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Simatic PCS 7 在食品加工行业的应用

供稿:西门子(中国)有限公司 2014/9/15 17:20:27

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  • 关键词: Simatic PCS 7
  • 摘要:山东御馨是一家以大豆加工为主要业务的企业,为了满足日益增长的产量需求,新建了大豆分离蛋白产线和膳食纤维产线,两条产线均采用西门子的 Simatic PCS 7 控制系统,精准的 PID 调节控制、可追溯的信息化生产、 IEA 的编程语言和专利的硬件设计,帮助企业实现食品安全和生产效率齐步走。

食品行业产品质量与产量是企业发展的关键因素,山东御馨是一家以大豆加工为主要业务的企业,为了满足日益增长的产量需求,新建了大豆分离蛋白产线和膳食纤维产线,两条产线均采用西门子的 Simatic PCS 7 控制系统,精准的 PID 调节控制、可追溯的信息化生产、 IEA 的编程语言和专利的硬件设计,帮助企业实现食品安全和生产效率齐步走。

山东香驰控股集团主要从事大豆和玉米加工,年加工大豆250万吨,玉米50万吨,是农业产业化国家重点龙头企业,旗下分布10多家子公司,其中山东御馨生物科技有限公司(下文简称山东御馨)是一家大型大豆精深加工企业,其生产的大豆产品畅销国内,并远销国际40多个国家和地区,是国内外著名食品加工企业(如可口可乐公司)的重要合作伙伴。

由于市场需求的增长,山东御馨新建了大豆分离蛋白和大豆膳食纤维两条生产线,年产量均为2万吨。作为产业规模和自动化水平在行业内名列前茅、同时处于上升期的企业,山东御馨不忘食品安全重任和企业发展大业,新建的生产线选用了2套西门子的 Simatic PCS 7 系统、4台西门子 A-compact 电机和4台10kV西门子罗宾康高压变频器,实现了食品安全和生产效率齐步走。

安全是食品加工砥柱

谈及食品加工,安全是企业发展的砥柱,自动化技术的发展让食品生产安全系数大大提高。首先,在控制精度方面,如过程自动化中常见的温度、流量的控制,如果用人工控制,多来源于经验,操作差异性大,而且难以完全避免人工失误;Simatic PCS 7 系统则利用其V8.0新版 APL (先进过程库)中提供的丰富 PID 调节功能,不仅效率高,最重要的是控制更加精准,相比于人工调节更加可靠;操作画面上控制块可显信息更加全面、灵活。

大豆含有丰富营养元素,可大量提取人们所需要的大豆蛋白及大豆膳食纤维。大豆蛋白可以补充人体内所需要的蛋白质,而且不含胆固醇,对血管病患者尤为有益,是人类最为熟悉、安全和经济的植物蛋白质资源。大豆膳食纤维具有明显的降低血浆胆固醇、调节胃肠功能及胰岛素水平等功能。但大豆的深加工是个复杂的工艺,如大豆分离蛋白工艺程序为萃取、分离、酸沉、分离、水洗、分离、中和、杀菌、干燥、筛选、超微粉碎等,膳食纤维生产主要包括预处理、加工、功能改进、分离、干燥、粉碎细化等工序。

如在大豆分离蛋白中的酸沉工艺中,主要利用大豆蛋白在等电 PH 条件下溶解度最小的原理,使之凝聚沉淀。大豆蛋白不是在所有酸性条件下都能凝聚沉淀,必须 PH 值达到大豆球蛋白的等电点附近时才能凝聚沉淀。因此只有严格掌握酸沉所需的 PH 值,才能收到满意的效果。过去的生产需要依靠人工经验来控制,误差大。如今西门子 Simatic PCS 7 中的加酸算法模型,考虑到工艺模型为大滞后属性,将采用 SCL 高级语言融入人工智能,能精准计算所需的酸度,并通过 PID 调节加以实现,使用无需人工手动参与,调节更快速、准确,产品质量更稳定。该模型已成为西门子的专利,为更多食品加工行业提高质量安全控制精度。

