ControlNet大豆分離蛋白生產線控制系統

一、引言
大豆分離蛋白的生產工藝復雜、質量控制要求嚴格。我國現有的絕大部分大豆分離蛋白生產線工藝設備落后，生產過程控制水平低下，因而產品質量不高，無法形成競爭優勢。2000年哈爾濱某大豆食品公司引進國外先進的工藝及關鍵生產設備，聯合國內有關單位設計了一套以ControlNet為主的包括羅克韋爾自動化NetLinx三層網絡的現場總線控制系統，建成了一條具有我國自主知識產權的高質量現代化大豆分離蛋白自動控制生產線。

二、大豆分離蛋白生產工藝簡介
大豆分離蛋白工藝過程主要有以下幾道工序：（1）浸出工序，（2）酸沉分離工序，（3）中和工序，（4）閃蒸工序，（5）干燥工序。
整個生產車間分為濕區和干區。濕區完成浸出、酸沉分離及中和三道工序，工藝較復雜，檢測控制點較多，有溫度、流量、酸堿度等被控量，并要求對這些被控量進行實時監測控制；干區完成閃蒸和干燥兩道工序，被控量主要是壓力和溫度，且生產中干區的壓力和溫度都較高，對工藝過程有嚴格的先后順序要求及互鎖要求，需要嚴格的安全保護。為提高控制系統的實時響應速度，保證控制系統的正常運行，要求對濕區和干區分別進行控制，并進行通信、相互協調。

大豆分離蛋白生產線生產的蛋白粉可作為多種食品的原料，其生產配方多達十幾種。在不同的配方工藝生產過程中，需要添加的組份種類不同、甚至配比也不同，而且生產過程的酸堿度、浸出酸沉溫度、老化溫度及時間、噴霧干燥壓力及溫度等也都各不相同，需要靈活方便的配方生產控制。

三、以ControlNet為主的現場總線控制系統
針對生產線分散程度大、對實時控制及互鎖邏輯控制要求高、需要靈活方便的配方生產控制等特點，采用了以羅克韋爾自動化公司的ControlNet為主的現場總線控制系統，實現了大豆分離蛋白生產全過程的自動控制。系統能夠可靠有效地完成實時、精確的過程控制、順序邏輯控制、連鎖保護、參數報警、歷史記錄、趨勢圖、數據處理和打印報表等功能，并具有優異的開放式網絡體系結構，擴展方便靈活、可靠性高。

系統以羅克韋爾自動化公司A-B品牌的ControlLogix系列產品為核心，包含NetLinx的所有三層網絡：信息層、控制層、設備層。信息層采用EtherNet，它主要連接兩個操作站計算機和ControlLogix控制器，實現計算機與控制器之間大量信息的高速交換，對生產過程進行監控，并可用于組建企業信息網。控制層采用高速、確定性的ControlNet網絡，實現控制器之間的通信及對遠程擴展I/O的控制。設備層采用高效、低價的DeviceNet網絡，實現對底層現場設備的監控。

系統中應用了4個ControlLogix機架：ControlLogix1至ControlLogix4。ControlLogix1至ControlLogix3主要用于對濕區的控制，ControlLogix4主要作為干區的控制單元。ControlLogix1機架中插有2個處理器模塊Logix5550，1個ControlNet通信模塊1756-CNBR，1個EtherNet通信模塊1756-ENET，1個DeviceNet掃描器模塊1756-DNB，多個1756I/O模塊。ControlLogix2和ControlLogix3機架中各插有1個ControlNet通信模塊和多個I/O模塊，機架中沒有處理器，通過ControlNet通信模塊連接到ControlNet網絡上，作為ControlLogix1的遠程擴展I/O。ControlLogix1處理器控制本機架中的I/O模塊以及ControlLogix2和ControlLogix3的遠程擴展I/O模塊，并處理EtherNet、ControlNet以及DeviceNet網絡上的信息，其任務非常繁重，因此采用雙處理器熱備，以提高系統的可靠性。ControlLogix4作為干區的控制單元，機架上插有1個處理器模塊、1個ControlNet通信模塊及多個I/O模塊。其處理器完成對干區閃蒸和干燥兩道工序的控制，實現各工藝環節的邏輯控制、互鎖控制以及生產中過程量的實時控制，并通過ControlNet通信模塊與ControlLogix1處理器進行通信協調，以將生產信息實時傳輸到操作站1和操作站2。

ControlLogix1處理器通過DeviceNet掃描器控制DeviceNet網絡上連接的多個變頻器和軟啟動器，完成對現場電動機的驅動與控制。
本系統按照工藝要求采用PID和模糊控制等控制手段完成大豆分離蛋白生產線上設備的電氣自動控制、順序邏輯控制、儀表控制、回路調節等功能，并對工藝過程信息進行檢測、記錄及數據處理，實現設備運轉控制及工藝過程的自動調節、報警等，從而完成對整個生產過程的自動控制。系統能夠穩定可靠地完成各項控制功能，各檢測點及控制點都能達到控制要求的檢測精度及控制精度，同時系統具有很強的抗干擾性，能夠在比較惡劣的工業現場環境中正常工作。操作站1和操作站2由技術人員操作，分別監控濕區和干區，并可實現生產過程監控、數據處理以及報表打印等功能。兩年來系統的運行實踐表明，系統使生產產品完全達到了質量要求，使生產效率大幅度提高，節約了大量資源，有效提高了企業的經濟效益。專家對本系統評定后一致認為，本系統居國內大豆精深加工行業技術的領先地位，達到了國際先進水平。