趙裕峰等

摘要：對實驗室設(shè)備三效蒸發(fā)器整個工藝流程進行了詳盡的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三效蒸發(fā)器中番茄醬濃縮階段的液位控制對提高濃縮速度至關(guān)重要。經(jīng)大量試驗發(fā)現(xiàn)，番茄醬的液位在一定的范圍浮動會得到最優(yōu)化的效果。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器；三效蒸發(fā)器；液位；濃縮控制系統(tǒng)；番茄醬

中圖分類號： TP273文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0392-03

收稿日期：2013-12-30

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)教育廳高?？蒲杏媱澢嗄昊穑ň幪枺篨JEDU2012S06）；新疆維吾爾自治區(qū)教育廳重點計劃（編號：XJEDU2010I07）。

作者簡介：趙裕峰（1986—），男，山東黃縣人，碩士研究生，從事可編程邏輯控制器應用技術(shù)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究。E-mail：727028483@qq.com。

通信作者：陳志軍，教授，碩士生導師，從事智能信息處理和智能控制與系統(tǒng)開發(fā)。E-mail：chenzj1110@163.com。新疆因獨特的氣候條件而盛產(chǎn)番茄，且其品質(zhì)優(yōu)良，為大規(guī)模的加工番茄醬創(chuàng)造了有利條件。隨著國內(nèi)外需求的不斷擴大，番茄醬加工產(chǎn)業(yè)不斷擴大，被稱作新疆的“紅色產(chǎn)業(yè)”，其加工量約占全國番茄加工總量的90%。但是，現(xiàn)今的番茄醬生產(chǎn)加工設(shè)備均是從國外引進的，其核心技術(shù)完全依賴于國外，這制約了相關(guān)企業(yè)的發(fā)展[1]。因此，迫切需要對嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)如灌裝、殺菌等進行研究。本試驗對番茄醬加工生產(chǎn)線中三效蒸發(fā)器的番茄醬濃縮階段的液位控制進行了研究，采用西門子S7-300 PLC控制自主研發(fā)了三效蒸發(fā)器番茄醬濃縮控制系統(tǒng)，并取得了令人滿意的效果。

1可編程邏輯控制器（PLC）簡介

SIMATIC S7-300是一種通用型的PLC，適用于自動化工程中的各種應用場合，尤其是適合在生產(chǎn)制造工程中應用。S7-300 PLC具有以下顯著特點：循環(huán)周期短，處理速度高；指令集功能強大，可用于復雜功能；產(chǎn)品設(shè)計緊湊，可用于空間有限的場合；模塊化結(jié)構(gòu)，適合密集安裝；有不同檔次的 CPU，其功能多種多樣；模塊和I/O模塊可供選擇，可以根據(jù)不同的供應選擇不同的PLC模塊。S7的指令集包含350多條指令，即位指令、技術(shù)指令、定時指令、比較指令、整數(shù)和浮點數(shù)運算指令等。S7-300 PLC的模擬量和數(shù)字量I/O模塊幾乎對所有的現(xiàn)場信號都適用。

2三效蒸發(fā)器工藝流程介紹

2.1三效蒸發(fā)器實驗室裝備

圖1和圖2為實驗室整體設(shè)備及其部分功能圖。三效蒸發(fā)器實驗室整體設(shè)備由許多個子設(shè)備組成，包括PLC、閥門、傳感器等（圖1），其中該設(shè)備中的核心部分為3個蒸發(fā)罐（圖2），起主要作用。

2.2流程介紹

一效產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過提壓后，輸送到第2個的蒸汽罐中作為熱源，再輸送到第3個蒸汽罐中作為熱源，有3個循環(huán)的蒸汽罐，所以稱為三效蒸發(fā)器[2]。實驗室三效罐體均是1 m長的圓柱體。本裝置采用的是逆流加料過程，在逆流加料過程中，蒸汽與液體走向相反。料液從末效加入進行蒸發(fā)濃縮后，用泵將濃縮液送入前一效直至末效得到完成液；蒸汽從第一效加入后放熱冷凝成液體，產(chǎn)生的二次蒸汽進入第二效，在對料液加熱后冷凝成液體，第二效產(chǎn)生的二次蒸汽進入第三效對原料液加熱，釋放熱量后冷凝成液體排除。

