基于WinAC的酵母发酵FCS系统

　　1 开发背景

　　酵母在食品、酒业、轻工、环保各个领域应用十分普遍，需求量较大，在国民经济中占有很大的比重，然而其生产过程极其复杂，工艺难以控制，主要表现在酵母生产过程中，其发酵过程的复杂性和高度非线性等诸多因素使其具有动态性和难以预测性，同时发酵过程中高温、高湿、长周期发酵等严酷的工况条件，都对其反应器 控制系统提出了更为严格的要求。为了实施严格的工艺控制，降低废品率、提高生产效率，采用了基于plc的fcs(fieldbus control system)，并采用siemens的基于pc的simatic winac(windows automation center)技术，使其发酵过程的控制系统得以完善。

　　2 FCS的要求以及硬件平台

　　根据发酵工艺的要求，要求fcs具备如下功能:

　　实时采集保温罐和发酵罐内的温度、ph值、溶解氧等环境参数;

　　实时控制各种电磁阀、隔膜阀等各类阀门，以及间隙工作的各类补料泵等;

　　实时控制保温罐和发酵罐蜜糖的搅拌电机转速;

　　现地的控制单元要与车间级的工艺控制服务器实时通信，传递各种现场工艺参数;

　　现地的控制单元要求具有现地操作和远程操作两种功能，以提高系统的可靠性;

　　与企业mis系统中工艺控制数据库连接、实现企业的管控一体化，使远方终端可以浏览现场数据，或进行干预。

　　针对上述要求，每个现地自动化监控单 元(共2个)的plc采用siemens的s7-300系列。plc总体配置如下:

　　中央处理模块(cpu):选用cpu316-2，内存ram扩展到64k。

　　数字量输入模块(di):选用sm321，共2块(16点/块)。处理32点输入信号。

　　数字量输出模块(do):选用sm322，2块为16点/块，处理32点输出信号。

　　模拟量输入模块(ai):选用sm331，共1块(8点/块)。处理8点输入信号。

　　模拟量输出模块(ao):选用sm332，共1块(4点/块)。处理4点输入信号;

　　通信模块:选用cp343-5，共1块，1块为profibus-dp接口。

　　plc采用了2个框架，在每个rtu信号柜内有2个plc，其中一个为工作框架，另一个为备用扩展框架，通过im361扩展连接，这样简化了接线，大大地 提高可靠性。

　　为了便于使用winac，在生产工艺服务器上安装一块基于pc的软plc(softplc)winac适配卡cp5611，这样系统生产服务器既作为 plc的软控制器，承担远程控制功能，又作为监控、管理计算机，同时还可进行新工艺组态，实现一机多用。每个现地控制单元中重要的输入/输出模块通道都设 有冗余，便于功能扩展和维护，同时具有手动/自动两种操作模式，便于脱离上位机独立操作。上位机和各控制单元之间通过profibus-dp总线实现数据 传送，由于系统设计为一总线式的分布式监控系统，每个现地控制单元均可独立于上位机运行，将危险进行了分散，使维护方便，提高了可靠性，符合分布式控制和模块化设计思想，且在工艺成熟后的生产扩大化过程中，可直接套用本控制系统的软硬件方案，缩短工业扩大化周期，提高企业的竞争力。fcs的控制原理图见图 1所示。