一、引言

大豆分離蛋白的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、質(zhì)量控制要求嚴(yán)格。我國(guó)現(xiàn)有的絕大部分大豆分離蛋白生產(chǎn)線工藝設(shè)備落后，生產(chǎn)過(guò)程控制水平低下，因而產(chǎn)品質(zhì)量不高，無(wú)法形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。2000年哈爾濱某大豆食品公司引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的工藝及關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，聯(lián)合國(guó)內(nèi)有關(guān)單位設(shè)計(jì)了一套以ControlNet為主的包括羅克韋爾自動(dòng)化NetLinx三層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，建成了一條具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高質(zhì)量現(xiàn)代化大豆分離蛋白自動(dòng)控制生產(chǎn)線。

二、大豆分離蛋白生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

大豆分離蛋白工藝過(guò)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(gè)生產(chǎn)車間分為濕區(qū)和干區(qū)。濕區(qū)完成浸出、酸沉分離及中和三道工序，工藝較復(fù)雜，檢測(cè)控制點(diǎn)較多，有溫度、流量、酸堿度等被控量，并要求對(duì)這些被控量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制；干區(qū)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(chǎn)中干區(qū)的壓力和溫度都較高，對(duì)工藝過(guò)程有嚴(yán)格的先后順序要求及互鎖要求，需要嚴(yán)格的安全保護(hù)。為提高控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度，保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，要求對(duì)濕區(qū)和干區(qū)分別進(jìn)行控制，并進(jìn)行通信、相互協(xié)調(diào)。

大豆分離蛋白生產(chǎn)線生產(chǎn)的蛋白粉可作為多種食品的原料，其生產(chǎn)配方多達(dá)十幾種。在不同的配方工藝生產(chǎn)過(guò)程中，需要添加的組份種類不同、甚至配比也不同，而且生產(chǎn)過(guò)程的酸堿度、浸出酸沉溫度、老化溫度及時(shí)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(chǎn)控制。

三、以ControlNet為主的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

針對(duì)生產(chǎn)線分散程度大、對(duì)實(shí)時(shí)控制及互鎖邏輯控制要求高、需要靈活方便的配方生產(chǎn)控制等特點(diǎn)，采用了以羅克韋爾自動(dòng)化公司的ControlNet為主的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大豆分離蛋白生產(chǎn)全過(guò)程的自動(dòng)控制。系統(tǒng)能夠可靠有效地完成實(shí)時(shí)、精確的過(guò)程控制、順序邏輯控制、連鎖保護(hù)、參數(shù)報(bào)警、歷史記錄、趨勢(shì)圖、數(shù)據(jù)處理和打印報(bào)表等功能，并具有優(yōu)異的開放式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展方便靈活、可靠性高。

系統(tǒng)以羅克韋爾自動(dòng)化公司A-B品牌的ControlLogix系列產(chǎn)品為核心，包含NetLinx的所有三層網(wǎng)絡(luò)：信息層、控制層、設(shè)備層。信息層采用EtherNet，它主要連接兩個(gè)操作站計(jì)算機(jī)和ControlLogix控制器，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與控制器之間大量信息的高速交換，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，并可用于組建企業(yè)信息網(wǎng)。控制層采用高速、確定性的ControlNet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)控制器之間的通信及對(duì)遠(yuǎn)程擴(kuò)展I/O的控制。設(shè)備層采用高效、低價(jià)的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。

