曹敬華,陳 楓,劉彬波,朱正軍,陳茂彬
(1.工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北工業(yè)大學生物工程與食品學院,湖北武漢430068;2.湖北縱橫科技有限責任公司,湖北宜昌443008)
自動化制曲生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的開發(fā)
曹敬華1,陳楓2,劉彬波2,朱正軍1,陳茂彬1
(1.工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北工業(yè)大學生物工程與食品學院,湖北武漢430068;2.湖北縱橫科技有限責任公司,湖北宜昌443008)
針對自動化制曲生產(chǎn)線高速化、連續(xù)化和綜合化的生產(chǎn)特點,提供了自動化制曲控制系統(tǒng)的解決方案,提出了基于多傳感器檢測的PLC控制技術,開發(fā)出專業(yè)的控制系統(tǒng)軟件,旨在推進PLC技術在白酒廠大曲生產(chǎn)自動控制中的應用。
自動化; 制曲; 控制系統(tǒng)
隨著企業(yè)的快速發(fā)展,人工成本的不斷增加,制曲工序由勞動密集型的人工操作向機械化、自動化的方向發(fā)展[1]。自機械制曲取代人工制曲以來,制曲工業(yè)就成為一種連續(xù)性生產(chǎn)過程的工業(yè)[2]。以往的起初機械式踩曲控制系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制方式[3],在生產(chǎn)過程中表現(xiàn)出靈活性差、柔性差、故障率高、維修難、可靠性低等不足[4],嚴重影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
本課題組研發(fā)的自動化制曲生產(chǎn)線控制系統(tǒng),是以PLC(可編程序邏輯控制器)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)和工業(yè)控制計算機為基礎的開放式綜合自動化系統(tǒng),將計算機技術、數(shù)據(jù)庫技術、信息服務技術等融合為一體,通過對生產(chǎn)線上的驅動電機、物料檢測儀、溫度儀、稱量儀表、流量檢測儀等的檢測和控制,實現(xiàn)制曲、粉曲生產(chǎn)過程的自動化。
1.1系統(tǒng)設計
控制系統(tǒng)采用Profibus現(xiàn)場總線技術,用西門子公司的S7系列可編程控制器作為主控設備,采用當今世界成熟的技術和先進設備,國內(nèi)一流的自動控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)構架框見圖1。
控制中心工程師站主要用來監(jiān)控所有車間生產(chǎn)狀況;控制中心數(shù)據(jù)庫服務器用來存儲所有生產(chǎn)數(shù)據(jù),以備查詢調(diào)用,同時還可以為公司生產(chǎn)管理系統(tǒng)平臺提供數(shù)據(jù);各車間操作站主要用來完成本車間電氣設備控制、儀表數(shù)據(jù)采集、各班組生產(chǎn)報表查詢及導出打印。同時,對曲塊發(fā)酵房、干曲倉的溫濕度進行檢測,在操作站電腦上集中顯示,并將相關數(shù)據(jù)送至控制中心數(shù)據(jù)庫服務器,進行存檔查詢。
1.2系統(tǒng)結構
機械化制曲生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)以Ethernet技術和Profibus總線技術為基礎,由4個層次構成。
1.2.1現(xiàn)場級
圖1 控制系統(tǒng)構架圖
現(xiàn)場級主要由現(xiàn)場I/O子站構成,每個現(xiàn)場子站的I/ O模塊連接該子系統(tǒng)的I/O設備,包括流量計、壓力變送器、電子秤、濕度計、溫度計、水分檢測儀、電動閥門及各電氣設備等。通過通訊模塊ET200 M和Profibus總線相連,現(xiàn)場子站主要完成數(shù)據(jù)的采集和設備的輸出控制。
1.2.2控制級
控制級由西門子的PLC 315-2PN構成。PLC是控制的核心,控制算法的實現(xiàn),數(shù)據(jù)的雙向通訊及總線的診斷等功能都由PLC來實現(xiàn)[5]。它可以通過DP口和Profibus總線連接實現(xiàn)與各現(xiàn)場子站及PC操作站的通訊,同時用MPI口和工程師站通訊。
1.2.3操作和監(jiān)視級
操作和監(jiān)視層包括現(xiàn)場各車間操作站和工程師站,是控制系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)視和設備操作的平臺。這些站點可連接在制曲內(nèi)部工業(yè)以太網(wǎng)上,實現(xiàn)數(shù)據(jù)同時在Profibus總線網(wǎng)絡和以太網(wǎng)上通訊[6]。
1.2.4管理級