其次,食品加工行业对加工环境、生产工艺和现场设备都有着严格的要求。不仅工艺设计要满足生产需求,同时要求所有的生产信息实现可追溯,一旦检测出不合格产品,能快速找到问题根源,控制同类产品在市场上的流通。西门子在食品加工行业乃至要求更为苛刻的制药行业都有着丰富的经验,其产品和解决方案的可靠性和安全性已得到市场认可。为用户提供的 DCS 解决方案中,Simatic PCS 7 系统会对整个生产过程进行控制与记录,记录生产链对应的原材料环节、产品序列、供应商等,统一的数据库让生产数据的追踪更加方便,能迅速发现问题根源所在,进而解决问题,保证食品的质量和安全。

效率是企业前进的车轮

如果说安全是食品加工企业的砥柱,决定企业上升的高度;那么效率就是企业前进的车轮,决定着企业前进的速度。影响效率的原因主要包含两方面,一是生产线从设计到投产的效率;二是生产过程中的效率。

在山东御馨的大豆分离和膳食纤维两条生产线中,由于生产工艺的复杂,控制节点数近5000点,系统编程是个非常繁重的工作,通常这样的编程工作需要一个月的时间才能完成。而西门子的工程师用了一周的时间就完成了工作,除了工程师自身的高素质外,还得益于客户选用的是 Simatic PCS 7 软件的最新版本 V8.0,它采用的 IEA 编程方式非常高效。IEA 的操作方式类似于 excel,可以实现程序的复制粘贴,不用全部程序都凭借手动输入;同时,Simatic PCS 7 中包含 SFC 软件包,可将部分功能模块化、标准化,形成功能包,方便编程。标准化提高了编程效率,也降低了人为因素导致的差异性,减少编程的错误率。采用IEA的编程方式,所有的程序绘制在一张表格中,方便排查错误,修改工作也因此得到减轻。实践证明,采用西门子的 Simatic PCS 7 可减少70%的编程工作。

对于过程行业来说,对生产效率影响最大的是生产的间断问题,因此食品加工企业必须保证生产的连续性。该项目中,膳食纤维产线和大豆分离蛋白产线根据工艺不同,控制器的 CPU 分别采用西门子最先进的 410smart 和410冗余控制器,它们与生俱来的高处理能力(450MHz RISC)和内存(8M work/48M load,32M work/48M load)将给客户带来巨大的效益。这两款CPU都是西门子针对过程自动化领域设计的产品,CPU 处理方式采用西门子专利的事件同步模式,可以减少 CPU 无效占用,相比于时间同步效率更高。另外,这两款CPU还具有更快的处理速度,可应对过程自动化的复杂控制,保证连续化生产。

自动化技术的发展,软、硬件逐渐趋同,系统整体功能性、可靠性的提高才是企业实力的体现。在大豆分离蛋白的生产工序中,用碱液提取大豆蛋白后需要分离蛋白萃取液和豆渣,酸沉后亦需分离蛋白凝乳和乳清,这些关键工序将直接影响到蛋白的获得率和最终产品质量。然而在分离过程中,分离筛子会高速震动,容易出现设备位移、接口断开,导致通讯中断等问题,将严重影响生产的连续性。针对这一现象,西门子在 Simatic PCS 7 的硬件设计上进行了改良,使用更加可靠的工业环境设计的接线方式,同时控制器采用冗余的 CPU ,最大限度保证系统安全。另外,配套的 I/O 模板添加保护外壳,比裸露板卡更加可靠和安全。PCS7 v8.0 软件方面也承接之前稳定的系统特性,配合以最新APL库应用,使得系统整体功能性和可靠性达到了前所未有的高度。

除了 Simatic PCS 7 在山东御馨工厂中大显身手外,作为全球领先的自动化解决方案提供商,西门子还为用户干燥风机提供了4台 A-compact 电机和4台10kV罗宾康高压变频器,为生产节能增效。与西门子其他产品一样,电机与变频器同样是标准化产品,可以减少用户的备品备件库存量,更换方便快捷。西门子标准化产品深受 OEM 厂商的青睐,越来越多的OEM厂商会选择西门子的产品并预留相应的接口,让硬件之间实现无缝对接。

目前该项目正在进行调试,预计2014年10月投产。西门子产品的应用不但帮助山东御馨提高了产线的自动化水平,还提高了生产工艺及产品质量,使其健康快速地成长。而对于消费者来说,收获的则是一份安心和健康。

更多内容请访问 西门子(中国)有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=37878)

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