系統(tǒng)中應(yīng)用了4個(gè)ControlLogix機(jī)架：ControlLogix1至ControlLogix4。ControlLogix1至ControlLogix3主要用于對(duì)濕區(qū)的控制，ControlLogix4主要作為干區(qū)的控制單元。ControlLogix1機(jī)架中插有2個(gè)處理器模塊Logix5550，1個(gè)ControlNet通信模塊1756-CNBR，1個(gè)EtherNet通信模塊1756-ENET，1個(gè)DeviceNet掃描器模塊1756-DNB，多個(gè)1756 I/O模塊。ControlLogix2和ControlLogix3機(jī)架中各插有1個(gè)ControlNet通信模塊和多個(gè)I/O模塊，機(jī)架中沒(méi)有處理器，通過(guò)ControlNet通信模塊連接到ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，作為ControlLogix1的遠(yuǎn)程擴(kuò)展I/O。ControlLogix1處理器控制本機(jī)架中的I/O模塊以及ControlLogix2和ControlLogix3的遠(yuǎn)程擴(kuò)展I/O模塊，并處理EtherNet、ControlNet以及DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的信息，其任務(wù)非常繁重，因此采用雙處理器熱備，以提高系統(tǒng)的可靠性。ControlLogix4作為干區(qū)的控制單元，機(jī)架上插有1個(gè)處理器模塊、1個(gè)ControlNet通信模塊及多個(gè)I/O模塊。其處理器完成對(duì)干區(qū)閃蒸和干燥兩道工序的控制，實(shí)現(xiàn)各工藝環(huán)節(jié)的邏輯控制、互鎖控制以及生產(chǎn)中過(guò)程量的實(shí)時(shí)控制，并通過(guò)ControlNet通信模塊與ControlLogix1處理器進(jìn)行通信協(xié)調(diào)，以將生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)讲僮髡?和操作站2。

ControlLogix1處理器通過(guò)DeviceNet掃描器控制DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上連接的多個(gè)變頻器和軟啟動(dòng)器，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制。

本系統(tǒng)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(chǎn)線上設(shè)備的電氣自動(dòng)控制、順序邏輯控制、儀表控制、回路調(diào)節(jié)等功能，并對(duì)工藝過(guò)程信息進(jìn)行檢測(cè)、記錄及數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)控制及工藝過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)、報(bào)警等，從而完成對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地完成各項(xiàng)控制功能，各檢測(cè)點(diǎn)及控制點(diǎn)都能達(dá)到控制要求的檢測(cè)精度及控制精度，同時(shí)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性，能夠在比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中正常工作。操作站1和操作站2由技術(shù)人員操作，分別監(jiān)控濕區(qū)和干區(qū)，并可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理以及報(bào)表打印等功能。兩年來(lái)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐表明，系統(tǒng)使生產(chǎn)產(chǎn)品完全達(dá)到了質(zhì)量要求，使生產(chǎn)效率大幅度提高，節(jié)約了大量資源，有效提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。專家對(duì)本系統(tǒng)評(píng)定后一致認(rèn)為，本系統(tǒng)居國(guó)內(nèi)大豆精深加工行業(yè)技術(shù)的領(lǐng)先地位，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。?

四、ControlNet網(wǎng)絡(luò)組建與調(diào)試

大豆分離蛋白生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是以ControlNet網(wǎng)絡(luò)為主構(gòu)成的，因此ControlNet網(wǎng)絡(luò)的組建與調(diào)試是至關(guān)重要的。ControlNet網(wǎng)絡(luò)組建的基本步驟如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：根據(jù)系統(tǒng)需要選擇節(jié)點(diǎn)、同軸電纜或光纖介質(zhì)，進(jìn)行合理布線規(guī)劃；

（2）網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)測(cè)試與硬件設(shè)備連接：進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)測(cè)試，并將ControlNet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上；

（3）節(jié)點(diǎn)預(yù)配置：ControlNet網(wǎng)絡(luò)的通信波特率為5Mbit/s ，每個(gè)網(wǎng)段最多允許有99個(gè)節(jié)點(diǎn)，且不允許有節(jié)點(diǎn)地址重復(fù)的設(shè)備，因此應(yīng)當(dāng)按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃給設(shè)備分配節(jié)點(diǎn)地址，地址一般應(yīng)連續(xù)，并且信息優(yōu)先級(jí)高的設(shè)備節(jié)點(diǎn)地址應(yīng)當(dāng)盡量小，以保證其信息及時(shí)傳送；

