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二〇-三年六月
摘要
干燥是啤酒大麦麦芽处理的一个重要环节,为便于麦芽储存和运输,必须降低其含水率。
传统大麦麦芽干燥过程都是人工操作,而且干燥室结构简单,干燥过程是非线性、时变性和多变量的耦合过程,难于建立精确数学模型。
将控制应用于大麦麦芽干燥控制系统,成为一种选择。
本文还重点介绍了啤酒生产工艺流程和酿造工艺流程,将控制理论最新应用于大麦麦芽干燥控制系统,并在控制过程中取得良好的控制效果。
软件部分设计主要是采用汇编语言进行编程。
本系统包括1个主程序,6个子程序,其中子程序有数据采集存储子程序、平均滤波子程序、温湿度显示子程序等。
最终,本设计建立了先进、稳定、高效的整体系统。
温度控制范围达0~100℃,控制精度达到±
0.2℃。
湿度控制范围达1%~99%RH。
实现干燥过程的智能化控制,并大大缩短干燥时间,节能效果非常显著。
关键词:
啤酒发酵;
麦芽干燥;
PLC
Abstract
英文摘要正文输入
Keywords:
目录
摘要I
AbstractII
第-章绪论1
1.1国内外啤酒消费现状1
1.2我国啤酒生产技术水平及控制水平1
1.2.1我国啤酒生产技术水平1
1.2.2我国啤酒生产的控制现状2
1.2啤酒生产过程自动控制作用和意义2
1.2.1自动控制在啤酒生产中的作用2
1.2.2啤酒生产过程自动控制的意义3
第二章啤酒生产过程工艺简介5
2.1啤酒的生产工艺流程5
2.1.1浸麦5
2.1.2发芽5
2.1.3干燥5
2.1.4除根6
2.2啤酒酿造工艺流程6
2.2.1原料粉碎6
2.2.2糖化7
2.2.3麦汁过滤7
2.2.4麦汁煮沸8
2.2.5麦汁冷却、凝固物分离及充氧8
2.2.6啤酒发酵10
2.2.7啤酒过滤12
第三章PLC啤酒控制系统设计13
3.1有关可编程控制器的介绍13
3.1.1PLC工作原理13
3.1.2PLC的特点13
3.2S7-400/300系统特点及主要功能14
第四章麦芽干燥控制系统软件设计17
4.1系统软件模块设计17
4.2控制系统软件框架18
4.2.1主控程序框图及主控程序18
4.2.2系统内部RAM的分配21
4.2.3子程序程序框图22
4.3系统仿真运行与结论24
第五章总结与展望25
5.1总结25
5.2展望25
致谢26
参考文献27
第-章绪论
1.1国内外啤酒消费现状
啤酒是一种富有营养价值的低度饮料酒,也是世界公认的营养食品,素有“液体面包”的雅称,目前己成为长盛不衰的国际饮料。
啤酒以大麦和其他谷物为原料,并添加少量酒花,采用制麦芽、糖化、发酵等特定工艺酿制而成。
它是-种含有少量酒精和充足二氧化碳、具有酒花香和爽口苦味、营养丰富、风味独特的低度酿造酒,它还含有多种氨基酸、维生素及糖类、无机盐等成份,易为人体吸收。
世界营养食品会议推荐啤酒为营养食品之一,因此,啤酒将是世界饮料酒的发展方向。
啤酒是世界上产量最大的酒种,全世界年产量约为1亿多吨,约有130个国家生产啤酒,人均消费为24升上下。
美国产量最多,年产量约2300万吨,但啤酒消耗水平最高的国家为德国、捷克等,平均每人每年消费啤酒在160升以上。
我国随着改革开放,经济建设迅速发展,人民生活水平的不断提高,啤酒己成为人们的时尚饮品,市场的宠儿,生产直线上升,产销两旺,我国啤酒产量在九十年代末已超过1500万吨,超过了德国,-跃成为仅次于美国的世界第二大啤酒产销国,令世界啤酒界人士刮目相看。
但是我国人均啤酒消费水平只有8升,是世界水平的1/3差距很大,因此说我国的啤酒工业有很大的发展潜力。
1.2我国啤酒生产技术水平及控制水平
1.2.1我国啤酒生产技术水平
啤酒的生产技术,以德国、丹麦等国较为先进。
