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清香型白酒标准评语是:
无色、清亮透明,无悬浮物、无沉淀,清香纯正,具有以乙酸乙酯为主体的清雅、协调的香气,入口绵甜,香味协调,醇厚爽冽,尾净香长、风格。
清香型白酒是中国香型蒸馏酒中历史较为悠久,其中以山西汾酒更为名声在外。
山西汾酒早在1915年巴拿马万国博览会上已文明全球,为全世界人民所喜好,成为饮酒爱好者口中的琼浆玉液。
清香型白酒这一个纯中国化的精品能在百年前就享誉世界被外国人认可并接受,不单单是因为她独特地酿造工艺和悠久的历史底蕴,更是因为她作为一种食品,有着全世界都认可与喜欢的风味特征——清香纯正、绵甜爽口。
这样一个国际化潜力善待开发的产品,如何能让她的酿造更加先进化是每一个从事发酵技术人员都热心关注的问题。
其中在发酵过程中温度是酒发酵的一个关键指标,发酵温度的高低与能否把温度控制在合理的指标范围内,将决定最后的出酒率与出酒的品质,因此利用计算机自动检测与控制来代替以前的人工控制是很有必要的,也是未来在发酵行业的一个必然趋势,在此根据清香型白酒的工艺特点,设计利用计算机控制系统来达到对在发酵过程中的温度控制,以达到制酒的温度指标。
1.1.1清香型白酒的传统的酿造技术
传统人工控制酒发酵的温度一般是靠酿酒工人的经验通过季节的变化来随时调整地缸保温材料的厚薄与松紧,且以前温度控制的外围电路比较复杂,测量精度度较低,外围电路较复杂,而且人工强度较高而造成温度控制的诸多不便。
1.1.2国内目前发酵控制水平
随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高,各种方便于生产的自动控制系统开始进入人们的生活,以PLC为核心的温度采集控制系统就是其中之一,采用微型计算机对温度进行控制,不仅具有控制方便、简单和灵活等优点,而且可以大幅度提高控制温度技术指标,本文正是利用基于PLC模块的水温控制系统来改善以前传统的酒发酵工艺来设计的。
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1.1.3清香型白酒发酵温度控制总体框图
发酵温度输入信
模拟量输入模块
数字量输出模块
水温控制电磁阀
S7-200PLC
水温
水温输入信号
开关量检测
发酵地缸温度
第二章白酒发酵过程自动控制的意义
2.1清香型白酒发酵工艺简述
清香型白酒发酵管理要遵循“前缓、中挺、后缓落”的规律。
就是在大楂材料入缸后6~7天,材料的温度要缓慢上升,每天升高1~2℃,升至28~30℃最高不超过32℃,保持3整天,然后以每天0.5℃的速度缓慢回落,直到出缸时,品温保持在23℃~25℃。
材料的发酵管理则要求“前猛、中挺、一保到底”。
控制发酵温度变化主要通过调节保温被或麦糠的厚度来实现。
温度对酒发酵的影响:
在酒发酵过程中,发酵温度对酒的出酒率、酒的品质有很大影响。
清香型大曲白酒的发酵周期一般为21-28天,个别长达30余天。
由于大曲的糖化发酵作用缓慢,发酵周期过短,大曲酶活性作用不完全,发酵不彻底,影响出酒率,同时由于发酵发酵周期短,养醅时间短,影响酶化作用,酒质也不够绵软,后味较淡。
在发酵过程中,如前火过缓,材料冷凉,淀粉糖化作用缓慢,酵母繁殖不好,在酒醅不能以酒精发酵占据优势,则生酸细菌也可在低温下缓慢繁殖、缓慢生酸,并抑制酒精发酵,使后酵的生酸幅度不断增大,出酒率不高,这种一般发生在冬季,因此冬季酿酒应注意保温,达到适时顶火。
如前火太急,顶火温度较高,前期和后期生算幅度较大,使糖化酶迅速钝化失活,酒醅
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中残淀粉较高,生酸细菌繁殖旺盛,影响酵母菌的繁殖和发酵,不仅影响大楂流酒,而且影响二楂发酵。
达到顶火温度后保持3-5天后,将材料发透,使酒精成分控制酒醅,抑制生酸细菌繁殖,防止酒醅迅速生酸。
如中挺时间过长,酒醅长期处于高温状态,酒醅酸度迅速升高,则对二楂酒危害更大;
如中挺时间过短,到达顶火温度后快速下降则材料没有发透,由于酒醅酸度很大,后期发酵阻力很大,出酒率也不会很高。
后缓落是指中挺后醅温度应控制缓慢降落,注意保温,逐日温度下降温度不超过0.5℃,至出缸时酒醅温度仍可达到23-24℃,后缓落期应注意酒醅的适当保温,因为后期酒醅中的酒精份尚可微微上升,出酒率尚有潜力可挖。
2.2清香型白酒发酵的温度曲线
(1)大楂入缸温度的实测数据如下表:
月份室温地温入温
