CN109084291B - 贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控系统，其特征在于：包括多台贯流式自动化蒸汽锅炉、分汽缸、糖化蒸汽消耗工艺段、装罐蒸汽消耗工艺段和发酵蒸汽消耗工艺段、多个工艺段控制PLC及其检测系统、锅炉控制PLC及其检测系统以及多个蒸汽消耗工艺段过程数据库。本发明有利于稳定工艺系统蒸汽压力，提升了啤酒品质，减少锅炉启停次数节约电能，实现了节能减排提升设备使用寿命，系统实现锅炉启停及蒸汽流量调整的智能化，实现无人值守，提升系统安全性，节约成本，降低能耗。
Description
技术领域
本发明属于锅炉节能智能化技术领域，具体涉及一种贯流式模块化蒸汽锅炉应用于啤酒酿造工艺过程智能群控系统，尤其是可实现贯流式模块化蒸汽锅炉应用于啤酒酿造工艺过程预判反馈群控，适用于使用蒸汽量波动量大、波动频繁且对蒸汽压力稳定要求较高的无人值守智能生产系统。
背景技术
啤酒起源于公元前3000年的古埃及和美索布达米亚，目前全球每年啤酒产量约在2亿千升左右。我国啤酒产业起源于20世纪初期，经过一百多年的发展目前我国一跃成为世界第一大啤酒生产和消费大国，年产啤酒在5000万千升，在啤酒生产过程中糖化、糊化和灌装等工艺需要消耗大量热能，蒸汽加热是保证啤酒品质重要方式，传统蒸汽生产方式是燃煤卧式蒸汽锅炉，随着我国环保力度加强及节能减排工作推进啤酒行业传统燃煤能源供给形式逐渐退出历史舞台。随着技术进步具有启动时间短，产蒸汽速度快，能够自动无级运行负荷调整的模块化贯流式锅炉逐步取代传统蒸汽生产供给形式。但随着啤酒生产越来越集中单体年产量80万千升/年以上的项目越来越多，因其工艺蒸汽消耗量越来越大且波动频繁，对蒸汽供给设备响应和控制要求越来越高。目前，模块化贯流式锅炉因具有节能、环保、产汽速度快等优点是啤酒行业的用能趋势，而解决其工艺特性带来蒸汽消耗量大且波动频繁问题是目前主要研究方向。
啤酒生产工艺消耗蒸汽用量无规律且波动巨大目前常用的贯流式蒸汽锅炉控制形式是通过系统压力变化来调节系统内锅炉运行负荷及启停时间，但这种方式响应速度慢，特别是在糖化工艺开启式瞬间蒸汽量增加巨大，这种控制方式缺乏精准性和预判投入能力，容易造成系统失压而影响产品品质，在大用汽量时需要人工配合控制才能保证系统不失压，且不能精确判断投入运行锅炉数量，容易引起过多或者过少投入锅炉使用数量造成能源浪费及系统压力波动大等缺点。
发明内容
本发明设计了一种贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控系统，其解决的技术问题是现有贯流式蒸汽锅炉在啤酒生产工艺过程中存在锅炉系统控制响应速度慢、不能预判而及时精确控制锅炉投入台数而引起压力波动、产品品质问题、能源损耗和人力资源投入等缺点。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控系统，其特征在于：包括多台贯流式自动化蒸汽锅炉、分汽缸、糖化蒸汽消耗工艺段、装罐蒸汽消耗工艺段和发酵蒸汽消耗工艺段、多个工艺段控制PLC及其检测系统、锅炉控制PLC及其检测系统以及多个蒸汽消耗工艺段过程数据库，每台贯流式自动化蒸汽通过单独蒸汽管道接入蒸汽主管送至所述分汽缸，经分汽缸分别送入糖化蒸汽消耗工艺段、装罐蒸汽消耗工艺段和发酵蒸汽消耗工艺段，各个蒸汽消耗工艺段使用蒸汽相对独立，各蒸汽消耗工艺段蒸汽消耗通过各工艺段控制PLC及其检测系统进行监控，各个蒸汽消耗工艺段过程数据库通过对投料类型、产品类型及历史运行数据进行分析进而预判各个蒸汽消耗工艺段使用蒸汽时间和蒸汽消耗量，并将蒸汽消耗量通过网络反馈给多台锅炉控制PLC及其检测系统，多台锅炉控制PLC及其检测系统从而控制多台燃气贯流式自动化蒸汽锅炉的供气量和开停时间。
