基於組態軟體和台達PLC的發酵罐PH值控制和管理系統

   時間:2014-03-13 23:14:39
基於組態軟體和台達PLC的發酵罐PH值控制和管理系統簡介
1 系統簡介 1.1 原加鹼工藝說明 發酵是生產黃原膠的其中一個重要的工藝過程,發酵過程的好壞直接影響到產品的質量和產量,在發酵的過程中,發酵物產生大量酸,影響細菌的生長和正常發……
基於組態軟體和台達PLC的發酵罐PH值控制和管理系統正文

1 系統簡介

1.1 原加鹼工藝說明

發酵是生產黃原膠的其中一個重要的工藝過程,發酵過程的好壞直接影響到產品的質量和產量,在發酵的過程中,發酵物產生大量酸,影響細菌的生長和正常發酵,需要在發酵過程中加入鹼液對產生的酸中和。目前,發酵過程加入鹼液的方法,一般是操作工人一個半小時去取樣口取樣,對取樣物測定PH值,測定值比目標值小,然後手動打開鹼液閥,同時用秒錶計時打開閥門的時間,最後關閉鹼液閥。這樣的加鹼方法帶來了一些問題,一是抽樣時間過長,導致發酵罐內PH值不穩定;二是加入鹼液量憑操作人員經驗估計,不同的操作人員面對相同的檢測值,也會估計出不同的加鹼時間,三是一次性加入的鹼液太多,罐內PH值變化太大,對發酵有一定影響。四是取樣出來的物料受溫度變化因素,動靜態測量因素等影響,測量值與罐內物料的實際PH值有所偏差,影響測量準確性。由於人為因素影響,常常影響到發酵后物料的粘度,也影響了產品質量。

1.2 自控加鹼解決方案

為了克服現有諸多問題,系統在發酵罐上安裝PH值電極,實時採集發酵罐中物料的PH值。在工控機軟體上設定加鹼循環時間,系統在設定的循環時間到來時,PLC把實時PH值與設定的目標值PH值比較,如果實時值低於目標值,PLC自動會根據實時PH值與目標PH值的差值計算出需要加鹼的時間值,根據計算的時間值來打開電磁閥,完成一個加鹼周期。循環加鹼時間可以由操作工人根據不同發酵時段物料的粘度而設定,發酵前期粘度小可以設循環加鹼的時間短一些,後期粘度大可以設長些,循環加鹼時間一般設3~10分鐘。

系統除了可以自動循環加鹼外,每個發酵罐在上位機上都保留了手動方式加鹼,操作工人只需用滑鼠把自動切換成手動狀態,通過點擊手動加鹼按鈕,即可打開任意發酵罐加鹼的電磁閥進行加鹼,並顯示加鹼的時間。不管是手動和自動加鹼,只要加鹼時物料的PH值超過了目標PH值,系統會將電磁閥關閉,以防止加入鹼液過量。

為了方便企業管理和查詢,系統在每一批次發酵結束后,可以點擊一個按鈕,即可導出整個發酵批次的PH值數據,並形成獨立的批次文件。

2 系統設計

2.1 硬體部分

2.1.1 系統框圖

系統框圖如圖1所示。

現場採集控制端由PLC,AD模塊,電極,儀錶和電磁閥組成,發酵罐的PH值通過AD模塊送入PLC,PLC根據採集的PH值與目標PH值比較,計算出加鹼的時間,以此時間長度打開電磁閥把鹼液加入發酵罐中。

遠程管理端由工控機組成,工控機界面顯示整個車間所有發酵罐的運行狀態,操作工人設定的參數和做出的命令通過工控機下載到PLC,由PLC根據程序做出相應動作。工控機軟體可導出和保存每個批次的PH值數據,方便企業查詢和管理。企業的電腦可以通過區域網連接到工控機上,可以在遠程進行監控車間生產狀況。


2.1.2 主要硬體組成

①工控機:採用研祥IPC-810工控機;

②組態軟體:採用 MCGS6.2,512點;

③PLC:採用台達DVP48EH00R2,24DI/24DO;

④AD採集模塊:採用台達DVP04AD-H2模塊;

