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啤酒厂中的自动化系统如何实现?

自动化是相对人工概念而言的,指的是在没人参与的情况下,利用软件和硬件使被控对象或过程自动地按预定规律运行。在大多数情况下,酿造是一个批量过程,几千年来,每一批都是手工制作的。自工业革命初期以来,酿酒商一直倾向于减少人力劳动,更多投资于提高啤酒质量上。今天,即使是相对较小的啤酒厂和酿酒馆(以及出于兴趣爱好的家庭酿酒师)也可能采用自动化流程。
自动化的主要优势是,它使大多数啤酒厂的员工解放双手,从而放精力到其他事务上。当然,它也可以减少人员配备。另一个优势在于“一致性”,因为自动化排除了人类特有的错误,例如健忘,缺乏监督或不同员工操作之间的差异。



简单的自动化可以像计算机芯片一样基础,只需一个输入(例如,从温度探头和一个输出)到冷却阀。更复杂的自动化的本质是具有许多输入和输出的可编程逻辑控制器(PLC),具有人机界面(HMI)的个人计算机(PC),将PLC连接到PC的通信电缆以及在整个酿造过程中安装的各种硬件组件。操作员选择并执行存储在PC上的程序,该程序将程序加载到PLC上。一旦加载到PLC上,程序将独立于PC运行。该程序包含一系列步骤,由计算机程序员按照啤酒厂的需求进行编写,每个步骤还可以包括一系列参数,这些参数必须全部满足才能进入下一个步骤。在自动化糖化车间中,许多程序同时运行,并且通常彼此同步运行。该程序旨在模拟啤酒厂以前需要手动的操作。例如,对于要打开的阀门,信号从PLC作为输出发送到气动驱动的蝶阀。如果接近开关识别阀门在规定时间没有打开,则通常在HMI上显示监控故障警报。该过程将及时暂停,等待操作员的检查。
为了实现自动化,需要多种类型的传感器才能成功复制一个人可以手动执行的传感器。此类传感器包括用于了解泵何时清空容器的空管检测,用于监测过滤室压差和压头压力的压力传感器,用于将压力转换为容器液位的压力传感器,以及温度传感器(每个过程都有许多不同类型的传感器)。
对自动化非常关键的是比例、积分、微分控制器(PID控制器)。PID控制器通常安装在需要精确控制过程的任何地方,因此不会用于只是简单的控制打开和关闭。当PLC向硬件组件发送命令时,PID控制器会查看结果,然后在超过目标或未达目标时进行小幅调整。只要控制器链接,它就会不断执行此操作。通常PID控制器用于啤酒厂中制造热水和煮沸麦汁的蒸汽阀、过滤速度控制和压差控制过滤速度及效率,以及麦汁冷却阀。根据啤酒厂的预算和应用,PID控制器可能还有许多其他用途,例如投掷酵母、浊度计或其他仪器。
对于有很多操作经验的酿酒商来说,向自动化系统的过渡是令人不快的,但又是必要的。小型啤酒厂规模越来越大,手动执行每项操作已经达不到产能要求。当每天需要酿造8到10批啤酒麦汁时,自动化几乎成为啤酒厂继续发展的唯一途径。一旦自动化程序得到优化并且所有功能都令人满意,所需的操作将每次都以相同的方式执行。程序不会重写自己,刚接触自动化的酿酒商学会信任和重视其优势。精心设计的系统具有高度的灵活性,允许酿酒商在必要时进行更改,并轻松编程新配方。