中国食品加工业新技术发展及对包装的要求

一、 食品 工业

1． 食品 工业的概况

　　 民以食为天。改革开放以来，我国 食品 工业持续高速发展，1988年全国 食品 工业总产值为1342亿元，1990年上升到2106亿元，1993年3428亿元， 1996年4714亿元，1998年5900亿元， 2003年达到12390亿元。提前实现全国 食品 工业产值翻两番的目标，连续8年保持了 食品 工业产值在国民经济各产业部门的首位。特别要指出，党的“十五” 大五中全会提出农村工作问题，党的“十六”大二中全会又确立了解决“三农”问题，即增加农民收入、农业产业结构调整和农村富余劳动力。提出解决“三农”问题重要途径是农产品深加工要靠 食品 加工业，同时通过发展 食品 工业带动包装工业、运输行业和机械工业，这是我国解放54年来 食品 工业遇到的最好发展机遇。

2． 食品 行业的发展情况

　　 1989年中央五部委召开的 食品 发展战略研讨会上 食品 行业被分为14类：
1）粮食加工 8）乳制品
2）油脂加工 9）罐头
3）肉禽蛋类 10）糕点、糖果、冷饮
4）糖业 11）发酵制品
5）盐业 12）茶叶
6）酒类 13）烟草
7）饮料 14） 食品 机械

　　 十多年来 食品 工业飞速发展，原来粮食加工主要是大米、面粉，现在方便面异军突起，2003年年产422亿包；乳制品中新开发出的液体奶达到了529万吨；酱油、醋、复合调味料达 1300万吨；淀粉及淀粉糖900万吨； 食品 添加剂230万吨， 食品 包装业等亦有很大发展，而 食品 工业也早已不是原来的14类了。在这些行业中增幅较大的品种有啤酒、饮料、液体奶，其次为其它乳制品、食用植物油、大米、小麦粉等谷物加工制品、肉制品、水产品、焙烤制品等，归纳起来分成三个类型：

　　 ——高速成长型的 食品 行业。如液体奶及其它乳制品、食用植物油、果蔬制品，此类产品销售收入增长幅度一般为30~50%。
　　 ——经济效益高速增长的 食品 行业 。如焙烤 食品 、食用植物油、谷物加工制品、液体奶及其它乳制品，此类产品利润增长幅度普遍超过50%。
　　 ——投入产出水平高的 食品 行业。酒类制造、软饮料、糖果、巧克力及蜜饯制造、液体奶及其它乳制品，这类产品经济效益明显高于其它行业。

3． 食品 安全问题
　　 随着 食品 工业的发展，工业化带来的 食品 污染问题 日趋严重，造成 食品 安全隐患的有：重金属污染，如铅、砷、汞、镉等；农药残留、兽药残留；有毒物质，如霉菌毒素、亚硝酸盐、二恶英、三氯丙醇；添加剂用量超标；转基因 食品 等。 食品 工业的发展必须强调 食品 安全，让百姓吃上安全、放心的 食品 ，现代 食品 应当是安全、营养、方便、保健。

4． 食品 新技术
　　 21世纪 食品 工业高新技术主要应用于下述四个领域：
　　 1）提升传统 食品 工业。如微波技术、分子蒸馏技术、膜技术、微胶囊包埋技术、生物技术等在粮食加工、调味品、乳制品及饮料等行业的广泛应用；
　　 2）天然及功能性、保健型 食品 添加剂的开发 ；
　　 3）新型生物制品的开发；
　　 4）新型包装材料及包装方式等。

二、 食品 与包装

食品 制造业主要包括 食品 加工工艺、 食品 机械和 食品 包装三部分。 食品 加工工艺是要研究、提高产品质量，保证卫生安全，而 食品 机械和 食品 包装有极大的关联度 。比如，饮料的杀菌强度和货架期等都与包装材料和形状密切相关，包括其外观以及是否易于运输、方便饮用等等都直接决定是否能销售成功。可以说21世纪 食品 市场的竞争在很大程度上取决于包装上的竞争。据世界包装组织提供的信息，全球包装营业额已逾5000亿美元，占全球GDP的1~2%。其构成情况为：纸及纸板32%，塑料28%，金属24%、玻璃 6%，包装机械5%，其它5%。又据美国包协的信息1996~2001年，纸和纸板的增长率为1.6%，塑料为3.4%，塑料包装材料是所有包装材料中发展最快的。我国 食品 工业近年来的发展也可以证明这一点，下面以发展较快的 食品 行业为例。

1． 饮料行业

　　 2002年中国饮料产量达2025万吨，销售收入551.5亿元，利润总额39.7亿元。其中：
　　 ——饮料产量份额：瓶装饮用水39%、碳酸饮料30%、果蔬汁饮料11%、其它20%；
　　 ——饮料销售收入市场份额：碳酸饮料35%、果蔬汁饮料14%、茶饮料13%、瓶装饮用水8%、其它30%；
　　 ——饮料行业利润细分：碳酸饮料40%、茶饮料19%、果蔬汁饮料10%、瓶装饮用水2%、其它29%。
　　 以上数据表明2002年我国饮料市场以饮用水产量为最高，销售额仍是碳酸饮料领先，利润率高的是异军突起的茶饮料。2003年我国饮料产量为2374万吨，比2002年增长了20%，从而带动了所需塑料包装容器的大幅度增加。

　　 1） 瓶装饮用水。年产956万吨，其中桶装水402万吨、瓶装水554万吨。纯净饮用水已进入千家万户，目前市场上的5加仑饮水桶以PVC、PET为主。PVC饮水桶因添加剂的毒性问题迟早要退出市场，PET饮水桶符合 食品 卫生的要求，但市场混乱，有些以次充好，有的以旧料冒充新料，使桶装水细菌含量超标现象时有发生。现已新开发出 食品 级PC(聚碳酸酯)原料，上海与拜耳已签约建设10万吨生产线，2003年一期投产5万吨。近几年来PC饮水桶发展很快，仅上海、广东两地年产将超过5000万吨，是PC饮料瓶发展的大好机遇。瓶装水产量554万吨，占饮料总量近1/4，包装瓶多为塑料，大部分是PET瓶，品种也由原来的矿泉水扩展到蒸馏水、纯净水、活性水、富氧水、太空水 泉水等多种瓶装水，所需包装瓶品质的要求也越来越高。

　　 2） 碳酸饮料 。年产666万吨，其包装中PET瓶占 57% 。珠海中富和上海紫江集团是国内较大的 PET瓶生产企业，分别占国内PET瓶生产企业30%和20%的市场份额，仅珠海中富一家年产PET瓶39亿个，其中热灌装瓶7亿个（2001年）,特别是2001年国内茶饮料市场迅速发展，产量达300万吨，因此85~90℃热灌装瓶已成为增长最快的品种，年增长率超过50%。

　　 近几年国内外塑料包装的一个热点是开发透明的聚丙烯（PP）包装瓶。可在普通PP中加入0.1~0.4%的山梨醇缩二甲苯成核剂（透明改性剂），高透明PP瓶将是PET瓶有力的竞争对手。

2． 饮料酒行业

　　 饮料酒行业中发展最快的是啤酒，2002年我国啤酒生产已达到2386万吨，居世界第一位。以2002万吨计，每年需求啤酒包装瓶约250~300亿个，这是塑料包装容器的巨大潜在市场，现在啤酒瓶均为玻璃瓶，炸伤人事件事有发生。此外玻璃瓶重，运输费力，携带不方便，有诸多不尽人意之处。因此市场需要开发聚酯啤酒瓶，但从技术角度来看，啤酒不同于一般的碳酸饮料，即使是微量的氧气进入也会使啤酒的风味发生变化，而啤酒中二氧化碳的流失会影响泡沫特性，因此对包装的阻隔性能要求很高，同时又要满足杀菌的高温，珠海中富和上海紫江集团做了500mLPET啤酒瓶，获得保鲜100天可喜成果，国产PET啤酒瓶即将问世。国际上近几年耐热聚酯瓶发展迅速，特别是PET瓶涂层技术（等离子技术）的应用，内涂0.21mm的碳层，其阻隔性能几乎与玻璃一样，同时能承受高温灭菌处理，此种包装瓶亦可作为茶饮料等热灌装用。

　　 国内科技界关注的是新型聚酯瓶PEN（聚奈二价酸乙二醇酯）因为PEN与PET分子结构相似，以奈环代替苯环，使PEN比PET有更有益的阻透性、可防紫外光，耐热性好，耐高温（非晶态PEN热变温度达100℃，而PET仅为70℃）。由于奈是从煤焦油中分离出来，我国有丰富资源，而PET是从石油中提取，为我国短缺资源。PEN正在进入啤酒业，他将引起一场包装革命。

3． 食用植物油

　　 2002年我国食用植物油产量980万吨，进口480万吨，总产1460万吨，国内需求1700万吨，国内市场预留潜力很大。食用植物油的主流包装也是PET瓶，1996年PET油用瓶（桶）30亿个，到2002年已达100亿个，并保持年增长率20％的强劲势头。但植物油酯采用PET包装有缺陷，植物油长期在日光紫外线照射下会发生聚合反应，产生致癌物，所以包装应最好采用防紫外线的PEN等聚酯材料 。

