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1 係統簡介
1.1 原加堿工藝說明
發fa酵jiao是shi生sheng產chan黃huang原yuan膠jiao的de其qi中zhong一yi個ge重zhong要yao的de工gong藝yi過guo程cheng,發fa酵jiao過guo程cheng的de好hao壞huai直zhi接jie影ying響xiang到dao產chan品pin的de質zhi量liang和he產chan量liang,在zai發fa酵jiao的de過guo程cheng中zhong,發fa酵jiao物wu產chan生sheng大da量liang酸suan,影ying響xiang細xi菌jun的de生sheng長chang和he正zheng常chang發fa酵jiao,需(xu)要(yao)在(zai)發(fa)酵(jiao)過(guo)程(cheng)中(zhong)加(jia)入(ru)堿(jian)液(ye)對(dui)產(chan)生(sheng)的(de)酸(suan)中(zhong)和(he)。目(mu)前(qian),發(fa)酵(jiao)過(guo)程(cheng)加(jia)入(ru)堿(jian)液(ye)的(de)方(fang)法(fa),一(yi)般(ban)是(shi)操(cao)作(zuo)工(gong)人(ren)一(yi)個(ge)半(ban)小(xiao)時(shi)去(qu)取(qu)樣(yang)口(kou)取(qu)樣(yang),對(dui)取(qu)樣(yang)物(wu)測(ce)定(ding)PH值zhi,測ce定ding值zhi比bi目mu標biao值zhi小xiao,然ran後hou手shou動dong打da開kai堿jian液ye閥fa,同tong時shi用yong秒miao表biao計ji時shi打da開kai閥fa門men的de時shi間jian,最zui後hou關guan閉bi堿jian液ye閥fa。這zhe樣yang的de加jia堿jian方fang法fa帶dai來lai了le一yi些xie問wen題ti,一yi是shi抽chou樣yang時shi間jian過guo長chang,導dao致zhi發fa酵jiao罐guan內neiPH值不穩定;二er是shi加jia入ru堿jian液ye量liang憑ping操cao作zuo人ren員yuan經jing驗yan估gu計ji,不bu同tong的de操cao作zuo人ren員yuan麵mian對dui相xiang同tong的de檢jian測ce值zhi,也ye會hui估gu計ji出chu不bu同tong的de加jia堿jian時shi間jian,三san是shi一yi次ci性xing加jia入ru的de堿jian液ye太tai多duo,罐guan內neiPH值變化太大,對發酵有一定影響。四是取樣出來的物料受溫度變化因素,動靜態測量因素等影響,測量值與罐內物料的實際PH值有所偏差,影響測量準確性。由於人為因素影響,常常影響到發酵後物料的粘度,也影響了產品質量。
1.2 自控加堿解決方案
為了克服現有諸多問題,係統在發酵罐上安裝PH值電極,實時采集發酵罐中物料的PH值。在工控機軟件上設定加堿循環時間,係統在設定的循環時間到來時,PLC把實時PH值與設定的目標值PH值比較,如果實時值低於目標值,PLC自動會根據實時PH值與目標PHzhidechazhijisuanchuxuyaojiajiandeshijianzhi,genjujisuandeshijianzhilaidakaidiancifa,wanchengyigejiajianzhouqi。xunhuanjiajianshijiankeyiyoucaozuogongrengenjubutongfajiaoshiduanwuliaodezhanduersheding,fajiaoqianqizhanduxiaokeyishexunhuanjiajiandeshijianduanyixie,houqizhandudakeyishechangxie,xunhuanjiajianshijianyibanshe3~10分鍾。
係統除了可以自動循環加堿外,每個發酵罐在上位機上都保留了手動方式加堿,caozuogongrenzhixuyongshubiaobazidongqiehuanchengshoudongzhuangtai,tongguodianjishoudongjiajiananniu,jikedakairenyifajiaoguanjiajiandediancifajinxingjiajian,bingxianshijiajiandeshijian。buguanshishoudonghezidongjiajian,zhiyaojiajianshiwuliaodePH值超過了目標PH值,係統會將電磁閥關閉,以防止加入堿液過量。
為了方便企業管理和查詢,係統在每一批次發酵結束後,可以點擊一個按鈕,即可導出整個發酵批次的PH值數據,並形成獨立的批次文件。
2 係統設計
2.1 硬件部分
2.1.1 係統框圖
係統框圖如圖1所示。
現場采集控製端由PLC,AD模塊,電極,儀表和電磁閥組成,發酵罐的PH值通過AD模塊送入PLC,PLC根據采集的PH值與目標PH值比較,計算出加堿的時間,以此時間長度打開電磁閥把堿液加入發酵罐中。
遠程管理端由工控機組成,工控機界麵顯示整個車間所有發酵罐的運行狀態,操作工人設定的參數和做出的命令通過工控機下載到PLC,由PLC根據程序做出相應動作。工控機軟件可導出和保存每個批次的PH值數據,方便企業查詢和管理。企業的電腦可以通過局域網連接到工控機上,可以在遠程進行監控車間生產狀況。

