作為母乳的替代品，奶粉可能聽(tīng)起來(lái)沒(méi)那么美味可口，但這是世界上一些備受歡迎又富含營(yíng)養(yǎng)的食品里不可或缺的成分，比如巧克力、面包、嬰兒食品。最終產(chǎn)品需要保留天然牛奶的所有理想特性，諸如顏色、風(fēng)味、溶解度和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因此，把原料奶制成干粉是一個(gè)很容易受到影響的過(guò)程。
邁高集團(tuán)的工程師清楚地認(rèn)識(shí)到牛奶干燥過(guò)程中涉及的復(fù)雜問(wèn)題。邁高是澳大利亞大型的牛奶加工企業(yè)，也是該國(guó)的大型加工產(chǎn)品出口商之一，該集團(tuán)將全國(guó)35%的牛奶供應(yīng)制成產(chǎn)品，銷(xiāo)往國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)。該集團(tuán)采用來(lái)自3000 多個(gè)乳牛場(chǎng)的牛奶，在分布于維多利亞州和塔斯馬尼亞州的九個(gè)工廠進(jìn)行加工。
邁高集團(tuán)成立于1950年，已運(yùn)用多項(xiàng)新技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)流程。兩年前，該公司采用了一套創(chuàng)新系統(tǒng)，以自動(dòng)化的方式監(jiān)測(cè)并精確控制奶粉生產(chǎn)過(guò)程中很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)——最終干燥環(huán)節(jié)。
面臨的挑戰(zhàn)
粉狀物在漏斗狀的料斗過(guò)篩，然后運(yùn)送至包裝區(qū)。塔的大小、處理的牛奶類(lèi)型以及處理的方式不同，所能生產(chǎn)噸數(shù)會(huì)發(fā)生變化，100升全脂牛奶可以大約制成 13千克全脂奶粉或9千克脫脂奶粉。邁高集團(tuán)最小的干燥機(jī)每小時(shí)能夠制成1.2噸奶粉，最大的干燥機(jī)每小時(shí)可以處理7噸。
“我們知道我們需要應(yīng)用一套自動(dòng)化系統(tǒng)，降低奶粉中的水分差異?！边~高集團(tuán)自動(dòng)化與設(shè)備工程師 Geoff Rome 如是說(shuō)。
影響奶粉質(zhì)量的其中一個(gè)關(guān)鍵變量就是奶粉的水分含量。奶粉所含水分大約應(yīng)該在3%至6%，具體視最終用途而定。要達(dá)到適宜的水分等級(jí)，關(guān)鍵在于控制入塔空氣、靜態(tài)流化床以及振動(dòng)流化床的溫度。
在過(guò)去，邁高集團(tuán)通過(guò)手動(dòng)更改溫度設(shè)置點(diǎn)的方式來(lái)控制產(chǎn)量與水分含量。操作員從每小時(shí)一次的水分取樣中獲取反饋信息，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出決定。考慮到保持奶粉中水分平衡的重要性，該公司的工程師意識(shí)到一個(gè)小時(shí)一次的時(shí)間間隔太過(guò)漫長(zhǎng)。對(duì)每小時(shí)取樣進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示水分差異高達(dá) 0.3%。為了生產(chǎn)質(zhì)量更一致的產(chǎn)品，需要按照干燥塔的預(yù)測(cè)模型，自動(dòng)調(diào)整溫度設(shè)定點(diǎn)。
維持溫度和水分平衡對(duì)保持盡可能高的產(chǎn)量水平而言同等重要。當(dāng)排出空氣中的水分過(guò)高時(shí)，干燥塔可能會(huì)發(fā)生堵塞并停機(jī)，導(dǎo)致時(shí)間、資源的浪費(fèi)，產(chǎn)量也就相應(yīng)減少。
“我們知道我們需要應(yīng)用一套自動(dòng)化系統(tǒng)，降低奶粉中的水分差異?！边~高集團(tuán)自動(dòng)化與設(shè)備工程師 Geoff Rome 說(shuō)道，“我們當(dāng)時(shí)的目標(biāo)是尋找一套解決方案，幫助我們保持穩(wěn)定的質(zhì)量，同時(shí)增加成品的產(chǎn)量?！?/FONT>
解決方案