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18.218.414.3
1013.814.813.7
118.210.811.7
1248.6
12.46
25.78.915
31010.811.8
415.215.712.7
519.718.714.7
6---21.513.8
7—
8—
17.715.8
(2)根据发酵工艺可绘制发酵温度曲线如下:
在上图中前缓oa段由入缸温度经过6~7天,发酵温度缓慢上升到顶火温度,
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中挺ab段顶火温度保持三整天,不能高于这个温度不然酒醅酸度会迅速上升,后缓bc段以每天0.5℃左右的速度下降出缸时温度控制在23℃~24℃。
2.3利用微型计算机控制的可行性分析
PLC具有控制精度高,使用周期长,可靠性高,非常适合现代发酵控制工艺的具体要求,清香型白酒的发酵温度上的具体要求完全可以由PC机控制实现,并通过其的控制性能完来达到发酵的温度的控制精度,从而提高酒的品质,符合现代化的发展规划进程。
第三章
3.1PLC的特点PLC在发酵过程中的应用
可编程序控制器是一种以计算机(微处理器)为核心的通用工业控制装置。
早期可编程序控制器主要用于开关量的逻辑控制,被称为可编程序逻辑控制器,简称PLC,这个名称被一直沿用。
现代PLC采用微处理器作为中央处理单元,其功能大大增强,不仅具有逻辑控制功能,还具有算术运算、模拟量处理和通信联网等功能,目前已经被广泛应用于工业生产的各个领域。
自1969年DEC公司研制出世界上第一台PLC后,经过30多年的发展,有的已经使用RISC(精简指令系统CPU)芯片。
最快的PLC处理一步程序仅需几十纳秒;
软件上使用容错技术,硬件上使用多CPU技术,具有二三百步以上的高级指令,使PLC具有强大的数值运算、函数运算和大批量数据处理能力。
PLC的迅猛发展和广泛应用是与其自身的性能特点密切相关的,与继电器、微机控制相比,PLC具有以下特点:
①高可靠性
PLC是为了适应工业环境而专门设计的控制装置,可靠性高、抗干扰能力强是它的最重要的特点。
PLC在硬件和软件方面采取了如下一系列可靠性设计方法。
硬件设计方面:
采用可靠性高的元件,对干扰的屏蔽、隔离和滤波,对电源的掉电保护,存储器内容保护,采用看门狗和其他自诊断措施等。
软件设计方面:
采用软件滤波,软件自诊断,简化编程语言,信息保护和恢复,报警和运行信息的显示等。
②易操作性
PLC的易操作性表现为编程简单,使用方便。
考虑到大多数电气技术人员的读图习惯和应用微机的水平,PLC采用了面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程,
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易于掌握。
例如目前大多数PLC采用的梯形图语言,继承了继电器控制线路的清晰直观感,很容易被电气技术人员所接受和掌握。
PLC的输入输出接口可直接与控制现场的用户设备相连接,可拆卸的接线端子排
PLC的自诊断功能使在系统出现故障的时候,使接线工作及其简单。
维护人员可
根据各种异常状态的指示或自诊结果,快速确定故障的位置,以便迅速处理和修复。
③通用性
现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能,而且还具有A/D、D/A转换,PID控制、数值运算和数据处理等功能。
因此,它既可对开关量进行控制,也可对模拟量进行控制;
既可以控制单台设备,也可以控制一条生产线或全部生产工艺过程。
PLC还具有通信联网功能,可与相同或不同类型的PLC联网,并可与上位机通信构成分布式的控制系统。
④易于实现机电一体化
由于PLC采用半导体集成电路,因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。
而且由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机,其结构紧凑、坚固耐用,并具有很强的可靠性和抗干扰能力,易于装入机械设备内部,因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。
3.2PLC的基本结构
PLC本质上是一台用于控制的专用计算机,因此它与一般的控制机在结构上有很大的相似性。
