PLC和触摸屏在乳品行业的CIP清洗系统中的应用.pdf

f 亍业 应 用 与 交 流 自 动 技 术 与 用 2 0 l 1 年 第3 0 卷 第 7 期 P L C和触摸屏在乳品行业的 C I P 清洗系统 中的应用 纪彬 ． 张建平 黑龙江省科学院自动化研究所 ， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 9 0 摘 要 夺 足结 乳品 业的 CI l 清洗系统的 L 艺控制要求， 洋细介绍了 十 P l C和触摸 控制系统的总体厅案、 流 祠 J 触摸懈 而。 关键 词 CI I 他消洗 系统 ； I I C； 触摸胖 } I 分类 I ‘ F M5 7 1 ． 6 】 文献怀 码 I { 义章编 1 0 0 3 7 2 4 1 2 O 1 1 O 7 0 O 0 4 Ap p l i c a t i o n o f Co n t r o l S y s t e m o f Cl e a n i n g i n Pl a c e Ba s e d o n PL C a n d T o u c h S c r e e n j I B i n ， Z HANG J i a n - p i n g Au t o ma t i o n I n s t i t u t e o f H e i l o n g j i a n g A c a d e my , H a r b i n 1 5 0 0 9 0 C h i n a A b s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s a c o n t r o l s y s t e m o f CI P i n d a i r y p r o d u c t s b a s e d o n PL C a n d t o u c h s c r e e n ． Th e h a r dwa r e a n d s o f t wa r e o f t h e s y s t e m a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l ． K e y wo r ds c l e a n i n g i n p l a c e ； P LC； t o u c h s c r e e n 1 引言 目前， C I P原位清洗系统已广泛应用于饮料、乳品、 果汁、酒类等机械化程度较高的食品生产企业中。CI P 清洗设备 罐体 ． 管道 ． 泵等 及整个生产线在无须人工拆 开或打开的前提下 ， 在闭合的 回路 中进行循环清洗消 毒。原 缯 简称 CI P， 又称在位清洗或 自动清洗。原 位清洗是指不用拆开或移动装置 ， 即采用高温、高浓度 的洗净液 ， 对设备装置加 以强力作用 ， 把与食品的接触 面洗净的方法。C I P原位清洗系统的特点是 经济运行 成本低， 结构紧凑， 占地面积小安装维护方便， 能有效地 对缸罐容器及管道等生产设备进行就地清洗 ， 其整个清 洗过程均在密闭的生产设备 缸罐容器和管道 中运行 ， 从而大大减少了二次污染的机会 ； 在保证清洗效果的同 时， 提高了产品的安全性 ； 节约操作时间， 提高效率 ； 节约 劳动力， 保障操作安全 ； 节约水、蒸汽等能源， 减少洗涤 剂用量； 生产设备可实现大型化 ， 自动化水平高 ； 延长生 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 0 7 产设备的使用寿命等等。 在 自动化控制领域内， P LC以其高可靠性、适应工 业过程现场 、强大的联 网功能等特点 ， 得到了广泛的 应用。自控系统中通常选用 P L C作为现场级的控制设 备 ， 实现数据采集 、控制算法实现和给定控制值的输 出， 选用触摸屏完成工艺流程及控制参数 的显示设定 ， 实现生产监控管理的功能。