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自动化与仪器仪表2 0 1 2年第 3期 总第 1 6 l期 P L C 在味精发酵工段中的应用 罗丽薇 ， 杨斌 ， 陆海宁。 1 辽河石汕勘探局总机械厂锅炉厂 辽宁盘锦 ， I 2 4 2 0 9 沈 阳化工大学 辽宁沈阳， 1 1 0 1 4 2 3 辽河石汕勘探局总机械厂钻采设备及材料检验室 辽宁盘锦 ， 1 2 4 2 0 9 摘 要是用可编程控制器控制 味精发酵工段 。温度和P H值是发酵工段 中的主要影响 因素，以此为依据设计 的一 一 套计算机控制系统 。 这套系统分上， 下两层， 上层是由工业计算机进行控制和显示用W i n C C生成主画面， 编辑 工艺流程画面 ， 建立报警记录画面和趋势记录画面， 最后进行组态。 下层 由S I M A T I C S 7 3 0 O 构成 ， 通过所编辑的程 序， 从现场采集数据， 然后再进行控制输出。 将上 ， 下层连接起来 ， 从而控制温度和 P H值， 不断提高发酵工段 的产 酸率 ， 最 终达到提 高味精的产量和质 量的 目的。 关键词味精； 发酵； W i n C C ； S I M A T I C S 7 3 0 0 ； P L C Abs t r a c t I sP L C c o n tro l s e c t i o nmo n o s o d i u m g l u t a ma t ef e r me n t a ti o n ． Te mp e r a t u r e a n dP H v a l u ei st h ema i ni n fl u e n c ef a c t o r s s e c ti o ni nf e rm e n t a t i o n ， o ntheb a s i s o f d e s i g no fac o mp u t e r c o n t r o l s y s t e m． T h e s y s t e m p o int s ， t wol a y e r , the c o mp u t e ri sb yind u s t r i a l c o n t r o l an dd i s p l a y CC g e n e r a t e db yt h e s c r e e n ． e d i t ingp r o c e s s flo w s c r e e n ． e s t a b l i s hala rm r e c o r dthep i c t u r e s andthet r e n d r e c o rd p i c t u r e s ， fi n a l l y c o n fig u r a t i o n ． Th el o we r theS I MA TI CS 7 3 0 0 s t r u c t u r e ， t h r o u g hthee d i t e dthep r o g r a m, f r o m t h ed a t aco l l ecti o n ， a n dthe n c o n t r o l o u t p u t ． Th ewi l l ， andthel o we r c o n n ect e d ， S O a st o c o n l l o l t e mp e r a t u r ean dP H v alu e ， a n dc o n s t a n tl yi mp r o v et h ef e r me n t a ti o no f a c i dy i e l d r a te s ecti o n ， e v e n t u a l l yt oi mp r o v ey i e l dandq u a l i t y o f i tsp u r p o s e ． Ke ywo r d s Mo n o s o d i u m g l u t a ma t e； F e r me n tati o n； W CC； S I M A T I C S 7 3 0 0； P LC 中图分类号T P 1 3 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 - 9 2 2 7 2 0 1 2 0 3 0 0 9 3 0 3 0 引 言 通 常来 说 ， 味精 的制造方法有三大种第一种 ， 水解 提取法；第二种 ， 合成法；第三种 ， 发酵法。 