茅臺酒蒸餾過程蒸汽壓力和接酒溫度的自動控制應用研究

［摘要］ 本文通過建立一套完善的自動控制系統，實現對茅臺酒生產工藝過程中的整個蒸餾過程的蒸汽壓力以及接酒過程的溫度進行全程在線監控，穩定了茅臺酒生產工藝，實現了標準化生產。

［關鍵詞］ 蒸汽壓力； 接酒溫度； 自動控制

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 14. 043

［中圖分類號］ TS262 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1673 - 0194（2012）14- 0072- 03

０ 前 言

茅臺酒是醬香型白酒的典型代表，在國內外享有崇高的聲譽。其釀造技藝已被列入國家首批非物質文化遺產名錄，并正在申報世界非物質文化遺產。蒸餾工藝作為茅臺酒釀造技藝中一個非常重要的組成部分，在下造沙階段直接關系到原料糊化的好壞，而在制酒階段更是起到了提香和增香的作用。因此，控制蒸餾工藝對茅臺酒的生產具有重要的作用和意義。

茅臺酒的蒸餾工藝包括上甑、蒸餾（糊化）、接酒等操作。目前，隨著現代科技成果在白酒行業的深入應用，生產設備和設施得到了極大的改善，蒸餾工具早從過去的天鍋進化成現代的甑桶，加熱方式也演變成了如今的蒸汽加熱。但是，作為茅臺酒蒸餾工藝核心操作的上甑和接酒工序則仍為手工操作，各種參數需要經驗豐富的酒師根據作業指導書要求進行控制。一方面，上甑講究“輕、松、薄、勻、平、準”，需要見汽壓甑。工藝規定，上甑氣壓為０．０８ＭＰａ～０．１２ＭＰａ，不能人為任意改動。但在實際操作過程中，由于各車間所處地理位置不同，汽壓不一樣，再加上一些人為因素（如不準大汽上甑），使汽壓不在工藝規定參數范圍內，既影響基酒質量，也造成資源的嚴重浪費。另一方面，茅臺酒生產工藝最顯著的特點是“高溫制曲、高溫堆積發酵、高溫接酒”，其中，高溫接酒直接關系到基酒的質量。工藝規定：接酒溫度應在３５℃～４５℃。但在實際操作過程中，由于受茅臺氣候的影響，冷卻水溫度變化較大，更重要的是，接酒全憑經驗進行判斷，因此，接酒溫度可能超出工藝范圍，引起質量事故。同時，高溫產生較大的酒損，低溫則造成水資源的浪費。

鑒于此，為更好地繼承茅臺酒傳統工藝，有必要引進現代自動控制技術，對整個蒸餾過程的蒸汽壓力以及接酒過程的溫度進行全程在線監控，當壓力或溫度出現不符合工藝要求的情況時，能夠自動報警并啟動相應的壓力控制系統和溫度控制系統，使其回歸到正常的范圍之內，從而動態地保持工藝穩定性，避免質量事故，減少資源和能源的消耗，降低基酒的損失。

１ 試驗內容

研究茅臺酒生產工藝中的上甑至糊化過程中各種參數之間的內在規律，繪制工藝參數曲線，建立烤酒工藝數學模型，根據數學模型設計自動控制系統，進行上甑至糊化過程溫度壓力自動控制實驗，根據實驗結果進行改進設計，最終確定一套完善的技術方案，在公司推廣應用。

１．１ 控制參數的收集整理

根據茅臺酒的制酒工藝，可將烤酒過程分成上甑、收汽、接酒、接尾酒、糊化階段，收集各個階段過熱蒸汽壓力、飽和蒸汽壓力、冷卻水壓力、接酒溫度、所用時間，結合當時氣候條件，進行分析，找出各種數據之間的內在關系。

