Simatic PCS 7 在食品加工行業的應用

食品行業產品質量與產量是企業發展的關鍵因素，山東御馨是一家以大豆加工為主要業務的企業，為了滿足日益增長的產量需求，新建了大豆分離蛋白產線和膳食纖維產線，兩條產線均采用西門子的 Simatic PCS 7 控制系統，精準的 PID 調節控制、可追溯的信息化生產、 IEA 的編程語言和專利的硬件設計，幫助企業實現食品安全和生產效率齊步走。

山東香馳控股集團主要從事大豆和玉米加工，年加工大豆250萬噸，玉米50萬噸，是農業產業化國家重點龍頭企業，旗下分布10多家子公司，其中山東御馨生物科技有限公司（下文簡稱山東御馨）是一家大型大豆精深加工企業，其生產的大豆產品暢銷國內，并遠銷國際40多個國家和地區，是國內外著名食品加工企業（如可口可樂公司）的重要合作伙伴。

由于市場需求的增長，山東御馨新建了大豆分離蛋白和大豆膳食纖維兩條生產線，年產量均為2萬噸。作為產業規模和自動化水平在行業內名列前茅、同時處于上升期的企業，山東御馨不忘食品安全重任和企業發展大業，新建的生產線選用了2套西門子的 Simatic PCS 7 系統、4臺西門子 A-compact 電機和4臺10kV西門子羅賓康高壓變頻器，實現了食品安全和生產效率齊步走。

安全是食品加工砥柱

談及食品加工，安全是企業發展的砥柱，自動化技術的發展讓食品生產安全系數大大提高。首先，在控制精度方面，如過程自動化中常見的溫度、流量的控制，如果用人工控制，多來源于經驗，操作差異性大，而且難以完全避免人工失誤；Simatic PCS 7 系統則利用其V8.0新版 APL （先進過程庫）中提供的豐富 PID 調節功能，不僅效率高，最重要的是控制更加精準，相比于人工調節更加可靠；操作畫面上控制塊可顯信息更加全面、靈活。

大豆含有豐富營養元素，可大量提取人們所需要的大豆蛋白及大豆膳食纖維。大豆蛋白可以補充人體內所需要的蛋白質，而且不含膽固醇，對血管病患者尤為有益，是人類最為熟悉、安全和經濟的植物蛋白質資源。大豆膳食纖維具有明顯的降低血漿膽固醇、調節胃腸功能及胰島素水平等功能。但大豆的深加工是個復雜的工藝，如大豆分離蛋白工藝程序為萃取、分離、酸沉、分離、水洗、分離、中和、殺菌、干燥、篩選、超微粉碎等，膳食纖維生產主要包括預處理、加工、功能改進、分離、干燥、粉碎細化等工序。

如在大豆分離蛋白中的酸沉工藝中，主要利用大豆蛋白在等電 PH 條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條件下都能凝聚沉淀，必須 PH 值達到大豆球蛋白的等電點附近時才能凝聚沉淀。因此只有嚴格掌握酸沉所需的 PH 值，才能收到滿意的效果。過去的生產需要依靠人工經驗來控制，誤差大。如今西門子 Simatic PCS 7 中的加酸算法模型，考慮到工藝模型為大滯后屬性，將采用 SCL 高級語言融入人工智能，能精準計算所需的酸度，并通過 PID 調節加以實現，使用無需人工手動參與，調節更快速、準確，產品質量更穩定。該模型已成為西門子的專利，為更多食品加工行業提高質量安全控制精度。

其次，食品加工行業對加工環境、生產工藝和現場設備都有著嚴格的要求。不僅工藝設計要滿足生產需求，同時要求所有的生產信息實現可追溯，一旦檢測出不合格產品，能快速找到問題根源，控制同類產品在市場上的流通。西門子在食品加工行業乃至要求更為苛刻的制藥行業都有著豐富的經驗，其產品和解決方案的可靠性和安全性已得到市場認可。為用戶提供的 DCS 解決方案中，Simatic PCS 7 系統會對整個生產過程進行控制與記錄，記錄生產鏈對應的原材料環節、產品序列、供應商等，統一的數據庫讓生產數據的追蹤更加方便，能迅速發現問題根源所在，進而解決問題，保證食品的質量和安全。

