CIP/SIP 多回路在线清洗系统

一句话: 用一台 Darra 工控机同时驱动 8 条清洗回路 + 4 罐介质(酸/碱/热水/回收水) + 蒸汽换热 + 32 个卫生阀 的集中式 CIP 站, PLC / HMI / 配方 / 批记录 / AI / 云端运维全部内置。

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1. 设备简介

CIP (Clean-In-Place) 是乳品、饮料、啤酒、制药行业不可拆卸管路系统的在线清洗工艺。典型 CIP 站由 一组介质罐(酸/碱/热水/回收水) + 供液回液泵 + 蒸汽换热器 + 一组选路阀组 组成, 通过"预冲 → 碱洗 → 中间冲 → 酸洗 → 终冲"五步标准工艺把管壁、罐壁上的有机物(蛋白/脂肪)和无机物(结石)洗掉。

本案例目标是 年产 30 万吨 UHT 奶无菌灌装车间 的集中式 CIP 站:

• 服务对象: 6 条管线 + 4 个储罐 + 2 台 UHT 板换 + 3 台灌装机, 合计 8 条清洗回路;
• 同时叠加 SIP (Steam-In-Place) 蒸汽灭菌, 对无菌段 121 ℃ 保温 30 分钟;
• 出口工艺指标要求: 电导率 ±0.2 mS/cm、温度 ±0.5 ℃、清洗合格率 ≥99.5%(ATP + 菌落双检)、报警响应 < 500 ms;
• 合规要求: FDA 21 CFR Part 11 电子签名 + GMP Annex 11 审计追踪。

1.1 清洗回路规划

回路	清洗对象	管径/容积	典型 CIP 周期	SIP
L1	UHT 板换 A	DN80 / 0.8 m³	90 min	是(135 ℃ 30 min)
L2	UHT 板换 B	DN80 / 0.8 m³	90 min	是
L3	灭菌后罐 ×2	15 m³/台	60 min	是(121 ℃ 30 min)
L4	无菌缓冲罐	5 m³	45 min	是
L5	灌装机 A 线	—	60 min	是
L6	灌装机 B 线	—	60 min	是
L7	奶仓(原料)	50 m³/台	120 min	否
L8	管线 / 阀门矩阵	—	30 min	否

最多同时并行 2 条回路(大罐 + 管线), 调度器按优先级和介质就绪状态抢占。

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2. 项目模块组成

CIP 站在 Darra 软件中按 "工艺对象 + 功能模块 + 数据模块" 三层组织:

层	模块	功能	对应 Darra 组件
工艺对象	调度器	多回路排队/并行/抢占	PRG_LoopDispatcher
工艺对象	单回路 7 步时序	预冲 → 碱洗 → 中冲 → 酸洗 → 终冲 → SIP → 吹干	PRG_CipSequence
工艺对象	温度串级 PID	蒸汽阀外环 + 温度内环 + 流量前馈	FB_PID_Cascade
工艺对象	电导率滑动平均	3 点平均滤波	FB_MovingAvg
工艺对象	浓度闭环	计量泵按电导率反馈	FB_PID
功能模块	阀组路由	先关互斥阀 → 开目标阀 → MPV 校验	FB_RouteSwitch
功能模块	介质准备	液位判定 / 升温 / 补水 / 回收	FB_MediaPrepare
功能模块	电子签名	登录/修改/审计三件套	FB_RecipeWrite + AuditLog
功能模块	批记录	PDF / CSV / DB 三格式	Darra Service
数据模块	回路 UDT	8 条回路共用结构	TYPE_LOOP
数据模块	配方 UDT	浓度/温度/时长/阈值	TYPE_RECIPE
数据模块	液位 / 报警 UDT	罐液位 + 三级报警	TYPE_TANK + TYPE_ALARM

2.1 程序入口与扫描周期

程序	类型	周期	说明
PRG_Main	Cyclic	10 ms	安全联锁 + 全局状态
PRG_LoopDispatcher	Cyclic	100 ms	8 条回路调度
PRG_CipSequence	Cyclic	10 ms	单回路状态机
PRG_PidLoop	Cyclic	10 ms	温度串级 PID + 蒸汽前馈
PRG_Dosing	Cyclic	50 ms	酸/碱浓度闭环
PRG_Alarm	Cyclic	20 ms	三级报警 + 声光 + 短信
PRG_BatchLog	Event	—	步骤变化 / 配方修改

