基于欧姆龙PLC的乳制品自动化解决方案.pdf

经 验 交 流 T e ch nic aI Com mu ni c a t ion s 自动化技 术与应用2 01 0年第 2 9卷第 7期 基于欧姆龙 P L C的乳制品自动化解决方案 赵 宗斌 1 ． 张迁礼 ， 张 明 1 1 ． 上海交通大学， 上海 2 0 0 0 3 0 ； 2 ． 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 项目用于实现乳品厂奶粉生产过程的安全性、可靠性和生产的连续性， 提高乳品厂奶粉生产中的自动化水准。控制系统采用 目前乳品厂制粉广泛应用并取得良好效果的基于 C o n t r o l l e r L i n k网络的与可编程逻辑控制器 P L C 的集散型控制系统， 以及 监控和数据采集 s C ADA 系统。自动化装置大大提高了乳品厂奶粉生产过程的效率。 关键词 C o n t r o l l e r L i n kl 乳制品； 奶粉 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 0 0 7 ⋯ 0 1 2 1 0 3 An Ap p l i c a t i o n o f Da i r y Pr o d u c t s Au t o ma t i o n B a s e d o n Co n t r o l l e r L i n k Ne t wo r k Z l I AO Z o n g - b i n ， Z HANG Qi a n - l i ， Z HA NG Mi n g 1 ． S h a n g h a J i a o t o n g U n i v e r s i t y S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0 C h i n a ； 2 ． A u t o m a 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 Ab s t r a c t I n o r d e r t o g u a r a n t e e t h a t t h e d a i r y p o wd e r e d mi l k p r o d u c t i o n p r o c e s s t h e s e c u r i t y ， r e l i a b l e an d the p r o d u c t i o n c o n t i n u i t y ， e n h a n c e s i n t h e d a i r y p o wd e r e d mi l k p r o d u c t i o n t h e a u t o ma t e d s t a n d ard ，t h e c o n t r o l s y s t e m u s e d t h e p r o g r a mma bl e l o g i c a l c o n t r o l l e r P L Cc o l l e c t i o n and d i s t r i b u t i o n c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n Co n t r o l l e r L i n k n e t wo r k ． I n t h e p r e s e n t d a i ry mi l l i n g ， i t i s a p p l i e d wi d e l y a n d g i v e g o o d r e s u l t s， a s we l l a s mo n i t o ri n g a n d d a t a a c q u i s i t i o n S C ADAs y s t e m． T h e a u t o ma t e d i n s t a l l me n t r a i s