磁翻板液位计在食品蒸汽煮锅上的应用

在中国食品机械行业中，电、机的结合越来越广泛。本文主要介绍在食品蒸煮行业的一种常用设备 - 蒸煮锅及其磁翻板液位计的应用。

 

0 引言

在近代生产过程中，机械加工技术越来越成熟，随着科学技术的发展，不同学科间的相互交叉、渗透与融合，导致了工程领域的技术革命和改造。微电子技术和计算机技术的飞速发展及其向机械工业的渗透促进了机电一体化的形成 , 原先在重工业领域率先发展的机电一体化技术在食品饮料、包装及制药等机械中引起了人们的广泛重视，而且越来越多的应用在这些行业里，本文通过介绍食品用高温蒸煮锅的结构和配置方面说明其在机电一体化方面的应用。

 

1、食品蒸煮锅的结构

目前食品机械较常用的蒸汽夹层锅，它主要用来蒸煮食品。使食品熟化，同时发生部分化学反应，蛋白分子分解，产生新的物质分子。传统的煮锅都是靠人工来控制蒸煮温度和时间的，当蒸煮温度到规定值时，通过开启手动阀门控制进汽量的大小而调节锅内的温度，从而达到控制蒸煮温度的目的。但由于人为操作，控制相当困难，温度超前或滞后现象明显，时高时低，罐内各处温度分布情况无法得到实际检测，罐内热分布不均匀，杀菌不彻底，产品品质及风味难以保证，产品质量不稳定。通过对煮锅进行电器控制方面的结合应用，解决了设备操作难度大、劳动强度高、作业风险大、质量不稳定、劳动效率低等问题。由于机电的介入，使得食品蒸煮锅自动控制能力加强，蒸煮设备技术含量也得到了很大提升，产品在原基础上得到了升级，使传统食品煮锅再一次焕发了新的生命。

 

1.1 煮锅的结构

煮锅主要由内壳体、夹套加热体及外保温体组成，见示意图。

上部为快开门结构，具体强度计算按化工部的 SW6-2011【1】强度计算要求。由于煮锅为压力锅，故在设备顶部设有安全阀、压力表、温度计、磁翻板液位计等；由于煮锅为压力容器的快开门结构，故煮锅还设置有安全联锁装置，并符合 TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》【2】中的规定要求，即：当罐内压力完全释放，方可打开快开门；当快开门完全关闭，放能打开进汽阀。自动控制主要体现在控制元件与机械的完美结合，其在实际运用中着重体现以下几个方面。

传统煮锅是通过上下两片法兰联接，用螺栓固定，见图示。当蒸煮完成后得用人工将几十颗螺栓逐一拧下，才能将门打开。引进了控制技术后，煮锅投料门的结构出现根本性的变化即采用了快开门三件套结构，两个为固定圈，一个为动圈，见图示 3，三个圈之间通过齿进行啮合。同时两侧设置带磁性旋转气缸，在门上下位置设置带磁性门锁气缸，在关门时，启动两侧旋转气缸，旋转动圈达到啮合状态，同时在啮合位置设备有光电开关，当到位时，光电开关同时发出信号，以防止误操作。磁性气缸发出信号，启动门锁气缸，门锁关闭，发出可以进汽信号。此时就可以进汽操作了。反过来，如果门锁没有打开，则启动任何一个按钮，都不能打开快开门。解决了多年来高温运行煮锅劳动强度高，效率低的大问题。

b) 罐内压力控制

压力控制通过压力传感器来传递信号。当罐内压力为零时，磁翻板液位计发出信号，此时表示可以启动门锁开关，实现的门的开启。但压力信号没有传递为零，则门锁得不到信号，则不会开启，此时启动任何开关都为无效状态。确保开快门的安全联锁有效，保证了设备运行的安全性要求。

c) 液位控制

为了能够确认罐内水是否达到某一位置，在罐的侧面设置磁翻板液位计，这样，在水到高位时，磁翻板液位计发出信号，关闭进水泵，当水至低位时，为避免泵的空吸，则停止泵的出料。

d) 温度的适时调整和控制

在罐的底部，我们设置了温度传感器。在进汽口设置有蒸汽调节阀，即当罐内温度超过设置温度时，磁翻板液位计适时传出信号，控制程序自动对调节阀的开启高度进行调整，以实现对罐内保温的控制。

以上控制由 PLC 及触摸屏及其它软件一起实现。使该设备具有了机电一体化的功能，实现了自动控制的要求。

 

1.2 煮锅的机械动力配置

为了给煮锅的翻转机构提供动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。在煮锅设计中，为其提供了电、液、气三种动力源。由于快开门通用转轴从水平按转轴向上转动，此处是利用杠杆原理，动力装置采用液压推杆作拉推动作，实现门的开启，当推杆拉动时，门向上转动开启，当推杆放松时，门向下关上。其中液压推杆由电机、液压泵和液压缸组成，利用液压力转换为推拉力，该设备为液压和油缸一体化结构，不需要外在的液压泵站。电机启动时，带动腔体内叶片泵，给油缸增压，带动油缸移动，油缸推进的速度通过调节阀控制。当选用推杆时，应计算好推杆的行程，安装时调整好位置，有利于实现动作的控制。由于门在开启前需要实现销紧门圈的旋转运动，需要转动气缸实现转动动作，故为气缸旋转提供高压空气源。

