挑战
解决方案
成果
背景
作为母乳的替代品，奶粉可能听起来没那么美味可口，但这是世界上一些备受欢迎又富含营养的食品里不可或缺的成分，比如巧克力、面包、婴儿食品。最终产品需要保留天然牛奶的所有理想特性，诸如颜色、风味、溶解度和营养价值，因此，把原料奶制成干粉是一个很容易受到影响的过程。
迈高集团的工程师清楚地认识到牛奶干燥过程中涉及的复杂问题。迈高是澳大利亚大型的牛奶加工企业，也是该国的大型加工产品出口商之一，该集团将全国 35% 的牛奶供应制成产品，销往国内外市场。该集团采用来自 3000 多个乳牛场的牛奶，在分布于维多利亚州和塔斯马尼亚州的九个工厂进行加工。
迈高集团成立于 1950 年，已运用多项新技术优化生产流程。两年前，该公司采用了一套创新系统，以自动化的方式监测并精确控制奶粉生产过程中很关键的环节——最终干燥环节。
面临的挑战
粉状物在漏斗状的料斗过筛，然后运送至包装区。塔的大小、处理的牛奶类型以及处理的方式不同，所能生产吨数会发生变化。100 升全脂牛奶可以大约制成 13 千克全脂奶粉或 9 千克脱脂奶粉。迈高集团最小的干燥机每小时能够制成 1.2 吨奶粉，最大的干燥机每小时可以处理 7 吨。
影响奶粉质量的其中一个关键变量就是奶粉的水分含量。奶粉所含水分大约应该在 3% 至 6%，具体视最终用途而定。要达到适宜的水分等级，关键在于控制入塔空气、静态流化床以及振动流化床的温度。
在过去，迈高集团通过手动更改温度设置点的方式来控制产量与水分含量。操作员从每小时一次的水分取样中获取反馈信息，然后根据经验做出决定。考虑到保持奶粉中水分平衡的重要性，该公司的工程师意识到一个小时一次的时间间隔太过漫长。对每小时取样进行测试，结果显示水分差异高达 0.3%。为了生产质量更一致的产品，需要按照干燥机的预测模型，自动调整温度设定点。
维持温度和水分平衡对保持尽可能高的产量水平而言同等重要。当排出空气中的水分过高时，干燥机可能会发生堵塞并停机，导致时间、资源的浪费，产量也就相应减少。
“我们知道我们需要应用一套自动化系统，降低奶粉中的水分差异。”迈高集团自动化与设备工程师 Geoff Rome 说道，“我们当时的目标是寻找一套解决方案，帮助我们保持稳定的质量，同时增加成品的产量。”
解决方案
为了实现这些目标，迈高集团选择了罗克韦尔自动化乳制品干燥机解决方案，该套解决方案由罗克韦尔软件的模型预测控制 (MPC) 与优化技术提供支持。这套解决方案不断收集每个干燥机的数据，利用预测模型计算适宜温度和设定点，从而控制与保持生产过程中所需湿度。
该解决方案可以管理牛奶固体浓缩物中的差异、进气相对湿度及其它可影响干燥效率的因素。减小水分差异可在不牺牲产品质量的情况下改善平均含水量目标。这可以提升牛奶固形物的产出，提高干燥机产量并降低每吨成品的能源用量。
具体而言，该系统利用质量预测 – Soft Sensors 进行内联推断式质量测量，实现更频繁的实时控制反馈。这个系统每隔 15 秒自动收集输入数据，大大降低了水分含量差异，而无需要求操作员经常性地手动检查干燥流程。
每隔一小时利用红外分光光度计对一份实体样品进行一次分析，以确认模型是否适宜。分析结果会自动反馈到模型系统，在需要之时自动做出调整。
成果
“罗克韦尔自动化的 MPC 解决方案就如同优秀的操作员，一周七天、一天 24 小时都有优异表现。”Rome 说道，“最终，我们获得了始终如一的高品质产品。”
在应用了模型预测控制解决方案之后，每台干燥机的水分差异水平平均降低了 52%，大大超过迈高集团预期的 35%。因此，该公司的四台干燥机平均每天多生产一吨奶粉产品。
“我们能够在原来基础上多生产几吨奶粉，我们对罗克韦尔自动化解决方案的投资也就物有所值了。”Rome 说道，“我们的能源成本降低了，投入产出比也因此提高 5%-10%。”
和其他奶粉生产商一样，迈高集团正在转向生产需要满足上乘质量标准的高价值特色产品，如蛋白粉。由于这类产品有着精确的技术规范，可以设定的操作参数范围更加狭窄与严格。对于生产蛋白粉的干燥机，迈高集团实施了早期参与控制，让干燥机在启动后数分钟内实现理想的热效率。
可在基于浏览器的界面中实时可视化，呈现各种指标，助力操作员和管理层监视生产、质量和能源绩效指标。这些仪表板可显示和管理工厂当前及预测绩效，实现并保持干燥机解决方案投资在整个生命周期内的业务价值。
科洛特镇工厂是迈高集团旗下应用罗克韦尔自动化干燥机解决方案的第二个工厂。迈高集团旗下的利昂加萨镇工厂也在使用这个系统。有鉴于这两个工厂取得的成功，该公司开始寻找其他机会，为旗下其他工厂的蒸发器、干燥机与锅炉解决方案寻求优化方案。
以上仅说明迈高集团使用罗克韦尔自动化产品及服务与其他产品相结合所取得的成果。其他客户取得的具体成果可能会有所不同。
发布时间 2019年12月21日
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