基于C3000過程控制器的麥汁充氧控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
| 摘 要：麥汁充氧是啤酒工藝的一道重點(diǎn)工序，本文以燕京漓泉公司的麥汁充氧裝置為例，介紹了如何利用浙江中控儀表公司的C3000過程控制器來構(gòu)建控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)可靠的麥汁充氧控制。 關(guān)鍵詞：麥汁充氧；C3000；控制系統(tǒng) Abstract: The wort oxygenation is one of important procedures in beer brewage technology. In this paper, a reliable method of constructing a C3000-based control system for beer wort oxygenation is presented and achieves success in the application in the plant of YANJING BEER（GUILIN LIQUAN）. Key words: wort oxygenation; C3000; control system 一、前言 一個完整的啤酒生產(chǎn)過程可分為麥汁制備、啤酒釀造和灌裝三大過程，其中對產(chǎn)量和質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用的主要是麥汁制備和啤酒釀造兩大過程。麥汁充氧工序正是啤酒釀造過程的關(guān)鍵所在。我們知道，發(fā)酵需要大量酵母的參與，酵母的繁殖需要充足的氧氣。為了提高酵母活化程度，必須給酵母以空氣形式提供足夠的氧氣，若耽誤或延遲充氧，則不利于酵母的繁殖，降低發(fā)酵速度。麥汁充氧量的多少，既關(guān)系到酵母代謝，也影響啤酒的口味。因此如何精確控制麥汁充氧，是所有啤酒生產(chǎn)廠商必須考慮的問題。 目前，國內(nèi)很多生產(chǎn)廠家的充氧設(shè)備沒有采用自控裝置，通?？拷?jīng)驗(yàn)控制充氧的程度，這會造成發(fā)酵的不均一性，影響啤酒品質(zhì)的穩(wěn)定可靠；采用自動化設(shè)備實(shí)現(xiàn)麥汁充氧的自動精確控制，為生產(chǎn)提供了可靠的品質(zhì)保證，這也成為發(fā)展的必然趨勢。 二、裝置介紹： 燕京啤酒（桂林漓泉）公司最早只有一條KHS公司提供的麥汁充氧及酵母添加裝置，其中麥汁充氧部分包括測量空氣流量的金屬管浮子流量計(jì)（非遠(yuǎn)傳型）以及可調(diào)節(jié)充氧量的手動針型閥，充氧量大小全部依靠操作人員手動控制。之后流量計(jì)被替換為帶遠(yuǎn)傳的金屬管浮子流量計(jì)，增加了調(diào)節(jié)空氣流量的調(diào)節(jié)閥以及設(shè)定充氧量比值的配比調(diào)節(jié)器。隨著燕京漓泉的不斷發(fā)展，后又增添了三套充氧裝置。為了獲得更好的充氧效果，燕京漓泉對現(xiàn)有充氧裝置進(jìn)行了整合改造：四套充氧裝置管道獨(dú)立但共用一臺控制器來作為控制核心和人機(jī)界面，取代配比調(diào)節(jié)器，并將金屬管浮子流量計(jì)替換為氣體質(zhì)量流量計(jì)。共用的這臺核心控制器要求能同時實(shí)現(xiàn)四個回路的控制，并具有數(shù)據(jù)記錄、顯示和報(bào)警等功能，出于以上考慮最終選用了浙江中控儀表的C3000過程控制器，它完全能滿足這些要求，另外其靈活多變的可編程序和信號補(bǔ)償?shù)裙δ芨鼮槠淇煽繎?yīng)用提供保證。 三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 根據(jù)工藝要求，每HL麥汁需要充一定量的無菌空氣，品種不同，每HL麥汁充氧量不完全一樣。麥汁流速在不斷地變化，為了保證充氧量與麥汁體積的比值恒定，則充氧量也要隨之不斷地變化。我們將測量麥汁流量的電磁流量計(jì)信號與測量空氣流量的質(zhì)量流量計(jì)信號同時接入C3000通道，通過組態(tài)成比值關(guān)系，與工藝設(shè)定比值進(jìn)行比較，來進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，輸出信號控制調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)無菌空氣的流通量，最終使麥汁流量與無菌空氣流量達(dá)到設(shè)定比值。四套充氧裝置設(shè)計(jì)思路都如上所述，C3000具有多回路控制功能，所以四套充氧裝置的信號線可全部接入C3000，由C3000來實(shí)現(xiàn)4套裝置的集中控制、顯示和數(shù)據(jù)記錄，從而構(gòu)成一個完整的麥汁充氧控制系統(tǒng)。 