經(jīng)驗(yàn)交流 TechnicaI Communications 自動(dòng)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(dòng)化解決方案 趙宗斌1 張遷禮 張 明1 1 上海交通大學(xué) 上海200030 2 黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所 黑龍江哈爾濱150090 摘 要 項(xiàng)目用于實(shí)現(xiàn)乳品廠奶粉生產(chǎn)過(guò)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(dòng)化水準(zhǔn) 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(dòng)化裝置大大提高了乳品廠奶粉生產(chǎn)過(guò)程的效率 關(guān)鍵詞 Controller Linkl乳制品 奶粉 中圖分類號(hào) TM571 61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào) 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(guò)十分復(fù)雜 的收奶 巴氏殺菌 配料 濃縮 干燥和CIP 就地清洗 等過(guò)程 得到所需要的優(yōu)質(zhì)的奶粉 奶粉的細(xì)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(guò)程的無(wú)菌化 減少在生產(chǎn)過(guò)程中人工進(jìn)行加料 以前在實(shí)際生產(chǎn)中一直人工進(jìn)行和半人工情況下 完成 勞動(dòng)強(qiáng)度大 效率低 而且誤差大 細(xì)菌含量遠(yuǎn)遠(yuǎn) 達(dá)不到食品業(yè)生產(chǎn)的要求 這樣即浪費(fèi)了大量的人力 又大大減弱了生產(chǎn)力 也達(dá)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(jī)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(jí)別的網(wǎng)絡(luò) 它支持在PLC 之間及PL C和上位機(jī)之間的自動(dòng)數(shù)據(jù)鏈接 2I 也可使用 信息服務(wù)進(jìn)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(duì)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(guò)雙絞線 電纜網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊 其最大通訊速率為2 M 最大距 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 2 01 0年第29卷第7期 經(jīng)驗(yàn)交流 TechnicaI COmmunications 離達(dá)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(guò)進(jìn)行相互相連和 數(shù)據(jù)交換 系統(tǒng)之間相互監(jiān)測(cè) 引 每臺(tái)控監(jiān)控室內(nèi)連接 個(gè)本地PC 并通過(guò)Intouch10 0 做出上位機(jī)的監(jiān)控 通過(guò)上位監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)主要工 藝設(shè)備的控制和調(diào)度 對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程中的工藝參數(shù)進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集 監(jiān)控 優(yōu)化和調(diào)整 對(duì)主要工藝流程進(jìn)行動(dòng) 態(tài)仿真和趨勢(shì)分析 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制 在控制 組態(tài)上實(shí)現(xiàn)各種常規(guī)與復(fù)雜的優(yōu)化控制 專家控制 模 糊控制等先進(jìn)的智能控制 3 控制系統(tǒng)軟件硬件設(shè)計(jì) 3 1硬件設(shè)計(jì) 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(gè)32點(diǎn)輸入單元CJlW ID231 21個(gè)l6點(diǎn)輸 入單元CJIW ID21 l 2個(gè)32點(diǎn)輸出單元CJIW OD331 l9個(gè)l6點(diǎn)輸出單元C兒W OC221 l5個(gè)8點(diǎn)模擬量輸 入C J1W ADO8l V1 9個(gè)8點(diǎn)模擬量輸出C J1W DA08C 以及7個(gè)Controller Link單元CJlW CLK2卜 Vl 通過(guò)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(jì) 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(kuò)展性 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的單機(jī)人機(jī)接口 HMI 還 是網(wǎng)絡(luò)復(fù)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(dòng)化軟件解決方 案 提供了生產(chǎn)操作的過(guò)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(guò) 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(duì)市場(chǎng)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(yùn) 行在WindowsXP NT 2000操作系統(tǒng)下 具有豐富 簡(jiǎn) 捷的操作環(huán)境和強(qiáng)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(jī)的啟停和閥開(kāi)關(guān)等操作 1l 4 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 1控制方案 1 收奶控制 收奶線主要完成鮮奶收取 計(jì)量 儲(chǔ) 藏等過(guò)程 為了更好的 更快的完成這些過(guò)程 我們需 要每部分用變頻器控制電機(jī) 在計(jì)量過(guò)程中要注意鮮 奶的拖氣處理等 最后把鮮奶儲(chǔ)存奶倉(cāng)等待下一個(gè)環(huán) 節(jié) 收奶控制程序負(fù)責(zé)奶車進(jìn)奶過(guò)程控制 并將數(shù)據(jù)傳 遞給上位機(jī) 根據(jù)上位機(jī)上設(shè)定的奶倉(cāng)進(jìn)料 控制奶倉(cāng) 的液位狀態(tài) 并根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的狀態(tài)及信息 實(shí)現(xiàn)和 巴氏殺菌的連動(dòng)控制 在發(fā)生通信 電機(jī)和閥門(mén)故障 時(shí) 產(chǎn)生報(bào)警信號(hào) 給巴氏殺菌控制系統(tǒng)信號(hào) 以保證 生產(chǎn)過(guò)程中的連續(xù)性 報(bào)警處理后 系統(tǒng)繼續(xù)生產(chǎn) 正 常情況下 收奶控制自動(dòng)完成奶車到奶倉(cāng)的進(jìn)料 當(dāng)奶 車收奶結(jié)束后自動(dòng)進(jìn)行水推奶的控制過(guò)程 系統(tǒng)運(yùn)行 