Компания ПРОЕКТ-П в период с октября 2016г. по июнь 2017г. для производственного кооператива "Вологодский молочный комбинат" (ПК "ВМК" г.Вологда) разработала пульт управления пастеризационно охладительной установкой для сливок, а также произвела пуско-наладочные работы автоматизированной системы управления технологическим процессом пастеризации сливок.

Для улучшения качества выпускаемой продукции, а также оптимизации производственных и бизнес процессов на ПК "ВМК" ежегодно производится модернизация существующего технологического оборудования. В 2016 году в программу модернизации производства была включена пастеризационная установка для сливок производительностью 5000 л/час (ПОУ-5000). Необходимость модернизации которой была в первую очередь обусловлена периодическими сбоями и поломками автоматизированной системы управления. Модернизация ПОУ-5000 заключалась в замене существующего пульта управления пастеризационной установкой, регулирующих клапанов и датчиков. Для выполнения работ руководство ПК "ВМК" привлекло компанию ПРОЕКТ-П.

Основным требованием к модернизации пастеризационно охладительной установки являлось требование высокой надежности оборудования, что в свою очередь должно было повысить отказоустойчивость автоматизированной системы управления пастеризатором, тем самым минимизировать риски простоя технологического оборудования. В связи с этим, пульт управления решено было разработать на базе программируемого логического контроллера Siemens и модулей ввода-вывода серии S7-1200. Для управление технологическим процессом использовать сенсорную панель оператора Weintek MT8071iP.

Основные функции пульта управления:
1. Автоматическое и ручное управление насосами и клапанами ПОУ-5000.
2. Ручное и автоматическое поддержание уровня продукта в приемном баке посредством частотного управления насосом продукта.
3. Измерение температуры горячей воды на входе и выходе секции пастеризации.
4. Измерение температуры пастеризации продукта, а также температуры продукта на выходе ПОУ-5000.
5. Контроль давления воды и автоматическая подпитка контура горячей воды секции пастеризации.
6. ПИД-регулирование температуры пастеризации продукта, посредством регулирующего клапана пара.
7. Контроль уровня продукта в приемном баке по двум вибрационным датчикам давления.
8. Контроль уровня продукта в приемном баке по датчику гидростатического давления.
9. Контроль давления воздуха по реле давления.
10. Защита двигателя насоса горячей воды от перегрузок.
11. Защита оборудования ПОУ-5000 от перекоса фаз и напряжения питающей сети.
12. Управление технологическим процессом посредством сенсорной панели оператора.
13. Реализация пяти алгоритмов работы ПОУ-5000: стерилизация, пастеризация, мойка щелочью, мойка кислотой, ополаскивание.
14. Архивирование технологических параметров и событий технологического процесса на USB-flash накопитель и отображение их в виде графиков и журнала событий на сенсорной панели оператора.
15. Индикация состояния технологического процесса, предупреждений и аварий посредством сенсорной панели оператора и свето-звуковой сигнализации.
16. Удаленное управление технологическим процессом по протоколу Siemens-S7 (ProfiNET).

Основные комплектующие пульта управления:
— шкаф из нержавеющей стали ПРОВЕНТО 600х800х300 (ШхВхГ)- 1шт.;
— программируемый логический контроллер Sismens S7-1200 CPU1214C — 1шт.;
— модуль дискретного вывода Siemens SM1222 — 1шт.;
— модуль аналогового ввода Siemens SM1231 — 1шт.;
— модуль аналогового вывода Siemens SM1232 — 1шт.;
— панель оператора Weintek MT8071iP — 1шт.;
— коммутатор Ethernet MOXA EDS-205 — 1шт.;
— блок питания MeanWell DR-120-24 — 1шт.;
— частотный преобразователь ABB ASC 355 5.5 кВт — 1шт.;
— пневмопреобразователь SMC V0307-5D01 — 8шт.;
— потенциометр COBI ELECTRINIC CM22-0-10V — 1шт.