在逆流加料過程中，因隨著濃縮液濃度增大而溫度逐漸升高，所以各效的黏度相差較小，傳熱系數(shù)大致相同；完成液排除溫度較高，可在減壓下進一步閃蒸濃縮、殺菌。

在濃縮的過程中三效蒸發(fā)器中番茄醬的液位會直接影響濃縮的速度[3]。因此，對三效中液位的控制至關(guān)重要，且通過試驗發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)室的液位位于50%～55%時，濃縮速度最高。

3三效蒸發(fā)器濃縮控制系統(tǒng)

3.1硬件配置

采用S7-300 PLC作為主站，主站組態(tài)包括PS307 5A、CPU 315-2PN/DP、SM331、SM332以及遠程站點IM153-2。CPU 315-2PN/DP模塊處理速度快，數(shù)據(jù)實時性好，特別適合中小型系統(tǒng)的控制要求；通過CP5613A通信卡實現(xiàn)PLC與上位機之間的通信；模擬量模塊具有許多特性，可以通過參數(shù)來改變它的特性。根據(jù)工藝流程選擇6個進出料泵、5個控制閥、3個液位傳感器、3個溫度傳感器、3個手動效內(nèi)循環(huán)控制開關(guān)，實現(xiàn)效間和效內(nèi)循環(huán)。圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

模擬量檢測輸入信號采用SM331 AI8×12模塊，該模塊僅具有模擬量輸入通道，有4個通道組共8個輸入接口，每個通道的精度可調(diào)，最高精度位為14位精度（帶符號位），并且可接電壓、電流、電阻、溫度信號測量，在此系統(tǒng)應用中采用的是4～20 mA電流信號檢測，對應的工程值為0～27 648。常用的液位測量器件有壓力式、超聲波式、晶體管繼電器式、電容式、浮子式等。液位測量器件主要用于測量液位及控制，廣泛應用于城市供水、污水處理、工礦企業(yè)、水庫、河道、海洋等場所[4]。

硬件組態(tài)和參數(shù)設(shè)置是使用STEP7軟件對PLC機架上的硬件進行配置，設(shè)置各種硬件模塊參數(shù)的過程[5]，用戶通過硬件組態(tài)設(shè)定或者修改各硬件模塊的參數(shù)或者地址、設(shè)定或修改網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)等。

3.2程序?qū)崿F(xiàn)

下位機PLC采用液位傳感器對三效番茄醬液位進行采集，液位傳感器地址為PIW256、PIW258、PIW260，采集的液位信號經(jīng)量程轉(zhuǎn)換存入MD30、MD20、MD10中，通過調(diào)用FC105模塊將信號轉(zhuǎn)換成實際的液位值，與設(shè)定的高低液位信號進行比較，通過變頻器控制相應的泵和閥開關(guān)動作[6]，來控制液位的高低。

液位控制程序包括主程序塊OB1、軟啟動組織塊OB100、功能塊FB1（圖4）、背景數(shù)據(jù)塊DB1-DB3等。液位控制系統(tǒng)的數(shù)字控制器的采樣時間為6～8 s，Siemens PLC應用程序中通常取100 ms，使用其中斷指令調(diào)用中斷子程序（中斷時間范圍為0～255 ms）編程很方便。因為3個罐體之間采用串級流程，所以分別對FB1進行調(diào)用來控制各效之間的液位。通過手動設(shè)定高低液位來控制[7]。系統(tǒng)經(jīng)運行，獲得了非常好的效果，提高了濃縮的速度。

4監(jiān)控系統(tǒng)

在WinCC 5.0中建立項目，對系統(tǒng)的流程進行模擬監(jiān)控。WinCC 5.0組態(tài)系統(tǒng)采用“SIMATIC S7 Protocol Suite”作為驅(qū)動程序，通過CP5611卡與下位S7-300 PLC進行通訊。將S7-300程序下載到PLC中，在完成測試后就可將系統(tǒng)投入正式運行，系統(tǒng)運行后相應監(jiān)控畫面可以在上位機上顯示。Wincc軟件監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并及時作出反饋，出現(xiàn)故障時會報警處理。濃縮液位監(jiān)控畫面如圖5所示。

