CN103135629B - 一种啤酒发酵过程温度控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种啤酒发酵过程温度控制系统及其方法，其中系统包括温度传感器、变送仪表、触摸屏、工控机、研究计算机、可编程逻辑控制器和冷媒阀,本发明有效的解决了人工采集数据效率低下、操作时间滞后、需要不间断值守等问题，不仅为啤酒酿造过程的全自动化控制奠定了基础，也为车间安全生产提供了必要保证。

Description

一种啤酒发酵过程温度控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种温度控制系统及其方法，特别是一种啤酒发酵过程温度控制系统及其方法。

背景技术

啤酒的发酵过程是在啤酒酵母的参与下，对麦汁的某些组成进行一系列代谢，从而将麦汁风味转变为啤酒风味的过程。

啤酒发酵是啤酒生产工艺流程中关键环节之一，也是一个在发酵罐内发生并释放大量热量的、极其复杂的生化反应过程。这一过程中不仅麦汁中的可酵糖和氨基酸等营养物质被酵母细胞酶分解为乙醇（C₂H₅OH）和二氧化碳（CO₂），同时还产生一系列的发酵副产物，如：双乙酰，高级醇、醛、酸、酯等。这些代谢产物的含量虽然极少，但它们对啤酒质量和口味的影响很大，而这些中间代谢产物的生成取决于发酵温度。例如，发酵过程的温度若发生剧烈变化，不仅会使酵母早期沉淀、衰老、死亡、自溶，造成发酵异常，还直接影响到酵母代谢副产物组成，从而对啤酒的酒体、风味及啤酒胶体稳定性造成危害。因此发酵过程是否正常和顺利，将直接影响到最终啤酒成品的质量，发酵过程工艺条件的控制历来都受到酿酒工作者的高度重视。

啤酒发酵过程包括自然升温、高温恒温控制、降温及低温恒温控制等阶段。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。

过去对啤酒发酵温度等工艺参数的控制，多用常规仪表显示，人工现场操作调节，手工记录来实现。然而随着啤酒产量的不断增大，发酵罐数量逐步增多（有的厂已达40～50个），自动控制技术已在现场得到应用。倘若仍然沿用常规办法，因为设备众多、厂区面积大，既给工人的生产操作、工况记录造成极大的不便，也不利于研究人员和管理人员实时提取生产数据，而且还会因疏忽、错漏等人为原因，造成生产质量的不稳定，甚至发生生产事故。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可以提高生产效率，保证产品质量和安全性的啤酒发酵过程温度控制系统及其方法。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：一种啤酒发酵过程温度控制系统，包括温度传感器、变送仪表、触摸屏、工控机、研究计算机、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller  PLC）和冷媒阀,所述的温度传感器安装在啤酒发酵罐内壁上，所述的温度传感器通过三线制方式连接有变送仪表，所述的变送仪表上连接有温度传感器、触摸屏和工控机，所述的触摸屏上连接有变送仪表和可编程逻辑控制器，所述的冷媒阀包括气动冷媒阀和手动冷媒阀，所述的气动冷媒阀和手动冷媒阀并联，所述的冷媒阀安装在啤酒发酵罐壁的冰水冷却管上，所述的气动冷媒阀的气路开关上设有触发电磁阀，所述的可编程逻辑控制器上连接有工控机和触摸屏，所述工控机上连接有变送仪表和可编程逻辑控制器，所述的研究计算机与工控机相连接。 

一种啤酒发酵过程温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）根据啤酒品种和环境条件因素在工控机上设置啤酒发酵过程的温度和时间关系曲线中的参数，之后执行步骤2）；

2）从投料开始在工控机上对发酵罐内酒液的发酵过程进行计时，并显示在工控机屏幕和触摸屏上；

3）通过温度传感器实时采集的罐内发酵温度值t和工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线上这一时刻对应的临界温度值T进行比较，之后执行步骤4）；

