門延會(huì)，杜 偉，王海星

(1.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代制造工程系，四川宜賓644003； 2.岷江機(jī)械制造有限責(zé)任公司，四川宜賓644007)

濃香型白酒制曲生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的研究

門延會(huì)1，杜 偉2，王海星1

(1.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代制造工程系，四川宜賓644003； 2.岷江機(jī)械制造有限責(zé)任公司，四川宜賓644007)

為了實(shí)現(xiàn)濃香型白酒制曲的機(jī)械化，并提高曲的質(zhì)量，保證酒質(zhì)，在研究濃香型白酒制曲傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用傳感器和PLC技術(shù)結(jié)合人機(jī)操作界面，對(duì)濃香型白酒制曲生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對(duì)混料加水工藝過(guò)程進(jìn)行了改善。通過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，采用以上方法可以實(shí)現(xiàn)濃香型白酒制曲的機(jī)械化生產(chǎn)，很好地滿足制曲的生產(chǎn)需求，且在提高生產(chǎn)效率、減少人工成本的基礎(chǔ)上，更好地保證了制曲質(zhì)量的良好。

制曲； 機(jī)械化； 濃香型白酒； 自動(dòng)控制系統(tǒng)

白灑產(chǎn)業(yè)是中國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的代表，其制造工藝蘊(yùn)藏著古人的智慧和深刻的釀造機(jī)理。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步、人工成本的提高及白酒市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，國(guó)內(nèi)一些知名的大型酒廠已全部或部分實(shí)現(xiàn)了白酒生產(chǎn)機(jī)械化，為企業(yè)節(jié)約了大量的人力，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率[1]。但是白酒生產(chǎn)的機(jī)械化并不是對(duì)白酒生產(chǎn)過(guò)程的簡(jiǎn)單機(jī)械化模仿，如何利用現(xiàn)代的工業(yè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)白酒生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝的精髓，保證酒質(zhì)，是各大酒類企業(yè)一直在探索的重點(diǎn)[2]。而且白酒香型眾多，工藝各異，機(jī)械化水平并不同步，機(jī)械化水平較高的是液態(tài)發(fā)酵酒，固態(tài)法白酒如濃香型白酒的機(jī)械化水平還有待進(jìn)一步提高[3]。本設(shè)計(jì)以濃香型白酒的制曲過(guò)程為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究如何使機(jī)械化制出的大曲在提高年產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，更接近甚至超越人工制曲。

1 濃香型白酒的制曲工藝

濃香型白酒一直占據(jù)著白酒消費(fèi)的主流市場(chǎng)，其濃香、醇甜、爽口的特點(diǎn)一直被大眾所喜愛。制曲工藝是一項(xiàng)非常講究的工藝，不同的制曲工藝可以釀造出不同品質(zhì)的酒。根據(jù)濃香型白酒的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程，制定其機(jī)械化的制曲工藝（見圖1）。

料斗秤對(duì)從1#螺旋輸送機(jī)送來(lái)的糧食進(jìn)行精確稱重，當(dāng)料斗秤中的物料達(dá)到設(shè)定量后打開插板閥進(jìn)入混料機(jī)，混料機(jī)上的進(jìn)水口閥打開進(jìn)行加水，水流量通過(guò)流量計(jì)計(jì)量與設(shè)定的稱料量匹配后關(guān)閉進(jìn)水閥門開始混料。混料時(shí)間到達(dá)后，打開放料閥由2#螺旋輸送機(jī)輸送并經(jīng)3#提升機(jī)提升到潤(rùn)麥罐進(jìn)行潤(rùn)麥延時(shí)，其作用主要是為保證磨粉時(shí)達(dá)到爛芯不爛皮的工藝要求，為后續(xù)工序做準(zhǔn)備。為確保原麥表皮吸水充分，在原麥進(jìn)入磨粉機(jī)前由潤(rùn)麥罐堆積一定量的原麥保證延時(shí)時(shí)間。潤(rùn)麥時(shí)間按1～2 h設(shè)計(jì)，且必須保證原麥先進(jìn)先出。當(dāng)潤(rùn)麥罐中的物料達(dá)到一定潤(rùn)麥時(shí)間后，打開潤(rùn)麥罐下面的插板閥進(jìn)入磨粉機(jī)。磨粉機(jī)排出的粉料經(jīng)3#螺旋輸送機(jī)輸送，使定量麥粉和母曲倉(cāng)均勻混合再進(jìn)行攪拌和輸送。為保證已加入母曲的麥粉有足夠的吸水時(shí)間（4～8 min），最后經(jīng)延時(shí)輸送機(jī)輸送給壓曲機(jī)進(jìn)行一次性曲塊成型，即可轉(zhuǎn)運(yùn)入發(fā)酵房發(fā)酵。

