ST-7A杀菌自动控制系统用于杀菌锅自动控制的改造

方泽文

（广东大印象集团有限公司，广东 汕头 515041）

杀菌作为食品罐头生产中的关键工序，其工艺过程的好坏对产品质量有着至关重要的影响。但目前国内多数的罐头饮料厂仍采用手动控制方式，这对提高产品成品率、稳定食品质量和减少设备能耗形成阻力。2003年，露露集团南方有限公司为提高产品质量及满足国家商检局有关规定，采用ST-7A杀菌自动控制系统对车间的蒸汽杀菌锅进行自动化改造，达到保证杀菌过程的可靠性及产品质量可追溯性的目的。

ST-7A杀菌自动控制系统是对普通蒸汽杀菌锅进行自动化改造的控制装置。该系统由控制器、电磁阀、气控阀、调节阀等部件构成。控制器通过预先设计好的运行程序控制电磁阀、气控阀及调节阀相应动作，从而控制杀菌过程中排气、升温、恒温杀菌、降温等过程的进行。同时，记录仪对整个杀菌过程进行全程温度记录。

系统控制电路原理如图1所示。

图1 电路原理图

一、改造步骤

1.加装气动排气阀及调节阀

为实现排气过程自动控制，须在原手动排气阀上并联气动阀门，利用电磁阀控制该气动阀的启闭。气动阀门的公称直径与原手操阀一致。

调节阀采用气动调节阀。调节阀具有连续调节功能，对流量控制较为平滑，控制效果较双位式控制阀门理想。调节阀由于体积较大，在安装时应在其周围留有足够空间以利于日后调试及检修。调节阀并联于原蒸汽入口阀处，并于阀门前后各加设一个截止阀，该阀门构造精密，在安装及检修时须注意不要受到剧烈碰撞和损伤。

2.安装控制器

在本例改造中，公司杀菌车间共有八台蒸汽杀菌锅。采用了ST-7A8I控制台，该控制台集成了八台独立的控制器，可对八台杀菌锅进行独立控制与记录。控制台应尽量距离杀菌锅有一定的距离，以减少高温、高湿环境对控制器的不良影响。为达到临时停电时系统还能继续使用和减少电源干扰的目的，控制器的电源采用了在线式UPS后备电源。

3.安装记录仪

记录仪用于对整个杀菌过程进行温度记录，达到追溯产品生产记录的作用。同时，通过记录仪记录出来的曲线可以反映出系统的控制效果。将电源及传感器连接至记录仪，按说明书装好记录纸及记录笔即可。

4.安装传感器

系统的传感器主要有温度传感器及压力传感器。温度传感器（铂热电阻）将杀菌锅内的温度传送至控制器及记录仪，压力传感器将锅内压力转变为4～20mA信号后传送至控制器。传感器的安装主要是考虑其布线合理，尽量减少和消除外界的各种电磁干扰。改造后的杀菌锅如图2所示。

图3 杀菌过程曲线图

图2 蒸汽杀菌锅结构图

二、运行调试

在确认系统已正确安装后，就可以开始对系统进行调试。运行调试分为两部份，分别是对控制系统及记录仪的调试。

1.控制系统的调试

校正温度显示：将控制系统通电，在常温及杀菌保温过程中观察系统上显示的各杀菌锅的温度是否与标准水银温度计一致，如有偏差，可分别调节相应的偏移参数进行校正。

PID参数的调整：PID参数的合适与否对于系统的稳定与准确运行起着重要的作用。在实际控制过程中应针对不同杀菌锅出现的温度波动情况对PID参数进行逐步修改，以能快速达到设定温度又不出现超调现象为最佳。

2.记录仪的调试

记录仪的调试主要是调节其显示的温度与杀菌锅的温度一致、记录纸记录出来的温度值与仪表显示的温度值一致。需要注意的是：记录纸的质量会影响杀菌曲线的正确显示，如：记录纸安装定位孔的位置不准确，纸的中心孔与刻度线没有很好的同心度，这些因素会造成记录出来的杀菌曲线与实际情况不符。

3.总体效果评价

在经过上面的初步调试之后，按工艺要求输入运行程序，杀菌锅装满待杀菌的罐头产品，开始进行实罐杀菌。在整个控制过程中，观察杀菌锅上的水银温度计及压力表，其显示的数值应与控制系统具有一致性，温度及压力的变化没有过大的波动及振荡现象出现，在杀菌完毕，观察所记录的效果，曲线中的排气阶段应有充分的排气平台，在恒温杀菌阶段，曲线应始终保持平直，记录出来的误差应在0.5℃范围之内。整个杀菌过程记录出来的曲线如图3所示。

三、运行效果与经济效益

经过上述改造之后，公司在满足产品出口认证的同时，也取得了较大的经济效益，改造工作取得预期效果。在多年来的使用过程中，控制系统体现了其高效节能、高自动化程度、高稳定性等特点。

1.满足认证需要

按照国家商检局对罐头食品提出的要求，本控制系统从过程控制到图表记录，均能充分满足相关要求。

2.节约能源

经过对比改装前后的燃料消耗，采用自动控制后的杀菌锅可以节约4%～8%的蒸汽。

3.降低工人劳动强度

蒸汽杀菌是一个劳动强度较大的工序，手工操作时工人经常处于高温高湿的生产环境中。采用了自动控制系统的杀菌锅，工人在操作时极其简单，工作环境得到很大的改善。

4.稳定产品质量

传统的手工操作无可避免地受人为因素的影响，工人的技术素质、职业道德、精神状态和经验判断都可直接或间接影响产品质量。采用了自动控制系统的杀菌过程将以上的不利因素统统排除。这为企业生产出均一、稳定的产品，提高产品合格率提供了有力的保障。

5.减少企业人工费用，解决招工难问题

在近年来广东各企业普遍出现用工荒的情况下，提高设备自动化程度，减少用工数量成为解决招工难问题的一个好方法。以本工程为例，该厂杀菌车间有八台蒸汽杀菌锅，在采用自动控制以前，共需操作人员九人，在全部改为自动控制后，操作人员为四人，以一个工人每月费用1 500元计算，每年可为企业节约9万元人工费用。同时，采用了自动控制以后，也大大降低了对工人技术熟练程度的要求。

[1]吴国熙.调节阀使用与维修[M].化学工业出版社，1999.