白酒釀制蒸餾過程的自動化控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明屬于自動化控制技術領域，具體為一種白酒釀制蒸餾過程的自動化控制系統。本發明的自動化控制系統包括：蒸餾桶溫度控制回路、蒸餾桶壓力控制回路、蒸汽壓力控制回路、冷凝器出水溫度控制回路、進水溫度控制回路、打量水箱水位控制回路、水溫控制回路等生產工藝參數控制回路；每個控制回路包括參數檢測裝置、基于計算機的控制器、以及相應的執行裝置，保證各工藝參數的控制精度，滿足生產指標要求。本發明把原來手工操作部分用自動化儀表來升級，實現蒸餾生產過程自動化；同時，仍完整保留著釀酒傳統工藝、操作技法，但比原手工操作更省力、更準確、更及時、可重復；進一步可實現溫度、壓力等參數按需變化。
【專利說明】
白酒釀制蒸餾過程的自動化控制系統
技術領域
[0001 ]本發明屬于自動化控制技術領域，具體涉及一種白酒釀制蒸餾過程的自動化控制系統。
【背景技術】
[0002]從古代到二十世紀四十年代，白酒的生產都是人工操作，勞動強度非常大，如踏曲、翻曲、粉碎、酒醅的入窖和出窖都是靠人力。新中國成立后，在白酒生產的機械化方面作了大量的探索，許多方面已經實現了機械化生產，如用粉碎機代替牲畜拉磨，將蒸餾器的“天鍋”改為冷凝器，免去了人工經常換水。大曲踏制改用了曲坯成型機，人工推車送料改為皮帶輸送或桁車抓斗。陶壇貯酒也改為大容器貯酒，減少了酒的損耗，減輕了工人勞動強度。同時，計算機技術在白酒勾兌、調味、酒庫管理、計量、分析檢測等方面應用已久。白酒的包裝設備也普遍實現了洗瓶、灌裝、壓蓋、貼標流水線。
[0003]但是，計算機技術應用、自動化控制系統還沒有深入到制酒的發酵、蒸餾等過程。傳統甑桶蒸餾過程多年來沒有突破，仍沿用古老的手工操作。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提出一種白酒釀制蒸餾過程的自動化控制系統，實現蒸餾生產過程自動化，改善蒸餾過程關鍵參數的控制品質，以降低工人勞動強度，提高生產效率，提升經濟效益。
[0005]本發明在完整保留白酒傳統釀造工藝的基礎上，采用檢測技術、計算機技術、通訊技術、先進控制與優化技術、以及控制系統集成技術，通過適當改造升級現有蒸餾設備，把蒸餾過程中的手工操作用自動化儀表、集成控制系統來升級，從而實現蒸餾生產過程自動化，改善蒸餾過程關鍵參數的控制品質。
[0006]根據傳統工藝，蒸餾之目的，是使成熟酒醅中的酒精成分、香味物質等揮發、濃縮、提取出來;同時，通過蒸餾把雜質排除出去，得到所需的成品酒。
[0007]原料蒸煮和蒸餾在甑內同時進行，要求均勻進汽、緩火蒸餾、低溫流酒。流酒開始，單獨接取一定量的酒頭。蒸餾時要控制流酒溫度，流酒溫度過低，會讓乙醛等低沸點雜質過多的進入酒內；流酒溫度過高，酒精和香氣成分的揮發損失增加。流酒持續一段時間，斷花時截取酒尾。斷尾后加大火力蒸糧，以促進原料淀粉糊化并達到沖酸之目的。在蒸酒過程中，原料和酒醅都要進行滅菌處理，并把糧香也蒸入成品酒內。
[0008]現行做法是緩火(汽)蒸餾、摘酒，大火(汽)蒸糧、糊化。餾酒和蒸糧時應對蒸汽壓力進行一定的控制。從控制角度來說，應是蒸餾、摘酒時蒸汽流量較小，升溫速度較慢、溫度較低;而蒸糧、糊化時蒸汽流量較大，升溫速度較快、溫度較高。
[0009]本發明提出的白酒蒸餾過程自動化控制系統，包括(I)蒸餾桶溫度控制回路、(2)蒸餾桶壓力控制回路、(3)蒸汽壓力控制回路、(4)冷凝器出水溫度控制回路、(5)進水溫度控制回路、(6)打量水箱水位控制回路、(7)水溫控制回路等生產工藝參數控制回路;每個控制回路包括參數檢測裝置、基于計算機的控制器、以及相應的執行裝置等，保證各工藝參數的控制精度，滿足生產指標要求。其中:
