關于原料液化試驗系統的設計

摘要：利用PLC控制，設計一套小型的液化系統來作為試驗用，可以試驗淀粉液化改變相應參數來獲取相應液化效果參數；可以試驗不同種類的淀粉（玉米、小麥、木薯等）液化數據；可以試驗酶品種的優(yōu)劣；可以試驗套用生產產生的廢水（如廢糖水、色譜殘液）作為原料工藝用水查看液化試驗結果，看是否能減少廢水排放減少污水處理的處理壓力等。

關鍵詞：PLC控制；調漿；一次噴射；閃蒸；層流維持；二次噴射

對檸檬酸廠而言，淀粉液化的好壞直接影響到發(fā)酵的質量，液化質量不好，會形成較多的大分子糊精，部分會在過濾時隨濾渣損失，部分由于黑曲霉糖化速度慢而無法利用，造成種子罐菌種生長緩慢，使得發(fā)酵周期加長，另外還會使發(fā)酵殘?zhí)歉?，影響檸檬酸質量；液化徹底有利于黑曲霉糖化酶的作用，特別是發(fā)酵初期，有利于菌體生長，從而加快產酸速度，縮短發(fā)酵周期和提高產酸率。所以我們有必要對不同種類的原料液化進行各種試驗，以取得實驗數據來找到液化不佳的原因，及收集提高液化質量的辦法。也可以試驗套用一些我們生產所產生的廢糖水等來作為配料工藝用水，查看使用后對原料液化會產生哪些影響，是否能減少廢水排放，減少污水處理的壓力。如果用現實生產條件來做試驗那可能損失會非常巨大，所以有必要設計一套與現實生產類似的液化試驗系統，來作為我們原料以很小代價獲取各種試驗數據，解決減排和優(yōu)化的問題。利用現有的人才力量，用PLC設計一套液化控制系統我覺得很有必要。

二、PLC監(jiān)控的實現

（一）硬件組態(tài)

液化試驗處理控制系統由下位機和上位機構成兩級集散控制系統。現場的數據采集、預處理、過程控制及向上位機傳送數據等任務由下位機完成，上位機負責全系統的控制、管理和信息綜合。

該方案采用一臺西門子公司的SIMATIC S7300可編程序控制器控制現場設備，考慮到模擬量較多，用S7200設計不現實，所以采用S7300來設計該系統，整個系統開關量輸入點數（DI）22個，開關量輸出（DO）25個，模擬量輸入（AI）31個其中溫度監(jiān)測8點，考慮到溫度輸入一點要占用兩個模擬量通道，卡件槽位不夠，所以選用一塊專門測量溫度的8點卡件（8AI x RTD）其余模擬量輸入選用正常的模擬量卡件，模擬量輸出（AO）15點。設計方案組態(tài)見下圖：

[JP+1]操作站選用一臺普通商用機即可，軟件開發(fā)平臺選用西門子公司的WinCC7.0。WinCC7.0是一種能完成數據采集及控制、報警、圖形數據顯示等功能的完整工業(yè)自動化軟件，具有很高的可靠性，是目前應用較多的組態(tài)軟件。該方案配置體現了分散控制系統的優(yōu)點。即控制功能分散、操作管理集中。

（二）下位機及上位機設計

下位機程序除了溫度調節(jié)及壓力調節(jié)調試時間會比較長一些，其余都是常用的一些AI點。主要是各個環(huán)節(jié)調節(jié)的配合比較麻煩，上下環(huán)節(jié)之間存在著制約，需要在整體調節(jié)時才能進行相應參數設置，保證連續(xù)穩(wěn)定調節(jié)。

軟件制作的，其界面簡潔，操作也很方便。每個設備都是其實際外形的簡化，簡單而一目了然。而各設備之間的管道用不同的顏色加以區(qū)分，黃色為真空，紅色為蒸汽管道，綠色是物料管道。讓使用者很容易分辨。

根據收到的設備反饋信號的變化該監(jiān)控系統是以微軟公司的Windows xp為工作平臺使用上位機圖形是用WINCC7.0情況，各設備會變化不同顏色或者從靜止變?yōu)閯討B(tài)，讓用戶清楚了解各設備的運行情況。如果收到的是報警信號還會在PLC聲音報警的同時在畫面上產生文字報警，使用戶立即知道是什么設備產生了何種故障。點擊不同的泵或者閥門會彈出相應的彈出框，通過各個按鈕輸出信號控制現場設備的啟?；蛘呤肿詣忧袚Q。

畫面上點擊相應設備藍色圖框內顯示的是模擬量輸入信號，經過下位機的轉換，現場設備輸出的420mA電信號顯示在畫面上就成為了液位，溫度，壓力等我們需要監(jiān)控的數值。并且根據工藝需求，每個信號會有不同的設定值，設定其報警，及啟停周邊相關設備的數值。這可以通過其彈出框很方便的設定。

而需要控制開度的閥門或者變頻的泵等設備，在其彈出的界面上會有可以設定數值的欄，設定其值就可以改變PLC的模擬量輸出信號，從而控制設備的開度，頻率等的變化。

在畫面的上方有一個報警欄，可以顯示即時產生的設備報警、報警確認、故障排除的信息。并且我們設了一個報警頁面，讓使用者可以了解歷史報警等信息。

趨勢系統是用來記錄并顯示每個模擬量輸入信號的變化，穩(wěn)定與否的，它通過一條連貫的曲線，表示每個溫度、液位、壓力等的變化，并且會在系統內留存，讓使用者隨時可以調閱歷史趨。

我們專門設置了一個設備切換時間的頁面，讓用戶設置每組中各個設備的切換時間，控制設備的輪換。

WinCC7.0是基于網絡的一種客戶/服務器模式，可在在配置其網絡時綁定TCP/IP協議，即可利用其網絡功能實現遠程控制。操作人員可在控制室向下位機發(fā)出各種控制命令，同時將試驗過程中各種信息數據采集過來，反映在屏幕上的各種畫面中，使操作人員一目了然。歷史曲線可以追溯液化做好或做差的原因，便于分析。按照工藝流程制作出相應畫面，將相應參數放置在流程示意圖上，方便操作人員觀察，設置手動自動調節(jié)，方便使用者根據實際情況進行操作調整。

三、熱控大致材料

四、結語

原料于檸檬酸相當于燃料于電廠，其重要性不言而喻，液化的好壞直接影響到檸檬酸的經濟效益。另外生物過程本就比較復雜多變，許多數據可能要經過反復試驗才能摸索出規(guī)律。有一套小的液化試驗系統作為規(guī)模生產的排頭兵覺得很有必要，能夠試驗不同種類玉米或其他淀粉特性對液化的要求，總結出各類淀粉液化參數模板便于規(guī)模生產時規(guī)范套用，穩(wěn)定原料質量。也可試驗套用各類生產廢水，節(jié)本減排，減少污水處理污水的壓力。

作者簡介：周鶴（1972），男，江蘇宜興人，江蘇國信協聯能源有限公司熱工工程師，專業(yè)方向：電氣自動化。