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啤酒生产过程的综合自动化系统
作者：中华食品…    资讯来源：转载    点击数：    更新时间：2007-9-1
啤酒市场竞争十分激烈，竞争的关键在于产品的竞争、质量的竞争，而质量的优劣主要取决于生产的装备水平、技术水平和管理水平。因此，采用高新技术改造传统的啤酒行业，提高啤酒生产过程的自动化水平、管理水平，达到啤酒生产的高技术产业化，已经成为啤酒行业的当务之急，也是啤酒行业求生存求发展的必由之路。
关键字：PCS系统；控制系统
一、前言
通常，可把一个除原料加工以外的、完整的啤酒生产过程分为麦汁制备、啤酒酿造和灌装三大过程。其中，麦汁制备过程主要包括了粉碎、糊化、糖化、过滤、煮沸、澄清与冷却以及CIP等生产工序；啤酒酿造过程主要包括了麦汁充氧/酵母添加、酵母培养/酵母扩培、酵母回收、啤酒发酵、CO2回收、啤酒处理、清酒以及CIP等工序，其他辅助工序还有脱氧水制备、热水制备、CIP液制备、冷冻、空气压缩等等。其中对产量和质量起着关键性作用的主要是麦汁制备和啤酒酿造两大过程。

由浙江浙大中控技术有限公司与浙江石梁酒业集团有限公司共同合作开发的、面向全厂的啤酒生产过程综合自动化系统，采用先进控制技术、计算机技术、网络技术和现代测量技术，实现了纯生啤酒生产线自麦汁制备投料开始至啤酒灌装前的过程全自动及全过程联动联锁控制。该系统针对啤酒生产设备与工艺特点，在实现啤酒生产过程自动化的同时，实现工艺优化，降低生产成本，实现了生产过程的快速稳定控制，获得了较大的经济效益。

二、系统组成与系统功能
硬件结构：系统采用如图1所示的PCS系统，操作站间通过以太局域网相连并与全厂信息管理系统连接，实现数据共享。该系统具有性能价格比高，扩展方便、控制精度高、可维护性强、无故障工作时间长等特点，性能指标能满足啤酒生产过程的全方位需求。系统具备可扩充性，能够实现与其他集散型计算机控制系统、上层信息管理系统的无隙连接。系统操作站采用进口的工业控制计算机，控制站采用分布式I/O结构的PLC，极大的降低了成本，方便了现场布线和设备维护。

软件功能

用先进的组态软件或编程软件，实现了啤酒生产过程的优化控制和安全操作，生成友好的人机界面，实时、安全、可靠地对啤酒生产过程实行监督、控制和优化；

采用了先进控制技术、过程优化技术、网络技术、现场总线技术和现代测量技术，软件设计规范化、模块化，接口灵活，升级方便；专用控制模块很好满足了啤酒生产过程的各种特殊要求，麦汁制备过程、啤酒酿造过程、CIP过程等实现了全自动控制；

采用工艺流程图形化操作，直观简洁；


提供分组控制画面，模拟传统调节仪表和测量仪表显示、操作方式，实时显示测量值、设定值、输出值、手自动运行方式和报警方式等信息，实现任意分组、方便操作工操作；

供多种表格显示，可以根据需要把相关参数集中在一张表格中，便于掌握生产状况和分析；

提供趋势显示，可以根据需要把相关参数集中在一张趋势图中，便于比较和分析；

工程师站、操作员站均有身份密码识别和权限识别，操作安全。登录操作实时记录每一个阀门、电机操作状态以及进行该项操作的人员，以便安全管理；

提供报警画面显示；

提供实时和历史报表、批次报表的显示和打印功能。

三、关键控制技术

1、麦汁制备过程：麦汁制备过程是啤酒生产的关键环节之一，对整个啤酒生产的产量、质量、消耗等影响很大。糖化过程工艺指标控制的好坏，对啤酒的稳定性、口感、外观有着决定性的影响。糖化生产过程工艺比较复杂、技术要求高，控制难度较大。我们在浙江石梁酒业集团糖化生产过程的控制中，主要采用了下面几项检测和控制技术：

快测温技术：采用快速测温元件，保证浸渍水、调浆水、洗糟水、麦汁冷却温度的准确快速控制；

先进控制技术：糊化锅、糖化锅、煮沸锅的温度控制采用逆模型反馈控制的先进算法，克服了糊化锅、糖化锅、煮沸锅温度对象较大的时滞特性。该控制算法实际使用效果非常满意，保证了包括拐点在内的温度控制实际偏差<＋0.3℃；

