系列產(chǎn)品，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了發(fā)酵控制系統(tǒng)，并已成功地應(yīng)用于我公司現(xiàn)場(chǎng)。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，該系統(tǒng)技術(shù)性能優(yōu)良，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作直觀方便，對(duì)發(fā)酵控制取得成功。
1、 控制系統(tǒng)的組成與功能
根據(jù)啤酒發(fā)酵工藝，我們?cè)诎l(fā)酵罐的上、中、下三段各設(shè)了冷卻盤管，管內(nèi)的冷媒采用酒精溶液，通過(guò)控制閥門的開(kāi)啟來(lái)控制發(fā)酵溫度。其生產(chǎn)過(guò)程流程圖如圖1所示。
本系統(tǒng)上位機(jī)配置1臺(tái)586微型計(jì)算機(jī)和1臺(tái)打印機(jī)。下位機(jī)采用西門子S7-300可編程控制器，通過(guò)Profibus-DP總線接口與上位機(jī)相連，構(gòu)成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，其組成結(jié)構(gòu)圖2所示。
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① 對(duì)每個(gè)發(fā)酵罐的上、中、下3個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，罐內(nèi)實(shí)行壓力檢測(cè)。整個(gè)發(fā)酵過(guò)程按照發(fā)酵機(jī)理，根據(jù)主酵→雙己酰還原→冷卻→酵母回收→后貯的階段，分別設(shè)定曲線進(jìn)行控制，并采用滯后預(yù)估等控制方法，使系統(tǒng)控制精度符合工藝要求。
② 上位計(jì)算機(jī)可以動(dòng)態(tài)顯示每個(gè)發(fā)酵罐的工藝流程，即溫度、壓力、進(jìn)酒時(shí)間、酒齡及超限聲光報(bào)警等，以便對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行宏觀管理，并具有閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示，閥門的手自動(dòng)控制，實(shí)時(shí)報(bào)表打印等功能。
③ 能監(jiān)視每個(gè)發(fā)酵罐的溫度、壓力周期曲線，當(dāng)累積酒齡達(dá)到時(shí)，自動(dòng)出信號(hào)，以便人工確定是否執(zhí)行下步操作。
根據(jù)工藝要求設(shè)有操作員、工藝操作員及總工三級(jí)密碼，并對(duì)各工藝參數(shù)進(jìn)行保存及報(bào)表處理功能。保證了系統(tǒng)安全，強(qiáng)化了生產(chǎn)管理，為經(jīng)濟(jì)責(zé)任制的考核提供了依據(jù)。
啤酒發(fā)酵是內(nèi)部機(jī)理復(fù)雜的生化反應(yīng)。其反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，慣性大，不易控制，尤其是發(fā)酵罐三點(diǎn)溫度控制是關(guān)聯(lián)的，相互影響。我們從整體考慮，采用預(yù)估，時(shí)間PID以及模糊控制方式，按照設(shè)定的工藝控制曲線進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。
主酵階段的自支控制程序
當(dāng)冷卻的麥汁和酵母進(jìn)入發(fā)酵罐后，就開(kāi)始進(jìn)入主酵階段。由于發(fā)酵是入熱反應(yīng)，溫度升高，產(chǎn)生大量的CO2，使發(fā)酵液產(chǎn)生強(qiáng)大的對(duì)流。在控制上應(yīng)t上<t中<t下，故控制冷卻液閥門的開(kāi)啟順序是TV上→TV中→TV下。為了保證控制精度，我們以上、中兩點(diǎn)溫度的平均值的△t1時(shí)，只開(kāi)啟TV上；當(dāng)該點(diǎn)溫度大于設(shè)定曲線溫度值的△t2時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟TV上TV中閥。而且每一點(diǎn)溫度若大于設(shè)定曲線溫度值的△t0時(shí)，就單開(kāi)與時(shí)間預(yù)估方式進(jìn)行綜合考慮，保證溫度控制精度。
在雙己酰還原聯(lián)階段，由于主酵完成，只是在等待雙己酰指標(biāo)符合要求后進(jìn)行降溫，此時(shí)要抑制發(fā)酵液的對(duì)流。在控制上要保持罐內(nèi)溫度均衡，即t上=t中=t下。
2.3 冷卻排酵母階段控制程序
一旦雙己酰符合工藝指標(biāo)要求，就可對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行冷卻，使酵母沉淀。為了加快酵母的沉淀，應(yīng)使罐內(nèi)上面熱，下面冷，酵母不上翻，即溫度控制滿足t上> t中>t下。這樣控制冷卻閥門開(kāi)啟的順序?yàn)門V上→TV中→TV下。
2.4 后貯階段的控制程序
當(dāng)酒酒液冷卻至-0.5℃左右時(shí)進(jìn)入后貯階段。在這個(gè)階段要使溫度盡量均衡，且使罐內(nèi)上中下溫度為t上=t中>t下。這主要是為了避免溫度回升，以免下面溫度高于中上部溫度，引起酒液對(duì)流，使酵母溶于酒液中，影響產(chǎn)品質(zhì)量，也給濾酒增加困難。另外，低溫貯酒時(shí)應(yīng)控制閥門的開(kāi)啟時(shí)間，不宜太長(zhǎng)，以免結(jié)冰。
3、 結(jié)束語(yǔ)
該控制系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行了兩年多時(shí)間，實(shí)踐證明設(shè)計(jì)合理，性能可靠，組成系統(tǒng)靈活方便，控制品質(zhì)好，滿足工藝要求，提高了裝置的自動(dòng)化控制水平，也大大減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，給我公司帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。