摘要：在番茄醬套管殺菌溫度監控系統中，以西門子S7-300PLC為硬件平臺、下位開發軟件STEP7和組態軟件WinCC6.0為開發環境，實現了實時數據采集、顯示、報警等功能。系統圖形界面友好、操作方便。 關鍵字：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 番茄產業是新疆“黑白紅”三大支柱性產業之一。作為亞洲最大的番茄醬加工區，新疆形成了一批番茄醬加工出口企業群，番茄年加工能力80萬噸，約占全國番茄加工總量的90％。 番茄醬加工控制系統的研究，可將具有自主知識產權的控制技術應用于生產中，擺脫對國外技術的依靠，從而降低番茄醬生產的技術成本，提高我國番茄醬產業在世界的競爭力。 2 套管殺菌工藝 套管殺菌是番茄醬加工過程的關鍵工段之一。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。管中旋轉翻滾的醬體與內外夾套里的過熱水進行熱交換達到殺菌目的。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，為灌裝作好準備。 殺菌段是整個生產線的重點，殺菌的質量直接影響產品的質量。若殺菌溫度達不到，產品將由于霉菌的存在而變質，若殺菌溫度過高又會使產品的新鮮度及色澤下降過多，最終影響產品的質量。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] 殺菌段各主要參數如表1所示。 [align=center]表1 殺菌段主要參數 [/align] 3 下位機編程 套管殺菌段最重要的控制參數是殺菌溫度，實際生產線上要對殺菌溫度進行精確的控制，使其穩定在106℃，允許變化范圍在102℃-110℃。 殺菌溫度由過熱水溫度決定，過熱水由蒸汽量決定。蒸汽壓力是穩定的，通過調節蒸汽閥的開度就可以控制殺菌溫度，生產現場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] 根據現場控制對象和控制設備，調用STEP7中集成的PID調節模塊SFC41，采用閉環控制，完成調節器的設計編程，如圖3所示。 [align=center] 圖3 調節器設計過程[/align] 采用PID對殺菌溫度進行控制，溫度值存儲于MD104中，作為PID調節模塊的輸入值，其輸出值存儲于MD100中，同時把PID調節模塊的輸出MD100作為調節器的設定值，調節器的控制量就是溫度輸入值。調節后的值返回MD104作為PID調節模塊的輸入值循環調節。 除了對殺菌溫度的精確控制外,還要控制各種泵閥的起停。需要控制的有進料泵、出料泵、冷卻泵、加水泵、出料閥和循環閥。在STEP7中編制基本的起保停梯形圖就可以實現。 出料閥/循環閥控制程序的編制框圖如圖4所示。 [align=center] 圖4 出料閥/循環閥控制框圖[/align] 4 上位機監控畫面開發 進入WinCC編輯界面，新建一個S7外部變量驅動程序，根據設計需要在相應的通訊方式下新建一個連接。在連接中建立需要的變量，并把變量和通道一一對應。 建立28個外部變量，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據歸檔，顯示殺菌溫度、冷卻溫度和保溫溫度的變化趨勢，并將實時數據歸檔保存。 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] 在對象選項板的控件中選擇WinCC Online Table Control，建立在線歸檔表格，如圖8所示。 [align=center] 圖8 在線歸檔數據[/align] 建立報警記錄：打開報警記錄，選中“消息塊”右鍵選擇組態消息塊，在彈出的頁面中添加系統塊，選擇持續時間、日期、時間、狀態和編號；添加用戶文本塊，選擇消息文本和錯誤點。 建一個圖形畫面。取名為“報警”。在對象選項板中選擇WinCC Alarm Control，右鍵添加，則圖形畫面中自動添加一個報警記錄表如圖9所示。 [align=center] 圖9 報警記錄表[/align] 5 通訊 S7-300的通訊網絡有： 通過多點接口（MPI）協議的數據通信：S7-300 CPU集成了MPI的通訊協議，MPI的物理層是RS-485，最大傳輸速率位12M bit/s。PLC通過MPI能同時連接編程器、計算機、人機界面及其他SIMATIC PLC。 PROFIBUS：包括PROFIBUS FMS、 PROFIBUS DP和PROFIBUS PA 種總線，其物理層也是RS-485。 工業以太網:一般用于上層網絡。點對點（PtP）：連接兩后臺S7 PLC及計算機、打印機、掃描儀等非西門子設備。 AS-i （Actuator-Sensor-Interface）:執行器-傳感器接口，處于控制系統的最底層，用來連接現場的二進制設備。 下位機上傳程序及上位機監控時，都采用TCP/IP通訊協議和PLC進行通訊。PLC和各計算機通過交換機組成一個網，各CPU之間通過以太網通訊。I/O設備和PLC之間采用傳統的信號方式通訊，模擬量采用4-20mA和1-5V標準信號，數字量采用DC24V信號。 6 結論 番茄醬加工套管殺菌段控制系統，包括檢測、控制、通訊、監控以及控制算法的實現和軟件開發等各個環節。該系統采用了上位機監控、上位機、下位機和PLC以太網通信等先進的控制手段。系統可通過上位PC機來實現設定系統參數控制及監控，符合控制集中、危險分散的需求。 參考文獻 [1] 番茄醬加工資料. 屯河集團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，沈廣軍，譚華. HACCP系統在番茄醬制品生產及質量控制中的應用[J]. 新疆農業科學, 2OO4,第41期，101-102. [4] 廖常初.PLC編程及應用.第一版.北京:機械工業出版社，2002. 作者簡介： 賀 平（1957-）女，實驗師, 從事實驗室教學與研究，heping15@126.com，13909918506； 婁 毅（1958-）男，高級實驗師，從事實驗室教學與研究，xjdxlouyi@sohu.com，13579215632； 謝麗蓉（1964-）女，講師，從事控制理論和系統教學與研究，wzywwwxr@163.com，13579823332。 通訊地址：新疆大學（北校區）電氣工程學院 ，謝麗蓉，830008 。