白酒酿造中粉状物料暂存、分发控制系统设计

门延会，王 强，沈 涛，杜 伟

（1.宜宾职业技术学院现代制造工程系，四川宜宾 644003；2.岷江机械制造有限责任公司，四川宜宾 644007）

白酒产业是中国传统产业的代表，其制造工艺蕴藏着古人的智慧和深刻的机理。随着市场经济的发展，及自动化控制技术的不断进步，各企业为降低生产成本，提高生产效率，白酒生产过程的机械化、自动化甚至智能化已经势在必行[1-3]。

对于酿酒环节，无论是酿造酒，还是蒸馏酒，以及两者的派生酒品，制酒用的主要原料均为糖质原料或淀粉质原料[4]。原料处理的基本工艺和程序是精碾或粉碎、润料、拌料、上甑、蒸馏、摊晾、翻料、入缸或入窖发酵等[5-6]。整个流程整体上已基本实现机械化，但是通过对五粮液酒厂各车间的调查发现，将原料进行精碾或粉碎后，从制粉车间装满物料后运输到用粉车间进行称量、存储、分发等收料工作往往被管理者所忽视，很多企业尤其是中小企业仍采用人工利用物料罐车来进行传输，存储存放是简单的放在地上或箱里，当润料需要时再进行分发，分发量的多少完全由人工靠经验来判断。其劳动强度大，生产效率低，卫生效果差，更重要的是粮食经粉碎后，其微小颗粒物会漂浮在空气中，长期工作在这种环境中，对工人的身心健康有很大影响，加之劳动强度较大，严重制约了白酒的酿造效率。针对以上问题，实现粉状或颗粒状物料在运输过程中的计量、转运与再分发的自动化控制过程。通过对其控制系统的实现，最大限度地发挥机械化的效能，使机械化设备更好地服务于工艺。

1 粉状物料暂存、分发控制系统的功能

1.1 物料的收料、分发工作

带风送系统的物料罐车在制粉车间装满物料后，运往用粉车间，停在需要补充物料的车间外墙附近，经由电气和风送管道的连接后，按顺序启动所有设备，将罐车上物料输送至本工序的接料仓内备用，这样就完成了收料工作。当现场需要用料时，将接料斗车推到接料仓出料口下方正中央，在触摸屏主画面上输入密码，进入操作画面，设定好需要使用的量即可使系统进入自动发料。

1.2 设有不同的操作权限

为便于企业对各班组进行考核和记录，控制系统为管理者及各班组设置了不同的操作权限和密码。各班组可随时查看每次用料的具体数据信息。车间管理者可进行系统的参数设置，还可随时查询收料和各班的用料情况，以此作为班组考核的依据，提高班组间的竞争力及生产效率。

1.3 分发计量数据准确

为了提高计量数据的准确性，当发现计量器具有误差时，就需要及时进行标定，该系统可以进行空载及带载标定，但是只有专业人员才能对秤进行标定，以保证数据的完整性和安全性。

2 粉状物料暂存、分发控制系统的实现

2.1 控制系统结构实现

以PLC 为主控中心，触摸屏为人机操作界面，继电器、交流接触器等作为系统执行机构,以接近开关、称重传感器及变送放大器等组件组成信号采集机构，采集得到的信号全部由PLC 系统进行分析运算处理，由输出端输出至各控制点，时刻监控系统的运行状况。其控制系统结构图见图1。

2.2 收料操作

用手指轻触触摸屏主画面“操作画面”按钮，在输入正确的密码并确认后即可进入操作画面，见图2。

图1 控制系统结构图

图2 操作画面图

在收料量设定输入框中输入预计要收料的数量（单位：kg），按下收料按钮。因接料仓的最大容量是按6000 kg 设计的，超出此范围，系统不会接受并判定输入无效。另外，因每次风送管道内部是否存料及存料的多少不能确定，所以收料量设定值只是一个概数，可能导致最终进入接料仓的量与设定量有出入，属正常现象，但最终进入接料仓的实际量在“收料数据存储”中会有记载。

收料操作的顺序，带风送设备的物料罐车进入车间后，观察车间外墙上的红色需料报警灯，若某一跨的报警灯点亮，说明该跨的存料不足，此时应将车上的风送设备电源插头接通，然后在触摸屏上按下收料启动按钮。当收料量达到设定量时，将通过无线电遥控信号停止转料车中的水平螺旋输送机，其他设备继续运行，待风送设备和风送管道中的余料全部输送完后，最后断掉电源。