四、麥汁充氧控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 1 、系統(tǒng)組成 整套系統(tǒng)構(gòu)成組件包括調(diào)節(jié)空氣流量的空氣調(diào)節(jié)閥、測定空氣流量的氣體質(zhì)量流量計(jì)、測定麥汁流量的電磁流量計(jì)、C3000過程控制器和雙物噴頭設(shè)備。其中的雙物噴頭結(jié)構(gòu)與文丘里管相似，空氣由收縮段的部位通過兩側(cè)管壁的細(xì)噴頭噴入，形成小氣泡，其作用是使進(jìn)入的無菌空氣與麥汁能充分混合。 2、輸入輸出信號確定 在設(shè)計(jì)燕京漓泉麥汁充氧控制系統(tǒng)中，我們使用C3000控制器控制四套麥汁充氧裝置，總共采集了共8路測量用模擬信號，輸出4路模擬信號用于控制閥門，還輸出1個開關(guān)量用于報(bào)警。 ◆測量用模擬信號AI01～AI08，均為（4～20）mA 1～4通道為麥汁流量信號； 5～8通道為空氣流量信號。 ◆控制用模擬信號AO01～AO04，均為（4～20）mA，對應(yīng)0～100％的閥門開度 1～4通道為調(diào)節(jié)閥信號。 ◆報(bào)警用開關(guān)量DO01 無菌空氣壓力超低報(bào)警 3 、組態(tài)說明 因?yàn)樗奶籽b置結(jié)構(gòu)功能類似，C3000對任意一套裝置的組態(tài)也類似，在此只介紹其中一套裝置為例。 明確了麥汁充氧裝置的信號流，麥汁流量經(jīng)過VA運(yùn)算（虛擬通道運(yùn)算）后作為無菌空氣流量的設(shè)定值，實(shí)際無菌空氣流量與該設(shè)定值的偏差經(jīng)過PID模塊運(yùn)算后輸出到調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)實(shí)際無菌空氣流量，最終把無菌空氣流量調(diào)節(jié)到設(shè)定值；在組態(tài)中將VA運(yùn)算設(shè)置為比例運(yùn)算模式，使得經(jīng)過VA運(yùn)算得到的無菌控制流量設(shè)定值與麥汁流量成比例關(guān)系（比例系數(shù)在VA運(yùn)算參數(shù)中可調(diào)），所以也就保證了最終調(diào)節(jié)的無菌空氣流量與麥汁流量成一定比例，達(dá)到在每HL麥汁中準(zhǔn)確充入指定數(shù)量的無菌空氣的目的。 利用C3000過程控制器的VA通道表達(dá)式運(yùn)算功能可以很方便的實(shí)現(xiàn)比值運(yùn)算模式，以第一套麥汁充氧裝置為例，AI01為麥汁流量，AI05為無菌空氣的流量，模擬量虛擬通道VA01表達(dá)式組態(tài)為AI01＊CONF01，其中CONF01比值系數(shù)；再以VA01作為無菌空氣PID回路的設(shè)定值，這樣就可以實(shí)現(xiàn)AI05/AI01=CONF01的關(guān)系。 五、結(jié)束語 通過改造，將四條麥汁充氧線的控制部分整合成了基于C3000過程控制器的麥汁充氧控制單元，不僅使控制精度得到了大幅度提升，而且整個系統(tǒng)的可靠性也得到很大提高。系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中，操作人員對新控制器抑制過程擾動的能力非常滿意，表明了其優(yōu)良的控制性能；同時，系統(tǒng)維護(hù)人員也非常認(rèn)可C3000過程控制器的使用簡便性，因?yàn)槠洳恍枰M(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整、整定參數(shù)，為日常維護(hù)檢修帶來極大便利。 整套麥汁充氧控制系統(tǒng)無論從操作、維護(hù)還是性價比上都得到了大幅度的提升，給企業(yè)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上帶來了競爭優(yōu)勢。 參考文獻(xiàn)： [1]啤酒工藝實(shí)用技術(shù) （德） 孔澤（Kunze, W.）著 湖北啤酒學(xué)校翻譯組譯 -北京:中國輕工業(yè)出版社，1998.9 [2]化工過程控制工程 王驥程 祝和云 著 北京 化學(xué)工業(yè)出版社，1991.5 [3]浙江中控自動化儀表有限公司C3000過程控制器用戶使用手冊 作者簡介:葉騰芳 1969年生，男，電氣工程師。聯(lián)系電話：13807738503，0773-3815306（辦公室） E-mail：YTFPLY@163.COM 燕京啤酒（桂林漓泉）股份有限公司 |