（4）安裝和啟動(dòng)羅克韋爾網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具軟件RSNetworx for ControlNet；

（5）將編程終端連接到網(wǎng)絡(luò)上，并建立通信：在編程終端連接到網(wǎng)絡(luò)上之后，根據(jù)編程終端所使用的ControlNet通信板卡，在羅克韋爾通信軟件RSLinx下配置相應(yīng)的ControlNet驅(qū)動(dòng)程序 —— 1784-KTCX for ControlNet、1784-PCC for ControlNet或1784-PCIC（S） for ControlNet（該操作只能在在線模式下進(jìn)行）；

（6）配置ControlNet設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：ControlNet節(jié)點(diǎn)允許通過(guò)ControlNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行參數(shù)配置，如預(yù)定I/O數(shù)據(jù)傳輸、非預(yù)定數(shù)據(jù)傳輸及設(shè)備本身的運(yùn)行參數(shù)（如變頻器的啟動(dòng)方式、最大頻率及其它運(yùn)行參數(shù)，軟起動(dòng)器的啟動(dòng)時(shí)間、啟動(dòng)方式等）。通過(guò)掃描網(wǎng)絡(luò)上的處理器，RSNetworx for ControlNet軟件能計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)載情況，并給出合理的網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)間，通過(guò)合理配置使網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到最優(yōu)化；

（7）保存配置參數(shù)：將設(shè)備配置參數(shù)下載到節(jié)點(diǎn)設(shè)備和ControlNet Keeper中，并保存到網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具軟件的配置文件中（用于離線查看網(wǎng)絡(luò)信息或配置相同的網(wǎng)絡(luò)）。

在進(jìn)行ContolNet網(wǎng)絡(luò)硬件安裝調(diào)試及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)應(yīng)注意：

（1）推薦選用羅克韋爾等公司的ControlNet網(wǎng)絡(luò)同軸電纜或光纖及連接組件（這可使硬件安裝大大簡(jiǎn)化，并提高可靠性）；

（2）網(wǎng)絡(luò)總線兩端應(yīng)安裝正確的終端電阻（75Ω，可選配羅克韋爾等公司隨系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)終端電阻），在系統(tǒng)不連接任何節(jié)點(diǎn)時(shí)，測(cè)試同軸電纜兩信號(hào)線之間的電阻值應(yīng)在35-40Ω；

（3）合理設(shè)置最大預(yù)定節(jié)點(diǎn)地址Smax和最大未預(yù)定節(jié)點(diǎn)地址Umax，以減小網(wǎng)絡(luò)掃描時(shí)間，并應(yīng)保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性；

（4）合理設(shè)置ControlNet的網(wǎng)絡(luò)刷新周期NUT，因NUT太小時(shí)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過(guò)大，系統(tǒng)響應(yīng)變慢，NUT太大時(shí)可能導(dǎo)致實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能及時(shí)傳輸。

五、結(jié)論

大豆分離蛋白現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，不僅使企業(yè)的產(chǎn)品占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)并遠(yuǎn)銷世界各地，給企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也產(chǎn)生了非常顯著的社會(huì)效益。它的應(yīng)用大大提高了我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品深加工領(lǐng)域的自動(dòng)化水平，使我國(guó)大豆分離蛋白的生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量和國(guó)外著名企業(yè)形成同等競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)了我國(guó)大豆及農(nóng)產(chǎn)品深加工行業(yè)的發(fā)展，前景十分廣闊。

本系統(tǒng)在哈爾濱某大豆食品公司的大豆分離蛋白生產(chǎn)線上應(yīng)用成功后，在社會(huì)上相關(guān)行業(yè)中影響很大。瑞士雀巢公司經(jīng)過(guò)多方考察比較，最后決定在雙城雀巢奶粉生產(chǎn)線上采用同類系統(tǒng)。現(xiàn)系統(tǒng)已投入運(yùn)行，效果良好，使企業(yè)的生產(chǎn)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)能力大為提高，產(chǎn)品質(zhì)量也有了明顯提高。

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