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[摘 要]：在武漢百威啤酒擴建項目中，采用了SIMENS BRAUMAT控制系統(tǒng)。BRAUMAT控制系統(tǒng)在啤酒飲料過程控制行業(yè)中的穩(wěn)定性、開放性、靈活性及強大BATCH&RECIPE功能在該項目中得到了充分體現(xiàn)。本文簡要介紹了該項目的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組態(tài)，并結(jié)合啤酒控制的工藝特點，對控制系統(tǒng)控制策略進行了必要的闡述。
關鍵詞：BRAUMAT BATCH控制 順序鏈 配方
1 前言
Braumat控制系統(tǒng)是SIEMENS專門面向食品飲料等過程控制行業(yè)開發(fā)的全集成控制系統(tǒng)。在現(xiàn)場控制層采用現(xiàn)場總線的控制方式，通過工業(yè)以太網(wǎng)與Braumat系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的交換。該系統(tǒng)具有強大的Batch&Recipe功能，針對食品飲料行業(yè)的工藝特點，將每部分的控制都包含在一個個的順序鏈中，使得操作人員的工作非常有針對性且易操作。同時，Braumat系統(tǒng)具有良好的數(shù)據(jù)記錄功能，通過所對應的Batch&order No．，可以查詢每個順序鏈中每步每個參數(shù)的歷史記錄，為工廠數(shù)據(jù)管理和錯誤原因查找提供了平臺。Braumat還提供了數(shù)據(jù)導出功能，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)來源，可以更好的實現(xiàn)生產(chǎn)級到管理級的整個信息系統(tǒng)最優(yōu)化。
2 項目介紹
武漢百威啤酒有限公司是由美國安海斯-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，武漢百威在中國的銷售量不斷上升，原有產(chǎn)量已不能滿足要求。擴建工程分為兩期，一期已于2004年12月投入使用，產(chǎn)量由25萬噸／年提高到32萬噸／年；二期將于2005年12月底投入運行，產(chǎn)量將近一步提高到40萬噸／年。
3 Braumat控制系統(tǒng)介紹
武漢百威的兩次擴建由德國Zimmer公司提供工藝，由SIEMENS提供Braumat控制系統(tǒng)，整個釀造系統(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粉碎，加濕，糊化，過濾，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，過濾，添加，稀釋，最后將新鮮啤酒送到包裝去。
針對控制對象的特點及結(jié)合以前系統(tǒng)，在糖化工段添加了一個CPU416-2，在發(fā)酵工段添加了三個CPU416-2和一個CPU315-2，整個新增系統(tǒng)的I／O超過3000點，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準SIEMENS項目一樣進行；對PLC軟件上采用STEP7／STEP5來進行編程的。有所不同于標準的STEP7／STEP5項目，Braumat系統(tǒng)已經(jīng)預先在STEP7／STEP5項目中寫好了一定的結(jié)構(gòu)。工程師只需在相應的塊中來進行開發(fā)，而且不需要考慮系統(tǒng)塊與塊的之間的關聯(lián)，大大簡化了開發(fā)的周期。同時，為系統(tǒng)維護帶了極大的方便。在進行編程時，需要考慮到的是由于系統(tǒng)事先對結(jié)構(gòu)進行了定義，一些塊號以及中間變量是被系統(tǒng)定義過的，如果用戶使用不當，會帶來些意外的后果。這里將對一個Sequ(順序鏈)和一個BOP(執(zhí)行步驟)的結(jié)構(gòu)進行介紹，以期有幫助性的了解。
