基于歐姆龍PLC的乳制品自動化解決方案

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經(jīng)驗交流 TechnicaI Communications 自動化技術(shù)與應(yīng)用 2010年第29卷第7期 基于歐姆龍P L C的乳制品自動化解決方案 趙宗斌1 張遷禮 張 明1 1 上海交通大學 上海200030 2 黑龍江省科學院自動化研究所 黑龍江哈爾濱150090 摘 要 項目用于實現(xiàn)乳品廠奶粉生產(chǎn)過程的安全性 可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性 提高乳品廠奶粉生產(chǎn)中的自動化水準 控制系統(tǒng)采用 目前乳品廠制粉廣泛應(yīng)用并取得良好效果的基于Controller Link網(wǎng)絡(luò)的與可編程邏輯控制器 PLC 的集散型控制系統(tǒng) 以及 監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集 sCADA 系統(tǒng) 自動化裝置大大提高了乳品廠奶粉生產(chǎn)過程的效率 關(guān)鍵詞 Controller Linkl乳制品 奶粉 中圖分類號 TM571 61 文獻標識碼 B 文章編號 1003 7241 2010 07 0121 03 An Application of Dairy Products Automation Based on Controller Link Network ZlIAO Zong bin ZHANG Qian li ZHANG Ming 1 Shangha Jiaotong University Shanghai200030 China 2 AutomationInstituteofHeilongjiangAcademy Harbin 150090China Abstract In order to guarantee that the dairy powdered milk production process the security reliable and the production continuity enhances in the dairy powdered milk production the automated standard the control system used the programmable logical controller PLC collection and distribution control system based on Controller Link network In the present dairy milling it is applied widely and give good results as well as monitoring and data acquisition SCADA system The automated installment raised the dairy powdered milk production process efficiency greatly Key words Controller Link Dairy products Powde d mink 1 引言 在乳品廠奶粉生產(chǎn)線上 鮮牛奶需要經(jīng)過十分復雜 的收奶 巴氏殺菌 配料 濃縮 干燥和CIP 就地清洗 等過程 得到所需要的優(yōu)質(zhì)的奶粉 奶粉的細菌含量 奶 粉顏色 顆粒的形狀 可容度等 為了更好的提高奶粉 的生產(chǎn)中的效率和質(zhì)量 從奶源到生產(chǎn)過程的無菌化 減少在生產(chǎn)過程中人工進行加料 以前在實際生產(chǎn)中一直人工進行和半人工情況下 完成 勞動強度大 效率低 而且誤差大 細菌含量遠遠 達不到食品業(yè)生產(chǎn)的要求 這樣即浪費了大量的人力 又大大減弱了生產(chǎn)力 