在生產麵製品的設備中用於優化過程控制以及過程監視的方法和設備的製作方法
2023-10-21 11:44:02 2
專利名稱：在生產麵製品的設備中用於優化過程控制以及過程監視的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於優化生產麵製品(特別是長或短的麵條製品)的設備的過程控制和過程監視的方法以及用於實施該方法的設備。
麵製品(pasta product)的工業生產已經以相對較高的自動化程度來進行。這涉及例如擠壓原始麵製品的部分過程以及麵製品的乾燥和冷卻。例如，EP-A-0 129 892 B1披露了一種通過控制麵製品的加熱、溼潤、乾燥和冷卻來連續地乾燥長的麵製品的方法。溫度/時間狀態在渦輪機系統中被預先選擇。EP-A-0 540 699 B1披露了另一種改進了的用於控制製品溼度以便防止麵製品在乾燥之後和在包裝期間破碎的工藝。溫度和溼度是受控的。關於這一點，在烘乾的尾部區域中，在麵製品仍然處於熱的狀態時噴灑更新的地表水，該麵製品的溫度在噴灑了水之後立即降低到60℃以下。EP-A-0 322 053 B1還提出了一種採用了AW值的類似的解決方案。
例如從EP-A-0 426 766 B1或DE 44 173 57 A1中可以知道生產麵製品原料的自動擠壓機是以一種混合揉面機的形式，該揉面機具有兩根工作軸，這些工作軸交替地設有搓揉蝸杆和剪切元件。
技術方法和局部的工藝參數可以被用作控制數據。設備控制使得能夠根據所選擇的工藝來控制該工藝並能使該設備的狀態可視化。對於傳感器來說，例如溫度和溼度傳感器、轉速傳感器或壓力傳感器是公知的。但是，由於不同的原材料數值、機器磨損或傳感器的偏差，所以優化過程就不能在線地進行。已知的問題涉及原材料(在麵粉和粗粒小麥粉等中的質量和溼度波動)、在室溫中原始生麵團溼度的波動以及烘乾條件，還涉及操作人員的熟練程度、不穩定的機器性能等方面。
還有，在乾燥器的潮熱氛圍內以及在不同製品上的在線測量存在著很大問題。
DE 44 33 593 A1顯示出一種用於控制擠出機的方法，其中，根據經驗數據或專業知識產生出控制的預定標稱值，其校正變量取決於產品質量。通過這些預定的標稱值來使工作點優化和穩定，並且形成結合進機器控制的控制器。該控制器可以是過程控制模糊控制器。在輸入並存儲好被確定的數據之後，自動地採用用於具體控制通道的控制並且產生出具體的控制器。後者採用了結合進控制環境的代碼發生器。
為了實施該方法，在噴嘴和擠出機的蝸杆末端之間安裝了在線粘度傳感器。
DE 197 34 711 C1披露了一種具有時間離散的動態模糊控制部件的控制器，可以將用於所要求的控制行為的定向的非線性過程引入其中。
本發明的目的在於研製出一種在用於生產麵製品(尤其是長或短的麵條製品等)的設備中的各部分過程中的過程控制的優化方法，該方法能夠通過採用智能軟體技術來改善擠壓和乾燥控制以及過程監視。具體地說，能夠實現簡單的控制器調節並降低損失。該目的的解決方案可以通過權利要求1的特徵來實現。
該目的的解決方案可以通過採用智能軟體技術由權利要求1的特徵來實現，例如通過用於最終產品溼度的虛擬傳感器(也被稱作軟體傳感器)並在擠壓中控制測定量的水。有可能將最終製品的溼度保持在可允許的限制範圍之內。過去，在該麵製品的製造過程中，還不可能在乾燥器中獲得針對製品狀態的信息。通過在乾燥器中用於製品溼度測量和/或重量損失測量的在線傳感器，從而就能控制溫度曲線和製品溼度曲線。
本發明基於這樣的認識，各個局部過程相互依靠並且點取向的優化不是很有希望。這些原理是製品特性和機器性能之間的相互作用。在這一點上，通過統計的和智能的軟體技術來產生出過程參數(機器調節、原材料、製作混合物)和製品特性(例如，溼度、顏色、粘度)之間的模型。
