用于酒糟冷卻的全自動涼糟機電氣設計

黃福容

摘 要：本次設計是以PLC和變頻器應用技術專業理論知識為依托，以及在做這個工程中遇到和解決的若干問題；這里以涼糟機系統構成、控制方法進行討論；著重討論單一的PID閉環控制溫度達不到生產工藝要求，而改用開環與閉環配合控制的方法解決了因進料溫度波動大造成出料溫度波動大的問題。

關鍵詞：PLC；釀酒設備；自動化；電氣控制

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0098-02

Abstract： This design is based on the relevant theory of PLC and inverter application technology， as well as several problems encountered and solved in the process of doing this project. The structure and control method of the cooling machine system are discussed in this paper. The single PID closed-loop control temperature can not meet the requirements of the production process， and the open-loop and closed-loop control method is used to solve the problem that the discharge temperature fluctuates greatly due to the large fluctuation of the feed temperature.

Keywords： PLC； brewery equipment； automation； electrical control

近年來自動化設備在釀酒事業上的應用備受青睞，為各釀酒工廠帶了巨大的利益。白酒釀造工藝中涼糟環節對白酒口味以及單位糧食的產酒量起著非常關鍵的作用，早期涼糟是把酒糟倒在裝有風機的風板上，靠人工檢測溫度去翻酒糟，缺點是效率低、溫度不勻、浪費人工。自動化方式的設備必將替代傳統人工涼糟方式，由于涼糟環節對溫度要求很高，速度快慢和本身的反應也會引起溫度的反彈，光靠簡單PID閉環控制會由于料斗出口溫度的不穩定造成冷卻酒糟出口溫度達不到工藝控制要求等的諸多問題，一個成熟的全自動涼糟機效率高、成本低，溫度控制算法成為設備的關鍵，它直接影響釀酒工藝的重要環節。

1 機械結構圖與控制流程圖（見圖1、2）

2 電氣設計分析

全自動涼糟機工藝要求以被測溫度經過適當的算法去控制風機轉速把溫度降到設定溫度。因要實時控制風機組轉速，為減少擴展D/A模塊帶來的硬件成本，PLC與變頻器采用通訊交互數據，Profinet、CANopen等現場總線是不錯的選擇，Modbus協議成本低，基本所有數廠家變頻器都支持，具體要看客戶預算。溫度傳變送器對酒糟進行行程段感知。由于被測物體是固體并且在移動，故溫度變送器需選用非接觸式的紅外線溫度變送器，紅外線溫度變送器極易受到外界干擾，信號線需采用雙絞屏蔽線。

發酵池的酒糟和酒甑的酒糟溫度要求不一樣，各工藝要求也有些許不同，故料斗出口和涼糟出口溫度都不一樣，各傳感器對于其他執行器的啟控溫度、延時時間等要可調，對于人機界面操作方式要采取配方數據保存數據。

3 酒糟溫度控制

3.1 風機控制

料斗出料口溫度的不穩定和酒糟從料斗出料口到2號溫度變送器還有很長的距離，為了能保證生產工藝需要將1號溫度變送器與2號溫度變送器同時控制2號風機。

y（t）=u（Δt1）+g（Δt2） （1）

式中，y（t）為風機轉速給定，u（Δt1）為1號傳感器溫度對風機的控制分量，g（Δt2）為2號溫度傳感器對風機的控制分量。

由于計算1號溫度變送器檢測的溫度與設定溫度的差值對風機控制的函數曲線比較困難，影響因數很多，所以1號溫度變送器對2號風機控制采用采用描點法控制，2號溫度變送PID控制算法：

其主要作用是進料處溫度波動大時對u（Δt1）調節的溫度偏差進行補償，式中：e（Δt1）為1號溫度變送器檢測溫度PV1與設定溫度SV的差值，e（Δt2）為2號溫度變送器檢測溫度PV2與設定溫度SV的差值。

3.2 數據延時

由于1號溫度傳感器到風機位置還有一定距離，需把u（Δt1）的實時值延時t1再與g（Δt2）疊加，見圖3。

數據延時我們需要一個數據緩存區，按照先進先出單位時間將數據讀出后再寫入覆蓋，這樣n個數據所花的時間即為延時時間，讀寫完n個數據后再從第一個開始讀寫，見圖4。

4 結束語

全自動涼糟機對溫度環節的控制極為重要，它直接關乎生產工藝能否達到標準，光靠PID閉環控制對過程值響應延遲嚴重、以及要求動態恒溫的場合不能達到工藝要求，描點法為主加以PID輔助調節程序優點是算法簡單，而且描點法適合與任何一種函數曲線，在全自動涼糟機上驗證實用。缺點是調試時間長，調整參數增多。通信技術在現代控制技術中不僅降低了設備成本，還減少了電氣元器件，增加了設備可靠性和智能化程度。

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