[摘要]應(yīng)用PLC和組態(tài)軟技術(shù)對(duì)啤酒生產(chǎn)中糖化生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化改造的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。介紹了啤酒糖化工序控制對(duì)象的特點(diǎn)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置、功能。 [關(guān)鍵詞] 啤酒糖化、PLC、組態(tài)軟件、PID 　　近年來(lái)，隨著人民的生活水平不斷提高，對(duì)啤酒的消費(fèi)越來(lái)越大。根據(jù)國(guó)際飲料生產(chǎn)協(xié)會(huì)（The international beverage produces the association，簡(jiǎn)稱IPPA）2003年統(tǒng)計(jì)調(diào)查表明，我國(guó)的啤酒產(chǎn)量和需求量已經(jīng)位于世界前列，成為啤酒生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。專家預(yù)測(cè)我國(guó)的啤酒行業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期。而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)一些中小規(guī)模啤酒企業(yè)的生產(chǎn)狀況滯后于啤酒的發(fā)展趨勢(shì)。普遍存在自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)效率低下等問(wèn)題。為了消除人工操作帶來(lái)的弊端，降低生產(chǎn)成和糧食消耗，提高啤酒質(zhì)量和產(chǎn)量。啤酒企業(yè)迫切需要自動(dòng)化程度高、安全可靠性好、便于操作維護(hù)的自動(dòng)化系統(tǒng)。 　　啤酒糖化過(guò)程控制是整個(gè)啤酒生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的部分，其工藝指標(biāo)控制的好壞，對(duì)啤酒的穩(wěn)定性、口感受等技術(shù)指標(biāo)起著決定性的作用。 1.啤酒糖化生產(chǎn)工藝過(guò)程 　　麥汁制造俗稱糖化，就是指麥芽及輔料的粉碎，醪的糖化、過(guò)濾，以及麥汁煮沸、冷卻的過(guò)程。糖化工序主要將大米和麥芽等原料經(jīng)除塵、粉碎、調(diào)漿后送入糊化、糖化鍋內(nèi)，嚴(yán)格按照啤酒生產(chǎn)的工藝曲線進(jìn)行升溫、保溫，并在酶的作用下，使麥芽等輔料充分溶解，再將麥汁與麥糟過(guò)濾分離。過(guò)濾后的麥汁經(jīng)煮沸、蒸發(fā)、濃縮以達(dá)到工藝要求的濃度，同時(shí)，在這個(gè)工藝過(guò)程中添加酒花，煮沸后的麥汁送入旋流沉清槽沉清，再經(jīng)過(guò)薄板冷卻至7℃~8℃左右送入發(fā)酵罐。 2.啤酒糖化控制系統(tǒng)特點(diǎn) 　　控制系統(tǒng)主要針對(duì)啤酒生產(chǎn)的糖化發(fā)酵過(guò)程,完成從大米和麥芽的投料、糖化及發(fā)酵全過(guò)程的自動(dòng)化控制，滿足啤酒糖化發(fā)酵對(duì)控制精度的要求，對(duì)啤酒糖化的各種參數(shù),根據(jù)其不同的特點(diǎn)分別采用預(yù)測(cè)控制和串級(jí)控制。糖化過(guò)程控制的特點(diǎn)首先是糊化、糖化、過(guò)濾、煮沸以及澄清各個(gè)工序是間歇進(jìn)行的，而且各個(gè)工序在時(shí)間上還要交叉作業(yè)控制。 目前，糖化過(guò)程控制一般采用小型集散型控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DCS）或由中型PLC和組態(tài)軟件構(gòu)建的控制系統(tǒng)，操作人員主要通過(guò)操作站監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程，整個(gè)糖化工藝基本由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制。國(guó)內(nèi)啤酒廠應(yīng)用較多的是PLC和組態(tài)軟件構(gòu)建的控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)。 