門延會(huì)，王 強(qiáng)，沈 濤，杜 偉

（1.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代制造工程系，四川宜賓 644003；2.岷江機(jī)械制造有限責(zé)任公司，四川宜賓 644007）

白酒產(chǎn)業(yè)是中國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的代表，其制造工藝蘊(yùn)藏著古人的智慧和深刻的機(jī)理。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，及自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，各企業(yè)為降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，白酒生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化甚至智能化已經(jīng)勢(shì)在必行[1-3]。

對(duì)于釀酒環(huán)節(jié)，無(wú)論是釀造酒，還是蒸餾酒，以及兩者的派生酒品，制酒用的主要原料均為糖質(zhì)原料或淀粉質(zhì)原料[4]。原料處理的基本工藝和程序是精碾或粉碎、潤(rùn)料、拌料、上甑、蒸餾、攤晾、翻料、入缸或入窖發(fā)酵等[5-6]。整個(gè)流程整體上已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但是通過(guò)對(duì)五糧液酒廠各車間的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，將原料進(jìn)行精碾或粉碎后，從制粉車間裝滿物料后運(yùn)輸?shù)接梅圮囬g進(jìn)行稱量、存儲(chǔ)、分發(fā)等收料工作往往被管理者所忽視，很多企業(yè)尤其是中小企業(yè)仍采用人工利用物料罐車來(lái)進(jìn)行傳輸，存儲(chǔ)存放是簡(jiǎn)單的放在地上或箱里，當(dāng)潤(rùn)料需要時(shí)再進(jìn)行分發(fā)，分發(fā)量的多少完全由人工靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷。其勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，衛(wèi)生效果差，更重要的是糧食經(jīng)粉碎后，其微小顆粒物會(huì)漂浮在空氣中，長(zhǎng)期工作在這種環(huán)境中，對(duì)工人的身心健康有很大影響，加之勞動(dòng)強(qiáng)度較大，嚴(yán)重制約了白酒的釀造效率。針對(duì)以上問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)粉狀或顆粒狀物料在運(yùn)輸過(guò)程中的計(jì)量、轉(zhuǎn)運(yùn)與再分發(fā)的自動(dòng)化控制過(guò)程。通過(guò)對(duì)其控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，最大限度地發(fā)揮機(jī)械化的效能，使機(jī)械化設(shè)備更好地服務(wù)于工藝。

1 粉狀物料暫存、分發(fā)控制系統(tǒng)的功能

1.1 物料的收料、分發(fā)工作

帶風(fēng)送系統(tǒng)的物料罐車在制粉車間裝滿物料后，運(yùn)往用粉車間，停在需要補(bǔ)充物料的車間外墻附近，經(jīng)由電氣和風(fēng)送管道的連接后，按順序啟動(dòng)所有設(shè)備，將罐車上物料輸送至本工序的接料倉(cāng)內(nèi)備用，這樣就完成了收料工作。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)需要用料時(shí)，將接料斗車推到接料倉(cāng)出料口下方正中央，在觸摸屏主畫(huà)面上輸入密碼，進(jìn)入操作畫(huà)面，設(shè)定好需要使用的量即可使系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)發(fā)料。

1.2 設(shè)有不同的操作權(quán)限

為便于企業(yè)對(duì)各班組進(jìn)行考核和記錄，控制系統(tǒng)為管理者及各班組設(shè)置了不同的操作權(quán)限和密碼。各班組可隨時(shí)查看每次用料的具體數(shù)據(jù)信息。車間管理者可進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，還可隨時(shí)查詢收料和各班的用料情況，以此作為班組考核的依據(jù)，提高班組間的競(jìng)爭(zhēng)力及生產(chǎn)效率。

1.3 分發(fā)計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確

為了提高計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)計(jì)量器具有誤差時(shí)，就需要及時(shí)進(jìn)行標(biāo)定，該系統(tǒng)可以進(jìn)行空載及帶載標(biāo)定，但是只有專業(yè)人員才能對(duì)秤進(jìn)行標(biāo)定，以保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