　　 以上是我国近年来发展最快的 食品 行业采用PET包装的情况，但PET材料和其它塑料包装材料共同存在一个严重污染环境的问题，值得一提的是目前液体奶、乳饮料、果蔬汁等采用的纸、塑、铝复合包装是更难以回收的包装材料，也是重要的污染源，这类复合包装材料从环保的要求来看，必然要淘汰，没有发展前景。塑料包装瓶可回收，如用于塑木地板等，但仍有二次污染问题，废塑料油化的研究尚未成功。从长远来看世界的石油资源可供30～50年，而矿资源是不可再生资源，终有枯竭之日，因此我国从 “六五”开始一直在做可降解塑料的开发，“十五”攻关项目中就有利用可再生资源淀粉生产L-乳酸，在做聚乳酸，成为完全可降解塑料，现在发达国家已取得了可喜进展，我国上海华原集团也准备投资数十亿生产聚乳酸做全降解塑料，不久的将来此种包装材料必将问世。

三、 结束语

　　 中国是一个拥有13亿人口的大国，也是一个生产 食品 的大国，任何 食品 离不开包装。如我国蔬菜产量3亿吨，占世界产量24％，水果总量达7100万吨，均是世界第一生产及销售大国，但约50％的蔬菜、30％左右的水果在储运销售的过程中损失了，如有合适的包装材料（如聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜等），损失将大大减少；随着 食品 科技的发展，微波技术的应用，微波 食品 包装容器会有很大发展；现有方便面每年422亿包的包装材料的改进等等。今天会议的议题是 食品 和饮料包装，其它 食品 的包装在此不一一赘述，上述观点有不妥之处请大家赐教。

和利时公司PLC产品用于食品制造业

自从Profibus-DP 十年前在欧洲诞生时起，就以其先进的性能、方便的使用性、应用的经济性而迅速地被广大制造业用户所接受，至今一直占据各种现场总线应用数量的第一大份额。近年来随着现场总线控制系统的日益兴盛，推动了Profibus-DP 技术不断发展，不仅可以把分散在现场的I/O 连接到中控室，同时将传统应在主站上执行的控制任务下移到从站设备，从而实现真正意义上的分布式控制系统。

　　 下面介绍和利时PLC 用于某大型乳品厂保鲜奶、酸奶生产线前处理设备控制，实现局部分散就地控制，整体集中管理的应用案例。

　　 该厂保鲜奶、酸奶生产线为日产200吨的大型生产线，前处理部分包括收奶、巴氏杀菌、待装、混料、菌种扩培、发酵、均质/过冷、CIP 清洗、耗能与产量监测等12 个子系统，生产线占地50? 100 米，1200多个I/O 点。用户对控制系统的要求是，所有I/O 状态均可以在中控室集中监控，巴氏杀菌、待装、CIP清洗三个重要的子系统实现就地显示控制，整个系统先进性与经济性并重，具有开放性使得备品备件不依赖于某一个供应商。和利时公司针对用户要求提出了如图所示的解决方案，最终被用户接受。系统网络为Profibus-DP，主站采用西门子PLC S7-400 系列，S7-400 功能强大，足以完成1000 多点的控制任务；由Profibus-DP 连接的22 个局部I/O 箱分别安装在各个子系统的设备旁边，最大限度减少电缆用量。

其中巴氏杀菌、待装、CIP 为三个带从站接口的PLC，分别执行本系统的控制任务，并将控制状态信息上传主站，三个从站PLC 各带一个触摸屏作为人机界面。使用从站PLC 可以使该子系统的控制不因网络的意外故障而停机，避免浪费宝贵的奶品资源。本系统中的I/O 及从站PLC 全部选用和利时公司的和利时公司PLC产品TM 系列。

这种选择为用户带来两点益处：第一避免采用国外品牌产品使系统价格过高；第二和利时公司PLC产品可以采用STEP 7编程语言，与S7-400相同，用户无需花费额外精力学习。这一项目的顺利实施证明和利时公司PLC产品可以通过Profibus-DP总线与西门子及任何有Profibus认证的产品相连，并大大扩展了DP总线的功能，实现真正意义上的现场总线控制系统。

Profibus-DP技术是和利时公司掌握的核心技术之一，在DCS 和PLC 中均广泛采用，使和利时公司PLC产品系统在中小规模控制系统市场上与国外著名公司站在了同一起跑线上。

　　 “这套系统的采用使我们真正了解了民族品牌的技术实力”，主管系统验收工作的技术人员这样评价道，“性能上可以与国际先进水平媲美，价格则充分考虑国情，再加上和利时公司信誉上的保障，这种合作应该成为国内不同行业著名企业之间合作的典范。”

食品包装检测仪器趋向高度自动化

食品 安全性与人们生命安全息息相关，相应地，对 食品 用包装也有较高的要求。 食品 包装安全检测是 食品 生产过程中至为重要的一环。自动化程度更高、系统可靠性更强已经成为 食品 包装检测技术的大趋势。

异物检测

　　 异物检测是 食品 饮料包装过程中不可缺少的一环。完全自动化与高可靠性是异物检测技术的典型特徵。

　　 InspX推出一种新型ScanTrac 200X光检测系统，用于检测产品包装有无异物进入、包装完整性和确认内容物。ScanTrac200在确保检测精度和降低成本的同时，可以提供相当快的检测速度。对于 食品 、饮料、医药包装工业，其检测速度可以达到每分钟700英尺，约检测2200件。可以检查金属、玻璃碎片、石块、骨头、橡胶或其他夹杂于各种纸盒、罐头、塑料、玻璃包装内的异物。还可以实现空包装或未装满产品、已损坏容器的检测。与此同时，ScanTrac还可提供实时分析检测，并自动从生产线中剔除不合格产品。

ScanTrac 200X检测系统可以有效检测包装内的多种异物

　　 该机配备有低能量X光系统及高级图像处理软件，可以检测极小的污物。独特设计还可有效降低系统安装成本。独有的图像处理系统不需要其他X光系统所必须的定时皮带。紧凑的测试系统可以容易地安装在皮带上方，减少工厂改造成本。这种经济型高性能包装检测设备可满足各种不同规模工厂的需要。

　　 根据不同包装产品的需要，X光强度只需要通过程序设置进行调节，几秒即可搞定。整个系统具有诊断设置、自动标识功能，可以逐步设置菜单，并可实现远程监控。无经验的操作者经过简单培训即可实现正常检测。

　　 针对不同包装设计专门的检测系统也是发展的趋势之一。例如，Krones公司针对啤酒包装推出RotoCheck系统，用于玻璃渣的检测。

　　 Krones最新推出的RotoCheck是一套旋转式整瓶检测系统，可以检测出长度小至0.5mm的玻璃碎片，并把问题瓶直接剔除。RotoCheck专为每小时灌装40000到72000瓶的生产线设计。

　　 Krones的首套RotoCheck系统已于2004年在一家啤酒厂投入使用，生产线速度为60000瓶/小时。从2004年年初就以60000瓶/小时的产能不间断地运行着。该机在啤酒厂中要检测出褐色、厚壁的回收瓶所灌装的一种不透明啤酒是否有玻璃渣，部分瓶子还有很深的磨痕。结果完全达标：0.5毫米玻璃渣的辨认率为90%，错误剔除率小于0.05%；对于完全透明的瓶体，检测可靠性更高。

测漏技术

　　 为了避免生产过程中产生空包、包装不满或包装泄漏，通常需要进行包装完整性检测。

　　 InterTech开发公司（IDC）推出两条测漏生产线，配备有自动标识与系统确认功能，主要用于液体 食品 包装检测。作为首家提供具有该功能的测漏设备供应商，IDC新型的M1075 CALVAL -03和-04型在整个生产过程中不再需要手动检查、调零与扫描或手动调校测试参数，完全由仪器自动完成。两种新型仪器既可以按客户需要进行测试，也可以根据编程自动运行。

　　 该机配备的固态CALVAL技术可以减少气动系统通常可能发生的气动阀或其他运动部件的磨损、易产生气隙等问题，提高系统可靠性。CALVAL的另一个优点是在大批量应用时能保持与样件测试时一样稳定的测试条件。

　　 M-1075 CALVAL-03配备了IDC具有专利的mass-flow传感技术，主要用于上游测试，范围从0.10-4.00sccm（标准升/分钟）。而CALVAL-04主要用于小泄漏量的下游测试，测试范围从0.01-0.25sccm。两种模型均具有温度补偿功能。测试压力的范围为0-5bar，并可提供0.05%FSD的变送重复性与精度。

