黃酒發酵智能控制系統的應用探討

陳永康

摘要：針對傳統黃酒生產工藝技術裝備落后,勞動生產率低等問題,設計了以Lab VIEW為開發平臺,基于PLC、智能儀表等現代控制技術的發酵控制系統。介紹了系統的整體結構,軟件功能特點以及關鍵模塊的實現。實踐證明:該系統可以實現對黃酒發酵過程各參數進行監控,同時具有很高的實時性和可靠性,能夠滿足發酵工藝要求。

關鍵詞：黃酒發酵；智能控制；系統；應用

1.自控系統的總體設計

結合工業控制模式和黃酒發酵生產工藝的特點，設計了現場控制層和車間級監控層。在發酵罐內安裝有溫度、酸度、溶氧等傳感器以實時采集罐內料液參數，用戶可根據黃酒生產工藝要求對溫控閥和開耙閥等執行機構進行實時控制以便發酵處于最佳狀態，提高黃酒的產量和質量。

黃酒發酵控制系統由西門子工控機、PLC、智能儀表以及各傳感器和執行閥門，泵等組成。系統運行時，安裝在發酵罐內的傳感器采集罐內溫度、酸度、含氧量等信息，并將采集的數據發送給智能儀表或變送器，變送器將酸度和含氧量等模擬量信號轉換為電流信號后傳遞給PLC，接受到采集的信息后，PLC和智能儀表分別經MPI或RS-485現場總線上傳至工控機，上位機根據接收的指令和預設的參數，通過PLC控制閥門開關度以改變罐內溫度和含氧量等信息。系統上位機通過232串行總線和本地GSM 模塊相連，通過發送短信到控制或管理人員的手機上，告知系統運行情況和相關采集數據信息。

2.系統模塊

2.1GSM 無線模塊

系統內置GSM無線模塊，管理人員不僅可以通過手機短信的方式查詢當前系統參數，如發酵罐醪液溫度、溶氧、PH等實時數值，還可以發送控制指令＋設備名稱來啟動或停止目標設備。另外，當系統運行發生故障時，如溫度偏離控制要求、開耙氣壓不足、出料口管道堵塞等，GSM 無線模塊能將故障信息發短信通知負責人，使信息能及時反饋，操作人員及時作出決策，安全可靠。

系統就是基于GSM 網絡，通過AT 指令編碼，利用RS232串口通信技術，控制GSM 無線模塊將含有實時參數或故障信息的短信內容，發送到用戶的手機平臺。AT指令集是從終端設備或數據終端設備向終端適配器或數據電路終端設備發送的一組指令代碼。一般應用于終端設備與PC機之間的連接與通信。常用的AT指令如表１所示。

AT指令 功能 AT指令 功能

AT＋CSMS 設置短信服務 AT＋CMGW 向SIM 卡中寫入待發的短消息

AT＋CMGF 選擇信息格式：0-PUD；1-Text AT＋CMGD 刪除SIM 卡內存的短信

AT＋CPMS 設置短信息內存 AT＋CMGL 列出SIM 卡中的短消息

AT＋CSCA 設置信息中心地址 AT＋CNMI 顯示新收到的信息

AT＋CSMP 設置短消息文本模式參數 AT＋CMGR 讀取信息

AT＋CSDH 顯示短消息文本模式參數 AT＋CMGS 發送信息

AT＋CSCB 選擇蜂窩廣播消息 AT＋CMSS 發送已儲存的信息

AT＋CSCS 選擇TE征 AT＋CNMI 設置新消息提示

方式

表1 常用短消息AT指令

目前，發送短消息常用編碼模式主要有Text和PDU兩種模式。Text模式收發短信代碼簡單容易，但缺點是不能收發中文短信；PDU 模式不僅支持中文短信，也能發送英文短信。本文主要采用PDU模式下的UCS２編碼技術實現中文短信發送。

2.2基于Web的網絡查詢模塊

Lab VIEW 支持用戶程序的WEB發布，Lab VIEW Web服務可以生成ＨＴＭＬ文檔并嵌入前面板靜態或動態圖像，實現網絡的顯示與控制。在遠程客戶端連接服務器端前面板，需要先配置并啟動本地Lab VIEW 的Web server，而后在遠程客戶端安裝Lab VIEW Run-Time引擎即可通過Internet連接服務器端VI前面板。打開計算機通過瀏覽器連接到互聯網，即可實現黃酒發酵整個過程的監視與控制。系統采用Embedded方式，將用戶程序完全發布到互聯網。配置并啟動本地Lab VIEW 的Web server時，首先選擇主菜單的“工具｜選項｜Web服務器：配置”，選擇“啟用Web服務器”，其他可保持默認，而后在“工具｜Web發布工具”選項里即可進行網絡發布。在客戶端打開瀏覽器的ＵＲＬ欄中，輸入服務器的IP地址如“172.17.170.18”，其后為通過Lab VIEW生成的HDMI文件的文件名。例如：http://huangjiu/fajiao.html，即可遠程訪問系統。利用WebServer的好處是用戶無需任何的編程就能在遠程計算機上通過網頁連接服務器端的VI前面板進行瀏覽和操作。

3.溫度智能子模塊的實現

3.1溫度控制系統的模糊PID

根據相關文獻資料可知黃酒發酵溫度特性可以用二階慣性環節加純滯后來表示。以紹興某黃酒發酵生產線為例，選用的黃酒發酵溫度模型的傳遞函為：

參數自整定模糊PID控制器是一種在常規PID 控制器的基礎上，運用模糊理論將專家或現場操作人員的經驗知識、思維進行推理，控制過程的方法策略由模糊控制器來實現。PID參數自整定的實現方法就是在系統運行中不斷檢測誤差ｅ和誤差變化率ec ，再根據模糊控制原理在線對PID控制器中的參數KP，KD，KI進行整定，以滿足不同的ｅ和ec 對控制器參數的要求，從而達到較理想的靜態和動態性能。

3.2SCL模糊控制器的實現

SCL語言是西門子STEP7支持的一種結構化語言，SCL適合于公式計算、復雜的最優化算法或管理大量的數據，SCL編寫的程序，封裝成塊，可供其它語言如STL，LAD等調用。用SCL語言表編寫的智能控制算法，應用時需要封裝成智能模塊，根據需要可以封裝成FB，FC塊等。

4.結束語

本文探討了黃酒智能發酵控制系統。該系統不僅有助于提高黃酒的產量和質量，而且對于推廣黃酒發酵自動化有著重要的意義。

5.參考文獻

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