ControlNet大豆分離蛋白生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

一、引言
大豆分離蛋白的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、質(zhì)量控制要求嚴(yán)格。我國(guó)現(xiàn)有的絕大部分大豆分離蛋白生產(chǎn)線工藝設(shè)備落后，生產(chǎn)過程控制水平低下，因而產(chǎn)品質(zhì)量不高，無法形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。2000年哈爾濱某大豆食品公司引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的工藝及關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，聯(lián)合國(guó)內(nèi)有關(guān)單位設(shè)計(jì)了一套以ControlNet為主的包括羅克韋爾自動(dòng)化NetLinx三層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，建成了一條具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高質(zhì)量現(xiàn)代化大豆分離蛋白自動(dòng)控制生產(chǎn)線。

二、大豆分離蛋白生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介
大豆分離蛋白工藝過程主要有以下幾道工序：（1）浸出工序，（2）酸沉分離工序，（3）中和工序，（4）閃蒸工序，（5）干燥工序。
整個(gè)生產(chǎn)車間分為濕區(qū)和干區(qū)。濕區(qū)完成浸出、酸沉分離及中和三道工序，工藝較復(fù)雜，檢測(cè)控制點(diǎn)較多，有溫度、流量、酸堿度等被控量，并要求對(duì)這些被控量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制；干區(qū)完成閃蒸和干燥兩道工序，被控量主要是壓力和溫度，且生產(chǎn)中干區(qū)的壓力和溫度都較高，對(duì)工藝過程有嚴(yán)格的先后順序要求及互鎖要求，需要嚴(yán)格的安全保護(hù)。為提高控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度，保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，要求對(duì)濕區(qū)和干區(qū)分別進(jìn)行控制，并進(jìn)行通信、相互協(xié)調(diào)。

大豆分離蛋白生產(chǎn)線生產(chǎn)的蛋白粉可作為多種食品的原料，其生產(chǎn)配方多達(dá)十幾種。在不同的配方工藝生產(chǎn)過程中，需要添加的組份種類不同、甚至配比也不同，而且生產(chǎn)過程的酸堿度、浸出酸沉溫度、老化溫度及時(shí)間、噴霧干燥壓力及溫度等也都各不相同，需要靈活方便的配方生產(chǎn)控制。

三、以ControlNet為主的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
針對(duì)生產(chǎn)線分散程度大、對(duì)實(shí)時(shí)控制及互鎖邏輯控制要求高、需要靈活方便的配方生產(chǎn)控制等特點(diǎn)，采用了以羅克韋爾自動(dòng)化公司的ControlNet為主的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大豆分離蛋白生產(chǎn)全過程的自動(dòng)控制。系統(tǒng)能夠可靠有效地完成實(shí)時(shí)、精確的過程控制、順序邏輯控制、連鎖保護(hù)、參數(shù)報(bào)警、歷史記錄、趨勢(shì)圖、數(shù)據(jù)處理和打印報(bào)表等功能，并具有優(yōu)異的開放式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展方便靈活、可靠性高。

系統(tǒng)以羅克韋爾自動(dòng)化公司A-B品牌的ControlLogix系列產(chǎn)品為核心，包含NetLinx的所有三層網(wǎng)絡(luò)：信息層、控制層、設(shè)備層。信息層采用EtherNet，它主要連接兩個(gè)操作站計(jì)算機(jī)和ControlLogix控制器，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與控制器之間大量信息的高速交換，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，并可用于組建企業(yè)信息網(wǎng)?？刂茖硬捎酶咚?、確定性的ControlNet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)控制器之間的通信及對(duì)遠(yuǎn)程擴(kuò)展I/O的控制。設(shè)備層采用高效、低價(jià)的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。

系統(tǒng)中應(yīng)用了4個(gè)ControlLogix機(jī)架：ControlLogix1至ControlLogix4。ControlLogix1至ControlLogix3主要用于對(duì)濕區(qū)的控制，ControlLogix4主要作為干區(qū)的控制單元。ControlLogix1機(jī)架中插有2個(gè)處理器模塊Logix5550，1個(gè)ControlNet通信模塊1756-CNBR，1個(gè)EtherNet通信模塊1756-ENET，1個(gè)DeviceNet掃描器模塊1756-DNB，多個(gè)1756I/O模塊。ControlLogix2和ControlLogix3機(jī)架中各插有1個(gè)ControlNet通信模塊和多個(gè)I/O模塊，機(jī)架中沒有處理器，通過ControlNet通信模塊連接到ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，作為ControlLogix1的遠(yuǎn)程擴(kuò)展I/O。ControlLogix1處理器控制本機(jī)架中的I/O模塊以及ControlLogix2和ControlLogix3的遠(yuǎn)程擴(kuò)展I/O模塊，并處理EtherNet、ControlNet以及DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的信息，其任務(wù)非常繁重，因此采用雙處理器熱備，以提高系統(tǒng)的可靠性。ControlLogix4作為干區(qū)的控制單元，機(jī)架上插有1個(gè)處理器模塊、1個(gè)ControlNet通信模塊及多個(gè)I/O模塊。其處理器完成對(duì)干區(qū)閃蒸和干燥兩道工序的控制，實(shí)現(xiàn)各工藝環(huán)節(jié)的邏輯控制、互鎖控制以及生產(chǎn)中過程量的實(shí)時(shí)控制，并通過ControlNet通信模塊與ControlLogix1處理器進(jìn)行通信協(xié)調(diào)，以將生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)讲僮髡?和操作站2。

ControlLogix1處理器通過DeviceNet掃描器控制DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上連接的多個(gè)變頻器和軟啟動(dòng)器，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制。
本系統(tǒng)按照工藝要求采用PID和模糊控制等控制手段完成大豆分離蛋白生產(chǎn)線上設(shè)備的電氣自動(dòng)控制、順序邏輯控制、儀表控制、回路調(diào)節(jié)等功能，并對(duì)工藝過程信息進(jìn)行檢測(cè)、記錄及數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)控制及工藝過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)、報(bào)警等，從而完成對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地完成各項(xiàng)控制功能，各檢測(cè)點(diǎn)及控制點(diǎn)都能達(dá)到控制要求的檢測(cè)精度及控制精度，同時(shí)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性，能夠在比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中正常工作。操作站1和操作站2由技術(shù)人員操作，分別監(jiān)控濕區(qū)和干區(qū)，并可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理以及報(bào)表打印等功能。兩年來系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐表明，系統(tǒng)使生產(chǎn)產(chǎn)品完全達(dá)到了質(zhì)量要求，使生產(chǎn)效率大幅度提高，節(jié)約了大量資源，有效提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。專家對(duì)本系統(tǒng)評(píng)定后一致認(rèn)為，本系統(tǒng)居國(guó)內(nèi)大豆精深加工行業(yè)技術(shù)的領(lǐng)先地位，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。