Краткое описание технологического процесса:
Технологический процесс пастеризации сливок состоит из 5 независимых процессов: стерилизация, пастеризация, мойка щелочью, мойка кислотой, ополаскивание.
Процесс стерилизация, мойка щелочью и мойка кислотой имеют идентичные алгоритмы управления. Основное отличие процессов состоит в разнице температур и длительности процесса. Также отличием процесса мойки, от процесса стерилизации, является наличие процедуры дозирования моющих растворов в начале процесса. Для все трех процессов после запуска производиться нагрев установки до заданной температуры. Нагрев установки осуществляется по контуру циркуляции. Началом отчета времени является условие: Тout > Tset — dT, где Тout — температура на выходе пастеризационной установки, Tset — уставка температуры процесса, dT — отклонение температуры на выходе от уставки, при котором начинается отчет времени процесса. Параметры Tset и dT — задаются с панели оператора для каждого процесса в отдельности. В течении процесса установка периодически переключается между контурами возврата и циркуляции. По окончанию отчета времени технологический процесс останавливается, звучит звуковая сигнализация.
При ополаскивании также как и при стерилизации и мойке производиться разогрев установки. Отличие процессов в том, что отчет времени процесса ополаскивание запускается сразу после запуска процесса и установка во время ополаскивания кроме контуров возврата и циркуляции периодически переключается на слив.
Процесс пастеризация состоит из 4 подпроцессов: разогрев установки до температуры пастеризации, выталкивание воды, розлив, выталкивание продукта.
Разогрев установки
После запуска процесса пастеризации включаются насос горячей воды секции пастеризации и насос продукта, открывается клапан возврата, открывается отсечной клапан пара и клапаны ледяной воды. В зависимости от температуры воды на выходе секции пастеризации, производится регулирование степени открытия регулирующего клапана пара. Как только температура воды на выходе секции пастеризации достигнет уставки температуры пастеризации звучит звуковой сигнал, информирующий оператора о том, что установка готова к приему продукта. Нагрев воды/продукта (регулирование температуры пастеризации) продолжается в течение всего процесса пастеризации.
Выталкивание воды
Выталкивание воды заключается в вытеснении продуктом воды из установки в канализацию. После запуска подпроцесса выталкивание воды открывается клапан возврата и клапан слива. Как только уровень воды в приемном баке опустится ниже датчика нижнего уровня запускается таймер опорожнения приемного бака. По срабатыванию таймера опорожнения включается таймер выталкивания воды и таймер блокирования клапана возврата. Из приемного бака продукт насосом подается в секцию регенерации, где происходит предварительный нагрев. Затем продукт поступает в секцию пастеризации, где окончательно нагревается до заданной температуры пастеризации. Далее продукт проходит клапан возврата и выдерживатель и поступает в секцию регенерации. Затем продукт поступает в секцию охлаждения, где охлаждается до заданной температуры охлаждения продукта. По окончанию времени выталкивания воды клапан слива закрывается, а клапан циркуляции переключается на розлив — автоматически запускается подпроцесс розлив.
Розлив
В течении подпроцесса розлив осуществляется контроль температуры пастеризации продукта. При понижении температуры пастеризации продукта установка автоматически переходит на возврат. После нормализации температуры пастеризации установка автоматически переходит на розлив. При понижении уровня продукта в приемном баке ниже датчика нижнего уровня, установка переходит в режим ПАУЗА — автоматически переключается на циркуляцию, звучит звуковой сигнал, информирующий оператора о том, что закончился продукт. В этом случае оператор имеет два варианта действий: первый — повторно запустить розлив, второй — запустить подпроцесс выталкивание продукта. В течении розлива программируемый логический контроллер S7-1200 автоматически поддерживает уровень продукта в приемном баке, посредством изменения частоты вращения насоса продукта. Регулирование уровня продукта необходимо по причине "плавающего" расхода сливок поступающих на установку после сепаратора.
Выталкивание продукта
Выталкивание продукта заключается в вытеснении водой продукта из установки, а также из линии розлива. После запуска подпроцесса выталкивание продукта открывается клапан циркуляции. Как только уровень воды в приемном баке опустится ниже датчика нижнего уровня запускается таймер опорожнения приемного бака. По срабатыванию таймера опорожнения открывается клапан подачи воды в приемный бак, включается таймер выталкивания продукта. По окончанию отсчета времени выталкивания продукта закрываются клапана возврата и циркуляции, закрывается отсечной клапан пара, останавливаются насос горячей воды и насос продукта, звучит звуковая сигнализация, информирующая оператора о том, что процесс пастеризации сливок окончен.

Краткое описание интерфейса панели оператора:
Интерфейс панели оператора состоит из десяти разделов (экранов): СТЕРИЛИЗАЦИЯ, ПАСТЕРИЗАЦИЯ, МОЙКА ЩЕЛОЧЬЮ, МОЙКА КИСЛОТОЙ, ОПОЛАСКИВАНИЕ, МНЕМОСХЕМА, ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И АВАРИИ, ЖУРНАЛ, ГРАФИКИ, СИСТЕМА. На экранах СТЕРИЛИЗАЦИЯ, ПАСТЕРИЗАЦИЯ, МОЙКА ЩЕЛОЧЬЮ, МОЙКА КИСЛОТОЙ, ОПОЛАСКИВАНИЕ задаются настроечные параметры соответствующих процессов, производится управление процессом (запуск/останов), отображается статус процесса, а также строка аварийных состояний. На экране МНЕМОСХЕМА отображается мнемосхема технологического процесса пастеризации сливок, на которой отображаются показания датчиков, состояние исполнительных механизмов, время процесса, статус процесса, строка аварийный состояний и т.п. Также посредством экрана МНЕМОСХЕМА производится ручное управление исполнительными механизмами. На экране ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И АВАРИИ отображаются предупреждения и аварии автоматизированной системы управления. На экране ЖУРНАЛ отображается журнал событий. В журнал записываются три типа событий: события управления технологическим процессом (запуск и останов процессов), события предупреждения, события аварии. На экране ГРАФИКИ отображаются графики технологических параметров. Запись событий и технологических параметров (графических данных) производится на USB-flash накопитель в файлы формата *.csv (Microsoft Excel). На экране СИСТЕМА задаются настроечные параметры автоматизированной системы управления: коэффициенты ПИД-регуляторов, настройки процессов (уставки технологических параметров, таймеры), настройки предупреждений и аварий, время панели оператора и т.п.