可编程控制器在超高温瞬时杀菌机中的应用_开题报告

研究现状

UHT的应用现状

随着社会经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对食品安全和身体健康的关注度越来越重视，对食品卫生标准有了一个全新的认识和要求。因此，对提高食品的质量和安全程度提出了更高的要求，对食品的杀菌技术也越来越精益求精。目前食品饮料生产过程中已经有很多种的灭菌方式，其中，超高温瞬时杀菌（Ultra High Temperature，简称UHT）技术的灭菌效果受到广大食品饮料生产商的认可。UHT是指将流体或半流体在2~8秒内加热到135℃~150℃，然后在迅速冷却到30℃~40℃。在这个过程中，微生物细菌的死亡速度远比食品质量受热发生化学劣变速度快，因而瞬间高温可完全杀死细菌，对食品的质量影响不大，几乎可完全保持食品原有的品质。目前UHT已经广泛应用在乳品、果蔬汁类饮料、乳酸菌类饮料、咖啡饮料、酒类、冰淇淋及调味品等流体食品生产中。

PLC的应用现状

自从1969年美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器（PDP-14）以来，PLC经过了40多年的发展。在这短短的几十年间，PLC表现出了强大的生命力和高速增长态势。今天，在工业控制领域，PLC已经完全取代了传统的继电器控制方式，为各种各样的自动化控制设备提供更加可靠和稳定的控制解决方案。国际的PLC市场上大约有200多家PLC生产厂商，上千种产品型号。各厂家生产的PLC产品，其I/O点数、存储容量、功能等各有差异。按照地域分类，主要可分为：欧系、美系、日系三大流派。其中，欧系和美系以大中型PLC见长，日系则以小型PLC著称。目前，在国内市场上主要由国外品牌的PLC产品占据主导地位，如三菱、西门子、ABB、GE、欧姆龙、施耐德、霍尼韦尔、罗克韦尔等。我国PLC的发展起步较晚，在改革开放以后才开始引进相关的技术。国内PLC的生产厂商只占很少份额，都没有形成颇具规模的生产能力和品牌效应。随着中国科技的不断创新和发展，相信在不久的将来我国会研制出高性能的大中型可编程控制器。

进展情况

超高温瞬时杀菌机食品饮料加工生产中不可或缺的重要生产设备之一。UHT在运行过程中需要对流经设备的物料流量、温度、液位、真空度等进行精确和稳定的控制。其控制的精确程度和稳定程度直接影响到产品的后续灌装工序和产品质量。基于PLC控制的UHT系统是目前众多杀菌机生产厂商首选，它不仅实现了UHT系统控制的自动化，而且对提高设备生产效率、降低设备制造成本、提升产品品质等有着重要的意义。

目前，国外大多数杀菌机生产产商都从原先的继电器控制方式的升级为PLC控制的方式。如利乐、KRONES、GEA、APV等已成为行业的标杆。PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动控制技术为一体的工业控制产品，它是在继电器逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。PLC综合了继电器控制技术和计算机技术的优点，具备逻辑控制、运算、数据分析、处理、传输等功能。PLC具有其他控制器无法比拟的特点：可靠性高、功能完善、故障率低、通用性强、安装简单、体积小、重量轻、能耗低、编程简单易学、调试方便等优点。我国PLC应用还处于初级阶段，尚有广阔的应用领域等待开拓。近年来我国的杀菌机技术在许多方面采用了PLC，并且取得了非常好的效果，但仍有许多不足与欠缺之处。

存在问题

随着国内乳品饮料行业的快速发展，各大生产厂商更是加开步伐布局生产线的建设。在欧美等国家产能过剩的情况下，中国的市场却是新兴崛起，伊利、蒙牛、娃哈哈、农夫等国内大型知名品牌的生产厂家更是在全国范围布局建设生产线。以娃哈哈集团为例，先后投资100多亿从美国、法国、德国、日本、意大利等国家引进360余条世界一流的自动化生产线。

