SIEMENS BRAUMAT 系统在百威啤酒扩建项目中的应用

[摘要]：在武汉百威啤酒扩建项目中，采用了SIMENS BRAUMAT控制系统。BRAUMAT控制系统在啤酒饮料过程控制行业中的稳定性、开放性、灵活性及强大BATCH&RECIPE功能在该项目中得到了充分体现。本文简要介绍了该项目的系统结构及组态，并结合啤酒控制的工艺特点，对控制系统控制策略进行了必要的阐述。
关键词：BRAUMAT BATCH控制顺序链配方
1 前言
Braumat控制系统是SIEMENS专门面向食品饮料等过程控制行业开发的全集成控制系统。在现场控制层采用现场总线的控制方式，通过工业以太网与Braumat系统进行数据的交换。该系统具有强大的Batch&Recipe功能，针对食品饮料行业的工艺特点，将每部分的控制都包含在一个个的顺序链中，使得操作人员的工作非常有针对性且易操作。同时，Braumat系统具有良好的数据记录功能，通过所对应的Batch&order No．，可以查询每个顺序链中每步每个参数的历史记录，为工厂数据管理和错误原因查找提供了平台。Braumat还提供了数据导出功能，可以将系统中的数据在以太网层提供给其它系统，这就为建立ERP／MES系统提供了数据来源，可以更好的实现生产级到管理级的整个信息系统zui优化。
2 项目介绍
武汉百威啤酒有限公司是由美国安海斯-布希啤酒有限公司全额投资，生产百威系列品牌啤酒。近几年，武汉百威在中国的销售量不断上升，原有产量已不能满足要求。扩建工程分为两期，一期已于2004年12月投入使用，产量由25万吨／年提高到32万吨／年；二期将于2005年12月底投入运行，产量将近一步提高到40万吨／年。
3 Braumat控制系统介绍
武汉百威的两次扩建由德国Zimmer公司提供工艺，由SIEMENS提供Braumat控制系统，整个酿造系统可以分为糖化和发酵两大部分。糖化部分完成的功能是将大麦原料通过粉碎，加湿，糊化，过滤，煮沸，回旋沉淀，冷却后将麦汁送到发酵；发酵部分完成的功能有麦汁发酵，离心，冷却，过滤，添加，稀释，zui后将新鲜啤酒送到包装去。
针对控制对象的特点及结合以前系统，在糖化工段添加了一个CPU416-2，在发酵工段添加了三个CPU416-2和一个CPU315-2，整个新增系统的I／O超过3000点，系统结构如图3-1所示。
3．1 PLC层的控制
在PLC层，系统硬件配置和所有的标准SIEMENS项目一样进行；对PLC软件上采用STEP7／STEP5来进行编程的。有所不同于标准的STEP7／STEP5项目，Braumat系统已经预先在STEP7／STEP5项目中写好了一定的结构。工程师只需在相应的块中来进行开发，而且不需要考虑系统块与块的之间的关联，大大简化了开发的周期。同时，为系统维护带了极大的方便。在进行编程时，需要考虑到的是由于系统事先对结构进行了定义，一些块号以及中间变量是被系统定义过的，如果用户使用不当，会带来些意外的后果。这里将对一个Sequ(顺序链)和一个BOP(执行步骤)的结构进行介绍，以期有帮助性的了解。

我们知道在标准的STEP7项目中，FB1030是可以被编程者生成并进行调用的。但在Braumat系统中，FB1001-FB1064被系统定义成了64个Sequ，不能由编程者来生成。同时，它们由系统在每次扫描OB1时，由系统自动调用。在Network1中，可以看到M643．5被系统定义成了SEQU30的满足运行条件标志位，当该标志为TRUE时，该顺序链才允许被运行。编程时，可以根据工艺的要求，来对条件进行增减以满足控制要求。在Network2，3中，M101．4被系统定义成BOP是否以运行的标志位。在有些情况下，某些控制需要在BOP执行之前完成，某些控制需要在BOP执行之后来完成。另外，根据工艺要求，可以在该FB中添加具体的控制语句来实现zui终的要求。
3．1．2 BOP的结构
在Braumat控制系统中，FC1001-FC1999这999个FC块被系统定义成BOP。编程时，不必考虑一个Sequ中，BOP之间的连接转移问题，在每一个BOP中，只需要编写该步骤中具体的控制细节。但这里需要注意的是，在BOP的结构中，zui后一个Network是被作为该BOP的结束段落。如果该段落zui后的RLO结果为True，系统则认为该BOP已经执行结束，从而转到下一个BOP中去执行。
同时，Braumat系统还提供了许多常用的功能，预先封装在了相对应的块中，使得编程者不需要进行这些重复性的劳动，只需结合Braumat系统，进行相对应的配置即可获得。这种结构，使得编程时，不用考虑系统结构的搭建，只需对具体工艺细节来进行编写；同时，还为程序的编写，提供了很大的灵活性，稳定性。
3．2监控层的控制
在上位监控机上，Braumat控制系统通过工业以太网与多个PLC进行通讯。Braumat系统在结构上可以分为系统功能部分和系统通讯部分。系统功能部分包括画面监控、配方编辑、顺序链控制、批次表的编写、历史数据库编辑、Batch纪录、系统设定等；系统通讯部分包括Sever与PLC的数据通讯，以及Sever与Client之间的数据通讯。无论Sever还是Client，系统在运行时，两个部分都必须保持运行状态。整个控制系统一般包括一个Sever、一个Standby Sever及多个Client。