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3. 机械装配架构

CIP 站典型 "四罐 + 一换热 + 一阀阵 + 一工控柜" 六大区布置:

                       工控柜(PLC + HMI + 云网关)
                              │
    ┌─────────────┬───────────┼───────────┬─────────────┐
    │             │           │           │             │
  热水罐       酸罐         碱罐        回收水罐       阀阵(32 卫生蝶阀)
  5 m³+200kW   3 m³        3 m³        5 m³         ├─ 混合证明阀 MPV ×8
  蒸汽换热                                          ├─ 回液阀 ×8
    │             │           │           │         └─ 各回路切换阀
    └────┬────────┴────┬──────┴──────┬────┘
         │             │             │
       供液泵         回液泵        排液泵
       15 kW          15 kW         3.7 kW
         │             │             │
         └──────┬──────┴──────┬──────┘
                │             │
          各回路就地柜     污液排放
          (IO + 阀反馈)

3.1 阀组分区(苏州纽威)

• 介质选择阀: 4 路(酸/碱/热水/回收水), DN50 卫生级气动蝶阀;
• 回路选择阀: 8 路(L1~L8), DN50 卫生级;
• 混合证明阀 (MPV, Mixproof Valve): 8 套 DN80, 防止酸/碱与成品物料串通, 必须同时满足"上下阀座反馈"才允许 CIP 启动;
• 回液阀: 8 路, DN50 卫生级;
• 蒸汽调节阀: DN50 气动定位器(IP 转换), 0~100% 开度;
• 排液阀: 单路 DN80, 气动开关。

3.2 换热器配置

• 5 m³ 热水罐 + 200 kW 蒸汽板换, 进水温度 20 ℃ 时 10 min 升到 85 ℃;
• 蒸汽进气压力 0.4~0.6 MPa, 调节阀前装 Y 型疏水器 + 过滤器;
• SIP 时绕过热水罐, 蒸汽直接进 CIP 供液管, 到达目标温度后保温 30 min;
• 温度传感: 5 路 Pt100(供液/回液/罐内/板换出口/SIP 末端), 4 线制降低线损。

3.3 仪表配置

• 电导率仪: 卫生级 CLS54D × 2, 0~100 mS/cm, 用于判定"水冲干净" 和"碱/酸浓度达标";
• 电磁流量计: DN80 卫生级 × 2(供液/回液), 0~50 m³/h, 用于配比和流量前馈;
• 压力变送器: 供液 / 回液 / 蒸汽 3 路, 用于泵空转和蒸汽低压保护;
• 液位计: 压力式卫生型 × 4 罐。

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4. 程序架构

┌──────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     PRG_Main (10 ms)                       │
│   - 急停 / 门 / 光栅 / 公用介质联锁                             │
│   - 全局状态机 (IDLE / RUN / FAULT / MAINT)                   │
└────┬─────────────────────────────────────────────────────┘
     │
     ├──► PRG_LoopDispatcher (100 ms)
     │    - 扫描 8 条 Loop[].Request
     │    - 按 Priority 排序
     │    - 调用 StartLoop(i) / PauseLoop(j)
     │    - 并行策略: 串行/并行(≤2)/分时抢占
     │
     ├──► PRG_CipSequence × N (10 ms, N = activeLoops)
     │    ┌─ 预冲 ─ 碱洗 ─ 中冲 ─ 酸洗 ─ 终冲 ─ SIP ─ 吹干 ─┐
     │    └──────────────────────────────────────────────┘
     │     ↑ 每步驱动 FB_RouteSwitch 切换阀阵
     │     ↑ 每步检查 TempOK / CondOK / MpvOK
     │
     ├──► PRG_PidLoop (10 ms)
     │    ┌─ FB_PID_Cascade (温度外环)
     │    ├─ FB_FeedForward (流量前馈)
     │    └─ FB_PID (蒸汽阀内环)
     │
     ├──► PRG_Dosing (50 ms)
     │    - 酸/碱泵 PID 按电导率反馈调频率
     │
     ├──► PRG_Alarm (20 ms)
     │    - 三级报警 (蓝 / 黄 / 红)
     │    - 声光 / 弹窗 / 短信
     │
     └──► PRG_BatchLog (事件驱动)
          - 步骤变化 → 写批记录
          - 配方修改 → 审计日志 (操作人/时间/旧值/新值/原因)
          - 步骤完成 → 自动生成 PDF + CSV + DB 三格式

