基于PLC的白酒勾兌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾慧敏++譚+飛++陳再秀+++陳玉梅++周山河

摘 要：白酒勾兌實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能使學(xué)生了解白酒勾兌原理、生產(chǎn)工藝流程、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及方法。根據(jù)產(chǎn)品要求，學(xué)生可以選擇適合的原料、工藝流程及工藝條件，動(dòng)手體驗(yàn)勾兌調(diào)味過(guò)程，建立形象、直觀的概念，加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)室白酒勾兌系統(tǒng)具有功能完善、實(shí)用性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、精度高、效率高、成本低、維護(hù)少的優(yōu)點(diǎn)，能滿(mǎn)足過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的需求。

關(guān)鍵詞：白酒勾兌；PLC；自動(dòng)控制

一、前言

勾兌酒的作用主要是使酒中各種微量成分配比適當(dāng)，達(dá)到該種白酒標(biāo)準(zhǔn)要求。早期，白酒勾調(diào)是人工操作，由勾兌師先調(diào)配出小樣確定配方，再進(jìn)行大批量勾兌。不同勾兌師勾兌出成品酒的質(zhì)量不同，若控制不好就需要反復(fù)勾兌，出現(xiàn)“面多加水，水多加面，大餅越攤越大”的現(xiàn)象，導(dǎo)致基酒浪費(fèi)、效率低，對(duì)勾兌師勾兌技術(shù)的評(píng)價(jià)也大打折扣。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為了穩(wěn)定和提高白酒質(zhì)量，避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置白酒勾兌設(shè)備設(shè)計(jì)了一套白酒勾兌控制系統(tǒng)。

二、實(shí)驗(yàn)室白酒勾兌系統(tǒng)簡(jiǎn)介

勾兌控制系統(tǒng)主要由控溫勾兌罐、控壓勾兌罐、常壓勾兌罐各、3只原酒罐、三臺(tái)離心泵、管板、管件及閥門(mén)組成。本設(shè)備的主要功能是實(shí)現(xiàn)原酒罐的原酒按比例在勾兌罐進(jìn)行勾兌的過(guò)程，使學(xué)生了解白酒勾兌原理、系統(tǒng)控制方案等內(nèi)容。系統(tǒng)中3只原酒罐通過(guò)3根主管路分別與3臺(tái)泵連接，泵后通過(guò)接管板連接到3只勾兌罐，其中勾兌罐和原酒罐容積均為100L。

三、硬件選型與軟件設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室白酒勾兌系統(tǒng)主要完成了方案設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、儀表選型、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程等工作。該系統(tǒng)的操作主要面向在校學(xué)生，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使自動(dòng)化學(xué)員能夠掌握工藝流程、控制算法及輸出、反饋控制信息，接受上位機(jī)的控制命令等。該系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分，可在手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式下工作，學(xué)生依據(jù)配方確定所需的各種原料，從而完成白酒的勾兌工作。

1.硬件選型及設(shè)計(jì)

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及控制要求，選用西門(mén)子CPU226，DC/ DC/DC供電，型號(hào)6ES7216-2AD23-OX138。該系統(tǒng)輸入/出點(diǎn)數(shù)：9DI/29DO、22AI/6AO，故需要擴(kuò)展DO、AI和AO模塊。這里選用：

2個(gè)EM222：6ES7 222-1HF22-0XA0 8點(diǎn)繼電器輸出

3個(gè)EM231：6ES7 231-OHF22-0XA0 8路模擬量輸入

2個(gè)EM232：6ES7 232-OHD22 4路 模擬量輸出

本系統(tǒng)帶7個(gè)擴(kuò)展模塊，CPU226的5V供電能力是1000mA，EM222消耗電流40mA，EM231消耗電流20mA，EM232消耗電流20mA，所有負(fù)載消耗電流之和為：2×40+3×20+2×20=180mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1000mA，所以該方案滿(mǎn)足要求。據(jù)此可畫(huà)出系統(tǒng)的外部接線(xiàn)簡(jiǎn)化圖（如圖1所示）：