2.3 发料操作

当现场需要用料时，将接料斗车推到出料口下方，在主画面上输入密码，进入操作画面，在发料量输入框设定好需要使用的量（最大200 kg）。按下绿色自动按钮，系统进入自动发料状态，再按下黄色发料按钮，发料仓上进料插板打开，当进料量接近设定的发料量时，进料插板反向运行减小进料开度，达到精确进料的目的。当进料量等于设定的发料量时，进料插板完全关闭，延时1～3 s，发料仓下方的出料插板打开，将物料放入接料斗车内，完成一次发料过程。

2.4 计量秤的误差及标定

称重系统及变送放大器采用A/D+D/A 的方式，在前端现场对微弱的称重传感器信号进行模数转换，由单片机量化、线性整形、放大经数模转换集成电路处理后输出至PLC 进行运算。在整个称重系统中，由于称重传感器和A/D、D/A 转换变送放大器等电子器件参数的离散性，数字信号经D/A 转换器转变成模拟信号时的零点漂移及满量程输出误差的存在且各不相同，导致误差在所难免，因此需要专业人员对计量秤进行定期的标定。需要标定时，专业人员将触摸屏画面切换到“参数设置”画面，按照规定的动作操作后画面自动跳转进入接料仓称重标定画面，见图3。

图3 接料仓称重标定画面

（1）空载标定。确保秤体上无任何物品，观察画面中的“传感器实时数据”，待数据基本不变或变化范围很小时，按住“空载标定”按钮直至按钮上方的皮重数据与传感器实时数据相等即可。

（2）带载标定。准备一个已知质量的重物作为标定用砝码，其质量应大于最大量程的一半以上，尽可能接近满量程，这样引入的误差最小。将重物置于秤体中心位，待整个秤体稳定后，观察“传感器实时数据”，待数据基本不变或变化范围很小时，在“输入已知净重量”方框中输入重物的质量数据（单位为kg），然后按住“带载标定”按钮直至已知净重加皮重数据与传感器实时数据相等即可，此时“实时净重量”方框中显示的是该重物的实际重量值。接料仓和发料仓的标定方法相同，只是量程不同，接料仓的最大量程为6000 kg，发料仓的最大量程为200 kg。

2.5 数据管理

在主画面用手指轻触“数据管理”按钮，即可进入数据管理画面。收料数据存储画面具体布置见图4，如B 班组用料数据存储见图5。

图4 收料数据存储画面

图5 B 班组用料数据存储画面

在各个数据存储画面，可以查询收料和各班的用料情况，按一下“历史数据”按钮，可查询前1 d的数据记录，以此类推，可查询30 d 内的数据记录；按一下“最新数据”按钮，可回到当日的数据记录页面；其他按钮均为各班之间用料数据查询的切换按钮，车间管理员可以此作为班组考核的参考依据。

3 控制系统的社会效益、经济效益

经市场调研，该控制系统可用于各类中大型酒厂的技术改造项目，控制系统在设计时暂时是使用了一辆物料转运车和8 套物料暂存分发设备，待真正使用或使用成熟、逐渐改进后可进行扩建。该控制系统使用后，可大大提高酒类生产企业的自动化水平及生产效率。以五粮液酒厂为例，启用该项目后，一个车间每年可存储、运输、暂存分发粮粉产量约100 万吨，比人工工作效率提高了近100 倍，为企业节省人力、物力累计约100 万元/年,如果五粮液有至少10 个这样的车间，其年产量更大。另外该控制系统的应用，大大改善了工人的工作环境，降低了工人的劳动强度，有利于工人的身心健康，在一定程度上使空气质量得到改善，有很大的经济效益和社会效益。

4 结论

课题研究的粉状物料暂存、分发控制系统主要应用于白酒酿造工艺流程过程中的原料处理环节，该系统工作效率高，准确度高，可扩展性强，可使整个酿酒过程的效率及产量大大提升，使酿酒的工作环境得到改善，值得推广。根据市场调研结果表明，此类工程设备不仅局限于酒厂，可延伸至所有粉状或颗粒状物料生产、运输、计量、存储和使用的行业，市场需求量较大，应用面广，具有很好的发展前景。