CALVAL系统可以保证大批量检漏与少量测试时良好的一致性

　　 在装置前面板有一个真空荧光显示器用于报告测试参数、动态显示测试结果以及最终的接受/剔除状态。状态用不同标识自动显示，而不需要操作人员进行判断。

自适应检测

　　 为了满足未来的市场需求，GF Srl开发了一款基于“神经元控制技术”的检测系统用于包装过程检测。

　　 这一基于“神经元网络软件”的检测系统可以适应不同形状、不同操作参数、不同工作条件的检测需要，充分提高控制系统的灵敏度并减少差错率。神经元网络是由最基本的数字化单元（神经元）组成的分布式处理系统，系统具有自学习、自适应、自存储、自诊断功能。通过自学习与自适应具有从外部获取“知识”的能力，“知识”存储为网络参数。通过对相关参数、形状的识别、诊断，实现系统检测。可明显减少差错率，并具有极好的设备敏感度。而检测仪器的设置非常简单。如今，这一创新的检测系统已应用于该公司的Lynx及A&V系统。

材料测试

　　 纸和塑料是包装工业最重要的两种包装材料，两者的总和大约占到包装市场98%的份额。 食品 包装作为包装工业最重要的组成部分之一，也是纸包装和塑料包装最主要的应用领域。采用合格的纸张或包装物是确保 食品 包装安全性的重要因素。因此不同厂家针对包装材料测试也推出了新型的测试设备。

　　 传统测试纸张爆破强度的方法是滚压法，常常需要花费实验室人员大量时间。为了简便测试过程，Lorentzen & Wettre (L & W)公司推出一种配备有自动喂条机构的强度测试方法。

适应多种纸质的强度测试设备，进纸完全自动化

　　 对于纸张、纸板、瓦楞纸板的爆破强度测试已有标准的测试方法。L&W强度测试仪不仅能够测试爆破强度，还可以测试爆破能量吸收率（BEA）以及薄膜补偿爆破强度。

　　 采用这一自动喂条结构，操作人员要做的只是把纸样放在操作台上，降低喂料装置，然后按下启动按钮即可。夹紧脚下降，从而完成爆破测试。然后样品被松开运行到下一测试位置。其几次测试的结果只需要很少的操作，测试结果更可靠。

　　 测试结果显示在一个易读取的显示器上。单次测试的结果与统计信息可在打印机上输出，结果也可以拷贝到PC机上。

　　 作为纸张测试实验室完全自动化与理想化的测试手段，L&W还推出一种Autoline300的测试设备，该设备可以完成几乎所有种类的测试、报告准备、数据存档，需要极少的操作介入。

啤酒生产过程的综合自动化系统


摘要：
啤酒市场竞争十分激烈，竞争的关键在于产品的竞争、质量的竞争，而质量的优劣主要取决于生产的装备水平、技术水平和管理水平。因此，采用高新技术改造传统的啤酒行业，提高啤酒生产过程的自动化水平、管理水平，达到啤酒生产的高技术产业化，已经成为啤酒行业的当务之急，也是啤酒行业求生存求发展的必由之路。
关键字：PCS系统；控制系统



一、前言



通常，可把一个除原料加工以外的、完整的啤酒生产过程分为麦汁制备、啤酒酿造和灌装三大过程。其中，麦汁制备过程主要包括了粉碎、糊化、糖化、过滤、煮沸、澄清与冷却以及CIP等生产工序；啤酒酿造过程主要包括了麦汁充氧/酵母添加、酵母培养/酵母扩培、酵母回收、啤酒发酵、CO2回收、啤酒处理、清酒以及CIP等工序，其他辅助工序还有脱氧水制备、热水制备、CIP液制备、冷冻、空气压缩等等。其中对产量和质量起着关键性作用的主要是麦汁制备和啤酒酿造两大过程。



由浙江浙大中控技术有限公司与浙江石梁酒业集团有限公司共同合作开发的、面向全厂的啤酒生产过程综合自动化系统，采用先进控制技术、计算机技术、网络技术和现代测量技术，实现了纯生啤酒生产线自麦汁制备投料开始至啤酒灌装前的过程全自动及全过程联动联锁控制。该系统针对啤酒生产设备与工艺特点，在实现啤酒生产过程自动化的同时，实现工艺优化，降低生产成本，实现了生产过程的快速稳定控制，获得了较大的经济效益。



二、系统组成与系统功能









硬件结构：系统采用如图1所示的PCS系统，操作站间通过以太局域网相连并与全厂信息管理系统连接，实现数据共享。该系统具有性能价格比高，扩展方便、控制精度高、可维护性强、无故障工作时间长等特点，性能指标能满足啤酒生产过程的全方位需求。系统具备可扩充性，能够实现与其他集散型计算机控制系统、上层信息管理系统的无隙连接。系统操作站采用进口的工业控制计算机，控制站采用分布式I/O结构的PLC，极大的降低了成本，方便了现场布线和设备维护。

软件功能



利用先进的组态软件或编程软件，实现了啤酒生产过程的优化控制和安全操作，生成友好的人机界面，实时、安全、可靠地对啤酒生产过程实行监督、控制和优化；

采用了先进控制技术、过程优化技术、网络技术、现场总线技术和现代测量技术，软件设计规范化、模块化，接口灵活，升级方便；专用控制模块很好满足了啤酒生产过程的各种特殊要求，麦汁制备过程、啤酒酿造过程、CIP过程等实现了全自动控制；

采用工艺流程图形化操作，直观简洁；




提供分组控制画面，模拟传统调节仪表和测量仪表显示、操作方式，实时显示测量值、设定值、输出值、手自动运行方式和报警方式等信息，实现任意分组、方便操作工操作；

供多种表格显示，可以根据需要把相关参数集中在一张表格中，便于掌握生产状况和分析；

提供趋势显示，可以根据需要把相关参数集中在一张趋势图中，便于比较和分析；

工程师站、操作员站均有身份密码识别和权限识别，操作安全。登录操作实时记录每一个阀门、电机操作状态以及进行该项操作的人员，以便安全管理；

提供报警画面显示；

提供实时和历史报表、批次报表的显示和打印功能。











三、关键控制技术



1、麦汁制备过程：麦汁制备过程是啤酒生产的关键环节之一，对整个啤酒生产的产量、质量、消耗等影响很大。糖化过程工艺指标控制的好坏，对啤酒的稳定性、口感、外观有着决定性的影响。糖化生产过程工艺比较复杂、技术要求高，控制难度较大。我们在浙江石梁酒业集团糖化生产过程的控制中，主要采用了下面几项检测和控制技术：

快测温技术：采用快速测温元件，保证浸渍水、调浆水、洗糟水、麦汁冷却温度的准确快速控制；

先进控制技术：糊化锅、糖化锅、煮沸锅的温度控制采用逆模型反馈控制的先进算法，克服了糊化锅、糖化锅、煮沸锅温度对象较大的时滞特性。该控制算法实际使用效果非常满意，保证了包括拐点在内的温度控制实际偏差<＋0.3℃；

防溢锅控制技术：糊化锅、煮沸锅采用独家创立的溢锅检测软件及防溢锅控制软件，解决溢锅问题。该技术实际使用效果良好，自该项技术实施以来从未发生锅溢锅现象；

过滤槽全自动控制技术：系统综合利用槽层差压、麦汁浊度、平衡罐液位、麦汁过滤流量等可测参数，实现自动洗槽、自动耕槽、自动回流/过滤控制，保证清亮度、并达到最快的过滤速度；

麦汁制备过程全自动控制技术：实现自投料开始（料仓进料）至出料（去发酵车间）的过程全自动控制；

自动CIP过程控制及CIP液自动回收控制技术：保证CIP洗液的温度、压力、PH值等技术指标，达到规定的清洗度，并达到最快清洗速度。

安全联锁控制技术：杜绝CIP洗液对物料的污染，保证生产的绝对安全。


2、啤酒酿造过程：啤酒酿造过程是啤酒生产的重要一环，它直接关系到啤酒的产量、口味和质量。发酵过程周期长，且不同于一般的化学或物理过程，它是一种厌氧型生物发酵过程，有许多不确定随机干扰会影响整个发酵生产。而且，不同品种的啤酒、每一工艺阶段对发酵罐内的温度、罐顶压力的控制要求都不一样，精度要求高，因此采用各种新技术提高自动化程度非常重要。

　　 对于纯生啤酒的生产而言，从麦汁冷却至灌装以及酵母培养、酵母回收、CO2添加、CO2回收、脱氧水生产、无菌空气制备等每个环节的严格CIP及无菌操作是保证纯生啤酒生产的必要手段。

　　 我们在啤酒酿造过程控制中采用的关键技术主要体现在以下几个方面：


精确的啤酒发酵温度测量技术：温度是啤酒生产过程中最重要的测控参数之一，而我国大多数啤酒生产对象采用的是热电阻温度变送器测量温度信号，事实表明，由于受到结露的影响，采用热电阻测量温度信号到还存在一些缺陷。因此，浙大中控作了深入的研究之后，基于集成电路温度传感器成功开发了SBWJ型啤酒温度变送器，并于2000年获得国家发明专利；




