PLC在乳品廠凈乳過(guò)程中的應(yīng)用

1 概述
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的乳制品在我國(guó)市場(chǎng)出現(xiàn)，不斷滿(mǎn)足人們的需求。但這些乳品從內(nèi)在品質(zhì)上良莠不齊；除了其他的因素外，凈乳這道工序的好壞，起著十分重要的作用，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。我們?cè)O(shè)計(jì)研制開(kāi)發(fā)的凈乳機(jī)控制器系統(tǒng)，與國(guó)外現(xiàn)使用同類(lèi)型的產(chǎn)品相比較，具有操作直觀、方便，控制準(zhǔn)確、性能價(jià)格比較高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。并已經(jīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，開(kāi)始走向產(chǎn)品化的進(jìn)程。
2 系統(tǒng)工藝流程
現(xiàn)代化的乳制品企業(yè)中，凈乳是十分重要的生產(chǎn)工序。它可以將產(chǎn)品中的機(jī)械雜質(zhì)去掉，同時(shí)也可以除去塵埃，細(xì)胞碎片等，有效的控制了原奶的潔凈度。凈乳機(jī)的工藝過(guò)程設(shè)置，主要由五個(gè)部分組成：?jiǎn)?dòng)、預(yù)熱、循環(huán)、產(chǎn)品、CIP等組成；動(dòng)作由大排渣，小排渣，溢流組成。而每個(gè)部分，動(dòng)作不相同；啟動(dòng)、預(yù)熱： 對(duì)凈乳機(jī)來(lái)說(shuō)，接收啟動(dòng)系統(tǒng)的信號(hào)，完成電機(jī)的星—角轉(zhuǎn)換等動(dòng)作，在初始狀態(tài)下，系統(tǒng)進(jìn)行一次大排渣；循環(huán)：凈乳機(jī)只完成本身定期的小排渣動(dòng)作；產(chǎn)品狀態(tài)下：凈乳機(jī)除了本身定期的小排渣之外，還定時(shí)接收遠(yuǎn)程控制器發(fā)出的大排渣和溢流命令；CIP：在此狀態(tài)下，凈乳機(jī)定時(shí)接收并完成遠(yuǎn)程控制器的大排渣和溢流命令。
2.1 關(guān)碗水和開(kāi)碗水
關(guān)碗水和開(kāi)碗水動(dòng)作：開(kāi)碗水主要是打開(kāi)腔體，對(duì)凈乳機(jī)腔體進(jìn)行清理，關(guān)碗水是通過(guò)水的壓力，將腔體托起如圖2：在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，可以在固定時(shí)間內(nèi)，發(fā)出脈沖關(guān)碗水動(dòng)作，滿(mǎn)足系統(tǒng)按時(shí)補(bǔ)水的要求。
2.2 大排渣、小排渣及溢流
如表1，大排渣、小排渣的動(dòng)作是由開(kāi)碗水、關(guān)碗水的兩個(gè)電磁閥動(dòng)作組合。小排渣的主要任務(wù)：相對(duì)短時(shí)間對(duì)設(shè)備進(jìn)行清理。其動(dòng)作時(shí)序，如圖l，關(guān)碗水的動(dòng)作是由前沖洗，后沖洗構(gòu)成。部分排渣是開(kāi)碗水動(dòng)作；大排渣的主要任務(wù)：固定時(shí)間由遠(yuǎn)程控制器發(fā)送給控制器，對(duì)設(shè)備進(jìn)行清理。相對(duì)小排渣而言，是幾次小排渣后，大排渣是對(duì)凈乳機(jī)腔體進(jìn)行的較為徹底的清理。溢流是對(duì)腔體上部和管道的清理，通過(guò)定時(shí)對(duì)備壓閥的關(guān)閉(憋壓)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這三個(gè)動(dòng)作時(shí)間可在面板上設(shè)定。在自動(dòng)狀態(tài)下，是由遠(yuǎn)程控制器來(lái)發(fā)出此命令。小排渣，大排渣也有一定的區(qū)別，小排渣時(shí)，掙乳機(jī)照樣進(jìn)料，而大排渣時(shí)，由于對(duì)凈乳機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)影響較大，需關(guān)閉進(jìn)料閥，等待凈乳機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)提高到一定程度后，再打開(kāi)進(jìn)料閥。此時(shí)間可以設(shè)定。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
一般來(lái)說(shuō)，高品質(zhì)的凈乳系統(tǒng)，除了具有準(zhǔn)確的溫度處理和合理工藝結(jié)構(gòu)外，還需要完備和可靠的控制功能結(jié)構(gòu)。目前，凈乳機(jī)的控制一般采用分散就地的控制方式，難于集中控制，不利于統(tǒng)一進(jìn)行生產(chǎn)管理。而此系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用上、下位機(jī)控制，組成多控制器集中控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？梢栽谏衔粰C(jī)畫(huà)面上對(duì)凈乳機(jī)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，還可以顯示凈乳機(jī)的工作狀態(tài)，重要參數(shù)的歷史趨勢(shì)圖和對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的保存，便于操作，實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視凈乳的運(yùn)行過(guò)程。
如圖2，集中控制器選擇CONTROLLOGIX5550系列，該控制器易于和現(xiàn)有PLC系統(tǒng)集成，不僅具有先進(jìn)的通信和輸入、輸出能力，而且可同時(shí)提供順序、過(guò)程及運(yùn)動(dòng)控制功能，模塊化的系統(tǒng)使用戶(hù)方便地設(shè)計(jì)、裝配和修改?，F(xiàn)場(chǎng)就地凈乳機(jī)控制器系統(tǒng)采用SIEMENS公司較為成熟SIMATIC S7—200系列CPU224處理器。該處理器集成14INPUT／10OUTPUT數(shù)字量I／O點(diǎn)，并擴(kuò)展EM222、 EM231模塊，增加擴(kuò)展功能，選擇MPI通訊協(xié)議，與其它設(shè)備組成通訊網(wǎng)絡(luò)。操作面板選用SIEMENS公司觸摸屏OP7，在OP7上可以設(shè)置和修改有關(guān)參數(shù)，以上這些功能配置，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。
4 程序設(shè)計(jì)和編程
整個(gè)系統(tǒng)軟件分為上、下位機(jī)兩部分。上位機(jī)在Windows 2000操作系統(tǒng)下，用Intouch7．0進(jìn)行軟件組態(tài)。上位機(jī)作為人機(jī)界面，實(shí)時(shí)接收下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)，將各種報(bào)警數(shù)據(jù)、閥門(mén)的狀態(tài)顯示出來(lái)。下位機(jī)軟件CONTROLLOGIX主要完成進(jìn)料口閥、出料口閥，大排渣等的控制。這里重點(diǎn)介紹控制器下位機(jī)軟件。

