PLC在如何在乳品廠(chǎng)凈乳過(guò)程中應用？

1 概述

隨著(zhù)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市場(chǎng)出現，不斷滿(mǎn)足人們的需求。但這些乳品從內在品質(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(zhù)十分重要的作用，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。我們設計研制開(kāi)發(fā)的凈乳機控制器系統，與國外現使用同類(lèi)型的產(chǎn)品相比較，具有操作直觀(guān)、方便，控制準確、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)現場(chǎng)運行，開(kāi)始走向產(chǎn)品化的進(jìn)程。

2 系統工藝流程

現代化的乳制品企業(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(zhì)去掉，同時(shí)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(guò)程設置，主要由五個(gè)部分組成：?jiǎn)?dòng)、預熱、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)、預熱： 對凈乳機來(lái)說(shuō)，接收啟動(dòng)系統的信號，完成電機的星—角轉換等動(dòng)作，在初始狀態(tài)下，系統進(jìn)行一次大排渣;循環(huán)：凈乳機只完成本身定期的小排渣動(dòng)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(shí)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(shí)接收并完成遠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，對凈乳機腔體進(jìn)行清理，關(guān)碗水是通過(guò)水的壓力，將腔體托起如圖2：在系統運行過(guò)程中，可以在固定時(shí)間內，發(fā)出脈沖關(guān)碗水動(dòng)作，滿(mǎn)足系統按時(shí)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(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)：相對短時(shí)間對設備進(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)間由遠程控制器發(fā)送給控制器，對設備進(jìn)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(jìn)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(guò)定時(shí)對備壓閥的關(guān)閉(憋壓)來(lái)實(shí)現。這三個(gè)動(dòng)作時(shí)間可在面板上設定。在自動(dòng)狀態(tài)下，是由遠程控制器來(lái)發(fā)出此命令。小排渣，大排渣也有一定的區別，小排渣時(shí)，掙乳機照樣進(jìn)料，而大排渣時(shí)，由于對凈乳機的轉數影響較大，需關(guān)閉進(jìn)料閥，等待凈乳機的轉數提高到一定程度后，再打開(kāi)進(jìn)料閥。此時(shí)間可以設定。

3 系統結構組成

一般來(lái)說(shuō)，高品質(zhì)的凈乳系統，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，不利于統一進(jìn)行生產(chǎn)管理。而此系統設計上采用上、下位機控制，組成多控制器集中控制網(wǎng)絡(luò )系統?？梢栽谏衔粰C畫(huà)面上對凈乳機狀態(tài)進(jìn)行設定，還可以顯示凈乳機的工作狀態(tài)，重要參數的歷史趨勢圖和對相關(guān)數據的保存，便于操作，實(shí)時(shí)控制和監視凈乳的運行過(guò)程。

如圖2，集中控制器選擇CONTROLLOGIX5550系列，該控制器易于和現有PLC系統集成，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)程及運動(dòng)控制功能，模塊化的系統使用戶(hù)方便地設計、裝配和修改?，F場(chǎng)就地凈乳機控制器系統采用SIEMENS公司較為成熟SIMATIC S7—200系列CPU224處理器。該處理器集成14INPUT/10OUTPUT數字量I/O點(diǎn)，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(luò )。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(guān)參數，以上這些功能配置，滿(mǎn)足了設計要求。

4 程序設計和編程

整個(gè)系統軟件分為上、下位機兩部分。上位機在Windows 2000操作系統下，用Intouch7.0進(jìn)行軟件組態(tài)。上位機作為人機界面，實(shí)時(shí)接收下位機傳送的數據，將各種報警數據、閥門(mén)的狀態(tài)顯示出來(lái)。下位機軟件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尋址方式極大方便了編程。在程序中應用A/D轉換的數字濾波、功能塊、數據塊、和通訊接口等功能，充分體現PLC功能控制的特點(diǎn)，使程序簡(jiǎn)潔、直觀(guān)。程序結構模塊化設計，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(shí)，當V101.1為1，C1、C3開(kāi)始計時(shí)，SM0.4按分脈沖計時(shí)，當計滿(mǎn)VW0時(shí)，允許小排動(dòng)作。C1重新計數，V55.1為 1，啟動(dòng)C2，SM0.5按秒脈沖計時(shí)，為前沖洗狀態(tài)，V60.2為1，關(guān)碗水電磁閥動(dòng)作。當V55.2為1，V60.0為1，開(kāi)碗水電磁閥動(dòng)作，并持續 VW4時(shí)間，同樣，當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)周期的小排渣結束，程序繼續循環(huán)執行。

由于采用集中控制系統，這就要求程序控制除了保證工藝的時(shí)序性，還必須協(xié)調系統的同步性，也就是說(shuō)，CONTROLLOGIX處理器和SIEMENS處理器動(dòng)作必須一致。

在程序設計上，設置軟件通訊握手位，實(shí)時(shí)與CONTROLLOGIX處理器進(jìn)行通訊，必要時(shí)做出相應的調整，保證系統的正常運行。如表1所示，在由“循環(huán)”狀態(tài)轉到“產(chǎn)品”狀態(tài)時(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，也影響凈乳的效果。用如下的編程方法實(shí)現了上述功能。如圖4，其中C6，C7分別為小排渣計數器和復位計數器，m16.2為大排渣動(dòng)作，v60.3為“循環(huán)”狀態(tài)位。當“循環(huán)”時(shí)，小排渣始終進(jìn)行，C6不復位;“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C6復位，重新計數。

程序具有較為齊備的故障檢測功能，實(shí)時(shí)監測各檢測點(diǎn)的狀態(tài)，當出現電機溫度過(guò)熱、緊急停車(chē)、運行過(guò)程中轉速過(guò)低、壓縮空氣工作壓力低、操作水壓力低的情況下，系統會(huì )產(chǎn)生聲、光報警，緊急停車(chē)，待故障解除后，可通過(guò)解除報警鈴、燈光閃爍等，來(lái)重新恢復系統運行。