PLC在乳品廠凈乳過程中的應用

1 概述
隨著科學技術的發(fā)展和人類社會的不斷進步，越來越多的乳制品在我國市場出現(xiàn)，不斷滿足人們的需求。但這些乳品從內(nèi)在品質上良莠不齊；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)品的質量。我們設計研制開發(fā)的凈乳機控制器系統(tǒng)，與國外現(xiàn)使用同類型的產(chǎn)品相比較，具有操作直觀、方便，控制準確、性能價格比較高，價格便宜等優(yōu)點。并已經(jīng)通過現(xiàn)場運行，開始走向產(chǎn)品化的進程。
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)品中的機械雜質去掉，同時也可以除去塵埃，細胞碎片等，有效的控制了原奶的潔凈度。凈乳機的工藝過程設置，主要由五個部分組成：啟動、預熱、循環(huán)、產(chǎn)品、CIP等組成；動作由大排渣，小排渣，溢流組成。而每個部分，動作不相同；啟動、預熱： 對凈乳機來說，接收啟動系統(tǒng)的信號，完成電機的星—角轉換等動作，在初始狀態(tài)下，系統(tǒng)進行一次大排渣；循環(huán)：凈乳機只完成本身定期的小排渣動作；產(chǎn)品狀態(tài)下：凈乳機除了本身定期的小排渣之外，還定時接收遠程控制器發(fā)出的大排渣和溢流命令；CIP：在此狀態(tài)下，凈乳機定時接收并完成遠程控制器的大排渣和溢流命令。
2.1 關碗水和開碗水
關碗水和開碗水動作：開碗水主要是打開腔體，對凈乳機腔體進行清理，關碗水是通過水的壓力，將腔體托起如圖2：在系統(tǒng)運行過程中，可以在固定時間內(nèi)，發(fā)出脈沖關碗水動作，滿足系統(tǒng)按時補水的要求。
2.2 大排渣、小排渣及溢流
如表1，大排渣、小排渣的動作是由開碗水、關碗水的兩個電磁閥動作組合。小排渣的主要任務：相對短時間對設備進行清理。其動作時序，如圖l，關碗水的動作是由前沖洗，后沖洗構成。部分排渣是開碗水動作；大排渣的主要任務：固定時間由遠程控制器發(fā)送給控制器，對設備進行清理。相對小排渣而言，是幾次小排渣后，大排渣是對凈乳機腔體進行的較為徹底的清理。溢流是對腔體上部和管道的清理，通過定時對備壓閥的關閉(憋壓)來實現(xiàn)。這三個動作時間可在面板上設定。在自動狀態(tài)下，是由遠程控制器來發(fā)出此命令。小排渣，大排渣也有一定的區(qū)別，小排渣時，掙乳機照樣進料，而大排渣時，由于對凈乳機的轉數(shù)影響較大，需關閉進料閥，等待凈乳機的轉數(shù)提高到一定程度后，再打開進料閥。此時間可以設定。

3 系統(tǒng)結構組成
一般來說，高品質的凈乳系統(tǒng)，除了具有準確的溫度處理和合理工藝結構外，還需要完備和可靠的控制功能結構。目前，凈乳機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)一進行生產(chǎn)管理。而此系統(tǒng)設計上采用上、下位機控制，組成多控制器集中控制網(wǎng)絡系統(tǒng)?？梢栽谏衔粰C畫面上對凈乳機狀態(tài)進行設定，還可以顯示凈乳機的工作狀態(tài)，重要參數(shù)的歷史趨勢圖和對相關數(shù)據(jù)的保存，便于操作，實時控制和監(jiān)視凈乳的運行過程。
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，不僅具有先進的通信和輸入、輸出能力，而且可同時提供順序、過程及運動控制功能，模塊化的系統(tǒng)使用戶方便地設計、裝配和修改。現(xiàn)場就地凈乳機控制器系統(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，并擴展EM222、 EM231模塊，增加擴展功能，選擇MPI通訊協(xié)議，與其它設備組成通訊網(wǎng)絡。操作面板選用SIEMENS公司觸摸屏OP7，在OP7上可以設置和修改有關參數(shù)，以上這些功能配置，滿足了設計要求。
4 程序設計和編程
整個系統(tǒng)軟件分為上、下位機兩部分。上位機在Windows 2000操作系統(tǒng)下，用Intouch7．0進行軟件組態(tài)。上位機作為人機界面，實時接收下位機傳送的數(shù)據(jù)，將各種報警數(shù)據(jù)、閥門的狀態(tài)顯示出來。下位機軟件CONTROLLOGIX主要完成進料口閥、出料口閥，大排渣等的控制。這里重點介紹控制器下位機軟件。

