专利名称：全自动高浓啤酒稀释配比混合机及其混合方法
技术领域：
本发明涉及生物及酒类发酵工程、食品饮料工程、生物制药、精细化工、化学工程的多物料混合工艺技术领域，尤其涉及用于高浓度啤酒用脱氧水稀释及稀释啤酒中CO2添加及大曲酒的风味勾兑调配的全自动过程控制。
背景技术：
随着市场对不同浓度啤酒的需要及啤酒口感一致性越来越高，要求啤酒原糖度能够准确的灵活调配，目前，在生产啤酒的工艺过程中，高浓度啤酒稀释及CO2饱和过程只采用了半自动高浓稀释混合机设备。现有技术中，半自动高浓稀释混合机中的CO2流量检测及自动控制系统由于设计上存在诸多缺陷，不能保证稀释啤酒浓度及CO2含量的准确添加及均一性，导致啤酒的口感质量及其一致性达不到目前高标准的要求。现有技术中使用的半 自动高浓稀释混合机存在CO2体积流量计易受温度和压力的影响，CO2体积流量检测的体积流量所换算的质量流量不准确；闭环反馈调节控制，将下游检测的信号反馈给PLC，PLC对上游调节阀进行控制，在调节的过程中存在明显的滞后现象导致控制量不准，由于下游气泡的存在导致在线检测值失真，半自动控制不仅增加了人力成本，也增加了劳动强度和出错几率，这些缺陷对生产啤酒的质量及均一性造成不利影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种全自动高浓啤酒稀释配比混合机及其混合方法。本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现全自动高浓啤酒稀释配比混合机，包括机架，设置于机架外侧的PLC控制柜，设置于机架上方的静态混合器、设置于静态混合器下端的稀释泵，所述的全自动高浓啤酒稀释配比混合机外接高浓度啤酒、脱氧水、洁净CO2、成品储酒罐，所述高浓度啤酒和脱氧水在稀释泵混合后，然后与洁净CO2在静态混合器混合后进入成品储酒罐。所述高浓度啤酒经过第一体积流量计、手动角向调节阀、第一止回阀到达稀释泵，所述脱氧水经过第二体积流量计、第一气动PID调节阀、第二止回阀、第一气动开关式蝶阀到达稀释泵，所述的第二止回阀与第一气动开关式蝶阀之间外接有排污管，排污管上设置有第二气动开关式蝶阀，所述洁净CO2经过减压阀、质量流量计、第二气动PID调节阀、浮子流量计、第三止回阀、第三气动开关式蝶阀到达静态混合器，所述第三止回阀与第三气动开关式蝶阀之间外接有排污管，所述排污管上设置有第四气动开关式蝶阀，所述的静态混合器经过很长的混合管路后通过两条线路到达成品储酒罐，第一条线路在混合管路与成品储酒罐连接处设置有啤酒浓度在线检测仪、在线压力检测仪、气动PID角向调节阀，第二条线路在混合管路尾部通过第六手动对夹式蝶阀、CO2在线浓度检测仪、第七手动对夹式蝶阀连接到成品储酒罐，所述的混合管路为S型排列，在混合管路底部设置有5个手动对夹式蝶阀。
所述PLC控制柜采集第一体积流量计、第二体积流量计、质量流量计、CO2在线浓度检测仪、在线压力检测仪及啤酒浓度在线检测仪的信号，控制第一至第四气动开关式蝶阀、第一至第二气动PID调节阀及气动PID角向调节阀；其混合方法为所述质量流量计准确检测洁净CO2的流量，有效的减少了 CO2压力及温度对检测结果的影响，PLC采集第一体积流量计信号并通过数学模型的计算，得出脱氧水流量及洁净CO2的流量，从而实现全过程的开环控制，数学模型的建立，为高浓度啤酒中脱氧水及CO2的准确添加提供了可靠的前提条件，PLC及开环控制原理的应用，避免了闭环控制法中反馈调节滞后现象所带来的问题；PLC控制柜启动后，PLC控制柜控制第一气动开关式蝶阀和第三气动开关式蝶阀打开，PLC控制柜控制稀释泵开启，第一体积流量计反馈高浓啤酒流量信号给PLC控制柜，PLC控制柜根据数学模型计算出所需要的脱氧水及洁净CO2流量；PLC根据第二体积流量计反馈的脱氧水流量值与数学模型计算所得的脱氧水流量值进行对比来控制第一气动PID 调节阀开度来调整到合适的脱氧水流量，PLC根据质量流量计反馈的洁净CO2流量值与数学模型计算所得的洁净CO2的流量值对比来控制第二气动PID调节阀开度来调整到合适的CO2质量流量；PLC根据在线压力检测仪反馈的混合管路压力信号控制气动PID角向调节阀的开度，使混合管路维持一个恒定压力；PLC通过采集CO2在线浓度检测仪及啤酒浓度在线检测仪信号，验证系统的准确性与稳定性，当有出入时，对参数进行微调；当高浓啤酒稀释混合结束，PLC控制第二气动开关式蝶阀及第四气动开关式蝶阀打开，对脱氧水管路及洁净CO2管路进行排污本发明方法切实可行，CO2质量流量计的应用，为稀释啤酒中CO2的准确添加提供了可靠的前提条件，数学模型的建立，为高浓啤酒中脱氧水及CO2的准确添加提供了可靠依据，开环控制原理的应用，避免了闭环控制中反馈调节滞后的现象，由于下游气泡的存在导致在线检测值失真，全过程自动控制的实现，大大降低了劳动强度及人为出错的几率，从而提闻广品质量及均一性。