啤酒发酵温度的先进控制技术：露天啤酒发酵罐的罐体直径一般为4～6m，有效容积多为200～500 m3，因此，罐体温度控制对象滞后很大、且具有明显的时变性，采用常规控制方案难以达到满意的控制效果。为此我们在对被控对象特性、制冷机理、控制要求及特点等方面进行深入研究的基础上提出了多模态优化控制策略，以保证发酵温度的精确控制；

纯生啤酒生产过程的综合自动化控制技术：我们采用先进的现场总线技术和分布式I/O计算机控制系统对麦汁冷却、麦汁充氧/酵母添加、啤酒发酵、啤酒过滤、啤酒修饰、高浓稀释、清酒、灌装、酵母培养/扩培、酵母回收、CO2添加、CO2回收、脱氧水制备、取样等各个生产环节进行联动联锁控制，并以严格的自动CIP、消毒、杀菌控制，保证整个生产过程的无菌化操作；

安全联锁技术：整个啤酒生产过程各个环节均涉及CIP操作，CIP液有酸、碱、冷热水、消毒液、无菌水等。CIP操作不仅要求达到规定的清洗度，同时要杜绝CIP洗液对啤酒的污染，所以在控制过程中必须采用合理安全的联锁技术，保证生产的绝对安全。因此，设计一个非常可靠、完整的安全联锁操作系统同样至关重要，这在啤酒生产过程综合自动化系统中也是一个重要的组成部分；




3、信息技术：强大的信息管理功能和生产决策功能是先进的CIMS系统中的重要组成之一。信息管理包括整个啤酒生产过程的生产信息管理、市场营销管理、财务管理等等，一方面用来支持控制的优化，另一方面支持生产决策功能的运行，使各级领导能根据市场导向、质量反馈等各种信息进行及时的经营决策、生产调度和生产优化，提高市场竞争力。基于计算机网络技术、开放的通信协议和标准数据接口的分布式体系结构更多地采用标准化部件和软件，信息综合处理实现各局部之间信息交换、共享，实现协调管理，包括工艺技术管理、配方管理、人员管理、优化资源配置等方面，有效地提高企业的创新能力。



四、结束语



啤酒市场竞争十分激烈，竞争的关键在于产品的竞争、质量的竞争，而质量的优劣主要取决于生产的装备水平、技术水平和管理水平。因此，采用高新技术改造传统的啤酒行业，提高啤酒生产过程的自动化水平、管理水平，达到啤酒生产的高技术产业化，已经成为啤酒行业的当务之急，也是啤酒行业求生存求发展的必由之路。

艾默生变频器在某啤酒厂制冷机上的应用
附件:


[关键词]

　　 食品的冷冻、冷藏要使用冷冻机，因而在食品行业，制冷机的使用非常普及，其制冷机机的控制正越来越多地采用变频器。

一．变频器使用的目的：

　　 对制冷机内的压缩机采用变频控制（压缩机能力可变控制），可以使制冷机对于冷冻负载的变动始终以接近设计条件的高效率进行运行。这就是将变频器应用于冷冻压缩机的主要目的。变频器控制制冷机的主要优点如下

　　 1） 节能 相应于冷却负载的变化改变压缩机转速，使其始终运行在最佳点。从而减少所需动力。

　　 2） 恒温 采用连续的容量控制可使冷藏品温度变化很小。另外，即使对于临时的冷却负载增加，也可以依靠迦 速来减小冷藏品的温度变化。

　　 3） 冷冻能力的改善 密闭式电机直接连接的压缩机在50hz地区的能力只有60hz地区的80%，而变频器控制则可以 做到与电源频率无关，始终保持一定的能力。


二．设备组成



图1是变频器控制黄河 啤酒 厂1号制冷机的例子。在该例中，变频器选用艾默生型号为TD2000-4T2000G的00KW变频器，制冷机为大连冷冻机厂生产，电机功率为190KW。PID调节是由变频器自带的内置PID调节器完成的。在根

据负载变化控制制冷机转速的方法中，我们的目的是想控制制冷机吸入口的温度，由于现场温度的采样比较困难，而吸入口的温度与压力又有着一定的对应关系，且在现场管道上安装压力变送器更容些，因而在本系统中，我们采用压力传感器检测压缩机的吸入压，只要变频器控制该压力维持恒定不变，则吸入口的温度也维持恒定不变。同时考虑到制冷机工作时的安全要求，我们将该制冷机原有的温度保护、油压保护等通过中继接入变频器，保证有温度保护或油压保护动作时，变频器能立即自动停机，防止机械设备的损坏。另外该制冷机原为两地控制，采用变频后我们仍保持原有的两地控制，这样，对操作人员来说，更易于操作。

三．运行模式

　　 制冷机基本上是恒转矩特性，所以只要使变频器输出电压与频率成比例就行了。但是制冷机结合实际机的使用范围广，一般都与电机的设计条件不完全一致。在运行条件上电压也需要改变，最终仍需要实验确定最佳/F模式。另外，为了改善加速时的效率虽然可以改用变频器专用电机，但作为变频器故障时的备用，变频专用电机很难直接用工频电源进行运行。而且改用变频电机的费用会大幅增加，因此我们仍采用原有的电机及机械设备，只是将原有的自耦降压启动改为由变频器控制的压力闭环系统。

　　 在闭环系统的构成中，艾默生变频器可定义两种典型的输入输出特性，即正作用和反作用，这两种特性可灵活应用在不同反馈特性的控制系统中。在本系统中，采用反作用特性，反馈增益极性为负极性。也即当吸入口压力增大时，变频器的输出频率也随之增大，当吸入口压力减小时，输出频率也随之减小。

　 为了防止变频器输出频率低时，制冷机散热差及总体效率的降低，在变频器上设定最低运行频率为30Hz。

四．节能效果

　　 压缩机负载基本上是恒转矩负载，对恒转矩负载，电机的输出功率P的一般表达式为

P∝T*N

　　 表达式中，T：负载转矩 N：电机转速

　　 这就是说，即使是恒转矩负载，采用变频器等使电机速度下降，电机的输出功率将减小。变频器输入功率

PIN可用下式表示：

PIN=P/（ηINV*η m）

　　 表达式中，PIN：变频器输入功率 ηINV：变频器效率 η m ：电机的效率

　　 由上式，假设总效率（ηINV*η m）对于电机的转速为一定。则显然电机转速下降将引起电机输出功率P减小

，与其成比例的变频器输入功率PIN也减小，即消耗电能降低。但是如图2所示，为使电机转速下降而使变频器输出频率降低，则总效率也降低。但因频率降低的幅度大于总效率降低的幅度，因此，与原先的控制方式相比，仍

有显著的节能效果。另外，电磁调速电机、鼠笼电机的定子电压控制等从前的调速电机，转速下降时，总效率将大幅度降低，因而基本上得不到低速时的节能效果。因此采用变频器取代这些从前的调速方式，可以充分的节能。





　　 变频器方式由于除电力变换损耗外还有约5%的损耗，这个损耗基本与变频器功率无关，因而电机功率越大，这个损耗所点的比例也越小，节能效果越显著。同时变频器方式具有耐夏季短时高峰负载（依靠增速）和精细温度控制等优点。

五．注意事项

以下叙述采用变频器控制冷冻机时主要应注意的问题。

　　 1） 往复式压缩机在额定转速以下减速时，活塞环等的油膜厚度减小，可能造成汽缸等部件的异常磨损。特别是对于离心供油、溅喷式供油方式，减速会引起供油量极端减少，更应注意润滑。

　　 2） 在5-10HP级的半密闭型压缩机的场合，由于上述润滑问题以及低负载时的电机效率、绕组温度上升、防震装置的谐振频率等问题，限制了其最低频率约为30HZ。

　　 3） 在往复式的场合，考虑到振动、噪音、阀门耐久性等问题，最高频率的实际上限为额定频率的100%。

　　 4） 使用氟利昂系列制冷闪电战的冷冻装置在容量控制运行时，将面临蒸发器的油回归问题。一般在容量控制运行中，有必要定期进行回油运行。

南京轻机新型纯生啤酒生产线技术特点

南京轻机集团技术创新的国产第一条新型纯生 啤酒 生产线——24000瓶/小时纯生 啤酒 灌装生产线于2005年8月在燕京 啤酒 集团湖北仙桃 啤酒 有限公司顺利投入运行。

我国纯生 啤酒 的生产是采用低温膜过滤技术，去除 啤酒 中残留的酵母等微生物，使其具有清爽、新鲜的口味。纯生 啤酒 生产经无菌酿造、无菌过滤、无菌灌装，整个生产过程中均需严格无菌。