 

2 传感装置及控制系统

正如前面所述，磁翻板液位计是一种实现机、电控制的电信号装置。在食品、制药、包装及运输的控制方面起着不可替代的作用。随着近几年食品、制药行业的不断发展，人们对食品安全、卫生及效率的要求也越来越高，自动化的生产正逐步找替手工作业，而这些都需要机和电的及控制装置 的有机结合。对于实现各种控制要求的传感元件的选择及应用，也是各科研院所，企业技术设计部门，设备管理部门急需要掌握及了解的。以下是我们在生产实践中经常选用的磁翻板液位计件，已为实现食品、制药等机械所运用，且取得了效果显著。

 

2.1 以本设备的动作为例，在锁紧门圈正反方面动作时，为了实现定位，设置了接触性开关 - 行程开关，非接触开关接近开关；同样，门的开合也是利用接近和行程开关双配，检测其位置，以实现液压缸的动作。

2.2 压力传感器、温度传器和液位传感器的运用磁翻板液位计通过测试锅内压力来控制门的开启，实现门的安全联锁。

温度传感器是通过检测锅内温度情况，采集信息返馈信号，控制夹套气动调节阀。夹套加热的进汽量是通过气动角座阀或电磁阀来控制的，传感器将信号传递给处理器，然后处理器发出信号让气动阀门动作，决定角座阀的开启角度，从而控制蒸汽进出量。温度传感器是食品行业中测量及显示温度的一种重要的传感器。在反应釜、换热器以及加热设备得到广泛使用。如为了控制反应釜的加热温度，即需要控制锅内的温度，通过温度传感传递信号来引导进汽阀的大小调节。为了能及时显示罐内的工作情况，也需要温度传感器来显示。通常国内选用的有久茂品牌，质量比较好，与国外的精度差不多，能达到正负 0.5 度的精度。在食品机械中，经常涉及到罐内物料的控制，同时还考虑在进料过程中的连续测量事项，。目前液位传感器均选为静压传感器结构。由于静压传感要求高，测量准确，国内目前做的不太理想，目前一般选择以上几种品牌。如北京 E+H 型，欧母龙，朗博等。液位传感器通过采集液位信号来实现锅内的进水量，以作为控制泵流量的一个重要环节，实现了操作的简单化自动化。目前压力及液位传感器国内厂家也很多，产品质量基本能满足要求，但精确度较差。

 

2.3 光电开关

光电开关是我们在物体运动过程中用来控制转动及移动的一个重要的电器传感元件，通常还可以做二级保护控制。如在煮锅气缸推动或回收过程中，起到了定位及信号传输作用。转动或移动动作中，通常会设置一个机械式行程开关，另外再配一个光电开关。其目的是为了防止行程开关失灵，而导致控制失效。

 

3 信息处理及控制系统

煮锅的门开启动作、安全联锁、压力控制、液位控制以及温度控制均是通过计算机采集信号，然后通过处理器运算再返馈执行装置执行的，实现煮锅的自动控制。在设备使用前，将按煮锅生产工艺的操作过程编制在电脑中，实现多种情况下的控制，只要设置好参数要求，系统将自动运行。操作人员在操作时，在触膜屏上设备参数，启动手动模式或自动模式，系统将在程序的指导下实现自动运行，蒸煮结束，系统自动停止。

4 执行机构

本煮锅的执行机构主要有：液压推杆、转动气缸、气动安全插销等。通过这些执行机械的动作，实现煮锅的功能化需求。

 

5 常用食品煮锅的操作要求

5.1 锅门开启工作程序：

门开启 : 密封排气，启动安全定位气缸，插销脱离 ---开启水平旋转气缸。启动电液缸开门操作，门旋转至90~95 度，行程或接近开关关闭电液缸。门开启动作完成。门关闭：启动电液缸开关，门关闭到位，落下门，行程开关将电液缸停止（注意观察门落下情况）--- 旋转气缸开启 --- 定位气缸定位 --- 手动进气密封。

 

5.2 操作要求

进料：按上述程序要求开门，将笼框吊入锅内。进水，将水漫过笼框顶部。盖关闭。

蒸煮：打开蒸汽阀，夹套进汽蒸煮。直到蒸煮结束。出笼和出液：停止进汽，待锅内温度低于 80 度时，底放料阀放料，直到料液出尽。

出渣：笼子内水已基本放尽，此时用吊钩将笼子吊出锅体外。

 

6 执行控制程序的编程要求

 

6.1 快开门的动作编制一定要注意前后次序，其主要体现在开门和关门时间点的确认。

 

 

6.2 快开门的zui重要一点是安全性能的要求，一定要按 TSG21-2016《固容规》要求，实现联锁功能。

 

6.3 锅内温度点的选择要有代表性，这样能使热分布更能得到合理取值。

 

6.4 所选用的控制元器件应是精度较高、质量稳定可靠的产品。

 

7 结语：

随着科学技术的发展，磁翻板液位计在越来越多的行业里得到广泛应用。机电一体化的运用更是为产品添加一双翅膀，各行各业都取得了很好的成绩。

但是，由于技术更新的速度很快，许多原手工作业的技术还有点跟不上时代现在的发展趋势，与现代技术发展还有很大差距，需要行业内技术人员不断学习新技术，利用新技术，创新设计，才能不断提高机电一体化产品的自动化水平，使产品更上一个台阶。