我們知道在標準的STEP7項目中，F(xiàn)B1030是可以被編程者生成并進行調(diào)用的。但在Braumat系統(tǒng)中，F(xiàn)B1001-FB1064被系統(tǒng)定義成了64個Sequ，不能由編程者來生成。同時，它們由系統(tǒng)在每次掃描OB1時，由系統(tǒng)自動調(diào)用。在Network1中，可以看到M643．5被系統(tǒng)定義成了SEQU30的滿足運行條件標志位，當該標志為TRUE時，該順序鏈才允許被運行。編程時，可以根據(jù)工藝的要求，來對條件進行增減以滿足控制要求。在Network2，3中，M101．4被系統(tǒng)定義成BOP是否以運行的標志位。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句來實現(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FC塊被系統(tǒng)定義成BOP。編程時，不必考慮一個Sequ中，BOP之間的連接轉(zhuǎn)移問題，在每一個BOP中，只需要編寫該步驟中具體的控制細節(jié)。但這里需要注意的是，在BOP的結(jié)構(gòu)中，最后一個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True，系統(tǒng)則認為該BOP已經(jīng)執(zhí)行結(jié)束，從而轉(zhuǎn)到下一個BOP中去執(zhí)行。
同時，Braumat系統(tǒng)還提供了許多常用的功能，預先封裝在了相對應的塊中，使得編程者不需要進行這些重復性的勞動，只需結(jié)合Braumat系統(tǒng)，進行相對應的配置即可獲得。這種結(jié)構(gòu)，使得編程時，不用考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的搭建，只需對具體工藝細節(jié)來進行編寫；同時，還為程序的編寫，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)控機上，Braumat控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)與多個PLC進行通訊。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)功能部分包括畫面監(jiān)控、配方編輯、順序鏈控制、批次表的編寫、歷史數(shù)據(jù)庫編輯、Batch紀錄、系統(tǒng)設定等；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。無論Sever還是Client，系統(tǒng)在運行時，兩個部分都必須保持運行狀態(tài)。整個控制系統(tǒng)一般包括一個Sever、一個Standby Sever及多個Client。
3．2．1 Barumat系統(tǒng)中的BOP、SEQU、RECIPE之間的銜接
BOP所指的是每一個具體的控制步驟，對某個設備的控制可以在這里來完成；多個BOP組成一個SEQU(順序鏈)；配方可由一個或多個SEQU來構(gòu)成。
針對食品飲料行業(yè)基本上都是過程控制的特點，可以把每一段工序編寫成一個SEQU來進行控制。同時配方系統(tǒng)將這樣多個SEQU連接在一起，組成一個配方。這樣當?shù)匾粋€順序鏈啟動后，根據(jù)配方的組成，在相應的BOP，相對應的順序鏈將會自動啟并保持一致的Batch No．&Order No．直至最后一個Sequ的BOP執(zhí)行完畢。這里需要注意的是，在第一個Sequ中必須包含一個STATR步驟以及在最后一個Sequ中包含一個END步驟。這兩個步驟不需要編寫具體程序，只是作為一個配方的開頭和結(jié)尾標志。
對于不同的品牌，需要不同的配方來進行控制。其中，可能有很多BOP，甚至Sequ是一致的，只是在某些參數(shù)的控制點上有所不同。Braumat系統(tǒng)的配方編輯功能提供了重復使用Bop及Sequ的功能，在設定默認參數(shù)時，采用不同的數(shù)值來達到控制的要求。根據(jù)不同的品牌，用戶可以設定不同的參數(shù)來進行控制。在每一個BOP中，最多可以有13個參數(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)運行中過程中監(jiān)控 Braumat系統(tǒng)除了提供常規(guī)的畫面監(jiān)控外，針對過程控制系統(tǒng)順序鏈的特點，提供了順序鏈監(jiān)控窗口，使操作人員可以非常直觀、簡便的看到系統(tǒng)的運行狀態(tài)及進行操作。
根據(jù)用戶要求，可以對順序鏈進行分類，使得操作、監(jiān)視更加具有針對性。同時，在順序鏈運行時，在下面的參數(shù)列表中，針對系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對參數(shù)進行修改，以達到控制的要求。