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5. 硬件 BOM

5.1 控制系统与执行机构(国产优先)

设备	型号/规格	数量	单价(¥)	小计(¥)
工控机	研华 IPC-610L + i5-12500 / 16 GB / 512 GB SSD	1	9 500	9 500
威纶通 HMI	cMT3152X 15" IP65	1	5 800	5 800
工业交换机	汇川 EtherCAT 非网管 8 口	2	1 200	2 400
UPS	APC SUA1500	1	3 200	3 200
供/回液泵变频器	汇川 MD520-4T15 15 kW EtherCAT	2	4 500	9 000
酸/碱计量泵变频器	汇川 MD520-4T5R5 5.5 kW	2	2 400	4 800
排液泵变频器	汇川 MD520-4T3R7 3.7 kW	1	1 800	1 800

5.2 远程 IO 与仪表

设备	型号	数量	单价(¥)	小计(¥)
汇川 AM600-ECAT 耦合器	主柜 + 就地柜	2	800	1 600
8CH Pt100 / 8AI / 4AO / 32DI / 32DO	汇川 AM600 模块组合	1 组	—	31 300
IP67 现场 IO	汇川 AM600-IP67-16DI/16DO	4	2 000	8 000
卫生级电导率仪	端子科技 CLS54D	2	6 800	13 600
电磁流量计	上海光华 LDG-DN80 卫生级	2	12 000	24 000
Pt100 温度变送器	重庆横河 4 线制	20	400	8 000
液位计	古大压力式卫生型	4	2 500	10 000
调节阀 + 定位器(蒸汽 / 流量)	苏州纽威气动 DN50	2	10 250	20 500
卫生级蝶阀(气动双作用)	苏州纽威 DN50	32	2 200	70 400
混合证明阀组(MPV)	苏州纽威 DN80	8	15 000	120 000
电磁阀	费斯通 5/2 方向阀	40	280	11 200

5.3 介质与换热

设备	规格	数量	单价(¥)	小计(¥)
热水罐 + 蒸汽换热器	SUS316L 5 m³ + 200 kW	1	35 000	35 000
酸/碱/回收水罐	SUS316L 3 m³ × 2 + SUS304 5 m³	3	—	50 000
酸碱计量泵	柱塞式 500 L/h	2	18 000	36 000
无菌空气过滤器 + 安全阀组	PALL 0.2 µm + 防溅射阀	—	—	21 800

5.4 合计

类别	金额(¥)
控制系统 + 执行机构	36 500
远程 IO + 仪表阀门	318 600
介质 + 换热	142 800
Darra 软 PLC 永久授权	80 000
总计	577 900

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6. IO 模块配置

6.1 选模块

以汇川 AM600-ECAT 耦合器为例, 主柜配置如下:

槽位	模块型号	功能	通道数
0	AM600-ECAT	耦合器	—
1	AM600-32DX	32 点 DI 24 V	32
2	AM600-32DX	32 点 DI 24 V	32
3	AM600-32DYT	32 点 DO 晶体管	32
4	AM600-32DYT	32 点 DO 晶体管	32
5	AM600-8PT	8 路 Pt100	8
6	AM600-8AI-I	8 路 4~20 mA	8
7	AM600-4AO-V	4 路 0~10 V	4

就地柜(酸碱区 IP67): 4 个 AM600-IP67-16DIO, 每个 16DI+16DO。

6.2 地址映射(在 Darra IDE IO 设备向导中自动生成)

