S88標(biāo)準(zhǔn)在冰淇淋工廠的應(yīng)用

概要：冰淇淋這一快速消費(fèi)品行業(yè)在手動工廠飽受衛(wèi)生問題困擾的壓力下，自動化改造的需求越來越迫切。其工程項(xiàng)目的時(shí)間以及安全要求并重。文章中簡要論述了冰淇淋工廠的自動化程序使用S88這一標(biāo)準(zhǔn)后帶來的編程時(shí)間短，安全可靠。

關(guān)鍵詞：S88標(biāo)準(zhǔn)；冰淇淋；自動化

1.國內(nèi)冰淇淋工廠對于自動化提出的要求

冰淇淋工廠的生產(chǎn)要求，對于以上三種流程來說。顯然是批次流程。工廠要根據(jù)市場的導(dǎo)向，來排布自己的生產(chǎn)計(jì)劃。按批次實(shí)行生產(chǎn)。

對于冰淇淋工廠來說其不同于其他快速消費(fèi)品（乳品，飲料）的生產(chǎn)，其具有本身的特殊性：

季節(jié)性強(qiáng)，一般對于在國內(nèi)的冰淇淋廠從2，3月開始生產(chǎn)，到5月全產(chǎn)能生產(chǎn)，再到8，9月進(jìn)入小規(guī)模生產(chǎn)，最后到10月左右淡季放假。第二年2，3月再開始。

生產(chǎn)品項(xiàng)多，國內(nèi)消費(fèi)者對于冰淇淋的消費(fèi)偏好新奇的品種。導(dǎo)致市場上的冰淇淋品種眾多。

作為食品，目前越來越多的食品安全問題事件。迫使全社會對于食品安全問題的重視程度越來越高。對于新投建或是改建的食品生產(chǎn)線，食品安全的考量是重中之重。

對于冰淇淋廠中的自動化程序提出編程時(shí)間短，運(yùn)行可靠性強(qiáng)。為此我們需要一個(gè)可靠的程序結(jié)構(gòu)來保證短時(shí)間內(nèi)編制出可靠性強(qiáng)，且符合冰淇淋工廠的生產(chǎn)需求。如此的生產(chǎn)要求正是符合批次流程的要求。批次處理的特點(diǎn)之一就是用同一種設(shè)備可以生產(chǎn)出不同的最終產(chǎn)品。這就對生產(chǎn)設(shè)備提出了柔性度很高的要求了。而S88標(biāo)準(zhǔn)正是為了批處理提供了柔性的方法。

2.什么是S88標(biāo)準(zhǔn)

S88系統(tǒng)的特點(diǎn)可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

2.1.在一條生產(chǎn)線上可以生產(chǎn)多種配方的產(chǎn)品

2.2.配方上的修改和添加只需要在計(jì)算機(jī)上由工藝工程師來修改

2.3.配方和工藝設(shè)備相分離，修改配方不需要再請軟件工程師來修改

2.4.有助于追蹤產(chǎn)品和過程數(shù)據(jù)的記錄

2.5.指導(dǎo)如何從異常事件中恢復(fù)正常

2.6.提高了產(chǎn)品的一致性

2.7.提高生產(chǎn)效率和過程質(zhì)量

2.8.減少了操作費(fèi)用

2.9.設(shè)計(jì)理念使項(xiàng)目容易通過審核與驗(yàn)收

2.10.縮短了產(chǎn)品進(jìn)入市場的時(shí)間

2.11.模塊化使得全球范圍內(nèi)的推廣變得更容易，擴(kuò)大了投資收益

S88對制造過程和產(chǎn)品需求提供了一個(gè)更清晰的定義，使用通用的術(shù)語和制造模型簡化了消費(fèi)者，供應(yīng)商和集成商之間的溝通

S88的標(biāo)準(zhǔn)中定義了工藝模型，物理模型和程序模型。這三個(gè)模型的結(jié)構(gòu)在此不再詳述。重要的是我們需要理清楚這3個(gè)模型之間的關(guān)系。如何利用這三個(gè)模型去完全滿足工藝的需求。

通過上圖可以清晰的看到在工藝層面上，各工藝單元與程序結(jié)合就得到了完整的工藝。工藝階段層面上，具體某個(gè)單元與單元程序結(jié)合就得到具體的某一個(gè)工藝階段。工藝操作為在具體某一個(gè)單元上的操作。工藝動作則可以分為具體單元或是設(shè)備上的具體的某一個(gè)階段。

世界各大自動化系統(tǒng)供應(yīng)商也都提供了相應(yīng)的S88的應(yīng)用產(chǎn)品。Rockwell的PhaseManager，西門子的SIMATIC BATCH等等。下面我們介紹是如果通過自己的編寫子程序塊，達(dá)到同樣實(shí)現(xiàn)S88標(biāo)準(zhǔn)的控制模式。

