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可编程控制器在啤酒糖化过程控制中的应用

供稿:653A294E-B5E1-4E23-9DC7-BFE7D2FF483E 2004/11/30 18:46:00

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[摘要]应用PLC和组态软技术对啤酒生产中糖化生产过程进行自动化改造的设计方法和实现过程。介绍了啤酒糖化工序控制对象的特点和自动控制系统的结构、配置、功能。
[关键词] 啤酒糖化、PLC、组态软件、PID
  近年来,随着人民的生活水平不断提高,对啤酒的消费越来越大。根据国际饮料生产协会(The international beverage produces the association,简称IPPA)2003年统计调查表明,我国的啤酒产量和需求量已经位于世界前列,成为啤酒生产和消费大国。专家预测我国的啤酒行业进入了高速发展的时期。而现在国内一些中小规模啤酒企业的生产状况滞后于啤酒的发展趋势。普遍存在自动化程度低、生产效率低下等问题。为了消除人工操作带来的弊端,降低生产成和粮食消耗,提高啤酒质量和产量。啤酒企业迫切需要自动化程度高、安全可靠性好、便于操作维护的自动化系统。
  啤酒糖化过程控制是整个啤酒生产过程中至关重要的部分,其工艺指标控制的好坏,对啤酒的稳定性、口感受等技术指标起着决定性的作用。1.啤酒糖化生产工艺过程
  麦汁制造俗称糖化,就是指麦芽及辅料的粉碎,醪的糖化、过滤,以及麦汁煮沸、冷却的过程。糖化工序主要将大米和麦芽等原料经除尘、粉碎、调浆后送入糊化、糖化锅内,严格按照啤酒生产的工艺曲线进行升温、保温,并在酶的作用下,使麦芽等辅料充分溶解,再将麦汁与麦糟过滤分离。过滤后的麦汁经煮沸、蒸发、浓缩以达到工艺要求的浓度,同时,在这个工艺过程中添加酒花,煮沸后的麦汁送入旋流沉清槽沉清,再经过薄板冷却至7℃~8℃左右送入发酵罐。2.啤酒糖化控制系统特点
  控制系统主要针对啤酒生产的糖化发酵过程,完成从大米和麦芽的投料、糖化及发酵全过程的自动化控制,满足啤酒糖化发酵对控制精度的要求,对啤酒糖化的各种参数,根据其不同的特点分别采用预测控制和串级控制。糖化过程控制的特点首先是糊化、糖化、过滤、煮沸以及澄清各个工序是间歇进行的,而且各个工序在时间上还要交叉作业控制。
目前,糖化过程控制一般采用小型集散型控制系统(简称DCS)或由中型PLC和组态软件构建的控制系统,操作人员主要通过操作站监视生产过程,整个糖化工艺基本由计算机系统控制。国内啤酒厂应用较多的是PLC和组态软件构建的控制系统控制系统。3.啤酒糖化控制系统中的PLC
  该系统由操作站、控制站、现场采集仪表、变送器和执行机构组成。系统框图见图(1)。