１．２ 控制系統的設計、實驗和改進

根據前面收集整理的制酒工藝參數建立數學模型，再根據數學模型設計ＰＩＤ調節程序控制系統，根據預先設定規律按時間分段進行控制。

根據設計研究建立一套ＰＩＤ調節程序控制系統，在一個生產班組的一個酒甑上進行改進性實驗，修正控制參數，符合工藝要求后，再制作一套控制系統，在前面班上的另一個酒甑上進行實驗，優化控制參數，與未進行自動控制的班組進行產品質量和節能比較，確保各項指標都達到工藝要求。此階段時間為茅臺酒的一個生產周期。

１．３ 擴大試驗

改進實驗完成后，制作１２套改進后的控制系統，在全廠１２個不同位置酒甑上進行實驗，監測控制系統在不同車間環境的使用情況，綜合比較產質量和節能情況，優化控制參數，最終確定一套成熟的控制技術，以便在公司推廣應用。

２ 控制原理及試驗方法

２．１ 控制原理

２．１．１ 蒸汽壓力控制

根據茅臺酒制酒工藝，將烤酒過程分為上甑、收汽、接酒、接尾酒、糊化等階段，根據不同輪次各階段的所要求壓力，進行分段程序控制。設計系統要求在鍋爐供汽變化不超過１０％及各種氣候情況下，各階段控制壓力波動不超過０．０２ＭＰａ。

２．１．２ 溫度控制

按茅臺酒生產工藝要求，溫度控制只在接酒和接尾酒的時候需要參與，這過程有3個主要參數，即控制環境溫度、接酒控制溫度、尾酒控制溫度。在該系統中，由溫度控制閥控制冷卻水的進水量以達到需要的溫度控制，保證在各種環境下，控制溫度波動范圍 ±３ ℃。系統自動控制原理如圖１所示。

２．２ 試驗方法

２．２．１ 改進性實驗

系統設計出來，不一定一開始就能滿足工藝要求，先在一個制酒生產班組安裝一套系統進行實驗，根據實驗情況進行改進，修訂系統控制參數，確保系統滿足工藝要求后，在該班組再安裝一套改進后的控制系統，進行一個茅臺酒生產周期的實驗，與未進行自動控制的班組進行產品質量和節能比較，確保各項指標都達到工藝要求。

２．２．２ 擴大實驗階段

完成改進及定型實驗后，在該班組實驗符合設計預期，對酒質無影響，達到控制要求后，制作１２套改進后的控制系統，在１２個不同環境酒甑上進行推廣實驗。監測控制系統在不同車間環境的使用情況，綜合比較產品質量和節能情況，優化控制參數，提高系統的響應速度和穩定性，最終確定一套成熟的控制技術，使系統能適應公司各種環境各個輪次各種氣候，以便在公司推廣應用。

３ 控制目標

針對茅臺酒蒸餾過程的核心工藝，對烤酒過程中的各種參數進行量化，并繪制工藝參數曲線，建立烤酒工藝數學模型，在中央邏輯處理器控制下，采用先進的ＰＩＤ控制技術和模糊控制算法控制現場執行設備的開度大小，使現場工藝參數隨工藝曲線的變化而變化，達到穩定工藝的目的。

３．１ 烤酒工藝全過程壓力控制

主要包括：在不改變傳統工藝的條件下，該系統實現了壓力分段控制；壓力控制波動不超過０．０２ＭＰａ；收汽階段實現了逐步收汽，每次收汽幅度在０．０２ＭＰａ以內；該系統實現了壓力設定高低限保護，當操作人員設定壓力大于上限或小于下限范圍時，系統不進行控制且本地報警。

３．２ 接酒溫度控制

該系統根據設定出酒溫度和實際出酒溫度的差值進行進水量的控制，穩定接酒溫度，并實現了節約用水的目的；接酒溫度控制范圍４０ ℃（±３ ℃內）。

４ 控制質量與效果分析

手動控制和自動控制效果對比如表１所示。并隨機抽取了一組實驗數據進行對比，如表２所示。