效率是企業前進的車輪

如果說安全是食品加工企業的砥柱，決定企業上升的高度；那么效率就是企業前進的車輪，決定著企業前進的速度。影響效率的原因主要包含兩方面，一是生產線從設計到投產的效率；二是生產過程中的效率。

在山東御馨的大豆分離和膳食纖維兩條生產線中，由于生產工藝的復雜，控制節點數近5000點，系統編程是個非常繁重的工作，通常這樣的編程工作需要一個月的時間才能完成。而西門子的工程師用了一周的時間就完成了工作，除了工程師自身的高素質外，還得益于客戶選用的是 Simatic PCS 7 軟件的最新版本 V8.0，它采用的 IEA 編程方式非常高效。IEA 的操作方式類似于 excel，可以實現程序的復制粘貼，不用全部程序都憑借手動輸入；同時，Simatic PCS 7 中包含 SFC 軟件包，可將部分功能模塊化、標準化，形成功能包，方便編程。標準化提高了編程效率，也降低了人為因素導致的差異性，減少編程的錯誤率。采用IEA的編程方式，所有的程序繪制在一張表格中，方便排查錯誤，修改工作也因此得到減輕。實踐證明，采用西門子的 Simatic PCS 7 可減少70%的編程工作。

對于過程行業來說，對生產效率影響最大的是生產的間斷問題，因此食品加工企業必須保證生產的連續性。該項目中，膳食纖維產線和大豆分離蛋白產線根據工藝不同，控制器的 CPU 分別采用西門子最先進的 410smart 和410冗余控制器，它們與生俱來的高處理能力（450MHz RISC）和內存（8M work/48M load,32M work/48M load）將給客戶帶來巨大的效益。這兩款CPU都是西門子針對過程自動化領域設計的產品，CPU 處理方式采用西門子專利的事件同步模式，可以減少 CPU 無效占用，相比于時間同步效率更高。另外，這兩款CPU還具有更快的處理速度，可應對過程自動化的復雜控制，保證連續化生產。

自動化技術的發展，軟、硬件逐漸趨同，系統整體功能性、可靠性的提高才是企業實力的體現。在大豆分離蛋白的生產工序中，用堿液提取大豆蛋白后需要分離蛋白萃取液和豆渣，酸沉后亦需分離蛋白凝乳和乳清，這些關鍵工序將直接影響到蛋白的獲得率和最終產品質量。然而在分離過程中，分離篩子會高速震動，容易出現設備位移、接口斷開，導致通訊中斷等問題，將嚴重影響生產的連續性。針對這一現象，西門子在 Simatic PCS 7 的硬件設計上進行了改良，使用更加可靠的工業環境設計的接線方式，同時控制器采用冗余的 CPU ，最大限度保證系統安全。另外，配套的 I/O 模板添加保護外殼，比裸露板卡更加可靠和安全。PCS7 v8.0 軟件方面也承接之前穩定的系統特性，配合以最新APL庫應用，使得系統整體功能性和可靠性達到了前所未有的高度。

除了 Simatic PCS 7 在山東御馨工廠中大顯身手外，作為全球領先的自動化解決方案提供商，西門子還為用戶干燥風機提供了4臺 A-compact 電機和4臺10kV羅賓康高壓變頻器，為生產節能增效。與西門子其他產品一樣，電機與變頻器同樣是標準化產品，可以減少用戶的備品備件庫存量，更換方便快捷。西門子標準化產品深受 OEM 廠商的青睞，越來越多的OEM廠商會選擇西門子的產品并預留相應的接口，讓硬件之間實現無縫對接。

目前該項目正在進行調試，預計2014年10月投產。西門子產品的應用不但幫助山東御馨提高了產線的自動化水平，還提高了生產工藝及產品質量，使其健康快速地成長。而對于消費者來說，收獲的則是一份安心和健康。