大曲醬香型白酒制曲機械化的研究

門延會，蔣世應，杜 偉

(1.宜賓職業(yè)技術(shù)學院現(xiàn)代制造工程系，四川宜賓644003； 2.岷江機械制造有限責任公司，四川宜賓644007)

大曲醬香型白酒制曲機械化的研究

門延會1，蔣世應1，杜 偉2

(1.宜賓職業(yè)技術(shù)學院現(xiàn)代制造工程系，四川宜賓644003； 2.岷江機械制造有限責任公司，四川宜賓644007)

大曲醬香型白酒有其獨特的制曲工藝，根據(jù)醬香型白酒的制曲工藝，研究其制曲機械化自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用西門子S7-300PLC為主控中心，觸摸屏HM I為人機操作界面，變頻器等作為系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)，可以時刻監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況并設(shè)置所有的運行參數(shù)，便于操作者對設(shè)備的人性化管理。通過實際現(xiàn)場應用，此制曲機械化生產(chǎn)線系統(tǒng)能夠很好地滿足制曲的生產(chǎn)需求，且具有生產(chǎn)效率高、曲塊成型效果好、操作簡單、易于維護等優(yōu)點。關(guān)鍵詞： 制曲； 醬香型白酒； 機械化； 自動控制系統(tǒng)

由于市場經(jīng)濟競爭的不斷白熱化，各企業(yè)為降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，白酒生產(chǎn)過程的機械化、自動化甚至智能化已經(jīng)勢在必行。國外很多地區(qū)的白酒由于與我國的白酒類型不同，因此較早的推行了機械化生產(chǎn)。我國的機械自動化技術(shù)水平近幾年也有很大進步，國內(nèi)各大白酒企業(yè)在生產(chǎn)過程的多數(shù)環(huán)節(jié)已經(jīng)實現(xiàn)了機械自動化，但是在關(guān)鍵環(huán)節(jié)還保留著傳統(tǒng)的人工操作工藝，這也是我國現(xiàn)在技術(shù)研發(fā)需要重點克服的難題[1]。

勾兌、制曲、釀酒是白酒釀造工藝的三大主要技術(shù)，其中勾兌環(huán)節(jié)是自動化水平程度最高的[1]。白酒的包裝機械自動化有的企業(yè)甚至達到了醫(yī)藥、無菌飲料等行業(yè)的灌裝水平[2，3]。而制曲、釀造設(shè)備、釀造工藝、蒸餾工藝等方面的機械化程度依然處在較低水平，有的部分實現(xiàn)了機械化，但是整體機械化水平仍然較低[4]。而且，不同香型白酒的機械化釀造水平也不同，米香型和豉香型白酒因為采用液態(tài)發(fā)酵的工藝其釀造和蒸餾基本實現(xiàn)了自動化，而醬香型白酒是采用固態(tài)發(fā)酵的工藝，這類白酒對窖泥的依賴性強[4]，較難實現(xiàn)自動化。本研究針對大曲醬香型白酒，提出了其制曲機械化自動生產(chǎn)線的研究，實現(xiàn)了從原料進倉、粉碎到曲坯成型階段的機械化自動控制，克服制曲質(zhì)量不穩(wěn)定的難題，真正實現(xiàn)了制曲技術(shù)的機械自動化。

1 大曲醬香型白酒的制曲工藝

醬香型白酒以茅臺酒為代表，亦稱茅香型白酒,是采用高溫大曲產(chǎn)酒生香的，采用當?shù)貎?yōu)質(zhì)的冬小麥制曲，在高溫下制曲[5]。曲藥以小麥為原料，先將小麥粉碎，加入水和“母曲”攪拌，放在木盒子里，工人站在盒子里用腳不停地踩，這種古老的踩曲工藝已逐漸被機械自動化所代替，其工藝流程見圖1。

2 大曲醬香型白酒的制曲機械化控制系統(tǒng)功能要求

2.1 異地控制

制曲各設(shè)備的起?？刂朴袃煞N方式：一種是在觸摸屏上進行控制；另一種就是在各設(shè)備上進行起?？刂疲瑢崿F(xiàn)異地控制，以方便操作維修。

圖1 大曲醬香型白酒制曲工藝流程

2.2 實時監(jiān)控功能

觸摸屏實時監(jiān)控生產(chǎn)線運行，可隨時查閱主電源和系統(tǒng)中各主要設(shè)備的實時電流，還可以查閱本系統(tǒng)自安裝投產(chǎn)以來的累計生產(chǎn)總數(shù)。