e d t h e d a i ry p o wd e r e d mi l k p r o d u c t i o n p r o c e s s e f f i c i e n c y g r e a t l y ． Ke y wo r d s Co n t r o l l e r Li n k ； Da i ry p r o d u c t s ； P o wd e d mi n k 1 引言 在乳品厂奶粉生产线上 ， 鲜牛奶需要经过十分复杂 的收奶、巴氏杀菌、配料、浓缩、干燥和 C I P 就地清洗 等过程， 得到所需要的优质的奶粉 ， 奶粉的细菌含量， 奶 粉颜色 ， 颗粒的形状 ， 可容度等。为了更好的提高奶粉 的生产 中的效率和质量 ， 从奶源到生产过程的无菌化 ， 减少在生产过程 中人工进行加料 。 以前在实 际生产 中一直人工进行和半人工情况下 完成， 劳动强度大， 效率低 ， 而且误差大， 细菌含量远远 达不到食 品业生产的要求 ， 这样即浪费了大量的人力 ， 又大大减弱了生产力 ， 也达不到质量要求。 收稿 日期2 0 1 O -0 5 2 4 2 P L C概述 图 1 奶粉生产图 本地控制器采用 OMR0N公司的中小型机 C J 系列 P LC， 六套系统共享 7套 P LC， 其中收奶 1 套， 巴氏杀菌 2 套， 配料 1 套， 浓缩 1 套， 干燥 1 套 ， C I P 1 套。C o n t r o l l e r L i n k是O MRO N的主要的F A级别的网络， 它支持在P L C 之间及 P L C和上位机之间的自动数据链接【 2 I ， 也可使用 信息服务进行可编程的数据传送 ， 可得到高容量 ， 柔性 数据链接及高容量的数据传送 ， 对低成本的通信系统 ， 可使用双绞线电缆。7套本地控制器的P L C通过双绞线 电缆网进行数据通讯。其最大通讯速率为 2 M ， 最大距 自 动 化 技 术与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第7 期 经 验 交 流 T e ch nic aI CO m mun i c a t ion s 离达 l kiT I 。每乳品厂奶粉生产线的P L C系统分别在 C o n t r o l l e r L i n k上网， P L C的控制系统， 互不干涉和影 响。安装在监控设备室内的 PL C通过进行相互相连和 数据交换， 系统之间相互监测【 引 。 每台控监控室内连接个本地P C ， 并通过I n t o u c h 1 0 ． 0 做出上位机的监控。通过上位监控软件实现对主要工 艺设备的控制和调度， 对生产全过程中的工艺参数进行 数据采集、监控、优化和调整 ， 对主要工艺流程进行动 态仿真和趋势分析、实时数据处理和实时控制 ， 在控制 组态上实现各种常规与复杂的优化控制、专家控制、模 糊控制等先进的智能控制。 3 控制系统软件硬 件设计 3 ． 1 硬件设计 控制器采用 O mr o n公司的 C J 1 G H高速中型 P L C ， 采用2 套C J 1 G H- C P U 4 5 、 6 0 K B 、 5 套C J 1 G H C P U4 2 、 l 0 KB 、7 个 3 2点输入单元 C J l W - I D2 3 1 ， 2 1 个 l 6点输 入单元 C J I W I D 2 1 l ， 2 个 3 2 点输 出单元 C J I W O D3 3 1 ， l 9个 l 6 点输出单元 C儿W- OC 2 2 1 ， l 5个8点模拟量输 入 C J 1 WADO 8 l V1 ， 9 个 8点模拟量输出C J 1 W～ D A0 8 C， 以及 7 个 C o n t r o l l e r L i n k单元 C J l W- C L K 2 卜 Vl ， 通过双绞屏蔽电缆连接 7套 P LC组成的生产系统。 Co n l l l e r I i n k CJ l G 45 CI I G - 4 5 CI 1 0- 42 O i l 1 3 - 4 2 C 3 “ 1 0- 4 2 CJ 1 Q． ． 