2 粉狀物料暫存、分發(fā)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

以PLC 為主控中心，觸摸屏為人機(jī)操作界面，繼電器、交流接觸器等作為系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),以接近開(kāi)關(guān)、稱重傳感器及變送放大器等組件組成信號(hào)采集機(jī)構(gòu)，采集得到的信號(hào)全部由PLC 系統(tǒng)進(jìn)行分析運(yùn)算處理，由輸出端輸出至各控制點(diǎn)，時(shí)刻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

2.2 收料操作

用手指輕觸觸摸屏主畫(huà)面“操作畫(huà)面”按鈕，在輸入正確的密碼并確認(rèn)后即可進(jìn)入操作畫(huà)面，見(jiàn)圖2。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 操作畫(huà)面圖

在收料量設(shè)定輸入框中輸入預(yù)計(jì)要收料的數(shù)量（單位：kg），按下收料按鈕。因接料倉(cāng)的最大容量是按6000 kg 設(shè)計(jì)的，超出此范圍，系統(tǒng)不會(huì)接受并判定輸入無(wú)效。另外，因每次風(fēng)送管道內(nèi)部是否存料及存料的多少不能確定，所以收料量設(shè)定值只是一個(gè)概數(shù)，可能導(dǎo)致最終進(jìn)入接料倉(cāng)的量與設(shè)定量有出入，屬正?，F(xiàn)象，但最終進(jìn)入接料倉(cāng)的實(shí)際量在“收料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”中會(huì)有記載。

收料操作的順序，帶風(fēng)送設(shè)備的物料罐車進(jìn)入車間后，觀察車間外墻上的紅色需料報(bào)警燈，若某一跨的報(bào)警燈點(diǎn)亮，說(shuō)明該跨的存料不足，此時(shí)應(yīng)將車上的風(fēng)送設(shè)備電源插頭接通，然后在觸摸屏上按下收料啟動(dòng)按鈕。當(dāng)收料量達(dá)到設(shè)定量時(shí)，將通過(guò)無(wú)線電遙控信號(hào)停止轉(zhuǎn)料車中的水平螺旋輸送機(jī)，其他設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，待風(fēng)送設(shè)備和風(fēng)送管道中的余料全部輸送完后，最后斷掉電源。

2.3 發(fā)料操作

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)需要用料時(shí)，將接料斗車推到出料口下方，在主畫(huà)面上輸入密碼，進(jìn)入操作畫(huà)面，在發(fā)料量輸入框設(shè)定好需要使用的量（最大200 kg）。按下綠色自動(dòng)按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)發(fā)料狀態(tài)，再按下黃色發(fā)料按鈕，發(fā)料倉(cāng)上進(jìn)料插板打開(kāi)，當(dāng)進(jìn)料量接近設(shè)定的發(fā)料量時(shí)，進(jìn)料插板反向運(yùn)行減小進(jìn)料開(kāi)度，達(dá)到精確進(jìn)料的目的。當(dāng)進(jìn)料量等于設(shè)定的發(fā)料量時(shí)，進(jìn)料插板完全關(guān)閉，延時(shí)1～3 s，發(fā)料倉(cāng)下方的出料插板打開(kāi)，將物料放入接料斗車內(nèi)，完成一次發(fā)料過(guò)程。

2.4 計(jì)量秤的誤差及標(biāo)定

稱重系統(tǒng)及變送放大器采用A/D+D/A 的方式，在前端現(xiàn)場(chǎng)對(duì)微弱的稱重傳感器信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)量化、線性整形、放大經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路處理后輸出至PLC 進(jìn)行運(yùn)算。在整個(gè)稱重系統(tǒng)中，由于稱重傳感器和A/D、D/A 轉(zhuǎn)換變送放大器等電子器件參數(shù)的離散性，數(shù)字信號(hào)經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)時(shí)的零點(diǎn)漂移及滿量程輸出誤差的存在且各不相同，導(dǎo)致誤差在所難免，因此需要專業(yè)人員對(duì)計(jì)量秤進(jìn)行定期的標(biāo)定。需要標(biāo)定時(shí)，專業(yè)人員將觸摸屏畫(huà)面切換到“參數(shù)設(shè)置”畫(huà)面，按照規(guī)定的動(dòng)作操作后畫(huà)面自動(dòng)跳轉(zhuǎn)進(jìn)入接料倉(cāng)稱重標(biāo)定畫(huà)面，見(jiàn)圖3。