早期国外引进的UHT控制系统主要由继电器等控制元器件构成。控制对象越多所需的继电器就越多，控制线路接线复杂，系统维护困难。因此，设备的故障点就多，从而影响了设备的生产工效。由于设备长期运行，许多控制元器件的老化等因素，造成UHT系统运行开始不稳定。而这些老设备大多已经过了质保期，设备的后期维修和保养成本高，尤其是自动化控制系统，控制元器件更新换代快，备品备件采购价格高，技术人员维护困难。这就需要工程技术人员能够对这些老旧的设备进行技术上的改造和更新，以适应当前更为先进的生产线控制技术要求。使改造后的设备不仅能稳定的运行，满足生产的需求，更能实现设备的互联网通讯，为上层系统（MES、ERP等）提供大数据传输服务。

近年来引进的生产线设备虽然技术先进、自动化程度高、功能完善，但是设备价格居高不下，备品备件只能指定厂家采购，后期的技术支持也收费较高。中国市场UHT设备几乎被欧美和日本的制造商垄断。国内虽然有相应的UHT设备制造厂家，但是设备的自动化控制系统却不如这些国际知名设备制造商先进，虽然采用PLC控制技术，但是无法实现较为复杂的控制功能；无法实现乳饮料、茶饮料等同机使用；最高杀菌温度只能达到125℃，而进口设备可达到137℃；设备拓展性差，无法串联均质机、脱气塔系统、无菌罐系统运行。

基于以上所述，自主研发超高温瞬时杀菌机控制技术势在必行。不仅是老旧设备的改造需要，更是掌握杀菌机控制技术的核心，不再受制于人。

二、^范文提纲

摘要

1 超高温瞬时杀菌机介绍

1.1 工作原理

1.2 工艺流程

1.2.1 预杀菌

1.2.2 冷却

1.2.3 无菌水循环

1.2.4 无菌中间清洗AIC

1.2.5 原位清洗CIP

1.3 控制要点

1.3.1 步骤时序

1.3.2 故障处理

1.3.3 温度控制

1.3.4 流量控制

1.3.5 液位控制

1.3.6 电导率控制

2 硬件部分

2.1 可编程控制器介绍

2.1.1 PLC的由来

2.1.2 PLC的定义

2.1.3 PLC的特点

2.1.4 PLC的分类

2.1.5 国内外PLC发展现状

2.2 西门子S7-1500 PLC系统介绍

2.2.1 系统组成

2.2.2 集成功能

2.2.3 安全保护机制

2.2.4 UHT系统的PLC选型

2.3 人机界面

2.3.1 人机界面的基本功能和选型指标

2.3.2 UHT系统人机界面选型

2.4 变频器

2.4.1 变频器的工作原理

2.4.2 变频器的基本构成

2.4.3 变频器的控制方式

2.4.4 UHT系统的变频器选型

2.5 气动部分

2.6 电气原理图纸设计

3 软件部分

3.1 TIA portal 软件介绍

3.2 UHT系统的组态配置

3.2.1 硬件组态

3.2.2 网络配置

3.2.3 网络拓扑结构

3.3 PLC程序设计

3.3.1 开机子程序

3.3.2 清洗子程序

3.3.3 杀菌子程序

3.3.4 冷却子程序

3.3.5 生产子程序

3.3.6 停机子程序

3.3.7 PID控制功能块

3.3.8 程序结构及组成

3.4 触摸屏组态设计

3.4.1 流程画面

3.4.2 操作画面

3.4.3 时间参数

3.4.4 极限设置

3.4.5 配方画面

3.4.6 数据记录

3.4.7 信号交换

3.4.8 PID调节器

3.4.9报警消息

4 调试运行

4.1 软件模拟运行测试

4.2 设备调试运行

4.2.1 准备工作

4.2.2 开机操作

4.2.3 清洗操作

4.2.4 生产操作

总结

致谢

三、参考文献

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