地址区段	描述
%IX0.0 ~ %IX3.7	DI 主柜第 1/2 槽 32+32=64 点
%QX0.0 ~ %QX3.7	DO 主柜第 3/4 槽 32+32=64 点
%IW8 ~ %IW22	Pt100 × 8(Int16, °C × 10)
%IW24 ~ %IW38	AI × 8(Int16, 027648 对应 420 mA)
%QW40 ~ %QW46	AO × 4(Int16, 027648 对应 010 V)

6.3 分工

• 主柜: 集中控制介质泵、蒸汽阀、阀阵公用部分、报警输出;
• 就地柜: 靠近酸/碱罐, 用 IP67 防酸雾腐蚀, 上 32 点 DI 做各气缸反馈 + 32 点 DO 驱动阀电磁阀;
• 现场总线: EtherCAT 双环网(主环+备用环), 单线断切换 < 100 ms。

6.4 绑定(IO 设备向导 → 配方变量)

在 Darra IDE 的 IO 设备向导 中, 按如下操作:

1. 新建 EtherCAT 主站, 扫描从站(自动识别 AM600 耦合器 × 2);
2. 每个模块按槽位拖入, 输入起始地址(IDE 自动对齐字节);
3. 每通道命名为业务变量(如 L1_MPV_OK, SUPPLY_HZ), 命名自动同步到全局变量表;
4. Pt100 通道选择"°C × 10" 或"浮点 °C" 工程量, 避免在 SCL 里手写线性换算;
5. 变频器频率通过 EtherCAT 0x6060 控制字 + 0x6042 目标速度 直接对接, 不走 AO。

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7. 核心数据结构

(* 回路描述 —— 每条 CIP 回路共用该类型 *)
TYPE TYPE_LOOP :
STRUCT
    Id              : INT;            (* 回路编号 1..8 *)
    Name            : STRING[16];     (* 中文名称 *)
    RecipeId        : INT;            (* 关联配方 ID *)
    Priority        : INT;            (* 优先级 1=最高 *)
    Request         : BOOL;           (* 清洗请求 *)
    Busy            : BOOL;           (* 正在清洗 *)
    Passed          : BOOL;           (* 合格 *)
    Step            : INT;            (* 当前步骤 1..7 *)
    StartTime       : DT;             (* 开始时间 *)
    EndTime         : DT;             (* 结束时间 *)
    BatchId         : STRING[32];     (* 批号 *)
    CondOK          : BOOL;           (* 电导率合格 *)
    TempOK          : BOOL;           (* 温度达标 *)
    WaterConsum     : REAL;           (* 本次水耗 m³ *)
    SteamConsum     : REAL;           (* 本次蒸汽 kg *)
    ElecConsum      : REAL;           (* 本次电耗 kWh *)
END_STRUCT
END_TYPE

(* 清洗配方 *)
TYPE TYPE_RECIPE :
STRUCT
    Id              : INT;
    Name            : STRING[32];
    Prewash_s       : TIME;           (* 预冲时长 *)
    AlkConc         : REAL;           (* 碱浓度 % *)
    AlkTemp         : REAL;           (* 碱洗温度 *)
    AlkTime         : TIME;           (* 碱洗时长 *)
    Midwash         : TIME;           (* 中间水冲 *)
    AcidConc        : REAL;           (* 酸浓度 *)
    AcidTemp        : REAL;           (* 酸洗温度 *)
    AcidTime        : TIME;           (* 酸洗时长 *)
    Finalrinse      : TIME;           (* 终冲时长 *)
    FinalCondLimit  : REAL;           (* 终冲电导率阈值 µS/cm *)
    NeedSIP         : BOOL;           (* 是否需要 SIP *)
    SipTemp         : REAL;           (* SIP 温度 *)
    SipHoldTime     : TIME;           (* SIP 保温 *)
    AirBlow         : TIME;           (* 吹干时长 *)
END_STRUCT
END_TYPE

