|
[摘 要]：在武漢百威啤酒擴(kuò)建項(xiàng)目中，采用了SIMENS BRAUMAT控制系統(tǒng)。BRAUMAT控制系統(tǒng)在啤酒飲料過(guò)程控制行業(yè)中的穩(wěn)定性、開(kāi)放性、靈活性及強(qiáng)大BATCH&RECIPE功能在該項(xiàng)目中得到了充分體現(xiàn)。本文簡(jiǎn)要介紹了該項(xiàng)目的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組態(tài)，并結(jié)合啤酒控制的工藝特點(diǎn)，對(duì)控制系統(tǒng)控制策略進(jìn)行了必要的闡述。
關(guān)鍵詞：BRAUMAT BATCH控制 順序鏈 配方
1 前言
Braumat控制系統(tǒng)是SIEMENS專(zhuān)門(mén)面向食品飲料等過(guò)程控制行業(yè)開(kāi)發(fā)的全集成控制系統(tǒng)。在現(xiàn)場(chǎng)控制層采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的控制方式，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與Braumat系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的Batch&Recipe功能，針對(duì)食品飲料行業(yè)的工藝特點(diǎn)，將每部分的控制都包含在一個(gè)個(gè)的順序鏈中，使得操作人員的工作非常有針對(duì)性且易操作。同時(shí)，Braumat系統(tǒng)具有良好的數(shù)據(jù)記錄功能，通過(guò)所對(duì)應(yīng)的Batch&order No．，可以查詢(xún)每個(gè)順序鏈中每步每個(gè)參數(shù)的歷史記錄，為工廠數(shù)據(jù)管理和錯(cuò)誤原因查找提供了平臺(tái)。Braumat還提供了數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，可以將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)層提供給其它系統(tǒng)，這就為建立ERP／MES系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)來(lái)源，可以更好的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)級(jí)到管理級(jí)的整個(gè)信息系統(tǒng)最優(yōu)化。
2 項(xiàng)目介紹
武漢百威啤酒有限公司是由美國(guó)安海斯-布希啤酒有限公司全額投資，生產(chǎn)百威系列品牌啤酒。近幾年，武漢百威在中國(guó)的銷(xiāo)售量不斷上升，原有產(chǎn)量已不能滿(mǎn)足要求。擴(kuò)建工程分為兩期，一期已于2004年12月投入使用，產(chǎn)量由25萬(wàn)噸／年提高到32萬(wàn)噸／年；二期將于2005年12月底投入運(yùn)行，產(chǎn)量將近一步提高到40萬(wàn)噸／年。
3 Braumat控制系統(tǒng)介紹
武漢百威的兩次擴(kuò)建由德國(guó)Zimmer公司提供工藝，由SIEMENS提供Braumat控制系統(tǒng)，整個(gè)釀造系統(tǒng)可以分為糖化和發(fā)酵兩大部分。糖化部分完成的功能是將大麥原料通過(guò)粉碎，加濕，糊化，過(guò)濾，煮沸，回旋沉淀，冷卻后將麥汁送到發(fā)酵；發(fā)酵部分完成的功能有麥汁發(fā)酵，離心，冷卻，過(guò)濾，添加，稀釋?zhuān)詈髮⑿迈r啤酒送到包裝去。
針對(duì)控制對(duì)象的特點(diǎn)及結(jié)合以前系統(tǒng)，在糖化工段添加了一個(gè)CPU416-2，在發(fā)酵工段添加了三個(gè)CPU416-2和一個(gè)CPU315-2，整個(gè)新增系統(tǒng)的I／O超過(guò)3000點(diǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。
3．1 PLC層的控制
在PLC層，系統(tǒng)硬件配置和所有的標(biāo)準(zhǔn)SIEMENS項(xiàng)目一樣進(jìn)行；對(duì)PLC軟件上采用STEP7／STEP5來(lái)進(jìn)行編程的。有所不同于標(biāo)準(zhǔn)的STEP7／STEP5項(xiàng)目，Braumat系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)先在STEP7／STEP5項(xiàng)目中寫(xiě)好了一定的結(jié)構(gòu)。工程師只需在相應(yīng)的塊中來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，而且不需要考慮系統(tǒng)塊與塊的之間的關(guān)聯(lián)，大大簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)的周期。