进一步，所述各工艺段控制PLC及其检测系统包括：
装罐工艺系统控制PLC及其检测系统，用于远程控制装罐工艺过程及蒸汽相关数据采集和展示；
发酵工艺系统控制PLC及其检测系统，用于远程控制发酵工艺过程及蒸汽相关数据采集和展示；
糖化工艺系统控制PLC及其检测系统，用于远程控制糖化工艺过程及蒸汽相关数据采集和展示。
进一步，蒸汽消耗工艺段过程数据库包括
发酵系统数据库，其采集发酵工艺过程数据，并对数据进行分析，获取工艺过程规律特性参数并发送至锅炉控制PLC及其检测系统；
灌装系统数据库，其采集灌装工艺过程数据，并对数据进行分析，获取工艺过程规律特性参数并发送至锅炉控制PLC及其检测系统；
糖化系统数据库，其采集糖化工艺过程数据，并对数据进行分析，获取工艺过程规律特性参数并发送至锅炉控制PLC及其检测系统。
进一步，多台锅炉控制PLC及检测系统，其用于远程与各贯流式蒸汽锅炉通讯调整获取各贯流式蒸汽锅炉状态参数，控制各贯流式蒸汽锅炉炉运行状态。
进一步，多台锅炉控制PLC及检测系统通过通讯光缆与分汽缸、糖化系统数据库、发酵系统数据库和发酵系统数据库进行信号传输，多台锅炉控制PLC及检测系统通过RS485通讯总线与各台台贯流式自动化蒸汽锅炉的控制单元连接。
进一步，所述糖化蒸汽消耗工艺段为多套并联连接在分汽缸的蒸汽输出端管道上；和/或者，所述装罐蒸汽消耗工艺段为多套并联连接在分汽缸的蒸汽输出端管道上；和/或者，发酵蒸汽消耗工艺段为多套并联连接在分汽缸的蒸汽输出端管道上。
一种贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控方法，包括以下步骤：
每台贯流式自动化蒸汽通过单独蒸汽管道接入蒸汽主管送至所述分汽缸；
经分汽缸分别送入糖化蒸汽消耗工艺段、装罐蒸汽消耗工艺段和发酵蒸汽消耗工艺段，各个蒸汽消耗工艺段使用蒸汽相对独立，各蒸汽消耗工艺段蒸汽消耗通过各工艺段控制PLC及其检测系统进行监控，各个蒸汽消耗工艺段过程数据库通过对投料类型、产品类型及历史运行数据进行分析进而预判各个蒸汽消耗工艺段使用蒸汽时间和蒸汽消耗量，并将蒸汽消耗量通过网络反馈给多台锅炉控制PLC及其检测系统，多台锅炉控制PLC及其检测系统依据各个工艺段蒸汽需求量及需求时间控制响应出力能力锅炉进入工作准备状态，工艺段蒸汽消耗量增加时锅炉供汽量及时增加保证系统压力稳定，蒸汽消耗工艺段在预判到蒸汽使用量降低时通过局域网将信号传递至多台锅炉控制PLC及其检测系统，其根据减少蒸汽量结合各锅炉运行时间确认停止相应运行时间较长的锅炉。
进一步，预判及反馈的控制方法实现用汽量剧烈波动情况下保证系统稳压，啤酒行业糖化工艺特性引起系统蒸汽消耗蒸汽用量波动大且频繁，保证系统压力稳定更有利保证产品品质稳定。
进一步，预判及反馈的控制方法实现锅炉运行台数精确控制，减少锅炉启停次数及低负荷运行锅炉台数，节约电能及燃气，减少设备磨损。
进一步，预判及反馈的控制方法实现机器学习，通过数据库数据进行统计分析，获取不同时间段内生产工艺特性数据，实现机器学习。
该贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控系统具有以下有益效果：
(1)本发明通过预判及反馈对各个锅炉运行状态进行精确监控，实现系统、无人值守，提升系统安全性能，节约成本降低能耗。
(2)本发明通过内网系统内蒸汽消耗工艺段控制系统及其数据反馈数据能精确获取未来系统蒸汽消耗量变化情况，依据反馈信息精确控制系统内锅炉运行状态，减少低负荷运行锅炉台数和锅炉频繁启停，节约电能及燃气，减少设备磨损。
