技术文章

当前页面: 首页 >技术文章 >泓格WinCon8000在啤酒发酵控制系统的应用

泓格WinCon8000在啤酒发酵控制系统的应用

供稿:泓格科技大陆总部上海金泓格国际贸易有限公司 2005/8/12 14:37:00

0 人气:5552

摘要:啤酒发酵是啤酒生产过程非常重要的环节,特别对发酵过程中温度、压力的控制尤其重要。应用泓格公司新近面世的WinCE-Based,集PLC与PC于一体的Wincon8000作主控器,构成了一基于工业Ethernet的分布式网络控制系统。系统的研制可提高自动化程度和集成各种信息,控制生产工艺。具有可靠性高,性能高,分散控制,集中监视和管理功能。该系统采用上、下位微机协调监控的控制方案,由系统工程师站和现场控制站组成,对全厂发酵罐实行全自动控制。生产实践证明,该系统抗干扰能力强,运行稳定,用户界面友好,可在啤酒行业推广应用。1  概述
我国是啤酒生产和消费大国,几乎每个城市均有啤酒厂,发酵是影响啤酒工业产品质量的重要因素, 对它的控制一般通过控制发酵温度来实现。由于该过程具有非线性、时间滞后和大惯性等特征, 发酵过程的精密控制是自动控制领域的较难解决问题之一, 不断地随着控制领域新技术新方法的涌现而改进。控制技术是控制方法实施的物理载体, 改进啤酒发酵生产过程控制是酿造业技术进步的有效措施,它可以在不增加原材料及动力消耗的前提下,增加产品产量、提高产品质量,同时还可以减轻劳动强度、改善工作条件、提高发酵工艺水平及生产管理水平。因此,啤酒优化发酵控制具有很大的应用价值。通常,酿造业的发酵是在密闭的容器(罐)中进行的,每个罐的控制点数相对集中,但数量不多,而一个啤酒酿造厂一般有多个发酵罐,且分布又比较广,为避免系统资源浪费,采用基于工业Ethernet的方式的NCS(网络控制系统)是其最佳的选择。目前,用于啤酒发酵控制的主控器一般采用PLC,但由于传统的PLC实现基于Ethernet的连接不仅困难,而且PLC的工业Ethernet接口模块价格较高,使控制系统的经济性受到了一定了限制,而基于PC的控制系统由于Windows(含WinCE)以及Linux操作系统对工业Ethernet的支持,使得PC—Based的NCS系统变得十分简单。但由于PC特殊的架构,使得基于PC的控制系统在现场级应用受到了一定的限制。泓格公司的Wincon8000是一款PC-Based的PLC,即其操作系统使用的易于使用的WinCE,而硬件架构是基于PLC的,他即PLC与PC于一身,兼具PLC和PC的特点,是啤酒发酵控制系统主控器较为理想的选择。2  啤酒发酵控制策略与方案
对发酵过程中温度、压力、液位、周期等工艺参数进行全方位检测控制。为了使罐内酒液循环并有利于不同发酵期的酵母沉淀,一般采用分三段间冷方式,控制罐内酒液温度,使之形成自上而下的温度梯度。在上、中、下分别设有温度检测点。实践证明,三段冷媒入口装设分配阀,并适当调节分配比,只以中段温度为被控参数,并控制冷媒于管入口总流量可以达到工艺提出的控制要求。
按啤酒发酵工艺要求,整个发酵过程的温度控制在不同发酵时期是不同的,一般为7~8段折线。其中从12℃保温向9℃下降的转折点取决于酒液残糖量而不取决于发酵时间。但目前国内尚无适合啤酒发酵生产的在线分析仪-糖度计,此系统具有时间坐标可移动的功能,与取样分析相结合,实现糖度控制的要求。
为了保证贮酒在不同阶段的温度设定值,设有温度的上下限报警,为了保证罐内压力在不同阶段的压力设定值,设有压力的上下限报警。每个罐设有液位指示,可以作为装酒和成品计量用,还可以了解整个发酵过程的液位变化。整个系统还设有仪表断线报警、电源掉电报警,系统异常报警使与子自动切换。
由于发酵过程中的生化反应是大惯性、时变强非线性耦合的多输入多输出, 要求控制平稳,以免控制不当造成微生物死亡,而贮酒阶段控制温度又很接近啤酒的冰点, 及易造成啤酒罐壁结冰。在正常生产中, 温度传感器经常出现一些“故障”, 如由于当发酵罐中啤酒液面下降时上温度点时常会暴露在空气中, 当发酵温度过低时空气中的水蒸气凝结在传感器上等,这些都会使温度测量不准确,这就要求控制器有容错控制的能力。为了实现啤酒发酵的有效控制,保证贮酒在不同阶段的温度设定值,对其温度控制采用图1所示的温控策略。其控制方案见图2所示。温度控制测点见图3所示。3 控制系统设计
整个控制系统采用分布式的控制策略方式,每个现地控制单元以泓格Wincon8000为主控制器,并采用工业Ethernet作为数据传输载体,构成了以工业Ethernet的NCS系统




