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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、風味、溶解度和營養(yǎng)價值外，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)量的其中一個關鍵變量就是奶粉的水分含量。奶粉所含水分大約應該在 3% 至 6%，具體視用途而定。要達到適宜的水分等級，關鍵在于控制入塔空氣、靜態(tài)流化床以及振動流化床的溫度。

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到一個小時一次的時間間隔太過漫長。對每小時取樣進行測試，結果顯示水分差異高達 0.3%。為了生產(chǎn)質(zhì)量更一致的產(chǎn)品，需要按照干燥機的預測模型，自動調(diào)整溫度設定點。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。當排出空氣中的水分過高時，干燥機可能會發(fā)生堵塞并停機，導致時間、資源的浪費，產(chǎn)量也就相應減少。

解決方案

通過選擇羅克韋爾自動化乳制品干燥機解決方案，該套解決方案由羅克韋爾軟件的模型預測控制 (MPC) 與優(yōu)化技術提供支持。這套解決方案不斷收集每個干燥機的數(shù)據(jù)，利用預測模型計算適宜溫度和設定點，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。這可以提升牛奶固形物的產(chǎn)出，提高干燥機產(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)量預測 – Soft Sensors 進行內(nèi)聯(lián)推斷式質(zhì)量測量，實現(xiàn)更頻繁的實時控制反饋。這個系統(tǒng)每隔 15 秒自動收集輸入數(shù)據(jù)，大大降低了水分含量差異，而無需要求操作員經(jīng)常性地手動檢查干燥流程。

每隔一小時利用紅外分光光度計對一份實體樣品進行一次分析，以確認模型是否適宜。分析結果會自動反饋到模型系統(tǒng)，在需要之時自動做出調(diào)整。

成果

在應用了模型預測控制解決方案之后，每臺干燥機的水分差異水平平均降低了 52%，大大超過預期的 35%。因此，該公司的四臺干燥機平均每天多生產(chǎn)一噸奶粉產(chǎn)品。由于這類產(chǎn)品有著技術規(guī)范要求，可以設定的操作參數(shù)范圍更加狹窄與嚴格。對于生產(chǎn)蛋白粉的干燥機，邁高集團實施了早期參與控制，讓干燥機在啟動后數(shù)分鐘內(nèi)實現(xiàn)理想的熱效率。

可在基于瀏覽器的界面中實時可視化，呈現(xiàn)各種指標，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。這些儀表板可顯示和管理工廠當前及預測績效，實現(xiàn)并保持干燥機解決方案投資在整個生命周期內(nèi)的業(yè)務價值。