啤酒中溶解co2 浓度测量方法

《啤酒中溶解co2 浓度测量方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《啤酒中溶解co2 浓度测量方法（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、啤酒灌装、压盖机 PLC 控制系统辽东学院 宁海1 引言 啤酒生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工序。啤酒灌装、压盖机部分属于包装工序。啤酒经膜过滤后由管路送入回转酒缸，再经酒阀进入瓶子中，压盖后获得瓶装啤酒。啤酒灌装、压盖机的工作效率和自动化程度的高低直接影响啤酒的日产量。 为了满足我国啤酒行业日益扩大生产规模的需求和啤酒现代化灌装机械高速灌装的要求，国内各啤酒生产厂家都在积极寻求或改造本单位的啤酒灌装生产设备，使其成为具有良好的使用性能，先进的技术水平及高生产效率、运行稳妥可靠、维护成本低的啤酒现代化灌装机。 2 啤酒灌装、压盖机工作原理和控制部分构成

2、液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。啤酒灌装、压盖机采用压力灌装方法，是在高于大气压力下进行灌装，贮液缸内的压力高于瓶中的压力，啤酒液体靠压差流入瓶内。 目前国内外实现灌装工艺路线基本上是:利用回转酒缸产生的旋转运动，使安放在酒缸槽位上的空瓶通过机械机构将固定在酒缸上部的欲抽真空阀打开，对已封好的瓶子进行抽真空处理，拨转外操作阀杆，打开气阀，对瓶内充填 CO2 气体，抽真空凸轮继续打开真空阀，将瓶内空气与 CO2 混合气体抽出，气阀再次打开，对瓶内充填 CO2 气体，灌装阀内的液阀在瓶内压力接近背压气体压力时打开，酒液顺瓶壁注入瓶内，通过气动或电动控制灌装阀实现啤酒的

3、灌装。 当今国际先进的啤酒灌装、压盖机的控制系统主要由光电开关位置检测部分、走瓶带、酒缸转速的变频调速部分、主控由可编程控制器、触摸屏等组成。灌装、压盖机的机械结构装置与PLC 可编程控制、变频无级调速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合，形成机电一体化。 3 控制部分改造方案 国内很多啤酒厂家现使用的灌装、压盖机的控制系统的自动化程度参差不齐;所有手动按钮和工艺开关都设置在一个操作箱的面板上，PLC 控制器大都为日本 OMRON 公司或三菱公司的早期产品，设备连锁控制、保护设置少，加之啤酒灌装的现场环境恶劣，潮湿度大，使开关等接触触点锈蚀严重，系统的信号检测部分故障率较高，造成设备控制

4、系统运行的可靠性低，设备正常运行周期短等现象。 以实际改造的丹东鸭绿江啤酒有限公司的灌装、压盖机的控制系统为例，介绍改造方法，阐明改造这类设备的控制思想和思路;根据现场的实际工艺条件，重新编写了 PLC 的运行程序。针对啤酒灌装、压盖机控制系统的实际状况，并根据现场的实际工艺条件，重新设计了设备的PLC 控制系统。这种改造方法和思路同样可以应用与其他液体介质灌装设备的改造。 3.1 系统硬件配置 使用日本三菱公司的 FX2N128MRPLC 替换原系统使用的 2 台 OMRON 公司的 C60P PLC，原系统的 PLC 由于是老型号产品，和计算机联机需要配置特殊的通讯转换器，系统需要增加外部

5、 I/O 输入点时，扩展模块备件较难寻。 FX2N128MRPLC 是集成 128 点 I/O 的箱体式控制器，具有运算速度快，指令丰富、性能价格比高、联机编程简单、扩展方便等优点，是三菱 FX 系列中功能最强的小型控制器。 (1) 采用三菱公司的 900 系列的 970GOT 人机触摸屏替换原系统使用的面板按钮并监控显示设备的运行工作参数。970GOT HMI 为高亮度的 16 色显，通过汇流连接和 FX2N128MRPLC 的CPU 直接连接，实现快速回应。具有许多维护功能，如列表式编辑功能、梯形图监控(故障查找)功能、系统监控功能等用来查找故障和维护 PLC 系统。 (2) 灌装、压盖机

