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可編程控制器在啤酒糖化過程控制中的應用
上傳作者:08:29:44 system

可編程控制器在啤酒糖化過程控制中的應用 

作者:蔡振宇  

摘要:應用 PLC 和組態軟技術對啤酒生產中糖化生產過程進行自動化改造的設計方法和實

現過程。介紹了啤酒糖化工序控制對象的特點和自動控制系統的結構、配置、功能。 

關鍵詞: 啤酒糖化、PLC、組態軟件、PID 

Beer diatom the soil filter the machine liquid to press the device 

Programmable Controller the control the system design 

Author:  Cai Zhengyu   

(Tongbo measurement & control Co.Ltd.,Dandong,Liaoning) 

Summary: Application PLC is with the set the soft technique of configure design beer produce inside 

saccharificationproduction line proceed automate reform method with realize process.Introduced the 

beer sugar chemical engineering the preface to control the object's characteristics to control the 

systems construction with auto, install, function. 

Key phrase: Beer saccharification ,Programmable Controller, configure, PID 

近年來,隨著人民的生活水平不斷提高,對啤酒的消費越來越大。根據國際

飲料生產協會(The international beverage produces the association,簡

稱 IPPA)2003 年統計調查表明,我國的啤酒產量和需求量已經位于世界前列,

成為啤酒生產和消費大國。專家預測我國的啤酒行業進入了高速發展的時期。而

現在國內一些中小規模啤酒企業的生產狀況滯后于啤酒的發展趨勢。普遍存在自

動化程度低、生產效率低下等問題。為了消除人工操作帶來的弊端,降低生產成

和糧食消耗,提高啤酒質量和產量。啤酒企業迫切需要自動化程度高、安全可靠

性好、便于操作維護的自動化系統。 

啤酒糖化過程控制是整個啤酒生產過程中至關重要的部分,其工藝指標控制

的好壞,對啤酒的穩定性、口感受等技術指標起著決定性的作用。 

1  啤酒糖化生產工藝過程 

  麥汁制造俗稱糖化,就是指麥芽及輔料的粉碎,醪的糖化、過濾,以及麥汁煮

沸、冷卻的過程。糖化工序主要將大米和麥芽等原料經除塵、粉碎、調漿后送入

糊化、糖化鍋內,嚴格按照啤酒生產的工藝曲線進行升溫、保溫,并在酶的作用

下,使麥芽等輔料充分溶解,再將麥汁與麥糟過濾分離。過濾后的麥汁經煮沸、

蒸發、濃縮以達到工藝要求的濃度,同時,在這個工藝過程中添加酒花,煮沸后

的麥汁送入旋流沉清槽沉清,再經過薄板冷卻至7℃~8℃左右送入發酵罐。 

2  啤酒糖化控制系統特點 

控制系統主要針對啤酒生產的糖化發酵過程,完成從大米和麥芽的投料、糖

化及發酵全過程的自動化控制,滿足啤酒糖化發酵對控制精度的要求,對啤酒糖

化的各種參數,根據其不同的特點分別采用預測控制和串級控制。糖化過程控制

的特點首先是糊化、糖化、過濾、煮沸以及澄清各個工序是間歇進行的,而且各

個工序在時間上還要交叉作業控制。 

目前,糖化過程控制一般采用小型集散型控制系統(簡稱 DCS)或由中型

PLC和組態軟件構建的控制系統,操作人員主要通過操作站監視生產過程,整個

糖化工藝基本由計算機系統控制。國內啤酒廠應用較多的是 PLC 和組態軟件構

建的控制系統控制系統。 

 

 

 圖(1) :糖化控制系統框圖 

 

3  啤酒糖化控制系統中的 PLC 

該系統由操作站、控制站、現場采集儀表、變送器和執行機構組成。系統框

圖見圖(1)。 

 

   控制站由 OMRON  PLC 構成;由于現場采集和控制元件分布比較分散,采

用了OMRON 的遠程I/O-B7A 結構,完成對糖化現場的數據采集,將采集到的

數據傳至操作站的上位機和模擬屏,同時,接受上位機或模擬屏發出的指令對糖

化現場的執行機構進行控制執行,現場采集的信號種類主要包括;開關量(自動

閥的開、關回訊及各類報警信號的輸出等)、模擬量信號(壓力、液位等現場各

種變送器)、脈沖信號(渦輪等流量計)數字信號(稱料電子秤)等。控制輸出

信號主要有;攪拌電機、打料泵、各種工藝閥門等控制輸出的開關量、控制調節

閥輸出的模擬量和 PID 調節的模擬量等。完成整個生產過程的自動順序控制。

PLC主要技術指標: 

1)溫度檢測精度0.1℃ ,。 

2)液位、壓力檢測精度0.5%; 