通过具体的操 作检验 ， 发酵 法的产量最高质量最好 ， 所以在 工业上 一般 来说 我们都 是采用发酵法 。 温度和 P H值这两项是谷氨酸 发酵流程 中的重要控制 因素 。随着时间的变化这些参数也 进行变化 ， 这用 常规 仪表很难达到控制 目的，所 以必须用 计算机进行实时控制 。 根据 味精发酵 的工艺要求 ， 设计 出 的一 ‘ 套谷氨酸 发酵 的控制系 统。 1 工艺简介发酵的生产工艺及控制要求 用于 生产味精 的谷氨酸发酵 工艺流程 是一个复杂 的 生化 过程 ， 它 以淀粉 、 大米 、 水解糖 为原料 。 发酵法 生产 谷氨 酸 的基本要 素是采用优 良的菌株和控 制合适的环境 条件 。 由于 发酵温 度参数 是⋯个 时变过 程缓慢 ，纯滞后 时 间很大的环节， 常规的P I D作用很难得到满意的控制效果， 因此 ， 对于系统中调节 的选择及计算机控制算法应充分考 虑 。 对P H的控制 ， 可以通过加料装置， 添加酸或碱进行调 节， 也可 以在培养基中添加 P H缓冲液等 。 谷氨酸发酵过程 P H 值一 一 般控制在 7 ． 1 7 ． 2 之间为宜。 根据P H 变化采用 自动 控制连续流加液氨来调节 P H值。 P H自控后， 不仅为菌体生 长增殖提供适宜的生态环境 ， 同时又是提高产 酸率 的重要 收稿 日期 2 0 1 2 0 1 2 0 作者简介 罗丽薇， 女， 助理工程师， 主要研究方向为 自 动控制。 措施 。 2 WI N C C 程序的编写 2 ． 1 安装新的通讯驱动程序 在W I N C C 这建立一个新项 目“ r e a d y ” ， 然后编辑计算机 属性后， 通讯驱动程序是 P L C系统于wI N C C之间的接口， 通 过P L C访 问过程标签，安装新 的通讯驱动程序步骤如下 1 在项 目浏览窗口中的项 目组元 “ 标签管理”上单 击鼠标右按钮如 图 1所示。 墨墨■圈■黼嬲 豁 班 _ “ ■ 髓皤∞ 铀 b t 豳 踏 啊 i mc s 5 啼⋯} t s 5 【l _ 删 麓 ” t _I A h嘣 { 鲫 一一 帮鳓潮嘲翻蕊嬲鳓嗣 瞄 { 謦 署 i ； 臻 S s “ 扭 s d c 啊 满q ’ m i j ～ 熏件 名噼． 潮撇 “c “ t d t “ I打并畦 4{ 文 件 童 ∞- l i c ⋯t l 蝇 撕 1 埘 ； 般 柏 l ⋯ ⋯ ． ⋯ ⋯毒 镰 图1 标签管理 2 在弹出式菜单上，选择 “ 添加新 的驱动程序 。 3 此选择 打开一个对话框 窗口， 它列出了当前可利 用 所有通道文件 ， 通道 文件的标准文 件的扩展名是 “ 木． c h n” 。 4 选择通道文件名 “ S i m a t i C s 7 p r o t o c o l S U i t e ” 并双击 它， 将 文件复制给项 目管理器 ， 或选 择文件名后 ， 单击打开按钮 ， 以便将所选择 的通讯 驱动程序传送给项 目 管理器 。 这 时， 在项 目浏览窗 口上列出了所安装的通 讯驱 93 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m P L C 在味精发酵工段中的应用 罗丽薇 ， 等 动程序 ，双击该程 序名将 列出与之 想连 的若干通道单 元。 W I N C C 通道是作为W I N D O W S D L L 实现的， 并与系统动态地连 接， 各个 W I N c c通道代表 了双带有指定协议的连接参数 的 访问， 一个同D L L可支持 同一类型的多个通道单元。 WI N C C 数据管理通过逻辑连接来访问远程 P L C的过程值， 通道单 元通 过指定通道 的连接来执行访 问过程值所需要 的通讯 步骤， 为W I N C C数据管理提供过程值。 