黄酒发酵智能控制系统的应用探讨

陈永康

摘要：针对传统黄酒生产工艺技术装备落后,劳动生产率低等问题,设计了以Lab VIEW为开发平台,基于PLC、智能仪表等现代控制技术的发酵控制系统。介绍了系统的整体结构,软件功能特点以及关键模块的实现。实践证明:该系统可以实现对黄酒发酵过程各参数进行监控,同时具有很高的实时性和可靠性,能够满足发酵工艺要求。

关键词：黄酒发酵；智能控制；系统；应用

1.自控系统的总体设计

结合工业控制模式和黄酒发酵生产工艺的特点，设计了现场控制层和车间级监控层。在发酵罐内安装有温度、酸度、溶氧等传感器以实时采集罐内料液参数，用户可根据黄酒生产工艺要求对温控阀和开耙阀等执行机构进行实时控制以便发酵处于最佳状态，提高黄酒的产量和质量。

黄酒发酵控制系统由西门子工控机、PLC、智能仪表以及各传感器和执行阀门，泵等组成。系统运行时，安装在发酵罐内的传感器采集罐内温度、酸度、含氧量等信息，并将采集的数据发送给智能仪表或变送器，变送器将酸度和含氧量等模拟量信号转换为电流信号后传递给PLC，接受到采集的信息后，PLC和智能仪表分别经MPI或RS-485现场总线上传至工控机，上位机根据接收的指令和预设的参数，通过PLC控制阀门开关度以改变罐内温度和含氧量等信息。系统上位机通过232串行总线和本地GSM 模块相连，通过发送短信到控制或管理人员的手机上，告知系统运行情况和相关采集数据信息。

2.系统模块

2.1GSM 无线模块

系统内置GSM无线模块，管理人员不仅可以通过手机短信的方式查询当前系统参数，如发酵罐醪液温度、溶氧、PH等实时数值，还可以发送控制指令＋设备名称来启动或停止目标设备。另外，当系统运行发生故障时，如温度偏离控制要求、开耙气压不足、出料口管道堵塞等，GSM 无线模块能将故障信息发短信通知负责人，使信息能及时反馈，操作人员及时作出决策，安全可靠。

系统就是基于GSM 网络，通过AT 指令编码，利用RS232串口通信技术，控制GSM 无线模块将含有实时参数或故障信息的短信内容，发送到用户的手机平台。AT指令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的一组指令代码。一般应用于终端设备与PC机之间的连接与通信。常用的AT指令如表１所示。

AT指令 功能 AT指令 功能

AT＋CSMS 设置短信服务 AT＋CMGW 向SIM 卡中写入待发的短消息

AT＋CMGF 选择信息格式：0-PUD；1-Text AT＋CMGD 删除SIM 卡内存的短信

AT＋CPMS 设置短信息内存 AT＋CMGL 列出SIM 卡中的短消息

AT＋CSCA 设置信息中心地址 AT＋CNMI 显示新收到的信息

AT＋CSMP 设置短消息文本模式参数 AT＋CMGR 读取信息

AT＋CSDH 显示短消息文本模式参数 AT＋CMGS 发送信息

AT＋CSCB 选择蜂窝广播消息 AT＋CMSS 发送已储存的信息

AT＋CSCS 选择TE征 AT＋CNMI 设置新消息提示

方式

表1 常用短消息AT指令

目前，发送短消息常用编码模式主要有Text和PDU两种模式。Text模式收发短信代码简单容易，但缺点是不能收发中文短信；PDU 模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。本文主要采用PDU模式下的UCS２编码技术实现中文短信发送。

2.2基于Web的网络查询模块

Lab VIEW 支持用户程序的WEB发布，Lab VIEW Web服务可以生成ＨＴＭＬ文档并嵌入前面板静态或动态图像，实现网络的显示与控制。在远程客户端连接服务器端前面板，需要先配置并启动本地Lab VIEW 的Web server，而后在远程客户端安装Lab VIEW Run-Time引擎即可通过Internet连接服务器端VI前面板。打开计算机通过浏览器连接到互联网，即可实现黄酒发酵整个过程的监视与控制。系统采用Embedded方式，将用户程序完全发布到互联网。配置并启动本地Lab VIEW 的Web server时，首先选择主菜单的“工具｜选项｜Web服务器：配置”，选择“启用Web服务器”，其他可保持默认，而后在“工具｜Web发布工具”选项里即可进行网络发布。在客户端打开浏览器的ＵＲＬ栏中，输入服务器的IP地址如“172.17.170.18”，其后为通过Lab VIEW生成的HDMI文件的文件名。例如：http://huangjiu/fajiao.html，即可远程访问系统。利用WebServer的好处是用户无需任何的编程就能在远程计算机上通过网页连接服务器端的VI前面板进行浏览和操作。

3.温度智能子模块的实现

3.1温度控制系统的模糊PID

根据相关文献资料可知黄酒发酵温度特性可以用二階惯性环节加纯滞后来表示。以绍兴某黄酒发酵生产线为例，选用的黄酒发酵温度模型的传递函为：

参数自整定模糊PID控制器是一种在常规PID 控制器的基础上，运用模糊理论将专家或现场操作人员的经验知识、思维进行推理，控制过程的方法策略由模糊控制器来实现。PID参数自整定的实现方法就是在系统运行中不断检测误差ｅ和误差变化率ec ，再根据模糊控制原理在线对PID控制器中的参数KP，KD，KI进行整定，以满足不同的ｅ和ec 对控制器参数的要求，从而达到较理想的静态和动态性能。

3.2SCL模糊控制器的实现

SCL语言是西门子STEP7支持的一种结构化语言，SCL适合于公式计算、复杂的最优化算法或管理大量的数据，SCL编写的程序，封装成块，可供其它语言如STL，LAD等调用。用SCL语言表编写的智能控制算法，应用时需要封装成智能模块，根据需要可以封装成FB，FC块等。

4.结束语

本文探讨了黄酒智能发酵控制系统。该系统不仅有助于提高黄酒的产量和质量，而且对于推广黄酒发酵自动化有着重要的意义。

5.参考文献

[1]朱青,王直,李垣江,胡煜.基于Lab VIEW与OPC的船舶机舱报警系统设计[J].现代电子技术.2009(01)

[2]陈斌,袁雪,管国强,鲁中巍.基于Lab VIEW的生物发酵过程远程在线监控系统设计[J].农业工程学报.2008(08)[3]郭铁桥,闫迎志.基于Lab VIEW的电梯远程监控系统[J].仪表技术与传感器.2008(07)

[4]许剑,邹小芳,王建华.在Lab VIEW中利用DLL实现数据采集[J].微计算机信息.2008(13)

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