该生产线自卸箱至装箱（除膜过滤、贴标机等配套设备外）各单机、瓶箱输送、终端过滤系统、控制系统均由南京轻机集团提供，全线应用了多项最新技术：

1.洗瓶机为双端式，传动采用主传动与进、出瓶分离传动，出瓶端为不锈钢结构，碱液浸泡时间达15min以上，配置碱液自动检测及添加系统；

2.灌装系统采用冲瓶灌装压盖三位一体机形式：

整机外围配置钢化玻璃防护门罩，将灌装系统与外界相对隔离，以阻隔外围气流直接影响灌装系统。工作台设计成人字屋顶状，确保了喷洗介质等的快速排泄。 冲瓶机喷冲机构为双通道式，喷嘴可沿瓶中心轴线移动式，保证冲瓶效果。

灌装阀采用外置式流体机械灌装阀（专利号：ZL01263284.8）；整机具有两次抽真空能力，且有无瓶不抽真空功能；配有高压高温激泡装置；传动采用模块化设计，变频无级调速；灌装缸内物料液位高度由电探针控制，缸液位稳定，灌装可靠；灌装缸内物料背压实现自动控制，其工作状况和参数可在控制柜上显示。

压盖系统：瓶盖滑道配置紫外线杀菌装置为开放式设计，可进行热水及消毒液喷冲、清洗，便于清洁。

CO2、压缩空气、冲瓶水、蒸汽均配有预、精二级终端过滤，保证辅助用品彻底灭菌。

灌装机在不生产纯生 啤酒 时，生产普通 啤酒 也能通过变更件，使瓶子不进入冲瓶机，直接进入灌装机。

3.全系统配有完善的四罐全自动CIP系统、泡沫清洗系统及热水外部冲洗系统，保证灌装系统在无菌状态下生产。

4.杀菌机为温瓶/杀菌两用机；载瓶输送带采用节距为50mm的不锈钢丝链块和δ=2.5mm链片，通过直径Φ5mm的不锈钢长轴连接组成的网栅式链网，其强度好，耐高温，透水性好，输送平稳；配置PU值自动控制，温度控制精度高。

该生产线具有技术先进、结构紧凑、配置合理、运行平稳、节能降耗等优点。


施耐德ATV68变频器在啤酒麦芽塔上的应用

2003年河北四海发展股份有限公司引进国外塔式制麦项目是由国家经贸委批复立项的河北省重点技改项目，属“双高一优”国债项目。该项目建设于承德是否高新技术产业开发西区11号，河北四海发展股份有限公司厂区内。引进德国塞格公司先进的“塔式”制麦技术及工艺设备，规划20万吨（2个塔），该期建设1个制麦塔（104m高，直径25m），一个原料成品车间（由24个高60m仓及65m高工作塔组成），本着立足国内，发展带动相关产业之目的，在为啤酒工业提供优质麦芽的同时，带动国内配套机械设备的发展。
　　 该项目有北京轻工设计院设计，北京四通工控技术有限公司负责承担13台主变频调速装置的系统集成及现场调试工作。工程于2004年6月完成，并顺利投产。
　　 一、设备概述
　　 本系统主要采用交流变频调速系统来完成生产任务。
　　 本系统主要由以下几项变频设备：
　　　　 1、 平底浸麦变频器
　　　　 2、 发芽箱变频器
　　　　 3、 排潮工艺变频器
　　　　 4、 焙焦工艺变频器
　　 二、设备选型
　　 本系统拟采用SCHNEIDER(施耐德)公司变频调速装置ATV68系列产品，该产品和引进的德国生产设备及控制系统有着良好的PROFIBUS接口系统。设备参数表如下表：

　　

表1-1

　　 ATV68工程变频器是集中了SCHNEIDER(施耐德)迈向21世纪的先进技术开发的高性能矢量控制变频器，能对世界各地的各种电动机实现高性能控制的多驱动功能，ATV68工程变频器对各种生产线和设备能实现高性能控制和降低总投资费用。ATV68工程变频器具有以下几项特点：
　　 1）、 性能优越
　　　　　 开环的磁通矢量控制，调速比1：100；
　　　　　 工作温度0-40度，可在45度环境下工作；
　　　　　 最大瞬时起动力矩180%额定力矩；
　　　　　 输出频率0.01-300HZ，最高频率300HZ；
　　　　　 频率稳定性0.01HZ；
　　　　　 变频器内置EMC滤波器，符合EMC工业级国际标准，高稳定性和较小的干扰性；
　　　　　 具有自适应控制功能；
　　　　　 具有风机水泵节能运行控制功能；
　　　　　 变频器具有较高的调速精度，开环时 0.3%，闭环时0.1%；
　　 2）、保护功能齐全
　　　　　 变频器具有输出相间短路保护功能；
　　　　　 变频器具有输出相地间短路保护功能；
　　　　　 变频器具有过热保护功能；
　　　　　 变频器具有控制电源过载和短路保护功能；
　　　　　 变频器具有给定信号电源过载和短路保护功能；
　　　　　 对电机具有过热保护功能；
　　　　　 对电机具有缺相和堵转保护功能；
　　　　　 具有PTC热敏电阻输入，直接保护电机过热功能；
　　　　　 具有防止风机共振的调转频率保护功能；
　　　　　 具有防止风机运转时起动电机的转速跟踪再起动功能；
　　　　　 具有转矩限幅功能；
　　　　　 具有电机予过载报警功能；
　　　　　 对供电电源具有欠压及过压保护功能；
　　　　　 对供电电源具有缺相保护功能；
　　　　　 具有4/20mA信号丢失保护功能；
　　 3 ）、具有较强的监视 操作和维护功能
　　　　　 A-可观察全部的电气参数：
　　　　　 显示电机电流，速度等；
　　　　　 显示电机的热状态；
　　　　　 显示变频器的给定；
　　　　　 显示电机的运行小时和KW值；
　　　　　 B-本地和远程控制
　　　　　 可选择本地或远程控制；
　　　　　 远程控制具有多种通讯方式可选择：Pipio通讯，Modbus通讯，Profibus DP通讯，Modbus plus通讯等
　　　　　 C-故障存储器
　　　　　 能记录最新的16次故障，并显示有关故障信息，如故障时输出电流 频率及故障时间等；
　　　　　 D-较强的编程功能
　　　　　 变频器的参数设定或配置可通过变频器自带的显示面板编程；也可通过PC机编程；也可通过网络用通讯的方式改变变频器内的　　参数设置；
　　　　　 ATV68变频器是菜单式结构，编程方便简单；
　　　　　 编程具有多种语言选择；
　　　　　 具有宏汇编功能；
　　　　　 能存储2套电机参数，一台变频器可控制2台电动机；
　　　　　 具有返回工厂设定功能；
　　　　　 具有参数密码锁功能；
　　　　　 变频器最基本的配置具有4个开关量输入，2个模拟量输入，1个继电器输出，一个模拟量输出；这些接口的功能可以通过编程　　来设定；
　　　　　 如果变频器的接口数量不够可选用I/O扩展卡，选用I/O扩展卡可再增加1个双极性的模拟量输入，4个开关量输入，2个继电器　　输出和1个模拟量输出。
　　 4）、变频器具有多种应用选件
　　　　　 输入电抗器
　　　　　 输出电抗器
　　　　　 I/O扩展卡
　　　　　 通讯扩展卡
　　　　　 无线电滤波器
　　　　　 制动单元/制动电阻
总结
　　 ATV68变频器是采用先进控制技术，结构紧凑，使用方便，保护功能齐全，驱动性能优越，可靠性稳定性较高，过载倍数大，可在恶劣负载环境中使用的工程型变频器。ATV68变频器为欧洲生产原装进口变频器，符合所有国际标准和要求。
　　 1． 设备清单




本项目是施耐德ATV68型变频器刚上市不久后，首次成功在国内大规模应用的典型案例。在项目进行中，也得到施耐德技术工程师的热情支持。项目投产至今，效果良好。系统正式投产后无故障产生。
三、变频器及系统网络框图

Wonderware InTrack软件在瓶装啤酒上的应用


　 " 我们选择Industrial Application Server 是由于它具有灵活性，规模可伸缩性，能够适应不同的系统，同时将帮助我们实施我们的标准。"
　　 ——Graemx Welton SABMiller plc

　　 伊巴依，南非— 有人称它为“流动的金子“,也有人称它是“上帝赐予的琼浆“。本杰明富兰克林说它的存在是“上帝爱我们同时希望我们快乐的证明”。

　　 至少4000 年以来啤酒就是人类食物的主要来源。当巴比伦人用小麦酿制啤酒、美国的印加人用玉米酿制啤酒时，埃及人就开始用大麦酿制啤酒。最早的有关啤酒的记录来自于闪族人, 他们居住在世界上最早种植谷物的地方。所有社会阶层的女人和男人都喝啤酒。这很重要以至于在汉谟拉比法典（公元前18 世纪）、最古老的书写的法律中都有提及，向客户多收费的啤酒业主会被处以淹死。

