用于酒糟冷却的全自动凉糟机电气设计

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　　摘 要：本次设计是以PLC和变频器应用技术专业理论知识为依托，以及在做这个工程中遇到和解决的若干问题；这里以凉糟机系统构成、控制方法进行讨论；着重讨论单一的PID闭环控制温度达不到生产工艺要求，而改用开环与闭环配合控制的方法解决了因进料温度波动大造成出料温度波动大的问题。
　　关键词：PLC；酿酒设备；自动化；电气控制
　　中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：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
　　近年来自動化设备在酿酒事业上的应用备受青睐，为各酿酒工厂带了巨大的利益。白酒酿造工艺中凉糟环节对白酒口味以及单位粮食的产酒量起着非常关键的作用，早期凉糟是把酒糟倒在装有风机的风板上，靠人工检测温度去翻酒糟，缺点是效率低、温度不匀、浪费人工。自动化方式的设备必将替代传统人工凉糟方式，由于凉糟环节对温度要求很高，速度快慢和本身的反应也会引起温度的反弹，光靠简单PID闭环控制会由于料斗出口温度的不稳定造成冷却酒糟出口温度达不到工艺控制要求等的诸多问题，一个成熟的全自动凉糟机效率高、成本低，温度控制算法成为设备的关键，它直接影响酿酒工艺的重要环节。
　　1 机械结构图与控制流程图（见图1、2）
　　2 电气设计分析
　　全自动凉糟机工艺要求以被测温度经过适当的算法去控制风机转速把温度降到设定温度。因要实时控制风机组转速，为减少扩展D/A模块带来的硬件成本，PLC与变频器采用通讯交互数据，Profinet、CANopen等现场总线是不错的选择，Modbus协议成本低，基本所有数厂家变频器都支持，具体要看客户预算。温度传变送器对酒糟进行行程段感知。由于被测物体是固体并且在移动，故温度变送器需选用非接触式的红外线温度变送器，红外线温度变送器极易受到外界干扰，信号线需采用双绞屏蔽线。
　　发酵池的酒糟和酒甑的酒糟温度要求不一样，各工艺要求也有些许不同，故料斗出口和凉糟出口温度都不一样，各传感器对于其他执行器的启控温度、延时时间等要可调，对于人机界面操作方式要采取配方数据保存数据。
　　3 酒糟温度控制
　　3.1 风机控制
　　料斗出料口温度的不稳定和酒糟从料斗出料口到2号温度变送器还有很长的距离，为了能保证生产工艺需要将1号温度变送器与2号温度变送器同时控制2号风机。
　　y（t）=u（Δt1）+g（Δt2） （1）
　　式中，y（t）为风机转速给定，u（Δt1）为1号传感器温度对风机的控制分量，g（Δt2）为2号温度传感器对风机的控制分量。
　　由于计算1号温度变送器检测的温度与设定温度的差值对风机控制的函数曲线比较困难，影响因数很多，所以1号温度变送器对2号风机控制采用采用描点法控制，2号温度变送PID控制算法：
　　其主要作用是进料处温度波动大时对u（Δt1）调节的温度偏差进行补偿，式中：e（Δt1）为1号温度变送器检测温度PV1与设定温度SV的差值，e（Δt2）为2号温度变送器检测温度PV2与设定温度SV的差值。
　　3.2 数据延时
　　由于1号温度传感器到风机位置还有一定距离，需把u（Δt1）的实时值延时t1再与g（Δt2）叠加，见图3。
　　数据延时我们需要一个数据缓存区，按照先进先出单位时间将数据读出后再写入覆盖，这样n个数据所花的时间即为延时时间，读写完n个数据后再从第一个开始读写，见图4。
　　4 结束语
　　全自动凉糟机对温度环节的控制极为重要，它直接关乎生产工艺能否达到标准，光靠PID闭环控制对过程值响应延迟严重、以及要求动态恒温的场合不能达到工艺要求，描点法为主加以PID辅助调节程序优点是算法简单，而且描点法适合与任何一种函数曲线，在全自动凉糟机上验证实用。缺点是调试时间长，调整参数增多。通信技术在现代控制技术中不仅降低了设备成本，还减少了电气元器件，增加了设备可靠性和智能化程度。
　　参考文献：
　　[1]廖常初.FX系列PLC编程及应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2013.
　　[2]李响初，周泽湘.三菱PLC、变频器与触摸屏综合应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011.
　　[3]廖长初.S7-1200PLC编程及应用（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2017.
　　[4]廖常初，祖正容.西门子工业通信网络组态编程与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2009.
　　[5]余有贵.生态酿酒新技术[M].北京：中国轻工业出版社，2016.
　　[6]肖冬光，赵树欣，陈叶福，等.白酒生产技术（第2版）[M].北京：化学工业出版社，2011.
　　[7]余乾伟.传统白酒酿造技术（第二版）[M].北京：中国轻工业出版社，2013.
　　[8]范雄涛，沈勇，和淑芬.基于有限状态机的PLC程序设计方法[J].电气技术，2018，19（2）：92-95.
　　[9]陈军，李玉榕.基于S7-300PLC的单神经元PID控制器设计与实现[J].电气技术，2017，18（8）：6-11.
　　[10]李勇.基于优化PID的食品加工恒温控制研究[J].电气技术，2015，16（12）：76-80.
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