技术领域
[0001] 本
发明属于蛋白粉生产技术领域，具体涉及一种自动分级调配蛋白粉含量的系统及设备。
背景技术
[0002] 在谷物深加工行业中，蛋白粉中的蛋白含量是蛋白
饲料的重要指标之一。
[0003] 早期，蛋白粉饲料中的蛋白含量通常依靠人工调节，如人工添加
淀粉或细
纤维调节蛋白粉饲料中的蛋白含量，众所周知，人工调整的不确定因素较多，使最终得到的蛋白粉饲料中的蛋白含量偏高(高于60％)或偏低(低于56％)。随着生产技术的发展，在线分析技术被应用于玉米深加工行业，利用在线分析仪器对原材料和加工过程的产品
质量进行检测、分析，以保证产品质量，但传统的在线分析检测技术对终端产品的检测存在滞后性，对已经造成的产品不合格或者超过控制标准上限的产品产生的损失无法完全弥补，饲料中的蛋白含量仍然得不到很好的控制，即使红外在线分析仪误差为零，饲料中蛋白含量的
波动也在5.2％左右，可见成品饲料中的蛋白含量极不稳定，不能保证产品的高合格率。
[0004] 如中国
专利CN105630017A中公开了一种自动控制农麸质液干基蛋白含量的方法极其设备，其中，
近红外在线分析仪通过控制设备与
自动调节阀连接，可以在一定程度上提高产品质量的
稳定性。但在实际生产中，该设备生产出的产品中的蛋白含量波动在5％左右，产品中蛋白含量的稳定性仍有待提高。
[0005] 针对于此，急需一种综合性能强，生产效率高，产品中蛋白含量稳定、波动小的蛋白粉生产系统。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种自动分级调配蛋白粉含量的系统及设备，以解决
现有技术中存在的技术问题。
[0007] 本发明所采用的技术手段是：一种自动分级调配蛋白粉含量的系统及设备，包括：分级检测装置、物料传输装置、物料缓存装置、自动配比装置、物料混合装置、配比检测装置和控制装置，蛋白粉经所述分级检测装置检测由所述物料传输装置输送至所述物料缓存装置后，由所述自动配比装置和物料混合装置完成设定浓度的蛋白粉调配；所述物料缓存装置包括蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ和蛋白罐Ⅲ，所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ和蛋白罐Ⅲ中至少两个同时开启向所述物料混合装置中输送蛋白粉，所述控制装置通过反馈控制分别调整所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ和蛋白罐Ⅲ中的蛋白粉流进入所述物料混合装置的出料速度。
[0008] 本发明优选
实施例中，所述蛋白罐Ⅲ中的蛋白粉不断料，所述蛋白罐Ⅲ中蛋白粉的料位高度和出料速度相对恒定。
[0009] 本发明优选实施例中，所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ中的蛋白粉不断料，在蛋白粉的混合过程中控制所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ的送料速度随时调配蛋白含量。
[0010] 本发明优选实施例中，其特征在于，所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ和蛋白罐Ⅲ中缓存一定量的蛋白粉，缓存的所述蛋白粉为各所述蛋白罐承载量的1/2-2/3。
[0011] 本发明优选实施例中，所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ和蛋白罐Ⅲ中的蛋白粉料位到达高位报警，
加速出料，所述料位的高度和出料的速度动态平衡；所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ二者中任一高位报警，另一个所述蛋白罐同时启动，保证料位不超限，蛋且白含量可控；所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ和蛋白罐Ⅲ中的蛋白粉料位到达低位报警，减速出料。
[0012] 本发明优选实施例中，所述蛋白粉通过所述自动配比装置和物料混合装置完成不同级别蛋白粉的高速混合，并通过所述配比检测装置将检测结果反馈给所述控制装置；所述控制装置依据所述配比检测装置实时检测结果和产品的目标值，通过所述自动配比装置控制各所述蛋白罐中的蛋白粉向所述物料混合装置的出料速度，完成蛋白含量的自动调配。