管理級主要由控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務器構成。該服務器連接在以太網(wǎng)上,主要將控制級的數(shù)據(jù)向管理級傳送,并加以分析整理,與企業(yè)管理信息系統(tǒng)連接,使控制系統(tǒng)的信息作為企業(yè)管理信息系統(tǒng)的一部分為企業(yè)的決策提供依據(jù)。
1.3工藝流程
機械化自動化制曲生產(chǎn)線就是將傳統(tǒng)的人工糧食凈化、潤糧、混合、攪拌、壓曲、曲餅輸送、曲餅發(fā)酵、曲餅儲存、曲餅初破、曲餅細破、曲粉包裝等生產(chǎn)工序用機械化代替,并輔以自動化控制。
2.1登錄
當Windows系統(tǒng)啟動后,單擊桌面的圖標進入自動化制曲粉曲控制系統(tǒng),在此畫面上可以完成操作站的所有操作,登陸界面見圖2。
進入系統(tǒng)后,操作人員不能直接在電腦上操作電機的啟停。必須先打開控制軟件中的電機啟動按鈕,才能控制電機。該設置是為了防止外來人員在畫面上惡意操作而發(fā)出錯誤指令,因此操作員離開控制室時,應當取消該按鈕。
2.2機電設備控制與狀態(tài)顯示
圖2 控制系統(tǒng)登陸界面
畫面上將同時顯示機電的5個屬性:電機的名稱、運行狀態(tài)、啟停按鈕、按鈕解鎖、過流狀態(tài)。顯示界面見圖3。
圖3 設備運行狀態(tài)
電機運行時,畫面顯示為一個旋轉的葉輪;電機停止運行時,畫面顯示為一個靜止的葉輪。當控制柜的控制開關處于自動狀態(tài)時,可以通過點擊畫面上的“啟動”按鈕來控制電機的運行;點擊“停止”按鈕時,將停止電機的運行。按鈕解鎖是操作人員可以在現(xiàn)場控制點擊停止的,如果按下按鈕鎖定,變成紅色,電機停止運行,按鈕解鎖顯示綠色。如果引風機故障開關沒有合上,表示過流,畫面上設備字由黑色變成紅色,并且一直閃爍。
2.3電動閥門控制與狀態(tài)顯示
本系統(tǒng)采用的是電動閥門,用鼠標點擊電動閥門可以轉換電動閥門的開關狀態(tài),顯示界面見圖4。紅色按鈕:單擊執(zhí)行閥門關閉命令,按鈕閃爍表示閥門正在執(zhí)行關閉動作。綠色按鈕:單擊執(zhí)行閥門打開命令,按鈕閃爍表示閥門正在執(zhí)行打開動作。
圖4 閥門運行狀態(tài)
2.4現(xiàn)場控制柜狀態(tài)顯示
在主界面的左下角有顯示控制柜的手自動控制狀態(tài),如圖5所示。綠色燈亮時表示啟動手動操作狀態(tài),紅色燈亮時表示啟動自動控制狀態(tài)。
2.5報警提示
在主界面的左上角實時顯示空壓機的壓力值。低于0.4 MPa時,界面彈出紅色對話框提醒空壓機壓力低報警,如圖6所示。操作人員必須先打開空壓機,直至壓力值穩(wěn)定不再報警時,再開始下一步操作。
圖5 手動自動調(diào)節(jié)
圖6 空壓機報警提示
如圖7所示,料倉設置了糧食進料時的高料位和低料位報警提示,散料包裝秤、緩沖料倉有高料位報警提示。此外,系統(tǒng)還配備了以下報警提示功能:空開未就緒報警,電機的空開沒合上觸發(fā)報警;緊急停止報警,電機的現(xiàn)場按鈕沒有復位觸發(fā)報警。
圖7 料位報警提示
2.6系統(tǒng)復位
如圖8所示,在主界面的左邊有復位信號按鈕,當自動粉曲、制曲或斗提進料自動運行出現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)或程序紊亂時,可對下位機PLC系統(tǒng)進行復位重置操作,以使PLC系統(tǒng)恢復正常狀態(tài)。
圖8 系統(tǒng)復位
3.1制曲工序自動控制
用戶可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況選擇是否使用磨粉機,設置制曲過程中的加水量和母曲添加比例。在主界面制曲1號線的操作界面選擇是否允許自動配比,然后單擊“啟動”按鈕,系統(tǒng)就會按順序自動打開制曲1號線相對應的電機和閥門;單擊“停止”按鈕,系統(tǒng)按順序自動關閉所有的電機和閥門,輸送停止,操作界面見圖9。停止后,系統(tǒng)會自動記錄此次制曲進料的用曲量、用糧量和用水量,供用戶在報表查詢。
圖9 制曲過程的控制
3.2粉曲工序自動控制
如圖10所示,在操作界面選擇緩存?zhèn)},在定量欄輸入定量值,用戶給定值如果輸入為0,則為非定量輸送,輸入完成后單擊“啟動”按鈕,系統(tǒng)會按順序自動打開粉曲1號線相對應的電機和閥門,持續(xù)運行輸送直到輸送完成值大于給定值時系統(tǒng)自動停止或者用戶單擊“停止”按鈕時停止輸送,系統(tǒng)會自動記錄此次粉曲進料的數(shù)量,以形成報表供用戶查詢。
圖10 粉曲過程的控制
粉曲線在自動運行的過程中,用戶可以隨意的切換料倉,但是1次只能選擇1個料倉,不能2個料倉同時進料。切換料倉后,系統(tǒng)會自動判斷,并關閉之前進料的料倉閥門和電機,然后開啟切換后要進料的料倉閥門和電機。進料的給定值輸入必須在用戶單擊“啟動”按鈕之前輸入,當自動運行啟動后,用戶在切換料倉的過程中不用單擊“啟動”或“停止”按鈕,只需要切換料倉即可。
3.3斗提進料