5結(jié)束語

本研究采用西門子S7-300 PLC及 Step 7 軟件設(shè)計番茄醬殺菌液位自動控制系統(tǒng)，首先對生產(chǎn)工藝進行分析，然后進行硬件配置，合理選用模塊及總線技術(shù)，降低工程成本，最后對控制功能進行程序?qū)崿F(xiàn)，經(jīng)運行得到了較好的效果?？梢娫撓到y(tǒng)有很大的工程前景，值得應用和推廣。

參考文獻：

[1]南新元，陳志軍，高丙朋. S7-300 PLC在番茄醬殺菌自動控制系統(tǒng)中的應用[J]. 自動化儀表，2010，31（5）：34-36，39.

[2]李勝多. 基于PLC的農(nóng)作物噴灌控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 農(nóng)機化研究，2010，32（9）：141-145.

[3]孫平，盛盈坤，許文凱，等. 水塔水位的自動控制[J]. 微計算機信息，2010（25）：89-90.

[4]馬林，馬茵. PLC在上、下水箱液位串級變頻調(diào)速控制中的應用[J]. 電子質(zhì)量，2011，2（2）：50-51.

[5]張曉燕. 基于觸摸屏和PLC的番茄醬蒸發(fā)器自動控制系統(tǒng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2011，39（2）：501-502.

[6]許卓，程秀竹，黃曉峰. 鑄軋機爐口液面控制的設(shè)計[J]. 制造業(yè)自動化，2013，5（5）：139-140.

[7]仇國慶，羅宣林，吳迪. WinCC在泥漿池液位監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J]. 自動化與儀表，2008，23（5）：44-46.

摘要：對實驗室設(shè)備三效蒸發(fā)器整個工藝流程進行了詳盡的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三效蒸發(fā)器中番茄醬濃縮階段的液位控制對提高濃縮速度至關(guān)重要。經(jīng)大量試驗發(fā)現(xiàn)，番茄醬的液位在一定的范圍浮動會得到最優(yōu)化的效果。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器；三效蒸發(fā)器；液位；濃縮控制系統(tǒng)；番茄醬

中圖分類號： TP273文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0392-03

收稿日期：2013-12-30

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)教育廳高?？蒲杏媱澢嗄昊穑ň幪枺篨JEDU2012S06）；新疆維吾爾自治區(qū)教育廳重點計劃（編號：XJEDU2010I07）。

作者簡介：趙裕峰（1986—），男，山東黃縣人，碩士研究生，從事可編程邏輯控制器應用技術(shù)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究。E-mail：727028483@qq.com。

通信作者：陳志軍，教授，碩士生導師，從事智能信息處理和智能控制與系統(tǒng)開發(fā)。E-mail：chenzj1110@163.com。新疆因獨特的氣候條件而盛產(chǎn)番茄，且其品質(zhì)優(yōu)良，為大規(guī)模的加工番茄醬創(chuàng)造了有利條件。隨著國內(nèi)外需求的不斷擴大，番茄醬加工產(chǎn)業(yè)不斷擴大，被稱作新疆的“紅色產(chǎn)業(yè)”，其加工量約占全國番茄加工總量的90%。但是，現(xiàn)今的番茄醬生產(chǎn)加工設(shè)備均是從國外引進的，其核心技術(shù)完全依賴于國外，這制約了相關(guān)企業(yè)的發(fā)展[1]。因此，迫切需要對嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)如灌裝、殺菌等進行研究。本試驗對番茄醬加工生產(chǎn)線中三效蒸發(fā)器的番茄醬濃縮階段的液位控制進行了研究，采用西門子S7-300 PLC控制自主研發(fā)了三效蒸發(fā)器番茄醬濃縮控制系統(tǒng)，并取得了令人滿意的效果。

