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1、基于 PLC 的板式巴杀自身 CIP 清洗控制刘宝（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司 甘肃 兰州）摘要：为了顺应国内果汁和乳品行业对巴杀工艺的不断发展，研制了新一代基于 PLC 的板式巴杀自带 CIP 清洗全自动控制设备。本文介绍了用 PLC 及其组态软件来设计板式巴杀自身 CIP 全自动控制系统，应用表明系统提高了板式巴杀的效率和自动化程度。关键词：PL C；板式巴杀；CIP 清洗；反冲清洗PLC-based pasteurization control of their own CIP cleaningAbstract: In order to conform to the domesti
2、c fruit juice and dairy industries pasteurization process requests of the develop, have developed a new generation of PLC-based CIP cleaning Pasteurization own automatic control equipment. This article describes using PLC and its configuration software to design their own plate to Pasteurization CIP
3、 automatic control system, the application shows that the system improves the efficiency of Pasteurization plate and automation.Keywords: PLC; Pasteurization; CIP cleaning; Recoil Cleaning引 言原位清洗 CIP(Clean In Place)指的是在整个清洗过程中，毋须拆卸任何生产设备，便能直接使用清洗液对设备进行清洗和消毒，而清洗液的流动形成一个循环。这种过程通常是自动化操作，并且被特定的程式所控制。原位循
4、环清洗(CIP)也是现代化果汁生产采用的最普遍的清洗方式。巴式杀菌是在果汁、乳品、饮料等液态食品生产工艺中不可缺少的重要工序， 能在不破坏果汁、乳品等营养物质及口味的前提下达到杀菌要求，生产过程中必需间断性进行设备内部清洗。1 板式巴杀自身 CIP 工艺流程简述 1.1 系统组成板式巴杀由多段板式换热器，果汁传输泵，杀菌保持管，进料罐，清水罐，碱液罐，果汁罐和控制阀门管路组成，示意图见图 1图 1其中清水罐、碱液罐为清洗用罐，果汁罐为生产用罐，他们由气动阀F01、F02、F03 自动切换，清洗排放回流和生产出料由气动阀 F04、F05、F06自动切换。生产和清洗需要温度由蒸汽控制阀门 F30
5、自动调节。1.2 板式巴杀自身 CIP 清洗过程生产时：各阀门状态 F03、F04、F11、F12 为开；F01、F02、F05、F06、F21、F22 为关。需要清洗时： 关 F03 开 F01，由清水将生产时果汁顶出后， （顶料时间为 T0）关闭 F04 开F05，开始循环水正洗清洗，清洗时间为 T11。再开 F21、F22、关 F11、F12开始循环反冲清洗，清洗时间为 T12。关 F01 开 F02，同时开 F06 关 F05，用碱液将水洗后脏水顶出排地后（顶水时间为 T0）开 F05 关 F06，开 F11、F12、关 F21、 F22 开始循环碱正洗清洗，清洗时间为 T21。再开
6、F21、F22、关 F11、F12 开始循环反冲清洗，清洗时间为 T22。关 F02 开 F01，同时开 F06 关 F05，用清水将碱洗后脏水顶出排地后（顶水时间为 T0）开 F05 关 F06，然后开 F11、F12、关 F21、F22 开始循环水清洗，清洗时间为 T3。关 F01 开 F03，由果汁将清洗时清洗水顶出后， （顶水时间为 T01）关闭 F05开 F04，继续生产为了满足特定清洗工序的要求，设计了手动清洗功能。即关闭自动清洗程序，开启手动工作按钮，由每一个执行元件对应的控制按键分别控制各执行元件。2、控制系统组成2.1 控制对象控制对象主要有三个部分，清洗时的清洗液的流量控制
7、，清洗温度控制和清洗的时序控制。流量控制：无论是在生产还是在清洗中，恒定的流量能使整个系统持续稳定的运行，由流量调节阀门控制碱液、清水水的流量恒定在某一数值，仪表检测罐的流量与给定值比较，根据流量的高低相应控制流量调节阀门的开度，来满足工艺的要求。具体流控制采用 PID 控制实现。温度控制：热水和热碱液清洗效果好，能减少清洗时间，节约用碱量，所以在清洗时需要对清洗液加热。 蒸汽调节阀门控制热碱液、热水的温度恒定在某一数值，仪表检测罐的温度与给定值比较，根据温度的高低相应控制加热蒸汽调节阀门的开度，满足工艺的要求。具体温度控制采用 PID 控制实现。时序控制：从板式巴杀的清洗工艺过程可看出，对C