在操作界面選擇潤糧倉,輸入完成后單擊“啟動”按鈕,系統(tǒng)就會按順序自動打開斗提進料相對應的電機和閥門,當單擊“停止”按鈕時,系統(tǒng)按順序自動關閉所有的電機和閥門,輸送停止,操作界面如圖11所示。停止后,系統(tǒng)會自動記錄此次斗提進料的進糧量和用水量,供用戶在報表查詢。另外,在自動運行的過程中,用戶可以隨意切換潤糧倉,但是1次只能選擇1個料倉,不能2個料倉同時進料。在料倉選擇中切換料倉后,系統(tǒng)會自動判斷,關閉之前進料的料倉閥門和電機,然后開啟切換后料倉的閥門和電機。
圖11 進料過程的控制
3.4自動加水
自動加水的操作界面如圖12所示,除了有加水器電機的狀態(tài)顯示,還有2個溫水罐液位的顯示,可以實時監(jiān)測水位。另外還可調(diào)節(jié)氣動調(diào)節(jié)閥的角度,設置加水過程中的用水量和流量計的流速。
圖12 自動加水的控制界面
在主界面報表查詢界面提供了制曲線產(chǎn)量、粉曲線產(chǎn)量和斗提進料產(chǎn)量的查詢,報表查詢用于查詢系統(tǒng)運行過程中記錄的報表數(shù)據(jù),查詢界面見圖13、圖14、圖15??梢园慈掌诙芜M行查詢,查詢的結果可以直接以ExcelFile格式保存到電腦上,單擊畫面上的“導出”按鈕,系統(tǒng)會自動把查詢到的結果保存到D:報表ExcelFile文件夾中,ExcelFile保存默認名字是制曲1號線(或粉曲1號線或斗提進料)產(chǎn)量+當天日期。制曲線產(chǎn)量報表主要記錄了某個時間的用曲量、用糧量以及用水量;粉曲線產(chǎn)量報表主要記錄了料倉產(chǎn)量;斗提進料產(chǎn)量報表主要記錄了某個時間料倉的進糧量以及加水器的加水量。
圖13 制曲線產(chǎn)量報表
圖14 粉曲線產(chǎn)量報表
圖15 斗提進料產(chǎn)量報表
本文設計開發(fā)的控制系統(tǒng)將制曲、粉曲等工藝通過上位機控制與現(xiàn)場控制完全分離技術、無線傳感器網(wǎng)絡技術、大數(shù)據(jù)、多屏顯示技術及Web信息技術融為一體,開發(fā)了以PLC、現(xiàn)場總線控制和工業(yè)控制計算機為基礎的開放式綜合管理系統(tǒng),實現(xiàn)全過程監(jiān)測和自動控制,設備控制、過程控制、生產(chǎn)控制與信息管理的“管控一體化”,通過數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)了高度自控,滿足自動化制曲生產(chǎn)的控制需求。
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Development of the Control System of Automatic Daqu-Making Production Line
CAO Jinghua1,CHEN Feng2,LIU Binbo2,ZHU Zhengjun1and CHEN Maobin1
(1.Hubei Collaborative Innovation Center for Industrial Fermentation,School of Biological Engineering and Food,Hubei University of Technology,Wuhan,Hubei 430068;2.Hubei 710 Cross Tech Co.Ltd.,Yichang,Hubei 443008,China)
In view of the features of automatic Daqu-making production line such as high-speed,continuous production,and integrated production,the corresponding control system had been developed by PLC control technology based on multi-sensor detection,and the professional control system software had also been developed for the purpose of promoting PLC technology in automatic control of Daqu-making in distilleries.
automation;Daqu-making;control system
TQ925.7;TS262.3;TS261.3
A
1001-9286(2016)09-0089-05
10.13746/j.njkj.2016190
湖北省科技支撐計劃(2014BBB005)。
2016-05-31
曹敬華(1986-),男,湖北天門人,碩士,研究方向:釀造工藝及微生物。
陳茂彬,博士,教授,研究方向:釀酒工程。
優(yōu)先數(shù)字出版時間:2016-08-03;地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160803.1021.003.html。