CIP系统的PLC控制系统设计

时间:2022-07-05 08:54:59

CIP系统的PLC控制系统设计

摘 要:介绍了乳品饮料行业全自动CIP系统的设计,控制系统由PLC控制器、触摸屏、及各种自动化仪表构成,可以完成对设备管道清洗的自动控制、工艺参数的修改和工艺过程的监控。

关键词:CIP系统;PLC;控制;触摸屏

就地清洗(Clean In Place),简称CIP,是用水和清洗液对设备管道在原位进行循环冲洗,而无需拆开设备的一种清洗技术。随着近几年乳品饮料行业的高速发展,生产线自动化程度不断提高,对设备的要求越来越高,相对于传统的手动、半自动CIP系统相比,基于PLC控制的全自动CIP系统以其高效、清洗质量可靠等特点逐渐被越来越多的厂家所认识和接受,大有取代旧式手动CIP系统之势。本文对基于PLC控制的全自动CIP系统的基本设计进行了阐述。

1 CIP系统介绍

该系统由水缸、酸缸、碱缸、平衡管、板式换热器、清洗泵及控制系统等组成。为了简便起见,现以单路清洗系统为例进行介绍,每个缸内都装有浮球液位开关,用于罐体液位的在线自控;平衡管内装有液位开关,用于控制运行过程的补充用水;回流管路上装有浓度传感器,用于酸碱清洗液的自动调配、在线检测以及控制酸碱液的回收;换热器出口及回流管路上装有温度传感器用于在线检测温度,然后通过蒸汽调节阀V110控制清洗温度达到设定要求;在换向板上装有接近开关,用于防止设备被误操作清洗。

该系统可以完成碱清洗、酸清洗、酸碱清洗、消毒四项清洗工艺。典型的酸碱清洗流程一般包括:冲水、碱循环、碱回收、冲水、酸循环、酸回收、最后冲洗。在上述自动流程中,每一步骤又有不同的时间、温度要求,用户可以根据自身清洗要求进行设定。其他三项清洗工艺流程也基本大同小异,只是为满足清洗的特定要求,简化了某些步骤。

2 控制系统硬件构成

根据系统控制要求,考虑系统先进性、可靠性以及以后扩展系统的要求,选用SIEMENS S7-300系列PLC,该系列控制器功能强大,性能稳定。硬件配置如下:(1)电源模块:PS307/5A; (2)中央处理模块:CPU315-2DP(可满足以后利用PROFIBUS-DP总线远程监控要求);(3)数字量输入模块:SM321 DI 32×24V;(4)数字量输入模块:SM321 DI 16×24V;(5)数字量输出模块:SM322 DO 32×24V/0.5A;(6)模拟量输入模块:SM331 AI8×12BIT;(7)模拟量输出模块:SM332 AO 2×12BIT;(8)触摸屏: TP270-10

3 系统软件设计

(1)系统通讯。S7-300 PLC自带MPI接口,MPI 允许主-主通讯,主-从通讯,无需其他通讯模板,本系统触摸屏(HMI)与PLC之间要求相互之间有信息交流,所以采用MPI协议通讯,通讯速率为187.5kbps。

(2)PLC程序设计。采用基于WINDOWS环境的SIMATIC Manager-STEP7 V5.2+SP1编程软件进编程。系统操作分手动、自动两种方式。手动方式主要为了系统调试和检修时使用,或者有自动化仪表失灵时应急使用。自动方式则根据输入要求自动完成整个清洗过程。自动操作连联锁条件多,控制参数包括温度、液位、浓度、流量等都需要根据加工顺序段不断改变,控制程序为典型的时间顺序控制程序。

根据系统控制特点采用模块化结构编程,这种编程方法结构简单、清晰、可读性强,便于程序编程和调试。整个CIP程序由主程序和七个子程序组成。主程序主要完成系统初始化,执行各事件中断处理程序及根据系统功能调用子程序。对子程序的调用在各控制段调用相应的控制参数,控制子程序的运行。

子程序:①清洗液调配程序,根据输入请求自动启动气动隔膜泵及相关阀门,抽取适量浓酸、浓碱配置酸碱溶液达到要求浓度;②碱清洗程序,根据碱清洗的工艺流程,结合时间、温度、浓度、流量等参数要求,按时序控制相关电磁阀、继电器的动作,控制系统按步骤自动运行。子程序;③完全清洗程序,根据酸碱清洗的工艺流程,结合时间、温度、浓度、流量等参数要求,控制系统按步骤自动运行。子程序;④消毒程序,根据消毒的工艺流程,结合时间、温度、流量等参数要求,控制系统自动运行。子程序;⑤温度控制程序,温度控制是系统控制的重点,对温度的控制采用控制蒸汽调节阀开度的方法来实现,温度信号为4-20mA的电流信号,通过A/D、D/A转换,采用PID控制。在S7-300中集成了PID功能,通过设置PID算法的回路参数表,很容易实现过程量的闭环控制。子程序;⑥参数设定程序,对温度、浓度、时间等参数,通过编程使其可以根据工艺的需要在触摸屏上进行修改,使用方便灵活,PID参数同样也可在触摸屏上设定,以方便调试。子程序;⑦故障报警程序,对检测到的超出设定范围的参数,或者马达过载、压缩空气低压等异常现象,通过触摸屏提示和闪光灯报警,对比较严重的报警,会暂停程序运行,直到故障排除方可继续运行。

(3)触摸屏画面设计。采用 SIMATIC ProTool/Pr0 V6.0 SP2软件进行组态,画面由主菜单、子菜单、下一级菜单组成,各子画面可由“主菜单”画面切入。通过触摸屏组态设计可以达到以下功能:系统操作、系统运行状态监控、工艺参数适时显示,故障报警信息及故障诊断记录显示、工艺参数历史数据查询、工艺参数设定,参数设定采用口令保护,只有持有口令的相关人员才能进入此画面。CIP系统的控制,由于PLC和HMI的引入,其自动化程度显著提高,系统性能更加稳定、操作更加简单。全自动CIP清洗系统的投入使用可以降低生产过程中的清洗成本,保证清洗的彻底和安全,现已得到越

来越多乳品饮料厂家的青睐,经济效益显而易见。

参考文献

[1]SIMATIC HMI Pro Tool/pro Course ST-BPROPRS SIMENS AG 2002.

[2]郭成宇.现代乳品工程技术[M].北京:化学工业出版社,2004.

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