(I)蒸餾桶溫度控制回路，其框圖如圖1所示。該控制回路包括:溫度檢測裝置、溫度控制器、蒸汽調節閥；溫度檢測裝置設置在蒸桶的蓋或其他位置，有一個或多個溫度檢測點，用于對蒸桶溫度的在線實時采集;把檢測到的溫度值與設定溫度值(工藝所需要的)進行比較，并把比較結果作為溫度控制器的輸入信號;溫度控制器根據當前輸入信號與歷史輸入信號，通過一定的控制算法，得到溫度控制器的輸出；溫度控制器的輸出信號作為蒸汽調節閥的輸入，自動調節流入蒸桶的蒸汽量，從而自動控制蒸桶的溫度。在溫度控制器設計過程中，充分考慮蒸桶壓力對蒸桶溫度的影響，確保回路系統的控制品質。溫度檢測點使用溫度傳感器。
[0010](2)蒸餾桶調節壓力回路，其框圖如圖2所示。該控制回路包括:壓力檢測裝置、壓力控制器、擋板調節閥;壓力檢測裝置設置在蒸桶的蓋或其他位置，有一個或多個壓力檢測點，用于對蒸桶壓力的在線實時采集;把檢測到的壓力值與設定壓力值(工藝所需要的)進行比較，并把比較結果作為壓力控制器的輸入信號;壓力控制器根據當前輸入信號與歷史輸入信號，通過一定的控制算法，得到壓力控制器的輸出；壓力控制器的輸出信號作為桶擋調節閥的輸入，通過自動調節擋板位置實現蒸餾桶的壓力控制。在壓力控制器設計過程中，充分考慮蒸桶蒸汽流量對蒸桶壓力的影響，可采用蒸汽流量前饋以保證回路系統的控制品質。壓力檢測點使用壓力傳感器。
[0011](3)蒸汽壓力調節回路，其框圖如圖3所示。該控制回路包括:壓力檢測裝置、壓力控制器、蒸汽壓力調節閥;壓力檢測裝置用于在線實時獲取蒸汽壓力，并把檢測的壓力值與設定的壓力值(工藝所需要的)進行比較，比較結果作為壓力控制器的輸入信號;壓力控制器根據當前輸入信號與歷史輸入信號，按一定的控制律，得到壓力控制器的輸出；根據壓力控制器的輸出信號自動控制流量調節閥，在供汽出口自動調節蒸汽壓力。
[0012](4)冷凝器出水溫度調節回路，其框圖如圖4所示。該控制回路包括:溫度檢測裝置、溫度控制器、進水調節閥；溫度檢測裝置用于實時動態檢測采集冷凝器的出水溫度，并將溫度檢測值與設定值(工藝所需要的)進行比較，作為溫度控制器的輸入信號;控制器根據當前輸入信號與歷史輸入信息，按一定控制律，得到溫度控制器的輸出；溫度控制器的輸出信號自動控制進水調節閥，從而對冷凝熱交換器的出水溫度進行控制。這里的溫度檢測裝置可采用溫度傳感器。
[0013](5)冷凝器進水溫度調節回路，其框圖如圖5所示。該控制回路包括:溫度檢測裝置、溫度控制器;系統通過控制冷卻塔的風機轉速來對冷凝器的進水溫度進行調節。溫度傳感裝置用于實時動態檢測采集冷卻塔水溫(即冷凝器進水溫度)，并水溫檢測值將與水溫設定值(工藝所需要的)進行比較，兩者之差作為溫度控制器的輸入信號;溫度控制器根據輸入信號，按一定控制算法，得到溫度控制器的輸出;溫度控制器的輸出信號控制冷卻塔風機的轉速，從而對冷卻塔的水溫進行自動調節控制。
[0014](6)打量水箱水位調節回路，其框圖如圖6所示。該控制回路包括:水位檢測裝置、水位控制器;系統通過打量水箱進水調節閥控制水箱的水位;水位檢測裝置用于實時動態檢測采集打量水箱水位，并將水位檢測值與水位設定值(工藝所需要的)進行比較，兩者之差作為水位控制器的輸入信號;水位控制器根據輸入信號，按一定控制算法，得到水位控制器的輸出；水位控制器的輸出信號控制進水調節閥開度，從而對打量水箱水位進行自動調節控制。這里水位檢測裝置可采用液位傳感器。
[0015](7)打量水箱水溫調節回路，其框圖如圖7所示。該控制回路包括:水溫檢測裝置、水溫控制器;系統通過進汽調節閥控制打量水箱的水溫;水溫檢測裝置用于實時動態檢測采集打量水箱水溫，并將水溫檢測值與水溫設定值(工藝所需要的)進行比較，兩者之差作為水溫控制器的輸入信號;水溫控制器根據輸入信號，按一定控制算法，得到水溫控制器的輸出；水溫控制器的輸出信號控制進汽調節閥開度，從而對打量水箱水溫進行自動調節。這里的水溫檢測裝置可采用溫度傳感器。
