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
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />　　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.
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />