乳品工廠溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊　博

（利樂(lè)（中國(guó)）有限公司，上海 201315）

乳品工廠溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊博

（利樂(lè)（中國(guó)）有限公司，上海 201315）

結(jié)合乳品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，以西門子300系列PLC控制器、E+H公司溫度傳感器為基礎(chǔ)，提供了一整套溫度控制軟硬件設(shè)計(jì)方案，涉及硬件選型，電路設(shè)計(jì)，控制程序設(shè)計(jì)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試使用，溫度控制波動(dòng)范圍在0.5℃以內(nèi)，滿足生產(chǎn)的質(zhì)量要求。

乳品；溫度控制；傳感器；PLC

在工廠里，為了保證牛奶質(zhì)量，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)的牛奶理化指標(biāo)，其中溫度指標(biāo)尤為重要，溫度過(guò)高會(huì)造成牛奶異味甚至結(jié)焦；過(guò)低則達(dá)不到殺菌目的，牛奶易被微生物污染，在處理過(guò)程中，溫度最高可達(dá)140℃，同時(shí)設(shè)備需要每天做內(nèi)部清洗，定期做外部清洗以保持清潔，所以乳品生產(chǎn)線有一個(gè)特點(diǎn)就是高溫高濕。筆者結(jié)合乳品工廠如上所述的車間環(huán)境，工藝要求，從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，闡述了目前乳企生產(chǎn)線上溫度控制系統(tǒng)的設(shè)備選型要求及控制方法，該設(shè)計(jì)思路可為其他控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。

1.溫度控制的工藝流程

如圖1所示，紅色線表示牛奶，藍(lán)色線表示冰水，牛奶和冰水在板式換熱器內(nèi)換熱，牛奶從10℃冷卻到4℃，冰水從2℃提高到6℃。PLC在線監(jiān)測(cè)溫度傳感器的實(shí)際溫度，經(jīng)過(guò)PID計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果值傳送給調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥通過(guò)調(diào)節(jié)冰水通過(guò)量，從而達(dá)到實(shí)時(shí)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(guī)格型號(hào)：6ES73311KF020AB0；輸出模塊選用西門子SM332，規(guī)格型號(hào)：6ES73325HF000 AB0。

S7-300系列PLC是西門子公司開(kāi)發(fā)的中型PLC，在工控領(lǐng)域應(yīng)用中占有重要地位。它的軟硬件功能強(qiáng)大，系統(tǒng)配置方便，各種模塊安裝更換方便，系統(tǒng)帶有強(qiáng)大的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口及MPI接口，可以與外部設(shè)備進(jìn)行通信，因此設(shè)計(jì)中選擇S7-300PLC作為主站來(lái)組建整個(gè)系統(tǒng)。

2.2溫度傳感器選型

為滿足系統(tǒng)需要，溫度傳感器有以下幾個(gè)重要的選型要求：防護(hù)等級(jí)，輸出信號(hào)模式，測(cè)量范圍，現(xiàn)場(chǎng)安裝要求。以下是詳細(xì)信息：

2.2.1防護(hù)等級(jí)

IP（INGRESS PROTECTION）是指燈具設(shè)備和儀表等設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)，在GB4208標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了設(shè)備的外殼防護(hù)等級(jí)IP代碼的含義。IP66指產(chǎn)品完全防止外物侵入，且可完全防止灰塵進(jìn)入，承受猛烈的海浪沖擊或強(qiáng)烈噴水時(shí)，電器的進(jìn)水量應(yīng)不致達(dá)到有害的影響；IP67指產(chǎn)品完全防止外物侵入，且可完全防止灰塵進(jìn)入，防短時(shí)浸泡，常溫常壓下，當(dāng)外殼暫時(shí)浸泡在1m深的水里將不會(huì)造成有害影響。

為了保證車間環(huán)境的整潔，乳品廠車間人員經(jīng)常擦洗設(shè)備表面，或者用水沖洗地面，可能會(huì)噴濺到現(xiàn)場(chǎng)的溫度傳感器上，所以防護(hù)等級(jí)選擇IP66/IP67，減少人為損害幾率。

2.2.2輸出信號(hào)模式

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

2.2.3測(cè)量范圍

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

2.2.4現(xiàn)場(chǎng)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(cè)流體溫度。另外，傳感器需要定期做檢測(cè)校準(zhǔn)，因此選擇一款方便拆裝的傳感器，會(huì)給后期維護(hù)帶來(lái)極大的方便。卡箍連接是一種拆裝非常方便的衛(wèi)生型連接，在流體設(shè)備上應(yīng)用廣泛。

基于以上，選用了E+H的TMR35-A1BBDBAA1AAA。技術(shù)數(shù)據(jù)如下：IP66/ IP67等級(jí)，4-20mA輸出，測(cè)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(hào)線，可有效防止動(dòng)力線纜對(duì)模擬量信號(hào)造成干擾。

3.電路設(shè)計(jì)

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

如圖3所示，M12001VC表示調(diào)節(jié)閥，PLC將4-20mA信號(hào)通過(guò)輸出模塊輸出給調(diào)節(jié)閥，用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度。

4.程序設(shè)計(jì)

4.1牛奶實(shí)際溫度值輸入初始化

溫度傳感器的電流信號(hào)通過(guò)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(hào)轉(zhuǎn)換為PLC能夠處理的數(shù)據(jù)類型，參與PID控制運(yùn)算，利用標(biāo)準(zhǔn)程序塊FC105完成。

4.2PID控制

調(diào)用FB41，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。程序中定義了牛奶溫度的輸入值，設(shè)定值，控制輸出值，可供調(diào)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(shù)值通過(guò)調(diào)節(jié)閥輸出，在外部有擾動(dòng)的情況下改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，調(diào)節(jié)冰水流量，從而控制產(chǎn)品溫度，利用FC106完成輸出功能。

由于乳品生產(chǎn)線的自身特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)的時(shí)候，不僅要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也要選擇合適的設(shè)備，以滿足特殊工藝要求。實(shí)踐證明，PLC在線控制可以有效地監(jiān)控溫度，提高溫度控制的精度，減少停機(jī)時(shí)間，提高工作效率，為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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