在V3．1 STEP 7—Micro／Win32軟件環(huán)境下進(jìn)行編制。S7-200系列PLC豐富的功能指令和符號(hào)尋址方式極大方便了編程。在程序中應(yīng)用A／D轉(zhuǎn)換的數(shù)字濾波、功能塊、數(shù)據(jù)塊、和通訊接口等功能，充分體現(xiàn)PLC功能控制的特點(diǎn)，使程序簡(jiǎn)潔、直觀。程序結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，梯形圖方式編程。程序分為如下幾個(gè)部分：主程序、初始化程序、輸入程序、產(chǎn)品程序、CIP程序、模擬量處理程序、報(bào)警程序、輸出程序、供料泵控制程序、入料口控制程序和通訊程序等組成。圖3為“產(chǎn)品”處理模塊部分程序框圖。程序中V55．1為控制器面板“產(chǎn)品”按鍵， V105．5為遠(yuǎn)程控制器置位位?！爱a(chǎn)品”狀態(tài)時(shí)，當(dāng)V101．1為1，C1、C3開(kāi)始計(jì)時(shí)，SM0．4按分脈沖計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)滿(mǎn)VW0時(shí)，允許小排動(dòng)作。C1重新計(jì)數(shù)，V55．1為1，啟動(dòng)C2，SM0．5按秒脈沖計(jì)時(shí)，為前沖洗狀態(tài)，V60．2為1，關(guān)碗水電磁閥動(dòng)作。當(dāng)V55．2為1，V60．0為1，開(kāi)碗水電磁閥動(dòng)作，并持續(xù)VW4時(shí)間，同樣，當(dāng)V55．4為1，置為后沖洗狀態(tài)，保持關(guān)碗水動(dòng)作。這樣，程序一個(gè)周期的小排渣結(jié)束，程序繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行。

由于采用集中控制系統(tǒng)，這就要求程序控制除了保證工藝的時(shí)序性，還必須協(xié)調(diào)系統(tǒng)的同步性，也就是說(shuō)，CONTROLLOGIX處理器和SIEMENS處理器動(dòng)作必須一致。
在程序設(shè)計(jì)上，設(shè)置軟件通訊握手位，實(shí)時(shí)與CONTROLLOGIX處理器進(jìn)行通訊，必要時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如表1所示，在由“循環(huán)”狀態(tài)轉(zhuǎn)到“產(chǎn)品”狀態(tài)時(shí)，處理器既要完成自己的小排渣動(dòng)作，還要接收CONTROLLOGIX發(fā)出的大排渣動(dòng)作，正常的動(dòng)作時(shí)序是大排渣間隔是1小時(shí)，小排渣的間隔是16分鐘，如果兩者相隔時(shí)間太近，會(huì)造成沒(méi)有必要的浪費(fèi)，也影響凈乳的效果。用如下的編程方法實(shí)現(xiàn)了上述功能。如圖4，其中C6，C7分別為小排渣計(jì)數(shù)器和復(fù)位計(jì)數(shù)器，m16．2為大排渣動(dòng)作，v60．3為“循環(huán)”狀態(tài)位。當(dāng)“循環(huán)”時(shí)，小排渣始終進(jìn)行，C6不復(fù)位；“產(chǎn)品”狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)大排渣之間(1小時(shí))，進(jìn)行三次小排渣，C7對(duì)C6復(fù)位，重新計(jì)數(shù)。

程序具有較為齊備的故障檢測(cè)功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各檢測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)溫度過(guò)熱、緊急停車(chē)、運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)速過(guò)低、壓縮空氣工作壓力低、操作水壓力低的情況下，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生聲、光報(bào)警，緊急停車(chē)，待故障解除后，可通過(guò)解除報(bào)警鈴、燈光閃爍等，來(lái)重新恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。
5 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，該控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)作準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，完全達(dá)到工藝設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)凈乳后的原奶，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)(單位顆粒度、感觀、氣味)完全達(dá)到或超過(guò)對(duì)此道工序的要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，大大增強(qiáng)企業(yè)的生產(chǎn)能力，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。整套系統(tǒng)受到用戶(hù)的好評(píng)，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

［１］SIEMENS SIMATIC STEP.７. 程序設(shè)計(jì)［Ｓ］．編程手冊(cè)
［２］SIEMENS SIMATIC S7—200應(yīng)用示例［Ｓ］
［３］WESTFALIA凈乳機(jī)操作手冊(cè)［Ｓ］