基于组态软件和台达PLC的发酵罐PH值控制和管理系统

1 系统简介

1.1 原加碱工艺说明

发酵是生产黄原胶的其中一个重要的工艺过程，发酵过程的好坏直接影响到产品的质量和产量，在发酵的过程中，发酵物产生大量酸，影响细菌的生长和正常发酵，需要在发酵过程中加入碱液对产生的酸中和。目前，发酵过程加入碱液的方法，一般是操作工人一个半小时去取样口取样，对取样物测定PH值，测定值比目标值小，然后手动打开碱液阀，同时用秒表计时打开阀门的时间，最后关闭碱液阀。这样的加碱方法带来了一些问题，一是抽样时间过长，导致发酵罐内PH值不稳定;二是加入碱液量凭操作人员经验估计，不同的操作人员面对相同的检测值，也会估计出不同的加碱时间，三是一次性加入的碱液太多，罐内PH值变化太大，对发酵有一定影响。四是取样出来的物料受温度变化因素，动静态测量因素等影响，测量值与罐内物料的实际PH值有所偏差，影响测量准确性。由于人为因素影响，常常影响到发酵后物料的粘度，也影响了产品质量。

1.2 自控加碱解决方案

为了克服现有诸多问题，系统在发酵罐上安装PH值电极，实时采集发酵罐中物料的PH值。在工控机软件上设定加碱循环时间，系统在设定的循环时间到来时，PLC把实时PH值与设定的目标值PH值比较，如果实时值低于目标值，PLC自动会根据实时PH值与目标PH值的差值计算出需要加碱的时间值，根据计算的时间值来打开电磁阀，完成一个加碱周期。循环加碱时间可以由操作工人根据不同发酵时段物料的粘度而设定，发酵前期粘度小可以设循环加碱的时间短一些，后期粘度大可以设长些，循环加碱时间一般设3～10分钟。

系统除了可以自动循环加碱外，每个发酵罐在上位机上都保留了手动方式加碱，操作工人只需用鼠标把自动切换成手动状态，通过点击手动加碱按钮，即可打开任意发酵罐加碱的电磁阀进行加碱，并显示加碱的时间。不管是手动和自动加碱，只要加碱时物料的PH值超过了目标PH值，系统会将电磁阀关闭，以防止加入碱液过量。

为了方便企业管理和查询，系统在每一批次发酵结束后，可以点击一个按钮，即可导出整个发酵批次的PH值数据，并形成独立的批次文件。

2 系统设计

2.1 硬件部分

2.1.1 系统框图

系统框图如图1所示。

现场采集控制端由PLC，AD模块，电极，仪表和电磁阀组成，发酵罐的PH值通过AD模块送入PLC，PLC根据采集的PH值与目标PH值比较，计算出加碱的时间，以此时间长度打开电磁阀把碱液加入发酵罐中。

远程管理端由工控机组成，工控机界面显示整个车间所有发酵罐的运行状态，操作工人设定的参数和做出的命令通过工控机下载到PLC，由PLC根据程序做出相应动作。工控机软件可导出和保存每个批次的PH值数据，方便企业查询和管理。企业的电脑可以通过局域网连接到工控机上，可以在远程进行监控车间生产状况。

图1

2.1.2 主要硬件组成

①工控机：采用研祥IPC-810工控机;

②组态软件：采用 MCGS6.2，512点;

③PLC：采用台达DVP48EH00R2，24DI/24DO;

④AD采集模块：采用台达DVP04AD-H2模块;

⑤通讯模块：采用泓格I-7520通讯模块;

⑥PH值电极、仪表：采用耐高温，发酵专用电极，仪表与电极配套，4~20mA输出;

⑦电磁阀：AC220电源，需耐强碱腐蚀;

⑧固态继电器：DC24V控制/AC220V输出。

2.1.3 现场方案

①工控机

工控机放在车间值班办公室，通过RS232/485通讯模块与plc控制柜进行数据交换，通讯距离理论上在1.2KM，但考虑通讯速度，应尽量减少通讯距离。

②PLC控制柜

PLC控制柜安装位置根据现场情况而定，尽量选择清洁，环境温度低于40度的环境安装。

③PH值仪表柜

安装在发酵罐附近，电极与仪表之间的距离应小于10m，防止电极产生的微弱信号衰减。

④电磁阀

电磁阀安装在原手动加碱阀与空气进气管道之间，电磁阀进口处应安装过滤网，以防止颗粒物进入电磁阀，影响电磁阀工作。

现场图如图2所示。

图2