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背景

作為母乳的替代品，奶粉是世界上備受歡迎又富含營養(yǎng)的食品，比如巧克力、面包、嬰兒食品，產(chǎn)品需要保留牛奶的所有特性，諸如顏色、風(fēng)味、溶解度和營養(yǎng)價(jià)值外，還需要保證干燥。

面臨的挑戰(zhàn)

粉狀物在漏斗狀的料斗過篩，然后運(yùn)送至包裝區(qū)。塔的大小、處理的牛奶類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。

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。

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)間間隔太過漫長。對每小時(shí)取樣進(jìn)行測試，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，需要按照干燥機(jī)的預(yù)測模型，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高時(shí)，干燥機(jī)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。

解決方案

通過選擇羅克韋爾自動(dòng)化乳制品干燥機(jī)解決方案，該套解決方案由羅克韋爾軟件的模型預(yù)測控制 (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)干燥機(jī)的數(shù)據(jù)，利用預(yù)測模型計(jì)算適宜溫度和設(shè)定點(diǎn)，從而控制與保持生產(chǎn)過程中所需濕度。

該解決方案可以管理牛奶固體濃縮物中的差異、進(jìn)氣相對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)。這可以提升牛奶固形物的產(chǎn)出，提高干燥機(jī)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 – Soft Sensors 進(jìn)行內(nèi)聯(lián)推斷式質(zhì)量測量，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

在應(yīng)用了模型預(yù)測控制解決方案之后，每臺(tái)干燥機(jī)的水分差異水平平均降低了 52%，大大超過預(yù)期的 35%。因此，該公司的四臺(tái)干燥機(jī)平均每天多生產(chǎn)一噸奶粉產(chǎn)品。由于這類產(chǎn)品有著技術(shù)規(guī)范要求，可以設(shè)定的操作參數(shù)范圍更加狹窄與嚴(yán)格。對于生產(chǎn)蛋白粉的干燥機(jī)，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)量和能源績效指標(biāo)。這些儀表板可顯示和管理工廠當(dāng)前及預(yù)測績效，實(shí)現(xiàn)并保持干燥機(jī)解決方案投資在整個(gè)生命周期內(nèi)的業(yè)務(wù)價(jià)值。