【中国国际啤酒网】在传统的啤酒发酵过程中，人们发现温度调节往往是人为的手动调节，而且要求生产者们不间断的看守，费时费神，消耗了大量的人力。同时，过去这种人为手动调节，达不到优质高效要求，生产出来的啤酒口感差，对于生产过程中的各种工参数的修改与制定添加了很大的难度。在现代化工业生产过程中，在已知的几种过程变量中，温度被视为是最重要的，在啤酒酿造的工艺过程中温度是酵母参与生化反应的重要外界因素，能否控制得好，是影响啤酒发酵物质的变化，决定了啤酒口感与质量，因此在设计生产工艺时，温度的控制作常常是作为第一位的技术参数来考虑，而对于温度的控制，利用pLC控制器，结合啤酒发酵的生产实际，发挥pLC的优点，对发酵罐温度进行自动操作控制，并且可实现一机多控的效果，即利用同一个pLC控制器来调节多个发酵罐体的温度。每个罐体可以按照各自事先设定好的程序运行，程序运行结束后自动关闭。
1 啤酒发酵过程控制
1.1 啤酒发酵温度曲线
啤酒发酵工艺曲线如图1所示，包括自然升温、主酵保温控制、高温双乙酰还原保温、降温及低温恒温控制等四个阶段。在前期的自然升温阶段基本上不需要加以控制，这是由于啤酒罐发酵过程中，升温是靠发酵本身产生的热量进行的，任其自然升温；在恒温阶段，通过控制冷媒开关阀，保持发酵罐内温度恒定；在降温阶段，通过控制冷媒开关阀，以指定速率降温。
图1
1.2 被控对象
啤酒发酵是在发酵罐中动态进行的，它是由罐体、冷却带、保温层等部件组成。发酵罐的形状一般为圆锥状，容积较大，大部分在200m3（我国的啤酒发酵罐容积在200m3～500m3）以上。啤酒发酵要严格的按着工艺曲线进行，否则就会影响啤酒质量。为了有利于热量的散发，在发酵罐的外壁设置了上、中、下三段冷却套，相应设立上、中、下三个测温点和三个偏心气动阀，通过阀门开度调节冷却套内的冰水流量以实现对酒体温度的控制。以阀门开度为控制量，酒体温度为被控量，相应有3个冷媒阀门，通过控制流过冷却带的冷媒流量，控制发酵罐的温度。在发酵的过程中，温度在不断的升高，当达到上限温度时，要打开制冷设备，通过酒精冰水在冷却管内循环使罐内的温度降下来。当发酵温度低于工艺要求的温度时，关闭冷媒，则啤酒按工艺要求继续发酵，整个发酵过程一般20-30多天完成。因此，控制好啤酒发酵过程中温度及其升降速率是决定啤酒质量和生产效率的至关重要的一环。根据图1啤酒发酵的工艺要求，设计以pLC为核心的啤酒发酵控制器。每个控制器控制一个发酵罐。具体的温度控制采用pID 算法实现。pID控制以其简单可靠、容易实现、静态性能好等优点而广泛应用于实际工业过程中。
2 控制系统的硬件实现
发酵过程pLC控制系统结构如图2所示，由SIEMENS S7系列pLC（控制站）和若干台IpC（操作站）组成。该系统采用3级总线结构：底层链路为pROFIBUS-Dp总线，连接远程I/O机架，负责pLC、CpU与分布式I/O站点的连接，现场设备就近连接到分布式I/O机架上。
图2 发酵罐群pLC控制系统结构图
3 pLCDE 控制系统
3.1 控制系统组成
温度是工业生产中主要的被控参数之一。温度控制系统组成框图如图3所示。图中的控制器即为pLC，它按pID控制规律来设计控制程序。pID调节器的输出量变换成pWM脉宽调制量，用于控制pLC的输出继电器，从而控制啤酒发酵罐的冷媒开关阀。
图3 温度控制系统组成框图
温度测量元件采用线性度好且时间常数小的pt100来测量发酵罐温度，经温度变送器把温度转换成与其成比例的电压。V/F转换器的作用是将温度转换器输出的电压转换成与其成比例的频率，该频率代表发酵罐内的实际温度。用pLC内的高速计数器记录此频率，以便和温度的给定值相比较产生误差信号。
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