罗克韦尔PLC在果糖生产中的应用

我公司于2014年承建了河南飞天农业开发股份有限公司“10万吨/年F55果葡糖浆自动化控制项目”，项目目前已交工，客户正常生产一年。本文从实际出发主要介绍果葡糖浆的生产工艺过程，阐述分布式PLC系统的组成及监控过程的实现。实践表明，基于EtherNet／IP的分布式PLC系统具有组态简单、通讯能力强和性能稳定等诸多优点，为生产过程控制提供了可靠的保障。

　　果葡糖浆是由植物淀粉水解和异构化制成的淀粉糖晶，具有独特风味，是一种重要的甜味剂。因为它的组成主要是果糖和葡萄糖，故称为“果葡糖浆”。果葡糖浆主要分为F42、F55和F90等产品，其中“F”表示果糖，其后的数字表示果糖含量占干物质的百分率。淀粉乳经过酶解法，水解得到含葡萄糖95％-97％的糖化液，再经葡萄糖异构酶转化其中一部分葡萄糖成为果糖，得到F42果葡糖浆产品。用F42果葡糖浆为原料经色谱分离，得到果糖含量90％以上的糖液，与适量F42产品混合则得到F55和F90产品。

　　该自动控制系统完整的完成果葡糖浆的生产线工艺设备的实时控制、安全连锁、状态显示、工艺参数的超限报警、数据记录、历史趋势显示和报表打印等功能。美国Rockwell Automation公司的CompactLogix和MicmLogix以其可靠性、适应工业过程现场和强大的网络通讯能力等优点，正在不断应用于各种生化工厂的生产工艺过程中。本系统采用CompactImgix和MicroLogix来对生产线实时监控。

1 工艺过程介绍

　　果葡糖浆的生产工艺主要包括液化一糖化-一次脱色-一次离交-预蒸发-异构-二次脱色-二次离交-F42蒸发一成品等部分。主要设备包括各种原料储罐、搅拌罐、层流罐、板换器、蒸汽罐、液化喷射器、加酶计量计、加酸计量计、流量计、温度计、液位计、压力计、泵与风机、调节阀和MCC等。

　　工艺要点：①液化：在搅拌罐中加入淀粉乳、自来水和部分糖水，经搅拌和液化喷射等工序，使淀粉水解成糊精和低聚糖；②糖化：利用葡萄糖淀粉酶进一步将液化产物水解成葡萄糖；③一次脱色：将糖液放入脱色罐内，加入定量活性炭进行吸附，然后送至过滤机，滤出清液盛放在贮罐内；④一次离交：将第一次脱色滤清液送至离子交换柱进行脱盐提纯，糖液通过阳一阴一阳一阴四个树脂滤床后，在贮糖桶内糖液调pH值至4.2—6.0；⑤预蒸发：一次离交后，将糖液利用泵送至蒸发罐，保持真空度在-0.06MPa左右，当糖液浓度在45％左右，即可出料；⑥异构：将异构酶装填于竖立的保温反应柱内，反应温度控制在60℃，精制的糖液由柱顶进料，流过酶柱，进行异构化反应，再从柱底出料；⑦二次脱色：异构化反应后，所得糖液含有色物质，并在贮存期间能产生颜色及灰分等杂质，所以需二次脱色，将糖液送到脱色罐，加入定量新鲜活性炭，操作与第一次脱色相同，进行二次脱色；⑧二次离交：经二次脱色的糖液需再进行一次离交，方法同前；⑨F-42蒸发：精制的糖液经真空蒸发罐浓缩到需要的浓度，即得果葡糖浆；⑩成品：将得到的产品注入成品罐，完成产品罐装嵋。

2 控制系统的构成与实现

　　自20世纪70年代中期问世以来，以太网已经成为世界公认的标准。Ethernet／IP是工业以太网协议的缩写，它是一种开放的工业网络标准，充分利用了现有的商用以太网技术、芯片以及物理介质。

　　本系统正是基于Etlleme/IP实现分布式PLC管理的。基于标准TCWIP以太网的实时控制工业网络是未来的发展趋势，它拥有更少的网络覆盖和更广泛的应用；从工厂现场到工厂信息层，它有更广泛的标准商业技术开发网络接口，能够通过网络连接的现场设备不仅提供被测变量，同时提供包括诊断信息在内的大量数据；它可以使100Mps甚至更高速、更大量的数据被传递；它可以简单地利用具有EtherNet／IP认证的交换机进行通讯。

