[摘要]應用PLC和組態(tài)軟技術(shù)對啤酒生產(chǎn)中糖化生產(chǎn)過程進行自動化改造的設(shè)計方法和實現(xiàn)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(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，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(jù)國際飲料生產(chǎn)協(xié)會（The international beverage produces the association，簡稱IPPA）2003年統(tǒng)計調(diào)查表明，我國的啤酒產(chǎn)量和需求量已經(jīng)位于世界前列，成為啤酒生產(chǎn)和消費大國。專家預測我國的啤酒行業(yè)進入了高速發(fā)展的時期。而現(xiàn)在國內(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。普遍存在自動化程度低、生產(chǎn)效率低下等問題。為了消除人工操作帶來的弊端，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)迫切需要自動化程度高、安全可靠性好、便于操作維護的自動化系統(tǒng)。 　　啤酒糖化過程控制是整個啤酒生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的部分，其工藝指標控制的好壞，對啤酒的穩(wěn)定性、口感受等技術(shù)指標起著決定性的作用。 1.啤酒糖化生產(chǎn)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(jīng)除塵、粉碎、調(diào)漿后送入糊化、糖化鍋內(nèi)，嚴格按照啤酒生產(chǎn)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(jīng)煮沸、蒸發(fā)、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(jīng)過薄板冷卻至7℃~8℃左右送入發(fā)酵罐。 2.啤酒糖化控制系統(tǒng)特點 　　控制系統(tǒng)主要針對啤酒生產(chǎn)的糖化發(fā)酵過程,完成從大米和麥芽的投料、糖化及發(fā)酵全過程的自動化控制，滿足啤酒糖化發(fā)酵對控制精度的要求，對啤酒糖化的各種參數(shù),根據(jù)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(yè)控制。 目前，糖化過程控制一般采用小型集散型控制系統(tǒng)（簡稱DCS）或由中型PLC和組態(tài)軟件構(gòu)建的控制系統(tǒng)，操作人員主要通過操作站監(jiān)視生產(chǎn)過程，整個糖化工藝基本由計算機系統(tǒng)控制。國內(nèi)啤酒廠應用較多的是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)場采集儀表、變送器和執(zhí)行機構(gòu)組成。系統(tǒng)框圖見圖（1）。 　　控制站由OMRON PLC構(gòu)成；由于現(xiàn)場采集和控制元件分布比較分散，采用了OMRON的遠程I/O-B7A結(jié)構(gòu)，完成對糖化現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)傳至操作站的上位機和模擬屏，同時，接受上位機或模擬屏發(fā)出的指令對糖化現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)進行控制執(zhí)行，現(xiàn)場采集的信號種類主要包括；開關(guān)量（自動閥的開、關(guān)回訊及各類報警信號的輸出等）、模擬量信號（壓力、液位等現(xiàn)場各種變送器）、脈沖信號（渦輪等流量計）數(shù)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(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。完成整個生產(chǎn)過程的自動順序控制。PLC主要技術(shù)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(shù)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(fā)酵過程)。 5）開關(guān)狀態(tài)檢測:均以開關(guān)量形式讀入，無觸點開關(guān) 容量24V　DC500mA。 6）控制信號輸出:無觸點開關(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、控制輸出響應時間≤200ms。 　　PLC選用A/D 4通道的模擬量模塊采集現(xiàn)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(xiàn)場干擾信號對系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的影響，保證A/D 模塊采集的準確性，通過程序?qū)R測量通道值進行數(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。 對于現(xiàn)場流量計輸出的脈沖信號，PLC當做高速計數(shù)輸入，用高速計數(shù)模塊CT002采集。 　　糖化現(xiàn)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(zhuǎn)換速度慢，響應時間以秒計，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(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，而它輸入的為標準電流或電壓信號。使用時，通過操作站設(shè)定有關(guān)量的設(shè)定值。PLC運行后，PID模塊自身的CPU既可運行存于內(nèi)存中的有關(guān)程序，用P（比例）I（積分）D （微分）算法，對工藝閥門進行控制，以達到被控對象恒定的要求。圖（1）為系統(tǒng)調(diào)節(jié)組運行的一組畫面。 　　PLC對糖化工藝閥門的監(jiān)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(guān)，當自動閥開啟或關(guān)閉時，PLC按照預先設(shè)定的時間，同時檢測兩點回訊反饋，目的使自動閥的控制執(zhí)行和監(jiān)控更加可靠，達到零失誤。 　　對于現(xiàn)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(shù)字信號就與其它常規(guī)的I/O信號（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)軟件簡介 　　操作站由工業(yè)控制計算機和大型模擬屏組成，系統(tǒng)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(shù)、各控制回路的參數(shù)設(shè)定，測量參數(shù)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(diào)節(jié)等控制算法，以及打印報表、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)，并作為手動操作時使用。系統(tǒng)提供了圖形化的人機界面，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，運行在WINDOWS 2000系統(tǒng)。iFXE是由美國NTELLUTION公司生產(chǎn)的軟件產(chǎn)品。一個基于開放式、組件結(jié)構(gòu)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(chǎn)過程監(jiān)視和控制的自動化解決方案。 　　iFXE2.6組態(tài)軟件主要完成糖化工藝流程監(jiān)控，現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)顯示，控制回路參數(shù)設(shè)定，趨勢曲線查詢顯示，溫度曲線編輯，數(shù)據(jù)記錄，報表打印，報警顯示記錄、配料控制和系統(tǒng)自檢等功能。 5.結(jié)束語 　　該系統(tǒng)在國內(nèi)多家啤酒廠推廣應用,運行效果穩(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)濟效益。 1.作者簡介： 蔡振宇：（1970——），男，遼寧丹東人，漢族，工程師，主要從事自動化工程設(shè)計、開發(fā)，已在國家級刊物發(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 丹東通博測控有限公司 電話：（0415）—6220458 6227332 傳真：（0415）—6227317 手機：13190210732