1可編程邏輯控制器（PLC）簡介

SIMATIC S7-300是一種通用型的PLC，適用于自動化工程中的各種應用場合，尤其是適合在生產(chǎn)制造工程中應用。S7-300 PLC具有以下顯著特點：循環(huán)周期短，處理速度高；指令集功能強大，可用于復雜功能；產(chǎn)品設(shè)計緊湊，可用于空間有限的場合；模塊化結(jié)構(gòu)，適合密集安裝；有不同檔次的 CPU，其功能多種多樣；模塊和I/O模塊可供選擇，可以根據(jù)不同的供應選擇不同的PLC模塊。S7的指令集包含350多條指令，即位指令、技術(shù)指令、定時指令、比較指令、整數(shù)和浮點數(shù)運算指令等。S7-300 PLC的模擬量和數(shù)字量I/O模塊幾乎對所有的現(xiàn)場信號都適用。

2三效蒸發(fā)器工藝流程介紹

2.1三效蒸發(fā)器實驗室裝備

圖1和圖2為實驗室整體設(shè)備及其部分功能圖。三效蒸發(fā)器實驗室整體設(shè)備由許多個子設(shè)備組成，包括PLC、閥門、傳感器等（圖1），其中該設(shè)備中的核心部分為3個蒸發(fā)罐（圖2），起主要作用。

2.2流程介紹

一效產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過提壓后，輸送到第2個的蒸汽罐中作為熱源，再輸送到第3個蒸汽罐中作為熱源，有3個循環(huán)的蒸汽罐，所以稱為三效蒸發(fā)器[2]。實驗室三效罐體均是1 m長的圓柱體。本裝置采用的是逆流加料過程，在逆流加料過程中，蒸汽與液體走向相反。料液從末效加入進行蒸發(fā)濃縮后，用泵將濃縮液送入前一效直至末效得到完成液；蒸汽從第一效加入后放熱冷凝成液體，產(chǎn)生的二次蒸汽進入第二效，在對料液加熱后冷凝成液體，第二效產(chǎn)生的二次蒸汽進入第三效對原料液加熱，釋放熱量后冷凝成液體排除。

在逆流加料過程中，因隨著濃縮液濃度增大而溫度逐漸升高，所以各效的黏度相差較小，傳熱系數(shù)大致相同；完成液排除溫度較高，可在減壓下進一步閃蒸濃縮、殺菌。

在濃縮的過程中三效蒸發(fā)器中番茄醬的液位會直接影響濃縮的速度[3]。因此，對三效中液位的控制至關(guān)重要，且通過試驗發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)室的液位位于50%～55%時，濃縮速度最高。

3三效蒸發(fā)器濃縮控制系統(tǒng)

3.1硬件配置

采用S7-300 PLC作為主站，主站組態(tài)包括PS307 5A、CPU 315-2PN/DP、SM331、SM332以及遠程站點IM153-2。CPU 315-2PN/DP模塊處理速度快，數(shù)據(jù)實時性好，特別適合中小型系統(tǒng)的控制要求；通過CP5613A通信卡實現(xiàn)PLC與上位機之間的通信；模擬量模塊具有許多特性，可以通過參數(shù)來改變它的特性。根據(jù)工藝流程選擇6個進出料泵、5個控制閥、3個液位傳感器、3個溫度傳感器、3個手動效內(nèi)循環(huán)控制開關(guān)，實現(xiàn)效間和效內(nèi)循環(huán)。圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

模擬量檢測輸入信號采用SM331 AI8×12模塊，該模塊僅具有模擬量輸入通道，有4個通道組共8個輸入接口，每個通道的精度可調(diào)，最高精度位為14位精度（帶符號位），并且可接電壓、電流、電阻、溫度信號測量，在此系統(tǒng)應用中采用的是4～20 mA電流信號檢測，對應的工程值為0～27 648。常用的液位測量器件有壓力式、超聲波式、晶體管繼電器式、電容式、浮子式等。液位測量器件主要用于測量液位及控制，廣泛應用于城市供水、污水處理、工礦企業(yè)、水庫、河道、海洋等場所[4]。

硬件組態(tài)和參數(shù)設(shè)置是使用STEP7軟件對PLC機架上的硬件進行配置，設(shè)置各種硬件模塊參數(shù)的過程[5]，用戶通過硬件組態(tài)設(shè)定或者修改各硬件模塊的參數(shù)或者地址、設(shè)定或修改網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)等。