目前,世界啤酒工业总的技术特点是向设备大型化、自动化、生产周期短,经济效益高的方向发展。
我国的啤酒工业有90多年历史,但是由于历史的原因,我国最初的-些啤酒厂由外商建立。
近十年来,我国的啤酒工业得到了迅速发展,但是由于起步较晚,生产设备都比较落后,普遍存在以下问题:
(1)自控水平差,技术含量低,生产过程主要采用简单控制甚至人工控制
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。
因此,如何提高我国啤酒工业的综合实力,提高产品的技术含量,积极参与国际市场竞争是一个刻不容缓的课题。
这个问题是由管理水平、原料质量等多方面原因导致的,但该领域的自动化水平和自控质量是其中最主要的因素之一。
中国加入WTO后,啤酒生产发展到现阶段,是生产装备决定工艺技术。
近10年来,虽然我国的啤酒装备配套水平有很大提高,但和国外相比,由于起步较晚,尤其是成套设备,差距较大。
由于进口设备价格高,目前只有少数大中型企业进口成套设备;
多数中型企业只进口主要设备,小型企业则全部使用国产设备,生产设备都比较落后,自动化程度低,因而产品效率较低,生产质量也不高,啤酒能耗较大,这都是我国啤酒工业急待解决的问题。
1.2.2我国啤酒生产的控制现状
我国啤酒的产量已逐步发展,但产品质量必须达较高水平,花色品种也必须赶上去,才能适应日益变化的消费者的需求,这就要求国内的啤酒生产厂家改变传统的生产工艺,更新生产设备以满足市场的需求。
主要有以下几方面:
(l)引进国外控制技术。
例如:
福建惠泉啤酒厂创下“十五”期间啤酒酿造技术新亮点:
无菌酿造技术。
并进口德国Thielnt公司的各种先进仪器和德国著名的高德曼(Kottennalln)实验室,创造了世界一流的现代化啤酒控制系统;
北京燕京啤酒厂引进德国施密特公司专用的先进设备;
北京华尔森啤酒厂从捷克全套引进生产设备;
北京华都啤酒厂从丹麦引进生产设备;
上海华光啤酒厂从瑞士引进生产设备等。
引进设备的最大特点是自动化水平比较高,从而能严格满足啤酒生产工艺的要求,因此产量较高,质量较稳定。
但是引进设备价格昂贵,使一般小厂望尘莫及。
(2)国内科研院所、专业公司根据国情自行研制。
由于引进设备的成木非常高,因此,尽快地研制出自动化水平较高的啤酒生产设备,以适应国内啤酒生产的需要,也成为国内一些科研部门的热点。
1988年北京核工程研究院研制的“PRS-80型啤酒发酵控制系统”在伊春啤酒厂投入使用,其硬件配置分上位机和现场工作站两层,控制方案采用单变量温度控制;
1993年国家轻工业部自动化研究所研制的“PW-40啤酒发酵微机控制系统”在厦门华侨啤酒厂投入使用,其控制方案也是采用单变量温度控制;
1994年北京科海测控工程部研制的“CMCM啤酒发酵微机测控系统”在无锡市太湖水啤酒厂投入使用,其硬件配置上位机采用80386,配合了一个小型局域网络,现场控制机采用Z80单板机,控制方案采用单变量控制,并设有液位检测;
合肥廉泉啤酒(集团)公司为增强企业的整体实力,提高产品档次,在1999年3月竣工完成糖化及发酵自控系统,从而使扩建6万吨啤酒生产系统的技改工作胜利完成。
(3)厂内自行研究。
国内中小企业结合本厂生产实际自行研究的自动化仪表加手动的生产控制技术,造价低,效果一般,符合企业目前的状况,但不能满足企业长远发展的需求。
从上述情况看,我国的啤酒生产设备与发达国家相比是有较大的差距,还处于刚起步阶段。
1.2啤酒生产过程自动控制作用和意义
1.2.1自动控制在啤酒生产中的作用
目前国内啤酒市场竞争激烈,主要体现在两个方面:
即啤酒质量、口味稳定性的竞争和啤酒价格的竞争。
