優化控制算法：研祥啤酒生產過程自動化控制

本系統根據生物酵母生長代謝的多參數檢測技術，間接檢測分析不可測量參數，通過優化控制算法，控制代謝產物的生成、增殖、基質消耗、氧呼吸、CO2的生成，使發酵過程處于自動控制狀態中，達到了提高產量、降低成本的效果

我國啤酒裝備基本上能滿足啤酒工藝的要求，但隨著啤酒市場的發展與成熟，消費者對產品質量的要求越來越高，對啤酒工藝和設備的要求也越來越高。啤酒生產過程的工藝、控制與生產管理的工程與應用研究不斷進步，采用先進控制技術、計算機技術、網絡技術和現代測量技術，成功開發了針對啤酒生產設備與工藝特點的綜合自動化系統。

隨著近些年來計算機的迅速普及，監控組態軟件技術的日益成熟，人們開始運用工控機進行啤酒生產過程自動化控制，避免了人為操作的失誤，具有足夠的靈活性，控制過程精度也有了很大的進步。生產過程歷史數據的有效保存，也為廠家進行控制過程分析，控制曲線改進，進一步提高產品質量，提供了良好的原始數據參考。

一、啤酒工藝過程

啤酒生產過程主要分為：制麥、糖化、發酵、罐裝四個部分。

在計算機及檢測設備的配合下，借助相應的軟件平臺，可根據不同需要選擇不同控制方案，實現生產過程溫度、壓力等參數的精確調節，確保生產工藝要求。

二、控制系統組建

主要涉及：特種計算機、打印機、PLC/控制器/計算機板卡、組態軟件、液位變送器、壓力變送器、溫度傳感器、電磁閥、電動調節閥、檢測開關等。

三、自動控制在主要環節應用

【1】麥汁制備過程：

麥汁制備過程包括原料糖化、麥醪過濾、麥汁煮沸和麥汁澄清與冷卻等幾個過程，是啤酒生產的關鍵環節之一，對整個啤酒生產的產量、質量、消耗等影響很大。糖化過程工藝指標控制的好壞，對啤酒的穩定性、口感、外觀有著決定性的影響。糖化生產過程工藝比較復雜、技術要求高，控制難度較大。自動控制方面的技術優勢主要體現在以下幾個方面：

(1） 快速測溫技術：采用快速測溫元件，保證原料濕粉碎過程浸漬水、調漿水、過濾過程洗糟水、麥汁冷卻過程冷卻溫度的準確快速控制；

(2） 先進控制技術：糊化鍋、糖化鍋、煮沸鍋的溫度控制采用逆模型反饋控制的先進算法，克服了溫度對象時滯特性，實際應用中保證包括拐點在內的溫度控制實際偏差<＋0.3℃；

(3） 溢鍋控制技術：采用溢鍋檢測軟件及防溢鍋控制軟件，解決溢鍋問題，實際使用效果良好；

(4） 過濾槽全自動控制技術：實現自動洗槽、自動耕槽、自動回流/過濾控制，保證清亮度、并達到最快的過濾

(5） 麥汁制備過程全自動控制技術：實現自投料開始（料倉進料）至出料（去發酵車間）的過程全自動控制；

(6）系統框圖：

(7）硬件結構采用研祥的EVOC系列工業計算機和數據采集模塊，具體如下：

機箱/底板/電源：IPC-810A/6113LP4/7271AT

主板：FSC-1613VN

CPU：Celeron 1.0G

硬盤：80G

采集模塊：

ARK-24520（232轉485模塊）

ARK-24018（8路溫度采集）——采集各種溫度信號

ARK-24017（8路模擬采集）——采集含氧量、水流量模擬信號

ARK-24052（8路數字輸入模塊）——各種開關量采集

ARK-24060（4路繼電器輸出模塊）——報警輸出

【2】酒釀造過程：

啤酒釀造包括啤酒發酵、啤酒處理、酵母擴培、酵母回收及CO2回收等過程，

(1）精確的啤酒發酵溫度測量技術：采用溫度變送器測量溫度信號

(2）啤酒發酵溫度的先進控制技術：露天啤酒發酵罐罐體溫度控制對象滯后大，多模態優化控制策略，保證發酵溫度的精確控制；

(3）純生啤酒的綜合自動化控制技術： 采用先進的現場總線技術和分布式控制系統對純生啤酒生產各個環節進行聯鎖控制。并以嚴格的清洗、消毒、殺菌控制，保證整個生產過程的無菌化操作；

(4）信息技術： 基于計算機網絡技術、開放的通信協議和標準數據接口的分布式體系結構采用標準化部件和軟件。信息綜合處理實現各局部之間信息交換、共享，實現協調管理，包括工藝技術管理、配方管理、人員管理、優化資源配置等方面，有效地提高企業的創新能力。

(5）系統框圖

(6）硬件配置：該系統整體采用研祥的EVOC系列特種計算機和數據采集與控制卡

機箱/底板/電源：IPC-810A/6113LP4/7271AT

主板：FSC-1613VN

CPU：Celeron 1.0G

硬盤：80G

PCL-813（模擬量采集）

PCL-726（數字量采集）

(7）系統評價：

本系統根據生物酵母生長代謝的多參數檢測技術，間接檢測分析不可測量參數，通過優化控制算法，控制代謝產物的生成、增殖、基質消耗、氧呼吸、CO2的生成，使發酵過程處于自動控制狀態中，達到了提高產量、降低成本的效果。