　　本系统采用的CompaetLogix和MieroLogix控制器集顺序、过程、运动和传动控制为一体，采用模块化结构，用户可以自行设计和更改系统，极大地节省了费用和成本。本次采用的分布式PLC控制系统包括6个PLC控制器、1个CompactLogix与5个MicroLogix，其中主站是CompactLogix控制器(1。PLC)，另外5个MicroLogix控制器为从站。根据现场的工艺位置，6个PLC控制器分管不同工艺控制：1#PLC负责液化、糖化和异构部分；2#PLC负责脱色部分；3#PLC负责离交部分；4#PLC负责成品部分；5#PLC负责预蒸发部分；6#PLC负责F一42蒸发部分。另外，上位方面，采用5台工控机、5台显示器、4台触摸工控机、5台HMI触摸屏，使现场操作人员能够清晰地了解各个工段的实时情况。

2.1 网络通讯

　　本系统采用的EtherNet／IP网络为高速网络。在配置EtherNet／IP网络时，每个PLC控制器都有Ether-Ne#IP接口，利用交换机就可以简单地连接网络。然后利用RSLinx软件进行网络组态，管理各个节点，从而使网络的扩展十分灵活。

　　2.2 主控站

　　主控站采用CompactLogix系列的1769-L32E控制器。加配了16个I／O模块。1769-L32E可用内存为750KB，并且拥有一个EtherNet／IP端口和一个RS-232串行端口，最大支持16个模块，从而能方便地使用EtherNet／IP进行连接。

　　2.3 从站

　　从站全部采用MicroLogix系列的1766-L32BWA控制器。1766-L32BWA控制器拥有一个EtherNet／IP端口和两个RS-232串行端口，最大支持7个模块，能方便使用EtherNet／IP进行连接。

　　2.4 现场操作站

　　(1)液化和异构操作站液化和异构操作站采用触摸式工控机，安装有Windows XP操作系统和RSView 32人机界面组态软件，主要用于操作人员对液化和异构生产工段状况进行监视和流程操作。

　　(2)其他操作站

　　其他操作站采用研华工业触摸屏，采用嵌入式Windows系统，方便地构成监控画面．并以动画方式显示控制设备的状态，能够实时操控。触摸屏与PLC之间通过以太网进行通信，通过访问PLC相关的寄存器地址，以获得PLC所控制设备的状态或修改相关寄存器的值。

　　2.5 编程软件

　　CompactLogix控制器采用RSLogix5000编程环境，MicmLogix控制器采用RSLogix500编程环境。RSLogix5000与RSLogix500软件开发平台提供了梯形图LD、功能块FBD、顺序功能表SFC和结构文本ST等编程方式。梯形图作为传统的编程方式具有直观灵活、节省内存、效率高等优点。整个控制程序主要由数据采集、报警检测：PID控制、连锁控制、数据传输等子程序模块组成，主程序采用任务方式对各个子模块进行顺序调试。图3为SSLogixS000编程环境。

　　2.6 中控室操作站

　　中控室操作站采用研华公司的工业计算机，安装有Windows XP操作系统和RSView32人机界面组态软件，用来接收PLC采集的现场数据，并将数据存入动态数据库，完成报警、数据记录、分析系统运行状态、打印输出等功能，根据要求控制各系统的运行状态。

　　监控系统由液化系统、糖化系统、脱色系统、离交系统、预蒸发系统、F-42蒸发系统、趋势图和报警等画面组成，实时监控生产线的温度、液位、PH值、浓度、压力、流量、阀门开度、变频器输出百分比、泵和阀的状态等。画面能全面直观地反映果葡糖浆生产的全部过程。

3 结束语

　　该项目已成功投产，运行稳定，实现了果葡糖浆生产线工艺设备的监视与控制。分布式PLC系统的应用，提高整个系统的运行效率，大大降低了操作人员的操作难度，减少了运行故障率和检修次数，为提高工厂自动化水平提供了可靠的保障。

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