圖1 濃香型白酒的制曲工藝流程

在以上制曲流程中如何控制物料重量與潤(rùn)麥水量的比例是制曲過(guò)程中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，以往的制曲潤(rùn)麥水流量的控制通常采用PID閉環(huán)控制功能，由潤(rùn)粉水流量計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)拌料中的加水量并反饋給PLC，使其與產(chǎn)量信號(hào)作比較從而來(lái)控制調(diào)節(jié)閥的開度[4]。這種控制方式雖然能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，但是仍存在對(duì)水量控制不準(zhǔn)確的問(wèn)題，這將直接影響到曲坯中微生物的成長(zhǎng)代謝，尤其體現(xiàn)在系統(tǒng)剛開始啟動(dòng)時(shí)。本文針對(duì)這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了另一種解決方案，在料斗秤中采用了稱重傳感器來(lái)準(zhǔn)確稱量原料的重量，為后續(xù)混料時(shí)對(duì)水流量的控制奠定了基礎(chǔ)。此料斗秤量程多，輸出靈敏度高，精確度高，誤差小，具有一定的溫度補(bǔ)償功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原料重量的精確控制，進(jìn)一步保證了制曲的質(zhì)量良好。

2 濃香型白酒的制曲機(jī)械化控制系統(tǒng)功能要求

2.1 手動(dòng)和自動(dòng)控制

該系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)控制，當(dāng)切換開關(guān)在手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)入自動(dòng)加水程序，當(dāng)切換開關(guān)在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入自動(dòng)進(jìn)料、加水、攪拌、出料等自動(dòng)程序，加水量根據(jù)設(shè)定值按百分比自動(dòng)匹配，所有自動(dòng)運(yùn)行參數(shù)均可在系統(tǒng)設(shè)置中設(shè)定；在手動(dòng)控制狀態(tài)下，各設(shè)備均可單獨(dú)運(yùn)行，可手動(dòng)進(jìn)行料量設(shè)定，這樣也有利于進(jìn)行設(shè)備故障的檢測(cè)和維修。

2.2 異地控制

制曲系統(tǒng)中各設(shè)備的起停控制有兩種方式：一種是在觸摸屏上進(jìn)行控制，另一種就是在各設(shè)備上進(jìn)行起停控制，實(shí)現(xiàn)異地控制，以方便操作維修。

2.3 精確稱量控制

此系統(tǒng)采用稱重傳感器（在料斗秤中）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的精確重量控制，根據(jù)稱料量及制曲種類來(lái)確定加水的比例和量，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水閥的開合度，從而滿足曲坯良好生長(zhǎng)的需要。

2.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線運(yùn)行，可隨時(shí)查詢系統(tǒng)工作時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，如傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、料位畫面、料斗秤的實(shí)時(shí)重量、設(shè)備參數(shù)等。

2.5 故障報(bào)警功能和急停功能

當(dāng)生產(chǎn)線上的任何設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，觸摸屏?xí)@示故障的詳細(xì)信息，點(diǎn)擊“幫助”給出排除該故障的方法提示。當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件和緊急狀況時(shí)，可按下急停按鈕，會(huì)立刻停止生產(chǎn)線上正在進(jìn)行的工作，等待故障的處理。

3 濃香型白酒的制曲機(jī)械化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

以西門子PLC為主控中心，觸摸屏HMI為人機(jī)操作界面，變頻器等作為系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以接近開關(guān)、料位開關(guān)、傳感器等元件組成信號(hào)采集機(jī)構(gòu)，采集得到的信號(hào)全部由PLC系統(tǒng)集中進(jìn)行分析運(yùn)算處理，由輸出端輸出至各控制點(diǎn)，時(shí)刻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,以便使整個(gè)制曲工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化管理。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)見圖2。

3.1 控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)

3.1.1 主電源電路結(jié)構(gòu)

電氣控制系統(tǒng)主電路采用三相五線制380V/ 50 Hz交流電源，為生產(chǎn)線中的各儀器儀表、控制器及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)等提供電能，并設(shè)置有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、缺相保護(hù)，其電源電路結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖2 制曲系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

其中1#提升機(jī)、1#螺旋輸送機(jī)、延時(shí)輸送機(jī)由變頻器控制，其他的設(shè)備可由KM直接控制起停。

3.1.2 控制電路的實(shí)現(xiàn)