防溢锅控制技术：糊化锅、煮沸锅采用独家创立的溢锅检测软件及防溢锅控制软件，解决溢锅问题。该技术实际使用效果良好，自该项技术实施以来从未发生锅溢锅现象；

过滤槽全自动控制技术：系统综合利用槽层差压、麦汁浊度、平衡罐液位、麦汁过滤流量等可测参数，实现自动洗槽、自动耕槽、自动回流/过滤控制，保证清亮度、并达到最快的过滤速度；

麦汁制备过程全自动控制技术：实现自投料开始（料仓进料）至出料（去发酵车间）的过程全自动控制；

自动CIP过程控制及CIP液自动回收控制技术：保证CIP洗液的温度、压力、PH值等技术指标，达到规定的清洗度，并达到最快清洗速度。

安全联锁控制技术：杜绝CIP洗液对物料的污染，保证生产的绝对安全。


2、啤酒酿造过程：啤酒酿造过程是啤酒生产的重要一环，它直接关系到啤酒的产量、口味和质量。发酵过程周期长，且不同于一般的化学或物理过程，它是一种厌氧型生物发酵过程，有许多不确定随机干扰会影响整个发酵生产。而且，不同品种的啤酒、每一工艺阶段对发酵罐内的温度、罐顶压力的控制要求都不一样，精度要求高，因此采用各种新技术提高自动化程度非常重要。

　　对于纯生啤酒的生产而言，从麦汁冷却至灌装以及酵母培养、酵母回收、CO2添加、CO2回收、脱氧水生产、无菌空气制备等每个环节的严格CIP及无菌操作是保证纯生啤酒生产的必要手段。

　　我们在啤酒酿造过程控制中采用的关键技术主要体现在以下几个方面：


精确的啤酒发酵温度测量技术：温度是啤酒生产过程中最重要的测控参数之一，而我国大多数啤酒生产对象采用的是热电阻温度变送器测量温度信号，事实表明，由于受到结露的影响，采用热电阻测量温度信号到还存在一些缺陷。因此，浙大中控作了深入的研究之后，基于集成电路温度传感器成功开发了SBWJ型啤酒温度变送器，并于2000年获得国家发明专利；

啤酒发酵温度的先进控制技术：露天啤酒发酵罐的罐体直径一般为4～6m，有效容积多为200～500 m3，因此，罐体温度控制对象滞后很大、且具有明显的时变性，采用常规控制方案难以达到满意的控制效果。为此我们在对被控对象特性、制冷机理、控制要求及特点等方面进行深入研究的基础上提出了多模态优化控制策略，以保证发酵温度的精确控制；

纯生啤酒生产过程的综合自动化控制技术：我们采用先进的现场总线技术和分布式I/O计算机控制系统对麦汁冷却、麦汁充氧/酵母添加、啤酒发酵、啤酒过滤、啤酒修饰、高浓稀释、清酒、灌装、酵母培养/扩培、酵母回收、CO2添加、CO2回收、脱氧水制备、取样等各个生产环节进行联动联锁控制，并以严格的自动CIP、消毒、杀菌控制，保证整个生产过程的无菌化操作；

安全联锁技术：整个啤酒生产过程各个环节均涉及CIP操作，CIP液有酸、碱、冷热水、消毒液、无菌水等。CIP操作不仅要求达到规定的清洗度，同时要杜绝CIP洗液对啤酒的污染，所以在控制过程中必须采用合理安全的联锁技术，保证生产的绝对安全。因此，设计一个非常可靠、完整的安全联锁操作系统同样至关重要，这在啤酒生产过程综合自动化系统中也是一个重要的组成部分；

3、信息技术：强大的信息管理功能和生产决策功能是先进的CIMS系统中的重要组成之一。信息管理包括整个啤酒生产过程的生产信息管理、市场营销管理、财务管理等等，一方面用来支持控制的优化，另一方面支持生产决策功能的运行，使各级领导能根据市场导向、质量反馈等各种信息进行及时的经营决策、生产调度和生产优化，提高市场竞争力。基于计算机网络技术、开放的通信协议和标准数据接口的分布式体系结构更多地采用标准化部件和软件，信息综合处理实现各局部之间信息交换、共享，实现协调管理，包括工艺技术管理、配方管理、人员管理、优化资源配置等方面，有效地提高企业的创新能力。

四、结束语

啤酒市场竞争十分激烈，竞争的关键在于产品的竞争、质量的竞争，而质量的优劣主要取决于生产的装备水平、技术水平和管理水平。因此，采用高新技术改造传统的啤酒行业，提高啤酒生产过程的自动化水平、管理水平，达到啤酒生产的高技术产业化，已经成为啤酒行业的当务之急，也是啤酒行业求生存求发展的必由之路。 　　

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