基于PLC的白酒勾兌控制系統(tǒng)設(shè)計

曾慧敏++譚+飛++陳再秀+++陳玉梅++周山河

摘 要：白酒勾兌實驗系統(tǒng)能使學(xué)生了解白酒勾兌原理、生產(chǎn)工藝流程、控制系統(tǒng)設(shè)計原理及方法。根據(jù)產(chǎn)品要求，學(xué)生可以選擇適合的原料、工藝流程及工藝條件，動手體驗勾兌調(diào)味過程，建立形象、直觀的概念，加強對理論知識的理解，提高解決實際問題的能力。經(jīng)過反復(fù)試驗驗證，實驗室白酒勾兌系統(tǒng)具有功能完善、實用性強、性能穩(wěn)定、精度高、效率高、成本低、維護少的優(yōu)點，能滿足過程控制實驗系統(tǒng)的需求。

關(guān)鍵詞：白酒勾兌；PLC；自動控制

一、前言

勾兌酒的作用主要是使酒中各種微量成分配比適當(dāng)，達(dá)到該種白酒標(biāo)準(zhǔn)要求。早期，白酒勾調(diào)是人工操作，由勾兌師先調(diào)配出小樣確定配方，再進行大批量勾兌。不同勾兌師勾兌出成品酒的質(zhì)量不同，若控制不好就需要反復(fù)勾兌，出現(xiàn)“面多加水，水多加面，大餅越攤越大”的現(xiàn)象，導(dǎo)致基酒浪費、效率低，對勾兌師勾兌技術(shù)的評價也大打折扣。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，為了穩(wěn)定和提高白酒質(zhì)量，避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，針對實驗室購置白酒勾兌設(shè)備設(shè)計了一套白酒勾兌控制系統(tǒng)。

二、實驗室白酒勾兌系統(tǒng)簡介

勾兌控制系統(tǒng)主要由控溫勾兌罐、控壓勾兌罐、常壓勾兌罐各、3只原酒罐、三臺離心泵、管板、管件及閥門組成。本設(shè)備的主要功能是實現(xiàn)原酒罐的原酒按比例在勾兌罐進行勾兌的過程，使學(xué)生了解白酒勾兌原理、系統(tǒng)控制方案等內(nèi)容。系統(tǒng)中3只原酒罐通過3根主管路分別與3臺泵連接，泵后通過接管板連接到3只勾兌罐，其中勾兌罐和原酒罐容積均為100L。

三、硬件選型與軟件設(shè)計

實驗室白酒勾兌系統(tǒng)主要完成了方案設(shè)計、工藝設(shè)計、設(shè)備選型、儀表選型、控制系統(tǒng)設(shè)計、編程等工作。該系統(tǒng)的操作主要面向在校學(xué)生，通過實驗使自動化學(xué)員能夠掌握工藝流程、控制算法及輸出、反饋控制信息，接受上位機的控制命令等。該系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分，可在手動和自動兩種工作模式下工作，學(xué)生依據(jù)配方確定所需的各種原料，從而完成白酒的勾兌工作。

1.硬件選型及設(shè)計

依據(jù)現(xiàn)場設(shè)備及控制要求，選用西門子CPU226，DC/ DC/DC供電，型號6ES7216-2AD23-OX138。該系統(tǒng)輸入/出點數(shù)：9DI/29DO、22AI/6AO，故需要擴展DO、AI和AO模塊。這里選用：

2個EM222：6ES7 222-1HF22-0XA0 8點繼電器輸出

3個EM231：6ES7 231-OHF22-0XA0 8路模擬量輸入

2個EM232：6ES7 232-OHD22 4路 模擬量輸出

本系統(tǒng)帶7個擴展模塊，CPU226的5V供電能力是1000mA，EM222消耗電流40mA，EM231消耗電流20mA，EM232消耗電流20mA，所有負(fù)載消耗電流之和為：2×40+3×20+2×20=180mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1000mA，所以該方案滿足要求。據(jù)此可畫出系統(tǒng)的外部接線簡化圖（如圖1所示）：

本系統(tǒng)流量計選用北京格樂普的EMF型電磁流量計，可測量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量，其防爆標(biāo)志位Exd11CT6，該實驗系統(tǒng)流量的測量范圍是0～3m3/h。變頻器采用丹弗斯FC-300，頻率范圍0～50Hz。壓力變送器采用江蘇進源儀表JY-180，范圍0～10kPa。溫度變送器采用WZC，分度號CU50。

2.系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用Step7-MicroWin軟件編程，實現(xiàn)白酒勾兌的自動和手動操作，其主程序流程圖（如圖2所示）：

動力子程序主要實現(xiàn)變頻器、電磁流量計及電動調(diào)節(jié)閥啟停控制，溫度子程序可實現(xiàn)用戶設(shè)定溫度進行勾兌，子程序SBR1實現(xiàn)對管路1～3中變頻器的PID控制，經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)調(diào)試，該系統(tǒng)適應(yīng)的PID參數(shù)為：KC=1.634、TI=0.133、TD=0.033。子程序SBR2實現(xiàn)對設(shè)備保護，子程序SBR3主要實現(xiàn)對電動調(diào)節(jié)閥開度的控制，子程序SBR4實現(xiàn)各管路流量顯示功能，子程序SBR5實現(xiàn)變頻器頻率顯示功能，子程序SBR6通過對流量脈沖的計數(shù)來實現(xiàn)累計流量計算和顯示功能，各子程序流程圖略去。

3.系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)能實現(xiàn)兩條或三條原酒管道同時向一個勾兌罐注入基酒，也可分別向兩個或三個不同的勾兌罐進料。勾兌時，先檢查三只原酒罐和勾兌罐之間的管路連接，將管路中剩余液體排出，確認(rèn)接管板連接正確，將管路上所有閥門關(guān)閉。該系統(tǒng)采用單線進料的方式進行勾兌操作，依據(jù)組合配方可自動進行，亦可通過手動操作實現(xiàn)原酒的勾兌工作。當(dāng)自動操作時，只需要學(xué)生將配方下載下來，系統(tǒng)就會自動依據(jù)配方計算出原酒罐1需要向勾兌罐中添加酒的體積，打開原酒罐1到勾兌罐1管路上的手動閥門，啟動自動閥門及泵，將酒液從原酒罐1泵入勾兌罐1。當(dāng)1種原酒罐中的基酒所需用量完成后，系統(tǒng)可自動停止泵及關(guān)閉管路上自動控制閥門并開啟下一原酒罐的電磁閥，依次進行原酒罐2、原酒罐3的進料，直至配方完成，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確的定量勾兌。

四、結(jié)論

該實驗項目的實施對企業(yè)改進生產(chǎn)模式提供了一個參考，不僅能改變傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)工藝落后、能耗大、成本高、安全沒有保障的現(xiàn)狀，而且對縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、進一步穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)自動控制水平、提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力方面有明顯的促進作用。

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基金項目：1.校級教材：《過程控制工程實訓(xùn)》教材建設(shè)，編號：JC-1407；2.省級教改：自動化特色專業(yè)自主創(chuàng)新實踐平臺建設(shè)與改革？編號：287；3.校級教改：自動化專業(yè)“卓越工程師計劃”課程體系與培養(yǎng)模式的改革，編號JG-1624；4.校級教改：基于自動化特色專業(yè)認(rèn)證的課程體系改革與實踐，編號：JG-1415。

作者簡介：曾慧敏，女，碩士研究生，研究方向：過程控制。