CIP清洗系統(tǒng)在乳品行業(yè)的應用*

劉月蘭，楊小雨，陳 禹，劉玉喜

(1.哈爾濱師范大學;2.黑龍江工商職業(yè)技術學院;3.黑龍江勞力乳品機械公司)

0 引言

在以往的乳品生產(chǎn)過程中存在著工藝管線及設備清洗質(zhì)量難保證、清洗時間過長等實際情況.乳品工廠的清洗程序是:1.將所有的設備全部拆開;2.手工清洗:清水沖洗、刷子刷洗、清水沖洗;3.組裝設備.清洗過程非常耗時及耗人力，而CIP(Clean In Place)是一種原位清洗方法，無需拆卸及打開設備，且?guī)缀趸蛲耆恍枰僮鲉T參與，對工廠所有設備或管道進行清潔.在一定流量/壓力的條件下，將清潔劑溶液噴射或噴灑到設備表面或在設備中循環(huán).這種方法應用在乳品生產(chǎn)過程中可極大地提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率.筆者已為多家乳品企業(yè)設計了CIP自動控制系統(tǒng).

1 CIP控制系統(tǒng)設計

1.1 總體設計

該系統(tǒng)由人機界面、可編程控制器、工藝泵及閥組控制、液位開關、氣動角座閥、氣動調(diào)節(jié)閥、運行參數(shù)采集、用戶管理等功能構成.

主要控制硬件由觸摸屏、可編程控制器、變頻泵、流量計、電導率儀、溫度變送器、液位開關、氣動角座閥、氣動調(diào)節(jié)閥等部分構成.

系統(tǒng)人機界面由觸摸屏作為上位機提供，PLC依據(jù)事先編好的程序，實現(xiàn)系統(tǒng)模擬量的參數(shù)采集、泵和閥門狀態(tài)的采集及控制、調(diào)節(jié)閥控制及用戶管理.

圖1 系統(tǒng)的總體結構

1.2 CIP清洗過程

該系統(tǒng)由酸罐、堿罐、熱水罐、清水罐以及出液泵和各種閥門、清洗噴頭、清洗管路組成.

系統(tǒng)運行時，按照預先設定的程序用輸送泵把清洗液輸送到被清洗的管道和設備中，再用自吸泵把清洗后的洗液吸回到清洗液儲罐.在清洗過程中，清洗液的濃度被稀釋，可通過清洗液補給裝置添加相應的高濃度介質(zhì)，調(diào)節(jié)清洗液的濃度.CIP系統(tǒng)均采用全自動控制，具有自動配液(濃度控制)及加熱 (溫度控制)的功能.

該系統(tǒng)的特點是可進行多路分別清洗，同時具有回流管道裝置，洗液可循環(huán)使用，既節(jié)省洗液，又有利環(huán)境衛(wèi)生.如圖2所示，圖2為完成的紅星乳業(yè)CIP工藝圖.

在清洗前CIP站內(nèi)首先進行預處理:

(1)自動調(diào)整各個罐的液位;

(2)自動配好堿酸液濃度;

(3)通過外循環(huán)加熱自動把堿、酸、熱水罐的溫度調(diào)整好.

預處理完成后進行CIP清洗:

(1)清洗過程中通過CIP罐高、中、低液位開關來控制罐的液位;

(2)裝在罐上的電導實時檢測，低于下線時自動補濃酸堿液，保證清洗液濃度;

(3)出液管線裝有溫度變送器及蒸汽調(diào)節(jié)閥，通過蒸汽調(diào)節(jié)閥控制出液溫度;

(4)出液管裝有流量計，泵配變頻器，通過調(diào)整泵的頻率，達到適宜的清洗流量;

(5)回流管路裝有溫度變送器，當回流溫度低于設定溫度時，清洗時間保持，達到溫度清洗時間繼續(xù).

可同時多路清洗管路，每路在回流管的末端安裝有電導率儀、流量開關控制酸堿液體的回收;CIP出液泵配有變頻器、管路裝有流量計，根據(jù)工藝的清洗要求通過變頻器來自動調(diào)節(jié)清洗流量.清洗步驟之間用流量開關確認清洗步驟結束和下一步驟的開始，防止相互接觸稀釋清洗液，達到清洗質(zhì)量好，回收完全效果，閥門均采用氣動閥，可由PLC或PC控制閥門的開關以實現(xiàn)各清洗程序.