图I为本发明的施工装备图；图2为本发明的带控制点工艺流程图；其中1_第一止回阀；2_第一气动开关式蝶阀；3_稀释泵；4_第三气动开关式蝶阀；5_静态混合泵；6_第四气动开关式蝶阀；7-PLC控制柜；8_第六手动对夹式蝶阀；9-C02在线浓度检测仪；10-第七手动对夹式蝶阀；11_成品储酒罐；12-气动PID角向调节阀；13-在线压力检测仪；14-啤酒浓度在线检测仪；15、16、17、18、19-手动对夹式蝶阀；20_浮子流量计；21_第三止回阀；22_第二气动PID调节阀；23_质量流量计；24_洁净CO2 ;25_减压阀；26_脱氧水；27_第二体积流量计；28_第一气动PID调节阀；29_第二止回阀；30_第二气动开关式蝶阀；31_高浓啤酒；32_第一体积流量计；33_手动角向调节阀；34_机架。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图I和图2示，全自动高浓啤酒稀释配比混合机，包括机架34，设置于机架34外侧的PLC控制柜7，设置于机架34上方的静态混合器5、设置于静态混合器5下端的稀释泵3，所述的全自动高浓啤酒稀释配比混合机外接高浓度啤酒31、脱氧水26、洁净C0224、成品储酒罐11，所述高浓度啤酒31和脱氧水26在稀释泵3混合后，然后与洁净C0224在静态混合器5混合后进入成品储酒罐11。所述高浓度啤酒31经过第一体积流量计32、手动角向调节阀33、第一止回阀I到达稀释泵3，所述脱氧水26经过第二体积流量计27、第一气动PID调节阀28、第二止回阀29、第一气动开关式蝶阀2到达稀释泵3，所述的第二止回阀29与第一气动开关式蝶阀2之间外接有排污管，排污管上设置有第二气动开关式蝶阀30，所述洁净C0224经过减压阀25、质量流量计23、第二气动PID调节阀22、浮子流量计20、第三止回阀21、第三气动开关式蝶阀4到达静态混合器5，所述第三止回阀21与第三气动开关式蝶阀4之间外接有排污管，所述排污管上设置有第四气动开关式蝶阀6，所述的静态混合器5经过一段混合缓冲管路后通过两条线路到达成品储酒罐11，第一条线路在混合管路与成品储酒罐11连接处设置有 啤酒浓度在线检测仪14、在线压力检测仪13、气动PID角向调节阀12，第二条线路在混合管路尾部通过第六手动对夹式蝶阀8、CO2在线浓度检测仪9、第七手动对夹式蝶阀10连接到成品储酒罐11，所述的混合管路为S型排列，在混合管路底部设置有5个手动对夹式蝶阀15、16、17、18、19。所述PLC控制柜7采集第一体积流量计32、第二体积流量计27、质量流量计23、CO2在线浓度检测仪9、在线压力检测仪13及啤酒浓度在线检测仪14的信号，控制第一至第四气动开关式蝶阀、第一至第二气动PID调节阀及气动PID角向调节阀12。全自动高浓啤酒稀释配比混合机的混合方法,包括质量流量计检测CO2质量流量，PLC编程的数学模型给出相关具体控制参数及开环控制通过PLC实现对上游调节阀进行控制；所述质量流量计法使用质量流量计检测CO2的流量；所述数学模型推导出控制量之间的关系式，关系式中的已知量有闻浓啤酒浓度、闻浓啤酒流量和稀释后啤酒目标浓度，关系式中的未知量有脱氧水流量和洁净CO2流量；所述开环控制法是通过PLC控制程序在运行之初计算的确定量与控制量之间的关系。