3.2程序?qū)崿F(xiàn)

下位機PLC采用液位傳感器對三效番茄醬液位進行采集，液位傳感器地址為PIW256、PIW258、PIW260，采集的液位信號經(jīng)量程轉(zhuǎn)換存入MD30、MD20、MD10中，通過調(diào)用FC105模塊將信號轉(zhuǎn)換成實際的液位值，與設(shè)定的高低液位信號進行比較，通過變頻器控制相應的泵和閥開關(guān)動作[6]，來控制液位的高低。

液位控制程序包括主程序塊OB1、軟啟動組織塊OB100、功能塊FB1（圖4）、背景數(shù)據(jù)塊DB1-DB3等。液位控制系統(tǒng)的數(shù)字控制器的采樣時間為6～8 s，Siemens PLC應用程序中通常取100 ms，使用其中斷指令調(diào)用中斷子程序（中斷時間范圍為0～255 ms）編程很方便。因為3個罐體之間采用串級流程，所以分別對FB1進行調(diào)用來控制各效之間的液位。通過手動設(shè)定高低液位來控制[7]。系統(tǒng)經(jīng)運行，獲得了非常好的效果，提高了濃縮的速度。

4監(jiān)控系統(tǒng)

在WinCC 5.0中建立項目，對系統(tǒng)的流程進行模擬監(jiān)控。WinCC 5.0組態(tài)系統(tǒng)采用“SIMATIC S7 Protocol Suite”作為驅(qū)動程序，通過CP5611卡與下位S7-300 PLC進行通訊。將S7-300程序下載到PLC中，在完成測試后就可將系統(tǒng)投入正式運行，系統(tǒng)運行后相應監(jiān)控畫面可以在上位機上顯示。Wincc軟件監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并及時作出反饋，出現(xiàn)故障時會報警處理。濃縮液位監(jiān)控畫面如圖5所示。

5結(jié)束語

本研究采用西門子S7-300 PLC及 Step 7 軟件設(shè)計番茄醬殺菌液位自動控制系統(tǒng)，首先對生產(chǎn)工藝進行分析，然后進行硬件配置，合理選用模塊及總線技術(shù)，降低工程成本，最后對控制功能進行程序?qū)崿F(xiàn)，經(jīng)運行得到了較好的效果?？梢娫撓到y(tǒng)有很大的工程前景，值得應用和推廣。

參考文獻：

[1]南新元，陳志軍，高丙朋. S7-300 PLC在番茄醬殺菌自動控制系統(tǒng)中的應用[J]. 自動化儀表，2010，31（5）：34-36，39.

[2]李勝多. 基于PLC的農(nóng)作物噴灌控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 農(nóng)機化研究，2010，32（9）：141-145.

[3]孫平，盛盈坤，許文凱，等. 水塔水位的自動控制[J]. 微計算機信息，2010（25）：89-90.

[4]馬林，馬茵. PLC在上、下水箱液位串級變頻調(diào)速控制中的應用[J]. 電子質(zhì)量，2011，2（2）：50-51.

[5]張曉燕. 基于觸摸屏和PLC的番茄醬蒸發(fā)器自動控制系統(tǒng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2011，39（2）：501-502.

[6]許卓，程秀竹，黃曉峰. 鑄軋機爐口液面控制的設(shè)計[J]. 制造業(yè)自動化，2013，5（5）：139-140.

[7]仇國慶，羅宣林，吳迪. WinCC在泥漿池液位監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J]. 自動化與儀表，2008，23（5）：44-46.