4 2 收奶 配科 浓缩 干燥 C I P 巴氏杀菌 图2 C o n t r o ll e r L in k 网络 3 ． 2 软件设计 1 操作 系统 采用 Wi n d o ws XP系统既具有易于使用的接口， 又 具有系统的可靠性和数据的安全性。 2 监控软件 采用Wo n d e wa r e 的I n t o u c h 1 0 ． 0 软件。I n t o u c h1 0 ． 0提供真正的分布式、客户 ／服务器结构， 为系统提供 最大的可扩展性。实现简单的单机人机接口 HMI ， 还 是网络复杂的分布式多 S e r v e数据采集和控制系统， I n t o u c h l 0 ． 0 都可以保证优异的性能【 。 I n t o u c hl 0 ． 0是世界领先的工业 自动化软件解决方 案， 提供了生产操作的过程可视化、数据采集和数据监 控。I n t o u c h 1 0 ． 0可以帮助您精确地监视、控制生产过 程 ， 并优化生产设备和企业资源管理。它能够对生产事 件快速反映， 减少原材料消耗， 提高生产率， 从而加快产 品对市场的反应速度 ， 提高用户收益。 3 编程软件 采用 O MR O N的C X - P r o g r a mme r 。 C X - P mg r a m me r 是 O MRO N公司P LC的软件编程、调试工具程序， 其运 行在Wind o ws XP＼NT ＼ 2 0 0 0 操作系统下， 具有丰富、简 捷的操作环境和强大的编程、调试功能。OMRON的 S Y S MAC C S 1 系列 P L C具有较丰富的指令系统， 利用这 些指令即可完成乳品厂相关设备参数的数据采集和处 理； 顺序和逻辑控制设备电机的启停和阀开关等操作【 1 l 。 4 控制系统 总体设计 4 ． 1 控制方案 1 收奶控制。收奶线主要完成鲜奶收取 ， 计量， 储 藏等过程。为了更好的、更快的完成这些过程 ， 我们需 要每部分用变频器控制电机。在计量过程 中要注意鲜 奶的拖气处理等。最后把鲜奶储存奶仓等待下一个环 节。收奶控制程序负责奶车进奶过程控制 ， 并将数据传 递给上位机。根据上位机上设定的奶仓进料， 控制奶仓 的液位状态。并根据上位机设置的状态及信息。实现和 巴氏杀菌的连动控制。在发生通信 、电机和阀门故障 时， 产生报警信号。给巴氏杀菌控制系统信号 ， 以保证 生产过程中的连续性。报警处理后 ， 系统继续生产。正 常情况下， 收奶控制自动完成奶车到奶仓的进料 ， 当奶 车收奶结束后 自动进行水推奶的控制过程 。系统运行 结束后， 给 C I P系统信号 ， 通知可以清洗收奶系统。 2 巴氏杀菌。通过蒸汽加热， 去除鲜奶中的细菌， 主要控 制好蒸 汽温度 ， 加 热时 间等 。 3 配料控制。配料是生产奶粉过程中重要的一环 ， 配方奶添加的小料多少直接影响到奶粉的质量 ，其中 如 加糖、加食用油、加锌、加钙等。本系统由 3个配 料罐及一个阀阵组成。开机时， 配料罐的工作状态为进 料状态 ， 当鲜奶经预热后 自动进入配料罐 ， 当配料罐重 量达到设定值时自动切换到配料状态 ， 自动进行辅料的 添加， 添加完毕后自动转换到出料状态， 经均质后 可制 冷 进入成品罐等待浓缩要料。 4 浓缩控制。来 自鲜奶储罐的鲜奶 或来 自配料罐 的配方奶 ， 经离心奶泵输至系统平衡槽 ， 用一效进料泵 将原料奶送入三效降膜蒸发器。原料奶先经流量 自动控 下转第 1 2 5页 经 验 交 流 T lec h nIca I CO Wl mun i c a t ion s “ 自动化 技术与应用2 01 0年第 2 9卷第 7期 力 进行选择， 在某个周期内选择哪两个参数 ， 由FP 1 一 El 6 扩展单元的Y3 0 、Y3 I 、Y3 2 三个输出量控制 ， 其控 制原理如下表 表 1 A ／ D扩展单元控制原理表 0 1 Y 3 0 c 【N T 1 T 2 Y 3 1 c lN P l P 2 Y 3 2 I P 3 P 4 4 ． 