結(jié)束后 給CIP系統(tǒng)信號(hào) 通知可以清洗收奶系統(tǒng) 2 巴氏殺菌 通過(guò)蒸汽加熱 去除鮮奶中的細(xì)菌 主要控制好蒸汽溫度 加熱時(shí)間等 3 配料控制 配料是生產(chǎn)奶粉過(guò)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(gè)配 料罐及一個(gè)閥陣組成 開(kāi)機(jī)時(shí) 配料罐的工作狀態(tài)為進(jìn) 料狀態(tài) 當(dāng)鮮奶經(jīng)預(yù)熱后自動(dòng)進(jìn)入配料罐 當(dāng)配料罐重 量達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切換到配料狀態(tài) 自動(dòng)進(jìn)行輔料的 添加 添加完畢后自動(dòng)轉(zhuǎn)換到出料狀態(tài) 經(jīng)均質(zhì)后 可制 冷 進(jìn)入成品罐等待濃縮要料 4 濃縮控制 來(lái)自鮮奶儲(chǔ)罐的鮮奶 或來(lái)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(jìn)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(dòng)控 下轉(zhuǎn)第125頁(yè) 經(jīng)驗(yàn)交流 TlechnIcaI COWlmunications 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 201 0年第29卷第7期 力 進(jìn)行選擇 在某個(gè)周期內(nèi)選擇哪兩個(gè)參數(shù) 由FP 1一 El6擴(kuò)展單元的Y30 Y3I Y32三個(gè)輸出量控制 其控 制原理如下表 表1 A D擴(kuò)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(jī)進(jìn)行I N方式通 信時(shí) 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的連接及分時(shí)通信 在加裝通信單元 后 一臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可以連接3 2臺(tái)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(guò)程參數(shù)及可編 程控制器運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的自診斷信息進(jìn)行顯示 同時(shí)也可 以進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)寄存器的訪問(wèn) 5 結(jié)束語(yǔ) 由于可編程控制器具有體積小 安裝方便 編程簡(jiǎn) 單易學(xué) 組態(tài)容易等特點(diǎn) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù) 的突飛猛進(jìn) 可編程控制器在現(xiàn)代過(guò)程工業(yè)中的應(yīng)用必 將越來(lái)越廣泛 作者簡(jiǎn)介 王彥吉 1 9 7 4一 男 本科 助理工程師 現(xiàn)從事現(xiàn) 場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)的維護(hù)工作 上接第1 22頁(yè) 回路計(jì)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(jìn)行預(yù)熱 再進(jìn)入殺菌器在90 下進(jìn)行5 i0S殺菌 殺菌溫度受系統(tǒng)加熱蒸汽壓力自動(dòng)控 回路控制 出殺菌器的料液進(jìn)入一效加熱器的料液分配 器 此時(shí)高于沸點(diǎn)的料液被均勻分布在一效降膜管內(nèi) 同 時(shí)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(jìn)行換熱而蒸發(fā) 蒸發(fā)溫度約68 7 2 沿管壁流動(dòng)的料液和降膜管中流動(dòng)的水蒸汽以一 定的速度下降進(jìn)入一效分離器 在此進(jìn)行汽液分離 殺 菌管的溫度都需要P I D控制 電機(jī)的啟動(dòng)順序要依次啟 動(dòng) 閥門(mén)依次打開(kāi) 當(dāng)濃度達(dá)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(guò)高壓泵 把配好的奶以霧狀態(tài)噴到粉塔內(nèi) 熱蒸汽用進(jìn)風(fēng)機(jī)把熱 風(fēng)吹到粉塔內(nèi) 和奶進(jìn)行熱交換 排風(fēng)機(jī)排出 由一個(gè)控 制臺(tái)完成本系統(tǒng)的單元控制 該控制臺(tái)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(chǔ) 罐的濃奶液 送人管式預(yù)熱器預(yù)熱至65 75 后 進(jìn)入高 壓泵加壓10一l6Mpa 經(jīng)自動(dòng)高壓噴槍 單噴頭或多噴頭 從塔頂噴人干燥塔內(nèi) 離開(kāi)壓力噴頭的霧狀濃奶和來(lái)自 塔頂熱風(fēng)箱的熱風(fēng)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(fēng)自上而下沉降到 塔底經(jīng)錐體匯集流出 尾風(fēng)在塔的直段底部瀉出 經(jīng)雙 旋風(fēng)把細(xì)奶粉分離后被離心風(fēng)機(jī)排出系統(tǒng) 塔內(nèi)為負(fù) 壓 下面用流化床哄干奶粉 PID進(jìn)行四段進(jìn)風(fēng)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(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗 根據(jù)設(shè)備清洗工藝的要求 程序中 的清洗時(shí)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(rèn)值 并可根據(jù)要求在現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)重 新設(shè)置 兩條清洗管線可以單用 也可以同時(shí)用 可以在 清洗前在程序中進(jìn)行靈活設(shè)定 通過(guò)Controller Link監(jiān) 控各個(gè)部分生產(chǎn)進(jìn)度 確定清洗時(shí)間和清洗的順序 5 結(jié)束語(yǔ) 奶粉生產(chǎn)線運(yùn)行后 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行相當(dāng)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(dòng)化技術(shù) 日新月異 現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)發(fā)展 特別在通信 組網(wǎng) 冗余技術(shù)方 面日趨完善強(qiáng)大 在控制領(lǐng)域仍然占據(jù)不可動(dòng)搖的位置 參考文獻(xiàn) 1 OMRON操作手冊(cè) z 歐姆龍 中國(guó) 有限公司 2008 6 2 C2o0Hw CVM1一CLK21操作手冊(cè) z 歐姆龍 中國(guó) 有限公司 2002 9 3 CJ系列可編程控制器參考手冊(cè) Z 歐姆龍 中國(guó) 有限公 司 2003 7 4 Intouch參考指南 Z1 Wonderware中國(guó)有限公司 2004 3 作者簡(jiǎn)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(xiàng)目的實(shí)施以及工廠設(shè)備的El常維護(hù)管理工作