　　 现在，啤酒酿造已成为价值数十亿美元的全球性的工业，同时在生产过程的每一个地方，它本身的生产工艺已经被精练成近乎一个有着苛刻标准的严格的艺术形式。

　　 SABMiller 公司是世界第二大啤酒生产商，随着在南非靠近伊丽莎白港的伊巴依（Ibahyi）啤酒厂的建成，它正在为整个行业树立新的生产标准。

　　 “SABMiller 一直在寻找一种解决方案，为其业务带来三个关键好处并能推广到它的不同工厂，这三个关键好处是：速度、灵活性和互操作性，”SABMiller 的自动化经理森讷思范思高说。“面向所服务的市场，在速度和灵活性方面要有一个合适的折衷，这对于我们的业务是非常重要的。第三个重要元素，互操作性，是一个挑战，这是由于在我们每一个啤酒厂使用着各种各样的不同平台和系统。为了能够使工厂的效率最大化，这些系统必须全部具有移植能力以便可以相互集成，同时也可以与上层的信息系统集成。”

　　 最终，SABMiller 决定采用由Wonderware 在南非的分销商Futuristix公司提供的Wonderware 软件系统，来帮助实施伊巴依厂的过程控制，并使之达到就象它的啤酒生产一样的最高现代化水准。范思高说：“我们现在啤酒厂在用的产品组件包括InBatch 产品，它为我们提供配方功能，并使酿造能够用更精确的方式管理配方。另外，InTrack 产品提供我们产品的族谱，从而能够使问题一直追溯到源头。”

　　 一个完整的解决方案还包括InTouch 软件，它提供可视化和操作员界面， 同时还有IndustrialSQL Server 历史数据库，它帮助操作员和管理层对啤酒生产的日常操作进行趋势记录和分析，这些Wonderware 的产品帮助操作者和管理者对啤酒酿造过程进行可视化，分析和优化，以提供管理者面向竞争所需要的智能和控制。

　　 这些工具通过通用的工作站捆绑在一起，这就是伊巴依啤酒厂使用它的核心策略之一。

　　 SABMiller 和它的集成伙伴使用Wonderware技术及结合其它技术开发了这个工作站，从而可以为业务部门、管理部门以及过程控制级提供集成的查看视图。

　　 由于人员能够在来自啤酒厂各工艺点的总系统上交互工作，啤酒厂本身以及每个工作人员的产出为伊巴依赢得了地位，是SABMIller 在南非地区成本最低效率最高的一个啤酒厂。

　　 SABMiller
　　 率先使用ArchestrA 技术

　　 现在的消费品市场的挑战是多样而严格的，就象啤酒生产商所面临的一样，一直尝试着制造最好的瓶装啤酒。

　　 产品品质仅仅是第一个要求。一旦你利用高品质产品获得了一个客户群，你必须保持它。唯一的方法是要保持住你第一次赢得客户时的品质水平。产品的一致性在生产效率成为生产的关键因素时会持续增长，而产能利用成为了一个综合的ROI测量因素。

　　 SABMiller还面临另外的复杂性，包括生产操作和市场要求的多样化，现有的自动化程度的不同和大量多样的控制系统硬件平台和软件环境。

　　 “随着2000年伊巴依啤酒厂的实施，一系列的事件会使我们能够满足这些挑战，”范思高说。“伊巴依啤酒厂将成为我们的卓越蓝图。同年，我们开始了一项定义标准的项目，这是为工厂ROI和运行资产最大化而设计的。这会给出需求清单以及对能够满足这些需求解决方案的研究。选择来自Wonderware 的ArchestrA技术作为先导应用，是由于它具备潜在的满足我们下述需要的功能，如标准化、快速而灵活的部署、以及变更管理和应用集成。我们成为了一个ArchestrA软件架构的Beta测试场所，同时在我们Midrand培训中心实施它以研究它是否可以满足我们对它的期望。

　　 由于具备啤酒中试、计算机中心、完备的实验室以及课程，从１９８７年以来，Midrand就成为了非洲和全球的现代啤酒行业的学习中心。产品测试是其中的一个常规工作。

　　 Wonderware和Futuristix是这个中心积极的赞助商，这也是我们与之结合将这里作为先导项目的理想场所的因素。

　　 ArchestrA架构在拓展现有系统的生命周期的同时，保持了以前在硬件、软件和知识产权方面的投资。构建于Microsoft的.NET基础架构，ArchestrA架构设计用来优化不同解决方案的集成，并能开发和维护标准。在这个过程中，在提高全厂效率和性能的同时削减了30-50%的工程成本。ArchestrA架构利用一个高效率的、基于标准的多语言环境来为下一代应用和服务进行系统集成。它还能延伸平台以满足工作自动化环境的严格需要，同时可以有效地消除运行中的自动化孤岛。

　　 为了在Midrand取得成功，ArchestrA架构需要通过规模伸缩性和灵活性来支持卓越的操作和市场的需要。在考虑到制造目的而提供易维护性时，还必须具有可修改性和能够重新配置的功能。而且还要能提供应用工程的重用，这是为了面向不同项目的时候能使复制最小化和在不同的项目中推广标准。

　　 最后，由于SABMiller啤酒厂运行着多种的平台和软件，包括可编程逻辑控制器（PLCs），Wonderware工厂智能软件和其它的软件，要具备真正的互操作性能，ArchestrA架构必须能够集成不同的供应商提供的产品。

　　 根据MiDrand 培训中心的啤酒酿造师安德鲁当斯说，这个先导项目是一个绝对的成功。“在我们培训中心这里开始使用Wonderware的系统之前，每个啤酒厂都有它自己的系统，你无法做到从一个车间走到另一个车间也能操作自如。你不得不学习他们的SCADA系统，他们的界面，直到你懂得如何操作。利用新的Wonderware系统，从这个车间到另一个车间你就能操作自如，看到的和感觉的事情是一样的。

　　 将培训中心现有的SCADA 实施移植到ArchestrA架构包括下述七个步骤：

　　 1. 使用SABMiller的各部门标准创建对象模板（对每一个对象“建模”，包括它的操作属性，I/O特征，报警条件，性能历史，PLC地址要求和其他。一个对象可以是一个设备，比如泵或阀门或者能够在所连接的系统中任何数量的这样的设备的组合）。

　　 2. 定义‘工厂 或培训中心的小型啤酒厂，从而遵从S88标准来对工艺过程建模。

　　 3. 创建对象实例（在要用到所定义的对象的地方）并且将它们存储到ArchestrA 架构的galaxy组态数据库。Galaxy能够组成一个物理的和/或逻辑的任何数量服务器的连接网络，在Galaxy中可以共享数据，利用“拖拽”就可以将所选择的功能分配到需要的服务器，并可以更均匀地分配计算负载。

　　 4. 创建部署模型，包括平台（Platform）对象（参与的计算机），应用引擎（Application Engine，存放和执行应用对象），OPC客户端对象，同时在引擎上的配置区域。

　　 5. 将InTouch SCADA 应用的内在模式转换成ArchestrA环境。这需要用galaxy引用来代替标记服务器引用，书写脚本和指定动画连接。这是一个可选的步骤，但这是SABMiller的策略，能够提供他们机会来证明和发现将Tag Server 移植到Wonderware Industrial Application
　　 Server上有些什么问题。

　　 6. 单一测试，包括“热”试并且在一个时间内部署一个来自每一种设备类型的对象，从而使对小型啤酒厂的影响减少到最小。在模板这一级的错误会被纠正，这就意味着修正后的对象能快速地重新部署。

　　 7. 部署-运行系统-最终测试

　　 这个先导应用真正理解了拥有一个正确标准定义的重要性，包括命名规范和对象类的定义，范思高说，“还需要指出的是上层规划的必要性。这些是对每一个项目来说都非常关键的需求。然而，截止到目前还没有一个基础架构可以支持它们，所以每个项目通常从最底层开始，并通过大量重复来完成的。

　　 “移植到ArchestrA 架构经过证明要比我们想象的容易，现在我们有了一套工具可以让我们满足我们的特定需要和保证符合标准，在将来会使工程成本降到尽可能的低。接下来的一步是将它用到实际的全规模的项目上，这已经在做了。”

　　 根据伊巴依啤酒厂提供的最佳运作蓝图，Invensy的Wonderware软件和ArchestrA架构正在Mirand 培训中心先导项目的Microsoft.NET 平台上无缝的工作着。SABMiller时刻准备着以其杰出的工作为文明社会中最古老的行业之一建立全球性的标准。

征文展示|粮食工业生产自动化监控系统

更详细信息可参见: http://www.zidonghua.com.cn/zdh/Apply/detail.asp?id=1545

---- 湖南怀化 高级工程师张天堂 所属行业 : 食品加工

作者:湖南怀化 高级工程师张天堂

　　 摘要：本文主要阐述了采用可编程控制器(PLC) 、工业控制组态软件实现 粮食 加工生产线的自动控制和管理。

　　 关键词：PLC、组态软件、 粮食 加工自动化



一、引言

　　 基于监控计算机（PC）、可编程控制器(PLC)、人机界面（HMI）、智能仪表、工业通信网络DCS（分布式控制系统）和FCS（现场总线控制系统）的自动化已成为现代工厂的技术支柱，并在国内外的现代化生产线广泛应用。据有关部门统计：全球近年发运的PLC中按最终用户分：汽车占23%； 粮食 加工占16.4%；化工占14.6%；金属矿山占11.5%；造纸占11.3%；其他占23.2%,可见 粮食 加工业PLC系统的应用仅次于汽车行业居第二领域。

