啤酒生產—糖化自控系統

肖瑤

摘 要：啤酒是大眾百姓所喜愛的日常飲品，隨著生活水平的不斷提高，百姓對于啤酒的味道、口感、價格等的要求也越來越高。因此好多啤酒生產商不斷的改進啤酒的生產工藝，嘗試用多種原料來生產更優質而價廉的啤酒。

關鍵詞：西門子PLC；糖漿；自控系統

傳統工藝中，首先將麥芽與大米按照一定比例混合粉碎后，經過糊化、糖化、過濾、煮沸、沉淀、冷卻、發酵、成熟包裝等生產工藝，最終制成啤酒。經過過年的生產經驗，發現可以用淀粉來代替大米，從而節省原料并且降低了生產的成本。

現在我們考慮用糖漿來代替大米以及淀粉，這樣做即可以節省原料，并且大大提高了出酒的效率，從而給生產商帶來可觀的效益。

現以某啤酒廠糖化車間為例，該車間進行了糖漿自控系統的升級改造。我方根據現場的設備情況為用戶選擇了如下的控制系統：

控制系統采用西門子S7-300的PLC控制系統，CPU選擇的是315-2PN/DP這款CPU的好處在于集成了Profibus DP通訊及以太網通訊，與以往選擇的315-2DP+CP 343的配置無疑降低了成本以及節省了柜內的空間。

遠程IO選擇IM153模塊通過Profibus DP與CPU之間通訊，通訊速率為1.5Mbps 既能夠保證傳送速度又能保證系統的穩定性。現場儀表信號直接采集進入到相應的模板中。

變頻器選用ABB公司的ACS510系列變頻器，控制方式采用硬線直連的方式受PLC控制。

在主控室配置1臺HMI，上位機畫面采用西門子WINCC 6.2sp3此系統優點在于即滿足工藝控制的響應速度、穩定性，又大大降低了前期投入的硬件成本，同時也降低了后期維護的人工成本。

糖漿自動控制系統的工藝要求：

根據工藝要求，將糖漿和熱水按照一定的比例進行混合，將稀釋后的糖漿水通過稀釋泵打到沉淀槽內。稀釋熱水由熱水罐供水，采用獨立熱水輸送泵輸送；出口安裝E+H質量流量計；與糖漿管道對接后，熱水與75%糖漿通過管道混合器混合后即可進入沉淀槽；稀釋比例：根據糖漿與熱水的稀釋工藝要求，根據添加比例48 %，設定熱水的流量值，通過電磁流量計瞬時流速來控制調節閥的開度，從而使熱水達到一定的流速，熱水進入混合器，通過質量流量計的累計量來控制糖漿泵啟停，從而使糖漿進入混合器與熱水混合，達到糖漿的稀釋，熱水流量及糖漿流量的數值通過PLC進入上位機，通過編寫程序來控制混合效果，熱水和糖漿的瞬時流量值，設定有效的控制范圍，以防止超出范圍，影響控制效果和控制精度，同時這些數據，為以后進入沉淀槽提供控制數據，根據工藝要求來進行統一控制。

根據以上要求，我方設計滿足以上功能的糖漿自控程序。

下圖為糖漿自控流程圖：

從整個工藝流程來看，現場主要設備有1個糖漿罐以及1個熱水罐，3臺電機，1個電磁流量計、1個質量流量計以及若干電磁閥組成。

1.糖漿進罐功能，糖漿由糖罐車運輸到啤酒廠，將連接管頭的兩端分別連接在糖罐車及進糖管道上，通過罐糖漿泵將糖漿抽到糖漿罐中儲存。進罐功能分為手動和自動2種模式，通過主畫面右下方的功能選擇按鈕選擇。

點擊‘手動會彈出確認框按確認即選擇手動模式，再按確認取消手動模式。

手動模式，選擇進罐手動模式后，進罐管線上的YV4，YV5可以手動選擇打開或是關閉。

自動模式，選擇進罐自動模式后，首先進罐糖漿泵M3的冷卻水閥（YVH1），加熱水閥（YVH2）自動啟動，延時一段時間（1分鐘）后YV4，YV5自動打開，當YV4，YV5打開后，M3電機自動啟動。當畫面中罐體上顯示的實際液位≥高液位設定時，電機自動停止，YV4，YV5自動關閉。

2.糖漿混合功能，混合功能分為手動和自動2種模式，通過主畫面右下方的功能選擇按鈕選擇。

手動模式，選擇糖漿混合手動模式后，進罐管線上的YV5，YV6，YV12，YV13，YV14，YV15，YV16，可以手動選擇打開或是關閉。在控制畫面中的“手動給定”中手動輸入給定值后點擊電機啟動即可。

自動模式，我們根據溶液、溶質、溶劑之間的關系推導出一下兩個公式：

所需糖漿重量=目標重量*目標濃度/來糖濃度

所需熱水重量=目標重量-所需糖漿重量

選擇自動，此時糖漿添加泵M1的冷卻水閥（YVH3），加熱水閥（YVH4）自動啟動，延時一段時間（1分鐘）后YV5，YV6，YV13，YV14，YV15，YV16自動打開。當相關氣動閥開到位后M2熱水泵先啟動，熱水預熱管路30秒后M1泵自動啟動，混合完畢后電機自動關閉，相關閥自動關閉。

自動混合功能數據設置 將相關數據提前輸入畫面中。根據輸入的數據可以自動計算出所需的熱水量和糖漿量。當糖漿混合功能和熱水混合功能都投入自動后。根據設定的時間和計算出的糖漿重量、熱水重量，自動設定出相應流量計的目標流量。通過PID調節電機轉速使流量計瞬時流量等于目標流量。當質量流量計的累計流量<設定糖漿重量時，為‘糖漿混合中流程，此時糖漿管路的YV5，YV6，YV13，YV16，熱水混合管路的YV14，YV15，為開啟狀態。當質量流量計的累計流量≥設定糖漿重量時，為‘沖洗中流程，此時糖漿管路的YV5，YV6，YV15關閉。熱水混合管路的YV12為開啟狀態。當畫面中沉淀槽顯示的實際重量≥目標重量時，為‘混合完畢流程，此時糖漿管路的YV5，YV6，YV13，YV16，熱水混合管路的YV12，YV14，YV15為關閉狀態。

注意：設定完目標數據后，系統會自動計算出“設定糖漿重量”以及“設定熱水重量”，保證熱水混合的電磁流量計的設定流量要小于60T/h， 糖漿混合的質量流量計的設定流量要小于30T/h.