同時(shí)，為系統(tǒng)維護(hù)帶了極大的方便。在進(jìn)行編程時(shí)，需要考慮到的是由于系統(tǒng)事先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定義，一些塊號(hào)以及中間變量是被系統(tǒng)定義過(guò)的，如果用戶(hù)使用不當(dāng)，會(huì)帶來(lái)些意外的后果。這里將對(duì)一個(gè)Sequ(順序鏈)和一個(gè)BOP(執(zhí)行步驟)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，以期有幫助性的了解。
我們知道在標(biāo)準(zhǔn)的STEP7項(xiàng)目中，F(xiàn)B1030是可以被編程者生成并進(jìn)行調(diào)用的。但在Braumat系統(tǒng)中，F(xiàn)B1001-FB1064被系統(tǒng)定義成了64個(gè)Sequ，不能由編程者來(lái)生成。同時(shí)，它們由系統(tǒng)在每次掃描OB1時(shí)，由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用。在Network1中，可以看到M643．5被系統(tǒng)定義成了SEQU30的滿(mǎn)足運(yùn)行條件標(biāo)志位，當(dāng)該標(biāo)志為T(mén)RUE時(shí)，該順序鏈才允許被運(yùn)行。編程時(shí)，可以根據(jù)工藝的要求，來(lái)對(duì)條件進(jìn)行增減以滿(mǎn)足控制要求。在Network2，3中，M101．4被系統(tǒng)定義成BOP是否以運(yùn)行的標(biāo)志位。在有些情況下，某些控制需要在BOP執(zhí)行之前完成，某些控制需要在BOP執(zhí)行之后來(lái)完成。另外，根據(jù)工藝要求，可以在該FB中添加具體的控制語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)最終的要求。
3．1．2 BOP的結(jié)構(gòu)
在Braumat控制系統(tǒng)中，F(xiàn)C1001-FC1999這999個(gè)FC塊被系統(tǒng)定義成BOP。編程時(shí)，不必考慮一個(gè)Sequ中，BOP之間的連接轉(zhuǎn)移問(wèn)題，在每一個(gè)BOP中，只需要編寫(xiě)該步驟中具體的控制細(xì)節(jié)。但這里需要注意的是，在BOP的結(jié)構(gòu)中，最后一個(gè)Network是被作為該BOP的結(jié)束段落。如果該段落最后的RLO結(jié)果為T(mén)rue，系統(tǒng)則認(rèn)為該BOP已經(jīng)執(zhí)行結(jié)束，從而轉(zhuǎn)到下一個(gè)BOP中去執(zhí)行。
同時(shí)，Braumat系統(tǒng)還提供了許多常用的功能，預(yù)先封裝在了相對(duì)應(yīng)的塊中，使得編程者不需要進(jìn)行這些重復(fù)性的勞動(dòng)，只需結(jié)合Braumat系統(tǒng)，進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的配置即可獲得。這種結(jié)構(gòu)，使得編程時(shí)，不用考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的搭建，只需對(duì)具體工藝細(xì)節(jié)來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)；同時(shí)，還為程序的編寫(xiě)，提供了很大的靈活性，穩(wěn)定性。
3．2監(jiān)控層的控制
在上位監(jiān)控機(jī)上，Braumat控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與多個(gè)PLC進(jìn)行通訊。Braumat系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上可以分為系統(tǒng)功能部分和系統(tǒng)通訊部分。系統(tǒng)功能部分包括畫(huà)面監(jiān)控、配方編輯、順序鏈控制、批次表的編寫(xiě)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)編輯、Batch紀(jì)錄、系統(tǒng)設(shè)定等；系統(tǒng)通訊部分包括Sever與PLC的數(shù)據(jù)通訊，以及Sever與Client之間的數(shù)據(jù)通訊。無(wú)論Sever還是Client，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)部分都必須保持運(yùn)行狀態(tài)。整個(gè)控制系統(tǒng)一般包括一個(gè)Sever、一個(gè)Standby Sever及多個(gè)Client。
