摘要：在番茄醬套管殺菌溫度監(jiān)控系統(tǒng)中，以西門子S7-300PLC為硬件平臺(tái)、下位開發(fā)軟件STEP7和組態(tài)軟件WinCC6.0為開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、顯示、報(bào)警等功能。系統(tǒng)圖形界面友好、操作方便。 關(guān)鍵字：番茄醬，套管殺菌，西門子S7-300，WinCC [align=center]Design of the sterilization section Control System for Tomato sauce He Ping，Lou Yi，Xie Lirong （College of Electrical Engineering; Xinjiang University; Urumqi Xinjiang 830008）[/align] Abstract：In this paper, simulative designed the sterilization section control system, sterilization is a section of tomato sauce product line. With the programmable logic controller Siemens S7-300 being a hardware development platform, and with Siemens software STEP7&WinCC6.0 being a software development environment, it realized those functions,such as data collection ,displaying and real-time alarming and so on .the system has characteristcs such as friendly interface,easy operation. Keywords：Tomato sauce，section sterilization，Siemens S7-300，WinCC 1 引言 番茄產(chǎn)業(yè)是新疆“黑白紅”三大支柱性產(chǎn)業(yè)之一。作為亞洲最大的番茄醬加工區(qū)，新疆形成了一批番茄醬加工出口企業(yè)群，番茄年加工能力80萬(wàn)噸，約占全國(guó)番茄加工總量的90％。 番茄醬加工控制系統(tǒng)的研究，可將具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)中，擺脫對(duì)國(guó)外技術(shù)的依靠，從而降低番茄醬生產(chǎn)的技術(shù)成本，提高我國(guó)番茄醬產(chǎn)業(yè)在世界的競(jìng)爭(zhēng)力。 2 套管殺菌工藝 套管殺菌是番茄醬加工過(guò)程的關(guān)鍵工段之一。套管，就是幾層管子互相套嵌，大管套小管。物料和殺菌水可以在管中充分接觸。管中旋轉(zhuǎn)翻滾的醬體與內(nèi)外夾套里的過(guò)熱水進(jìn)行熱交換達(dá)到殺菌目的。本文采用的是五層套管，三層水夾兩層料，大大的提高了殺菌的效率。 套管分為三段，殺菌、冷卻和保溫。在殺菌段要把物料的溫度迅速提高到規(guī)定溫度，殺滅各種霉菌。冷卻段要把殺菌后的物料迅速冷卻，以便保持物料的新鮮和色澤。保溫段使物料溫度保持，為灌裝作好準(zhǔn)備。 殺菌段是整個(gè)生產(chǎn)線的重點(diǎn)，殺菌的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。若殺菌溫度達(dá)不到，產(chǎn)品將由于霉菌的存在而變質(zhì)，若殺菌溫度過(guò)高又會(huì)使產(chǎn)品的新鮮度及色澤下降過(guò)多，最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量。套管殺菌工藝流程如圖1所示。 [align=center] 圖1殺菌工藝流程圖[/align] 殺菌段各主要參數(shù)如表1所示。 [align=center]表1 殺菌段主要參數(shù) [/align] 3 下位機(jī)編程 套管殺菌段最重要的控制參數(shù)是殺菌溫度，實(shí)際生產(chǎn)線上要對(duì)殺菌溫度進(jìn)行精確的控制，使其穩(wěn)定在106℃，允許變化范圍在102℃-110℃。 殺菌溫度由過(guò)熱水溫度決定，過(guò)熱水由蒸汽量決定。蒸汽壓力是穩(wěn)定的，通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽閥的開度就可以控制殺菌溫度，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)就是采用這一控制方法，殺菌溫度控制框圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 殺菌溫度控制框圖[/align] 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象和控制設(shè)備，調(diào)用STEP7中集成的PID調(diào)節(jié)模塊SFC41，采用閉環(huán)控制，完成調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)編程，如圖3所示。 [align=center] 圖3 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)過(guò)程[/align] 采用PID對(duì)殺菌溫度進(jìn)行控制，溫度值存儲(chǔ)于MD104中，作為PID調(diào)節(jié)模塊的輸入值，其輸出值存儲(chǔ)于MD100中，同時(shí)把PID調(diào)節(jié)模塊的輸出MD100作為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，調(diào)節(jié)器的控制量就是溫度輸入值。調(diào)節(jié)后的值返回MD104作為PID調(diào)節(jié)模塊的輸入值循環(huán)調(diào)節(jié)。 