所读入的数据作为 过程映像存储在计算机的R A M中。 所有W I N C C地组元均可 访 问该过程值 。 逻辑连接，标签组和标签均被分配给通道 单元 。 2 ． 2 图形编辑 1 用于设置和改变对象属性的对话窗口， 如图2 所示。 图2 设置和改变对象窗口 2 编辑主画面 在对象调色板中选取 “ 图形对象 ” 将 鼠标移动到新建 画面中 ， 在起 始点 点击 鼠标左 键 ， 并按住 鼠标左 键拖 动 “ 图形对象 ” ， 到我们的所期望的大小 8 0 0 ． 6 0 0 ， 放开按键 时， 在弹 出的图形选择对话窗 口， 即所有 的“ G R A C S ” 文件 夹中凡是扩展名为“ l ． b m p” ， “ 冰 ． d i p ” “ 米 ． e m p ” “ 术 ． w m p ” 的图 形文件将 显示在列表框 ，可在其 中选择 一个做 背景 画面。 也可以单击 “ f i n d ⋯” 在其它的磁盘和 目录里寻找己做好 的图形文件。但必须是上面 的几种格式中的一种 ，选择好 后 ， 单击确 定退出对话框 。 在对象调色板中选择 “ 0 1 e对象” 在编辑区左上角拖 动 鼠标， 使 “ 0 1 e 对象 ” 达到期望的大小后， 放开 鼠标按键， 这时弹出话框要求选择o l e 对象名称， 在列表中选择 “ W i n c c d i g i t a l ／ a n a l o g y C 1 o c k c o n t r o l ” 按确认按钮后， o l e 对 象控件上将出现 个模拟 时钟，时钟在系统运行 时将正确 显示系统时 『 日 J 。 在对象调色板“ w i n d o w S o b j e C t S ” 下选择按钮对象， 在主画面上方偏左画一个按钮 ， 双击该按钮打开属性编辑 对话框 ， 修 改为合 适的大小外观 。 文本 改为主画面 ，然后 用鼠标单击 “ 事件 ” 标签， 选择“ m o u S e ” 在右侧双击 “ m o u S e a c t i o n ” 后， 编辑动作函数 “ o p e n P i c t u r e m a i n ． p d 1 ” ， 按 0 k确认后退出此对话框。 复制 出五个上面 的按钮 ， 修 改各按钮打 开画面 的名 称分别为 “ 工艺流程 ” “ 控制画面 ‘ 实时 曲线” “ 报警记 录” “ 退出” ， 和相对应的C 函数动作为“ o p e n p i c t u r e ” “ c o n t r o 1 ． p d 1 ’ ，’ ‘ ‘ o p e n p i c t u r e p r e s S p d 1 ’ ， ‘ ‘ o p e n p i c t u r e t i m e ． p d 1 ” 等以方便控制， 当我们按不同的按钮时， 打 开我们所期望 的对 象画面 。 在 图形 编 辑器 中新 建一 幅 图 为退 出画面 ，大 小 为 3 0 0 * 2 O 0 ， 此画面用于推出系统的对话窗口， 此窗 口有两个 94 按钮 ，一个为 “ 确认 ”按钮 ，另一个为 “ 取 消”按钮 主画面编辑完，如图3所示。 图3 主画面 在流程 图的上方做五个按钮 ， 分别为 “ 主画面” “ 工艺 流程 ” “ 控制画面” “ 报警记录” “ 历史趋势” 如图4所示 。 4 工艺 流程 四面 3 硬件配置 控制器采用S I E M E N S 的S 7 裁判C P U 3 1 4 控制器， 上位机 采用S I E M E N S 的专用S C A D A 系统W i n c c 作为人机接口， W i n c c 和P L C实时通讯。 系统实现了对所有相关设备的启停监视， 并配以相应 的报表功能， 使系统状况一 目了然．。 3 ． 1 电源模块 根据味精发酵系统测点的个数、 信号类型确定了CP U、 通讯模块、I／0模块的类型和硬设备 的个数。通过产 品手 册可查询这些硬 设备 的额定工作 电压和额 定工作 电流，利 用公式 1 额定功率 额定电压额定电流 1 可 以求得 每个硬 设备的功耗 ，再把 每个硬 件功耗 求 和然后加上 电源模块 自身功耗就能得 出整个控制站 C S 的功耗 。 