摘要：對實驗室設(shè)備三效蒸發(fā)器整個工藝流程進行了詳盡的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三效蒸發(fā)器中番茄醬濃縮階段的液位控制對提高濃縮速度至關(guān)重要。經(jīng)大量試驗發(fā)現(xiàn)，番茄醬的液位在一定的范圍浮動會得到最優(yōu)化的效果。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器；三效蒸發(fā)器；液位；濃縮控制系統(tǒng)；番茄醬

中圖分類號： TP273文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0392-03

收稿日期：2013-12-30

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)教育廳高?？蒲杏媱澢嗄昊穑ň幪枺篨JEDU2012S06）；新疆維吾爾自治區(qū)教育廳重點計劃（編號：XJEDU2010I07）。

作者簡介：趙裕峰（1986—），男，山東黃縣人，碩士研究生，從事可編程邏輯控制器應用技術(shù)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究。E-mail：727028483@qq.com。

通信作者：陳志軍，教授，碩士生導師，從事智能信息處理和智能控制與系統(tǒng)開發(fā)。E-mail：chenzj1110@163.com。新疆因獨特的氣候條件而盛產(chǎn)番茄，且其品質(zhì)優(yōu)良，為大規(guī)模的加工番茄醬創(chuàng)造了有利條件。隨著國內(nèi)外需求的不斷擴大，番茄醬加工產(chǎn)業(yè)不斷擴大，被稱作新疆的“紅色產(chǎn)業(yè)”，其加工量約占全國番茄加工總量的90%。但是，現(xiàn)今的番茄醬生產(chǎn)加工設(shè)備均是從國外引進的，其核心技術(shù)完全依賴于國外，這制約了相關(guān)企業(yè)的發(fā)展[1]。因此，迫切需要對嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)如灌裝、殺菌等進行研究。本試驗對番茄醬加工生產(chǎn)線中三效蒸發(fā)器的番茄醬濃縮階段的液位控制進行了研究，采用西門子S7-300 PLC控制自主研發(fā)了三效蒸發(fā)器番茄醬濃縮控制系統(tǒng)，并取得了令人滿意的效果。

1可編程邏輯控制器（PLC）簡介

SIMATIC S7-300是一種通用型的PLC，適用于自動化工程中的各種應用場合，尤其是適合在生產(chǎn)制造工程中應用。S7-300 PLC具有以下顯著特點：循環(huán)周期短，處理速度高；指令集功能強大，可用于復雜功能；產(chǎn)品設(shè)計緊湊，可用于空間有限的場合；模塊化結(jié)構(gòu)，適合密集安裝；有不同檔次的 CPU，其功能多種多樣；模塊和I/O模塊可供選擇，可以根據(jù)不同的供應選擇不同的PLC模塊。S7的指令集包含350多條指令，即位指令、技術(shù)指令、定時指令、比較指令、整數(shù)和浮點數(shù)運算指令等。S7-300 PLC的模擬量和數(shù)字量I/O模塊幾乎對所有的現(xiàn)場信號都適用。

2三效蒸發(fā)器工藝流程介紹

2.1三效蒸發(fā)器實驗室裝備

圖1和圖2為實驗室整體設(shè)備及其部分功能圖。三效蒸發(fā)器實驗室整體設(shè)備由許多個子設(shè)備組成，包括PLC、閥門、傳感器等（圖1），其中該設(shè)備中的核心部分為3個蒸發(fā)罐（圖2），起主要作用。

2.2流程介紹

一效產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過提壓后，輸送到第2個的蒸汽罐中作為熱源，再輸送到第3個蒸汽罐中作為熱源，有3個循環(huán)的蒸汽罐，所以稱為三效蒸發(fā)器[2]。實驗室三效罐體均是1 m長的圓柱體。本裝置采用的是逆流加料過程，在逆流加料過程中，蒸汽與液體走向相反。料液從末效加入進行蒸發(fā)濃縮后，用泵將濃縮液送入前一效直至末效得到完成液；蒸汽從第一效加入后放熱冷凝成液體，產(chǎn)生的二次蒸汽進入第二效，在對料液加熱后冷凝成液體，第二效產(chǎn)生的二次蒸汽進入第三效對原料液加熱，釋放熱量后冷凝成液體排除。

在逆流加料過程中，因隨著濃縮液濃度增大而溫度逐漸升高，所以各效的黏度相差較小，傳熱系數(shù)大致相同；完成液排除溫度較高，可在減壓下進一步閃蒸濃縮、殺菌。

在濃縮的過程中三效蒸發(fā)器中番茄醬的液位會直接影響濃縮的速度[3]。因此，對三效中液位的控制至關(guān)重要，且通過試驗發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)室的液位位于50%～55%時，濃縮速度最高。

