基于欧姆龙PLC的乳制品自动化解决方案

经验交流 TechnicaI Communications 自动化技术与应用 2010年第29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200030 2 黑龙江省科学院自动化研究所 黑龙江哈尔滨150090 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Controller Link网络的与可编程逻辑控制器 PLC 的集散型控制系统 以及 监控和数据采集 sCADA 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 Controller Linkl乳制品 奶粉 中图分类号 TM571 61 文献标识码 B 文章编号 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CIP 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 01 O 0 5 2 4 2 PLC概述 图1 奶粉生产图 本地控制器采用OMR0N公司的中小型机CJ系列 PLC 六套系统共享7套PLC 其中收奶1套 巴氏杀菌 2套 配料1套 浓缩1套 干燥1套 CIP1套 Controller Link是OMRON的主要的FA级别的网络 它支持在PLC 之间及PL C和上位机之间的自动数据链接 2I 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PLC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 01 0年第29卷第7期 经验交流 TechnicaI COmmunications 离达l kiTI 每乳品厂奶粉生产线的P L C系统分别在 Controller Link上网 PLC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PC 并通过Intouch10 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个32点输入单元CJlW ID231 21个l6点输 入单元CJIW ID21 l 2个32点输出单元CJIW OD331 l9个l6点输出单元C儿W OC221 l5个8点模拟量输 入C J1W ADO8l V1 9个8点模拟量输出C J1W DA08C 以及7个Controller Link单元CJlW CLK2卜 Vl 通过双绞屏蔽电缆连接7套PLC组成的生产系统 Conl ller Iink CJlG 45 CIIG 45 CI10 42 Oil13 42 C3 10 42 CJ1Q 42 收奶 配科 浓缩 干燥 CIP 巴氏杀菌 图2 Controller Link网络 3 2软件设计 1 操作系统 采用Windows 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Wondeware的Intouch10 0软件 Intouch10 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 Intouchl0 0都可以保证优异的性能 Intouchl 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 Intouch 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OMRON的CX Programmer CX Pmgrammer 是OMRON公司PLC的软件编程 调试工具程序 其运 行在WindowsXP NT 2000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 SYSMAC CS1系列PLC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 1l 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CIP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125页 经验交流 TlechnIcaI COWlmunications 自动化技术与应用 201 0年第29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 El6扩展单元的Y30 Y3I Y32三个输出量控制 其控 制原理如下表 表1 A D扩展单元控制原理表 0 1 Y30 c N T1 T2 Y31 clN Pl P2 Y32 I P3 P4 4 5 C NET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 DATA A C CESS U NIT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 22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90 下进行5 i0S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80 84 2蒸汽进行换热而蒸发 蒸发温度约68 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PC PLC 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65 75 后 进入高 压泵加压10一l6Mpa 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 PID进行四段进风温度调节 6 CIP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Controller Link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PLC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PLC 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 OMRON操作手册 z 欧姆龙 中国 有限公司 2008 6 2 C2o0Hw CVM1一CLK21操作手册 z 欧姆龙 中国 有限公司 2002 9 3 CJ系列可编程控制器参考手册 Z 欧姆龙 中国 有限公 司 2003 7 4 Intouch参考指南 Z1 Wonderware中国有限公司 2004 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El常维护管理工作