[0013] 本发明优选实施例中，所述蛋白罐Ⅰ为低蛋白罐、所述蛋白罐Ⅱ为高蛋白罐，所述蛋白罐Ⅲ为中蛋白罐。
[0014] 本发明优选实施例中，所述物料混合装置由
电机和螺旋混合
输送机组成；所述自动配比装置为设置在所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ和蛋白罐Ⅲ中分别设置的控制蛋白粉出料速度的变频转阀；所述配比检测装置设置于所述螺旋混合输送机的出料端。
[0015] 本发明优选实施例中，所述分级检测装置设置于所述物料传输装置的进料端，所述分级检测装置实时检测所述物料传输装置输送的蛋白粉的蛋白含量，根据一定时间内蛋白含量的滑动窗口平均值和蛋白含量的标准偏差作为蛋白粉高、中、低蛋白的分级目标线；所述控制装置根据所述分级检测装置的检测结果控制所述物料传输装置完成所述蛋白粉的自动分级。
[0016] 本发明优选实施例中，当连续时间内检测的所述蛋白粉中的蛋白含量位于所述分级目标线的标准偏差比例范围内时，所述蛋白粉进入所述蛋白罐Ⅲ；当连续时间内检测的所述蛋白粉中的蛋白含量高于所述分级目标线的上偏差时，所述蛋白粉进入所述蛋白罐Ⅱ；当连续时间内检测的所述蛋白粉中的蛋白含量低于所述分级目标线的下偏差时，所述蛋白粉进入所述蛋白罐Ⅰ。
[0017] 本发明优选实施例中，所述物料传输装置由电机和
螺旋输送机组成，所述蛋白罐Ⅰ、蛋白罐Ⅱ上分别设置有控制所述蛋白粉输送的自动插板。
[0018] 本发明优选实施例中，所述分级检测装置和配比检测装置为在线近红外分析仪。
[0019] 本发明优选实施例中，所述自动分级调配蛋白粉含量的系统及设备还包括蛋白罐Ⅳ，所述蛋白罐Ⅳ为成品打包罐，所述成品打包罐设置于所述物料混合装置的输出端。
[0020] 与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：
[0021] (1)本发明中的自动分级调配蛋白粉含量的系统及设备中的控制装置根据分级检测装置的检测结果控制物料传输装置完成蛋白粉的自动分级。分级检测装置实时检测所述物料传输装置输送的蛋白粉的蛋白含量，根据一定时间内蛋白含量的滑动窗口平均值和蛋白含量的标准偏差作为蛋白粉高、中、低蛋白的分级目标线，可高效准确完成蛋白粉自定义分级。
[0022] (2)本发明中的自动分级调配蛋白粉含量的系统及设备中设置有自动配比装置和配比检测装置，控制装置根据配比检测装置的检测结果可分别调整自动配比装置中的三个变频转阀，以控制各蛋白罐中的蛋白粉的出料速度，完成产品中蛋白含量的调配，依靠分级检测装置、自动配比装置、配比检测装置和物料混合装置等可使该设备生产的产品中的蛋白含量的波动范围控制在2％以内。
附图说明
[0023] 图1是本发明一实施例中自动分级调配蛋白粉含量的系统及设备示意图。
[0024] 图2是本发明一实施例中自动分级调配蛋白粉含量系统及设备工作
流程图。
[0025] 图3是本发明一实施例中窗口滑动平均值的计算示意图。
[0026] 图4是本发明一实施例中产品波动图及分级设定标准示意图。
[0027] 图5是本发明一实施例中蛋白粉中的蛋白含量正态分布示意图。
[0028] 图6是本发明一实施例中蛋白粉配比的PID反馈控制示意图。
[0029] 其中：1-输送电机、2-在线分析仪Ⅰ、3-自动插板Ⅰ、4-螺旋输送机、5-自动插板Ⅱ、6-蛋白罐Ⅰ、7-蛋白罐Ⅱ、8-蛋白罐Ⅲ、9-混合电机、10-变频转阀Ⅰ、11-变频转阀Ⅱ、12-变频转阀Ⅲ、13-螺旋绞龙混合输送机、14-在线分析仪Ⅱ、15-蛋白罐Ⅳ。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0031] 本发明实施例中，提供了一种自动分级调配蛋白粉含量的系统及设备，如附图1所示，包括：输送电机1、在线分析仪Ⅰ2、自动插板Ⅰ3、螺旋输送机4、自动插板Ⅱ5、蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7、蛋白罐Ⅲ8、混合电机9、变频转阀Ⅰ10、变频转阀Ⅱ11、变频转阀Ⅲ12、螺旋绞龙混合输送机13、在线分析仪Ⅱ14、蛋白罐Ⅳ15。