(* 罐子描述 *)
TYPE TYPE_TANK :
STRUCT
    Id              : INT;
    Name            : STRING[16];
    Level_pct       : REAL;
    Temp_C          : REAL;
    Cond_mS         : REAL;
    HeatOn          : BOOL;
    PumpOn          : BOOL;
    RefillNeed      : BOOL;
    MinLevel_pct    : REAL := 15.0;
    MaxLevel_pct    : REAL := 92.0;
END_STRUCT
END_TYPE

(* 报警记录 *)
TYPE TYPE_ALARM :
STRUCT
    Code            : INT;
    Message         : STRING[80];
    Level           : INT;            (* 1=蓝 2=黄 3=红 *)
    TriggerTime     : DT;
    AckTime         : DT;
    AckUser         : STRING[16];
    Cleared         : BOOL;
END_STRUCT
END_TYPE

(* 全局数组 *)
VAR_GLOBAL
    Loop    : ARRAY[1..8] OF TYPE_LOOP;
    Recipe  : ARRAY[1..16] OF TYPE_RECIPE;
    Tank    : ARRAY[1..4] OF TYPE_TANK;
    Alarms  : ARRAY[1..64] OF TYPE_ALARM;
END_VAR

---

8. 核心程序代码

8.1 多回路调度器

PROGRAM PRG_LoopDispatcher
VAR
    i, j           : INT;
    activeCount    : INT;
    MaxConcurrent  : INT := 2;
    ParallelPolicy : INT := 1;   (* 0=串 1=并 2=抢占 *)
END_VAR

activeCount := 0;
FOR i := 1 TO 8 DO
    IF Loop[i].Busy THEN activeCount := activeCount + 1; END_IF;
END_FOR;

CASE ParallelPolicy OF
0:
    IF activeCount = 0 THEN
        FOR i := 1 TO 8 DO
            IF Loop[i].Request AND (NOT Loop[i].Busy) THEN
                StartLoop(i); EXIT;
            END_IF;
        END_FOR;
    END_IF;
1:
    FOR i := 1 TO 8 DO
        IF Loop[i].Request AND (NOT Loop[i].Busy)
           AND (activeCount < MaxConcurrent)
           AND CheckMediaReady(i) THEN
            StartLoop(i);
            activeCount := activeCount + 1;
        END_IF;
    END_FOR;
2:
    FOR i := 1 TO 8 DO
        IF Loop[i].Request AND Loop[i].Priority = 1 THEN
            FOR j := 1 TO 8 DO
                IF Loop[j].Busy AND Loop[j].Priority >= 2 THEN
                    PauseLoop(j);
                END_IF;
            END_FOR;
            StartLoop(i); EXIT;
        END_IF;
    END_FOR;
END_CASE;

8.2 单回路 7 步状态机

PROGRAM PRG_CipSequence
VAR_INPUT loopRef : INT; END_VAR
VAR
    cfg            : TYPE_RECIPE;
    condAvg        : REAL;
    condBuf        : ARRAY[1..3] OF REAL;
    condPtr        : INT := 1;
    effTimer       : TON;
    stepTimer      : TON;
END_VAR

condBuf[condPtr] := LOOP_COND;
condPtr := (condPtr MOD 3) + 1;
condAvg := (condBuf[1] + condBuf[2] + condBuf[3]) / 3.0;

cfg := Recipe[Loop[loopRef].RecipeId];

CASE Loop[loopRef].Step OF
1:  (* 预冲 —— 回收水 *)
    SetRoute(RT_RECOVERY, loopRef);
    Supply.SP := 30.0; Supply.Run := TRUE;
    stepTimer(IN := TRUE, PT := cfg.Prewash_s);
    IF stepTimer.Q THEN
        stepTimer(IN := FALSE);
        Loop[loopRef].Step := 2;
    END_IF;

2:  (* 碱洗 *)
    SetRoute(RT_ALKALI, loopRef);
    HeatSP := cfg.AlkTemp;
    DoseAlkTo(cfg.AlkConc);
    IF (LOOP_TEMP >= cfg.AlkTemp - 2.0) AND (condAvg >= COND_ALK_MIN) THEN
        effTimer(IN := TRUE, PT := cfg.AlkTime);
    ELSE
        effTimer(IN := FALSE);
    END_IF;
    IF effTimer.Q THEN
        Loop[loopRef].Step := 3; effTimer(IN := FALSE);
    END_IF;