本文运用 西门子 的 S 7 2 0 0 P L C和 HI T E CH触摸屏 ， 设计完成了某乳品公司的 C I P清洗系统。 2 控制系统总体设计 该控制系统⋯由管理者、操作员、触摸屏、P L C、传 感器仪表、泵和阀门组成。其中， 管理者由负责监管整 个生产过程 ， 并进行用户权限管理 ； 操作员负责就地操作 具体生产工艺的每个环节； 触摸屏作为上位机 ， 提供友好 的人机界面； P L C依据事先编好的程序 ， 实现系统的参数 采集、泵和阀门状态的采集及启停、C I P执行及用户管 自 动 化 技 术 与 应用 2 0 1 1 年 第3 0 卷 第7 期 彳 亍业 应 用 与 交 流 n du s t r i a l App l ic a t ion s an d Comm u n i c a t i o n s 理等功能。整个系统的总体结构图如 图 1所示。 图 1 系统总体结构图 3 P L C控制系统设计 3 ． 1 P L C选型 系统选用了德国西门子 S I MATI C S 7 2 0 0 [ 2 1 系列 P L C， 它具有性价 比高、指令丰富、易于编程和通讯能 力强大等特点。其中， C P U模块为 2 2 4 X P， 该 C P U模块 本体集成了 1 4路开关量输入、1 0路开关量输出、2路 模拟量输入、1 路模拟量输出和 2路 RS 4 8 5 通讯 口， 两 个通讯 口分别用于编程使用和与触摸屏通讯使用 。另 加 E M2 3 1 模拟量输入模块和 E M2 2 3 开关量输入 ／输出 模块各一块作为本系统的扩展模块。 3 。 2 乳品行业CI P 清洗系统工艺 本系统用于乳品厂集中控制就地清洗 ， 其特点是酸 液罐、碱液罐和清水罐分别由独立的三个贮罐组成 ， 故 谓分罐式就地清洗设备。特点是可进行多路分别清洗 ； 同时具有回流管道装置 ， 洗液可循环使用， 既节省洗液 ， 又有利环境卫生。酸液 、碱液与清水 ， 三贮罐是由不锈 钢制造 ， 具有保温层 ， 进料 口、出液口与回流口。系统 出 口与板式换热器接通 ， 清洗液经加热后送至各清洗 点。回流泵人 口与回流管道相连 ， 其出口与三个贮罐上 部的回流液入 口相连 ， 并用 电磁阀控制， 当回流液满足 回流条件时 根据回流液的电导率来判断 打开 回流电磁 阀， 否则直接排人地沟 ； 罐上安装有温度、液位与电导率 传感器 。系统共含有 1 4个气动电磁阀、1个蒸汽调节 阀和 2个加料泵。 工艺过程将 CI P清洗过程分成两个阶段。第一阶段 为 C I P预准备阶段， 此阶段共分三步。第一步要检查 3 个液罐中的清洗液液位是否达到了设定的高度。如果 没有达到 ， 则加入清水使得 3个液罐的液位都达到设定 的高度。液位条件满足后 ， 第二步检查酸罐与碱罐的电 导率是否达到配制要求， 如果 电导率浓度不够 ， 则启动 隔膜泵， 加人人浓酸或浓碱， 同时启动循环泵 ， 直到罐 内 的浓度比例达到设定要求为止。第三步， 将 3个液罐 中 的清洗液分别加热到设定的温度 ， 其间， 要打开循环泵 和蒸汽调节阀。我们将以上三步的完成定义为 CI P预 准备阶段的完成。第二阶段为 C I P执行阶段。本系统 设定 的清洗顺序是按照水一碱一水～ 酸～水 的顺序 。 当第一阶段完成后 ， 按下触摸屏上的 C I P启动按钮 ， 则 系统将 自动执行上述的清洗顺序， 直至完成 CI P清洗全 过程。其间， 为保证 CI P清洗过程的连贯性 ， 做如下要 求， 若 3个液罐的 3个参数 液位、电导率和温度 低于 设定要求， 则在清洗过程的同时执行补液、加酸加碱和 加热 的操作 。 3 ． 