控制部分的電路即PLC的輸入輸出接線圖，根據(jù)該制曲控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，共需要8個(gè)輸入點(diǎn)數(shù)，31個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)，其中含2個(gè)模擬量輸入：AIW0稱重傳感器值實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和AIW2流量計(jì)水流量值，1個(gè)模擬量輸出：AQW0 1#螺旋輸送機(jī)速度信號(hào)。因此，選擇西門子S7-200可編程序控制器CPU224XP CN AC/DC/Relay外帶3個(gè)輸出擴(kuò)展模塊作為處理器就可滿足需求，具體的輸入輸出模塊接線信號(hào)分配表在此不再細(xì)述。

3.2 制曲控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)使用STEP7編程軟件，根據(jù)所分配的I/O地址，結(jié)合人機(jī)界面地址設(shè)置，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱重?fù)Q算及設(shè)定、稱料量換算、1#螺旋輸送機(jī)高速頻率與低速頻率切換、配水量計(jì)算及時(shí)間的設(shè)置，根據(jù)制曲系統(tǒng)的設(shè)備工藝流程見圖4。

3.2.1 進(jìn)糧緩沖工藝過(guò)程

在緩沖斗中設(shè)置有上（1#料位）下（2#料位）料位檢測(cè)裝置，其進(jìn)糧緩沖流程見圖5。

3.2.2 混料加水工藝過(guò)程

具體的稱重加水混料控制過(guò)程流程圖見圖6。

圖3 制曲系統(tǒng)的主電源結(jié)構(gòu)圖

圖4 制曲系統(tǒng)的設(shè)備工藝圖

緩沖斗下面的1#螺旋輸送機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平穩(wěn)調(diào)速，進(jìn)而提高了料斗秤的稱量精度，在初始狀態(tài)，料斗秤出料口的1#插板閥處于關(guān)閉狀態(tài)，混料機(jī)處于在線運(yùn)行狀態(tài)，其放料閥關(guān)閉，其后的2#螺旋輸送機(jī)和3#提升機(jī)均處于在線運(yùn)行中。料斗秤的稱料量在一定范圍內(nèi)可任意設(shè)定，加水混料過(guò)程如下：起初1#螺旋輸送機(jī)以50 Hz頻率全速運(yùn)行，以達(dá)到快速進(jìn)料的目的，當(dāng)料斗秤中的物料達(dá)到設(shè)定量的90%時(shí)（可設(shè)定），1#螺旋輸送機(jī)的工作頻率迅速切換到5 Hz頻率（可設(shè)定）慢速運(yùn)行，以滿足精確稱量的需要，當(dāng)料斗秤中的物料達(dá)到設(shè)定量時(shí)，立即停止1#螺旋輸送機(jī)，此時(shí)加料完成。延時(shí)（可設(shè)定）一定時(shí)間后，自動(dòng)打開料斗秤下部的1#插板閥，同時(shí)混料機(jī)上的進(jìn)水口閥門打開進(jìn)行加水，水流量通過(guò)流量計(jì)計(jì)量且由PLC運(yùn)算處理，加水比例根據(jù)原糧情況和制曲種類不同略有區(qū)別，通常按5%（可設(shè)定）計(jì)算并與設(shè)定的稱料量自動(dòng)匹配，當(dāng)達(dá)到加水量時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閥門并開始混料計(jì)時(shí)，達(dá)到混料時(shí)間（可設(shè)定）后，打開混料機(jī)的放料閥進(jìn)行放料，到此完成一個(gè)工作循環(huán)。3#料位開關(guān)的作用是與混料機(jī)放料閥連鎖，以免堵料時(shí)損壞設(shè)備。

圖5 進(jìn)糧緩沖工藝流程圖

圖6 混料加水工藝流程圖

3.3 復(fù)合型壓曲機(jī)

壓曲機(jī)采用宜賓岷江機(jī)械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的復(fù)合型壓曲機(jī)，該復(fù)合壓曲機(jī)采用獨(dú)創(chuàng)的多次拍打技術(shù)，模擬傳統(tǒng)工藝中的人工踩曲動(dòng)作，并將此動(dòng)作的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)字化并方便可調(diào)[5]。該機(jī)壓制的曲塊外形整齊、緊實(shí)、提漿效果好，發(fā)酵后的理化指標(biāo)和感官質(zhì)量均優(yōu)于人工踩制的曲塊，而且大大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工廠的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)。所有動(dòng)作分別由不同的油壓缸和氣缸完成，動(dòng)作直觀，容易查找故障點(diǎn)，其控制系統(tǒng)采用PLC+觸摸屏控制，高度智能化，操作簡(jiǎn)單直觀，各項(xiàng)參數(shù)完全數(shù)字化，額定產(chǎn)量可達(dá)500塊/小時(shí)。

3.4 制曲控制系統(tǒng)HMI程序設(shè)計(jì)