也達不到質(zhì)量要求 收稿日期 2 01 O 0 5 2 4 2 PLC概述 圖1 奶粉生產(chǎn)圖 本地控制器采用OMR0N公司的中小型機CJ系列 PLC 六套系統(tǒng)共享7套PLC 其中收奶1套 巴氏殺菌 2套 配料1套 濃縮1套 干燥1套 CIP1套 Controller Link是OMRON的主要的FA級別的網(wǎng)絡(luò) 它支持在PLC 之間及PL C和上位機之間的自動數(shù)據(jù)鏈接 2I 也可使用 信息服務(wù)進行可編程的數(shù)據(jù)傳送 可得到高容量 柔性 數(shù)據(jù)鏈接及高容量的數(shù)據(jù)傳送 對低成本的通信系統(tǒng) 可使用雙絞線電纜 7套本地控制器的PLC通過雙絞線 電纜網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通訊 其最大通訊速率為2 M 最大距 自動化技術(shù)與應(yīng)用 2 01 0年第29卷第7期 經(jīng)驗交流 TechnicaI COmmunications 離達l kiTI 每乳品廠奶粉生產(chǎn)線的P L C系統(tǒng)分別在 Controller Link上網(wǎng) PLC的控制系統(tǒng) 互不干涉和影 響 安裝在監(jiān)控設(shè)備室內(nèi)的PL C通過進行相互相連和 數(shù)據(jù)交換 系統(tǒng)之間相互監(jiān)測 引 每臺控監(jiān)控室內(nèi)連接 個本地PC 并通過Intouch10 0 做出上位機的監(jiān)控 通過上位監(jiān)控軟件實現(xiàn)對主要工 藝設(shè)備的控制和調(diào)度 對生產(chǎn)全過程中的工藝參數(shù)進行 數(shù)據(jù)采集 監(jiān)控 優(yōu)化和調(diào)整 對主要工藝流程進行動 態(tài)仿真和趨勢分析 實時數(shù)據(jù)處理和實時控制 在控制 組態(tài)上實現(xiàn)各種常規(guī)與復雜的優(yōu)化控制 專家控制 模 糊控制等先進的智能控制 3 控制系統(tǒng)軟件硬件設(shè)計 3 1硬件設(shè)計 控制器采用Omron公司的CJ1G H高速中型PLC 采用2套CJ1G H CPU45 60KB 5套CJ1G H CPU42 l0KB 7個32點輸入單元CJlW ID231 21個l6點輸 入單元CJIW ID21 l 2個32點輸出單元CJIW OD331 l9個l6點輸出單元C兒W OC221 l5個8點模擬量輸 入C J1W ADO8l V1 9個8點模擬量輸出C J1W DA08C 以及7個Controller Link單元CJlW CLK2卜 Vl 通過雙絞屏蔽電纜連接7套PLC組成的生產(chǎn)系統(tǒng) Conl ller Iink CJlG 45 CIIG 45 CI10 42 Oil13 42 C3 10 42 CJ1Q 42 收奶 配科 濃縮 干燥 CIP 巴氏殺菌 圖2 Controller Link網(wǎng)絡(luò) 3 2軟件設(shè)計 1 操作系統(tǒng) 采用Windows XP系統(tǒng)既具有易于使用的接口 又 具有系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)的安全性 2 監(jiān)控軟件 采用Wondeware的Intouch10 0軟件 Intouch10 0提供真正的分布式 客戶 服務(wù)器結(jié)構(gòu) 為系統(tǒng)提供 最大的可擴展性 實現(xiàn)簡單的單機人機接口 HMI 還 是網(wǎng)絡(luò)復雜的分布式多S e r v e數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng) Intouchl0 0都可以保證優(yōu)異的性能 Intouchl 0 0是世界領(lǐng)先的工業(yè)自動化軟件解決方 案 