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基於組態軟件和台達PLC的發酵罐PH值控製和管理係統

---Fermenter PH Control and Management Systems Based on Configuration Software and Delta PLC

中達電通股份有限公司
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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dingPH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(nei)PH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(nei)PH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,xunhuanjiajianshijianyibanshe310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,操cao作zuo工gong人ren隻zhi需xu用yong鼠shu標biao把ba自zi動dong切qie換huan成cheng手shou動dong狀zhuang態tai,通tong過guo點dian擊ji手shou動dong加jia堿jian按an鈕niu,即ji可ke打da開kai任ren意yi發fa酵jiao罐guan加jia堿jian的de電dian磁ci閥fa進jin行xing加jia堿jian,並bing顯xian示shi加jia堿jian的de時shi間jian。不bu管guan是shi手shou動dong和he自zi動dong加jia堿jian,隻zhi要yao加jia堿jian時shi物wu料liao的dePH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

 

工控機采用研祥IPC-810工控機;
組態軟件:采用 MCGS6.2,512點;
PLC:采用台達DVP48EH00R2,24DI/24DO;
AD采集模塊:采用台達DVP04AD-H2模塊;
通訊模塊:采用泓格I-7520通訊模塊;
PH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;
電磁閥:AC220電源,需耐強堿腐蝕;
固態繼電器:DC24V控製/AC220V輸出。
 
2.1.3現場方案
 
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。
PLC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。
PH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。
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:
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。
批次輸入和顯示,發酵罐啟停時間,啟動計時,數據導出,
PH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。
PH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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