酱油糖色回收设计与实现
时间：2023-04-20 20:15:04 来源：千叶帆 本文已影响人
陈荣亮
在酱油(老抽)的生产工艺中，会添加焦糖色用于调和酱油的色泽，而焦糖色运输一般用塑胶材质的包装容器，包装容器清洗干净后可循环使用。焦糖色的黏度较高，所以包装容器内的焦糖色很难完全倒出使用，粘着在包装容器内壁的焦糖色直接用水冲洗会浪费大量清水资源，而且还会产生大量污水，造成环境污染，从而增加污水处理的成本，造成能源损耗大、酱油成本居高不下等情况。
为了解决上述问题，设计了一种酱油焦糖色回收设备，不但可以回收焦糖色和清洗包装容器，也能实现自动化操作，减少工作人员数量，降低劳动强度，真正意义上实现减员增效。目前，国内酱油焦糖色回收设备研发处于空白地带，由于酱油的特殊性，不同行业的设备应用于酱油行业时，都须进行重新调试或设计。此次设计主要基于实际工艺要求，对设备进行实施和验证，从而达到酱油焦糖色回收和包装容器清洗的目的。
糖色回收设备控制系统原理如图1所示。本次设计的设备是基于自动化控制的糖色回收、污水回收和循环利用的清洗包装桶的设备系统，包括S7- 200PLC、Smart700IE触摸屏、FC- 051变频器、红外传感器、液位控制器等。红外传感器装在整条运输带顶部，当包装桶顶部触碰到红外传感器连接的单向摆柄(增设摆柄是为了增加红外传感器与包装桶的距离，避免清洗时液体溅射到传感器上，影响使用效果)时，PLC接收到信号输入，从而反映此工位动作，包括开阀和启动电泵等。
图1 设备控制系统原理图
1.1 报警机构
本系统包括报警机构，用于缓冲水箱和污水回收箱的液位高低报警，防止缓冲水箱和污水回收箱不够水和电泵空转的情况。报警灯通过继电器接入PLC的输出模块。
1.2 人机界面
系统中采用触摸屏作为人机界面[1]，显示操作画面，进行参数修改和指令输入。通过触摸屏可实现运输带速度快慢，电泵、气泵和阀门的开启与关阀等参数的设定和修改；
实现预设每个工位的实际工作时间；
显示清洗状态、电泵、气泵和阀门的启停等；
并可对工作进程进行实时监控。
当在触摸屏输入相应参数后，选择自动模式，按启动键，系统进入检测程序，检测污水回收箱和清水缓冲箱的液位是否达上限值，达上限值才能启动运输带，否则报警并开启缓冲水箱和污水回收箱的补水电磁阀。当液位上升到上限值后，报警解除并启动运输带。
1.3 自动化运作
包装桶顶部触碰到红外传感器的摆柄后，红外传感器对PLC输入模块传送信号[2]，PLC按程序运行并输出开启阀门和启动电泵的指令，清洗时间按预设参数关闭阀门和停止电泵，再次启动运输带进入下一个工位。
运行期间，当糖色回收箱和污水回收箱的液位传感器在液位达上限值时，液位传感器对PLC输入模块传送信号，PLC按照程序运行并输出开启阀门和启动气泵的指令，将箱内液体抽出，直到液位到达下限值时，液位传感器对PLC输入模块传送信号，PLC按程序运行并输出关闭阀门和停止气泵的指令。
每个清洗工位顶部都需要安装红外传感器，非清洗工位可选择性安装，糖色回收箱、污水回收箱和清水缓冲箱需要安装液位传感器，而糖色回收槽、污水回收槽、复用水集水槽、糖色回收缸和污水处理缸可选择性安装。
本设计提供的优选糖色回收方法运作流程(见图2)：设备初始化，按实际需求将各工位所需时长以参数形式输入触摸屏，设备通过液位传感器检测污水回收箱和缓冲水箱的液位，达上限值才能启动输运带，否则报警并自动补水，当补水达上限值后报警解除，启动运输带将包胶桶送入设备。
图2 酱油焦糖色回收设备运作流程图
因酱油糖色的黏度较高，直接用豉油清洗所需时间较长，而将豉油加热到60 ℃后，将大大缩短糖色的冲洗时间。首先用60 ℃豉油清洗包装桶内壁，60 ℃豉油将原先黏稠的糖色稀释混合，混合后的糖色流至糖色回收箱，当回收箱达液位传感器上限值时启动气泵，将糖色抽回豉油缸内，循环使用。完成豉油清洗后，再进行清水清洗。
