蔬菜发酵系统的自动控制系统的设计

江苏省淮安技师学院 薛 营

引言

目前传统的发酵蔬菜大多采用手工作坊式进行生产，发酵周期长，产品质量不稳定。本课题针对蔬菜发酵系统进行研究，设计出一种自动化发酵系统，提高产品质量、生产效率。

1.方案设计

1.1 系统构架

图1

1.2 系统实施方案

通过系统框架图1可看出，蔬菜发酵过程可看作一个不连续的动态平衡过程。蔬菜发酵的工艺过程可以通过PLC实现自动控制。PLC 主控单元通过模拟量A/D 转换模块对蔬菜发酵的温度，压力，PH 值，溶氧量等参数进行采集、运算，然后实现对搅拌电机、磁力泵、隔膜泵、阀门等工作状态的控制。

上位监控系统应该实现对发酵容器的主要运行参数的实时监测，并且具有界面设计、实时数据报表功能、实时数据曲线显示、实时报警等功能。

2.系统硬件设计

工控机即工业控制计算机英文简称IPC。为使蔬菜发酵系统能够长期可靠、稳定的运行，本系统采用研华PCI一1723型的工业控制计算机作为上位监控机。

发酵罐是进行微生物等活细胞深层培养的专用设备，将为微生物生长并形成预想产物创造必要的条件。结合实际发酵工艺的要求，本系统采用机械搅拌通风发酵罐作为半固态蔬菜发酵装置，能够促进微生物的新陈代谢，并在低消耗下获得较高产量。拟定发酵罐为直径100cm、高150cm的圆柱体，体积约为4700L。

本系统采用西门子系列的S7-314PLC。该型号PLC的优势是采用模块化控制，可根据现场的实际需要进行功能扩展和快速组装，实现集约化生产。

3.系统软件设计

本系统控制程序主要由原料罐（盐水罐、菌种罐、中和液罐）给料和发酵过程控制两部分组成，发酵系统控制可以分为温度控制、PH值控制、液位控制、压力控制等几个方面。发酵控制过程主要包括温度、压力、PH值、溶氧量等参数的采集、PLC控制程序编程、执行机构的控制等（见图2）。

（1）蔬菜经过预处理投入发酵罐后，按下启动按钮，盐水罐的电磁阀1启动，光电开关1检测到电磁阀1打开，启动盐水罐的磁力泵1，向发酵罐注入5%的盐水。

（2）启动定时器定时5分钟，五分钟后依次关闭磁力泵1和电磁阀1。

（3）启动定时器定时10s后启动菌种罐的电磁阀2，光电开关2检测到电磁阀2打开，启动菌种罐的磁力泵2，向发酵罐注入菌种液。

Quantified Decision-Making Method for Ship Oil Spill Emergency

（4）定时2分钟后依次关闭磁力泵2和电磁阀2。

（5）定时10s后启动中和液罐的电磁阀3，光电开关3检测到电磁阀3打开，启动中和液罐的磁力泵3，向发酵罐注入中和液。

（6）定时3分钟后关闭依次关闭磁力泵3和电磁阀3。

（7）启动搅拌电机5，定时搅拌10分钟。

（8）发酵罐温度低于温度下限25度时，启动接通加热电阻，进行加热。

（9）当温度高于温度上限35度，断开加热电阻，自行发酵。

（11）程序结束。对发酵蔬菜进行包装出售。

程序主要分为以下几部分：电源控制、盐水泵控制、菌种泵控制、中和液泵控制、搅拌电机控制、温度控制、排液控制及各显示灯控制。

图2 PLC程序流程图

4.组态画面的设计

4.1 新建主画面

蔬菜发酵系统画面如下图，系统由盐水罐、菌种罐、中和液罐、发酵罐、搅拌电机、盐水泵、菌种泵、中和液泵、及各电阀门组成，共同配合完成蔬菜发酵系统的动态运行。

4.2 画面显示

根据系统需要，对组态王进行画面设计，新建如下画面：系统画面、实时曲线画面、历史曲线画面、实时报表画面、报警画面。

4.3 新建数据报表

通过数据报表可以对整个发酵过程中的温度、含氧量、微生物数量等数据和状态进行监控和记录。

4.4 新建实时曲线

通过双击工具箱可以在画面上产生实时趋势曲线，实时趋势曲线具有很好的实时性，能实时的反应变量的变化趋势。

4.5 温度模拟输入画面

蔬菜发酵系统温度控制要求：温度在25到35度之间，新建温度模拟输入画面，实时显示温度数值及曲线变化趋势。

4.6 系统的调试与运行

系统的调试与运行是组态王运用的重要一个环节，当画面与变量建立联系以后，基本上就完成了界面的参数设置，然后利用组态王的工程运行系统，把工程切换到实际应用的状态，观察实际的监控过程，然后经过多次的修改和调试，优化设计界面直到满足生产系统的要求。