要實現(xiàn)CIP清洗過程，一般需要注意以下幾點:CIP是較為復雜的控制系統(tǒng)，獨立于生產(chǎn)控制系統(tǒng).在清洗過程中，主要利用閥門控制清洗液的流動模式;必須考慮所有接觸過產(chǎn)品的設備都需要同時經(jīng)常被清洗，而且要保證清洗液有一定的流速，從而確保徹底清洗.所有需要接觸產(chǎn)品和清洗液的設備，必須以抗腐蝕材料制造.清洗過程通常需要形成循環(huán).

清洗過程以同一個可編程的控制單元來操控每個獨立的清洗.利用安裝在清洗容器上的電導測量系統(tǒng)來控制清洗液的濃度，是實現(xiàn)CIP控制的最主要參數(shù)之一，即保證了清洗液的質(zhì)量，也使清洗液可以回收再用.

1.3 定位清洗(CIP)的程序

如圖3所示，首先給出清洗命令，屏幕顯示清洗運行，系統(tǒng)判斷工作的水、蒸汽、壓縮空氣外圍環(huán)境條件，如不滿足條件，系統(tǒng)在屏幕顯示不滿足條件的因素并報警，停止往下運行，滿足條件則進行系統(tǒng)清洗步驟的選擇.

圖2 系統(tǒng)工藝流程圖

由于清洗工藝的特殊性，有自動和手動清洗的雙重要求.清洗過程為典型的時間順序控制過度，一般的清洗流程如下:清水→堿水→清水→酸水→清水→熱水→結束.

選擇清洗步驟后自動打開相應閥門，根據(jù)本步驟清洗液出口溫度的設定，來自動調(diào)節(jié)蒸汽閥，清洗時間到，要停止清洗出液泵，停泵的目的首先是為了防止工藝管線及設備里的冷水液與下一步的堿水液混合，降低了堿液濃度，達不到堿液步驟;其次是防止回收稀釋了的堿液.圖4為堿罐循環(huán)加熱程序部分截圖.

在整個清洗過程中，系統(tǒng)始終控制清洗中心4個罐液位和堿酸罐濃度是否達標，如不滿足條件，立刻通過注水和濃堿酸液進行調(diào)整，系統(tǒng)同時監(jiān)測清洗中心回流液的溫度和流量，若溫度和流量不夠，則這個步驟的清洗時間順延，以保證清洗質(zhì)量.

圖3 程序流程圖

圖4 堿罐循環(huán)加熱程序

2 系統(tǒng)的軟硬件組成

圖5 系統(tǒng)人機界面圖

該系統(tǒng)PLC選用西門子S7-315，編程軟件采用STEP 7.觸摸屏采用Beijer PWS6A00T，人機界面采用HITECH-ADP編程.圖5為我們?yōu)槟橙槠窂S開發(fā)的CIP系統(tǒng)觸摸屏控制界面.為用戶提供了簡單、方便、自然的人機交互方式.它可以用來設置參數(shù)，顯示數(shù)據(jù)，監(jiān)控設備狀態(tài)，以曲線/動畫等形式描繪自動化控制過程.

3 結束語

該CIP控制系統(tǒng)已在乳品行業(yè)得到實際應用，大大提高了CIP的工藝質(zhì)量，提高了勞動生產(chǎn)率，避免了由于操作人員因操作失誤而造成的質(zhì)量事故及設備事故，改善了現(xiàn)場操作人員的勞動條件，合理控制生產(chǎn)成本，人力開支減少，水、能源、清潔劑、消毒劑等輔助資源控制得到提高，具有良好的社會與經(jīng)濟效益.

該系統(tǒng)可推廣到其他食品行業(yè)如啤酒飲料及制藥行業(yè)，推動我國老工業(yè)基地改造和現(xiàn)代化工業(yè)建設，提高企業(yè)的全球競爭力.

［1］ 紀彬，張建平.PLC和觸摸屏在乳品行業(yè)的CIP清洗系統(tǒng)中的應用［J］.自動化技術與應用，2011，30(7):109-111.

［2］ 姚智宇，潘文彪，時獻江.PLC控制系統(tǒng)在原地清洗(CIP)中的應用［J］.中國乳品工業(yè)，2001，29(4):32-34.

［3］ 曹吉花，郭煥銀，黃理軍，李明.基于PLC的原位清洗控制［J］.包裝與食品機械 ，2008，26(5)24-27.

［4］ 高鴻斌，孫美靜，赫孟合.西門子 PLC與工業(yè)控制網(wǎng)絡應用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006.