  控制站由OMRON PLC构成;由于现场采集和控制元件分布比较分散,采用了OMRON的远程I/O-B7A结构,完成对糖化现场的数据采集,将采集到的数据传至操作站的上位机和模拟屏,同时,接受上位机或模拟屏发出的指令对糖化现场的执行机构进行控制执行,现场采集的信号种类主要包括;开关量(自动阀的开、关回讯及各类报警信号的输出等)、模拟量信号(压力、液位等现场各种变送器)、脉冲信号(涡轮等流量计)数字信号(称料电子秤)等。控制输出信号主要有;搅拌电机、打料泵、各种工艺阀门等控制输出的开关量、控制调节阀输出的模拟量和PID调节的模拟量等。完成整个生产过程的自动顺序控制。PLC主要技术指标:
1)温度检测精度0.1℃,。
2)液位、压力检测精度0.5%;
3)脉冲量检测:无附加误差。最大计数频率50KHz ,输入电压 5-24VDC 。
4)温度控制精度为±0.2℃ ,(糖化过程)和±0.5℃ (发酵过程)。
5)开关状态检测:均以开关量形式读入,无触点开关 容量24V DC500mA。
6)控制信号输出:无触点开关,容量24V DC500mA。
4—20mADC模拟量输出和比率PID调节输出。
7)采集、控制输出响应时间≤200ms。
  PLC选用A/D 4通道的模拟量模块采集现场变送器的输出值,采集分辨率为1/4000。PLC每个扫描周期刷新一次IR测量通道值。A/D模块本身有滤波功能,作预处理,为了更好消除现场干扰信号对系统采集数据的影响,保证A/D 模块采集的准确性,通过程序对IR测量通道值进行数字滤波,克服干扰。滤波的方法很多,可以求平均值,也可加权平均等等。
对于现场流量计输出的脉冲信号,PLC当做高速计数输入,用高速计数模块CT002采集。
  糖化现场的温度测量采用PLC的温度模块TS101完成,不使用温度变送器,从热电阻或热电偶是直接读取信号。读入的温度值为BCD码,可直接用于显示。具有断线检测等功能。虽然温度模块转换速度慢,响应时间以秒计,但一般温度这种参数变化多较缓慢,故使用它还是能满足控制要求的。
  对模拟量输出采用PLC的PID输出模块PID0,它有三种输出形式,半导体输出、电压输出及电流输出,分别对应有三种型号。情况同温度模块。实质上,它于温度控制单元所不同的只是输入部分。温度模块输入的是温度信号,而它输入的为标准电流或电压信号。使用时,通过操作站设定有关量的设定值。PLC运行后,PID模块自身的CPU既可运行存于内存中的有关程序,用P(比例)I(积分)D (微分)算法,对工艺阀门进行控制,以达到被控对象恒定的要求。图(1)为系统调节组运行的一组画面。


  PLC对糖化工艺阀门的监控采用了动作反应检测的方法,在自动阀轴头上安装2只接近开关,当自动阀开启或关闭时,PLC按照预先设定的时间,同时检测两点回讯反馈,目的使自动阀的控制执行和监控更加可靠,达到零失误。
  对于现场的用于称料用的电子秤的信号由通讯口连接到PLC的ASCII模块,这样数字信号就与其它常规的I/O信号(DI、DO、AI、AO、FID等)一起,由PLC统一采集和控制了。4.啤酒糖化控制系统软件简介
  操作站由工业控制计算机和大型模拟屏组成,系统的整个控制过程可从模拟屏上或上位机画面上直接进行可视化操作。而上位机则完成工艺流程及参数、各控制回路的参数设定,测量参数的历史、实时趋势曲线、工艺曲线及报警等画面的显示,PID和串级调节等控制算法,以及打印报表、保存数据的管理功能,大面积模拟屏直观地显示工艺流程及设备状态,并作为手动操作时使用。系统提供了图形化的人机界面,操作方便,
操作站选用IFXE2.6组态软件做为控制系统工作平台,运行在WINDOWS 2000系统。iFXE是由美国NTELLUTION公司生产的软件产品。一个基于开放式、组件结构的平台框架,允许所有INTELLUTION的应用程序及第三方组件均可无缝插入(pulg-in)。iFIX是INTULLUTION DYNAMICS自动化软件家族中的HMI/SCADA组件,是基于WINDOWS NT 的对生产过程监视和控制的自动化解决方案。
  iFXE2.6组态软件主要完成糖化工艺流程监控,现场测量数据显示,控制回路参数设定,趋势曲线查询显示,温度曲线编辑,数据记录,报表打印,报警显示记录、配料控制和系统自检等功能。5.结束语
  该系统在国内多家啤酒厂推广应用,运行效果稳定可靠,工艺参数控制精确,安全系数高,完全符合啤酒行业生产需求,并可提高产30%,减少现场操作人员人数,啤酒质量稳定,降低粮食等原料的消耗。提高了企业经济效益。1.作者简介:
蔡振宇:(1970——),男,辽宁丹东人,汉族,工程师,主要从事自动化工程设计、开发,已在国家级刊物发表多篇论文。2.通讯地址:
辽宁省丹东市振兴区黄海大街10号
丹东通博测控有限公司
电话:(0415)—6220458 6227332
传真:(0415)—6227317
手机:13190210732

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