在V3．1 STEP 7—Micro／Win32軟件環(huán)境下進行編制。S7-200系列PLC豐富的功能指令和符號尋址方式極大方便了編程。在程序中應用A／D轉換的數(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，使程序簡潔、直觀。程序結構模塊化設計，梯形圖方式編程。程序分為如下幾個部分：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為遠程控制器置位位。“產(chǎn)品”狀態(tài)時，當V101．1為1，C1、C3開始計時，SM0．4按分脈沖計時，當計滿VW0時，允許小排動作。C1重新計數(shù)，V55．1為1，啟動C2，SM0．5按秒脈沖計時，為前沖洗狀態(tài)，V60．2為1，關碗水電磁閥動作。當V55．2為1，V60．0為1，開碗水電磁閥動作，并持續(xù)VW4時間，同樣，當V55．4為1，置為后沖洗狀態(tài)，保持關碗水動作。這樣，程序一個周期的小排渣結束，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序性，還必須協(xié)調(diào)系統(tǒng)的同步性，也就是說，CONTROLLOGIX處理器和SIEMENS處理器動作必須一致。
在程序設計上，設置軟件通訊握手位，實時與CONTROLLOGIX處理器進行通訊，必要時做出相應的調(diào)整，保證系統(tǒng)的正常運行。如表1所示，在由“循環(huán)”狀態(tài)轉到“產(chǎn)品”狀態(tài)時，處理器既要完成自己的小排渣動作，還要接收CONTROLLOGIX發(fā)出的大排渣動作，正常的動作時序是大排渣間隔是1小時，小排渣的間隔是16分鐘，如果兩者相隔時間太近，會造成沒有必要的浪費，也影響凈乳的效果。用如下的編程方法實現(xiàn)了上述功能。如圖4，其中C6，C7分別為小排渣計數(shù)器和復位計數(shù)器，m16．2為大排渣動作，v60．3為“循環(huán)”狀態(tài)位。當“循環(huán)”時，小排渣始終進行，C6不復位；“產(chǎn)品”狀態(tài)時，兩個大排渣之間(1小時)，進行三次小排渣，C7對C6復位，重新計數(shù)。

程序具有較為齊備的故障檢測功能，實時監(jiān)測各檢測點的狀態(tài)，當出現(xiàn)電機溫度過熱、緊急停車、運行過程中轉速過低、壓縮空氣工作壓力低、操作水壓力低的情況下，系統(tǒng)會產(chǎn)生聲、光報警，緊急停車，待故障解除后，可通過解除報警鈴、燈光閃爍等，來重新恢復系統(tǒng)運行。
5 結束語
經(jīng)過一年多的運行，該控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、動作準確、操作簡單、易于維護，完全達到工藝設計要求。經(jīng)過凈乳后的原奶，各項技術指標(單位顆粒度、感觀、氣味)完全達到或超過對此道工序的要求，提高了產(chǎn)品質量，大大增強企業(yè)的生產(chǎn)能力，取得了良好的經(jīng)濟效益。整套系統(tǒng)受到用戶的好評，具有廣闊的應用和發(fā)展前景。

參考文獻：

［１］SIEMENS SIMATIC STEP.７. 程序設計［Ｓ］．編程手冊
［２］SIEMENS SIMATIC S7—200應用示例［Ｓ］
［３］WESTFALIA凈乳機操作手冊［Ｓ］