提供了生產(chǎn)操作的過程可視化 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān) 控 Intouch 1 0 0可以幫助您精確地監(jiān)視 控制生產(chǎn)過 程 并優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和企業(yè)資源管理 它能夠?qū)ιa(chǎn)事 件快速反映 減少原材料消耗 提高生產(chǎn)率 從而加快產(chǎn) 品對市場的反應(yīng)速度 提高用戶收益 3 編程軟件 采用OMRON的CX Programmer CX Pmgrammer 是OMRON公司PLC的軟件編程 調(diào)試工具程序 其運 行在WindowsXP NT 2000操作系統(tǒng)下 具有豐富 簡 捷的操作環(huán)境和強大的編程 調(diào)試功能 OMRON的 SYSMAC CS1系列PLC具有較豐富的指令系統(tǒng) 利用這 些指令即可完成乳品廠相關(guān)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和處 理 順序和邏輯控制設(shè)備電機的啟停和閥開關(guān)等操作 1l 4 控制系統(tǒng)總體設(shè)計 4 1控制方案 1 收奶控制 收奶線主要完成鮮奶收取 計量 儲 藏等過程 為了更好的 更快的完成這些過程 我們需 要每部分用變頻器控制電機 在計量過程中要注意鮮 奶的拖氣處理等 最后把鮮奶儲存奶倉等待下一個環(huán) 節(jié) 收奶控制程序負責奶車進奶過程控制 并將數(shù)據(jù)傳 遞給上位機 根據(jù)上位機上設(shè)定的奶倉進料 控制奶倉 的液位狀態(tài) 并根據(jù)上位機設(shè)置的狀態(tài)及信息 實現(xiàn)和 巴氏殺菌的連動控制 在發(fā)生通信 電機和閥門故障 時 產(chǎn)生報警信號 給巴氏殺菌控制系統(tǒng)信號 以保證 生產(chǎn)過程中的連續(xù)性 報警處理后 系統(tǒng)繼續(xù)生產(chǎn) 正 常情況下 收奶控制自動完成奶車到奶倉的進料 當奶 車收奶結(jié)束后自動進行水推奶的控制過程 系統(tǒng)運行 結(jié)束后 給CIP系統(tǒng)信號 通知可以清洗收奶系統(tǒng) 2 巴氏殺菌 通過蒸汽加熱 去除鮮奶中的細菌 主要控制好蒸汽溫度 加熱時間等 3 配料控制 配料是生產(chǎn)奶粉過程中重要的一環(huán) 配方奶添加的小料多少直接影響到奶粉的質(zhì)量 其中 如 加糖 加食用油 加鋅 加鈣等 本系統(tǒng)由3個配 料罐及一個閥陣組成 開機時 配料罐的工作狀態(tài)為進 料狀態(tài) 當鮮奶經(jīng)預(yù)熱后自動進入配料罐 當配料罐重 量達到設(shè)定值時自動切換到配料狀態(tài) 自動進行輔料的 添加 添加完畢后自動轉(zhuǎn)換到出料狀態(tài) 經(jīng)均質(zhì)后 可制 冷 進入成品罐等待濃縮要料 4 濃縮控制 來自鮮奶儲罐的鮮奶 或來自配料罐 的配方奶 經(jīng)離心奶泵輸至系統(tǒng)平衡槽 用一效進料泵 將原料奶送入三效降膜蒸發(fā)器 原料奶先經(jīng)流量自動控 下轉(zhuǎn)第125頁 經(jīng)驗交流 TlechnIcaI COWlmunications 自動化技術(shù)與應(yīng)用 201 0年第29卷第7期 力 進行選擇 在某個周期內(nèi)選擇哪兩個參數(shù) 由FP 1一 El6擴展單元的Y30 Y3I Y32三個輸出量控制 其控 制原理如下表 表1 A D擴展單元控制原理表 0 1 Y30 c N T1 T2 Y31 clN Pl P2 Y32 I P3 P4 4 5 C NET通訊單元 其作用是可編程控制器與上位機進行I N方式通 信時 進行網(wǎng)絡(luò)的連接及分時通信 在加裝通信單元 后 一臺計算機最多可以連接3 2臺可編程控制器 4 6數(shù)據(jù)顯示單元 