3)脈沖量檢測:無附加誤差。最大計數頻率50KHz ,輸入電壓 5-24VDC 。   

  4)溫度控制精度為±0.2℃  ,(糖化過程)和±0.5℃  (發酵過程)。 

5)開關狀態檢測:均以開關量形式讀入,無觸點開關 容量24V  DC500mA。 

6)控制信號輸出:無觸點開關,容量24V  DC500mA。4—20mADC模擬量輸出和

比率PID調節輸出。 

7)采集、控制輸出響應時間≤200ms。 

PLC選用A/D 4通道的模擬量模塊采集現場變送器的輸出值, 采集分辨率為

1/4000。PLC每個掃描周期刷新一次IR測量通道值。A/D模塊本身有濾波功能,

作預處理,為了更好消除現場干擾信號對系統采集數據的影響,保證 A/D 模塊

采集的準確性,通過程序對 IR 測量通道值進行數字濾波,克服干擾。濾波的方法很多,可以求平均值,也可加權平均等等。如設置一個100  ms定時器,按照

定時時間,連續采集10次數據,存于DM1000至DM1009單元中,濾去最高和

最低值,然后對8個數據求和并作平均,并以其值作為采集數即為濾波后的值,

存于DM1010單元(余數在DM1011單元)。 

對于現場流量計輸出的脈沖信號,PLC當做高速計數輸入,用高速計數模塊

CT002采集。高速計數模塊有多種計數模式;可通過旋轉前面板的波段開關選擇

單元號(0∽9)和模式(1線性,2環性,3預置,4門控,5閂鎖,6采樣),通

過調整后面板上的DIP波段開關進行選擇和設置高速計數單元的運行模式 (輸入

形式選擇,內部復位位,輸入 Z,控制出入 IN1)。DIP 波段開關設置為 5,選擇

閂鎖模式(5),在閂鎖模式中,輸入形式選用單向增減方式,有兩個選擇用內部

觸發方式的控制輸入位 IN1 和 IN2,用IN1 上升沿啟動計數,啟動計數 20s 后斷

開 IN1,計數值繼續累計,當 IN1 為 ON 時,計數又從零開始。IN2 控制閂鎖,

其上升沿觸發閂鎖,即內部 IR2 個計數通道中的值被閂鎖住,保持不變。當 IN2

為ON時,其上升沿又使當時計數值讀入內部 IR兩個計數通道中。內部IR兩個

計數通道中的計數值為 BCD 碼,計數范圍-8,388,608∽+8,388,607,計數

值占用內部低位和高位兩個IR 通道的低位和高位。 

在程序初始化中用指令將IN1位至“1”使計數模塊啟動,用PLC內部通道

IR136 和 IR137 中為高速計數輸入的低 8 位和高 8 位。利用 PLC 內部 2 個高速

0.01ms定時器TIMH006 和TIMH007和 BCD  減法指令SBUL(55)計算出采集

信號的頻率,  DM225 和 DM226 單元中為頻率的低 8 位和高 8 位。用流量當量

乘以頻率得出流量計的瞬時量。值得注意的是;在計數范圍達到最高位值據。流

量的頻率計算梯形圖程序見圖(2) 

 

圖(2) :頻率計算梯形圖 

糖化現場的溫度測量采用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。讀入的溫度值為BCD碼,可直接用于顯示。具有斷線檢測等功能。雖然溫度模塊轉換速度慢,響應時間以秒計,但一般溫度

這種參數變化多較緩慢,故使用它還是能滿足控制要求的。 

對模擬量輸出采用PLC的PID輸出模塊PID0,它有三種輸出形式,半導體

輸出、電壓輸出及電流輸出,分別對應有三種型號。情況同溫度模塊。實質上,

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,而它輸

入的為標準電流或電壓信號。使用時,通過操作站設定有關量的設定值。PLC

運行后,PID 模塊自身的 CPU 既可運行存于內存中的有關程序,用 P(比例)I

(積分)D (微分)算法,對工藝閥門進行控制,以達到被控對象恒定的要求。

圖(3)為系統調節組運行的一組畫面。 

 

 

 

圖(3)  調節組運行畫面 

 

PLC對糖化工藝閥門的監控采用了動作反應檢測的方法, 在自動閥軸頭上安

裝2只接近開關,當自動閥開啟或關閉時,PLC按照預先設定的時間,同時檢測

兩點回訊反饋,目的使自動閥的控制執行和監控更加可靠,達到零失誤。 

對于現場的用于稱料用的電子秤的信號由通訊口連接到 PLC 的 ASCII 模塊,這

樣數字信號就與其它常規的I/O信號(DI、DO、AI、AO、FID等)一起,由PLC

統一采集和控制了。 

4  啤酒糖化控制系統軟件簡介 

操作站由工業控制計算機和大型模擬屏組成, 系統的整個控制過程可從模擬

屏上或上位機畫面上直接進行可視化操作。而上位機則完成工藝流程及參數、各

控制回路的參數設定,測量參數的歷史、實時趨勢曲線、工藝曲線及報警等畫面

的顯示,PID和串級調節等控制算法,以及打印報表、保存數據的管理功能,大

面積模擬屏直觀地顯示工藝流程及設備狀態,并作為手動操作時使用。系統提供了圖形化的人機界面,操作方便, 

操作站選用IFXE2.6組態軟件做為控制系統工作平臺, 運行在WINDOWS  2000

系統。iFXE是由美國NTELLUTION公司生產的軟件產品。一個基于開放式、組

件結構的平臺框架,允許所有 INTELLUTION 的應用程序及第三方組件均可無

縫插入(pulg-in)。iFIX 是 INTULLUTION  DYNAMICS 自動化軟件家族中的

HMI/SCADA 組件,是基于 WINDOWS  NT 的對生產過程監視和控制的自動化

解決方案。 

 

 

iFXE2.6組態軟件主要完成糖化工藝流程監控,現場測量數據顯示,控制回

路參數設定,趨勢曲線查詢顯示,溫度曲線編輯,數據記錄,報表打印,報警顯

示記錄、配料控制和系統自檢等功能。 

5  結束語 

該系統在國內多家啤酒廠推廣應用,運行效果穩定可靠,工藝參數控制精確,

安全系數高,完全符合啤酒行業生產需求,并可提高產30%,減少現場操作人員

人數,啤酒質量穩定,降低糧食等原料的消耗。提高了企業經濟效益。 


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