4）当实时采集的罐内发酵温度值t大于工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线上这一时刻对应的临界温度值T超过0.5℃，则执行步骤5），否则执行步骤3）；

5）工控机向可编程控制器发送指令，输出信号给电磁阀，用电磁阀控制的气路打开气动冷媒阀，开始调节发酵温度，之后执行步骤6）；

6）当实时采集的罐内发酵温度值t小于工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线上这一时刻对应的临界温度值T超过0.5℃，则执行步骤7),否则执行步骤3）；

7）当气动冷媒阀的开通时间为30-60分钟时，则执行步骤8），否则执行步骤6）；

8）工控机向可编程控制器发送指令，输出信号给电磁阀，用电磁阀控制的气路关闭气动冷媒阀，开始调节发酵温度，之后执行步骤9）；

9）当中央控制室发生线路电气故障或控制系统失灵时，则执行步骤10），否则执行步骤11）；

10）操作人员在现场控制柜的触摸屏上直接点击按钮，用电磁阀控制气路开通、关断相应编号发酵罐的冷媒阀，对发酵过程实施控制，之后执行步骤11）；

11）当生产现场发生线路电气故障时，则执行步骤12），否则执行步骤13）；

12）操作人员开通和关断相应发酵罐上的手动冷媒阀，对发酵过程实施人工干预，之后执行步骤13）；

13）当发酵罐内酒液的发酵过程超过工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线规定的时间时，则本方法结束，否则执行步骤3）。

采取上述技术方案，本发明具有以下有益效果：有效的解决了人工采集数据效率低下、操作时间滞后、需要不间断值守等问题，不仅为啤酒酿造过程的全自动化控制奠定了基础，也为车间安全生产提供了必要保证。

附图说明

图1为本发明一种啤酒发酵过程温度控制系统的结构示意图。

图2为啤酒发酵过程中温度和时间关系曲线示意图。

图3为本发明一种啤酒发酵过程温度控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步的解释。

如图1所示，一种啤酒发酵过程温度控制系统，包括温度传感器、变送仪表、触摸屏、工控机、研究计算机、可编程逻辑控制器和冷媒阀。 所述的温度传感器安装在啤酒发酵罐内壁上，所述的温度传感器通过三线制方式连接有变送仪表，所述的变送仪表上连接有温度传感器、触摸屏和工控机，所述的变送仪表用于采集温度传感器测得的温度信号并将温度值模拟量转换为数字量传送给触摸屏和工控机，所述的触摸屏上连接有变送仪表和可编程逻辑控制器，所述的触摸屏用于显示由变送仪表发来的发酵罐内温度值，并根据触摸操作向可编程逻辑控制器发送指令，所述的冷媒阀包括气动冷媒阀和手动冷媒阀，所述的气动冷媒阀和手动冷媒阀并联，所述的冷媒阀安装在啤酒发酵罐壁的冰水冷却管上，所述的气动冷媒阀的气路开关上设有触发电磁阀，所述的可编程逻辑控制器上连接有工控机和触摸屏，所述的可编程逻辑控制器用于接收工控机和触摸屏的指令并通过触发电磁阀的继电器开通气动冷媒阀，所述工控机上连接有变送仪表和可编程逻辑控制器，所述工控机用于记录由变送仪表发来的啤酒发酵罐内温度值并和控制规则进行比对后向可编程逻辑控制器发送指令，所述的研究计算机与工控机相连接，所述的研究计算机用于查看控制界面、设置控制参数和调用啤酒发酵罐温度的历史数据。

如图2所示，啤酒发酵过程中酒液的物化性质持续发生变化，释放热量。结合工艺控制设定温度和时间关系曲线，可以将整个发酵过程分为5段控制，分别为进罐升温控制、主发酵控制、主发酵结束后的升温控制、还原阶段控制和降温控制，其中自然升温和降温速率控制在0.3℃/h左右。为了最终达到温度控制要求，温度和时间关系曲线上每段设定以不同的临界温度值，直至换罐阶段。完成冷贮后整个发酵过程结束，发酵周期一般为10~15天。