3．2．1 Barumat系統(tǒng)中的BOP、SEQU、RECIPE之間的銜接
BOP所指的是每一個(gè)具體的控制步驟，對(duì)某個(gè)設(shè)備的控制可以在這里來(lái)完成；多個(gè)BOP組成一個(gè)SEQU(順序鏈)；配方可由一個(gè)或多個(gè)SEQU來(lái)構(gòu)成。
針對(duì)食品飲料行業(yè)基本上都是過(guò)程控制的特點(diǎn)，可以把每一段工序編寫(xiě)成一個(gè)SEQU來(lái)進(jìn)行控制。同時(shí)配方系統(tǒng)將這樣多個(gè)SEQU連接在一起，組成一個(gè)配方。這樣當(dāng)?shù)匾粋€(gè)順序鏈啟動(dòng)后，根據(jù)配方的組成，在相應(yīng)的BOP，相對(duì)應(yīng)的順序鏈將會(huì)自動(dòng)啟并保持一致的Batch No．&Order No．直至最后一個(gè)Sequ的BOP執(zhí)行完畢。這里需要注意的是，在第一個(gè)Sequ中必須包含一個(gè)STATR步驟以及在最后一個(gè)Sequ中包含一個(gè)END步驟。這兩個(gè)步驟不需要編寫(xiě)具體程序，只是作為一個(gè)配方的開(kāi)頭和結(jié)尾標(biāo)志。
對(duì)于不同的品牌，需要不同的配方來(lái)進(jìn)行控制。其中，可能有很多BOP，甚至Sequ是一致的，只是在某些參數(shù)的控制點(diǎn)上有所不同。Braumat系統(tǒng)的配方編輯功能提供了重復(fù)使用Bop及Sequ的功能，在設(shè)定默認(rèn)參數(shù)時(shí)，采用不同的數(shù)值來(lái)達(dá)到控制的要求。根據(jù)不同的品牌，用戶(hù)可以設(shè)定不同的參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制。在每一個(gè)BOP中，最多可以有13個(gè)參數(shù)參與其中的控制，并可以依據(jù)其中的參數(shù)作為BOP轉(zhuǎn)移的條件。
3．2．2 Barumat系統(tǒng)運(yùn)行中過(guò)程中監(jiān)控 Braumat系統(tǒng)除了提供常規(guī)的畫(huà)面監(jiān)控外，針對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)順序鏈的特點(diǎn)，提供了順序鏈監(jiān)控窗口，使操作人員可以非常直觀、簡(jiǎn)便的看到系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及進(jìn)行操作。
根據(jù)用戶(hù)要求，可以對(duì)順序鏈進(jìn)行分類(lèi)，使得操作、監(jiān)視更加具有針對(duì)性。同時(shí)，在順序鏈運(yùn)行時(shí)，在下面的參數(shù)列表中，針對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改，以達(dá)到控制的要求。
3．2．3 Barumat系統(tǒng)提供的其它主要功能
除了上述的功能外，Braumat系統(tǒng)還提供了以下一些功能：
1)Batch紀(jì)錄功能。該功能可以紀(jì)錄系統(tǒng)Sequ運(yùn)行中每一個(gè)BOP的參數(shù)設(shè)定值和實(shí)際值，并提供依據(jù)Batch No．和Order No．進(jìn)行查詢(xún)。用戶(hù)依據(jù)此功能，可以很容易、快捷的查詢(xún)到想要看到的運(yùn)行參數(shù)，從而對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)了如指掌。
2)批次表編輯功能。該功能允許系統(tǒng)事先設(shè)定所需要運(yùn)行的配方及Batch No．和Order No．并根據(jù)實(shí)際需要，選擇對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)方式。包括，立即啟動(dòng)，時(shí)間到啟動(dòng)，條件滿(mǎn)足啟動(dòng)等多種方式。
3)曲線(xiàn)在線(xiàn)顯示功能。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)歸檔曲線(xiàn)分組的不同，將相應(yīng)運(yùn)行中的曲線(xiàn)進(jìn)行歷史紀(jì)錄并根據(jù)Batch No．和Order No．進(jìn)行顯示。這樣的紀(jì)錄方式，使得系統(tǒng)只在需要紀(jì)錄時(shí)才進(jìn)行，從而節(jié)約了PC及網(wǎng)絡(luò)資源。
