磁翻板液位計在食品蒸汽煮鍋上的應用

在中國食品機械行業中，電、機的結合越來越廣泛。本文主要介紹在食品蒸煮行業的一種常用設備 - 蒸煮鍋及其磁翻板液位計的應用。

 

0 引言

在近代生產過程中，機械加工技術越來越成熟，隨著科學技術的發展，不同學科間的相互交叉、滲透與融合，導致了工程領域的技術革命和改造。微電子技術和計算機技術的飛速發展及其向機械工業的滲透促進了機電一體化的形成 , 原先在重工業領域率先發展的機電一體化技術在食品飲料、包裝及制藥等機械中引起了人們的廣泛重視，而且越來越多的應用在這些行業里，本文通過介紹食品用高溫蒸煮鍋的結構和配置方面說明其在機電一體化方面的應用。

 

1、食品蒸煮鍋的結構

目前食品機械較常用的蒸汽夾層鍋，它主要用來蒸煮食品。使食品熟化，同時發生部分化學反應，蛋白分子分解，產生新的物質分子。傳統的煮鍋都是靠人工來控制蒸煮溫度和時間的，當蒸煮溫度到規定值時，通過開啟手動閥門控制進汽量的大小而調節鍋內的溫度，從而達到控制蒸煮溫度的目的。但由于人為操作，控制相當困難，溫度超前或滯后現象明顯，時高時低，罐內各處溫度分布情況無法得到實際檢測，罐內熱分布不均勻，殺菌不徹底，產品品質及風味難以保證，產品質量不穩定。通過對煮鍋進行電器控制方面的結合應用，解決了設備操作難度大、勞動強度高、作業風險大、質量不穩定、勞動效率低等問題。由于機電的介入，使得食品蒸煮鍋自動控制能力加強，蒸煮設備技術含量也得到了很大提升，產品在原基礎上得到了升級，使傳統食品煮鍋再一次煥發了新的生命。

 

1.1 煮鍋的結構

煮鍋主要由內殼體、夾套加熱體及外保溫體組成，見示意圖。

上部為快開門結構，具體強度計算按化工部的 SW6-2011【1】強度計算要求。由于煮鍋為壓力鍋，故在設備頂部設有安全閥、壓力表、溫度計、磁翻板液位計等；由于煮鍋為壓力容器的快開門結構，故煮鍋還設置有安全聯鎖裝置，并符合 TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》【2】中的規定要求，即：當罐內壓力完全釋放，方可打開快開門；當快開門完全關閉，放能打開進汽閥。自動控制主要體現在控制元件與機械的完美結合，其在實際運用中著重體現以下幾個方面。

傳統煮鍋是通過上下兩片法蘭聯接，用螺栓固定，見圖示。當蒸煮完成后得用人工將幾十顆螺栓逐一擰下，才能將門打開。引進了控制技術后，煮鍋投料門的結構出現根本性的變化即采用了快開門三件套結構，兩個為固定圈，一個為動圈，見圖示 3，三個圈之間通過齒進行嚙合。同時兩側設置帶磁性旋轉氣缸，在門上下位置設置帶磁性門鎖氣缸，在關門時，啟動兩側旋轉氣缸，旋轉動圈達到嚙合狀態，同時在嚙合位置設備有光電開關，當到位時，光電開關同時發出信號，以防止誤操作。磁性氣缸發出信號，啟動門鎖氣缸，門鎖關閉，發出可以進汽信號。此時就可以進汽操作了。反過來，如果門鎖沒有打開，則啟動任何一個按鈕，都不能打開快開門。解決了多年來高溫運行煮鍋勞動強度高，效率低的大問題。

b) 罐內壓力控制

壓力控制通過壓力傳感器來傳遞信號。當罐內壓力為零時，磁翻板液位計發出信號，此時表示可以啟動門鎖開關，實現的門的開啟。但壓力信號沒有傳遞為零，則門鎖得不到信號，則不會開啟，此時啟動任何開關都為無效狀態。確保開快門的安全聯鎖有效，保證了設備運行的安全性要求。

c) 液位控制

為了能夠確認罐內水是否達到某一位置，在罐的側面設置磁翻板液位計，這樣，在水到高位時，磁翻板液位計發出信號，關閉進水泵，當水至低位時，為避免泵的空吸，則停止泵的出料。

d) 溫度的適時調整和控制

在罐的底部，我們設置了溫度傳感器。在進汽口設置有蒸汽調節閥，即當罐內溫度超過設置溫度時，磁翻板液位計適時傳出信號，控制程序自動對調節閥的開啟高度進行調整，以實現對罐內保溫的控制。

以上控制由 PLC 及觸摸屏及其它軟件一起實現。使該設備具有了機電一體化的功能，實現了自動控制的要求。

 

1.2 煮鍋的機械動力配置

為了給煮鍋的翻轉機構提供動力功能，驅動執行機構工作以完成預定的主功能。在煮鍋設計中，為其提供了電、液、氣三種動力源。由于快開門通用轉軸從水平按轉軸向上轉動，此處是利用杠桿原理，動力裝置采用液壓推桿作拉推動作，實現門的開啟，當推桿拉動時，門向上轉動開啟，當推桿放松時，門向下關上。其中液壓推桿由電機、液壓泵和液壓缸組成，利用液壓力轉換為推拉力，該設備為液壓和油缸一體化結構，不需要外在的液壓泵站。電機啟動時，帶動腔體內葉片泵，給油缸增壓，帶動油缸移動，油缸推進的速度通過調節閥控制。當選用推桿時，應計算好推桿的行程，安裝時調整好位置，有利于實現動作的控制。由于門在開啟前需要實現銷緊門圈的旋轉運動，需要轉動氣缸實現轉動動作，故為氣缸旋轉提供高壓空氣源。