3三效蒸發(fā)器濃縮控制系統(tǒng)

3.1硬件配置

采用S7-300 PLC作為主站，主站組態(tài)包括PS307 5A、CPU 315-2PN/DP、SM331、SM332以及遠程站點IM153-2。CPU 315-2PN/DP模塊處理速度快，數(shù)據(jù)實時性好，特別適合中小型系統(tǒng)的控制要求；通過CP5613A通信卡實現(xiàn)PLC與上位機之間的通信；模擬量模塊具有許多特性，可以通過參數(shù)來改變它的特性。根據(jù)工藝流程選擇6個進出料泵、5個控制閥、3個液位傳感器、3個溫度傳感器、3個手動效內(nèi)循環(huán)控制開關(guān)，實現(xiàn)效間和效內(nèi)循環(huán)。圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

模擬量檢測輸入信號采用SM331 AI8×12模塊，該模塊僅具有模擬量輸入通道，有4個通道組共8個輸入接口，每個通道的精度可調(diào)，最高精度位為14位精度（帶符號位），并且可接電壓、電流、電阻、溫度信號測量，在此系統(tǒng)應用中采用的是4～20 mA電流信號檢測，對應的工程值為0～27 648。常用的液位測量器件有壓力式、超聲波式、晶體管繼電器式、電容式、浮子式等。液位測量器件主要用于測量液位及控制，廣泛應用于城市供水、污水處理、工礦企業(yè)、水庫、河道、海洋等場所[4]。

硬件組態(tài)和參數(shù)設(shè)置是使用STEP7軟件對PLC機架上的硬件進行配置，設(shè)置各種硬件模塊參數(shù)的過程[5]，用戶通過硬件組態(tài)設(shè)定或者修改各硬件模塊的參數(shù)或者地址、設(shè)定或修改網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)等。

3.2程序?qū)崿F(xiàn)

下位機PLC采用液位傳感器對三效番茄醬液位進行采集，液位傳感器地址為PIW256、PIW258、PIW260，采集的液位信號經(jīng)量程轉(zhuǎn)換存入MD30、MD20、MD10中，通過調(diào)用FC105模塊將信號轉(zhuǎn)換成實際的液位值，與設(shè)定的高低液位信號進行比較，通過變頻器控制相應的泵和閥開關(guān)動作[6]，來控制液位的高低。

液位控制程序包括主程序塊OB1、軟啟動組織塊OB100、功能塊FB1（圖4）、背景數(shù)據(jù)塊DB1-DB3等。液位控制系統(tǒng)的數(shù)字控制器的采樣時間為6～8 s，Siemens PLC應用程序中通常取100 ms，使用其中斷指令調(diào)用中斷子程序（中斷時間范圍為0～255 ms）編程很方便。因為3個罐體之間采用串級流程，所以分別對FB1進行調(diào)用來控制各效之間的液位。通過手動設(shè)定高低液位來控制[7]。系統(tǒng)經(jīng)運行，獲得了非常好的效果，提高了濃縮的速度。

4監(jiān)控系統(tǒng)

在WinCC 5.0中建立項目，對系統(tǒng)的流程進行模擬監(jiān)控。WinCC 5.0組態(tài)系統(tǒng)采用“SIMATIC S7 Protocol Suite”作為驅(qū)動程序，通過CP5611卡與下位S7-300 PLC進行通訊。將S7-300程序下載到PLC中，在完成測試后就可將系統(tǒng)投入正式運行，系統(tǒng)運行后相應監(jiān)控畫面可以在上位機上顯示。Wincc軟件監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并及時作出反饋，出現(xiàn)故障時會報警處理。濃縮液位監(jiān)控畫面如圖5所示。

5結(jié)束語

本研究采用西門子S7-300 PLC及 Step 7 軟件設(shè)計番茄醬殺菌液位自動控制系統(tǒng)，首先對生產(chǎn)工藝進行分析，然后進行硬件配置，合理選用模塊及總線技術(shù)，降低工程成本，最后對控制功能進行程序?qū)崿F(xiàn)，經(jīng)運行得到了較好的效果?？梢娫撓到y(tǒng)有很大的工程前景，值得應用和推廣。

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