在线CO2分析添加控制系统改造

郑博彪刘宇强

摘要:介绍如何用S7-300PLC和SIMATIC WinCC flexible来改造升级旧的以单片机为核心的在线CO2分析添加系统，降低此类设备的使用、维护成本，增加其通用性及简易性。

关键词:S7-300PLC SIMATIC WinCC flexible单片机

Abstract: the article introduces how to use S7-300 PLC and SIMATIC WinCC flexible to upgrading the old with the single chip processor as the core of the online CO2 analysis add system, reduce the use of such equipment, maintenance costs, increase its versatility and simplicity.

Keywords: S7-300 PLC SIMATIC WinCC flexible single chip microcomputer

中图分类号： TM921.5 文献标识码：A文章编号：

概述

我国啤酒行业在近年来得到了迅速的发展，自2002年我国啤酒产销量超过美国成为世界第一产销大国以来，由于我国庞大独特的市场基础和消费潜力，我国啤酒业每年都以超过6％的规模持续攀升，由此啤酒竞争也日趋激烈。而二氧化碳是啤酒生产中最主要的副产物之一，也是啤酒的主要成分之一，它可以增加啤酒的“杀口力”，改善口感，有利于泡沫的形成。若缺乏二氧化碳，就不能称为啤酒。啤酒中二氧化碳含量过低，“杀口力”差；二氧化碳含量过高，会引起爆瓶。所以严格控制啤酒中二氧化碳的含量是十分重要的工作。发酵CO2自动在线添加设备是由Haffmans公司提供，在使用的过程中，发现该设备维护成本十分高，检测用的探头经常损坏，厂家曾派专家前来协助也无法解决探头易损问题。且该设备主控机部分是Haffmans公司独立开发，软件、硬件不通用，出现相关硬件、软件故障只能请求厂家前来解决，这使得设备维护非常被动。目前最旧的主控机已出现莫名故障，无法正常使用。为此，本公司对发酵CO2自动在线添加设备进行自动化改造，以确保发酵车间正常高效生产。

在线CO2分析添加控制系统改造

以下图1是旧系统的总设计图：

图1旧CO2在线自动分析添加系统结构图

在旧系统中CO2分析仪中AGM-08-892压力传感器将进行改装，并增加电解电流源和电解环。旧控制柜中以单片机为控制功能的CO2分析装置和CO2控制器将改为以西门子PLC300控制并以西门子触摸屏OP177B显示。其他系统设备将保留使用。

以下是增加设备元件的清单：

对于新设备元件的选择理由

考虑车间里PLC的通用性，本厂大量使用的PLC为三菱FX系列、西门子S7-200、S7-300、S7-400以及S5系列。西门子S5系列已经淘汰，不予以考虑，西门子S7-400更适用于大型控制系统，小型控制系统选择S7-300更恰当。

选择OP177B触摸屏作为控制面板，其可以代替原系统大量的物理按钮、报警灯、记录仪等，可以使控制线路大大简化，减少出故障的几率，便于维护。OP177B触摸屏的编程软件是西门子的SIMATIC WinCC flexible，SIMATIC WinCC flexible比西门子旧编程软件ProTool Pro CS功能更为强大，可以方便简单地设计出友善的人机界面，报警系统和趋势图等。

对于DI、DO、AI、AO模块数量的选用是在统计实际需要通讯点数后的结果，而cpu 315-2 DP 128KB是带DP接口的cpu，考虑到此车间其他子自动控制系统都是用DP耦合器连接，选择此cpu便于以后系统的升级扩展。

触摸屏、PLC等关键设备都配备了独立的空气开关做保护，而在线CO2控制添加系统与整个车间自控系统的通讯是用点对点的方式，为了避免两系统PLC电源的交错冲突，I/O输入输出用小型中间继电器隔离，模拟量的输入输出用电流隔离器隔离。

图2 新增加的电解电源和电解环

上图2是新增加的电解电源和电解环。电解电源和电解环的作用是在形成的一个密封的环境，通过电解法将酒液中的二氧化碳激发出来，达到气液平衡后，测量平衡压力和酒液温度即可计算出样酒液中二氧化碳的含量。

图3 OP177B触摸屏

图4西门子PLC S7-300

图4是触摸屏OP177B和西门子PLC300 CPU 315-2DP的连接。两者的连接方式为MPI/ProfiBus电缆连接。一头接OP的IF 1B接口，一头接CPU 315-2DP的MPI接口。OP站地址缺省设置为1，PLC300的地址设为2，通讯波特率为187.5bps。

图5 CO2检测和充CO2控制器控制线路图

图5是CO2检测和充CO2控制器控制线路图。

结束语

使用西门子PLC组建控制系统，利用原基础设备作为配套，可保证性能可靠，维修、使用方法简单明了，备件使用通用性强。

以自行研发的系统替代旧系统，设备的保养改造不再受制于原厂家所限制，而且自行研发的系统可以推广到其他需要进行啤酒CO2在线自动添加点。降低设备的使用费用。新设备使CO2添加量更准确，节约CO2的使用，降低设备的无效工作时间，节能省耗。恢复设备的自动化，减轻操作难度，增加工作效率。

参考文献

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胡阶明. 啤酒饮料生产过程中检测设备发展趋势[J]. 中国食品工业, 2006, (09)

廖常初. 西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术（第二版）[M]. 北京: 机械工业出版社, 2008

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看