乳品工廠溫度控制系統設計

楊　博

（利樂（中國）有限公司，上海 201315）

乳品工廠溫度控制系統設計

楊博

（利樂（中國）有限公司，上海 201315）

結合乳品生產工藝特點，以西門子300系列PLC控制器、E+H公司溫度傳感器為基礎，提供了一整套溫度控制軟硬件設計方案，涉及硬件選型，電路設計，控制程序設計。經現場調試使用，溫度控制波動范圍在0.5℃以內，滿足生產的質量要求。

乳品；溫度控制；傳感器；PLC

在工廠里，為了保證牛奶質量，需要實時檢測各個環節的牛奶理化指標，其中溫度指標尤為重要，溫度過高會造成牛奶異味甚至結焦；過低則達不到殺菌目的，牛奶易被微生物污染，在處理過程中，溫度最高可達140℃，同時設備需要每天做內部清洗，定期做外部清洗以保持清潔，所以乳品生產線有一個特點就是高溫高濕。筆者結合乳品工廠如上所述的車間環境，工藝要求，從設計角度出發，闡述了目前乳企生產線上溫度控制系統的設備選型要求及控制方法，該設計思路可為其他控制系統設計提供參考和依據。

1.溫度控制的工藝流程

如圖1所示，紅色線表示牛奶，藍色線表示冰水，牛奶和冰水在板式換熱器內換熱，牛奶從10℃冷卻到4℃，冰水從2℃提高到6℃。PLC在線監測溫度傳感器的實際溫度，經過PID計算，將計算結果值傳送給調節閥，調節閥通過調節冰水通過量，從而達到實時控制牛奶溫度的目的。

2.硬件選型

2.1PLC及輸入輸出模塊

PLC選用西門子S7-314；輸入模塊選用西門子SM331，規格型號：6ES73311KF020AB0；輸出模塊選用西門子SM332，規格型號：6ES73325HF000 AB0。

S7-300系列PLC是西門子公司開發的中型PLC，在工控領域應用中占有重要地位。它的軟硬件功能強大，系統配置方便，各種模塊安裝更換方便，系統帶有強大的PROFIBUS現場總線接口及MPI接口，可以與外部設備進行通信，因此設計中選擇S7-300PLC作為主站來組建整個系統。

2.2溫度傳感器選型

為滿足系統需要，溫度傳感器有以下幾個重要的選型要求：防護等級，輸出信號模式，測量范圍，現場安裝要求。以下是詳細信息：

2.2.1防護等級

IP（INGRESS PROTECTION）是指燈具設備和儀表等設備外殼防護等級，在GB4208標準中，規定了設備的外殼防護等級IP代碼的含義。IP66指產品完全防止外物侵入，且可完全防止灰塵進入，承受猛烈的海浪沖擊或強烈噴水時，電器的進水量應不致達到有害的影響；IP67指產品完全防止外物侵入，且可完全防止灰塵進入，防短時浸泡，常溫常壓下，當外殼暫時浸泡在1m深的水里將不會造成有害影響。

為了保證車間環境的整潔，乳品廠車間人員經常擦洗設備表面，或者用水沖洗地面，可能會噴濺到現場的溫度傳感器上，所以防護等級選擇IP66/IP67，減少人為損害幾率。

2.2.2輸出信號模式

選型的PLC模擬量輸入模塊可接受4-20mA輸入信號，所以溫度傳感器選型為4-20mA輸出。

2.2.3測量范圍

傳感器工作的最小溫度是室溫，最大溫度不超過140℃，因此量程范圍選擇0～150℃。

2.2.4現場安裝要求

傳感器安裝在直徑為63.5mm的管道上，要選擇合適的插入深度，有效地檢測流體溫度。另外，傳感器需要定期做檢測校準，因此選擇一款方便拆裝的傳感器，會給后期維護帶來極大的方便。卡箍連接是一種拆裝非常方便的衛生型連接，在流體設備上應用廣泛。

基于以上，選用了E+H的TMR35-A1BBDBAA1AAA。技術數據如下：IP66/ IP67等級，4-20mA輸出，測量溫度范圍0～150℃，插入深度30mm，卡箍連接。

2.3連接線

采用帶屏蔽層的信號線，可有效防止動力線纜對模擬量信號造成干擾。

3.電路設計

如圖2所示，M12001TT表示溫度傳感器，通過24V屏蔽線接入模擬量輸入模塊的22端子，將4-20mA的信號輸入給PLC，為防止模塊被燒毀，增加了熔斷器保護。

如圖3所示，M12001VC表示調節閥，PLC將4-20mA信號通過輸出模塊輸出給調節閥，用來控制調節閥開度。

4.程序設計

4.1牛奶實際溫度值輸入初始化

溫度傳感器的電流信號通過屏蔽線接入模擬量輸入模塊的PIW310通道，初始化的作用是將傳感器信號轉換為PLC能夠處理的數據類型，參與PID控制運算，利用標準程序塊FC105完成。

4.2PID控制

調用FB41，實現對溫度的自動控制。程序中定義了牛奶溫度的輸入值，設定值，控制輸出值，可供調試的P值，I值和D值。程序如圖4所示。

4.3輸出控制值

將控制數值通過調節閥輸出，在外部有擾動的情況下改變調節閥開度，調節冰水流量，從而控制產品溫度，利用FC106完成輸出功能。

由于乳品生產線的自身特點，在設計溫度控制系統的時候，不僅要考慮系統的穩定性，也要選擇合適的設備，以滿足特殊工藝要求。實踐證明，PLC在線控制可以有效地監控溫度，提高溫度控制的精度，減少停機時間，提高工作效率，為企業帶來良好的經濟效益。

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