智能軟體技術(也被稱為軟體計算)包括這些技術，例如專家系統、神經網絡、模糊邏輯以及遺傳算法(進化算法)。例如在Elektronik34/1998中的P.Auer所寫的文章中披露了它們。
通過結合這些技術(例如神經模糊)，從而得到了混合模型，該模型能夠考慮到已有的專業知識(例如，具有模糊控制器)以及經驗數據(它們可以被模擬，例如通過統計試驗規劃和過程試驗，並且可以在神經網絡中被模擬)。而且，這些模型可以與普通的解析模型結合(例如，根據物理模型或回歸計算)並且也可以被稱為混合。
具體地說，新方法也越來越流行，它們使得模型生成能夠自動地進行(例如，通過例如遺傳算法自動產生神經網絡的結構和參數或根據過程數據自動產生模糊控制)。這使得自適應在線模型應用更加容易。
通過這些模型就可能針對產品特性、過程參數還有成本(原材料成本、操作成本)進行優化。這就使得能夠進行目標取向的基於模型的自適應控制。具體地說，非線性系統也可以用其進行更好的控制。
本發明另一個目的在於提供一種用於實施該方法的設備。
所得到的是針對原始麵製品的擠壓和它們的乾燥/冷卻的用於生產麵製品的適應性控制，其中該設備能夠與操作人員無關地進行操作。簡單的過程的適應性控制是已知的，但是還不能轉換到這種複雜的過程中。
可以採用已有的傳感器。
同樣可以用機電的和自學控制來代替在乾燥器中用於環境控制的已知的電動氣動控制。
另外，通過考慮室內溫度來實現從乾燥器/冷卻器到室內環境的平緩過渡，以便使製品應力以及變形和破裂最小化。
通過在線控制，過程中斷自動地由可複製的直接的或虛擬的製品溼度的在線測量值來進行補償。通過測量室內溫度並且在單個區域中的乾燥器環境的適應性變化，從而能夠使最終製品穩定，尤其是還能降低最終製品在到貯藏室的途中的破裂頻率。
在線控制使得能夠在生產期間以及在出現過程中斷的情況下使製品的最終質量長時間保持在穩定水平的標準上。具體地說，進行基於製品的控制參數(例如製品溼度)的控制。任何控制參數應該是可測量的並且中斷參數會減少。在最終製品的穩定過程中，室內溫度要被包括在單個乾燥器區域的環境的在線控制中，或者也可以被包括在制品通風中。該麵製品擠壓機也可以被用作一種用於製品特性的傳感器例如生麵團溼度和生麵團稠度。
配方助理自動地提供具體所要求的製品特性的配方數值的第一技術規範。為此配方起始數值從預設定的製品參數中產生出。基於所學習的數據、專業知識以及物理條件，進行基於預設定數值的配方數值的模型化和計算。當出現製品變化時，進行比較以確定對於新的預設定製品參數而言這些配方數值是否充分類似。
隨後的配方優化支持第一配方數值的細微調節，並且通過診斷，從而能夠探測並區別出粗略的誤差，其中操作者被建議哪個誤差需要控制和校正。
在配方優化中，在引入配方時的初始數值被優化，並且在目標數值偏差和被調節的數值偏差之間的關係被模型化。操作者能夠將目標標準調節到所要求的數值上，並且新的被調節的參數可以被自動地給出。也可以進行手動修改。
下面將藉助附圖通過優選實施例來詳細地說明本發明，其中
圖1為在麵製品擠壓設備中的大致流程。
圖2為在乾燥器/冷卻器中的大致流程。
原材料從配料裝置1中被導入到混合揉面機2中，其中粗粒小麥粉和/或麵粉以及水和添加物已經被計量和混合，例如如EP-A-0 426 766B1所述，在混合揉面機中將原材料充分混合併搓揉成原始的生麵團。
該原始的生麵團在混合和搓揉過程的最後到達混合揉面機2的擠壓蝸杆3，通過該蝸杆生產出原始的麵製品。對於長製品，則設有擴散器4。
隨後，溼度大約為30％的溼的原始麵製品被導入振動乾燥器5，並隨後進入預乾燥器6和最終乾燥器7和冷卻器8，其中進行如EP-A-129892和/或EP-A-540699所述的乾燥過程。麵製品從冷卻器中出來時其一般的溼度為11-13％，優選為12.5％。隨後，以普通的方式將幹的麵製品剪切並包裝。
