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    產品名稱:基于組態軟件和臺達PLC的發酵罐PH值控制和管理系統

    產品編號:

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    • 1 系統簡介
      1.1 原加堿工藝說明
      發酵是生產黃原膠的其中一個重要的工藝過程,發酵過程的好壞直接影響到產品的質量和產量,在發酵的過程中,發酵物產生大量酸,影響細菌的生長和正常發酵,需要在發酵過程中加入堿液對產生的酸中和。目前,發酵過程加入堿液的方法,一般是操作工人一個半小時去取樣口取樣,對取樣物測定PH值,測定值比目標值小,然后手動打開堿液閥,同時用秒表計時打開閥門的時間,最后關閉堿液閥。這樣的加堿方法帶來了一些問題,一是抽樣時間過長,導致發酵罐內PH值不穩定;二是加入堿液量憑操作人員經驗估計,不同的操作人員面對相同的檢測值,也會估計出不同的加堿時間,三是一次性加入的堿液太多,罐內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。由于人為因素影響,常常影響到發酵后物料的粘度,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,系統在發酵罐上安裝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,系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,如果實時值低于目標值,PLC自動會根據實時PH值與目標PH值的差值計算出需要加堿的時間值,根據計算的時間值來打開電磁閥,完成一個加堿周期。循環加堿時間可以由操作工人根據不同發酵時段物料的粘度而設定,發酵前期粘度小可以設循環加堿的時間短一些,后期粘度大可以設長些,循環加堿時間一般設3~10分鐘。
      系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,操作工人只需用鼠標把自動切換成手動狀態,通過點擊手動加堿按鈕,即可打開任意發酵罐加堿的電磁閥進行加堿,并顯示加堿的時間。不管是手動和自動加堿,只要加堿時物料的PH值超過了目標PH值,系統會將電磁閥關閉,以防止加入堿液過量。
      為了方便企業管理和查詢,系統在每一批次發酵結束后,可以點擊一個按鈕,即可導出整個發酵批次的PH值數據,并形成獨立的批次文件。

      2 系統設計
      2.1 硬件部分
      2.1.1 系統框圖
      系統框圖如圖1所示。
      現場采集控制端由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,工控機界面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:采用臺達DVP48EH00R2,24DI/24DO;
      ④AD采集模塊:采用臺達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控制/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控制柜進行數據交換,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控制柜
      PLC控制柜安裝位置根據現場情況而定,盡量選擇清潔,環境溫度低于40度的環境安裝。
      ③PH值儀表柜
      安裝在發酵罐附近,電極與儀表之間的距離應小于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工控機主界面
      工控機程序主界面如圖3所示。

      圖3

      軟件主界面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,可以在主界面上點擊“進入”,即可進到對應的某一個發酵罐界面,如圖4所示。
      在此界面上,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/自動控制按鈕,手動加堿按鈕,電磁閥開關狀態,電磁閥動作次數,歷史報警記錄。
      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,加堿時間系數,循環檢測時間設定,PH值目標值設定,PH值上下限值設定。
      ④PH值歷史曲線,PH值實時曲線。

      2.2.2 界面操作

      圖4

      (1)啟動操作
      ①步輸入本次發酵的批次;
      ②步設定系統運行參數;
      ③步選擇手動/自動方式;
      ④步把PLC控制柜上的選擇開關旋到“啟動”。
      (2)停止操作
      ①步把PLC控制柜上的選擇開關旋到“停止”,處于停止狀態時,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,系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。
      歷史曲線:把鼠標移到歷史曲線上,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,只要測量值超過了目標值,系統會自動關閉電磁閥,以保護過量加堿。

      2.2.4報警策略
      當測量值高于上限報警值或低于下限報警值時,系統延時10s后發出聲光報警,PLC控制柜的蜂鳴器發出報警聲,在軟件界面上對應的發酵罐報警顯示框變成紅色并閃爍。

      3 結束語
      采用自動加堿后,PH值控制精度為: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穩定性,提高了產品的質量穩定性,系統集成了整個車間的發酵罐管理,操作工人只需在電腦旁邊,就可以了解和操作整個生產車間每個發酵罐的工作狀態,降低了操作工人的勞動強度。
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