3.S88標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際工程中的應(yīng)用

列舉冰淇淋生產(chǎn)工藝中最重要的老化工藝如何通過S88的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)編程。冰淇淋的老化是在冰淇淋漿料通過殺菌工藝，進(jìn)入老化罐后在2-4℃存放一定的時(shí)間。根據(jù)工藝的要求時(shí)間不同，不同的冰淇淋漿料的老化時(shí)間也不同。期間冰淇淋的漿料會發(fā)生乳蛋白質(zhì)的水合作用；穩(wěn)定劑的完全水合作用；液體脂肪的結(jié)晶作用；蛋白質(zhì)的解析作用。處在老化罐中的冰淇淋漿料需要低速的間隙攪拌并由冰水夾套提供一個(gè)恒定的老化溫度。在此期間，老化罐的人孔不可打開，不可進(jìn)料，不可出料。

這里以西門子S7系統(tǒng)為例?？梢詫τ诰唧w的某一個(gè)老化罐的老化工藝建立一個(gè)FB。

從上圖可以方便看出我們需要建立標(biāo)準(zhǔn)的老化工藝功能塊。其中主要分階段邏輯和控制邏輯兩部分

階段邏輯的目的是明晰在執(zhí)行老化工藝的各個(gè)步驟間的執(zhí)行順序以及跳轉(zhuǎn)條件。從接受到啟動指令，給老化罐夾套通冰水。冰淇淋漿料進(jìn)入后啟動攪拌。并啟動人孔鎖，將老化罐鎖住。在罐內(nèi)溫度傳感器測量溫度達(dá)到工藝參數(shù)要求后，開始計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到工藝參數(shù)要求時(shí)，自動完成老化這個(gè)工藝階段。要強(qiáng)調(diào)的是，一個(gè)工藝階段會涉及到多個(gè)控制對象，攪拌電機(jī)、閥門以及各傳感器。同時(shí)同一個(gè)控制對象也會在不同的工藝階段中被調(diào)用。完全不用擔(dān)心控制對象的重復(fù)調(diào)用。

控制邏輯則是明晰在工藝的各個(gè)狀態(tài)下限制外部因素對該工藝的干擾，以及發(fā)生互鎖不讓該工藝階段啟動；或是發(fā)生運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)及時(shí)中斷該工藝階段。例如說該老化罐正在填充冰淇淋漿料，則不能進(jìn)行老化工藝。又例如老化工藝進(jìn)行中攪拌電機(jī)報(bào)警，驅(qū)使老化工藝進(jìn)入暫停狀態(tài)。

對于該老化罐的程序來說就只要考慮這個(gè)老化罐的互鎖，運(yùn)行錯(cuò)誤的條件，并且多重背景調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的老化工藝階段邏輯的功能塊以及控制邏輯的功能塊就可以了。這樣在寫程序的時(shí)候，大量的程序都可以通過西門子的source文件來生成了。大大縮短程序編寫的時(shí)間。并且在考慮互鎖及運(yùn)行錯(cuò)誤的條件時(shí)，僅考慮這一個(gè)老化罐在老化工藝的條件就可以了。通過單元及工藝階段的劃分，使得互鎖和運(yùn)行錯(cuò)誤的條件的范圍縮小到很小的范圍內(nèi)，不容易遺漏。大大提高程序的可靠性。

不僅如此，程序結(jié)構(gòu)上工藝參數(shù)部分可以由外部系統(tǒng)寫入。就為MES系統(tǒng)提供了一個(gè)接口。老化的工藝參數(shù)，例如攪拌速度，老化的時(shí)間，老化的溫度都可以根據(jù)MES系統(tǒng)輸出的工藝要求來執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)上層的ERP系統(tǒng)的大訂單，到MES的小批次信息，再到S88的配方管理。形成一套完整的自動生產(chǎn)體系，從而滿足現(xiàn)今冰淇淋生產(chǎn)客戶的需求。

對于一個(gè)中等規(guī)模的冰淇淋廠來說，產(chǎn)能250噸/天。老化罐數(shù)量36個(gè)。一個(gè)自動原地清洗站。兩套混料系統(tǒng)，兩套殺菌系統(tǒng)。硬線IO點(diǎn)數(shù)在3千點(diǎn)的項(xiàng)目。應(yīng)用S88的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，編程的時(shí)間在一個(gè)月左右?，F(xiàn)場的運(yùn)行效果很穩(wěn)定。

隨著國內(nèi)的生產(chǎn)商對于工廠的自動化要求越來越高，許多的自動化要求早就已經(jīng)不再是簡單的開閥開泵。而是與上層的企業(yè)管理軟件接口，方便的監(jiān)管每一個(gè)生產(chǎn)的批次。這就使得S88的批次標(biāo)準(zhǔn)越來越重要，勢必會在實(shí)際的使用中越來越普遍。不再是一個(gè)簡單掛在嘴邊的簡單標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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指導(dǎo)老師：閻威武企業(yè)導(dǎo)師：冷忠民