啤酒生產過程自動控制系統的優化設計

摘 要：啤酒生產是我國的一個傳統產業，隨著我國經濟的發展以及人們生活水平的提高，啤酒企業得到了空前的發展。在啤酒的生產過程中，其自動控制系統的優劣，對于啤酒生產企業的經濟效益會產生直接影響。具體表現為啤酒的生產成本、啤酒生產的控制精度以及企業的生產效率等因素。為了保障啤酒生產企業能夠降低生產成本、提高啤酒的質量、擴大市場份額，就需要對啤酒生產過程中的自動控制系統進行優化設計。

關鍵詞：工業自動化；自動化系統；工業電氣

引言

隨著我國科技水平的不斷提高，在我國的啤酒行業中，電氣自動化技術得到了空前地發展。當前，我國的啤酒行業在應用自動控制技術的前提下，正朝著規模化、集團化的方面發展。盡管如此，我國的啤酒生產企業仍存在需要改進的地方。其一，啤酒的檔次低，品種少。其二，部分企業自動控制水平較差，主要以人工控制為主。其三，啤酒生產過程中對于能源以及原材料的消耗比較大。因此，如何提高啤酒的質量與市場占有率，優化啤酒生產過程中的自動控制系統，成為啤酒生產企業亟待解決的問題。

1 自動控制系統的組成及功能

自動控制系統主要是對啤酒生產過程進行控制、檢測以及管理。該系統主要包括兩個組成部分。其一，連續調節控制系統；其二，邏輯連鎖控制系統。根據啤酒生產的特點及要求，可以采用分散就地控制、集中調度管理的方式，形成一套完整的自動控制系統。該系統主要包括以下幾方面的功能。

1.1 糖化過程控制

在自動控制系統中，對于糖化過程進行控制具體表現為以下幾點。其一，對浸漬水、調漿水、洗槽水、麥汁冷卻溫度的控制。其二，對糊化鍋、糖化鍋、煮沸鍋等溫度的控制。其三，對過濾槽、澄清槽、防溢鍋的自動控制。對于糖化過程進行控制是比較復雜的，主要包括糊化、糖化、過濾、煮沸以及澄清等工序。在實際生產過程中，各工序是間歇進行的，并且各個工序在時間上需要進行交叉作業。糖化過程的自動控制涉及的設備較多，因此對于自動控制系統提出了更為嚴格的要求。

1.2 發酵過程控制

在自動控制系統中，對于發酵過程進行控制主要包括：溫度、壓力、液位、酵母擴培、清酒過濾等工序。通過對個工序的參數進行全方位的檢測，不僅能夠對啤酒的發酵過程進行控制，還能保證啤酒的質量能夠達到標準，最終提高企業的產品競爭力，獲取更多的經濟效益。

1.3 灌裝生產線

在自動控制系統中，對灌裝生產線進行控制主要包括以下幾道工序。如：卸箱、洗瓶、灌裝壓蓋、殺菌、貼標、裝箱等。運用自動控制系統實現對灌裝生產線的全面控制管理，可以減少對原材料的浪費，在大規模生產中節約成本。適應現代灌裝設備的高速、高產、高性能等特點。

2 啤酒生產過程自動控制系統存在的問題

2.1 自動控制系統的網絡缺陷

通常情況下，啤酒生產企業為了實現自動控制系統的穩定性及可操作性，主要是以生產過程為單位設計主控系統。其中，比較常見的全自動控制系統，主要包括以下兩個部分。其一，糖化過程的計算機控制系統。其二，發酵過程的計算機控制系統。這兩個主控系統在控制行為中，尤其是測控要求和控制策略這兩個方面具有較為明顯的差異。啤酒生產過程中自動控制系統的運行效率會受到一定的限制。首先，PLC在可連接的操作站數量上的限制。其次，MPI通信速率的限制。

2.2 自動控制系統手動與自動切換存在的問題

啤酒生產過程中的自動控制系統，對于開關的手動操作切換的靈敏度具有很高的要求。自動控制系統在正常的運行過程中，為了滿足有可能出現的特殊情況，要求每個泵、閥能隨時切換到手動狀態。但是，泵、閥能在切換的過程中，會存在一定的安全隱患。為了保障工作人員的安全，需要協調處理手動與自動切換中安全性與靈活性。