3.啤酒糖化控制系統(tǒng)中的PLC 　　該系統(tǒng)由操作站、控制站、現(xiàn)場(chǎng)采集儀表、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。系統(tǒng)框圖見圖（1）。 　　控制站由OMRON PLC構(gòu)成；由于現(xiàn)場(chǎng)采集和控制元件分布比較分散，采用了OMRON的遠(yuǎn)程I/O-B7A結(jié)構(gòu)，完成對(duì)糖化現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)傳至操作站的上位機(jī)和模擬屏，同時(shí)，接受上位機(jī)或模擬屏發(fā)出的指令對(duì)糖化現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制執(zhí)行，現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)種類主要包括；開關(guān)量（自動(dòng)閥的開、關(guān)回訊及各類報(bào)警信號(hào)的輸出等）、模擬量信號(hào)（壓力、液位等現(xiàn)場(chǎng)各種變送器）、脈沖信號(hào)（渦輪等流量計(jì)）數(shù)字信號(hào)（稱料電子秤）等?？刂戚敵鲂盘?hào)主要有；攪拌電機(jī)、打料泵、各種工藝閥門等控制輸出的開關(guān)量、控制調(diào)節(jié)閥輸出的模擬量和PID調(diào)節(jié)的模擬量等。完成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)順序控制。PLC主要技術(shù)指標(biāo)： 1）溫度檢測(cè)精度0.1℃,。 2）液位、壓力檢測(cè)精度0.5%； 3）脈沖量檢測(cè)：無(wú)附加誤差。最大計(jì)數(shù)頻率50KHz ，輸入電壓 5-24VDC 。 4）溫度控制精度為±0.2℃ ，(糖化過(guò)程)和±0.5℃ (發(fā)酵過(guò)程)。 5）開關(guān)狀態(tài)檢測(cè):均以開關(guān)量形式讀入，無(wú)觸點(diǎn)開關(guān) 容量24V　DC500mA。 6）控制信號(hào)輸出:無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，容量24V　DC500mA。 4—20mADC模擬量輸出和比率PID調(diào)節(jié)輸出。 7）采集、控制輸出響應(yīng)時(shí)間≤200ms。 　　PLC選用A/D 4通道的模擬量模塊采集現(xiàn)場(chǎng)變送器的輸出值，采集分辨率為1/4000。PLC每個(gè)掃描周期刷新一次IR測(cè)量通道值。A/D模塊本身有濾波功能，作預(yù)處理，為了更好消除現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的影響，保證A/D 模塊采集的準(zhǔn)確性，通過(guò)程序?qū)R測(cè)量通道值進(jìn)行數(shù)字濾波，克服干擾。濾波的方法很多，可以求平均值，也可加權(quán)平均等等。 對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)輸出的脈沖信號(hào)，PLC當(dāng)做高速計(jì)數(shù)輸入，用高速計(jì)數(shù)模塊CT002采集。 　　糖化現(xiàn)場(chǎng)的溫度測(cè)量采用PLC的溫度模塊TS101完成，不使用溫度變送器，從熱電阻或熱電偶是直接讀取信號(hào)。讀入的溫度值為BCD碼，可直接用于顯示。具有斷線檢測(cè)等功能。雖然溫度模塊轉(zhuǎn)換速度慢，響應(yīng)時(shí)間以秒計(jì)，但一般溫度這種參數(shù)變化多較緩慢，故使用它還是能滿足控制要求的。 　　對(duì)模擬量輸出采用PLC的PID輸出模塊PID0，它有三種輸出形式，半導(dǎo)體輸出、電壓輸出及電流輸出，分別對(duì)應(yīng)有三種型號(hào)。情況同溫度模塊。實(shí)質(zhì)上，它于溫度控制單元所不同的只是輸入部分。溫度模塊輸入的是溫度信號(hào)，而它輸入的為標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)。使用時(shí)，通過(guò)操作站設(shè)定有關(guān)量的設(shè)定值。