2.3 故障報警功能

當生產(chǎn)線上的任何設(shè)備出現(xiàn)故障時，觸摸屏會顯示故障的詳細信息，點擊“幫助”給出排除該故障的方法提示。

2.4 急停功能

當發(fā)生突發(fā)事件和緊急狀況時，可按下急停按鈕，會立刻停止生產(chǎn)線上現(xiàn)有的工作，等待故障的處理。

2.5 PID控制功能

潤粉調(diào)節(jié)閥用來控制潤粉的水流量，采用PID控制功能，根據(jù)水流量計的值和加水的比例，自動調(diào)節(jié)閥的開度，來滿足曲坯良好的需要。

GF(2m)是GF(2)的擴域，可通過多項式剩余類環(huán)F2[x]/p(x)構(gòu)造得到，其中p(x)為m階本原多項式，它對應本原元α.根據(jù)文獻[12]，GF(2m)的所有元素均可以用GF(2)上的m維二元向量表示.因此，GF(2m)上的(n,k)RS碼可以等價為GF(2)上的一個(mn,mk)線性分組碼.RS碼的校驗矩陣一般表示為

3 大曲醬香型白酒的制曲機械化控制系統(tǒng)實現(xiàn)

此系統(tǒng)以西門子S7-300PLC為主控中心，觸摸屏HM I為人機操作界面，變頻器等作為系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，以接近開關(guān)、料位開關(guān)等元件組成信號采集機構(gòu)。采集得到的信號全部由PLC系統(tǒng)進行分析運算處理，由輸出端輸出至各控制點，時刻監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

3.1 控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖設(shè)計

3.1.1 主電源電路結(jié)構(gòu)

電氣控制系統(tǒng)采用三相五線制380 V/50 Hz交流電源，為生產(chǎn)線中的各儀器儀表、控制器及各執(zhí)行機構(gòu)等提供電能，并設(shè)置有短路保護、過載保護、缺相保護，其電源電路結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 電源電路結(jié)構(gòu)圖

3.1.2 控制電路結(jié)構(gòu)

控制部分的電路即PLC的輸入輸出接線圖，該制曲控制系統(tǒng)需100個輸入點數(shù)，51個輸出點數(shù)，因此，選擇的是西門子的S7-300可編程序控制器CPU314作為處理器，其輸入輸出模塊接線信號分配見表1。

白酒制曲過程中要求配料科學合理，原料粉碎粗細及加水量合適。潤麥進磨粉機粉碎后要與母曲進行混合，拌料比例按小麥量的35%～40%的水拌和均勻，曲母用量為小麥量的4%～8%[6]。由于加水量的多少直接影響到曲坯中微生物的成長代謝，因此要根據(jù)實際情況來控制。本系統(tǒng)采用PID閉環(huán)控制的方式，由潤粉水流量計實時檢測拌料中的水量并反饋給PLC，使其與產(chǎn)量信號作比較從而來控制調(diào)節(jié)閥的開度，具體控制圖見圖4。

3.1.4 復合壓曲機

復合壓曲機采用PLC+觸摸屏控制，高度智能化，操作簡單直觀，各項參數(shù)完全數(shù)字化。復合壓曲機改變了液壓壓曲機一次成形的不足，模擬傳統(tǒng)工藝中的人工踩曲動作，采用多次拍打技術(shù)[7]，并將此動作的各項參數(shù)數(shù)字化并方便可調(diào)，其曲塊表面及中心松緊度均勻，松緊度更趨近于人工踩曲。所壓曲塊尺寸為370×280mm/包包曲，額定產(chǎn)量可達450～500塊/h。

表1 控制系統(tǒng)輸入輸出模塊信號分配表

圖4 潤粉調(diào)節(jié)閥的PID控制

3.2 生產(chǎn)線PLC程序設(shè)計

程序設(shè)計使用STEP7軟件，在進行硬件配置時為所選模塊分配了相應的I/O地址。S7-300采用分部式程序，主程序按一定順序調(diào)用其他任務塊，結(jié)合人機界面地址設(shè)置，一起控制程序的執(zhí)行。其程序的主要結(jié)構(gòu)見圖5。

3.3 生產(chǎn)線HM I程序設(shè)計

人機界面采用威綸觸摸屏，使用EB8000軟件進行界面的設(shè)計，將HM I與PLC進行通訊[8]。按下電氣控制柜上的“電源合閘”按鈕和合上各設(shè)備的保護開關(guān)，按下控制柜上的“系統(tǒng)啟動”按鈕，系統(tǒng)得電開始自檢運行，數(shù)秒鐘后進入主畫面，操作者可根據(jù)“主畫面”顯示的信息選擇希望的操作類別，見圖6。