3 P L C控制程序设计 图 2 主程序流程图 P L C运行方式【 与一般的计算机不同， 它的工作过 程分为三个阶段进行 ， 即输入采样 、用户程序执行和输 出刷新， 完成上述三个阶段称为一个扫描周期。在整个 运行期间， PLC的 CP U 以一定的扫描速度重复执行上 述三个阶段。只要扫描周期的影响可以忽略 ， 则不需循 一 行 业 应 用 与 交 流 自 动 化 技 术 与 应 用 2 o 1 1 年 第 3 o 卷 第7 期 虻 能重复执行相应的操作。 P 系统采用 7 - 2 0 0 编程实现， P L C程序流程图 。当按下预准备按钮后， P LC将依次检测酸 阳 碱罐中的液位、电导率和温度 ， 通过向3个 加入清水 、加入浓酸或浓碱 以及循环利用蒸 式， 保证液位、电导率和温度 3 个指标达标 ， 页 准备工作。当预准备完成后按下 C I P启动按 一 次完整的 C I P清洗过程。 莫 屏软件设计 图 3 触摸屏现场运行图 虫 摸屏是通过触摸式工业显示器把人和机器 向 智能化界面。它是替代传统控制按钮和指 邑 化操作显示终端。它可以用来设置参数 ， 显 示数据， 监控设备状态 ， 以曲线 ／动画等形式描绘 自动 化控制过程。更方便、快捷、表现力更强， 并可简化为 P LC的控制程序 ， 功能强大的触摸屏创造了友好的人机 界面。触摸屏作为一种特殊的计算机外设 ， 它是目前最 简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒 体 以崭新 的面貌， 是极富吸引力的全新多媒 体交互设 备。本系统使用了HI TE C H的 1 0 ． 4“ 触摸屏 ， 分辨率达 到 6 4 0 * 4 8 0 。该屏的编程软件为 AD P 6 ． 5 L 4 j 。下图为现场 实际运行画面。相信触摸屏一定会在工业控制领域发 挥更为重要的作用 ， 而我们作为工控一线的开发人员对 于触摸屏 的深入研 究与 应用推广也将显得格外重要 。 触摸屏现场运行程序如图 3所示 。 5 结束语 本文运用 PL C和触摸屏实现了某乳品公司的 C I P 清洗系统。该系统具有安全可靠、清洗效果优 良、操作 集中又简单的特点 ， 大大提高了该公司清洗工艺的 自动 化水平 ， 具有 良好的社会与经济效益。 参考文献 【 1 】鄢景华． 自动控制原理【 M] ． 哈尔滨 哈尔滨工业大学出 版社 ， 2 0 0 2 ． 6 ． [ 2 ]2 S I MA TI C 7 - 2 0 0 可编程控制器系统手册[ Z 】 ． 2 0 0 4 ， 6 ． [ 3 】吕艳． 水处理系统中过滤器的P L C控制 ． 自动化技术 与应用， 2 0 0 9 ， 2 8 5 9 0 9 2 ． [ 4 ]HI T EC H ADP 简体版手册[ Z ] ． 2 0 1 0 ， 1 0 ． 作者简介 纪彬 1 9 7 2 一 ， 男， 副研究员， 主要从事工业 自动 化 控 制 系统 的研 究 。 8 页 离 工艺的控 制逻 辑 良 缩工艺的控制逻辑包括水 循环 、抽真空 、杀 E 缩、出料干燥、C I P清洗、效体清洗等部分 ， 习 如 下 语 0 系统的工艺设备设计和制造技术 ， 是在吸收 茛 缩设备先进技术基础上 。并依靠多年生产 断研发而形成的， 绝大部分元器件和设备采 芝 ， 其技术是先进的， 实际运行是稳定可靠的。 参考文献 [ 1 】 I NT OUC H参考指南[ z 】 ． Wa n d e r wa r e 中国 有限公司， 2 0 0 4， 3． [ 2 ]朱光波， 康琳 ． 基于欧姆龙P L C梯形图程序的顺序设计 方法[ J ] ． 内江科技， 2 0 0 8 ． 1 0 ． [ 3 ]陈勇 ． 欧姆龙P L C改造点滴[ J ] ． 中国设备工程， 2 0 0 6 ． 1 ． 作者简介樊石 1 9 6 7 一 ，男，副研究员， 研 究方向 计算 机 应 用 。