　　 在我国石化、冶金、电力、化肥等行业已完成了原有继电器控制系统的自动化升级，相比之下相对落后的 粮食 工业（大米加工、面粉加工、油脂加工、饲料加工）是在90年代初从国外成套引进面粉加工生产线后，以PLC、PC机为核心的自动控制和管理系统才逐步为业界所了解和推崇。科技的迅猛发展有力促进 粮食 工业的技术改造， 粮食 加工企业在重组改制中逐步向规模化、现代化发展， 粮食 加工向精加工、深加工发展。尤为引人注目的是PLC可编程控制技术在 粮食 工业的技改和新建项目中广泛应用。PLC控制取代了继电器控制；计算机键盘取代了按钮开关；工艺流程的计算机终端动态显示取代了模拟屏显示；PC机与集散控制网络使整个生产线处于计算机控制和管理下。彻底改变了传统 粮食 加工的落后面貌，成为行业发展趋势和方向。

　　 PLC可编程控制技术在 粮食 工业的应用，它在保证产品质量和出品率的稳定，保证设备的效能和工艺效果的稳定，提高生产运行安全可靠性，降低操作管理人员的劳动强度，减少生产人员提高劳动价值，实现生产管理的现代化发挥了积极作用。

　　 95年以来我们选用日本光洋SU-6M、SZ-4M PLC产品和北京亚控科技有限公司的组态王软件,先后设计了湖南省怀化面粉厂、湖南省裕华粉业公司、山西靳州面粉公司、湖南省天龙米业公司、湖北省沙洋凤池米业公司等15家新建项目的全套PLC自动控制系统设计，取得园满成功。

二、自动监控及管理系统

　　 2.1 系统的组成

　　 自动监控及管理系统由计算机、可编程控制器(PLC)、检测传感器、电机控制中心(MCC)组成。系统采用RS-485远程测控系统结合传统的分布测控系统特点，电脑（PC）作上位机，PLC、电子流量计、称重模块作下位机。主机的RS-232串口经外插式RS-232/RS-485转换器变成RS-485数字信号总线，上位机和下位机通过RS-485数字信号总线进行串行通信，使整个生产线处于计算机控制和管理下。


　　 2.2 控制方式

　　 设计上从安全、可靠、方便简洁原则出发系统控制分3个层次：

　　 2.2.1 现场控制：每台设备设置机旁开关，该开关有三档位置：
　　 a、手头控制档：当置于手动位置时，集控中心交出该设备控制权，操作者可在机旁直接启动该设备，它主要用来单机设备调试用。
　　 b、停止档：当置于停止位置时，该设备即不受集控中心控制，也不能手动启动，它主要在设备检修时用。
　　 c、自动控制档：当置于自控档时，设备由集控中心自动控制。

　　 2.2.2 集控中心自动控制：该功能为系统的主流控制方式，生产过程的控制由操作员站和PLC控制系统自动完成。

　　 2.2.3 在计算机界面上设置有系统的自动—手动转换按钮，在手动状态时，只要点击某台设备，即可启动该设备，该功能主要用来系统的调试。

　　 2.3 生产操作界面

　　 现场生产操作界面采用研华工控机(PC)17吋显示屏，它负责处理现场与运行操作有关的人机界面，使操作员通过显示屏实时了解现场运行状态，各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生，并可对工艺生产过程进行控制和调节。

　　 监控计算机显示屏的主要功能：

　　 a、能动态模拟显示各段工艺流程、生产报表、生产数据；
　　 b、每幅画面都设置有操作按钮，如画面切换按钮，生产过程启/停控制按钮，报警按钮，紧急按钮等；
　　 c、事件报警：生产过程中出现异常情况，自动报警并用文字显示故障类型，画面同时自动切换至故障所在的流程画面；
　　 d、设备由静态到运行，画面模拟动画显示；
　　 e、权限管理：操作员只有在开机时输入正确的登陆密码后，才能进入运行状态。
　　 f、打印输出班报表，月报表。
　　 g、查询历史数据.

　　 监控计算机通过R232/R485适配器通过双绞线连结到SZ-4m的第一通信口，通信距离为：1400米以内，工控组态软件采用北京亚控科技公司的组态王6.01。监控计算机的功能还兼有工程师站的作用，它能对下位机(PLC)的程序进行修改、配置。为了管理的需要，充分发挥电脑的资源优势，该系统在监控计算机建立了两个数据库：

　　 a、生产数据库：（产量、出品率、电量、吨谷电耗、流量）。
　　 b、设备故障数据库：（设备过载、溢流、失速、仓空、仓满、故障恢复）。下位机(PLC)的生产数据和设备故障都实时记录并保存在监控计算机的数据库中，通过监控计算机可以很方便查询某年某月某时某秒的生产数据，和故障发生的时间及恢复时间，并能生成各种生产报表打印输出。

　　 监控计算机即可远程监控，也可做为现场触模屏的沉余设计来使用。监控计算机可与单位的局域网相连，实现数据共享。

　　 2.4 PLC可编程控制器的配置

　　 在大中型 粮食 加工厂由于工艺流程长，设备多，为了使众多的设备协条一致按工艺要求自动工作达到最佳工作状态，单靠人的观察和操作远远不能所及。例如对物料流量的控制；原粮及成品的料位控制；动态计量控制；生产数据的反馈；设备的安全保护；故障的显示报警；故障情况下设备的自动转换工作状态等。这些都靠PLC来完成。一个日处理小麦200吨的面粉厂在选择PLC的I/O点数一般满足I/O点数>512点。一个日处理稻谷150吨精米厂PLC的I/O点数一般满足I/O点数>256点。


　　 2.5 控制功能

　　 2.5.1 工艺流程启动

　　 工艺流程启动分工段进行，各工段可单独按工艺流程自动联锁启动，也可按工段由后向前自动联锁启动。各工段内工艺流程自动联锁启动，先启动相应的空压机，通风除尘系统，然后按物流逆向延时逐台启动各工艺设备。

　　 2.5.2 工艺流程停止

　　 工艺流程停止有三种方式：

　　 a、正常停止：首先关闭所有放料气动门，然后按工艺顺物流方向逐台延时自动联锁停车，最后停止除尘设备。
　　 b、故障停止：当前端控制单元检测到设备故障时，如过载、失速，该段的放料气动门立即关闭防止堵塞，如果在3分钟内不能恢复故障，则自动停止该工段的其他设备。
　　 c、紧急停止：系统出现紧急情况时，可通过操作界面的紧急按钮，立即停止所有运行中的设备，以保证系统和人员的安全。

　　 2.5.3 料位器与工艺流程联锁

　　 比重去石机、砻谷机、重力筛设备正常工作状态需要适合的物流量配合，用料位器及气动门的开度实现这一目标。当这些设备的进料斗下料位器动作时，这些设备即停运转，其他工艺设备保持工作状态，当物料达到要求高度后，重新启动这些设备运行。

　　 在一个局部工段中，某一料仓的料满时（或者某一设备过载）该工段的放料门立即关闭，工艺流程仍保持工作状态，如果在3分钟内仍保持这种状态，将停止该工段设备的运行。如果在3分钟内，料仓料满信号取消（或者过载设备恢复正常）则放料门重新打开，设备正常运行生产。由于工艺各工段基本是串联关系，所以以上这种控制思路，在整个流程中都结合具体情况巧妙应用。

　　 2.5.4 生产数据的采集

　　 该系统通过二台HMP-22W流量计和二块DTM864-2脉冲电度表，将信号分别送到PLC的A/D模块和输入模块。然后通过编程将实时模拟量和脉冲量变为实时的数字量，通过累加积分运算得到如下的生产数据：
物料流量(公斤)/h、出品率% 、班产量(吨) 、月产量(吨) 、班电量(kwh)、吨电耗(kwh/t) 、月电量(kwh)。

　　 2.5.5 强电控制

　　 强电控制由四块MCC柜、机旁开关、电缆、电缆桥架组成。低压电器均采用法国施耐德产品，对15kwh以上设备均采用Y/△降压启动。


　　 三、结束语

　　 经过多年实际运行证明，系统具有设计合理、运行可靠，界面友好，操作简单、监控方便、数据共享的特点。系统的投运，大大减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益和自动化管理水平。

科姆龙KV2000无速度传感器矢量变频器在方便面包装机上的应用


1.引言

方便面是世界上列在面包之后的第二大加工食品，我国是全球方便面第一产销大国。据统计，国内现有方便面生产线近三千条左右，年生产能力190亿包，销售额222亿元人民币，在产量和销售额上保持着高于30%以上的增长，远远高于全国食品工业20.6%的平均增长水平。资料表明，随着人们膳食结构的调整和饮食习惯的改变，及我国经济的持续发展，给食品包装机械行业带来了良好的机遇，促进了食品加工业的快速发展，需要大量高品质的食品包装机械，食品机械最终作用在于提高生产率和产品多样化。