為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，邁高集團(tuán)選擇了羅克韋爾自動(dòng)化乳制品干燥工藝控制優(yōu)化解決方案，該套解決方案由羅克韋爾軟件的模型預(yù)測(cè)控制 (MPC) 與優(yōu)化技術(shù)提供支持。這套解決方案不斷收集每個(gè)干燥塔的數(shù)據(jù)，利用預(yù)測(cè)模型計(jì)算適宜溫度和設(shè)定點(diǎn)，從而控制與保持生產(chǎn)過(guò)程中所需濕度。
該解決方案可以管理固形物中的差異、進(jìn)氣相對(duì)濕度及其它可影響干燥效率的因素。減小水分差異可在不犧牲產(chǎn)品質(zhì)量的情況下改善平均含水量目標(biāo)。這可以提升固形物的產(chǎn)出，提高干燥塔產(chǎn)量并降低每噸成品的能源用量。
具體而言，該系統(tǒng)利用質(zhì)量預(yù)測(cè) – Soft Sensors 進(jìn)行內(nèi)聯(lián)推斷式質(zhì)量測(cè)量，實(shí)現(xiàn)更頻繁的實(shí)時(shí)控制反饋。這個(gè)系統(tǒng)每隔15秒自動(dòng)收集輸入數(shù)據(jù)，大大降低了水分含量差異，而無(wú)需要求操作員經(jīng)常性地手動(dòng)檢查干燥流程。
每隔一小時(shí)利用紅外分光光度計(jì)對(duì)一份實(shí)體樣品進(jìn)行一次分析，以確認(rèn)模型是否適宜。分析結(jié)果會(huì)自動(dòng)反饋到模型系統(tǒng)，在需要之時(shí)自動(dòng)做出調(diào)整。
成果
“羅克韋爾自動(dòng)化的 MPC 解決方案就如同優(yōu)秀的操作員，一周七天、一天 24 小時(shí)都有優(yōu)異表現(xiàn)。”Rome 說(shuō)道，“最終，我們獲得了始終如一的高品質(zhì)產(chǎn)品?！?/FONT>
在應(yīng)用了模型預(yù)測(cè)控制解決方案之后，每臺(tái)干燥塔的水分差異水平平均降低了 52%，大大超過(guò)邁高集團(tuán)預(yù)期的 35%。因此，該公司的四臺(tái)干燥塔平均每天多生產(chǎn)一噸奶粉產(chǎn)品。
“我們能夠在原來(lái)基礎(chǔ)上多生產(chǎn)幾噸奶粉，我們對(duì)羅克韋爾自動(dòng)化解決方案的投資也就物有所值了。”Rome 說(shuō)道，“我們的能源成本降低了，投入產(chǎn)出比也因此提高5%-10%。”
和其他奶粉生產(chǎn)商一樣，邁高集團(tuán)正在轉(zhuǎn)向生產(chǎn)需要滿足上乘質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高價(jià)值特色產(chǎn)品，如蛋白粉。由于這類(lèi)產(chǎn)品有著精確的技術(shù)規(guī)范，可以設(shè)定的操作參數(shù)范圍更加狹窄與嚴(yán)格。對(duì)于生產(chǎn)蛋白粉的干燥塔，邁高集團(tuán)實(shí)施了早期參與控制，讓干燥機(jī)在啟動(dòng)后數(shù)分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)理想的熱效率。
可在基于瀏覽器的界面中實(shí)時(shí)可視化，呈現(xiàn)各種指標(biāo)，助力操作員和管理層監(jiān)視生產(chǎn)、質(zhì)量和能源績(jī)效指標(biāo)。這些儀表板可顯示和管理工廠當(dāng)前及預(yù)測(cè)績(jī)效，實(shí)現(xiàn)并保持干燥塔解決方案投資在整個(gè)生命周期內(nèi)的業(yè)務(wù)價(jià)值。
科洛特鎮(zhèn)工廠是邁高集團(tuán)旗下應(yīng)用羅克韋爾自動(dòng)化干燥塔解決方案的第二個(gè)工廠。邁高集團(tuán)旗下的利昂加薩鎮(zhèn)工廠也在使用這個(gè)系統(tǒng)。有鑒于這兩個(gè)工廠取得的成功，該公司開(kāi)始尋找其他機(jī)會(huì)，為旗下其他工廠的蒸發(fā)器、干燥塔與鍋爐解決方案尋求優(yōu)化方案。
高質(zhì)量的產(chǎn)出必然要有一套優(yōu)秀的自動(dòng)化系統(tǒng)，羅克韋爾自動(dòng)化的MPC解決方案不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，更擴(kuò)大了產(chǎn)能。并且通過(guò)數(shù)據(jù)可視化可保證整個(gè)工廠加工機(jī)器的生命周期。實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)與數(shù)據(jù)可視化的融合，讓羅克韋爾自動(dòng)化再創(chuàng)輝煌!
（轉(zhuǎn)載）
