優(yōu)化控制算法：研祥啤酒生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制

分類：解決方案日期：2010-07-16 10:27:01

本系統(tǒng)根據(jù)生物酵母生長(zhǎng)代謝的多參數(shù)檢測(cè)技術(shù)，間接檢測(cè)分析不可測(cè)量參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化控制算法，控制代謝產(chǎn)物的生成、增殖、基質(zhì)消耗、氧呼吸、CO2的生成，使發(fā)酵過(guò)程處于自動(dòng)控制狀態(tài)中，達(dá)到了提高產(chǎn)量、降低成本的效果

我國(guó)啤酒裝備基本上能滿足啤酒工藝的要求，但隨著啤酒市場(chǎng)的發(fā)展與成熟，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)啤酒工藝和設(shè)備的要求也越來(lái)越高。啤酒生產(chǎn)過(guò)程的工藝、控制與生產(chǎn)管理的工程與應(yīng)用研究不斷進(jìn)步，采用先進(jìn)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)了針對(duì)啤酒生產(chǎn)設(shè)備與工藝特點(diǎn)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

隨著近些年來(lái)計(jì)算機(jī)的迅速普及，監(jiān)控組態(tài)軟件技術(shù)的日益成熟，人們開(kāi)始運(yùn)用工控機(jī)進(jìn)行啤酒生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，避免了人為操作的失誤，具有足夠的靈活性，控制過(guò)程精度也有了很大的進(jìn)步。生產(chǎn)過(guò)程歷史數(shù)據(jù)的有效保存，也為廠家進(jìn)行控制過(guò)程分析，控制曲線改進(jìn)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，提供了良好的原始數(shù)據(jù)參考。

一、啤酒工藝過(guò)程

啤酒生產(chǎn)過(guò)程主要分為：制麥、糖化、發(fā)酵、罐裝四個(gè)部分。

在計(jì)算機(jī)及檢測(cè)設(shè)備的配合下，借助相應(yīng)的軟件平臺(tái)，可根據(jù)不同需要選擇不同控制方案，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程溫度、壓力等參數(shù)的精確調(diào)節(jié)，確保生產(chǎn)工藝要求。

二、控制系統(tǒng)組建

主要涉及：特種計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、PLC/控制器/計(jì)算機(jī)板卡、組態(tài)軟件、液位變送器、壓力變送器、溫度傳感器、電磁閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、檢測(cè)開(kāi)關(guān)等。

三、自動(dòng)控制在主要環(huán)節(jié)應(yīng)用

【1】麥汁制備過(guò)程：

麥汁制備過(guò)程包括原料糖化、麥醪過(guò)濾、麥汁煮沸和麥汁澄清與冷卻等幾個(gè)過(guò)程，是啤酒生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，對(duì)整個(gè)啤酒生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量、消耗等影響很大。糖化過(guò)程工藝指標(biāo)控制的好壞，對(duì)啤酒的穩(wěn)定性、口感、外觀有著決定性的影響。糖化生產(chǎn)過(guò)程工藝比較復(fù)雜、技術(shù)要求高，控制難度較大。自動(dòng)控制方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1）快速測(cè)溫技術(shù)：采用快速測(cè)溫元件，保證原料濕粉碎過(guò)程浸漬水、調(diào)漿水、過(guò)濾過(guò)程洗糟水、麥汁冷卻過(guò)程冷卻溫度的準(zhǔn)確快速控制；

(2）先進(jìn)控制技術(shù)：糊化鍋、糖化鍋、煮沸鍋的溫度控制采用逆模型反饋控制的先進(jìn)算法，克服了溫度對(duì)象時(shí)滯特性，實(shí)際應(yīng)用中保證包括拐點(diǎn)在內(nèi)的溫度控制實(shí)際偏差<＋0.3℃；

(3）溢鍋控制技術(shù)：采用溢鍋檢測(cè)軟件及防溢鍋控制軟件，解決溢鍋問(wèn)題，實(shí)際使用效果良好；

(4）過(guò)濾槽全自動(dòng)控制技術(shù)：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)洗槽、自動(dòng)耕槽、自動(dòng)回流/過(guò)濾控制，保證清亮度、并達(dá)到最快的過(guò)濾

(5）麥汁制備過(guò)程全自動(dòng)控制技術(shù)：實(shí)現(xiàn)自投料開(kāi)始（料倉(cāng)進(jìn)料）至出料（去發(fā)酵車間）的過(guò)程全自動(dòng)控制；

(6）系統(tǒng)框圖：

(7）硬件結(jié)構(gòu)采用研祥的EVOC系列工業(yè)計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集模塊，具體如下：

機(jī)箱/底板/電源：IPC-810A/6113LP4/7271AT

主板：FSC-1613VN

CPU：Celeron 1.0G

硬盤(pán)：80G

采集模塊：

ARK-24520（232轉(zhuǎn)485模塊）

ARK-24018（8路溫度采集）——采集各種溫度信號(hào)

ARK-24017（8路模擬采集）——采集含氧量、水流量模擬信號(hào)

ARK-24052（8路數(shù)字輸入模塊）——各種開(kāi)關(guān)量采集

ARK-24060（4路繼電器輸出模塊）——報(bào)警輸出

【2】酒釀造過(guò)程：

啤酒釀造包括啤酒發(fā)酵、啤酒處理、酵母擴(kuò)培、酵母回收及CO2回收等過(guò)程，

(1）精確的啤酒發(fā)酵溫度測(cè)量技術(shù)：采用溫度變送器測(cè)量溫度信號(hào)

(2）啤酒發(fā)酵溫度的先進(jìn)控制技術(shù)：露天啤酒發(fā)酵罐罐體溫度控制對(duì)象滯后大，多模態(tài)優(yōu)化控制策略，保證發(fā)酵溫度的精確控制；

(3）純生啤酒的綜合自動(dòng)化控制技術(shù)：采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和分布式控制系統(tǒng)對(duì)純生啤酒生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行聯(lián)鎖控制。并以嚴(yán)格的清洗、消毒、殺菌控制，保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)菌化操作；

(4）信息技術(shù)：基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、開(kāi)放的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口的分布式體系結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)化部件和軟件。信息綜合處理實(shí)現(xiàn)各局部之間信息交換、共享，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)管理，包括工藝技術(shù)管理、配方管理、人員管理、優(yōu)化資源配置等方面，有效地提高企業(yè)的創(chuàng)新能力。

(5）系統(tǒng)框圖