2.油炸方便面生产流程

油炸方便面生产流程：

原料搅拌、混合→熟化→复合压片→连续压片→切条波纹、成形→蒸煮糊化→初冷→切断→折叠→分排→着味→油炸脱水→冷却→成品检验→分袋包装→成品装箱。

本文主要介绍方便面生产线的最后一道工序：分袋包装的全自动枕式包装机的工作原理。

3.食品包装机的工作原理

1)食品包装机概述：

高科技技术成果的应用，使用机电一体化，操作简便化，控制程序化得到完美的体现。枕式全自动包装机应用广泛，适应性强，可用于饼干、方便面、糖果、雪糕及其它小食品的包装，也可用于医药、零部件、纺织、轻化和日用品的包装。包装材料的总宽度可达450mm，包装尺寸可在长（95-350）mm，宽（10-140）mm，高（5-70）mm范围内自由选择。包装能力为30-200包/分钟，使用功率：4KW。整机尺寸：5050×960×1800 mm。

2)电气系统的组成：

电源采用三相五线制（或三相四线制）380V/50Hz供电，消耗功率约为5KW。

主机的电气系统主要由三部分组成，可编程控制器（PLC）和无速度传感器矢量变频器调速为核心的控制部分及加热控制部分。

3)全自动枕式工作原理

a)加热系统

系统接通控制柜电源后，即可选择进行加热。加热器采用48伏安全电压，设定需要的加热温度后，一般大约需20分钟即可达到设定的温度。

b)运行及速度设定

可编程控制器根据操作方式，可选择手动和自动运行，此时PLC装置上的“POWER”及“RUN”指示灯亮。薄膜和包装物（方便面面块）调整完毕后，将操作方式开关SA2置于“自动”位置，将追踪开关SA3置于“自动”位置，按启动按钮SB2，纵封电磁铁YA1吸合，运行警报器通电响约2秒，机器进行连续运行。

主机采用KV2000无速度传感器矢量变频器进行调速。变频器的操作键盘装在操作控制柜上，调速的实现由面板电位器R1设定运行速度。变频器操作键盘上显示的是电机的转速。转速Rpm＝（120×F057输出频率/F052电机极数）×齿轮比例。出厂时，相关参数已经设定好，使用者一般不要修改参数。

c)枕式包全自动包装机的差速机构和袋长调整机械（略）

d)追踪系统

追踪系统是包装机的控制核心，由PLC程序控制（见部分主要PLC追踪程序），该系统可根据被包装物品的形状和大小精确定位，采用正反向双向追踪，进一步提高了追踪精度。对包装材料在生产过程中出现的误差及时发现，同时准确的给予补偿和纠正，避免了包装材料的浪费。机器运行后，薄膜标记传感器不断的在检测薄膜标记（色标），同时机械部分的追踪微动开关检测机械的位置，上述两种信号送至PLC，经程序运算后，由PLC的输出Y6（正追）、Y12（反追）控制追踪电机的正反追踪。检测若在追踪预定次数后仍不能达到技术要求，可自动停机待检，避免废品的产生；

e)食品包装机对变频器调速的要求

食品包装机所用传动系统虽然应用功能比较简单，但对传动的动态性能有较高的要求，系统要求较快的动态跟随性能和高稳速精度。因此必须考虑变频器的动态技术指标，选用高性能变频器才能满足要求。

f)KV2000无速度传感器矢量变频器的特点

1)应用无速度传感器矢量控制技术，具有自动调谐功能，自动修正频率，以达到负载变动时电机转速稳定的效果；

2)具有较高的稳速精度和快速动态响应，能满足高性能场合的传动控制要求。减少了因传动系统故障导致的时间和经济损失。同时省去了速度传感器，具有较低的维护成本。

3)具有功能丰富、性能稳定、小型化、低噪音运行等优点。

g)在KV2000变频器的外围线路中，主要分六个部分组成

1)直流制动电阻端子P+、 DB外接制动电阻R0；使系统在停车时，实现瞬间安全停车；

2)控制回路输入端子中，FWD/REV为正/反转信号，其中FWD接收来自PLC的Y0输出信号，变频器按设定频率正转运行；X1、X2、X3、X4、X5、X6为自定义多功能输入选择端子，其中X1接收来自PLC程序控制输出Y1的点动信号，变频器实现点动运行；

3)频率给定由安装在电控柜上的电位器R1进行设定，方便现场操作工根据生产需要进行调速；

4)控制回路输出端中，TA和TC为变频器故障输出端子，当变频器故障时，PLC的输入信号COM、X10闭合，程序控制系统报警及自动停车；

4.结束语

枕式食品包装机应用无速度传感器矢量变频调速，具有如下的优点：

1)简化传动系统，提高了机器运转的稳定性和可靠性，降低了机器运转的噪音，大大延长了使用寿命和最大限度的降低故障率，减小企业维修费用。

2)增加产量、降低成本。可以提高生产技术，使产品产量和品质都得到提高，并能有效节约成本，实现利润最大化。

3)实现包装机高效、低损耗、自动检测等多功能。

4)通过转矩提升、防止失速和再启动等功能，实现不跳闸运行；使产品质量稳定、效率提高。

参考文献

【1】KV2000无速度传感器矢量变频器用户使用说明书

【2】DW-8000全自动枕式食品包装机使用手册

【3】MITSUBISHI可编程控制器编程手册

【4】TOKYO MENKI包装机使用手册

现场总线技术在粮油贮备油库监控中的应用


[关键词]

　　 随着计算机技术在工业控制领域应用范围的日益拓展，以及分布式控制产品标准化的要求和趋势，使近几年现场总线技术得以迅速发展，它较完整地实现了控制技术，计算机技术与通信技术的集成，其特点是可靠性高，性能稳定，抗干扰能力强，维护及系统扩充成本低。用现场总线技术组成的系统性能价格比高，已在欧美各国得到了较广泛的应用。几种主要现场总线标准如PROFIBUS，FF，CAN等已成为一些国家或洲际标准，世界上许多主要的PLC及智能仪表制造商，都推出了支持某种主流现场总线标准的产品。几个月前中国现场总线（PROFIBUS）专业委员会的成立，必将促进现场总线技术在我国的推广和应用。

　　 西门子S7-200PLC的PPI通讯协议是基于PROFIBUS现场总线标准的协议。它有很强的网络数据传输能力。其电气物理层为双绞线RS485。其网络设备分为主站和子站，主站可向其他主站或子站写入和读出信息，子站则不能。S7-200系列中廉价的专用显示单元TD200，及214/215/216CPU可作为主站或子站使用，而212CPU只能是子站。网络中最多可连接125个主站或子站。设备间1200米内的传输波特率为19.2K或9.6K。

　　 以现场总线组成的分布式监控系统，不仅可节省大量电缆及敷设费用，而且调试维护简单方便，大大提高了系统的实用性及可靠性，同时还降低了工程造价。

　　 以下是我们用S7-200设计的一个监控系统的例子。

　　 这是国家粮食储备植物油库中的阀位监测及火车发放油泵控制系统。监测对象分别位于油罐区（48个阀位的开关）及栈桥发放区（12个液位，3个泵及3对现场按钮），控制室位于泵房。

由于监控点目前位于两处，其间与泵房距离约几百米，而且以后还可能扩建新的罐区。设计时我们充分考虑了系统的可靠性，实用性，可扩充性及造价合理性，使系统既可用显示单元显示监测对象状态，又可同时用计算机做相应的监视。

该系统完成了以下功能：

1．由PLC2子站根据栈桥上3组现场按钮及12个液位/3组的状态，实现对油泵的现场启停控制，方便了工作人员的操作。
2．由PLC1主站实现对罐区48个阀位的实时监测。
3．由PLC1实现对PLC2所控液位及油泵状态的实时数据读入。
4．由位于泵房的TD200读出PLC1数据，滚动或定位实时显示各阀位，液位及油泵的状态。
5．由计算机PC实时读出TD200显示的内容。与其他数据（如各存油高度，温度，密度等）一起发往七百多米以外的办公楼，实现了操作人员和管理人员对生产情况的实时监测。

　　 6．如果以后扩建新罐区，则只需在网络中增设PLC3子站，通过PLC1主站对其进行实时数据交换，实现良好的可扩充性，而且扩充费用很低。

　　 该系统的通讯以RS485双绞线形式，用S7-200系列的PPI内部协议完成。其中PLC1与PLC2（及PLC3）的数据交换，用S7-200提供的网络指令NETR和NETW实现。

　　 该系统成功地运用了S7-200的网络及显示功能，接线简单，性能先进，可靠性强，设计安装周期短，工程造价低。系统涉及了PLC与PLC、PLC与计算机，计算机与智能仪表，计算机与计算机间的多种通讯，有很好的实际应用价值，也是现场总线的一次成功应用。

制作:PLC技术网