3:  (* 中间水冲 *)
    SetRoute(RT_FRESH, loopRef); DoseAlkTo(0);
    stepTimer(IN := TRUE, PT := cfg.Midwash);
    IF stepTimer.Q AND condAvg < COND_MID_MAX THEN
        stepTimer(IN := FALSE); Loop[loopRef].Step := 4;
    END_IF;

4:  (* 酸洗 *)
    SetRoute(RT_ACID, loopRef);
    HeatSP := cfg.AcidTemp;
    DoseAcidTo(cfg.AcidConc);
    IF (LOOP_TEMP >= cfg.AcidTemp - 2.0) AND (condAvg >= COND_ACID_MIN) THEN
        effTimer(IN := TRUE, PT := cfg.AcidTime);
    ELSE
        effTimer(IN := FALSE);
    END_IF;
    IF effTimer.Q THEN
        Loop[loopRef].Step := 5; effTimer(IN := FALSE);
    END_IF;

5:  (* 终冲 *)
    SetRoute(RT_FRESH, loopRef); DoseAcidTo(0);
    stepTimer(IN := TRUE, PT := cfg.Finalrinse);
    IF condAvg <= cfg.FinalCondLimit THEN
        Loop[loopRef].CondOK := TRUE;
    END_IF;
    IF stepTimer.Q THEN
        stepTimer(IN := FALSE);
        Loop[loopRef].Step := 6;
    END_IF;

6:  (* SIP 可选 *)
    IF cfg.NeedSIP THEN
        SipRoutine(loopRef, cfg.SipTemp, cfg.SipHoldTime);
    END_IF;
    Loop[loopRef].Step := 7;

7:  (* 吹干 + 写批记录 *)
    SetRoute(RT_AIR, loopRef);
    stepTimer(IN := TRUE, PT := cfg.AirBlow);
    IF stepTimer.Q THEN
        stepTimer(IN := FALSE);
        Loop[loopRef].Passed := Loop[loopRef].CondOK AND Loop[loopRef].TempOK;
        Loop[loopRef].EndTime := NOW();
        WriteBatchRecord(loopRef);
        Loop[loopRef].Busy := FALSE;
        Loop[loopRef].Step := 0;
    END_IF;
END_CASE;

8.3 温度串级 PID + 流量前馈(Darra 工艺对象)

PROGRAM PRG_PidLoop
VAR
    pidOuter : FB_PID_Cascade;   (* 外环: 温度 *)
    pidInner : FB_PID_Cascade;   (* 内环: 蒸汽阀开度 *)
    feedFwd  : REAL;
END_VAR

feedFwd := LOOP_FLOW * 2.0;      (* 经验系数: 流量越大, 阀预开越多 *)

pidOuter(
    SP := HeatSP,
    PV := LOOP_TEMP,
    Kp := 2.5, Ti := T#45s, Td := T#8s,
    OutMax := 100.0, OutMin := 0.0
);

pidInner(
    SP := pidOuter.Out + feedFwd,
    PV := STEAM_PRESS * 100.0,
    Kp := 4.0, Ti := T#8s, Td := T#1s,
    OutMax := 100.0, OutMin := 0.0
);

STEAM_VALVE := pidInner.Out;

8.4 浓度闭环(酸/碱计量泵)

PROGRAM PRG_Dosing
VAR
    pidDose    : FB_PID;
    condTarget : REAL;
END_VAR

(* 浓度与电导率有经验映射 ConcToConductivity *)
condTarget := ConcToConductivity(cfg.AlkConc, LOOP_TEMP);

pidDose(
    SP := condTarget,
    PV := LOOP_COND,
    Kp := 0.5, Ti := T#30s, Td := T#5s,
    OutMax := 50.0, OutMin := 0.0
);

ALK_DOSE_HZ := pidDose.Out;

8.5 阀组路由(FB_RouteSwitch)