3.1 现地控制单元
� 主控制器:根据啤酒发酵控制对现地控制单元的要求,选择WinCon-8331-G紧凑型嵌入式控制系统。WinCon-8000具有信号模块插槽,与PLC等控制器相同的架构,主机为PC硬件及WinCE操作系统,如此巧妙地变成使用PC的环境,但是具有PLC控制信号的功能,此为一机两面的“PC+PLC”组合体。信号模块包含模拟量信号(Analog)、开关量信号(Digital)等多种规格的产品。泓格公司对于这些信号模块提供SDK的链接库,信号控制的设计就是读取及写入等两种指令,如同有关档案数据处理也是Read、Write等指令一样的简单易用。原本控制信号是要透过PLC来控制,如今WinCON-8000为PC的架构,设计方式当然就是使用PC的程序语言。在WinCon8000内部预装Windows CE.NET,可以使控制系统非常容易的使用Microsoft Embedded Visual C  ,Visual Basic.NET或是Visual C#来开发控制应用程序。由于Windows CE. NET是个强实时系统,它支持处理不同等级的优先权转换,并给这一等级提供确定的控制,就象PLC一样。此外,Windows CE. NET较传统的PLC系统而言有一系列的优点,包括网络通讯,图形用户界面,信息处理,大容量存储管理,支持标准的PC接口和编程的易用性等。Windows CE.NET加上PLC的强实时特性,就产生了一个强有力的控制解决方案。WinCon-8000系列是一个无盘的实时控制平台,它是传统的PLC和Windows PC机的强强整合体。
模拟量控制模块:ICPDAS I-8017MR 8K模拟量输入模块
� 单通道查询模式:100KHz;
� 8通道扫描模式:8KHz;
� .输入带宽:40KHz;
� 分辨率:14位;
� .输入类型:差分;
目的:主要实时采集啤酒发酵罐的温度、压力、液位等状态信息。
开关量控制模块:ICPDAS I-8042 8K开关量模块
� 开关量输入通道数:16Chans;
� 开关量输入通道数:16Chans;
� 3750V隔离(外供电);
� .集电极开路输出:125mA/通道;
� .响应时间:最快0.1ms;
目的:实时控制阀的开启与关闭,实时监测液位的报警液位等。
定时/计数模块:ICPDAS I-8080 8K计数/频率模块
� 输入频率:0.3~1KHz(频率模式)、.最大5KHz(计数模式)
目的:实时控制发酵周期。
   整个分布式啤酒发酵控制系统的示意图见图4所示。



3.2  中控室设备
   中控室啤酒发酵监控中心采用轮巡方式对12个啤酒发酵罐的现地控制单元进行扫描通信,获取12个啤酒发酵罐的实时状态控制参数,并对其实时判断,并可对12个Wincon8000的运行状态及其健康状态进行实时监测。泓格公司提供了Wincon8000的上位机OPC服务,因此程序设计变得十分简单。中控室的监控中心采用Windows2000 Server,并采用SQL Server数据库管理技术,并可与企业的MIS系统进行无缝连接。 4  控制系统软件设计
啤酒发酵过程监控系统软件模块及功能的划分如图5所示, 可以分为3 部分: PLC 软件、监控调度层软件、生产管理层软件。



4.1 WinCon8000 软件
按照调度监控层下达的工艺控制发酵罐的温度, 程序可以分为5个模块:
 数据采集:该模块采样发酵罐的传感器数据,进行滤波并和标读变换。
 工艺进度:该模块根据发酵工艺、传感器数据和系统时间, 判断发酵的进度。
 温度控制:按照所处工艺段的工艺温度以一定的控制率控制阀门的开关。
 故障诊断:该模块主要实时的诊断WinCon8000模块的故障, 传感器的典型故障。
 网络通讯:该模块负责与监控调度层计算机通讯, 处于被动通讯方式。
这部分的设计,主要在基于WinCE的操作系统中,利用Embedded Visual C  开发工具,利用泓格公司提供的API和控制I/O的DLL完成对模拟量输入模块、数字量输入/输出模块以及通信的功能。按照图1的温度控制策略以及图2的温度控制方案实施对啤酒发酵过程的实时监控,并将实时控制参数、实时监测结果以及对Wincon8000的某些特性监测,如电源、通信等状态信息通过工业Ethernet接口实时上传到中控室内。温度控制采用模糊加权PID控制方法。模糊加权PID控制器由两级控制器组成,上一级为模糊加权控制器,下一级为PID 控制器,模糊加权PID温控系统的结构框图如图5所示。图中的PID控制器直接对被控对象实施控制,而模糊加权控制器则用来在线调整PID 参数,使PID控制器具有自适应能力,增强系统的鲁棒性。模糊加权PID控制策略见图6所示。



图6:模糊加权PID温控系统的结构框图
4.2  控调度层软件 
监控调度层计算机软件是操作员监控发酵过程的操作平台。程序分为5 个模块:
 任务调度:实现发酵任务的在线调度, 给发酵罐下达发酵任务。
 人机接口:实现显示发酵过程实时数据, 执行工艺数据文件、定时过程数据发布、定时查询工艺状态有无变化及其处理、定时保存数据、发布命令及处理、定时预命令查询、用户登录及权限校验、系统重启动初始化、生成控制命令操作日志。
 监控日志:把操作工人的在监控层的操作生成操作日志保存。
 数据管理:该模块定义了<< p="">

更多内容请访问 泓格科技大陆总部上海金泓格国际贸易有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=36484)

手机扫描二维码分享本页

工控网APP下载安装

工控速派APP下载安装

 

我来评价

评价:
一般