PLC運(yùn)行后，PID模塊自身的CPU既可運(yùn)行存于內(nèi)存中的有關(guān)程序，用P（比例）I（積分）D （微分）算法，對(duì)工藝閥門進(jìn)行控制，以達(dá)到被控對(duì)象恒定的要求。圖（1）為系統(tǒng)調(diào)節(jié)組運(yùn)行的一組畫面。 　　PLC對(duì)糖化工藝閥門的監(jiān)控采用了動(dòng)作反應(yīng)檢測(cè)的方法，在自動(dòng)閥軸頭上安裝2只接近開關(guān)，當(dāng)自動(dòng)閥開啟或關(guān)閉時(shí)，PLC按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，同時(shí)檢測(cè)兩點(diǎn)回訊反饋，目的使自動(dòng)閥的控制執(zhí)行和監(jiān)控更加可靠，達(dá)到零失誤。 　　對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的用于稱料用的電子秤的信號(hào)由通訊口連接到PLC的ASCII模塊，這樣數(shù)字信號(hào)就與其它常規(guī)的I/O信號(hào)（DI、DO、AI、AO、FID等）一起，由PLC統(tǒng)一采集和控制了。 4.啤酒糖化控制系統(tǒng)軟件簡(jiǎn)介 　　操作站由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和大型模擬屏組成，系統(tǒng)的整個(gè)控制過(guò)程可從模擬屏上或上位機(jī)畫面上直接進(jìn)行可視化操作。而上位機(jī)則完成工藝流程及參數(shù)、各控制回路的參數(shù)設(shè)定，測(cè)量參數(shù)的歷史、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、工藝曲線及報(bào)警等畫面的顯示，PID和串級(jí)調(diào)節(jié)等控制算法，以及打印報(bào)表、保存數(shù)據(jù)的管理功能，大面積模擬屏直觀地顯示工藝流程及設(shè)備狀態(tài)，并作為手動(dòng)操作時(shí)使用。系統(tǒng)提供了圖形化的人機(jī)界面，操作方便， 操作站選用IFXE2.6組態(tài)軟件做為控制系統(tǒng)工作平臺(tái)，運(yùn)行在WINDOWS 2000系統(tǒng)。iFXE是由美國(guó)NTELLUTION公司生產(chǎn)的軟件產(chǎn)品。一個(gè)基于開放式、組件結(jié)構(gòu)的平臺(tái)框架，允許所有INTELLUTION的應(yīng)用程序及第三方組件均可無(wú)縫插入（pulg-in）。iFIX是INTULLUTION DYNAMICS自動(dòng)化軟件家族中的HMI/SCADA組件，是基于WINDOWS NT 的對(duì)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和控制的自動(dòng)化解決方案。 　　iFXE2.6組態(tài)軟件主要完成糖化工藝流程監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，控制回路參數(shù)設(shè)定，趨勢(shì)曲線查詢顯示，溫度曲線編輯，數(shù)據(jù)記錄，報(bào)表打印，報(bào)警顯示記錄、配料控制和系統(tǒng)自檢等功能。 5.結(jié)束語(yǔ) 　　該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)多家啤酒廠推廣應(yīng)用,運(yùn)行效果穩(wěn)定可靠，工藝參數(shù)控制精確,安全系數(shù)高，完全符合啤酒行業(yè)生產(chǎn)需求，并可提高產(chǎn)30%，減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員人數(shù)，啤酒質(zhì)量穩(wěn)定，降低糧食等原料的消耗。提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。 1.作者簡(jiǎn)介： 蔡振宇：（1970——），男，遼寧丹東人，漢族，工程師，主要從事自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)、開發(fā)，已在國(guó)家級(jí)刊物發(fā)表多篇論文。 2.通訊地址： 遼寧省丹東市振興區(qū)黃海大街10號(hào) 丹東通博測(cè)控有限公司 電話：（0415）—6220458 6227332 傳真：（0415）—6227317 手機(jī)：13190210732