清水清洗分为两部分，第一部分清水清洗完后循环利用，即复用水，当污水回收箱的污水达一定浓度后，启动气泵将污水回收箱的污水抽出集中处理；
第二部分清水清洗，清洗后流至集水槽，集水槽液位到达上限值后开阀，会流进污水回收箱作第一部分清水/复用水清洗使用。当包装桶清洗干净后，最后进行吹风，将包装桶内壁和外表面的水滴吹干，当运输带将桶送出设备后，整个流程结束。
设备的工艺步骤包括豉油清洗、滴油、清水/复用水清洗、滴水、清水清洗、滴水和吹风，通过这些步骤来实现酱油焦糖色回收[3]和包装容器清洗的目的。上述所有步骤都在酱油焦糖色回收设备中完成，设计设备整体为封闭式框架结构，运作时仅留包装容器[4]进口和出口，包装容器由不锈钢运输带带动，全部工艺步骤均由自动化控制实施。
3.1 豉油清洗
当操作人员将包装容器倒放在运输带上后，运输带将包装容器送进设备内，当包装容器触碰到第一个工位的传感器后，运输带停止运行，电磁阀打开，60 ℃豉油被离心泵加压，从运输带底部的旋转喷头[5]喷出，形成水柱状冲击包装容器内壁和底部粘着的糖色，豉油和糖色混合后再流入糖色回收槽内；
当到达预设时间后，第一工位动作停止，运输带启动，将包装容器运至第二个工位并触碰到传感器后，重复与第一个工位相同的清洗动作。
3.2 滴油
用60 ℃豉油清洗后，运输带运行至下一工位，在此工位，包装容器在静止状态下豉油和糖色混合物会自然往下流到糖色回收槽内，糖色回收槽和糖色回收箱是相通的，糖色回收槽集满后溢流至糖色回收箱，当糖色回收箱的液位达液位传感器上限值后，启动气泵将油抽至糖色回收缸内，当糖色回收箱的液位降至下限值时停泵。
3.3 清水/复用水清洗
当到达预设时间后，运输带再启动将包装容器运至下一个工位直到触碰到传感器后停止。清水通过离心泵加压，从运输带底部的旋转喷头喷出，形成水柱状清洗包装容器内壁和底部，四周上、中、下多角度高压喷头喷洗包装容器外壁，清洗产生污水会流至污水回收箱，循环使用。
3.4 滴水
用清水/复用水清洗后，运输带运行至下一工位，在此工位，包装容器静止状态下污水会自然往下流到污水回收槽内，污水回收槽和污水回收箱是相通的，污水回收槽集满后溢流至污水回收箱，污水回收箱的污水达到一定浓度后启动气泵将污水抽进污水处理缸进行集中处理，当污水回收箱的液位降至液位传感器的下限值后停止气泵，复用水集水槽与污水回收槽之间的电磁阀打开，补充污水集水槽和污水回收箱水位。
3.5 清水清洗
运输带再启动将包装容器运至第6个工位直到触碰到传感器后停止。清水通过离心泵加压，再次从运输带底部的旋转喷头冲洗包装容器内壁和底部，四周各高压喷头再对包装容器外壁进行冲洗，经多次清洗后，包装容器内壁和外壁彻底清洗干净；
为确保清水有足够水量被离心泵加压，设置了一个清水缓冲箱，当清水缓冲箱液位降至传感器下限值时，自动补充自来水。
3.6 滴水
用清水清洗后，运输带运行至下一工位，此工位是包装容器静止状态下污水会自然往下流到复用水集水槽，可作前一清洗工位使用。
3.7 吹风
运输带再启动将包装容器运至最后一个工位直到触碰到传感器后停止，鼓风机产生强风从运输带底部和包装容器四周吹风，将包装容器的水滴吹干，当此工位完成作业后，运输带将包装容器运出设备外。
本文设计的酱油糖色回收工艺和设备通过安装使用后，酱油糖色回收率和包装容器的清洗效果都能满足使用要求，达到预期效果，能有效地回收和利用粘着在包装容器内壁的酱油糖色，同时集中和减少污水的处理，降低生产成本，提高市场竞争力。通过对设备的设计和实现，满足了设备自动化操作，降低了操作人员的劳动强度，大大提高了酱油糖色的利用率，既节能减排，又可以减员增效，符合企业可持续发展的需要，具有广阔的发展前景。
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