PLC在乳品厂净乳过程中的应用

1 概述
随着科学技术的发展和人类社会的不断进步，越来越多的乳制品在我国市场出现，不断满足人们的需求。但这些乳品从内在品质上良莠不齐；除了其他的因素外，净乳这道工序的好坏，起着十分重要的作用，直接影响产品的质量。我们设计研制开发的净乳机控制器系统，与国外现使用同类型的产品相比较，具有操作直观、方便，控制准确、性能价格比较高，价格便宜等优点。并已经通过现场运行，开始走向产品化的进程。
2 系统工艺流程
现代化的乳制品企业中，净乳是十分重要的生产工序。它可以将产品中的机械杂质去掉，同时也可以除去尘埃，细胞碎片等，有效的控制了原奶的洁净度。净乳机的工艺过程设置，主要由五个部分组成：启动、预热、循环、产品、CIP等组成；动作由大排渣，小排渣，溢流组成。而每个部分，动作不相同；启动、预热： 对净乳机来说，接收启动系统的信号，完成电机的星—角转换等动作，在初始状态下，系统进行一次大排渣；循环：净乳机只完成本身定期的小排渣动作；产品状态下：净乳机除了本身定期的小排渣之外，还定时接收远程控制器发出的大排渣和溢流命令；CIP：在此状态下，净乳机定时接收并完成远程控制器的大排渣和溢流命令。
2.1 关碗水和开碗水
关碗水和开碗水动作：开碗水主要是打开腔体，对净乳机腔体进行清理，关碗水是通过水的压力，将腔体托起如图2：在系统运行过程中，可以在固定时间内，发出脉冲关碗水动作，满足系统按时补水的要求。
2.2 大排渣、小排渣及溢流
如表1，大排渣、小排渣的动作是由开碗水、关碗水的两个电磁阀动作组合。小排渣的主要任务：相对短时间对设备进行清理。其动作时序，如图l，关碗水的动作是由前冲洗，后冲洗构成。部分排渣是开碗水动作；大排渣的主要任务：固定时间由远程控制器发送给控制器，对设备进行清理。相对小排渣而言，是几次小排渣后，大排渣是对净乳机腔体进行的较为彻底的清理。溢流是对腔体上部和管道的清理，通过定时对备压阀的关闭(憋压)来实现。这三个动作时间可在面板上设定。在自动状态下，是由远程控制器来发出此命令。小排渣，大排渣也有一定的区别，小排渣时，挣乳机照样进料，而大排渣时，由于对净乳机的转数影响较大，需关闭进料阀，等待净乳机的转数提高到一定程度后，再打开进料阀。此时间可以设定。

3 系统结构组成
一般来说，高品质的净乳系统，除了具有准确的温度处理和合理工艺结构外，还需要完备和可靠的控制功能结构。目前，净乳机的控制一般采用分散就地的控制方式，难于集中控制，不利于统一进行生产管理。而此系统设计上采用上、下位机控制，组成多控制器集中控制网络系统。可以在上位机画面上对净乳机状态进行设定，还可以显示净乳机的工作状态，重要参数的历史趋势图和对相关数据的保存，便于操作，实时控制和监视净乳的运行过程。
如图2，集中控制器选择CONTROLLOGIX5550系列，该控制器易于和现有PLC系统集成，不仅具有先进的通信和输入、输出能力，而且可同时提供顺序、过程及运动控制功能，模块化的系统使用户方便地设计、装配和修改。现场就地净乳机控制器系统采用SIEMENS公司较为成熟SIMATIC S7—200系列CPU224处理器。该处理器集成14INPUT／10OUTPUT数字量I／O点，并扩展EM222、 EM231模块，增加扩展功能，选择MPI通讯协议，与其它设备组成通讯网络。操作面板选用SIEMENS公司触摸屏OP7，在OP7上可以设置和修改有关参数，以上这些功能配置，满足了设计要求。
4 程序设计和编程
整个系统软件分为上、下位机两部分。上位机在Windows 2000操作系统下，用Intouch7．0进行软件组态。上位机作为人机界面，实时接收下位机传送的数据，将各种报警数据、阀门的状态显示出来。下位机软件CONTROLLOGIX主要完成进料口阀、出料口阀，大排渣等的控制。这里重点介绍控制器下位机软件。

在V3．1 STEP 7—Micro／Win32软件环境下进行编制。S7-200系列PLC丰富的功能指令和符号寻址方式极大方便了编程。在程序中应用A／D转换的数字滤波、功能块、数据块、和通讯接口等功能，充分体现PLC功能控制的特点，使程序简洁、直观。程序结构模块化设计，梯形图方式编程。程序分为如下几个部分：主程序、初始化程序、输入程序、产品程序、CIP程序、模拟量处理程序、报警程序、输出程序、供料泵控制程序、入料口控制程序和通讯程序等组成。图3为“产品”处理模块部分程序框图。程序中V55．1为控制器面板“产品”按键， V105．5为远程控制器置位位。“产品”状态时，当V101．1为1，C1、C3开始计时，SM0．4按分脉冲计时，当计满VW0时，允许小排动作。C1重新计数，V55．1为1，启动C2，SM0．5按秒脉冲计时，为前冲洗状态，V60．2为1，关碗水电磁阀动作。当V55．2为1，V60．0为1，开碗水电磁阀动作，并持续VW4时间，同样，当V55．4为1，置为后冲洗状态，保持关碗水动作。这样，程序一个周期的小排渣结束，程序继续循环执行。

由于采用集中控制系统，这就要求程序控制除了保证工艺的时序性，还必须协调系统的同步性，也就是说，CONTROLLOGIX处理器和SIEMENS处理器动作必须一致。
在程序设计上，设置软件通讯握手位，实时与CONTROLLOGIX处理器进行通讯，必要时做出相应的调整，保证系统的正常运行。如表1所示，在由“循环”状态转到“产品”状态时，处理器既要完成自己的小排渣动作，还要接收CONTROLLOGIX发出的大排渣动作，正常的动作时序是大排渣间隔是1小时，小排渣的间隔是16分钟，如果两者相隔时间太近，会造成没有必要的浪费，也影响净乳的效果。用如下的编程方法实现了上述功能。如图4，其中C6，C7分别为小排渣计数器和复位计数器，m16．2为大排渣动作，v60．3为“循环”状态位。当“循环”时，小排渣始终进行，C6不复位；“产品”状态时，两个大排渣之间(1小时)，进行三次小排渣，C7对C6复位，重新计数。

程序具有较为齐备的故障检测功能，实时监测各检测点的状态，当出现电机温度过热、紧急停车、运行过程中转速过低、压缩空气工作压力低、操作水压力低的情况下，系统会产生声、光报警，紧急停车，待故障解除后，可通过解除报警铃、灯光闪烁等，来重新恢复系统运行。
5 结束语
经过一年多的运行，该控制系统运行稳定、动作准确、操作简单、易于维护，完全达到工艺设计要求。经过净乳后的原奶，各项技术指标(单位颗粒度、感观、气味)完全达到或超过对此道工序的要求，提高了产品质量，大大增强企业的生产能力，取得了良好的经济效益。整套系统受到用户的好评，具有广阔的应用和发展前景。

参考文献：

［１］SIEMENS SIMATIC STEP.７. 程序设计［Ｓ］．编程手册
［２］SIEMENS SIMATIC S7—200应用示例［Ｓ］
［３］WESTFALIA净乳机操作手册［Ｓ］