本系統(tǒng)流量計(jì)選用北京格樂(lè)普的EMF型電磁流量計(jì)，可測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量，其防爆標(biāo)志位Exd11CT6，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流量的測(cè)量范圍是0～3m3/h。變頻器采用丹弗斯FC-300，頻率范圍0～50Hz。壓力變送器采用江蘇進(jìn)源儀表JY-180，范圍0～10kPa。溫度變送器采用WZC，分度號(hào)CU50。

2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Step7-MicroWin軟件編程，實(shí)現(xiàn)白酒勾兌的自動(dòng)和手動(dòng)操作，其主程序流程圖（如圖2所示）：

動(dòng)力子程序主要實(shí)現(xiàn)變頻器、電磁流量計(jì)及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥啟停控制，溫度子程序可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)設(shè)定溫度進(jìn)行勾兌，子程序SBR1實(shí)現(xiàn)對(duì)管路1～3中變頻器的PID控制，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)調(diào)試，該系統(tǒng)適應(yīng)的PID參數(shù)為：KC=1.634、TI=0.133、TD=0.033。子程序SBR2實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備保護(hù)，子程序SBR3主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的控制，子程序SBR4實(shí)現(xiàn)各管路流量顯示功能，子程序SBR5實(shí)現(xiàn)變頻器頻率顯示功能，子程序SBR6通過(guò)對(duì)流量脈沖的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)累計(jì)流量計(jì)算和顯示功能，各子程序流程圖略去。

3.系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)兩條或三條原酒管道同時(shí)向一個(gè)勾兌罐注入基酒，也可分別向兩個(gè)或三個(gè)不同的勾兌罐進(jìn)料。勾兌時(shí)，先檢查三只原酒罐和勾兌罐之間的管路連接，將管路中剩余液體排出，確認(rèn)接管板連接正確，將管路上所有閥門(mén)關(guān)閉。該系統(tǒng)采用單線(xiàn)進(jìn)料的方式進(jìn)行勾兌操作，依據(jù)組合配方可自動(dòng)進(jìn)行，亦可通過(guò)手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)原酒的勾兌工作。當(dāng)自動(dòng)操作時(shí)，只需要學(xué)生將配方下載下來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)依據(jù)配方計(jì)算出原酒罐1需要向勾兌罐中添加酒的體積，打開(kāi)原酒罐1到勾兌罐1管路上的手動(dòng)閥門(mén)，啟動(dòng)自動(dòng)閥門(mén)及泵，將酒液從原酒罐1泵入勾兌罐1。當(dāng)1種原酒罐中的基酒所需用量完成后，系統(tǒng)可自動(dòng)停止泵及關(guān)閉管路上自動(dòng)控制閥門(mén)并開(kāi)啟下一原酒罐的電磁閥，依次進(jìn)行原酒罐2、原酒罐3的進(jìn)料，直至配方完成，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定量勾兌。

四、結(jié)論

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)模式提供了一個(gè)參考，不僅能改變傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)工藝落后、能耗大、成本高、安全沒(méi)有保障的現(xiàn)狀，而且對(duì)縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、進(jìn)一步穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)自動(dòng)控制水平、提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力方面有明顯的促進(jìn)作用。

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基金項(xiàng)目：1.校級(jí)教材：《過(guò)程控制工程實(shí)訓(xùn)》教材建設(shè)，編號(hào)：JC-1407；2.省級(jí)教改：自動(dòng)化特色專(zhuān)業(yè)自主創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)與改革？編號(hào)：287；3.校級(jí)教改：自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“卓越工程師計(jì)劃”課程體系與培養(yǎng)模式的改革，編號(hào)JG-1624；4.校級(jí)教改：基于自動(dòng)化特色專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的課程體系改革與實(shí)踐，編號(hào)：JG-1415。

作者簡(jiǎn)介：曾慧敏，女，碩士研究生，研究方向：過(guò)程控制。