智能流量冷量积算仪在啤酒企业中的应用

刘风辰

（河北省电子信息技术研究院，河北石家庄 050071）

智能流量冷量积算仪在啤酒企业中的应用

刘风辰

（河北省电子信息技术研究院，河北石家庄 050071）

对智能流量积算仪的应用原理和系统设计进行了介绍，该仪表设计初衷就是对啤酒行业中的冷媒水溶液的冷量进行计量，克服了传统的计量方法的缺点，取得了冷媒冷量计量的新途径，并已在某厂得到了成功应用，成本低、计量精确，具有广阔的市场前景。

冷媒；冷量；密度；热比；积算仪

啤酒生产工艺中主要过程就是糖化和发酵，此过程对温度的要求极其严格，无论是对沸腾麦汁的冷却还是对发酵过程温度的控制都离不开冷媒介质，因此，冷媒介质在啤酒生产过程中是一种不可缺少的能源。

目前，国内外许多仪器制造商也推出了多种测量仪器，但其应用的几种经典控制算法组态对复杂的或特殊的对象往往实现效果不理想，且价格较贵。就水介质冷媒计量的仪表来说，还未出现成熟的产品。为了解决这个问题，笔者开发了智能冷量积算仪，从而实现了实时数据采集，提高了能源利用效率。

1 设计思路

为了适应啤酒工业的需求，智能冷量积算仪采用高集成度芯片，高速串行IIC总线，硬件设计紧凑合理，并具有采集、显示、累计、自诊断和通讯功能，输入信号可以是标准电流、电压和脉冲等信号，也可以是其他类型的信号。通过对介质的温度数据的采集再利用相应算法完成对冷媒溶液冷量的采集计算；软件设计采用模块化结构，具有良好的人机界面，操作灵活、方便，满足系统累积实时性要求，测量精度精准。作为工业能源的计量设备，智能硬件和软件设计把反干扰特性、实时特性、安全特性、稳定特性、易用性、开放性等方面作为设计理念和重要目标。

2 计算原理

智能冷量积算仪的测量采用以下公式：

其中：ρ－被测冷媒的密度，kg／m3；Q－被测冷媒的冷量，kJ；C1－被检测冷媒的入口温度状态下的热比，kJ／kg·K；C2－被测冷媒出口温度状态下的热比，kJ／kg·K；V－被检测冷媒的体积，m3；T1－被测冷媒入口温度，℃；T2－被测冷媒出口温度，℃。

可通过温度传感器测量得出T1、T2，通过查看相关冷媒的热物理特性表格得出ρ、C1、C2，通过液体流量传感设备计量得出V。其中，一些介质的密度和热比是相对固定的如冰水，还有一些介质的热比是由其自身的温度和浓度决定的如乙二醇。所以，经过在实际测量分析中，总结出了乙二醇的物理特性对照情况，如表1所示。

表1 乙二醇的物理特性对照表

由表1得知乙二醇的物理特性关系，即其密度和浓度在相同的物理环境下成一定比例关系。故在软件编程中，计算测量数据时采用公式（2）：

在公式（2）里：A－乙二醇的浓度，%；B－乙二醇的密度，kg／m3。

这就可以在得知乙二醇浓度的情况下通过公式（2）计算出介质的对应密度，然后，在通过查表就可以得出相同条件下的热比，完成了乙二醇冷媒介质的体积和其提供的冷量的采集和计量过程。

3 系统设计

3.1 硬件结构

该智能仪表的中央处理器采用philips公司生产的MCS 51家族中的主频为20M的微处理器，特别是运算处理速度快，具有串行数据接口，从而达到了系统对数据实时性的要求，且价格便宜；模数转换电路主要用来对模拟输入的电压、电流信号进行采集转换，其核心器件选用美国MAX公司生产的具有串行接口的芯片来进行温度信号采集，通过该电路，把模拟信号转换为数字信号传送给中央处理单元，从而达到对温度信号的采集转换效果；为了充分利用中央处理器的快速串行数据接口和运算速度快等特点，该仪表的数据计量数量和参数都存储在可擦除的工业级芯片中，数据安全可靠。

信号采集电路简洁、流畅，通过设置门限、滤波、抗干扰等电路设计，以实现信号的准确数据采集、精确的计量效果，同时，适用于多种信号源，如脉冲、电压、电流等信号的电磁流量计、涡街流量计等前端设备；显示部分采用上下四位LED数字管，以MAX公司生产MAX7219为核心的驱动电路，以保证显示清晰快捷；采用触摸式按键，外观美观，方便设备工程师对仪表的维护和参数修改和设定；采用国际通用的485通信接口，数据实时传输，传输距离远，便于用户通信、浏览、统计和汇总。

电源部分是应用广泛的开关电源，多种形式和范围供电，满足不同场合要求和类型的要求，性能稳定，维护方便，成本低廉，适用于大部分节能降耗的仪器仪表。端子连接图1所示，硬件部分结构图如图2所示。

图1 端子连接图

图2 硬件部分结构图

3.2 软件体系

智能冷积算仪的软件设计采用模块化结构，使用非线性化处理，消除错误和其他累加器数据的处理方法，以确保实时性的要求和计量标准的准确性。

ZNK系列智能流量积算仪主程序流程图如图3。

4 结论

智能流量冷量积算仪的测量数据的实时性、准确性和方便性的设计，可广泛用于啤酒生产过程中的制冷剂溶液的测量。在国家863项目中的钟楼啤酒集团CIMS工程中成功应用的项目中的底层DCS能源监测系统中得到了应用，为啤酒生产企业能源计量和核算提供了及时准确的数据，从而提供了能源使用管理和节约的措施和依据，获得制造商和CIMS验收组的一致好评。

作为中国的传统啤酒行业的合作生产商，设计出改变传统的能源管理、实现科学技术测量的仪器仪表是必要的。传统啤酒生产企业的信息一体化的能源计量至关重要，尤其在这能源检测计量产品缺少的情况下，智能流量冷量积算仪的应用前景将会更加广阔。

图3 智能冷量积算仪程序流程图

［1］马义德，张在峰 ，徐光柱，杜桂芳.微型计算机原理及应用［M］.北京：高等教育出版社，2001.

The application of the intelligent flow and cold totalizer in the beer industry

LIU Feng－chen
（HebeiElectronics＆InformationTechnologyAcademy，ShijiazhuangHebei050071，China）

The applications and system design principles are introduced for intelligent flow totalizer.The designed instrument is that the refrigerant cooling capacity in aqueous solution is measured for the beer industry.The shortcomings of traditional measurement methods are overcome.The new ways of the measurement of the cold refrigerant are made.It has been successfully applied in the factory with low cost，measurement precision.It has broad market prospects.

Refrigerant；Cold；Density，Specific heat；Totalizer

TP205

：A

1001－9383（2011）03－0091－04

2011－06－30

刘风辰（1975－），男，工程师，主要从事信息化工程监理和自动化控制技术研究与开发.