6、的变频器在改造中没有更换，现场检测信号的手段仍然采用开关式检测，因检测开关长期工作在湿度很大的场合，因此选择电容式的接近开关，根据 PLC I/O 端子的接线方式，选择 PNP 型的接近开关，控制系统结构见图 1。 图 1 控制系统结构框图3.2 系统程序设计 PLC 控制器的程序设计重点和核心是围绕着酒缸的旋转速度控制和酒缸上 60 个瓶位相关位置的检测移位、破瓶、空瓶瓶位相关位置的检测移位和相关灌装阀等的控制。其中的瓶位移位检测程序中，采用了三菱 PLC 位左移指令，驱动执行条件输入每一次由 OFF-ON 变化时，执行N2 位移动，N2 为移动的位数。 (1) 瓶位移位子程序 413 LD

7、 X055;机器计数脉冲测量检测输入点 414 PLS M49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位 M49 416 PLF M301;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位 M301 418 LDI M590;进瓶个数检测 419 ANI X005;连锁保护点 420 ANI X006;紧急停车保护 421 OUT M50;进瓶瓶位是否有瓶检测 422 LD M49;主电机转速测量检测输入点 423 SFTL M50 M500 K60 K1 ; 瓶位移位检测，采用 PLC 位左移指令，这条指令是整个子控制程序的核心之一，主电机和瓶位检测开关同步检测移动的酒瓶，主电机每转一周，正好对

8、应酒缸转过一个瓶位，PLC 内部单元内对应这 60 个瓶位的单元为 M500M559，单元个数用第一个字母 K 设置为 K60，每次变化一位用第二个字母 K 设置为 K1，M50 反应了瓶位的空、缺位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的 单元内置“1”或“0”，控制相应的阀门和搅拌瓶盖的电机的开与停。系统在连续检测 90 个空瓶位后，停止搅拌瓶盖的电机的运行，检测瓶位的个数可以根据用户的要求任意设定。 432 LD X052 ; 出瓶位检测 回转酒缸通过压力往瓶内背压装酒的过程中，空瓶在背压后，可能由于瓶子本身裂纹等原因导致突然爆瓶，这就需要检测出爆瓶瓶子的位置，在这

9、个瓶位的位置进行打开吹扫电磁阀，喷出压缩空气，将瓶位上的碎瓶片吹离位置，在连续吹扫几个瓶位后，在打开喷射电磁阀，喷射出高压水注，在对破瓶位置周围瓶位连续喷射几个瓶位。 (2) 实现爆瓶检测、控制的步进控制 482 LD X055;机器计数脉冲测量检测输入点 483 PLS M49;主电机转速测量检测输入点取上升沿微分后的位 M49 485 PLF M309;主电机转速测量检测输入点取下降沿微分后的位 M309 486 LDI M70;破瓶位置检测 487 ANI M071;连续破瓶位置检测 488 ANI X052;进瓶位置 489 SFTL M52 M600 K20 K1 破瓶检测和瓶位检测

10、开关同步检测移动的破瓶，主电机每转一周，正好对应酒缸转过一个瓶位，PLC 内部单元内对应这 20 个破瓶位的单元为 M600M619，单元个数用第一个字母 K 设置为K20，每次变化一位用第二个字母 K 设置为 K1，M52 反应了破瓶的位置，并将检测到的这个位置以电机转速的频率移位下去，在内部相应的 单元内置“1”或“0” ，控制相应的喷射和吹扫电磁阀开与停。连续喷射和吹扫电磁阀的开听、停时间可以根据工艺要求任意设定。 破瓶检测和瓶位检测的程序流程图如图 2 所示： 图 2 破瓶检测和瓶位检测子程序流程图系统自动化运行可靠的保障就是控制进出瓶盖的同步跟踪，既准确检测电机转速检测开关、破瓶检测

11、开关和进瓶检测开关三个条件。 (3) 970GOT 人机触摸屏操作终端机的软件采用三菱公司的 GT WORKS 软件包，其中 GT Designer 是一个用与整个 GOT9000 系列的绘图套装软件。该软件包操作简单，事先可在个人计算机上组态并仿真调试，完毕后下载至人机操作终端机。同时，因为人机界面又具有触摸屏的作用，将常用的开关设在显示屏上，方便操作。还可并以增加一些功能，如设置报警信息等。4 改造后控制系统功能 系统正常运行时，机器为自动控制，根据进出瓶带上瓶的满缺，按设定速度或慢速运行，进瓶档瓶，无瓶不下盖，爆瓶自动冲洗，灌装位置自动背压，下盖输盖系统的自动开停和安全保护等动作的协调联