[0016]本發明系統通過蒸餾桶溫度、壓力、蒸汽壓力、冷凝器出水溫度、進水溫度、打量水箱水位、水溫等生產工藝參數自動控制回路，實現白酒蒸餾生產過程實現自動化。經過系統升級，把手動、靠經驗的人工操作提升為自動化控制新時代。
[0017]而且，還可更進一步實現如下功能:
①保證重要參數穩定，并且通過控制器參數設計，可保證蒸餾桶溫度、壓力、冷凝管出水溫度、進水溫度(冷卻塔出水溫度)、打量水箱水位、打量水箱水溫等工藝參數較小波動，從而實現蒸餾過程自動化并達到很高精度，大大提高生產水平；
②當需要這些參數變化時，可以保證按給定曲線變化、跟蹤。也就是說，工藝參數需要保持時能夠準確停得住，而需要要變化能夠按需準確變化、跟蹤。
[0018]自動化控制系統把原來手工操作部分用自動化儀表來升級，實現蒸餾生產過程自動化。同時，仍完整保留著釀酒傳統工藝、操作技法。發明系統的重要貢獻在于比原手工操作更省力、更準確、更及時、可重復;進一步，可實現溫度、壓力等參數按需變化。手工操作條件下，操作人員可能知道某些條件對生產有好處，但手工條件下很難實現，自動化系統則可以精確實現這些條件，為提高釀酒產量和質量提供技術支撐。
【附圖說明】
[0019]圖1蒸餾桶溫度控制回路方框圖。
[0020]圖2蒸餾桶壓力調節回路方框圖。
[0021]圖3蒸汽壓力調節回路方框圖。
[0022]圖4冷凝器出水溫度調節回路方框圖。
[0023]圖5冷凝器進水溫度調節回路方框圖。
[0024]圖6打量水箱水位調節回路方框圖。
[0025]圖7打量水箱水溫調節回路方框圖。
[0026]圖8白酒釀制蒸餾生產過程示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本發明提出的白酒蒸餾過程自動化控制系統，涉及的控制回路儀表包括:進水調節閥、進氣調節閥(是原來的把手工調節進水閥、進汽閥改為自動調節閥)，在蒸桶出口處安裝的檔板，用以調節蒸桶內壓力；蒸桶溫度、壓力、冷凝管入水溫度、出水溫度檢測裝置(新增加的)，實現進水、出水、進汽量、蒸桶內壓力等工藝參數的連續調節。蒸桶出口安裝檔板，把蒸桶內的溫度、壓力分開，實現單獨可調。只有蒸汽閥一個控制量時，蒸汽流量與桶內壓力無法單獨可調。
[0028]蒸桶側
在蒸桶蓋上安裝溫度、壓力檢測裝置，同時增加檔板、執行器，用于控制蒸餾溫度、壓力。為判斷蒸酒桶內溫度均勻性，在蒸餾桶蓋設置多個溫度檢測點，蒸糧桶蓋設置一個溫度、壓力檢測點。
[0029]蒸桶外打量水箱裝一液位、溫度檢測裝置以及進水閥，用于控制水箱水位;增加一個進汽閥，用于控制水溫。打量水出水管增加流量計，用于計量加水量。
[0030]冷凝器側
在冷凝管內安裝多個冷凝水溫度檢測裝置，管外安裝酒蒸汽溫度檢測裝置，用于檢測冷凝過程中水管內水溫及水管外酒蒸汽溫度從下到上的變化情況。在冷凝器入水口、出水口、流酒口安裝相應溫度檢測裝置。
[0031]各個控制回路見圖1-7所示。各控制回路中，基于結構簡單、易于使用、方便調試等方面的考慮，控制器優先選用經典PID(比例積分微分)控制算法。PID控制器參數整定方法可以是理論計算方法，根據被控對象的數學模型，通過控制理論計算得到控制器參數。也可以是工程整定方法，主要有臨界比例度法、衰減曲線法等。另外，控制器還可以選用預測控制相關的控制算法以及其它基于計算機的先進工業控制技術算法。
[0032]白酒釀制蒸餾生產過程如圖8所示。經蒸糧、發酵等生產工藝后，得到酒醅。將其裝入蒸桶，稱為裝甑。裝甑時開啟蒸汽閥并使蒸汽量不斷加大，裝甑結束時達到蒸酒汽壓設定值。在裝甑完成后，蓋上甑蓋，接上過汽管，連接冷凝器，打開冷卻水。最先蒸餾出來的稱為“酒頭”，最后蒸餾出來的酒稱為“尾酒”。摘酒時摘酒師“邊嘗邊摘”。先摘取酒頭，然后根據酒質情況量質摘酒，按級入庫。
