[發(fā)明專利]甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310283995.2
• 申請(qǐng)日: 2013-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN103323484A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒙艷玫;余弦;何海平;陸冠成;董振;王小純;龐海鋒;葉俊科;鄭康元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué);南寧市合辰科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N25/14
• 分類號(hào): G01N25/14;C13B25/06
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 45104
• 代理人: 黃永校

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及甘蔗制糖技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)預(yù)測(cè)方法。

二、背景技術(shù)

甘蔗煮糖過程是甘蔗制糖生產(chǎn)最重要的環(huán)節(jié)，也是我國(guó)甘蔗制糖企業(yè)唯一沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的工序，其關(guān)鍵因素是目前對(duì)影響甘蔗煮糖結(jié)晶過程的糖液過飽和度沒有實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，即使通過其他很多方法間接測(cè)量，但是結(jié)果并不理想，也無法作為判斷的依據(jù)。甘蔗煮糖結(jié)晶過程實(shí)質(zhì)是糖漿在煮糖結(jié)晶罐中完成液-固轉(zhuǎn)換的過程。結(jié)晶罐內(nèi)處于過飽和度介穩(wěn)區(qū)的糖膏，可使結(jié)晶罐內(nèi)存在的晶體不斷長(zhǎng)大，逐步結(jié)晶生成成品糖。國(guó)外甘蔗煮糖過程自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)有了較多的應(yīng)用，但對(duì)于國(guó)內(nèi)甘蔗制糖企業(yè)來說，引進(jìn)一套國(guó)外的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其前期設(shè)備投入巨大，價(jià)格昂貴，而國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的甘蔗煮糖自動(dòng)控制系統(tǒng)大多數(shù)還處于試驗(yàn)階段。絕大多數(shù)甘蔗制糖企業(yè)的煮糖過程仍是通過人工拉取采樣棒抽取糖膏，在玻璃片上通過煮糖工人觀察糖膏晶粒均勻度、糖膏緊結(jié)程度、母液的含蜜量及吸收情況等現(xiàn)象，從而對(duì)晶粒的結(jié)晶狀態(tài)進(jìn)行評(píng)判分析，以分析的結(jié)果及糖液的錘度為依據(jù)判斷決定入料閥門的開度或者入水閥門的開度。

根據(jù)我們對(duì)國(guó)內(nèi)部分甘蔗制糖企業(yè)煮糖工段生產(chǎn)一線的調(diào)研，煮糖工人的煮糖操作技術(shù)大部分是由經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅言傳身教。這種方式雖然切實(shí)可行，但是最終的產(chǎn)品質(zhì)量無法擺脫人為因素的影響，煮糖生產(chǎn)過程無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)，規(guī)模和效應(yīng)也無法與國(guó)外都比擬，更不能解決靠手工操作煮糖的落后現(xiàn)狀。甘蔗煮糖過程中要控制好起晶、養(yǎng)晶等操作，就要充分了解煮糖設(shè)備工作原理、熟悉煮糖過程中物料及糖膏的母液過飽和度、糖膏溫度、粘稠度、液位、加熱蒸汽壓力、汁汽室真空度等條件。

而一些甘蔗制糖企業(yè)安裝了在線錘度檢測(cè)設(shè)備的自動(dòng)控制煮糖系統(tǒng)，通過固定真空度、蒸汽壓力，然后調(diào)節(jié)入料量來控制糖膏的錘度，得到的糖膏不緊結(jié)，晶粒不整齊，在過篩后晶粒小的需重新再結(jié)晶，增加了煮糖時(shí)間及能源消耗，且影響蔗糖的質(zhì)量。因此，目前絕大多數(shù)甘蔗制糖企業(yè)的煮糖過程仍是通過人工操作來實(shí)現(xiàn)煮糖，各種過飽和度的檢測(cè)方法為煮糖工人對(duì)煮糖結(jié)晶狀態(tài)的判斷提供了依據(jù)。在煮糖過程中，煮糖工人是綜合考慮各影響因素（錘度、溫度、真空度等），對(duì)結(jié)晶狀態(tài)進(jìn)行判斷，才決定下一步操作。

甘蔗煮糖結(jié)晶過程既有傳熱又有傳質(zhì)，各種因素相互作用、相互影響，是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)和物理過程。由于甘蔗煮糖過程機(jī)理異常復(fù)雜，所包含的信息有定性、定量等多種模態(tài)，因此，在目前甘蔗煮糖結(jié)晶機(jī)理模型的研究尚不很成熟以及甘蔗煮糖過程的自動(dòng)控制不理想的前提下，結(jié)合專家知識(shí)，將粗糙集、支持向量機(jī)和專家系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，研究適用于甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，模仿專家以及煮糖工人在甘蔗煮糖過程中對(duì)結(jié)晶狀態(tài)判斷的過程，對(duì)甘蔗煮糖過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究具有極其重要的意義。

目前，尚未有公開文獻(xiàn)及專利報(bào)道一種甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)預(yù)測(cè)方法。

三、發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有甘蔗煮糖技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)的有效預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果可作為甘蔗煮糖過程自動(dòng)化控制的有力依據(jù)，從而提高甘蔗煮糖工藝的自動(dòng)化水平，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

（1）獲取甘蔗煮糖過程的歷史數(shù)據(jù)樣本，以影響甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)的糖膏錘度、糖膏溫度、真空度、入料流量、蒸汽溫度和蒸汽壓力六個(gè)因素作為條件屬性，結(jié)晶狀態(tài)級(jí)別作為決策屬性，構(gòu)建甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)預(yù)測(cè)的原始決策表；

（2）采用模糊C-均值聚類方法對(duì)原始決策表進(jìn)行離散化處理，得到條件屬性離散值和決策屬性離散值；

（3）采用粗糙集理論對(duì)經(jīng)過離散化處理的原始決策表進(jìn)行屬性約簡(jiǎn)和屬性值約簡(jiǎn)，得到最終決策表；

（4）對(duì)最終決策表進(jìn)行規(guī)則提取，并將提取后的規(guī)則存儲(chǔ)到專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中，從而完成離線知識(shí)的獲取，同時(shí)，以專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則作為樣本，構(gòu)建基于支持向量機(jī)的結(jié)晶狀態(tài)預(yù)測(cè)規(guī)則在線學(xué)習(xí)模型；

（5）從動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取影響甘蔗煮糖過程結(jié)晶狀態(tài)的因素的實(shí)時(shí)值，并將其作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)樣本；

（6）按步驟（2）的離散化處理方法對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行離散化處理，得到實(shí)時(shí)的條件屬性離散值；

（7）根據(jù)步驟（6）得到的條件屬性離散值，專家系統(tǒng)的推理機(jī)采用正向推理策略從專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中選擇有關(guān)的知識(shí)進(jìn)行規(guī)則匹配，如果匹配成功，跳轉(zhuǎn)至步驟（8）；如果匹配不成功，則跳轉(zhuǎn)至步驟（9）；

（8）直接輸出結(jié)晶狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果，跳轉(zhuǎn)至步驟（11）；