12、锁。原来所有按钮的操作改造后都在触摸屏上进行。 5 控制系统检测状态的监控功能 进瓶检测开关和破瓶检测开关通过检测每个压瓶部分上面的小铁片的位置，产生光电脉冲输出，再有 PLC 采集，由于每个压瓶部分上面的小铁片的位置是活动的，在机器运行一段时间后，压瓶部分上面的小铁片和检测开关的位置发生位移，造成检测开关误判断，如没瓶判断为有瓶，爆瓶漏检、误检等造成输出失误，使 PLC 产生误动作，造成如背压、爆瓶吹、洗、瓶盖搅拌系统控制失灵等故障现象。 在改造前的日常生产过程中，碰到这种现象时，操作工只能将各个功能开关或按扭打到手动控制档位，使机器设备工作在无监控状态下，机器失去自动控制功能。造成了很大的

13、生产原料如气、水、酒的浪费。只能在生产的间歇，才能由维修钳工和电工根据检测开关上的小发光二极管的亮和灭通过调整位移距离只有 58mm 的检测开关的安装位置，来修正检测开关和小铁片的间隙。这种检测手段非常落后，调整后的效果反应致后，不能及时反应调整结果。 针对这种检测状况，结合改造后的灌装、压盖机控制系统的配置，新增了这部分检测功能，并集成在人机触摸屏中，完成瓶位检测。 在人机触摸屏的界面分页显示屏上，可以分别时时动态显示 60 个瓶位的状态和爆瓶时的瓶位状态，有瓶、无瓶、爆瓶、背压开关等检测开关、搅拌电机等电磁阀的开关状态都以不同颜色来显示，非常直观。 在需要修正检测开关和小铁片的位置时，可以

14、在正常生产的条件下，不停机，由维修人员只要根据显示屏上的瓶位状态，就可以在线调整，并马上看到调整后的效果。在日常维修中，也可以用它作为状态监控设备，观察输出设备的运转状况。 增加这套系统功能的是为保证灌状压盖机的自动化控制系统正常运行而专门设计的。软件界面见图 3。 图 3 软件界面之一6 结束语 改造后的控制系统大大地简化了复杂的机械结构，经现场运行情况和控制效果检验，系统的自动化程度达到了设计要求，大大减少了操作人员的劳动强度，使啤酒灌状的日产量比过去提高30%以上，故障率大大减低。体现了现代设备的自动控制技术。是在消化、吸收当今工业控制的先进技术的基础上加以创新、研制而成的目前国内技术最

15、先进的灌装控制系统。 本文来自 2005 年第 7 期“工业控制技术” (佳工机电网) 1. 啤酒中溶解 CO2 浓度测量方法 a) 温度 -压力法 啤酒、苏打水和碳酸之类充碳酸气饮料中的 CO2 浓度。到目前为止，饮料行业一直依赖于温度-压力法来进行 CO2 浓度测量。实际是亨利定律的一种改良变型，将温度和压力测量值转换为浓度。这种方法在亨利定律方程式中使用一个单一常数用于密度和一个单一常数用于溶解度，使得该方法已经变得过时和不准确。这是一种间接方法，它并不测量单独气体的浓度，而是测量所有溶解气体的合成结果。近年来，啤酒行业的变化已经加剧了这些瑕疵。密度在亨利定律方程式中被作为一个常数而引入

16、，因为温度-压力仪器根本不能测量密度。在历史上，这种方法是基于这样的假设而发展的：即，所有啤酒都具有相当的密度。轻啤酒、爱尔啤酒和低糖啤酒已经说明了这种假设的不正确性。事实上，许多啤酒现在具有一个比水小的比重 。有许多啤酒中使用氮气来给出一个比较高的压头使得温度和压力的测量变得不准确；一方面是因为缺乏区别，另一方面是因为溶解度系数的不同。酒精含量高的啤酒也具有一个不同的密度。另外，高速瓶装生产线的引入也导致了与饱和碳酸无关的压力尖峰，形成了明显的浓度尖峰。 在 Zahm 和 Nagle 的压力-温度测量换算表是基于啤酒的比重为 1.015。此表起源于从美国酿造化学工作者学会 1949 年第 5 次修订的“分析方法”获得的一种方法分析。因为没有测量酒精浓度，所以当前方法在亨利定律中使用一个常数作为酒精密度。在一条灌装生产线上，啤酒比重的范围是从 1.007 到 0.998，比重为 0.998 时表明是一种低碳水化合物啤酒；而酒精的含量范围则是从实际上的零到 4 个百分点。对于使用当前方法得出的结果，其误差几