蔬菜發(fā)酵系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

江蘇省淮安技師學(xué)院 薛 營

引言

目前傳統(tǒng)的發(fā)酵蔬菜大多采用手工作坊式進(jìn)行生產(chǎn)，發(fā)酵周期長，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。本課題針對蔬菜發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計出一種自動化發(fā)酵系統(tǒng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率。

1.方案設(shè)計

1.1 系統(tǒng)構(gòu)架

圖1

1.2 系統(tǒng)實施方案

通過系統(tǒng)框架圖1可看出，蔬菜發(fā)酵過程可看作一個不連續(xù)的動態(tài)平衡過程。蔬菜發(fā)酵的工藝過程可以通過PLC實現(xiàn)自動控制。PLC 主控單元通過模擬量A/D 轉(zhuǎn)換模塊對蔬菜發(fā)酵的溫度，壓力，PH 值，溶氧量等參數(shù)進(jìn)行采集、運算，然后實現(xiàn)對攪拌電機、磁力泵、隔膜泵、閥門等工作狀態(tài)的控制。

上位監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)對發(fā)酵容器的主要運行參數(shù)的實時監(jiān)測，并且具有界面設(shè)計、實時數(shù)據(jù)報表功能、實時數(shù)據(jù)曲線顯示、實時報警等功能。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

工控機即工業(yè)控制計算機英文簡稱IPC。為使蔬菜發(fā)酵系統(tǒng)能夠長期可靠、穩(wěn)定的運行，本系統(tǒng)采用研華PCI一1723型的工業(yè)控制計算機作為上位監(jiān)控機。

發(fā)酵罐是進(jìn)行微生物等活細(xì)胞深層培養(yǎng)的專用設(shè)備，將為微生物生長并形成預(yù)想產(chǎn)物創(chuàng)造必要的條件。結(jié)合實際發(fā)酵工藝的要求，本系統(tǒng)采用機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐作為半固態(tài)蔬菜發(fā)酵裝置，能夠促進(jìn)微生物的新陳代謝，并在低消耗下獲得較高產(chǎn)量。擬定發(fā)酵罐為直徑100cm、高150cm的圓柱體，體積約為4700L。

本系統(tǒng)采用西門子系列的S7-314PLC。該型號PLC的優(yōu)勢是采用模塊化控制，可根據(jù)現(xiàn)場的實際需要進(jìn)行功能擴(kuò)展和快速組裝，實現(xiàn)集約化生產(chǎn)。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)控制程序主要由原料罐（鹽水罐、菌種罐、中和液罐）給料和發(fā)酵過程控制兩部分組成，發(fā)酵系統(tǒng)控制可以分為溫度控制、PH值控制、液位控制、壓力控制等幾個方面。發(fā)酵控制過程主要包括溫度、壓力、PH值、溶氧量等參數(shù)的采集、PLC控制程序編程、執(zhí)行機構(gòu)的控制等（見圖2）。

（1）蔬菜經(jīng)過預(yù)處理投入發(fā)酵罐后，按下啟動按鈕，鹽水罐的電磁閥1啟動，光電開關(guān)1檢測到電磁閥1打開，啟動鹽水罐的磁力泵1，向發(fā)酵罐注入5%的鹽水。

（2）啟動定時器定時5分鐘，五分鐘后依次關(guān)閉磁力泵1和電磁閥1。

（3）啟動定時器定時10s后啟動菌種罐的電磁閥2，光電開關(guān)2檢測到電磁閥2打開，啟動菌種罐的磁力泵2，向發(fā)酵罐注入菌種液。

Quantified Decision-Making Method for Ship Oil Spill Emergency

（4）定時2分鐘后依次關(guān)閉磁力泵2和電磁閥2。

（5）定時10s后啟動中和液罐的電磁閥3，光電開關(guān)3檢測到電磁閥3打開，啟動中和液罐的磁力泵3，向發(fā)酵罐注入中和液。

（6）定時3分鐘后關(guān)閉依次關(guān)閉磁力泵3和電磁閥3。

（7）啟動攪拌電機5，定時攪拌10分鐘。

（8）發(fā)酵罐溫度低于溫度下限25度時，啟動接通加熱電阻，進(jìn)行加熱。

（9）當(dāng)溫度高于溫度上限35度，斷開加熱電阻，自行發(fā)酵。

（11）程序結(jié)束。對發(fā)酵蔬菜進(jìn)行包裝出售。

程序主要分為以下幾部分：電源控制、鹽水泵控制、菌種泵控制、中和液泵控制、攪拌電機控制、溫度控制、排液控制及各顯示燈控制。

圖2 PLC程序流程圖

4.組態(tài)畫面的設(shè)計

4.1 新建主畫面

蔬菜發(fā)酵系統(tǒng)畫面如下圖，系統(tǒng)由鹽水罐、菌種罐、中和液罐、發(fā)酵罐、攪拌電機、鹽水泵、菌種泵、中和液泵、及各電閥門組成，共同配合完成蔬菜發(fā)酵系統(tǒng)的動態(tài)運行。

4.2 畫面顯示

根據(jù)系統(tǒng)需要，對組態(tài)王進(jìn)行畫面設(shè)計，新建如下畫面：系統(tǒng)畫面、實時曲線畫面、歷史曲線畫面、實時報表畫面、報警畫面。

4.3 新建數(shù)據(jù)報表

通過數(shù)據(jù)報表可以對整個發(fā)酵過程中的溫度、含氧量、微生物數(shù)量等數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和記錄。

4.4 新建實時曲線

通過雙擊工具箱可以在畫面上產(chǎn)生實時趨勢曲線，實時趨勢曲線具有很好的實時性，能實時的反應(yīng)變量的變化趨勢。

4.5 溫度模擬輸入畫面

蔬菜發(fā)酵系統(tǒng)溫度控制要求：溫度在25到35度之間，新建溫度模擬輸入畫面，實時顯示溫度數(shù)值及曲線變化趨勢。

4.6 系統(tǒng)的調(diào)試與運行

系統(tǒng)的調(diào)試與運行是組態(tài)王運用的重要一個環(huán)節(jié)，當(dāng)畫面與變量建立聯(lián)系以后，基本上就完成了界面的參數(shù)設(shè)置，然后利用組態(tài)王的工程運行系統(tǒng)，把工程切換到實際應(yīng)用的狀態(tài)，觀察實際的監(jiān)控過程，然后經(jīng)過多次的修改和調(diào)試，優(yōu)化設(shè)計界面直到滿足生產(chǎn)系統(tǒng)的要求。