黄酒机械自动化生产过程关键控制技术研究

摘要

黄酒历史悠远，近年来市场增长很快，黄酒企业的生产规模也在随之逐步扩大，但黄酒生产设备、机械化和自动化程度等方面与啤酒、葡萄酒和白酒类相比较，还相对落后，没有真正实现现代化机械设备及先进技术相结合，特别是还有较多中、小企业在黄酒的关键酿造工艺上尚处凭老经验、老方法阶段，还停留在半机械化和传统设备及原始工艺操作的地步。近年来，集先进的自动化技术、信息技术、计算机技术、科学管理理念为一体的综合自动化方案在酿酒工业得到了一定的发展与应用，但在黄酒酿造过程中的应用暂时还是空白，会稽山20万KL产业基地一期自动化控制工程项目是国内第一条针对黄酒酿造全流程的自动化生产线，将单体设备加入通讯模块，实现了半机械化半自动化向全自动化的改造。本文依托该工程背景，对黄酒生产过程中的工艺技术、控制流程、DCS软硬件实现等问题展开了一定的研究，同时，针对黄酒生产过程中的发酵温度控制及螺纹泵泵送过程的转速设定等控制难点，提出了相应的智能算法控制方案。
　　本文的主要工作与创新点如下:
　　1)调研并分析黄酒行业机械化及自动化发展现状，分析当前黄酒自动化生产过程中面临的主要问题。
　　2)结合对绍兴加饭酒生产的调研具体设计了黄酒浸米、蒸饭、前酵、后酵、压榨等各个生产工段的自动化控制流程，并以中控WebField-GCS5软硬件平台为基础实现控制系统。
　　3)黄酒发酵过程温度对象具有大滞后、非线性和突变性等特点，且生化反应机理不明，难以建立明确的机理模型，采用常规的控制方案难以获得理想的控制效果。针对这一难题，本文提出基于蚁群算法优化的模糊控制策略，用蚁群算法对模糊算法的量化因子和比例因子进行优化，提高了模糊控制器的精度和自适应能力。仿真运行结果显示该算法收敛速度更快，超调量小，能较好地跟踪目标工艺曲线。
　　4)粘稠物料泵送过程泵效主要靠人工判断，不易调节，本文引入径向基神经网络来对螺杆泵转速进行设定。先对螺杆泵历史数据进行分析，将输入到输出视作非线性映射从而得到螺纹杆转速的时间序列。接着使用历史数据对网络进行训练，并使用实际工程数据仿真验证预测结果，通过与BP神经网络控制结果进行比较，表明本文使用的控制方法短期预测精度更高。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与研究意义

1．2 黄酒生产及综合自动化技术研究现状

1．2．1 黄酒分类及理化指标

1．2．2 黄酒生产过程概述

1．2．3 黄酒发酵过程综合自动化技术研究现状

1．3 主要研究内容与论文结构安排

第2章 黄酒自动化生产控制流程设计

2．1 黄酒生产工艺技术

2．1．1 传统黄酒酿造工艺

2．1．2 新型黄酒酿造工艺

2．2 黄酒自动化生产控制流程设计

2．2．1 酿造车间控制流程

2．2．2 后酵车间控制流程

2．2．3 压榨车间控制流程

2．2．4 CIP控制流程

2．3 本章小结

第3章 黄酒生产综合自动化控制系统设计

3．1 基于WebField GCS-5的黄酒控制系统网络结构设计

3．1．1 WebField GCS-5系统构成

3．1．2 控制系统总体网络结构

3．2 系统组态及监控设计

3．2．1 控制系统硬件组态

3．2．2 控制系统监控设计

3．3 本章小结

第4章 基于蚁群算法优化的黄酒发酵温度模糊控制系统

4．1 模糊控制器设计

4．1．1 模糊控制规则的确定

4．1．2 量化因子和比例因子的选择

4．2 基于蚁群算法的参数优化方法设计

4．2．1 蚁群算法基本思想

4．2．2 性能评价指标的确定

4．3 蚁群算法对量化因子及比例因子的优化

4．4 运行结果及分析

4．5 本章小结

第5章 黄酒发酵过程粘稠物料泵送的转速控制

5．1 螺杆泵管道泵送系统

5．1．1 螺纹泵的结构和工作原理

5．1．2 RBF神经网络

5．2 基于RBF神经网络的螺杆泵转速预测控制

5．2．1 模型输入输出的确定

5．2．2 节点数的确定

5．3 基于RBF神经网络的螺纹杆转速预测仿真与分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目及研究成果