基于PLC的自动在线清洗控制系统设计

摘要

本项目是高速全自动精细化工产品生产线项目的一部分。本课题主要任务是对生产工艺中在线清洗实现自动控制。 随着我国经济及科学技术的发展，与人们日常生活息息相关的食品及精细化工行业对生产线提出了更高的卫生要求。传统的清洗消毒方法是手工清洗及消毒剂浸泡。基于PLC的自动在线清洗站(Clean in Place, 简称CIP)是一个用于食品和化妆品工艺生产线清洗消毒的新型设备。其主要功能是为被清洗的工艺设备提供具有合适的温度、流量、压力及浓度的清洗液或消毒液，并对清洗液或消毒液回收。可编程逻辑控制器 PLC是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制控制装置，它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适应工业环境下应用等一系列优点。本项目采用PLC实现对在线清洗系统CIP系统的自动控制，使在线清洗操作安全、方便、高效。 基于PLC的自动在线清洗控制系统根据工艺要求的控制内容选用了西门子公司的S7-315系统。使用STEP-7编程软件对系统硬件进行配置和参数设置。通过多点接口（Multi Point Interface）MPI网络协议，在线清洗PLC与工艺生产线PLC及人机界面OP37实现全局数据服务。使用Siemens Profibus-DP实现在线清洗PLC与分布式I/O（ET200）及分散的现场设备之间的高速通信。在软件编程时根据工艺特点，采用结构化编程的方法，将复杂的程序分解为小的功能块，程序所需的数据和变量存储在数据块中。组织块OB1指令在不同的条件下调用不同的块，功能FC和功能块FB用来完成不同的过程任务。被调用的块执行完后，返回到OB1中程序的调用点，继续执行OB1。结构化程序使程序易于修改、查错和调试。对于在线清洗系统中的温度、流量、压力等模拟量闭环控制使用SIEMENS数字连续PID控制器SFB 41“CONT_C”。在启动执行组织块OB1中和在定时循环中断OB35中调用SFB41。在项目实施过程中，对“CONT_C”的结构进行了较详细的研究，并在调试过程中不断对PID控制器参数整定，最终较好地实习了对温度和压力的控制，达到了工艺要求。 基于PLC的自动在线清洗控制系统已应用在联合利华个人护理用品生产工艺线上。取得了较好的实际使用效果，提高了生产线自动化程度，清洗和消毒效果明显改善，工艺去离子水及蒸汽消耗量比传统的方法减少20％左右。