力控ForceControl 在啤酒生产过程自动化控制系统中的应用

一、系统概述

我国啤酒的正规化生产，起源于十九世纪末。五六十年代，随着国家的经济的复苏和人民生活的改善，政府斥资兴建了一批啤酒厂，使我国的啤酒生产业初具规模。至八十年代，我国经济快速增长，啤酒产业也得了空前的发展，并迅速成为了一个啤酒大国。
早期的啤酒生产，设备落后，且监控过程大多采用人工方式，再加上啤酒生产的长时性特点，使人工任务量过大，很容易出现质量问题。后期虽然开始启用一些控制设备，但多数存在控制过程简单，可视性差，生产过程数据不能进行有效地保存分析，控制精度和灵活性也欠佳。随着近些年来计算机的迅速普及，监控组态软件技术的日益成熟，人们开始运用组态软件进行啤酒生产过程自动化控制，避免了人为操作的失误，具有足够的灵活性，控制过程精度也有了很大的进步。生产过程历史数据的有效保存，也为厂家进行控制过程分析，控制曲线改进，进一步提高产品质量，提供了良好的原始数据参考。

二、系统架构

系统架构如下图所示：

三、应用功能

1、工艺过程管理。啤酒生产过程主要分为：制麦、糖化、发酵、罐装四个部分。在计算机及检测设备的配合下，借助监控组态软件平台，可根据不同需要选择不同控制方案，实现生产过程温度、压力等参数的精确调节，确保生产工艺要求。

2、控制系统组建。组建力控监控组态软件环境的啤酒生产过程控制，在硬件方面主要有力控+PLC、力控+控制器、力控+计算机板卡这三种选择方式。它们的总体功能相同，但各有侧重：采用力控+PLC或力控+控制器方式有着较好的稳定性，但价格相对较高，且给日后进行系统扩充和变更带来不便；采用力控+计算机板卡方式，系统构造相对灵活，价格适中一些。可根据厂家的各自特点和不同需求做出选择。主要涉及：工业计算机、打印机、PLC/控制器/计算机板卡、力控软件、液位变送器、压力变送器、温度传感器、电磁阀、电动调节阀、检测开关等。

3、安全性及可靠性。提供操作工级、班长级、工程师级和系统管理员级四个安全级别，系统参数设置中有：禁止退出、禁止Ctrl+Alt+Del、禁止Ctrl+Esc等安全选项，有比较齐全的安全限制；支持双机热备功能，使系统具有更强的可靠性；可以设定实时数据库DB定期保存数据的时间间隔，最大限度地减少意外掉电等故障带来的损失；力控的“快照”功能可以将当时的操作画面锁定并保存下来，为日后进行事故分析及故障排除提供有力的参考。另外，啤酒生产环境要求相关设备满足防潮湿、耐低温、抗腐蚀等要求，并要做好线缆屏蔽及抗干扰处理，保证硬件的可靠性和安全性。

4、温度、压力曲线控制。一方面可以通过力控的脚本支持功能，来进行温度及压力曲线的灵活控制；另一方面，可以利用力控策略生成器中提供的斜坡功能块来实现。斜坡功能块最多可产生多达24个斜坡输出，算法的输出作为副回路的设定值。副回路挂接一个PID算法控制回路，使PID回路的设定值可以按照设定的斜坡曲线随时间变化改变。斜坡算法有下列主要参数是：时间单位TimUnit（秒、分钟、小时）、时间范围TimSpan（小时数）、24条斜坡线段（TIM0~TIM24和OUT0~OUT24）、回路方式Mode（手动方式、自动方式）、斜坡时间Time、斜坡控制结束后的操作EndMode、手动输出MOUT等。

5、漂移及非线性问题。因啤酒生产环境相对较差，再加上长时间的运作，检测仪表和设备必将出现不同程度的零点漂移问题；因检测设备老化也极易出现非线性问题。一方面，力控提供了软件分段线性化处理功能，来解决检测器件的非线性化问题，也可以通过软件处理来修正漂移；另一方面，力控累计点中提供了信号限值切除功能，适当设置可以有效地减少检测设备零点漂移带来的误差。

6、配方管理。啤酒生产工艺中，制造不同口味或不同品种的产品需要使用不同的原材料配方。力控的配方管理，则使此类工艺过程的控制和管理变得简单和明了。

7、图表功能。啤酒生产工艺中，制造不同口味或不同品种的产品需要使用不同的原材料配方。力控的配方管理，则使此类工艺过程的控制和管理变得简单和明了。

四、项目总结

几十年来的啤酒产业发展，是一个工业化到自动化不断演变的过程。啤酒产业的未来也应与其它流程行业相似，逐渐向管控一体化方向过渡，使生产数据更好地整合到经营决策渠道，生产控制模型将愈加趋于合理，智能化程度也将得到进一步提高。力控提供了独到的内置式实时数据库，具有完备的外部扩展接口，第三方软件可以通过ActiveX、DLL、DDE等方式与力控进行数据通讯，方便了与管理信息系统的衔接，为企业日后进行管控一体化设计打下了良好基础。