圖5 程序結(jié)構(gòu)圖

圖6 制曲控制系統(tǒng)主畫面

用手指輕觸觸摸屏主畫面“操作畫面”按鈕,即可進入主操作畫面。畫面具體布置如圖7所示，在此操作畫面中點擊某個設(shè)備可以起動和停止設(shè)備并有指示燈顯示其工作狀態(tài)，可以設(shè)置給料機、震動料斗等的工作頻率，并顯示潤粉調(diào)節(jié)閥的潤粉水流量和調(diào)節(jié)閥開度。

系統(tǒng)中任何的設(shè)備故障可在“故障記錄”畫面顯示并進行處理。系統(tǒng)的各參數(shù)如PID參數(shù)、電機的星三角形轉(zhuǎn)換時間等值的設(shè)置均可在“系統(tǒng)設(shè)置”畫面進行。

圖7 制曲系統(tǒng)主操作畫面

在“數(shù)據(jù)管理”畫面中，可以隨時查閱主電源和系統(tǒng)中各主要設(shè)備的實時電流，還可以對潤粉參數(shù)進行設(shè)置，控制PID開關(guān)的打開和關(guān)閉，查看調(diào)節(jié)閥的開度和潤粉水流量的大小，見圖8。

圖8 PID控制畫面

4 結(jié)論

本文所研究的制曲自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了從原料粉碎到曲坯成型階段的一體化和機械化自動控制，設(shè)計規(guī)劃符合全過程采用機械自動化設(shè)備的規(guī)格需求；經(jīng)實際生產(chǎn)試驗，該制曲生產(chǎn)系統(tǒng)可滿足小麥投入量48000 t/年的制曲生產(chǎn)需求，運行穩(wěn)定，易于維護，使用壽命長，提高了生產(chǎn)效率，制曲質(zhì)量穩(wěn)定，實現(xiàn)了制曲各環(huán)節(jié)的自動化控制，為進一步實現(xiàn)釀造的全面機械化奠定了基礎(chǔ)。

[1] 孫景帥.我國白酒生產(chǎn)機械自動化的發(fā)展歷程與應用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015,3(19)：2131-2132.

[2] 宋書玉,趙建華.中國白酒機械化釀造之路[J].釀酒科技,20l0 (11)：99-104．

[3] Kim JH.Chartula-aligning Apparatusof Automatic Drug Packaging Machine:KR,2013126304A[P].2013-11-20.

[4] 汪江波,王炫,黃達剛,等.我國白酒機械化釀造技術(shù)回顧與展望[J].湖北工業(yè)大學學報,2011,26(5)：50-54.

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[6] 徐巖.中國白酒關(guān)鍵技術(shù)研究進展[M].北京：中國輕工業(yè)出版社,2011.

[7] 楊正權(quán).基于模仿人工的復合型壓曲機設(shè)計[J].中國科技博覽,2015,35(47)：328.

[8] 肖威,李慶海.PLC及觸摸屏組態(tài)控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2010.

M echanized Production of Jiangxiang Daqu

MEN Yanhui1,JANG Shiying1and DUWei2
(1.Modern Manufacturing Engineering Department,Yibin Vocationaland TechnicalCollege,Yibin,Sichuan 644003; 2.M injiang Machinery Manufacturing Co.Ltd.,Yibin,Sichuan 644007,China)

Jiangxiang Daqu has its unique Daqu-making techniques.Based on the Daqu-making techniques,the automatic control system for mechanized Daqu-making was explored.Such system adopted Siemens S7-300 PLC as the control center,touch screen as HM I,and variablefrequency drive as actuators,which could constantlymonitor the running status and setall operation parameters,and was convenient to operator.Through field test and application,thismechanized Daqu production line couldmeet production requirements and had the advantages including high productivity,good shaping effectsof cakey Daqu,simple operation,convenientmaintenance,etc.

Daqu-making;Jiangxiang Baijiu;mechanization;automatic controlsystem

TS261.3；TS262.3；TS261.4

A

1001-9286（2016）12-0083-04

10.13746/j.njkj.2016273

2016-09-07

門延會（1982-）,女,講師,碩士,研究方向：控制與自動化系統(tǒng)設(shè)計。

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2016-11-04；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161104.1420.005.htm l。