[0032] 具体地，在线分析仪Ⅰ2为分级检测装置，在线分析仪Ⅰ2设置于物料进入螺旋输送机4之前的溜槽上，即设置于物料传输装置的进料端，物料传输装置包括输送电机1红外螺旋输送机4，输送电机1驱动螺旋输送机4输送完成分级的蛋白粉物料进入蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7和蛋白罐Ⅲ8，蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7和蛋白罐Ⅲ8分别为低蛋白罐、高蛋白罐和中蛋白罐，蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7上部连接螺旋输送机4的
位置分别设置有控制所述蛋白粉输送的自动插板Ⅰ3和自动插板Ⅱ5，蛋白罐Ⅲ8的上部直接与螺旋输送机4连接。
[0033] 本实施例中，蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7和蛋白罐Ⅲ8下端分别设置的控制蛋白粉出料速度的变频转阀Ⅰ10、变频转阀Ⅱ11和变频转阀Ⅲ12；蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7和蛋白罐Ⅲ8中的蛋白粉物料在变频转阀Ⅰ10、变频转阀Ⅱ11和变频转阀Ⅲ12的控制下进入螺旋绞龙混合输送机13，螺旋绞龙混合输送机13在混合电机9的驱动下完成蛋白粉物料的混合，混合完成后的蛋白粉物料由在线分析仪Ⅱ14检测其蛋白含量，并将检测结果反馈至控制装置，依据检测结果控制装置实时调整变频转阀Ⅰ10、变频转阀Ⅱ11和变频转阀Ⅲ12，以控制三个蛋白罐中蛋白粉的出料速度，调整蛋白含量。其中，变频转阀Ⅰ10、变频转阀Ⅱ11和变频转阀Ⅲ12组成自动配比装置，螺旋绞龙混合输送机13和混合电机9组成物料混合装置，在线分析仪Ⅱ14为配比检测装置。
[0034] 具体地，完成混合的蛋白粉物料进入蛋白罐Ⅳ15，其中蛋白罐Ⅳ15为成品打包罐，成品打包罐设置于所述物料混合装置的输出端。
[0035] 本实施例中，
管束干燥机出料后，物料通
过冷却系统进行冷却，保证物料从高温迅速降低至常温，然后进入分级检测装置，分级检测装置实时检测所述物料传输装置输送的蛋白粉的蛋白含量，根据一定时间内蛋白含量的滑动窗口平均值和蛋白含量的标准偏差作为蛋白粉高、中、低蛋白的分级目标线；所述控制装置根据所述分级检测装置的检测结果控制所述物料传输装置完成所述蛋白粉的自动分级。
[0036] 分级检测装置中的在线分析仪Ⅰ2采用近红外
光谱分析技术，该技术是利用近红外谱区包含的有效信息，依靠计算机软
硬件技术对物质进行定性或定量的分析技术，是目前发展迅速、应用前景广阔的一种快速、无损的PAT技术。
[0037] 蛋白粉的分级的合理性直接决定了各蛋白罐的容量及最终配比的效果。如直接采用固定的上限、下限和中间限进行分级，其分级的效果会由于生产的不稳定性，导致某个蛋白罐快速满罐，某个快速空罐，分配不合理。本实施例中采用动态限值进行分级，其分级效果不会因为物料中蛋白含量的波动而导致不良的效果。
[0038] 滑动平均法(moving average)又称移动平均法。在简单平均数法
基础上，通过顺序逐期增减新旧数据求算移动平均值，借以消除偶然变动因素，找出事物发展趋势，并据此进行预测。滑动的窗口的时间长短根据罐体的存储量确定。
[0039] 蛋白粉物料的稳定性计算采用窗口滑动标准差去计算评估，就是给定时间内产品标准偏差的值。标准差也被称为标准偏差，标准差(Standard Deviation)描述各数据偏离平均数的距离(离均差)的平均数，它是离差平方和平均后的方根，用σ表示。σ是一种度量数据分布的分散程度之标准，用以衡量数据值偏离算术平均值的程度，也就是物料稳定性。标准偏差越小，这些值偏离平均值就越少，物料稳定性越好，反之亦然。标准偏差的大小可通过标准偏差与平均值的倍率关系来衡量，如附图3所示。
[0040] 样本标准偏差
[0041]代表所采用的样本X1,X2,...,Xn的均值。
[0042] 蛋白粉物料分级上限标准采用滑动平均值加减一个标准偏差乘以一个系数作为上限和下限进行分级。
[0043] 上限UL(Upper Line)＝Average+a*SD
[0044] 下限LL(Lower Line)＝Average+a*SD