4)常用功能參數(shù)化。在底層PLC中，Braumat系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)先封裝了許多功能塊，我們只需在上位監(jiān)控機(jī)上，對(duì)不同的功能塊進(jìn)行參數(shù)化，即可實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，從而將其加入到我們的控制中來(lái)。這樣可以大大縮短我們的開(kāi)發(fā)時(shí)間，并為系統(tǒng)的維護(hù)帶來(lái)方便。
4 擴(kuò)建項(xiàng)目中的問(wèn)題及解決
4．1新舊系統(tǒng)中的兼容性
擴(kuò)建之前的系統(tǒng)是1998年完成的，且底層全部采用S5的控制系統(tǒng)。此次擴(kuò)建均采用S7，這就造成了數(shù)據(jù)格式的不統(tǒng)一。在進(jìn)行某些數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行S5到S7或S5到S7的轉(zhuǎn)化。另外，以前系統(tǒng)中只有S5之間的數(shù)據(jù)通信。加入S7后，涉及多個(gè)S5與S7之間及S7、S5與Braumat系統(tǒng)的通信。這就要求不但要在新加入的S7中進(jìn)行通信定義，還需要對(duì)以前S5的通信定義進(jìn)行修改，最后通過(guò)在Braumat中的參數(shù)化進(jìn)行對(duì)應(yīng)的配置，來(lái)實(shí)現(xiàn)相互的數(shù)據(jù)通信。
4．2 Braumat系統(tǒng)的優(yōu)化以達(dá)到******的控制策略
在該項(xiàng)目中，控制基本采用順序鏈的方式進(jìn)行。如何******限度的對(duì)配方進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到******的生產(chǎn)效果，是工廠最為關(guān)心的問(wèn)題之一。為了滿(mǎn)足這個(gè)要求，我們結(jié)合工藝特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比測(cè)試，對(duì)順序鏈的啟動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；同時(shí)，對(duì)每一個(gè)：BOP的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在其運(yùn)行時(shí)給出多種選擇，使其在某些環(huán)境下，可以縮短時(shí)間或跳過(guò)相應(yīng)的步驟，從而最終滿(mǎn)足了用戶(hù)的要求。
4．3在不影響原有系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)建
擴(kuò)建項(xiàng)目中的一個(gè)******問(wèn)題在于不影響原有系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，將新擴(kuò)建的系統(tǒng)投入運(yùn)行中去。這就要求在切入新系統(tǒng)前，一定要確保萬(wàn)無(wú)一失。首先，在進(jìn)行編程時(shí)，需要有十分謹(jǐn)慎認(rèn)真地態(tài)度。針對(duì)P&ID圖紙、原程序，和工廠技術(shù)人員進(jìn)行充分的交流。同時(shí)，在進(jìn)行CWT(Custom witness test)時(shí)，需要模擬所有可能發(fā)生的情況，以測(cè)試新舊程序中的兼容性等。
5 結(jié)束語(yǔ)
近幾年，隨著B(niǎo)raumat系統(tǒng)不斷的為國(guó)內(nèi)啤酒行業(yè)所熟悉認(rèn)可，其穩(wěn)定性、靈活性及強(qiáng)大的功能完全可以滿(mǎn)足啤酒行業(yè)各種各樣復(fù)雜要求，同時(shí)提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量。越來(lái)越多的啤酒廠采用Braumat這一先進(jìn)的控制系統(tǒng)。如青島啤酒一廠、二廠、珠海麒麟啤酒廠、三得利啤酒昆山廠、深圳金威啤酒廠等。Braumat系統(tǒng)本身也在不斷的進(jìn)行升級(jí)完善，使系統(tǒng)具備強(qiáng)大的功能。不久前，一個(gè)基于PCS7的Braumat系統(tǒng)在奧地利已經(jīng)正式投入運(yùn)行，并獲得廠方好評(píng)。
上海西門(mén)子自動(dòng)化有限公司在啤酒行業(yè)有專(zhuān)門(mén)的一支了解啤酒釀造工藝原理又具有多年Braumat開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師隊(duì)伍，已有多個(gè)新建或升級(jí)改造的成功項(xiàng)目例案。同時(shí)我們也深知，滿(mǎn)足用戶(hù)的合理要求、工藝的不斷進(jìn)步、Braumat控制系統(tǒng)的不斷完善，是我們成功啤酒項(xiàng)目并把我國(guó)啤酒釀造事業(yè)推向前進(jìn)的基礎(chǔ)。 |
|
