基于LabVIEW的果汁灌装设备就地清洗控制系统设计.docx

基于LabVIEW的果汁灌装设备就地清洗控制系统设计基于LabVIEW的果汁灌装设备就地清洗控制系统设计yangliu导语：LabVIEW平台开发一套高性价比的果汁灌装设备就地清洗装置的控制系统，在知足不同清洗工艺的同时，稳定、可靠的实现清洗经过的高度自动化。摘要：摒弃传统的上位机PLC控制形式，用工控机和数据收集板卡基于LabVIEW平台开发一套高性价比的果汁灌装设备就地清洗装置的控制系统，在知足不同清洗工艺的同时，稳定、可靠的实现清洗经过的高度自动化。关键词：LabVIEW；CIP；果汁灌装设备；数据收集与处理1.引言CIP的英文是CleanInPlace，字面意是就地清洗，含义为对密闭的、固定不动的容器一类的物体，用水和不同的洗涤液，依靠热能、物理能、化学能，按照一定的程序，通过循环及一定的作用时间来完成清洗、杀菌等工作。目前，这种清洗方法已经成为保证产品质量和设备正常运行的必要手段，成为企业消费经过中不可缺少的一局部。因此，国内外的啤酒、饮料、乳制品消费厂家普遍采用CIP系统对灌装设备进展清洗。传统的CIP控制系统均采用上位机PLC的构架形式，并通过现场总线通讯。在开发经过中根据清洗工艺，将相关控制参数如清洗时间、酸碱浓度、清洗温度和清洗顺序等，编制控制程序写入PLC，通过操作者与上位机之间的交互，实现设备的自动或者手动清洗。其上位机通常采用较高端的工业平板电脑，仅作为上位监控人机交互终端，存在着较大的资源浪费。本系统交融了NI公司的数据收集、信号处理及数字I/O等先进技术，采用工控机数据收集卡形式工作，利用LabVIEW在工业测控领域的软件优势将CIP清洗系统的逻辑控制与监控管理功能无缝集成到一体。在保证可靠性的前提下，充分利用了上位机资源，不但进步了现场模拟量的收集精度，还大幅度降低了控制系统开发本钱并缩短了开发周期。2.系统构成本系统针对国内某果汁消费企业灌装设备的自动清洗任务开发，根据厂家提供的清洗工艺，CIP清洗系统总体构架及相关控制要求如下：align=center图1CIP清洗系统总体构架/align控制要求：1.5台液罐通过液位传感器实时显示液位，并提供上下限控制；2.2路碱液加热自循环，通过温度传感器实时测量温度，自动控制蒸汽阀门的开启程度控制加热；3.使用电导率传感器检测碱液回流浓度2路，以此控制碱液回流；4.流动开关、空气压力开关、电机反应、继电器、电磁阀等数字I/O信号的检测与控制。根据CIP清洗系统的总体构造及相关控制要求，设计控制系统硬件构造如图2所示，主要包括一台配有触摸屏功能的工业平板电脑，一块PCI-6221多功能数据收集卡、一块PCI-6513工业级数字输出卡及相关连接附件。align=center图2控制系统硬件构造框图/align控制系统软件采用NI公司的LabVIEW7.1和NI-DAQmx驱动软件开发。NI-DAQmx不仅仅局限于根本的数据收集驱动，在数据收集和控制应用的开发经过中，效率更快，性能更优。利用LabVIEW结合NI-DAQmx可以充分发挥数据收集设备的功能，快速、灵敏的实现数据收集与设备控制。系统软件设计采用模块化方式，将不同功能内容设计成单独的模块，主要包括数据收集与处理模块、逻辑控制模块、实时监控模块、配方管理模块、故障报警模块、系统管理模块六局部。各个模块集成在同一个主程序框架中，这样既可以灵敏实现功能的扩大、晋级和维护，又有利于移植用于其它场合。3.数据收集与处理液位、电导率和温度是CIP自动清洗程序中的重要参数，其测量准确性直接影响着饮料灌装设备的清洗效果和产品质量。为了减小外界的噪声干扰，将液位传感器、电导率传感器及温度传感器的信号调理输出信号用双绞线以差分方式接入数据收集卡。信号屏蔽、连接测试信号用屏蔽电缆和附件和数据收集卡的良好接地也是很重要的，这将从硬件上确保系统检测数据的可靠性。在软件方面，系统主要通过低通滤波和均值滤波两种方式减小随机噪声对测量结果所带来的影响。NIPCI-6221是一款具有高性价比的多功能数据收集卡，其16路模拟输入16位，250kS/s完全知足液位、电导率及温度等模拟量收集的精度要求，24路可配置数字I/O主要用于电机反应、压力开关及流动开关等数字输入信号的收集，并用2路16位模拟输出833kS/s实现蒸汽阀门的开度控制。CIP自动清洗控制系统数将据收集与处理结果与设定的阈值进展比拟，其结果与流动开关、空气压力开关及电机反应等数字输入信号共同构成是整个系统逻辑控制的关键参数，并以此为根据控制蒸汽阀门、电磁阀及继电器动作。CIP自动清洗系统状态显示界面如下列图所示。align=center图3.1状态显示界面1/alignalign=center图3.2状态显示界面2图3CIP自动清洗系统状态显示界面/align4.结论基于工控机数据收集卡的CIP自动清洗控制系统的开发经过和现场应用情况说明，本系统完全知足果汁灌装设备清洗工艺的各项要求，实现了稳定、准确的控制需求。与传统的上位机PLC的控制形式相比，本系统不但进步了现场模拟量的收集精度，而且还大幅度降低了开发本钱。参考文献：1杨乐平，李海涛，杨磊.LabVIEW程序设计与应用.北京：电子工业出版社，2004.2NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWFunctionandVIreferencemanual,January1998Edition.3刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计M.北京：电子工业出版社，2003.