(3)本发明反馈控制方法实现用汽量剧烈波动情况下保证系统稳压，啤酒行业糖化工艺特性引起系统蒸汽消耗蒸汽用量波动大且频繁，此方法保证系统压力稳定保证产品品质稳定。
(4)本发明预判反馈控制方法实现机器学习，通过系统内过程数据库进行统计分析，获取不同时间段内生产工艺特性数据，实现机器学习。
附图说明
图1：本发明贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控系统的控制流程图。
具体实施方式
下面结合图1，对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例为应用预判反馈群控方法控制贯流式模块化蒸汽锅炉配套年产100万千升啤酒工厂进行生产活动，下面结合附图1对本发明的实施例进行描述：
该系统包括一组燃气贯流式自动化蒸汽锅炉、多台锅炉控制PLC及检测系统、糖化工艺系统控制PLC及其检测系统、灌装一线系统控制PLC其检测系统、灌装二线系统控制PLC其检测系统、灌装三线控制系统PLC其检测系统、蒸汽使用工艺过程数据库等软硬件组成。
其核心在于蒸汽消耗工艺段控制系统通过其流量监测系统和过程数据库相结合对其工艺过程中蒸汽消耗量做出预判并将预判信息通过局域网传给锅炉控制PLC，锅炉控制PLC依据工艺蒸汽需求量及需求时间控制响应出力能力锅炉进入工作准备状态，工艺段蒸汽消耗量增加时锅炉供汽量及时增加保证系统压力稳定，蒸汽消耗工艺段在预判到蒸汽使用量降低时通过局域网将信号传递至锅炉房控制PLC，其根据减少蒸汽量结合各锅炉运行时间确认停止相应运行时间较长的锅炉，以保证系统压力稳定，避免传统控制方法带来锅炉启停频繁、能耗大、压力波动大等缺点。
贯流式燃气蒸汽锅炉，保有数量小、出蒸汽速度快、占地面积小、热效率高、自动化水平高、多台连用能满足一般工业生产使用，应用于用汽量波动较大工业过程具有稳定压力响应快速与节能减排的明显优势，相对与传统燃煤锅炉效率更高、降低粉尘、NOx、SOx和COx排放。
系统设计最大产汽量36T/h由8台4T/h和2台2T/h贯流式燃气蒸汽锅炉组成供汽单元，蒸汽消耗量波动范围在0-32T/h，最大波峰20T/min，系统一次压力6.5Kg，二次减压减压不低于4Kg，单台锅炉从启动至产蒸汽需90s，系统工艺要求压力波动不超过±0.5Kg/Min。基于这些技术指标现有控制方法已经无法满足要求，为达到工艺要求本方法通过局域网及各工艺段控制系统及过程数据库对系统蒸汽消耗量进行预判，将预判信息通过各工艺段控制系统PLC经局域网发送至锅炉房控制系统PLC，锅炉控制系统PLC基于反馈信号精确计算控制系统内锅炉投入运行，实现系统压力稳定。
本系统主要产蒸汽设备由8台4T/h和2台2T/h贯流式燃气蒸汽锅炉组成，每台锅炉通过单独蒸汽管道接入蒸汽主管送至分汽缸，经分汽缸分别送入糖化工艺段和包装工艺段，各工艺段使用蒸汽相对独立，各工艺段蒸汽消耗通过各工艺段控制PLC进行监控，过程数据库通过对投料类型，产品类型及历史运行数据进行分析进而判断各工艺进行时间及蒸汽消耗量，并将消耗量通过局域网反馈给锅炉控制系统PLC和相应工艺控制中心。
系统依据工厂生产计划生产确定该型号啤酒进料类型后，糖化工艺系统控制PLC依据过程数据库数据计算分析相应煮沸、糖化和糊化等工艺蒸汽消耗量及消耗时间并通过电动阀及计量设备实时采集数据对数据进行相应分析后将数据通过局域网反馈给锅炉控制系统PLC和相应工艺段。
经发酵一列工艺后进入包装工艺过程，灌装车间通过局域网获知来料类型及产品类型后通过过程数据库数据分析判断获知蒸汽消耗时间和用量并将数据通过局域网上传至锅炉控制系统PLC。