3．2．1 Barumat系统中的BOP、SEQU、RECIPE之间的衔接
BOP所指的是每一个具体的控制步骤，对某个设备的控制可以在这里来完成；多个BOP组成一个SEQU(顺序链)；配方可由一个或多个SEQU来构成。

针对食品饮料行业基本上都是过程控制的特点，可以把每一段工序编写成一个SEQU来进行控制。同时配方系统将这样多个SEQU连接在一起，组成一个配方。这样当地一个顺序链启动后，根据配方的组成，在相应的BOP，相对应的顺序链将会自动启并保持一致的Batch No．&Order No．直至zui后一个Sequ的BOP执行完毕。这里需要注意的是，在*个Sequ中必须包含一个STATR步骤以及在zui后一个Sequ中包含一个END步骤。这两个步骤不需要编写具体程序，只是作为一个配方的开头和结尾标志。
对于不同的品牌，需要不同的配方来进行控制。其中，可能有很多BOP，甚至Sequ是一致的，只是在某些参数的控制点上有所不同。Braumat系统的配方编辑功能提供了重复使用Bop及Sequ的功能，在设定默认参数时，采用不同的数值来达到控制的要求。根据不同的品牌，用户可以设定不同的参数来进行控制。在每一个BOP中，zui多可以有13个参数参与其中的控制，并可以依据其中的参数作为BOP转移的条件。

3．2．2 Barumat系统运行中过程中监控 Braumat系统除了提供常规的画面监控外，针对过程控制系统顺序链的特点，提供了顺序链监控窗口，使操作人员可以非常直观、简便的看到系统的运行状态及进行操作。
根据用户要求，可以对顺序链进行分类，使得操作、监视更加具有针对性。同时，在顺序链运行时，在下面的参数列表中，针对系统的运行状态，对参数进行修改，以达到控制的要求。

3．2．3 Barumat系统提供的其它主要功能
除了上述的功能外，Braumat系统还提供了以下一些功能：
1)Batch纪录功能。该功能可以纪录系统Sequ运行中每一个BOP的参数设定值和实际值，并提供依据Batch No．和Order No．进行查询。用户依据此功能，可以很容易、快捷的查询到想要看到的运行参数，从而对产品品质了如指掌。
2)批次表编辑功能。该功能允许系统事先设定所需要运行的配方及Batch No．和Order No．并根据实际需要，选择对应的启动方式。包括，立即启动，时间到启动，条件满足启动等多种方式。
3)曲线在线显示功能。在系统运行时，根据归档曲线分组的不同，将相应运行中的曲线进行历史纪录并根据Batch No．和Order No．进行显示。这样的纪录方式，使得系统只在需要纪录时才进行，从而节约了PC及网络资源。
4)常用功能参数化。在底层PLC中，Braumat系统已经预先封装了许多功能块，我们只需在上位监控机上，对不同的功能块进行参数化，即可实现不同的控制功能，从而将其加入到我们的控制中来。这样可以大大缩短我们的开发时间，并为系统的维护带来方便。
4 扩建项目中的问题及解决
4．1新旧系统中的兼容性
扩建之前的系统是1998年完成的，且底层全部采用S5的控制系统。此次扩建均采用S7，这就造成了数据格式的不统一。在进行某些数据处理时，需要对其进行S5到S7或S5到S7的转化。另外，以前系统中只有S5之间的数据通信。加入S7后，涉及多个S5与S7之间及S7、S5与Braumat系统的通信。这就要求不但要在新加入的S7中进行通信定义，还需要对以前S5的通信定义进行修改，zui后通过在Braumat中的参数化进行对应的配置，来实现相互的数据通信。
4．2 Braumat系统的优化以达到zui佳的控制策略
在该项目中，控制基本采用顺序链的方式进行。如何zui大限度的对配方进行优化，达到zui佳的生产效果，是工厂zui为关心的问题之一。为了满足这个要求，我们结合工艺特点，通过对比测试，对顺序链的启动点进行适当调整；同时，对每一个：BOP的参数进行优化，在其运行时给出多种选择，使其在某些环境下，可以缩短时间或跳过相应的步骤，从而zui终满足了用户的要求。
4．3在不影响原有系统运行的同时进行扩建
扩建项目中的一个zui大问题在于不影响原有系统运行的前提下，将新扩建的系统投入运行中去。这就要求在切入新系统前，一定要确保万无一失。首先，在进行编程时，需要有十分谨慎认真地态度。针对P&ID图纸、原程序，和工厂技术人员进行充分的交流。同时，在进行CWT(Custom witness test)时，需要模拟所有可能发生的情况，以测试新旧程序中的兼容性等。
5 结束语
近几年，随着Braumat系统不断的为国内啤酒行业所熟悉认可，其稳定性、灵活性及强大的功能完全可以满足啤酒行业各种各样复杂要求，同时提高产品品质和产量。越来越多的啤酒厂采用Braumat这一先进的控制系统。如青岛啤酒一厂、二厂、珠海麒麟啤酒厂、三得利啤酒昆山厂、深圳金威啤酒厂等。Braumat系统本身也在不断的进行升级完善，使系统具备强大的功能。不久前，一个基于PCS7的Braumat系统在奥地利已经正式投入运行，并获得厂方好评。
上海西门子自动化有限公司在啤酒行业有专门的一支了解啤酒酿造工艺原理又具有多年Braumat开发经验的工程师队伍，已有多个新建或升级改造的成功项目例案。同时我们也深知，满足用户的合理要求、工艺的不断进步、Braumat控制系统的不断完善，是我们成功啤酒项目并把我国啤酒酿造事业推向前进的基础。