在乾燥器5、6、7的各個部分中以及在冷卻器8中，麵製品的產品溼度和重量損失通過在線傳感器9來被連續地確定。在擠壓蝸杆3內或在擴散器4中也可能設有這樣的在線傳感器9。
可以通過所得到的環境控制來使製品溼度保持在12.5％的最佳值附近，從而最終顯著地減少了破裂，同時提供出質量均勻的麵製品。
附圖標記1.配料裝置2.混合揉面機3.擠壓蝸杆4.擴散器5.振動乾燥器6.預乾燥器7.最終乾燥器8.冷卻器9.在線傳感器
權利要求
1.用於生產麵製品、尤其是用於生產長或短的麵條製品的過程控制以及過程監視的優化方法，其中原材料在混合器/揉面機中充分地被搓揉，並且原始麵製品以潮溼的塑性生麵團條的形式從擠壓螺杆(3)中擠出，並通過乾燥器的被不同地加熱和/或潮溼化的環境區域一直導入到最終的乾燥過程，隨後被冷卻和成形穩定成其最終溼度小於14％，其特徵在於，採用了自動的自控制和調節製品質量控制，它優於傳統的導向系統和線路控制，它是在麵製品的生產過程中通過智能軟體技術和在線傳感器來進行的。
2.如權利要求1的方法，其特徵在於，過程控制和過程監視是在整個過程和在所有部分過程(過程步驟)中進行的。
3.如權利要求1或2的方法，其特徵在於，麵製品的產品溼度測量和/或重量損失測量在加工中尤其是在在線乾燥期間進行。
4.如權利要求3的方法，其特徵在於，在乾燥器中控制溫度曲線。
5.如權利要求3的方法，其特徵在於，控制一種預定並優化的製品溼度曲線或乾燥曲線。
6.如權利要求1的方法，其特徵在於，用統計的和智能的軟體技術產生出過程參數和製品質量之間的模型。
7.如權利要求1-6的方法，其特徵在於，使用神經網絡來進行模型化、優化和控制。
8.如權利要求1-6的方法，其特徵在於，使用模糊系統來進行模型化、優化和控制。
9.如權利要求1-6的方法，其特徵在於，使用解析模型來進行模型化、優化和控制。
10.如權利要求1-6的方法，其特徵在於，使用混合模型來進行模型化、優化和控制。
11.如權利要求10的方法，其特徵在於，採用在權利要求7和8中所提到的技術的組合作為混合模型。
12.如權利要求10的方法，其特徵在於，採用權利要求7、8和9中所提到的技術的組合作為混合模型。
13.如權利要求1-12的方法，其特徵在於，使用遺傳算法或其他優化算法來進行模型化、優化和控制。
14.如權利要求1的方法，其特徵在於，採用虛擬傳感器來替代在線傳感器。
15.如權利要求1-14之一的方法，其特徵在於，提供對於特定製品特性所需要的配方數值的第一技術規範。
16.如權利要求1-14之一的方法，其特徵在於，在新製品的開發過程中提供對於特定製品特性所需要的配方數值的第一技術規範。
17.如權利要求1或15之一的方法，其特徵在於，在起始過程中優化初始數值並且在目標參數偏差和被調整的參數變化之間進行模型化。
18.用於優化過程控制以及過程監視的設備，特別是用於根據權利要求1的方法生產長或短的麵製品的設備，其中該設備包括配料裝置(1)、混合揉面機(2)、擠壓蝸杆(3)以及乾燥器/冷卻器(5，6，7，8)，其特徵在於，在擠壓蝸杆(3)以及在乾燥器(5，6，7)和冷卻器(8)中，設有在線傳感器(9)，以便確定出麵製品的重量損失和溼度。
19.如權利要求18的設備，其特徵在於，設有具有至少一個在線傳感器(9)的擴散器(4)。
20.如權利要求18或19的設備，其特徵在於，在線傳感器與一設備控制裝置相連。
全文摘要
本發明涉及一種用於優化生產麵製品的過程控制和過程監視的方法和設備。本發明的目的在於改進乾燥控制並降低次品率。為達到該目的,提供了一種採用了在線傳感器(9)和智能軟體技術的乾燥器溼度調節器。
文檔編號F26B21/06GK1345408SQ00805852
公開日2002年4月17日 申請日期2000年3月21日 優先權日1999年4月28日
發明者維爾納·塞勒, 漢斯·託布勒, 弗朗斯·古斯特, 馬塞爾·布魯維勒, 穆庫爾·阿加瓦爾 申請人:布勒公司