【主權項】
1.一種白酒釀制蒸餾過程的自動化控制系統，其特征在于，包括:(I)蒸餾桶溫度控制回路、(2)蒸餾桶壓力控制回路、(3)蒸汽壓力控制回路、(4)冷凝器出水溫度控制回路、(5)進水溫度控制回路、(6)打量水箱水位控制回路、(7)水溫控制回路等生產工藝參數控制回路;每個控制回路包括參數檢測裝置、基于計算機的控制器、以及相應的執行裝置，保證各工藝參數的控制精度，滿足生產指標要求;其中: (1)蒸餾桶溫度控制回路，包括:溫度檢測裝置、溫度控制器、蒸汽調節閥；溫度檢測裝置設置在蒸桶的蓋或其他位置，有一個或多個溫度檢測點，用于對蒸桶溫度的在線實時采集;把檢測到的溫度值與設定溫度值進行比較，并把比較結果作為溫度控制器的輸入信號；溫度控制器根據當前輸入信號與歷史輸入信號，通過一定的控制算法，得到溫度控制器的輸出;溫度控制器的輸出信號作為蒸汽調節閥的輸入，自動調節流入蒸桶的蒸汽量，從而自動控制蒸桶的溫度； (2)蒸餾桶調節壓力回路，包括:壓力檢測裝置、壓力控制器、擋板調節閥；壓力檢測裝置設置在蒸桶的蓋或其他位置，有一個或多個壓力檢測點，用于對蒸桶壓力的在線實時采集;把檢測到的壓力值與設定壓力值進行比較，并把比較結果作為壓力控制器的輸入信號；壓力控制器根據當前輸入信號與歷史輸入信號，通過一定的控制算法，得到壓力控制器的輸出；壓力控制器的輸出信號作為桶擋調節閥的輸入，通過自動調節擋板位置實現蒸餾桶的壓力控制； (3)蒸汽壓力調節回路，包括:壓力檢測裝置、壓力控制器、蒸汽壓力調節閥；壓力檢測裝置用于在線實時獲取蒸汽壓力，并把檢測的壓力值與設定的壓力值進行比較，比較結果作為壓力控制器的輸入信號;壓力控制器根據當前輸入信號與歷史輸入信號，按一定的控制律，得到壓力控制器的輸出；根據壓力控制器的輸出信號自動控制流量調節閥，在供汽出口自動調節蒸汽壓力； (4)冷凝器出水溫度調節回路，包括:溫度檢測裝置、溫度控制器、進水調節閥；溫度檢測裝置用于實時動態檢測采集冷凝器的出水溫度，并將溫度檢測值與設定值進行比較，作為溫度控制器的輸入信號;控制器根據當前輸入信號與歷史輸入信息，按一定控制律，得到溫度控制器的輸出；溫度控制器的輸出信號自動控制進水調節閥，從而對冷凝熱交換器的出水溫度進行控制； (5)冷凝器進水溫度調節回路，包括:溫度檢測裝置、溫度控制器；系統通過控制冷卻塔的風機轉速來對冷凝器的進水溫度進行調節;溫度傳感裝置用于實時動態檢測采集冷卻塔水溫即冷凝器進水溫度，并水溫檢測值將與水溫設定值進行比較，兩者之差作為溫度控制器的輸入信號;溫度控制器根據輸入信號，按一定控制算法，得到溫度控制器的輸出；溫度控制器的輸出信號控制冷卻塔風機的轉速，從而對冷卻塔的水溫進行自動調節控制； (6)打量水箱水位調節回路，包括:水位檢測裝置、水位控制器;系統通過打量水箱進水調節閥控制水箱的水位;水位檢測裝置用于實時動態檢測采集打量水箱水位，并將水位檢測值與水位設定值進行比較，兩者之差作為水位控制器的輸入信號；水位控制器根據輸入信號，按一定控制算法，得到水位控制器的輸出；水位控制器的輸出信號控制進水調節閥開度，從而對打量水箱水位進行自動調節控制； (7)打量水箱水溫調節回路，包括:水溫檢測裝置、水溫控制器;系統通過進汽調節閥控制打量水箱的水溫;水溫檢測裝置用于實時動態檢測采集打量水箱水溫，并將水溫檢測值與水溫設定值進行比較，兩者之差作為水溫控制器的輸入信號;水溫控制器根據輸入信號，按一定控制算法，得到水溫控制器的輸出；水溫控制器的輸出信號控制進汽調節閥開度，從而對打量水箱水溫進行自動調節。
【文檔編號】C12G3/12GK105886304SQ201610445344
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】汪興軒, 孫德敏
【申請人】復旦大學