PLC的主要特点是与控制对象有更强的接口能力,也就是说,它的基本结构主要是围绕着适宜于过程控制的要求来进行设计的。
按结构形式的不同,PLC可分为整体式和组合式两类。
整体式PLC是将中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体,构成主机。
另外还有独立的I/O扩展单元与主机配合使用。
主机中CPU是PLC的核心,I/O单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路,通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。
组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块,各模块插在底板上,模块之间通过底板上的总线相互联系。
装有CPU单元的底板称为CPU底板,其它称为扩展底板。
CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接,距离一般不超过10m。
无论哪知结构类型的PLC,都可根据需要进行配置与组合。
例如SIEMENSS7-224型PLC为整体式结构,通过主机连接I/O扩展单元,I/O点数可在24点
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到168点的范围内进行配置。
组合式PLC则在I/O配置上更方便、更灵活。
3.3PLC工作的基本原理
与其它计算机系统相同,PLC的CPU采用分时操作原理,每一时刻执行一个操作,随时间顺序执行各个操作。
这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。
PLC的用户程序由若干条指令组成,指令在存储器中按序号顺序排列。
CPU从
第一条指令开始,顺序逐条的执行用户程序,直到用户程序结束。
然后返回第一条指令开始,新一轮扫描。
除了执行用户程序外,在每次扫描过程中好要完成系统自检测,输入输出处理,处理外设请求等工作。
以上几个过程共同构成了PLC工作的一个工作周期。
PLC按工作周期方式周而复始的循环工作。
PLC上电后,首先进行初始化,然后进图循环工作过程,一次循环可归纳为五个工作阶段,如图3-3;
各个阶段完成的任务如下:
①公共处理。
复位监控定时器(WDT),进行硬件检查、用户内存检查等。
检查正常后,方可进行下面的操作。
如果有异常情况,则根据错误的严重程度发出报警或停止PLC运行。
②I/O刷新。
输入刷新时,CPU从输入电路中读出各输入点状态,并将此状态写入输入映像寄存器中;
输出刷新时候,将输出继电器的元件影响寄存器的状态传送到输出锁存电路,再经输出电路隔离和功率放大,驱动外部负载。
③执行用户程序。
在程序执行阶段,CPU按先左后右,先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行,CPU从输入映像寄存器和输出映像寄存器中读出各继电器的状态,根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算,运算结果再写入输
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出映像寄存器中。
④外设端口服务。
完成与外设端口连接的外围设备(如编程器)或通讯适配器的通信处理。
电源接上I/O内部继电器清零;
定时器复位;
检查I/O初始化
单元连接
检查硬件和用户程
序存储器
否
检查结果正
常?
错误标志置
位,故障灯亮采样输入信号,刷新I/O
数据,更新输出信号
监控定时器复位
故障性质
报警逐条执行用户程序指令
异常
程序结束?
是否
外设端口服务
(a)
9初始化公共处理I/O刷新执行用户程序外设端口服务(b)
3.4PLC的主要功能及应用
可编程控制器的设计思想是尽可能地利用当前先进的计算机技术去满足用户的需要,PLC与继电器接触器控制电路的一个本质区别就是除了必要的与外部物理世界的接口(即I/O点)外,其它的逻辑功能均在其内部实现。
这些逻辑功能不仅可以取代,而且远远超过诸如中间继电器、时间继电器等硬件逻辑所能达到的功能,从而为PLC在可靠性和便利性上形成特色奠定了基础。
PLC的主要功能:
逻辑控制、定时控制、计数控制、步进(顺序)控制、PID控制、数据处理
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