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PLC在啤酒發(fā)酵溫度控制中的應(yīng)用
資源天下 2014/12/5 20:48:31
啤酒的發(fā)酵過(guò)程是在啤酒酵母的參與下，對(duì)麥汁的某些組成進(jìn)行一系列代謝，從而將麥汁風(fēng)味轉(zhuǎn)變?yōu)槠【骑L(fēng)味的過(guò)程。啤酒發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)工藝流程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也是一個(gè)極其復(fù)雜的在發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)生并釋放大量熱量的生化放熱反應(yīng)過(guò)程。由于這一過(guò)程中酵母細(xì)胞分解出乙醇（C2H5OH）和二氧化碳（CO2）等一系列的發(fā)酵副產(chǎn)物。這些代謝產(chǎn)物的含量雖然極少，但它們對(duì)啤酒質(zhì)量和口味的影響很大，而這些中間代謝產(chǎn)物的生成取決于發(fā)酵溫度。因此發(fā)酵過(guò)程是否正常和順利，將直接影響到最終啤酒成品的質(zhì)量。所以發(fā)酵過(guò)程工藝條件的控制歷來(lái)都受到釀酒工作者的高度重視，特別是溫度的控制。
過(guò)去啤酒發(fā)酵過(guò)程中各種工藝參數(shù)的控制，多用常規(guī)表顯示，人工現(xiàn)場(chǎng)操作調(diào)節(jié)，手工記錄來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而隨著啤酒產(chǎn)量的不斷增大，發(fā)酵罐數(shù)量逐步增多（有的廠已達(dá)30～40個(gè)），倘若仍然沿用常規(guī)辦法，不僅會(huì)因儀表眾多，給工人的生產(chǎn)操作造成極大的不便，而且還會(huì)因疏忽、錯(cuò)漏等人為原因，造成生產(chǎn)質(zhì)量的不穩(wěn)定，甚至發(fā)生生產(chǎn)事故。因此，設(shè)計(jì)用可編程控制器（PLC）自動(dòng)控制啤酒的發(fā)酵溫度對(duì)于啤酒的生產(chǎn)有至關(guān)重要的作用。
1.1被控對(duì)象
啤酒發(fā)酵是在發(fā)酵罐中靜態(tài)進(jìn)行的，它是由罐體、冷卻帶、保溫層等部件組成。啤酒發(fā)酵要嚴(yán)格的按著工藝曲線進(jìn)行，否則就會(huì)影響啤酒質(zhì)量。為了有利于熱量的散發(fā)，在發(fā)酵罐的外壁設(shè)置了上、中、下三段冷卻套，相應(yīng)設(shè)立上、中、下三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)和三個(gè)偏心氣動(dòng)閥，通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)冷卻套內(nèi)的冰水流量以實(shí)現(xiàn)對(duì)酒體溫度的控制。以閥門(mén)開(kāi)度為控制量，酒體溫度為被控量，相應(yīng)有3個(gè)冷媒閥門(mén)，通過(guò)控制流過(guò)冷卻帶的冷媒流量，控制發(fā)酵罐的溫度。在發(fā)酵的過(guò)程中，溫度在不斷的升高，當(dāng)達(dá)到上限溫度時(shí)，要打開(kāi)制冷設(shè)備，通過(guò)酒精在冷卻管內(nèi)循環(huán)使罐內(nèi)的溫度降下來(lái)。當(dāng)發(fā)酵溫度低于工藝要求的溫度時(shí)，關(guān)閉冷媒，則啤酒按工藝要求繼續(xù)發(fā)酵，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程大約20多天完成。因此，控制好啤酒發(fā)酵過(guò)程中溫度及其升降速率是決定啤酒質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。
1.2啤酒發(fā)酵溫度曲線
啤酒發(fā)酵工藝曲線如圖1所示，包括自然升溫、高溫恒溫控制、降溫及低溫恒溫控制等三個(gè)階段。在前期的自然升溫階段基本上不需要加以控制，這是由于啤酒罐發(fā)酵過(guò)程中，升溫是靠發(fā)酵本身產(chǎn)生的熱量進(jìn)行的，任其自然升溫；在恒溫階段，通過(guò)控制冷媒開(kāi)關(guān)閥，保持發(fā)酵罐內(nèi)溫度恒定；在降溫階段，通過(guò)控制冷媒開(kāi)關(guān)閥，以指定速率降溫。
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