DATA A C CESS U NIT可以將各過程參數(shù)及可編 程控制器運行時出現(xiàn)的自診斷信息進行顯示 同時也可 以進行部分數(shù)據(jù)寄存器的訪問 5 結(jié)束語 由于可編程控制器具有體積小 安裝方便 編程簡 單易學 組態(tài)容易等特點 隨著計算機技術(shù)和控制技術(shù) 的突飛猛進 可編程控制器在現(xiàn)代過程工業(yè)中的應(yīng)用必 將越來越廣泛 作者簡介 王彥吉 1 9 7 4一 男 本科 助理工程師 現(xiàn)從事現(xiàn) 場儀表與控制系統(tǒng)的維護工作 上接第1 22頁 回路計量并控制其流量大小 然后依次流經(jīng)物料預(yù)熱器 三效 二效 一效預(yù)熱段進行預(yù)熱 再進入殺菌器在90 下進行5 i0S殺菌 殺菌溫度受系統(tǒng)加熱蒸汽壓力自動控 回路控制 出殺菌器的料液進入一效加熱器的料液分配 器 此時高于沸點的料液被均勻分布在一效降膜管內(nèi) 同 時在重力和閃蒸水蒸汽共同作用下 沿管壁成膜狀下降 并和殼程80 84 2蒸汽進行換熱而蒸發(fā) 蒸發(fā)溫度約68 7 2 沿管壁流動的料液和降膜管中流動的水蒸汽以一 定的速度下降進入一效分離器 在此進行汽液分離 殺 菌管的溫度都需要P I D控制 電機的啟動順序要依次啟 動 閥門依次打開 當濃度達到后 通知干燥濃縮出料 5 干燥控制 干燥主要是粉塔的控制 通過高壓泵 把配好的奶以霧狀態(tài)噴到粉塔內(nèi) 熱蒸汽用進風機把熱 風吹到粉塔內(nèi) 和奶進行熱交換 排風機排出 由一個控 制臺完成本系統(tǒng)的單元控制 該控制臺包括PC PLC 儀 表 按鈕組 記錄儀等 該系統(tǒng)由離心式奶泵將濃奶儲 罐的濃奶液 送人管式預(yù)熱器預(yù)熱至65 75 后 進入高 壓泵加壓10一l6Mpa 經(jīng)自動高壓噴槍 單噴頭或多噴頭 從塔頂噴人干燥塔內(nèi) 離開壓力噴頭的霧狀濃奶和來自 塔頂熱風箱的熱風接觸吸熱 使奶液所含水分迅速蒸發(fā) 干燥成奶粉顆粒 并和含有水蒸氣熱風自上而下沉降到 塔底經(jīng)錐體匯集流出 尾風在塔的直段底部瀉出 經(jīng)雙 旋風把細奶粉分離后被離心風機排出系統(tǒng) 塔內(nèi)為負 壓 下面用流化床哄干奶粉 PID進行四段進風溫度調(diào)節(jié) 6 CIP控制 在生產(chǎn)完成的部分 我們需要用水 酸 堿對設(shè)備進行清洗 根據(jù)設(shè)備清洗工藝的要求 程序中 的清洗時間 酸 堿液的清洗次序 回收的酸 堿液的濃 度 酸 堿 熱水罐所要保持的溫度 液位等技術(shù)參數(shù)根 據(jù)工藝要求均設(shè)有默認值 并可根據(jù)要求在現(xiàn)場隨時重 新設(shè)置 兩條清洗管線可以單用 也可以同時用 可以在 清洗前在程序中進行靈活設(shè)定 通過Controller Link監(jiān) 控各個部分生產(chǎn)進度 確定清洗時間和清洗的順序 5 結(jié)束語 奶粉生產(chǎn)線運行后 監(jiān)控系統(tǒng)運行相當穩(wěn)定 生產(chǎn)相 互連接比較多 采用PLC是較為合適的 現(xiàn)在自動化技術(shù) 日新月異 現(xiàn)場總線技術(shù)在控制領(lǐng)域已在大力推廣 但PLC 技術(shù)也在不斷加強發(fā)展 特別在通信 組網(wǎng) 冗余技術(shù)方 面日趨完善強大 在控制領(lǐng)域仍然占據(jù)不可動搖的位置 參考文獻 1 OMRON操作手冊 z 歐姆龍 中國 有限公司 2008 6 2 C2o0Hw CVM1一CLK21操作手冊 z 歐姆龍 中國 有限公司 2002 9 3 CJ系列可編程控制器參考手冊 Z 歐姆龍 中國 有限公 司 2003 7 4 Intouch參考指南 Z1 Wonderware中國有限公司 2004 3 作者簡介 趙宗斌 1 9 7 2一 男 本科 工程師 主要從事公 司新建及改造項目的實施以及工廠設(shè)備的El常維護管理工作