2.3 自動控制系統的溫度控制不完善

啤酒生產過程中的自動控制系統，在實際運行時，對糊化鍋、煮沸鍋、糖化鍋以及發酵罐的溫度控制，存在著一定的缺陷。溫度控制是自動控制系統中比較薄弱的環節。啤酒的各生產工序具有多變性，如果自動控制系統對于溫度控制的效果不佳，那么就需要大量的人工進行干預。這樣不僅增加企業的人工成本，還會影響啤酒生產的連續性，降低企業的生產效率。

3 啤酒生產過程自動控制系統優化設計

3.1 自動控制系統的網絡優化措施

為了滿足啤酒生產過程自動控制系統對于網絡的通信要求，企業應該在車間級和控制級中分別添加PLC全映射服務器，這樣可以在各操作站與PLC之間、不同的操作站之間，創建了高效率的通信橋梁，實現信息的快速傳遞。與此同時，為了保障數據的準確性，PLC的硬件設備應當采用工業服務器。在對工業服務器進行功能設計時，需要考慮兩個方面的問題。其一，服務器要具備可靠的遠程傳輸方式。其二，服務器要具備高效的數據采樣方式。

3.2 改進自動控制系統中手動與自動切換的措施

為了滿足啤酒生產過程自動控制系統在手動與自動切換時可以既安全又靈活，需要采取以下幾個方面的措施。其一，在工作人員進行手動操作時，上位機軟件應當立即自動檢查，判斷工作人員在手動操作時是否具有安全性。其二，當工作人員進行手動操作時，下機位軟件應當隨時檢查自動控制系統飛返回狀態。舉例來講，在檢查泵、閥等動力線的暢通狀態時，當發現存在隱患，正處于不安全的狀態時，應當立即發出警告信號或采取強制手段進行處理，保證工作人員的安全。其三，啤酒生產過程自動控制系統在正常的運轉過程中，當發現存在非法操作時，應當及時發出警告信號，以便于工作人員能夠強制開關，避免發生安全事故。具體的非法操作主要包括以下幾種情況，如有料情況下的管道排放、管道的堵塞、管道的交叉等。

3.3 自動控制系統中建立溫度控制虛擬儀器

在啤酒的生產過程中，自動化控制系統的穩定性，與啤酒的質量、企業的生產效率呈正相關性。因此，在自動控制系統中建立智能化的溫度控制虛擬儀器，有助于加強對溫度的控制，提高我國啤酒生產企業的自動化水平。在實際生產過程中，建立溫度控制虛擬儀器需要注意以下幾點。其一，根據生產需要，選用合適的傳感器，借助冷端補償方式提升其測量精度。與此同時，結合實際的系統控制器結構，組建溫度控制硬件設備。其二，利用恰當的變送器將溫度信號轉變為工業標準信號源，經過A/D轉換后，將溫度信號送入以LabVIEW為平臺的虛擬儀器中。其三，采用電動調節閥，對冷媒介質的流量進行有效控制，從而實現控制溫度的高低。以虛擬儀器為控制平臺的溫度控制系統，這樣不僅具有良好的智能性和靈活性，實現對溫度的最佳控制，提高啤酒的質量，還能夠減少大量的工作人員進行相應的體力勞動，降低啤酒的生產成本。

4 結束語

綜上所述，我國的啤酒行業中，電氣自動化技術在我國的啤酒行業中得到不斷地發展。但是，我國的啤酒生產企業仍存在需要改進的地方，需要優化啤酒生產過程中的自動控制系統。文章首先介紹了在啤酒的生產過程中，自動化控制系統的組成及功能。具體包括：糖化過程控制、發酵過程控制、灌裝生產線控制。其次，分析了啤酒生產過程自動控制系統存在的主要問題。具體包括：自動控制系統的網絡缺陷、自動控制系統手動與自動切換存在的問題、自動控制系統的溫度控制不完善等。最后，提出啤酒生產過程自動控制系統優化設計的具體措施。包括：自動控制系統的網絡優化措施、改進自動控制系統中手動與自動切換的措施、在自動控制系統中建立溫度控制虛擬儀器等。

參考文獻

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