5 C NE T 通讯单元 其作用是可编程控制器与上位机进行 I N 方式通 信时 ， 进行网络的连接及分时通信 。在加装通信单元 后， 一台计算机最多可以连接 3 2台可编程控制器。 4 ． 6 数据显示单元 D ATA A C C E S S U NI T可以将各过程参数及可编 程控制器运行时出现的 自诊断信息进行显示， 同时也可 以进行部分数据寄存器的访问。 5 结束语 由于可编程控制器具有体积小、安装方便、编程简 单易学 、组态容易等特点 ， 随着计算机技术和控制技术 的突飞猛进 ， 可编程控制器在现代过程工业中的应用必 将越来越广泛。 作者简介 王彦吉 1 9 7 4 一 ， 男， 本科， 助理工程师， 现从事现 场 仪 表 与 控 制 系 统 的 维 护 工 作 。 上接第 1 2 2页 回路计量并控制其流量大小 ， 然后依次流经物料预热器 ， 三效、二效、一效预热段进行预热， 再进入杀菌器在 9 0 ℃ 下进行 5 ～i 0 S杀菌， 杀菌温度受系统加热蒸汽压力 自动控 回路控制。出杀菌器的料液进入一效加热器的料液分配 器， 此时高于沸点的料液被均匀分布在一效降膜管内， 同 时在重力和闪蒸水蒸汽共同作用下， 沿管壁成膜状下降 并和壳程 8 0 8 4 2 蒸汽进行换热而蒸发。蒸发温度约 6 8 7 2℃。沿管壁流动的料液和降膜管中流动的水蒸汽以一 定的速度下降进入一效分离器 ， 在此进行汽液分离。杀 菌管的温度都需要P I D控制。电机的启动顺序要依次启 动， 阀门依次打开。当浓度达到后， 通知干燥浓缩出料。 5 干燥控制。干燥主要是粉塔的控制， 通过高压泵 把配好的奶以雾状态喷到粉塔内， 热蒸汽用进风机把热 风吹到粉塔内， 和奶进行热交换， 排风机排出。由一个控 制台完成本系统的单元控制 ， 该控制台包括P C 、P L C、仪 表、按钮组、记录仪等。该系统 由离心式奶泵将浓奶储 罐的浓奶液， 送人管式预热器预热至 6 5 -7 5 ℃后， 进入高 压泵加压 1 0 一l 6 Mp a ， 经自动高压喷枪 单喷头或多喷头 从塔顶喷人干燥塔内， 离开压力喷头的雾状浓奶和来 自 塔顶热风箱的热风接触吸热 ， 使奶液所含水分迅速蒸发 干燥成奶粉颗粒， 并和含有水蒸气热风自上而下沉降到 塔底经锥体汇集流出。尾风在塔的直段底部泻出， 经双 旋风把细奶粉分离后被离心风机排 出系统。塔内为负 压 ， 下面用流化床哄干奶粉， P I D进行四段进风温度调节。 6 C I P控制。在生产完成的部分， 我们需要用水、酸、 碱对设备进行清洗 。根据设备清洗工艺的要求， 程序中 的清洗时间， 酸、碱液的清洗次序， 回收的酸、碱液的浓 度 ， 酸、碱、热水罐所要保持的温度， 液位等技术参数根 据工艺要求均设有默认值 ， 并可根据要求在现场随时重 新设置。两条清洗管线可以单用 ， 也可以同时用， 可以在 清洗前在程序中进行灵活设定。通过 C o n t r o l l e r L i n k监 控各个部分生产进度 ， 确定清洗时间和清洗的顺序。 5 结束语 奶粉生产线运行后 ， 监控系统运行相当稳定， 生产相 互连接比较多， 采用P LC是较为合适的。现在自动化技术 日 新月异， 现场总线技术在控制领域已在大力推广， 但P L C 技术也在不断加强发展， 特别在通信、组网、冗余技术方 面 日趋完善强大 ， 在控制领域仍然占据不可动摇的位置。 参考文献 [ 1 】 OMR ON操作手册[ z 】 ． 欧姆龙 中国 有限公司， 2 0 0 8 ， 6 ． 【 2 ]C 2 o 0 Hw／C VM1 一 C L K2 1 操作手册[ z 】 ． 欧姆龙 中国 有限公司 ， 2 0 0 2 ， 9 ． 【 3 ]C J 系列可编程控制器参考手册【 Z ] ． 欧姆龙 中国 有限公 司， 2 0 0 3 ， 7 ． 【 4 】I n t o u c h 参考指南[ Z 1 ． Wo n d e r wa r e中国有限公司， 2 0 0 4 ， 3 ． 作者简介 赵宗斌 1 9 7 2 一 ，男， 本科， 工程师， 主要从事公 司新建及 改造 项 目的实施以及工厂设备 的 E l 常维护管理工作 。