为适应现代化生产的要求,提高、稳定产品质量与口味,提高劳动生产率,降低成本,同时使企业的生产管理水平和竞争能力更上-层楼,在啤酒生产中进行自动化控制可以很好的提高竞争能力。
它可以:
(1)提高工艺水平,稳定产品质量、啤酒口味,提高原材料利用率,节约能源,降低生产成本,减轻操作人员的劳动强度,使工人有更多的时间关注工艺参数。
(2)强化产品的质量管理。
先进的算法程序与硬件的高可靠性保证生产过程严格按照设定的工艺参数执行。
一致性很高,同时可记录下真实的生产过程数据,并可随时调用查阅这些数据,作为生产决策部门质量分析和改进生产工艺的可靠依据。
(3)辅助生产管理。
减轻工人操作强度的同时可增强工人的工作责任心。
并且水、电、气(汽)的消耗计量更准确,方便生产成本的控制和管理。
国内啤酒生产自动控制只有近10年的历史,同时啤酒行业有自己独有的环境、工艺、设备装置、人员素质等特点,只有结合国内啤酒行业的实际情况与行业经验,针对啤酒行业生产的特殊性,才能有针对性地开发出适应中国特色的啤酒行业自动控制系统。
通过大量的归纳、分析,可得出啤酒行业自控系统的基本要求:
(1)由于啤酒行业员工缺乏自控系统操作的实际经验,系统采用全中文操作界面,面向工艺人员设计,不需要计算机方面的专门知识,操作简便。
(2)采用模块结构设计。
系统硬件、软件可扩充性强,可靠性高,特别对糖化这种快过程生产车间,下位机采用PLC,同时在系统结构设计中考虑到有利于用户的多次投资,确保用户的投资价值。
(3)自动化程度高,自控设备运行的费用低。
易耗件有较高通用性(国内易于购买),不使用冷门产品,使生产的正常运行得到可靠安全的保证。
(4)完备的生产数据记录功能。
系统提供专用的历史数据查阅程序,便于分析改正生产过程中存在的不足。
(5)合理的安全体系。
结合工厂日常管理的经验,对生产设备、控制点数、操作人员进行合理的划分,给予不同的操作权限与操作等级,从制度上保证生产可靠、安全运行。
1.2.2啤酒生产过程自动控制的意义
(1)对啤酒糖化、发酵工段进行自动化控制、扩大生产规模是国内啤酒厂发展的主流,中国已经加入WTO,完全靠手动控制的小型啤酒厂将难以维持生计。
(2)随着国内纯生啤酒生产线的上马,在线检测设备将会增多,生产自动化程度会进-步提高。
(3)不同设备、不同工段自控系统间的衔接问题将会得到更多的重视,只有解决好这一问题,生产过程自动化才有可能。
(4)制冷车间的自控及与糖化、发酵工段自控的配合是啤酒厂降低能耗的重要途径之一,已受到越来越多的啤酒生产企业的重视。
第二章啤酒生产过程工艺简介
2.1啤酒的生产工艺流程
麦芽制造主要有三大步骤:
浸麦、发芽、干燥,流程如2.1:
图2.1啤酒生产过程工艺流程图
2.1.1浸麦
使麦芽吸收发芽所需要的一定量水分的过程,称为大麦的浸渍,简称浸麦。
经浸渍后的大麦称为浸渍大麦。
浸麦是为了供给大麦发芽时所需的水分,给以充足的氧气,使之开始发芽。
与此同时还可洗涤麦粒,除去浮麦,除去麦皮中对啤酒有害的物质。
浸麦水最好使用中等硬度的饮用水,不得存在有害健康的有机物,应无漂浮物。
水中亚硝酸盐含量达到一定量时,对发芽有抑制作用。
水中含铁、锰过多,会使麦芽表面呈灰白色。
碱性的水,会提高皮壳的办渗透性,增加水的铁含量,限制沉降作用,甚至影响色泽。
大麦经浸渍后的含水百分率,称为浸麦度。
它既是浸麦效果的最终表现形式之一,又是大麦发芽的要素之一,成为制麦工艺关键的一个工艺控制点。
2.1.2发芽
浸渍大麦在理想控制的条件下发芽,生成适合啤酒酿造所需要的新鲜麦芽的过程,称为发芽。
然后送入焙燥系统制成啤酒麦芽。
因此,发芽是一种生理生化过程。
大麦发芽的目的:
激活原有的酶;
生成新的酶;
物质转变。
发芽工艺条件主要控制
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