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流体超高温杀菌机是将饮料在不间断流动的状态下经换热器加热到杀菌温度(130~150℃)并保持一定时间,实现饮料灭菌的设备。鉴于饮料中的营养成分和细菌对温度的敏感特性,饮料生产对杀菌温度的控制要求非常严格,一般要求控制在设定温度的±1℃。当前应用于含乳饮料和其他高端饮料的先进超高温杀菌机杀菌温度控制精度可达到目标值的±1℃且设备运行可靠。国产饮料超高温杀菌机的杀菌温度波动幅度可能达到设定值的±1.5℃甚至更高,且因温度波动导致超高温杀菌机稳定性变差,无法保证设备的生产效率。温度超调导致的停机亦造成原材料和人力成本的浪费等问题。为此,本文通过对恒温杀菌控制系统的研究,对控制系统硬件、软件、温度采集与滤波程序等进行了优化,采用了双回路PID控制系统代替目前超高温杀菌机常用的单回路PID控制系统,有效抑制了热传递过程中的蒸汽压力、热水温度变化等扰动对杀菌温度的干扰。论文研究工作及创新点主要体现在以下几个方面:1)通过PT100铂热电阻温度传感器测量的数字值与标准水银温度计的测量温度对比标定,采用线性回归分析法获得了在42.9~66.8℃和67.9~91.4℃测温区间内西门子PLC的数字量与实际温度的转换方程,进一步提升了恒温杀菌控制系统的温度检测精度,使得传感器全量程内的温度转换温度误差小于0.1℃。改变了工程应用中使用PT100铂热电阻作为温度测量元件时,在传感器的全量程内采用同一线性关系将测量值转换为温度值时导致测量温度在某些区间内的转换错误。2)以流量超调量为试验指标,进行了以比例系数Kp、积分时间常数TI和微分时间常数TD为因素的三因素三水平恒流控制PID参数正交试验。结果表明,对试验指标影响最显著的因素依次是TD、TI、KP。依据试验结论选取最优参数组合的PID控制器对设定流量的跟踪更精确,最大流量超调量小于2.75%。稳定了产品和热水流量,更有利于恒温杀菌。3)以温度转换回归方程和最优PID控制参数为基础,采用西门子Step7软件编写了以S7-300PLC为控制核心的恒温杀菌控制程序。通过对温度控制系统的实际生产试验,控制系统的过渡时间、衰减比、最大偏差、余差、振荡周期和频率等关键品质指标均符合生产要求。达到了温度控制系统受到干扰后恢复迅速、超调量小、最大偏差在±1℃的设计目标,比现有国产超高温杀菌机的温度控制精度提高约30%~50%,系统运行稳定,生产效率提高,生产成本降低。