FUNCTION_BLOCK FB_RouteSwitch
VAR_INPUT
    loopId       : INT;
    targetRoute  : INT;       (* RT_ACID/RT_ALKALI/RT_FRESH/RT_RECOVERY/RT_AIR *)
    Execute      : BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    Done         : BOOL;
    Busy         : BOOL;
    Error        : BOOL;
END_VAR
VAR
    step         : INT;
    timeout      : TON;
END_VAR

IF Execute AND (NOT Busy) THEN step := 0; Busy := TRUE; Done := FALSE; END_IF;

CASE step OF
0: CloseAllMediaValves(); step := 1; timeout(IN := TRUE, PT := T#5s);
1: IF AllValvesClosed() THEN step := 2; ELSIF timeout.Q THEN step := 99; END_IF;
2: OpenLoopValve(loopId); OpenMediaValve(targetRoute); step := 3;
3: IF LoopValveOpen(loopId) AND MediaValveOpen(targetRoute) AND MpvOK(loopId) THEN
       Done := TRUE; Busy := FALSE; step := 0; timeout(IN := FALSE);
   ELSIF timeout.Q THEN step := 99;
   END_IF;
99: CloseAllMediaValves(); Error := TRUE; Busy := FALSE;
END_CASE;

8.6 配方修改 + 电子签名

FUNCTION_BLOCK FB_RecipeWrite
VAR_INPUT
    recipeId  : INT;
    fieldName : STRING[32];
    newValue  : REAL;
    operator  : STRING[16];
    password  : STRING[32];
    reason    : STRING[80];
END_VAR
VAR_OUTPUT
    ok        : BOOL;
    error     : STRING[80];
END_VAR
VAR
    oldValue  : REAL;
END_VAR

IF NOT VerifyPassword(operator, password) THEN
    ok := FALSE; error := '密码错误';
    LogAudit('AUTH_FAIL', operator, fieldName, '', reason);
    RETURN;
END_IF;

IF NOT HasPermission(operator, 'RECIPE_EDIT') THEN
    ok := FALSE; error := '权限不足'; RETURN;
END_IF;

oldValue := GetRecipeField(recipeId, fieldName);
SetRecipeField(recipeId, fieldName, newValue);
LogAudit('RECIPE_MOD', operator, fieldName,
         CONCAT(REAL_TO_STR(oldValue), '→', REAL_TO_STR(newValue)), reason);
ok := TRUE;

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9. 运行与调试

9.1 上电流程

1. 工控机上电, Darra Service 自启;
2. EtherCAT 主站扫描从站, 期望从站数量 = 2 耦合器 + 4 变频器 = 6, 不符立即报 A_NET_TOPOLOGY;
3. 各罐液位、电导率、温度变送器读值稳定(连续 10 次采样方差 < 0.5%), 否则报 A_INST_WARM;
4. 公用介质检查: 蒸汽压力 0.2~0.6 MPa、压缩空气 0.5 MPa、新鲜水到位;
5. 进入 IDLE, HMI 显示绿色就绪。

9.2 手动调试

• 阀门点动: IDE 里每个 DO 都挂有 Debug 属性, HMI 手动页面可单独点动, 验证气动反馈;
• 泵频率手动: HMI 给 SUPPLY_HZ 写 10 Hz 观察流量和压力;
• PID 整定: 先在开环下给 STEAM_VALVE 阶跃 30%, 记录 LOOP_TEMP 响应曲线, Darra AI 助手自动建议 Kp/Ti/Td, 再闭环验证;
• MPV 强制测试: 模拟某路 MPV_OK 断开, 确认对应回路立即停。

9.3 首次清洗

• 首选低风险回路 L7 奶仓(周期 120 min), 配方里把电导率阈值放宽 20%;
• 观察 HMI 7 步进度条, 每步进入/退出时记录 温度 / 电导率 / 流量 三条曲线;
• 终冲阶段关注 condAvg 下降曲线, 必须连续 60 秒低于 FinalCondLimit;
• 结束后在 HMI 批记录页面查看自动生成的 PDF, 确认操作人、配方版本号、起止时间、三条曲线齐全。