利用公式 1 就很容易确定应该选择 电源模块 的 类 型 。 3 ． 2 中央处理器模块 根据味精 发酵控制 系统 的实际要求 实际情况 ，味精 发酵 系统 的测 点多 ，实时控制信息量大，系统 的稳定性要 求非常高， 容错能力要求非常强。 因此， 要采用S I E M E N S公 司高端的C P u。 这样才能达到整个味精厂 的工艺要求 。 如果考虑控制系统 的性价 比，则C P U可 以采用低级别 的冗余中央处理器 。 但运算速度会 降低 ，町以处理测点 的 个数也会减少， 存储容量也会减少 ， 可 以根据 实际工程 的 需要， 选择合适的C P U 3 1 4。 3 ． 3 I ／ 0 模块 由于 系统稳 定性能要 求很高 ，为了保证 系统的连 续 安全运行 ， 减少硬设备损坏对系统的影响，应采用分布式 I ／ 0 S m 3 3 1 S m 3 3 2 作为输入／ 输出模块。 模拟量输入模块 A I 控制系统中模拟量输入较多 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表2 01 2年第 3期 总第 1 61期 因此采用 8个输入信道 的模拟量模块 。 根据测 点清单提供 的测点数量、 信号类型、 模块供电电压， 选择 A I 8 X 1 2 B i t D C 2 4 V 模块。 其基本原则是对于4 2 0 m A 、 P t 1 O 0 、 K 分度的 模拟量信号， 采用普通型号的A I 模块即可满足要求； 对于 C u 5 0 类型的热电阻信号， 则必须采用更高级别的R T D类型 的A I模块； 对于S分度类型的热 电偶信号 ， 则必须采用 T C 类型的A I 模块 。 模拟量输 出模块 A 0 模拟量输 出点输出的信号是 4 ～2 0 m A的标准信号， 主要是用来PI D控制。 实现对设备的 连续调节。 选用A 0 81 2 Bi t 模块。 4 结束语 味精是菜肴增鲜剂的第一代。 在我国， 它始于 1 9 2 2 年 的上海天厨味精厂，至今 已有近 8 0年历史。味精 的主要成 分是谷氨酸钠 ， 主要 的生产工艺是通过大米、 玉米等粮食 或糖蜜 ， 采用微生物发酵的方法进行提取 。 在当今激烈的 市场竞争中要想永远立于不败之地， 我们合理利用原材料 的同时，更需要 运用先进 的生产 工艺流程 。 参考 文献 [ 1 ]苏昆哲． 深入浅出西门子W I N C C V 6 第2 版 ． 西门子 中国 有 限公司 自 动化与驱动集团 [ M ] ． 北京航空航天大学出版社， 2 0 0 6 ． [ 2 ]刘锴， 周 海． 深入浅出西门子S 7 3 0 0 P L C 西 门子 中国 有限 公司 自动化与驱动集团[ M ] ． 北京航空航天大学出版社， 2 0 0 6 ． [ 3 ]廖常初． S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C 应用技术[ M ] ． 机械工业出版社， 2 0 0 7 ． [ 4 ]廖常初． P L C 编程及应用 [ M ] ． 机械工业出版社， 2 0 0 4 ． [ 5 ]皮壮行， 宫振鸣， 李雪华等． 可编程序控制器的系统设计与应用 实例[ M ] ． 机械工业出版社， 2 0 0 1 年． [ 6 ]钟肇新， 范建东． 可编程序控制器原理及应用 [ M ] ． 华南理工大 学出版社， 2 0 0 4 ． 上接第9 2页 量 ， 另外海需要求知管道中一段 时间内流过的累积流体 的 体积和质 量 流量积算 仪 。 面临的要求是大 口径流量 、 微小流量；高、 低温介质 的流量；高粘度介质 强腐蚀介质 的流量；粉料 、 粘 污介质 的流量；脉动流、多相流等流量 。 5 在线过程分析仪 。 从工艺上看 ，生产过程 中对温 度 、 压力 、 流 量 、 液位 等工艺参 数的保证 ， 只 是间接保证 最终产品或 中间产 品的质量合格 ， 所 以对过程中物料成分 的直接分析和对最终产品的成分分析是非常重要 的。又从 环境 保护 的角度看 ，排放 的物质 也是要分 析和在 线监测 的。 总之 ， 对于分析仪器和在线过程分析仪的需求是迫切 的。 