⑤通訊模塊:採用泓格I-7520通訊模塊;

⑥PH值電極、儀錶:採用耐高溫,發酵專用電極,儀錶與電極配套,4~20mA輸出;

⑦電磁閥:AC220電源,需耐強鹼腐蝕;

⑧固態繼電器:DC24V控制/AC220V輸出。

2.1.3 現場方案

①工控機

工控機放在車間值班辦公室,通過RS232/485通訊模塊與plc控制櫃進行數據交換,通訊距離理論上在1.2KM,但考慮通訊速度,應盡量減少通訊距離。

②PLC控制櫃

PLC控制櫃安裝位置根據現場情況而定,盡量選擇清潔,環境溫度低於40度的環境安裝。

③PH值儀錶櫃

安裝在發酵罐附近,電極與儀錶之間的距離應小於10m,防止電極產生的微弱信號衰減。

④電磁閥

電磁閥安裝在原手動加鹼閥與空氣進氣管道之間,電磁閥進口處應安裝過濾網,以防止顆粒物進入電磁閥,影響電磁閥工作。


2.2 軟體部分

2.2.1工控機主界面

工控機程序主界面如圖3所示。


軟體主界面反映了所有發酵罐的基本運行數據和狀態,運行數據包括:PH值目標值,PH值測量值和發酵罐的啟動時間,狀態數據包括:運行啟停狀態,報警狀態,手/自動狀態,報警禁止/允許狀態。

如果要了解其中某個發酵罐的詳細運行數據和狀態,可以在主界面上點擊「進入」,即可進到對應的某一個發酵罐界面,如圖4所示。

在此界面上,能詳細的反映了此發酵罐的運行數據和狀態,包括:

①運行狀態指示,報警指示,手/自動狀態,手/自動控制按鈕,手動加鹼按鈕,電磁閥開關狀態,電磁閥動作次數,歷史報警記錄。

②批次輸入和顯示,發酵罐啟停時間,啟動計時,數據導出,

③PH值測量值,加鹼時間係數,循環檢測時間設定,PH值目標值設定,PH值上下限值設定。

④PH值歷史曲線,PH值實時曲線。

2.2.2 界面操作


(1)啟動操作

①步輸入本次發酵的批次;

②步設定系統運行參數;

③步選擇手動/自動方式;

④步把PLC控制柜上的選擇開關旋到「啟動」。

(2)停止操作

①步把plc控制柜上的選擇開關旋到「停止」,處於停止狀態時,PLC程序不執行該發酵罐的程序,不能進行手動或自動的加鹼。

(3)數據導出

①步在發酵罐停止狀態時,點擊「**罐本批次PH值數據導出」即可,必須是在發酵罐停止狀態時才能導出數據。

(4)手動加鹼

①步選擇「手動」按鈕,再點擊「手動加鹼」即可打開電磁閥,打開時間在「加鹼計時」顯示。

(5)自動加鹼

①步選擇「自動」按鈕,系統根據循環時間設定值自動循環檢測加鹼。

(6)曲線瀏覽

實時曲線:雙擊實時曲線,可放大實時曲線以方便查看。

歷史曲線:把滑鼠移到歷史曲線上,可以看到某時刻的PH值。

2.2.3 保護策略

在電磁閥打開過程中,不管是手動加鹼還是自動加鹼,只要測量值超過了目標值,系統會自動關閉電磁閥,以保護過量加鹼。

2.2.4報警策略

當測量值高於上限報警值或低於下限報警值時,系統延時10s后發出聲光報警,PLC控制櫃的蜂鳴器發出報警聲,在軟體界面上對應的發酵罐報警顯示框變成紅色並閃爍。

3 結束語

採用自動加鹼后,PH值控制精度為:目標值±0.05,克服了人為手動加鹼帶來的不定因素,改善了發酵罐PH穩定性,提高了產品的質量穩定性,系統集成了整個車間的發酵罐管理,操作工人只需在電腦旁邊,就可以了解和操作整個生產車間每個發酵罐的工作狀態,降低了操作工人的勞動強度。

作者簡介

肖先忠(1977-) 男 工程師,任職於英偉力新能源科技(上海)有限公司。

參考文獻(略)

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