基于SH的双机热冗余啤酒糖化自动化控制系统的设计.doc

（一）立项依据和研究内容1.立项依据近年来，随着人民生活水平的不断提高，对啤酒的消费越来越大。根据国际饮料生产协会的2023年记录调差表白，我国的啤酒产量和需求量已经位于世界前列，成为啤酒生产和消费大国。专家预测中国的啤酒行业进入了高速发展的时期【5】。啤酒糖化过程控制是整个啤酒生产过程中至关重要的一部分，其工艺指标控制的好坏，对啤酒的稳定性、口感度等技术指标起着决定性的作用。而现在国内的一些中小规模啤酒公司的生产状况滞后于啤酒的发展趋势。普遍存在自动化限度地，生产效率低下等问题。为了消除人工操作带来的弊端，减少生产成本和粮食消耗，提高啤酒质量和产量。啤酒公司迫切需要自动化限度高、安全可靠性好、便于操作维护的自动化系统。1.1国内啤酒生产的控制水平我国是一个啤酒生产大国【5】，目前共有400多个生产厂家(1998年为495家)，但其中仅l8家的产达成20万吨以上(占总产量的1／3)，其它绝大多数为中小型啤酒厂。这为数众多的中小型啤酒厂都普遍存在：(1)自控水平差，技术含量低，生产过程重要采用简朴控制甚至人工控制为主，表现在啤酒质量不稳定，理化和感官质量都需要亟待提高；(2)产品档次低，品种单一；(3)能耗和原料消耗大，目前该指标的国内先进水平与国际先进水平存在较大差距。目前，国内啤酒生产(糖化、发酵工段)的控制水平基本上可分为4个档次。(1)完全手动操作方式。其重要特点是阀门为手动。对温度、压力、液位、流量、浊度、电导率等生产过程中的模拟量信号采用常规分散仪表进行采集，然后集中或现场显示，操作人员在现场或集中操作盘(柜)上控制重要设备的启停，阀门由工人到现场操作。这种方式下啤酒生产工艺参数得不到可靠执行，一致性较差，啤酒质量受人为因素影响较大，并且工人的劳动强度很大，重要生产设备与装置不能工作在较佳状态，原材料运用率低，产品能耗大，不也许采用较复杂的先进工艺生产啤酒(如低压煮沸工艺)，生产成本较高。许多中、小型啤酒厂家还在采用手动控制，但将逐步被智能仪表和自控系统所代替。(2)半自动控制方式(集中手动控制方式)。重要特点为阀门多采用气动或电动自动阀门。采用数据采集器采集各种过程量进入控制室，控制室设有模拟屏或上位机，在模拟屏或上位机上显示各种温度、流量、压力、液位等过程参数和电机、阀门的启动状态，对生产过程进行监控，操作人员根据显示的参数与工艺参数对比，在模拟屏或操作台上遥控阀门启动和电机启停，从而满足工艺规定，生产中的关键数据由人工记录。但由于需要操作工人的频繁介入，其啤酒质量与口味也有较大的波动，工人的劳动强度也比较大，目前国内中小型啤酒厂较多采用。(3)PC机+数据采集插卡过程控制中的各种信号在外围通过相应的变送器送入插在工业PC机插槽中的数据采集卡，在PC机画面上显示各种生产过程参数，同时控制阀门与泵、电机等设备的启停，来满足生产工艺规定。目前国内不少啤酒厂发酵车间采用这类系统进行控制。一般在PC机上运营Windows95操作系统，可在一定限度上解决啤酒生产过程控制问题。但存在以下缺陷：①系统的可靠性差，这一方面是由于上位机操作系统及数据采集卡的可靠性较差导致的，另一方面是由于上位机软件自身不完善导致的。②画面呆版，缺少一般工控组态软件灵活的程序脚本控制功能，同时系统自身的安全性较差，难以建立有效的操作等级与权限制度，易受到病毒及操作者的恶意袭击。③系统的可扩充性差，控制系统无网络构成，不便于下一步工厂管理网络与生产网络的联结，不能有效保护工厂投资的长期效益，同时也不便于整个车间、工厂的联锁控制。(4)分布式控制方式。采用先进的计算机控制技术与多层网络结构及先进控制算法对生产工序进行自动控制，重要特点为采用PLC作下位机。目前有DCS(分布式控制系统)控制系与FCS(现场总线控制系统)控制系统两种。在DCS控制系统中，下位机网络中控制单元一般采用PLC，其可靠性非常高(一般可连续可靠工作2023)，性能稳定，上位机网络可兼容多种通讯协议(例TCP／IP协议)，便于下一步与管理网络的联结，完全有效克服了PC机+数据采集卡控制方式的缺陷。这种控制方式是国内啤酒生产控制发展的主流方向，重要缺陷为一次性投入资金较大，大多中小规模的啤酒生产厂商无力承担。啤酒糖化生产过程是啤酒生产的第一个关键性环节【1】，对整个啤酒生产的产量、质量、消耗等影响很大。糖化过程工艺指标控制的好坏，对啤酒的稳定性、口感、外观会起到决定性的影响，整个糖化过程重要涉及原料糊化、糖化、过滤、煮沸、沉淀、冷却等生产工序。辅料添加罐酒花添加罐麦汁检测台漩涡沉淀槽煮沸锅麦汁罐过滤槽糖化锅糊化锅送发酵罐原料扎啤啤酒糖化工艺流程图框图2.研究内容、研究目的及拟解决的关键问题2.1研究内容：（1）进行啤酒糖化装置和糖化工艺进行分析和研究。结合啤酒厂商提出的工艺规定以及拥