8、IP的控制归结于对每个气动阀门开启与关闭时序的控制。由PLC的硬件与预先编制好的程序可以控制CIP各气动阀门及CIP泵，从而实现清洗时间控制。典型的清洗清洗流程如下。生产 清水正洗 清水反洗 碱水正洗 碱水反洗 清水正洗 生产。2.2 系统硬件设计自动控制系统主要-由PLC系统、人机界面(HMI)、电机配电和气动阀等构成。因系统中大量控制为开关量信号，采用PLC是非常经济，实用的。本系统PLC采用SIEMENS公司S7200系列，完全模块化设计，具有体积小，可靠性高，可以根据实际情况任意组合，维护方便等特点。PLC系统选用S7200 CPU226主机一块，S7 200数字量扩展模块一块，S7
9、200模拟量扩展模块一块。人机界面选用GP2000触摸屏，采用触摸屏可以现场操作，减少大量的按钮，并且可以构成较直观的工艺流程图，方便用户操作，且可以解决参数设定问题。传感器，检测装置，执行机构，智能调节器等均采用国内外先进厂家的主流产品。系统结构框图如下系统结构框图2.3 系统软件设计PLC 编程软件采用 STEP7 一 MicroWIN32 编程软件进行编程。STEP7一 MicroWIN32 编程软件是基于 Windows 操作系统下的应用软件，由西门子PLC控制触摸屏调节执行器数据报表传感器执行器公司专门为 S7200 系列 PLC 设计开发的。它功能强大 主要为用户开发控制程序使用，
10、同时也可实时监控用户程序的执行状态。操作触摸屏编程软件采用 GP-PRO/PB V3.0 编程软件进行编程。GP-PRO/PB V3.0 编程软件是专门为 GP 系列触摸屏设计的，用户可根据具体情况对软件二次开发设计，开发后可集实时监控、现场操作、参数设定、数据报表等功能于一体。PLC 编程采用模块化设计，程序控制框图如下：I/O 地址分配：数字量单元 输入地址 输出地址 模拟量单元 输入地址 输出地址1P01 I0.0 Q0.0 TT01 AIW02P01 I0.1 Q0.1 FT01 AIW2F01 I0.2 Q0.2 F30 AQW0F02 I0.3 Q0.3 F31 AQW4F03 I
11、0.4 Q0.4F04 I0.5 Q0.5F05 I0.6 Q0.6F06 I0.7 Q0.7F11 I1.0 Q1.0F12 I1.1 Q1.2F21 I1.2 Q1.3F22 I1.3 Q1.4程序控制框图：输出 反馈PLC 主程序生产 清洗 模拟量采集略 自动数据变换PID 运算输出手动开 F01 关 F03 清水顶料（T0）开 F05 关 F04 清水正洗（T11）开 F21、F22、关 F11、F12循环水反冲清洗（T12）关 F01 开 F02，同时开 F06关 F05 碱液顶脏水排地（T0）开 F11,F12,F05 关F21、F22、F06 循环碱水正清洗（T21）开 F21、
12、F22、关 F11、F12循环碱水反冲清洗（T22）关 F02 开 F01，同时开 F06关 F05 清水顶脏水排地（T0）开 F11,F12,F05 关F21、F22、F06 循环清水正清洗（T21）开 F11,F12,F05 关F21、F22、F06 循环清水正清洗（T3）关 F01 开 F03 料顶清水(T01)转清洗说明：本系统通过预先编制的程序控制设备各气动阀门及果汁传输泵， 自动控制巴杀设备的 CIP 清洗过程，通过清洗温度传感器检测，控制加热蒸汽调节阀门开度，自动控制热水，热碱水温度。按照工艺清洗要求，对清洗过程各气动阀控制，来完成正反清洗。同时记录设备清洗时温度、流量，清洗时间
13、等工艺参数进行检测控制，记录完整的生产工艺数据，配合模拟控制屏，显示工艺流程中阀门， 电机的运行状况可选择自动，手动两种控制方式：在手动方式下，通过模拟屏上的各个控制按钮控制；在自动方式下， 由 PLC 实施清洗全过程自动控制。系统重点：1、本系统引入了反清洗概念，使设备清洗更干净，更省时间。2、清水顶果汁时间要略长于果汁通过管路的实际时间，果汁顶清水时间要略短于果汁通过管路的实际时间，这样能保证所有的果汁都不浪费。3、F01、F02、F03 阀门切换时因先关后开，如先开后关有可能造成碱液进入清水或果汁罐造成污染。4、F04、F05 、F06 阀门切换时因先开后关，因为在清洗过程中阀门关闭都会
14、阻断液体流动，设备就会发生异常。5、F11、F12 、F21、F22、为一组阀门，动作应为同时动作，才能完成。结束语板式巴杀自身 CIP 的 PLC 控制系统的使用，可以大大提高 CIP 的工艺质量，提高劳动生产率。避免由于操作人员因操作失误而造成的质量事故及设备事故，可以改善了现场操作人员的劳动条件。系统应用程序不是一成不变的，企业应根据实际的污染情况对清洗剂种类的配置、清洗液的浓度、清洗温度、清洗时间作相应的调整。每个企业应根据自己的设备条件、卫生状况制定适合自己实际的 CIP 程序。参考文献：胡寿松， 自动控制理论 ，国防工业出版社，1994 年廖常初， PLC 编程及应用 ，机械工业出版社 2009 年GB16409-1996板式换热器沈再春农产品加工机械与设备中国农业出版社 1993 年作者简介：刘宝 甘肃蓝科石化装备股份有限公司 换热研究部 工程师主要从事板式换热、板式蒸发装置的成套自动化控制电话：13609330949地址：甘肃省兰州市安宁区蓝科路 8 号邮编：730070 开 F04 关 F05 转生产程序 结束