如图3所示，一种啤酒发酵过程温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）根据啤酒品种和环境条件因素在工控机上设置啤酒发酵过程的温度和时间关系曲线中的参数，之后执行步骤2）；

2）从投料开始在工控机上对发酵罐内酒液的发酵过程进行计时，并显示在工控机屏幕和触摸屏上；

3）通过温度传感器实时采集的罐内发酵温度值t和工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线上这一时刻对应的临界温度值T进行比较，之后执行步骤4）；

4）当实时采集的罐内发酵温度值t大于工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线上这一时刻对应的临界温度值T超过0.5℃，则执行步骤5），否则执行步骤3）；

5）工控机向可编程控制器发送指令，输出信号给电磁阀，用电磁阀控制的气路打开气动冷媒阀，开始调节发酵温度，之后执行步骤6）；

6）当实时采集的罐内发酵温度值t小于工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线上这一时刻对应的临界温度值T超过0.5℃，则执行步骤7),否则执行步骤3）；

7）当气动冷媒阀的开通时间为30-60分钟时，则执行步骤8），否则执行步骤6）；

8）工控机向可编程控制器发送指令，输出信号给电磁阀，用电磁阀控制的气路关闭气动冷媒阀，开始调节发酵温度，之后执行步骤9）；

9）当中央控制室发生线路电气故障或控制系统失灵时，则执行步骤10），否则执行步骤11）；

10）操作人员在现场控制柜的触摸屏上直接点击按钮，用电磁阀控制气路开通、关断相应编号发酵罐的冷媒阀，对发酵过程实施控制，之后执行步骤11）；

11）当生产现场发生线路电气故障时，则执行步骤12），否则执行步骤13）；

12）操作人员开通和关断相应发酵罐上的手动冷媒阀，对发酵过程实施人工干预，之后执行步骤13）；

13）当发酵罐内酒液的发酵过程超过工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线规定的时间时，则本方法结束，否则执行步骤3）。

Claims (1)

1.一种啤酒发酵过程温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）根据啤酒品种和环境条件因素在工控机上设置啤酒发酵过程的温度和时间关系曲线中的参数，之后执行步骤2）；

2）从投料开始在工控机上对发酵罐内酒液的发酵过程进行计时，并显示在工控机屏幕和触摸屏上；

3）通过温度传感器实时采集的罐内发酵温度值t和工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线上这一时刻对应的临界温度值T进行比较，之后执行步骤4）；

4）当实时采集的罐内发酵温度值t大于工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线上这一时刻对应的临界温度值T超过0.5℃，则执行步骤5），否则执行步骤3）；

5）工控机向可编程控制器发送指令，输出信号给电磁阀，用电磁阀控制的气路打开气动冷媒阀，开始调节发酵温度，之后执行步骤6）；

6）当实时采集的罐内发酵温度值t小于工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线上这一时刻对应的临界温度值T超过0.5℃，则执行步骤7),否则执行步骤3）；

7）当气动冷媒阀的开通时间为30-60分钟时，则执行步骤8），否则执行步骤6）；

8）工控机向可编程控制器发送指令，输出信号给电磁阀，用电磁阀控制的气路关闭气动冷媒阀，开始调节发酵温度，之后执行步骤9）；

9）当中央控制室发生线路电气故障或控制系统失灵时，则执行步骤10），否则执行步骤11）；

10）操作人员在现场控制柜的触摸屏上直接点击按钮，用电磁阀控制气路开通、关断相应编号发酵罐的冷媒阀，对发酵过程实施控制，之后执行步骤11）；

11）当生产现场发生线路电气故障时，则执行步骤12），否则执行步骤13）；

12）操作人员开通和关断相应发酵罐上的手动冷媒阀，对发酵过程实施人工干预，之后执行步骤13）；

13）当发酵罐内酒液的发酵过程超过工控机上设置的啤酒发酵过程的温度时间关系曲线规定的时间时，则本方法结束，否则执行步骤3）。