除了對(duì)殺菌溫度的精確控制外,還要控制各種泵閥的起停。需要控制的有進(jìn)料泵、出料泵、冷卻泵、加水泵、出料閥和循環(huán)閥。在STEP7中編制基本的起保停梯形圖就可以實(shí)現(xiàn)。 出料閥/循環(huán)閥控制程序的編制框圖如圖4所示。 [align=center] 圖4 出料閥/循環(huán)閥控制框圖[/align] 4 上位機(jī)監(jiān)控畫面開發(fā) 進(jìn)入WinCC編輯界面，新建一個(gè)S7外部變量驅(qū)動(dòng)程序，根據(jù)設(shè)計(jì)需要在相應(yīng)的通訊方式下新建一個(gè)連接。在連接中建立需要的變量，并把變量和通道一一對(duì)應(yīng)。 建立28個(gè)外部變量，變量表如圖5所示。 [align=center] 圖5 變量表[/align] 建立在線曲線和在線數(shù)據(jù)歸檔，顯示殺菌溫度、冷卻溫度和保溫溫度的變化趨勢(shì)，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歸檔保存。 利用WinCC自帶的變量模擬器模擬在線曲線如圖6所示。 [align=center] 圖6 在線曲線[/align] 在對(duì)象選項(xiàng)板的控件中選擇WinCC Online Table Control，建立在線歸檔表格，如圖8所示。 [align=center] 圖8 在線歸檔數(shù)據(jù)[/align] 建立報(bào)警記錄：打開報(bào)警記錄，選中“消息塊”右鍵選擇組態(tài)消息塊，在彈出的頁(yè)面中添加系統(tǒng)塊，選擇持續(xù)時(shí)間、日期、時(shí)間、狀態(tài)和編號(hào)；添加用戶文本塊，選擇消息文本和錯(cuò)誤點(diǎn)。 建一個(gè)圖形畫面。取名為“報(bào)警”。在對(duì)象選項(xiàng)板中選擇WinCC Alarm Control，右鍵添加，則圖形畫面中自動(dòng)添加一個(gè)報(bào)警記錄表如圖9所示。 [align=center] 圖9 報(bào)警記錄表[/align] 5 通訊 S7-300的通訊網(wǎng)絡(luò)有： 通過(guò)多點(diǎn)接口（MPI）協(xié)議的數(shù)據(jù)通信：S7-300 CPU集成了MPI的通訊協(xié)議，MPI的物理層是RS-485，最大傳輸速率位12M bit/s。PLC通過(guò)MPI能同時(shí)連接編程器、計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面及其他SIMATIC PLC。 PROFIBUS：包括PROFIBUS FMS、 PROFIBUS DP和PROFIBUS PA 種總線，其物理層也是RS-485。 工業(yè)以太網(wǎng):一般用于上層網(wǎng)絡(luò)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PtP）：連接兩后臺(tái)S7 PLC及計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、掃描儀等非西門子設(shè)備。 AS-i （Actuator-Sensor-Interface）:執(zhí)行器-傳感器接口，處于控制系統(tǒng)的最底層，用來(lái)連接現(xiàn)場(chǎng)的二進(jìn)制設(shè)備。 下位機(jī)上傳程序及上位機(jī)監(jiān)控時(shí)，都采用TCP/IP通訊協(xié)議和PLC進(jìn)行通訊。PLC和各計(jì)算機(jī)通過(guò)交換機(jī)組成一個(gè)網(wǎng)，各CPU之間通過(guò)以太網(wǎng)通訊。I/O設(shè)備和PLC之間采用傳統(tǒng)的信號(hào)方式通訊，模擬量采用4-20mA和1-5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，數(shù)字量采用DC24V信號(hào)。 6 結(jié)論 番茄醬加工套管殺菌段控制系統(tǒng)，包括檢測(cè)、控制、通訊、監(jiān)控以及控制算法的實(shí)現(xiàn)和軟件開發(fā)等各個(gè)環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)采用了上位機(jī)監(jiān)控、上位機(jī)、下位機(jī)和PLC以太網(wǎng)通信等先進(jìn)的控制手段。系統(tǒng)可通過(guò)上位PC機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)控制及監(jiān)控，符合控制集中、危險(xiǎn)分散的需求。 參考文獻(xiàn) [1] 番茄醬加工資料. 屯河集團(tuán)昌通番茄醬制品分公司，2000. [2] 姚漪. 影響番茄醬粘度、色差因素的分析與控制[J].石河子科技，2006，第4期，33-34. [3] 崔小玲，毛敏，張文杰，劉樂(lè)，沈廣軍，譚華. HACCP系統(tǒng)在番茄醬制品生產(chǎn)及質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué), 2OO4,第41期，101-102. [4] 廖常初.PLC編程及應(yīng)用.第一版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002. 作者簡(jiǎn)介： 賀 平（1957-）女，實(shí)驗(yàn)師, 從事實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與研究，heping15@126.com，13909918506； 婁 毅（1958-）男，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與研究，xjdxlouyi@sohu.com，13579215632； 謝麗蓉（1964-）女，講師，從事控制理論和系統(tǒng)教學(xué)與研究，wzywwwxr@163.com，13579823332。 通訊地址：新疆大學(xué)（北校區(qū)）電氣工程學(xué)院 ，謝麗蓉，830008 。