圖1
2.1.2主要硬件組成
①工控機:采用研祥IPC-810工控機;
②組態軟件:采用 MCGS6.2,512點;
③PLC:采用台達DVP48EH00R2,24DI/24DO;
④AD采集模塊:采用台達DVP04AD-H2模塊;
⑤通訊模塊:采用泓格I-7520通訊模塊;
⑥PH值電極、儀表:采用耐高溫,發酵專用電極,儀表與電極配套,4~20mA輸出;
⑦電磁閥:AC220電源,需耐強堿腐蝕;
⑧固態繼電器:DC24V控製/AC220V輸出。
2.1.3現場方案
①工控機
工控機放在車間值班辦公室,通過RS232/485通訊模塊與PLC控製櫃進行數據交換,通訊距離理論上在1.2KM,但考慮通訊速度,應盡量減少通訊距離。
②PLC控製櫃
PLC控製櫃安裝位置根據現場情況而定,盡量選擇清潔,環境溫度低於40度的環境安裝。
③PH值儀表櫃
安裝在發酵罐附近,電極與儀表之間的距離應小於10m,防止電極產生的微弱信號衰減。
④電磁閥
電磁閥安裝在原手動加堿閥與空氣進氣管道之間,電磁閥進口處應安裝過濾網,以防止顆粒物進入電磁閥,影響電磁閥工作。
現場圖如圖2所示。

圖2
2.2 軟件部分
2.2.1工控機主界麵
工控機程序主界麵如圖3所示。

圖3
軟件主界麵反映了所有發酵罐的基本運行數據和狀態,運行數據包括:PH值目標值,PH值測量值和發酵罐的啟動時間,狀態數據包括:運行啟停狀態,報警狀態,手/自動狀態,報警禁止/允許狀態。
如果要了解其中某個發酵罐的詳細運行數據和狀態,可以在主界麵上點擊“進入”,即可進到對應的某一個發酵罐界麵,如圖4所示。
在此界麵上,能詳細的反映了此發酵罐的運行數據和狀態,包括:
①運行狀態指示,報警指示,手/自動狀態,手/自動控製按鈕,手動加堿按鈕,電磁閥開關狀態,電磁閥動作次數,曆史報警記錄。
②批次輸入和顯示,發酵罐啟停時間,啟動計時,數據導出,
③PH值測量值,加堿時間係數,循環檢測時間設定,PH值目標值設定,PH值上下限值設定。
④PH值曆史曲線,PH值實時曲線。
2.2.2界麵操作
圖4
(1)啟動操作
①步輸入本次發酵的批次;
②步設定係統運行參數;
③步選擇手動/自動方式;
④步把PLC控製櫃上的選擇開關旋到“啟動”。
(2)停止操作
①步把PLC控製櫃上的選擇開關旋到“停止”,處於停止狀態時,PLC程序不執行該發酵罐的程序,不能進行手動或自動的加堿。
(3)數據導出
①步在發酵罐停止狀態時,點擊“**罐本批次PH值數據導出”即可,必須是在發酵罐停止狀態時才能導出數據。
(4)手動加堿
①步選擇“手動”按鈕,再點擊“手動加堿”即可打開電磁閥,打開時間在“加堿計時”顯示。
(5)自動加堿
①步選擇“自動”按鈕,係統根據循環時間設定值自動循環檢測加堿。
(6)曲線瀏覽
實時曲線:雙擊實時曲線,可放大實時曲線以方便查看。
曆史曲線:把鼠標移到曆史曲線上,可以看到某時刻的PH值。
2.2.3 保護策略
在電磁閥打開過程中,不管是手動加堿還是自動加堿,隻要測量值超過了目標值,係統會自動關閉電磁閥,以保護過量加堿。
2.2.4報警策略
當測量值高於上限報警值或低於下限報警值時,係統延時10s後發出聲光報警,PLC控製櫃的蜂鳴器發出報警聲,在軟件界麵上對應的發酵罐報警顯示框變成紅色並閃爍。
3 結束語
采用自動加堿後,PH值控製精度為:目標值±0.05,克服了人為手動加堿帶來的不定因素,改善了發酵罐PH穩(wen)定(ding)性(xing),提(ti)高(gao)了(le)產(chan)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)穩(wen)定(ding)性(xing),係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)了(le)整(zheng)個(ge)車(che)間(jian)的(de)發(fa)酵(jiao)罐(guan)管(guan)理(li),操(cao)作(zuo)工(gong)人(ren)隻(zhi)需(xu)在(zai)電(dian)腦(nao)旁(pang)邊(bian),就(jiu)可(ke)以(yi)了(le)解(jie)和(he)操(cao)作(zuo)整(zheng)個(ge)生(sheng)產(chan)車(che)間(jian)每(mei)個(ge)發(fa)酵(jiao)罐(guan)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai),降(jiang)低(di)了(le)操(cao)作(zuo)工(gong)人(ren)的(de)勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)。
作者簡介
肖先忠(1977-) 男 工程師,任職於英偉力新能源科技(上海)有限公司。
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