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紀錄功能。該功能可以紀錄系統(tǒng)Sequ運行中每一個BOP的參數(shù)設定值和實際值，并提供依據(jù)Batch No．和Order No．進行查詢。用戶依據(jù)此功能，可以很容易、快捷的查詢到想要看到的運行參數(shù)，從而對產(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)事先設定所需要運行的配方及Batch No．和Order No．并根據(jù)實際需要，選擇對應的啟動方式。包括，立即啟動，時間到啟動，條件滿足啟動等多種方式。
3)曲線在線顯示功能。在系統(tǒng)運行時，根據(jù)歸檔曲線分組的不同，將相應運行中的曲線進行歷史紀錄并根據(jù)Batch No．和Order No．進行顯示。這樣的紀錄方式，使得系統(tǒng)只在需要紀錄時才進行，從而節(jié)約了PC及網(wǎng)絡資源。
4)常用功能參數(shù)化。在底層PLC中，Braumat系統(tǒng)已經(jīng)預先封裝了許多功能塊，我們只需在上位監(jiān)控機上，對不同的功能塊進行參數(shù)化，即可實現(xiàn)不同的控制功能，從而將其加入到我們的控制中來。這樣可以大大縮短我們的開發(fā)時間，并為系統(tǒng)的維護帶來方便。
4 擴建項目中的問題及解決
4．1新舊系統(tǒng)中的兼容性
擴建之前的系統(tǒng)是1998年完成的，且底層全部采用S5的控制系統(tǒng)。此次擴建均采用S7，這就造成了數(shù)據(jù)格式的不統(tǒng)一。在進行某些數(shù)據(jù)處理時，需要對其進行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中進行通信定義，還需要對以前S5的通信定義進行修改，最后通過在Braumat中的參數(shù)化進行對應的配置，來實現(xiàn)相互的數(shù)據(jù)通信。
4．2 Braumat系統(tǒng)的優(yōu)化以達到******的控制策略
在該項目中，控制基本采用順序鏈的方式進行。如何******限度的對配方進行優(yōu)化，達到******的生產(chǎn)效果，是工廠最為關心的問題之一。為了滿足這個要求，我們結(jié)合工藝特點，通過對比測試，對順序鏈的啟動點進行適當調(diào)整；同時，對每一個：BOP的參數(shù)進行優(yōu)化，在其運行時給出多種選擇，使其在某些環(huán)境下，可以縮短時間或跳過相應的步驟，從而最終滿足了用戶的要求。
4．3在不影響原有系統(tǒng)運行的同時進行擴建
擴建項目中的一個******問題在于不影響原有系統(tǒng)運行的前提下，將新擴建的系統(tǒng)投入運行中去。這就要求在切入新系統(tǒng)前，一定要確保萬無一失。首先，在進行編程時，需要有十分謹慎認真地態(tài)度。針對P&ID圖紙、原程序，和工廠技術(shù)人員進行充分的交流。同時，在進行CWT(Custom witness test)時，需要模擬所有可能發(fā)生的情況，以測試新舊程序中的兼容性等。
5 結(jié)束語
近幾年，隨著Braumat系統(tǒng)不斷的為國內(nèi)啤酒行業(yè)所熟悉認可，其穩(wěn)定性、靈活性及強大的功能完全可以滿足啤酒行業(yè)各種各樣復雜要求，同時提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量。越來越多的啤酒廠采用Braumat這一先進的控制系統(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)本身也在不斷的進行升級完善，使系統(tǒng)具備強大的功能。不久前，一個基于PCS7的Braumat系統(tǒng)在奧地利已經(jīng)正式投入運行，并獲得廠方好評。
上海西門子自動化有限公司在啤酒行業(yè)有專門的一支了解啤酒釀造工藝原理又具有多年Braumat開發(fā)經(jīng)驗的工程師隊伍，已有多個新建或升級改造的成功項目例案。同時我們也深知，滿足用戶的合理要求、工藝的不斷進步、Braumat控制系統(tǒng)的不斷完善，是我們成功啤酒項目并把我國啤酒釀造事業(yè)推向前進的基礎。 |
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