件是通过综合优化处理实时数据采集组件上传的数据以及过饱和度软测量组件对糖浆过饱和度软测量的预测值,实时控制各个阀门开关动作、流量大小调节,蒸汽入量,以及搅拌电机的转速;过饱和度软测量系统输出的过饱和度预测值和数据采集组件上传的其它状态参数输入煮糖过程动态参数优化及控制调节组件,经过去噪处理后输入控制系统初始模型,用非线性方程组表达出来,检测参数是否在容错可行域和物理规律的约束条件是否满足,然后经过分解变量后降维优化,通过对各种控制律的对比,筛选出鲁棒性最优的控制律,验证算法是否收敛和操作可行性评估后输出最优控制参数至控制模块,同时将最优控制律返回控制系统初始模型进行更新,所述实时数据采集组件采集到的数据通过预处理后由过饱和度软测量组件进行过饱和度软测量,最后由煮糖过程动态参数优化及控制调节组件处理后控制阀门控制模块对煮糖罐体模块的参数进行调节,实现煮糖过程的自动监控。

2.根据权利要求1所述的甘蔗煮糖过程开放式智能监控综合实验平台的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.1数据采集,所述实时数据采集组件通过Modbus总线与传感器数据采集模块连接,采集罐壁侧面、罐底部的五个温度、糖浆密度的混合数据,罐底部的糖浆电导率数据,罐顶部的真空度压力数据,超声波液位传感器测量到的罐内糖浆液位高度数据,阀门控制部分各个阀门的开度数据,蒸汽发生器的入汽压力、温度数据,以及搅拌机构的电机转速数据;

2.2过饱和度软测量,实时数据采集组件采集到的数据转换协议后通过CAN总线上传至过饱和度软测量组件,以其中的糖浆电导率、糖浆密度、糖浆温度、罐内真空度、蒸汽压力和煮糖罐液位数据作为辅助变量,以糖浆的过饱和度为主导变量对糖浆过饱和度进行软测量,通过构建糖浆过饱和度软测量模型,利用最小二乘支持向量机获取糖浆过饱和度软测量的预测值;

2.3煮糖过程动态参数优化及控制调节,通过综合优化处理实时数据采集组件上传的数据以及过饱和度软测量组件对糖浆过饱和度软测量的预测值,实时控制各个阀门开关动作、流量大小调节,蒸汽入量,以及搅拌电机的转速。

3.根据权利要求1所述的甘蔗煮糖过程开放式智能监控综合实验平台,其特征在于:

所有硬件接口均采用同一标准法兰接口进行模块化设计,若通过转接法兰在不同测量位置连接同种类型的测量仪器,则研究温度差、密度差、锤度差的参数分布,若通过转接法兰在不同测量位置连接不同类型的测量仪器则比较同一煮糖过程中不同参数对糖浆结晶的影响效果,从而进行不同状态参数的检测控制和侧重点不同的实验研究。