锅炉控制系统PLC通过局域网获知整个系统未来蒸汽消耗变化量和变化时间，基于此反馈信息，系统控制PLC通过内部运算程序计算出未来蒸汽消耗变化曲线结合系统内锅炉运行状态预估出未来蒸汽的产量变化曲线进行对比分析获知未来系统内锅炉运行的数量及状态并进行精准控制，保证系统压力稳定在0.5Kg/min。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控方法，
其中包括多台贯流式蒸汽锅炉、分气缸、糖化蒸汽消耗工艺段、装罐蒸汽消耗工艺段和发酵蒸汽消耗工艺段、多个工艺段控制PLC及其检测系统、锅炉控制PLC及其检测系统以及多个蒸汽消耗工艺段过程数据库；
多个工艺段控制PLC及其检测系统包括：装罐工艺系统控制PLC及其检测系统，用于远程控制装罐工艺过程及蒸汽相关数据采集和展示；发酵工艺系统控制PLC及其检测系统，用于远程控制发酵工艺过程及蒸汽相关数据采集和展示；糖化工艺系统控制PLC及其检测系统，用于远程控制糖化工艺过程及蒸汽相关数据采集和展示；
蒸汽消耗工艺段过程数据库包括发酵系统数据库，其采集发酵工艺过程数据，并对数据进行分析，获取工艺过程规律特性参数并发送至锅炉控制PLC及其检测系统；灌装系统数据库，其采集灌装工艺过程数据，并对数据进行分析，获取工艺过程规律特性参数并发送至锅炉控制PLC及其检测系统；糖化系统数据库，其采集糖化工艺过程数据，并对数据进行分析，获取工艺过程规律特性参数并发送至锅炉控制PLC及其检测系统；
多台锅炉控制PLC及检测系统，其用于远程与各贯流式蒸汽锅炉通讯调整获取各贯流式蒸汽锅炉状态参数，控制各贯流式蒸汽锅炉炉运行状态；
多台锅炉控制PLC及检测系统通过通讯光缆与分气缸、糖化系统数据库、发酵系统数据库和发酵系统数据库进行信号传输；
包括以下步骤：每台贯流式蒸汽锅炉通过单独蒸汽管道接入蒸汽主管送至所述分气缸；经分气缸分别送入糖化蒸汽消耗工艺段、装罐蒸汽消耗工艺段和发酵蒸汽消耗工艺段，各个蒸汽消耗工艺段使用蒸汽相对独立，各蒸汽消耗工艺段蒸汽消耗通过各工艺段控制PLC及其检测系统进行监控，各个蒸汽消耗工艺段过程数据库通过对投料类型、产品类型及历史运行数据进行分析进而预判各个蒸汽消耗工艺段使用蒸汽时间和蒸汽消耗量，并将蒸汽消耗量通过网络反馈给多台锅炉控制PLC及其检测系统；多台锅炉控制PLC及其检测系统依据各个工艺段蒸汽需求量及需求时间控制响应出力能力锅炉进入工作准备状态，工艺段蒸汽消耗量增加时锅炉供汽量及时增加保证系统压力稳定，蒸汽消耗工艺段在预判到蒸汽使用量降低时通过局域网将信号传递至多台锅炉控制PLC及其检测系统，其根据减少蒸汽量结合各锅炉运行时间确认停止相应运行时间较长的锅炉。
2.根据权利要求1所述贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控方法，其特征在于：预判及反馈的控制方法实现用汽量剧烈波动情况下保证系统稳压，啤酒行业糖化工艺特性引起系统蒸汽消耗蒸汽用量波动大且频繁，保证系统压力稳定更有利保证产品品质稳定。
3.根据权利要求2所述贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控方法，其特征在于：预判及反馈的控制方法实现锅炉运行台数精确控制，减少锅炉启停次数及低负荷运行锅炉台数，节约电能及燃气，减少设备磨损。
4.根据权利要求3所述贯流式蒸汽锅炉应用于啤酒生产过程预判反馈群控方法，其特征在于：预判及反馈的控制方法实现机器学习，通过数据库数据进行统计分析，获取不同时间段内生产工艺特性数据，实现机器学习。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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