9.4 常见问题

现象	原因	处理
蒸汽阀全开温度仍不上去	蒸汽进气压力低 / 疏水器堵	看 STEAM_PRESS 曲线,低于 0.2 MPa 报警
终冲电导率始终下不来	上游阀串通 / 回收水污染	检查 MPV_OK 反馈 + 换新水冲
某回路不启动	Priority / Request 冲突	调 ParallelPolicy=0 单跑
酸碱罐液位异常	液位计漂移 / 加药失败	按 HMI 重新定义 4 mA / 20 mA 零点
批记录缺曲线	Service 未启动 / 时间不同步	重启 Darra Service + NTP 校时

9.5 三级报警动作

级别	颜色	动作	示例
提示	蓝	HMI 条目 + 日志	液位接近低位
警告	黄	HMI 弹窗 + 蜂鸣	温度偏差 >3 ℃
故障	红	停泵 + 排放 + 短信	MPV 异常 / 急停 / 蒸汽超压

关键联锁(强制硬断):

IF NOT ESTOP THEN
    Supply.Run := FALSE; Return.Run := FALSE;
    Steam.On := FALSE; Drain.Open := TRUE;
    RaiseAlarm(A_ESTOP, 3);
END_IF;

FOR i := 1 TO 8 DO
    IF Loop[i].Busy AND NOT MPV_OK[i] THEN
        RaiseAlarm(A_MPV_FAULT, 3);
        EmergencyStop(i);
    END_IF;
END_FOR;

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10. Darra 功能对照表

业务需求	Darra 对应功能	所在模块
多回路调度	PRG_LoopDispatcher + Priority/Policy	IDE → 程序工程
多 PID 串级	工艺对象 FB_PID / FB_PID_Cascade	IDE → 工艺对象库
电导率滑动平均	工艺对象 FB_MovingAvg	IDE → 信号处理
前馈控制	工艺对象 FB_FeedForward	IDE → 控制库
阀组路由 + MPV 校验	FB_RouteSwitch	IDE → 工艺对象
浓度闭环	FB_PID + 电导率	IDE → 工艺对象
配方管理	内置配方管理器(表格 + 版本 + 签名)	IDE → 配方
三级报警	内置报警系统(蓝/黄/红 + 声光 + 短信)	IDE → 报警
批记录	电子批记录引擎(PDF/CSV/DB)	Darra Service
电子签名	用户权限 + 审计日志	IDE → 用户管理
曲线历史	时序数据库(SQLite + 云端 InfluxDB)	Darra Service
HMI	HMI Designer(所见即所得)	IDE → HMI
远程运维	Darra Cloud 加密隧道	Cloud
合规模板	21 CFR Part 11 / GMP Annex 11	Service + Cloud
授权	按 CPU 核数, 无 IO 点数限制	授权管理

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11. 项目总结

11.1 实施周期

阶段	工时	备注
方案设计	2 周	Darra 工程师远程支持
硬件采购	4 周	汇川 / 纽威国产有库存
控制柜组装	3 周	集成商完成
PLC 程序开发	2 周	Darra 工艺对象 + 配方模板
HMI 开发	1 周	Darra HMI Designer
IQ / OQ	2 周	按 GAMP 5 模板
PQ + 三批验证	3 周	ATP + 菌落双检
总计	17 周	—

11.2 投产效果

指标	设计值	实测值
清洗合格率	≥99.5%	99.9%
单次 CIP 水耗	4.5 m³	3.8 m³
单次蒸汽耗量	120 kg	98 kg
CIP 周期	90 min	82 min
报警响应	<500 ms	<200 ms
批报告生成	<2 min	<30 s
全年合规审计	0 次失败	0 次

11.3 推广价值

• 本方案已在饮料、乳品、啤酒、制药四个行业 累计落地 48 套;
• 工艺对象 + 配方的组合可直接复制到 发酵 / 配液 / 喷雾干燥 相邻工艺;
• 持续扩展的工艺对象库让客户免费享受新功能(无菌过滤 CIP、啤酒糖化 CIP 等);
• Darra Cloud 把现场数据变成企业数据资产, 沉淀配方、工艺曲线、故障库。

一套 Darra 软 PLC, 把 CIP 工艺从"控制系统"升级为"数据资产"。