[0045] 正常生产蛋白粉的蛋白含量是完全符合正态分布的，因此标准偏差的系数就直接决定进入不同蛋白粉罐的比例。
[0046] 本实施例中，为了保证三个蛋白粉罐的进料量相对均匀，采用平均值加减0.5倍的标准偏差作为分级标准，蛋白罐Ⅲ8的比例为19.1％+19.1％＝38.2％，即蛋白罐Ⅲ8的进料量占总进料量的38.2％，而蛋白罐Ⅱ7和蛋白罐Ⅰ6的物料量为(100％-38.2％)/2＝30.9％，如附图5所示。
[0047] 具体地，确定物料蛋白粉从检测点到第一下料口、第二下料口和第三下料口的时间，用于分级的自动插板Ⅰ3和自动插板Ⅱ5
开关的时间控制，例如到第一下料口5秒，第二下料口10秒，第三下料口15秒，可以根据连续5秒的线分析仪Ⅰ2检测的蛋白粉含量的滑动平均值作为蛋白粉进罐的判定标准，加减0.5倍的标准偏差为上下分级控制线，以上述控制线和标准偏差为控制基准，在蛋白粉分级过程中，控制蛋白罐Ⅲ8分料质量占比为38.2％，蛋白罐Ⅰ6分料质量占比为30.9&，蛋白罐Ⅱ7分料质量占比为30.9％，如附图4所示。具体地，根据临近上一个一小时的滑动平均数据作为中心线(59％)，设定的产品标准偏差作为标准，蛋白含量在线分级的目标高限为60％，目标低限为58％，当连续时间内在线分析仪Ⅰ2检测的蛋白粉中的蛋白含量位于所述分级目标线的标准偏差比例范围内时，蛋白粉进入所述蛋白罐Ⅲ8；当连续时间内在线分析仪Ⅰ2检测的蛋白粉中的蛋白含量高于所述分级目标线的上偏差时，蛋白粉进入所述蛋白罐Ⅱ7；当连续时间内在线分析仪Ⅰ2检测的蛋白粉中的蛋白含量低于所述分级目标线的下偏差时，所述蛋白粉进入所述蛋白罐Ⅰ6，完成蛋白粉分级检测。
[0048] 本实施例中，所述蛋白罐Ⅲ8中的蛋白粉不断料，所述蛋白罐Ⅲ8中蛋白粉的料位高度和出料速度相对恒定。所述蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7中的蛋白粉不断料，在蛋白粉的混合过程中控制所述蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7的送料速度随时调配蛋白含量。所述蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7和蛋白罐Ⅲ8中缓存一定量的蛋白粉，缓存的所述蛋白粉为各所述蛋白罐承载量的1/2-2/3。所述蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7和蛋白罐Ⅲ8中的蛋白粉料位到达高位报警，加速出料，所述料位的高度和出料的速度动态平衡；所述蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7二者中任一高位报警，另一个所述蛋白罐同时启动，保证料位不超限，且蛋白含量可控；所述蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7和蛋白罐Ⅲ8中的蛋白粉料位到达低位报警，减速出料。在蛋白含量控制过程中，蛋白罐Ⅲ8中的蛋白粉不间断恒定的输出，所述蛋白罐Ⅰ6、蛋白罐Ⅱ7中至少一个运行，或者同步运行(蛋白含量高低中和)，以调节蛋白含量，保证产品中的蛋白含量稳定。
[0049] 具体地，所述蛋白粉通过变频转阀Ⅰ10、变频转阀Ⅱ11、变频转阀Ⅲ12和物料混合装置完成不同级别蛋白粉的高速混合，并通过在线分析仪Ⅱ14将检测结果反馈给所述控制装置；所述控制装置依据所述在线分析仪Ⅱ14实时检测结果和产品的目标值，通过所述变频转阀Ⅰ10、变频转阀Ⅱ11、变频转阀Ⅲ12控制各所述蛋白罐中的蛋白粉向所述物料混合装置的出料速度，完成蛋白含量的自动调配，可实现产品的蛋白含量的波动在2％以内，如附图4所示。其中在线分析仪Ⅱ14与在线分析仪Ⅰ2相同，同样的采用
近红外光谱分析技术，进行吹扫式实时检测，控制装置采用PID反馈的方式控制分级检测装置、配比检测装置和自动配比装置，包括比例环节、积分环节和微分环节，优选PLC的PID程序控制不同蛋白罐的下料速度，如附图6所示，分级检测装置、配比检测装置每间隔10秒钟向PLC发送实时检测数据，对PID参数进行整定优化，快速达到出料蛋白含量的动态平衡。
[0050] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