圖3 接料倉(cāng)稱重標(biāo)定畫(huà)面

（1）空載標(biāo)定。確保秤體上無(wú)任何物品，觀察畫(huà)面中的“傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”，待數(shù)據(jù)基本不變或變化范圍很小時(shí)，按住“空載標(biāo)定”按鈕直至按鈕上方的皮重?cái)?shù)據(jù)與傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)相等即可。

（2）帶載標(biāo)定。準(zhǔn)備一個(gè)已知質(zhì)量的重物作為標(biāo)定用砝碼，其質(zhì)量應(yīng)大于最大量程的一半以上，盡可能接近滿量程，這樣引入的誤差最小。將重物置于秤體中心位，待整個(gè)秤體穩(wěn)定后，觀察“傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”，待數(shù)據(jù)基本不變或變化范圍很小時(shí)，在“輸入已知凈重量”方框中輸入重物的質(zhì)量數(shù)據(jù)（單位為kg），然后按住“帶載標(biāo)定”按鈕直至已知凈重加皮重?cái)?shù)據(jù)與傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)相等即可，此時(shí)“實(shí)時(shí)凈重量”方框中顯示的是該重物的實(shí)際重量值。接料倉(cāng)和發(fā)料倉(cāng)的標(biāo)定方法相同，只是量程不同，接料倉(cāng)的最大量程為6000 kg，發(fā)料倉(cāng)的最大量程為200 kg。

2.5 數(shù)據(jù)管理

在主畫(huà)面用手指輕觸“數(shù)據(jù)管理”按鈕，即可進(jìn)入數(shù)據(jù)管理畫(huà)面。收料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)畫(huà)面具體布置見(jiàn)圖4，如B 班組用料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)見(jiàn)圖5。

圖4 收料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)畫(huà)面

圖5 B 班組用料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)畫(huà)面

在各個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)畫(huà)面，可以查詢收料和各班的用料情況，按一下“歷史數(shù)據(jù)”按鈕，可查詢前1 d的數(shù)據(jù)記錄，以此類推，可查詢30 d 內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄；按一下“最新數(shù)據(jù)”按鈕，可回到當(dāng)日的數(shù)據(jù)記錄頁(yè)面；其他按鈕均為各班之間用料數(shù)據(jù)查詢的切換按鈕，車間管理員可以此作為班組考核的參考依據(jù)。

3 控制系統(tǒng)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研，該控制系統(tǒng)可用于各類中大型酒廠的技術(shù)改造項(xiàng)目，控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)暫時(shí)是使用了一輛物料轉(zhuǎn)運(yùn)車和8 套物料暫存分發(fā)設(shè)備，待真正使用或使用成熟、逐漸改進(jìn)后可進(jìn)行擴(kuò)建。該控制系統(tǒng)使用后，可大大提高酒類生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)化水平及生產(chǎn)效率。以五糧液酒廠為例，啟用該項(xiàng)目后，一個(gè)車間每年可存儲(chǔ)、運(yùn)輸、暫存分發(fā)糧粉產(chǎn)量約100 萬(wàn)噸，比人工工作效率提高了近100 倍，為企業(yè)節(jié)省人力、物力累計(jì)約100 萬(wàn)元/年,如果五糧液有至少10 個(gè)這樣的車間，其年產(chǎn)量更大。另外該控制系統(tǒng)的應(yīng)用，大大改善了工人的工作環(huán)境，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于工人的身心健康，在一定程度上使空氣質(zhì)量得到改善，有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)論

課題研究的粉狀物料暫存、分發(fā)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于白酒釀造工藝流程過(guò)程中的原料處理環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)工作效率高，準(zhǔn)確度高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，可使整個(gè)釀酒過(guò)程的效率及產(chǎn)量大大提升，使釀酒的工作環(huán)境得到改善，值得推廣。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明，此類工程設(shè)備不僅局限于酒廠，可延伸至所有粉狀或顆粒狀物料生產(chǎn)、運(yùn)輸、計(jì)量、存儲(chǔ)和使用的行業(yè)，市場(chǎng)需求量較大，應(yīng)用面廣，具有很好的發(fā)展前景。