 

2 傳感裝置及控制系統

正如前面所述，磁翻板液位計是一種實現機、電控制的電信號裝置。在食品、制藥、包裝及運輸的控制方面起著不可替代的作用。隨著近幾年食品、制藥行業的不斷發展，人們對食品安全、衛生及效率的要求也越來越高，自動化的生產正逐步找替手工作業，而這些都需要機和電的及控制裝置 的有機結合。對于實現各種控制要求的傳感元件的選擇及應用，也是各科研院所，企業技術設計部門，設備管理部門急需要掌握及了解的。以下是我們在生產實踐中經常選用的磁翻板液位計件，已為實現食品、制藥等機械所運用，且取得了效果顯著。

 

2.1 以本設備的動作為例，在鎖緊門圈正反方面動作時，為了實現定位，設置了接觸性開關 - 行程開關，非接觸開關接近開關；同樣，門的開合也是利用接近和行程開關雙配，檢測其位置，以實現液壓缸的動作。

2.2 壓力傳感器、溫度傳器和液位傳感器的運用磁翻板液位計通過測試鍋內壓力來控制門的開啟，實現門的安全聯鎖。

溫度傳感器是通過檢測鍋內溫度情況，采集信息返饋信號，控制夾套氣動調節閥。夾套加熱的進汽量是通過氣動角座閥或電磁閥來控制的，傳感器將信號傳遞給處理器，然后處理器發出信號讓氣動閥門動作，決定角座閥的開啟角度，從而控制蒸汽進出量。溫度傳感器是食品行業中測量及顯示溫度的一種重要的傳感器。在反應釜、換熱器以及加熱設備得到廣泛使用。如為了控制反應釜的加熱溫度，即需要控制鍋內的溫度，通過溫度傳感傳遞信號來引導進汽閥的大小調節。為了能及時顯示罐內的工作情況，也需要溫度傳感器來顯示。通常國內選用的有久茂品牌，質量比較好，與國外的精度差不多，能達到正負 0.5 度的精度。在食品機械中，經常涉及到罐內物料的控制，同時還考慮在進料過程中的連續測量事項，。目前液位傳感器均選為靜壓傳感器結構。由于靜壓傳感要求高，測量準確，國內目前做的不太理想，目前一般選擇以上幾種品牌。如北京 E+H 型，歐母龍，朗博等。液位傳感器通過采集液位信號來實現鍋內的進水量，以作為控制泵流量的一個重要環節，實現了操作的簡單化自動化。目前壓力及液位傳感器國內廠家也很多，產品質量基本能滿足要求，但精確度較差。

 

2.3 光電開關

光電開關是我們在物體運動過程中用來控制轉動及移動的一個重要的電器傳感元件，通常還可以做二級保護控制。如在煮鍋氣缸推動或回收過程中，起到了定位及信號傳輸作用。轉動或移動動作中，通常會設置一個機械式行程開關，另外再配一個光電開關。其目的是為了防止行程開關失靈，而導致控制失效。

 

3 信息處理及控制系統

煮鍋的門開啟動作、安全聯鎖、壓力控制、液位控制以及溫度控制均是通過計算機采集信號，然后通過處理器運算再返饋執行裝置執行的，實現煮鍋的自動控制。在設備使用前，將按煮鍋生產工藝的操作過程編制在電腦中，實現多種情況下的控制，只要設置好參數要求，系統將自動運行。操作人員在操作時，在觸膜屏上設備參數，啟動手動模式或自動模式，系統將在程序的指導下實現自動運行，蒸煮結束，系統自動停止。

4 執行機構

本煮鍋的執行機構主要有：液壓推桿、轉動氣缸、氣動安全插銷等。通過這些執行機械的動作，實現煮鍋的功能化需求。

 

5 常用食品煮鍋的操作要求

5.1 鍋門開啟工作程序：

門開啟 : 密封排氣，啟動安全定位氣缸，插銷脫離 ---開啟水平旋轉氣缸。啟動電液缸開門操作，門旋轉至90~95 度，行程或接近開關關閉電液缸。門開啟動作完成。門關閉：啟動電液缸開關，門關閉到位，落下門，行程開關將電液缸停止（注意觀察門落下情況）--- 旋轉氣缸開啟 --- 定位氣缸定位 --- 手動進氣密封。

 

5.2 操作要求

進料：按上述程序要求開門，將籠框吊入鍋內。進水，將水漫過籠框頂部。蓋關閉。

蒸煮：打開蒸汽閥，夾套進汽蒸煮。直到蒸煮結束。出籠和出液：停止進汽，待鍋內溫度低于 80 度時，底放料閥放料，直到料液出盡。

出渣：籠子內水已基本放盡，此時用吊鉤將籠子吊出鍋體外。

 

6 執行控制程序的編程要求

 

6.1 快開門的動作編制一定要注意前后次序，其主要體現在開門和關門時間點的確認。

 

 

6.2 快開門的zui重要一點是安全性能的要求，一定要按 TSG21-2016《固容規》要求，實現聯鎖功能。

 

6.3 鍋內溫度點的選擇要有代表性，這樣能使熱分布更能得到合理取值。

 

6.4 所選用的控制元器件應是精度較高、質量穩定可靠的產品。

 

7 結語：

隨著科學技術的發展，磁翻板液位計在越來越多的行業里得到廣泛應用。機電一體化的運用更是為產品添加一雙翅膀，各行各業都取得了很好的成績。

但是，由于技術更新的速度很快，許多原手工作業的技術還有點跟不上時代現在的發展趨勢，與現代技術發展還有很大差距，需要行業內技術人員不斷學習新技術，利用新技術，創新設計，才能不斷提高機電一體化產品的自動化水平，使產品更上一個臺階。