整套系統(tǒng)以PLC為控制中心控制設(shè)備運(yùn)行，上位機(jī)為人機(jī)操作界面動(dòng)態(tài)顯示稱重、配水等工藝流程圖及工藝參數(shù)修改、參數(shù)設(shè)置、產(chǎn)量記錄、模擬量、開關(guān)量等各種信號(hào)，通過(guò)按鈕、開關(guān)、信號(hào)燈、顏色、百分比、數(shù)字、棒圖等實(shí)時(shí)生動(dòng)顯示出來(lái)。流量計(jì)、重量、料位、液位傳感器等為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集，實(shí)時(shí)監(jiān)控重量、磨粉及配水系統(tǒng)整個(gè)過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置手動(dòng)操作和聲光報(bào)警裝置，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，控制室及現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)報(bào)警提示。

人機(jī)界面采用威綸觸摸屏，使用EB8000軟件進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)，將HMI與PLC進(jìn)行通信[6]。按下電氣控制柜上的“電源合閘”按鈕和合上各設(shè)備的保護(hù)開關(guān)，按下控制柜上的“系統(tǒng)啟動(dòng)”按鈕，系統(tǒng)得電開始自檢運(yùn)行，數(shù)秒鐘后進(jìn)入主畫面，操作者可根據(jù)“主畫面”顯示的信息選擇希望的操作類別，見圖7。

該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，按下“手動(dòng)畫面”按鈕可以進(jìn)入手動(dòng)操作畫面，見圖8。

按下“操作畫面”按鈕，系統(tǒng)可進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示出系統(tǒng)的工作狀態(tài)及各參數(shù)的值，見圖9。

圖7 系統(tǒng)主畫面的界面圖

點(diǎn)擊“料位畫面”按鈕，可以實(shí)時(shí)看到潤(rùn)麥罐和緩沖斗，以及料位高低。

4 結(jié)語(yǔ)

此制曲生產(chǎn)系統(tǒng)可根據(jù)產(chǎn)能需求，增加一套分料螺旋機(jī)、延時(shí)輸送機(jī)及壓曲機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)5個(gè)月產(chǎn)曲2500 t的產(chǎn)能要求，并且系統(tǒng)工作穩(wěn)定，易于維護(hù)，制曲過(guò)程配料更精確、拌料更均勻、各種技術(shù)參數(shù)控制更科學(xué)，制出的曲塊松緊度一致，曲坯成型規(guī)范、統(tǒng)一。

圖8 手動(dòng)操作畫面的界面圖

圖9 操作畫面的界面圖

隨著德國(guó)“工業(yè)4.0”概念的興起及“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略目標(biāo)的制定，智能化、信息化將會(huì)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的方方面面[7]，如何實(shí)現(xiàn)白酒生產(chǎn)過(guò)程向機(jī)械化、智能化、信息化方向發(fā)展，將是我們以后的努力方向。

[1] 曹敬華,陳楓,劉彬波,等.自動(dòng)化制曲生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].釀酒科技,2016(6)：89-93.

[2] 周新虎.江蘇洋河酒廠股份有限公司釀酒機(jī)械化應(yīng)用情況匯報(bào)[J].釀酒,2012,39(6)：11-17.

[3] 李大和.中國(guó)白酒機(jī)械化的思考[J].釀酒科技,2011(4)：79-80.

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[7] 張偉.談智能機(jī)床最新發(fā)展[J].現(xiàn)代制造,2016,21(33)：9.

Control System of Daqu Production Line of Nongxiang Baijiu

MEN Yanhui1,DU Wei2and WANG Haixing1
(1.Department of Modern Manufacturing Engineering,Yibin Vocational and Technical College,Yibin,Sichuan 644003;
2.Minjiang Machinery Manufacturing Co.Ltd.,Yibin,Sichuan 644007,China)

In order to realize mechanized production of Daqu of Nongxiang Baijiu,to improve the quality of Daqu,and to guarantee liquor quality,based on the traditional Daqu-making techniques,the control system of Daqu production line was improved by using sensor technology,PLC and HMI.Especially,the process of raw materials mixing and water-adding got improved.Field test suggested that the improvement could achieve mechanized Daqu production,meet the requirements of Daqu-making,improve production efficiency and reduce labor cost,and guarantee the high quality of the produced Daqu.

Daqu-making;mechanization;Nongxiang Baijiu;automatic control system

TS262.3；TS261.4；TS261.3

A

1001-9286（2017）05-0073-06

10.13746/j.njkj.2017041

2017-02-28

門延會(huì)（1983-）,女,陜西西安人,講師,碩士,研究方向：控制與自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。