除去需求旺盛外 ， 分析仪器 的高科技含 量， 特别是对 多学科配合要求高等 ， 使得近年来分析仪器的科研和应用 投入 力量大 ， 主要有液相 色谱 、 气相色谱 、 质谱 、 紫外及 红外 光谱、 核磁 、电镜、 原 子吸收及等离 子发射光谱 、电 化学等 分析仪器 。 6 执行器 。 由执行机构和调节机构联动构成 。 石化 行业经常适用的是气动执行器， 少数液动执行器 ， 其 中气 动薄膜调节 阀又是最常用的，另有少数气动活塞、 气动长 行程执行机构 。 气动薄膜调节阀与电气 阀门定位器配合使 用 ， 所 以新一代智能式 电气阀 门定位器， 可 以帮助改善调 节 阀性能 。 调节 阀在系统 中的重要性 自不待言， 有 资料表 明， l级阀门失效为超过 1千万美元 的不可避免的损失， 2 级 阀门失效为超过 l 0万美元的不可 避免的损 失。 调节 阀 的特性计算 、 标准制定 、 测试验证及 设计选 用， 一直是关 键技术。另外 ， 与仪表 制造行业有关的通用化、组合化 、多 功能化 也受到重视 。 5 石油化工生产信息传输模块的优化 因科 学技术条件 限制 ，早期石 油化工 生产技术 尚未 达到 先进水平 ， 导 致 自动 化仪表 工程建 设质量达 不到要 求， 阻碍 了系统 自动化仪表 传输 的正常进行 。自动化仪表 系统传输效率偏低， 不仅影 响了石油生产信息传递 的时效 性 ， 也容易造成 数据 丢失 ， 给信 息盗窃者提供 了机会 。 为 了保证石油化工生产 自动化仪表的有序进行 ， 设计人员在 编制 自动化仪表传输方案时要注意模块功能的优化 设计 。 具体包括 ① 收集模块 。 石油化工生产在操控时运用到 的 数据模块相对复杂 ， 每一个模块承担着不同的作用 。 作为 传 输模块 的前期环 节 ， 设计收集 模块应从 多功能角度考 虑 ， 提 高 自动化仪表系统的数据收集 能力 ，以此来保证正 常的运行状态 。 ②处理模块 。 数据处理是传输模块 的核心 功 能， 原始数据处理质量的好坏直接关系着 电气系统的效 率 。这是 由于数据经过处理后转换为 自动化仪表指令，指 导石 油化工生产完成相应的操 作。因此 ， 传输模块 设计需 优化 处理功 能。 ③传输模块 。自动化仪表传输模块注重实 效性 ， 在最 短时间内完成更多的数据操作 ， 这样才能满足 系统传输 的功 能需求 。 传 输模块 设计应配 备 电子检测装 置， 对 被传输数据 的具体状态综合检测 ， 组建综合性的传 输 网络 ， 从而保 证数据信息 的稳 定性。 6 结论 综上所 言 ，由于 石油 化工业 用石 油 、 天然气 作为 原 料 ， 且配备了多种化工化学试剂， 若仅凭借人工生产调配 则难 以保证石油产 品的质量。自动化仪表的运用摆脱 了传 统检 查测量 的不足 ，既保证 了原材料选购 的质量 ，也为石 油化 工业走 电子商务模式转型提供 了条件 。 参考 文献 [ 1 ]解怀仁． 走向2 l 世纪的石油化工 自动化技术 [ J ] ． 化工自动化及 仪表， 1 9 9 8 年O 6 期． [ 2 ]王晓光， 王厉， 厉励． 石油化学工业信息化和 自动化控制技 术的现状及发展 [ J ] ． 河南化工， 2 0 0 4 年O 3 期． [ 3 ]李志阳，胡晓亮． 论石油化工 自动化技术的发展现状及关键所 在 [ J ] ． 民营科技， 2 0 0 9 年 1 0 期． [ 4 ]陈树刚． 石油化工 自 动化技术若干 问题的探讨 [ J ] ． 中小企业管 理与科技 上半月 ， 2 0 0 8 年 O 5 期． [ 5 ]李 京， 王文强， 刑 璐． 化工自动控制系统的应用体会[ J ] ． 化学 工程与装备， 2 0 0 9 年l 2 期． [ 6 ]王维德． 化工 自动化的发展趋势一先进控制技术的应用 [ J ] ． 化工装备技术， 2 0 0 3 年O 4 期． [ 7 ]张慧敏， 张颂． 石油化工 自动化的发展前景展望[ J ] ． 河南化 工， 2 0 0 5 年 0 g 期． 95 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m