PLC控制柜7启动后，PLC控制7柜控制第一气动开关式蝶阀2和第三气动开关式蝶阀4打开，PLC控制柜7控制稀释泵3开启，第一体积流量计32反馈高浓啤酒流量信号给PLC控制柜7，PLC控制柜7根据数学模型计算出所需要的脱氧水26及洁净C0224流量；PLC根据第二体积流量计27反馈的脱氧水26流量信号与所需的脱氧水流量进行对比控制第一气动PID调节阀28开度，PLC根据质量流量计反馈的洁净C0224流量信号与所需的洁净C0224的流量对比来控制第二气动PID调节阀22开度；PLC根据在线压力检测仪13反馈的混合管路压力信号控制气动PID角向调节阀12的开度，使混合管路维持一个恒定压力；PLC通过采集CO2在线浓度检测仪9及啤酒浓度在线检测仪14信号，验证系统的准确性与稳定性；当高浓啤酒稀释混合结束，PLC控制第二气动开关式蝶阀30及第四气动开关式蝶阀6打开，对脱氧水管路及洁净C02管路进行排污。所述机架固定管路及仪器，为机组的装配提供结构基础。所述PLC控制柜采集第一体积流量计信号，计算出脱氧水及洁净CO2流量。所述PLC控制柜采集第二体积流量计信号，控制第一气动PID调节阀至指定开度。
所述PLC控制柜采集质量流量计信号，控制第二气动PID调节阀至指定开度。所述PLC控制柜采集在线压力检测仪信号，控制气动PID角向调节阀至指定开度。所述PLC控制柜采集啤酒在线浓度检测仪信号，监测啤酒浓度。所述PLC控制柜采集CO2在线浓度检测仪信号，监测CO2浓度。所述静态混合器将洁净CO2混合到稀释后的啤酒中。所述稀释泵输送稀释后的啤酒进入静态混合器。所述减压阀对高压洁净CO2减压，对充氧量及气动元件起到稳定保护作用。所述质量流量计准确检测洁净CO2的质量流量。 所述第二气动PID调节阀根据质量流量计反馈信号调节至指定开度。所述浮子流量计便于现场人员直观看到洁净CO2流量及流动状态，在质量流量计损坏时能够暂时粗略计量。所述第三止回阀阻止静态混合器里的混合液倒流进入洁净CO2管路，保证管道卫生。所述第三气动开关式蝶阀在有高浓啤酒流量信号时打开，洁净CO2向稀释啤酒中添加。所述第四气动开关式蝶阀在啤酒高浓稀释混合结束时打开，对洁净CO2管路进行排污。所述气动PID角向调节阀稳定混合管道压力至恒定值，促进CO2在稀释啤酒中饱和溶解。所述第六及第七手动对夹式蝶阀打开，稀释啤酒少部分进过CO2在线浓度检测仪。所述CO2在线浓度检测仪监测稀释啤酒中CO2浓度，并将信号反馈给PLC。所述第一至第五手动对夹式蝶阀在啤酒高浓稀释混合结束后对混合管路进行排污。所述第一体积流量计检测高浓啤酒流量，并将信号反馈给PLC。所述手动角向调节阀根据需求调节高浓啤酒流量。所述第一止回阀阻止稀释啤酒回流进入高浓啤酒管路，保证高浓啤酒不被污染。所述第二体积流量计检测脱氧水流量，并将信号反馈给PLC。所述第一气动PID调节阀根据第二体积流量计检测信号调节至指定开度。所述第二止回阀阻止稀释啤酒回流进入脱氧水管路，保证脱氧水不被污染。所述第二气动开关式蝶阀打开，脱氧水进入高浓稀释管路对高浓度啤酒进行稀释。所述第二气动开关式蝶阀在啤酒高浓稀释混合结束时打开，对脱氧水管路进行排污。所述质量流量计法使用质量流量计检测CO2的质量流量，减少温度及压力的不同变化对CO2流量检测结果的影响。所述数学模型法推导出的关系式，通过设定量和检测已知量，准确计算出各个未知量。所述高浓啤酒浓度由过滤工段提供，其数值正常情况下为一确定值。所述稀释啤酒浓度由啤酒工业结束人员根据工艺要求的参数给定。
所述脱氧水流量由所建立的数学模型推导出。所述洁净CO2流量由所建立的数学模型推导出。所述开环控制法，在控制程序运行之初确定控制量与需要量之间的关系，不需要通过在线检测议反馈值来调节未知需要量。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有适合更多种物料配比 混合的变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.全自动高浓啤酒稀释配比混合机，包括机架，设置于机架外侧的PLC控制柜，设置于机架上方的静态混合器、设置于静态混合器下端的稀释泵，所述的全自动高浓啤酒稀释配比混合机外接高浓度啤酒、脱氧水、洁净CO2、成品储酒罐，其特征在于所述高浓度啤酒和脱氧水在稀释泵混合后，然后与洁净CO2在静态混合器混合后进入成品储酒罐，所述高浓度啤酒经过第一体积流量计、手动角向调节阀、第一止回阀到达稀释泵，所述脱氧水经过第二体积流量计、第一气动PID调节阀、第二止回阀、第一气动开关式蝶阀到达稀释泵，所述洁净CO2经过减压阀、质量流量计、第二气动PID调节阀、浮子流量计、第三止回阀、第三气动开关式蝶阀到达静态混合器，所述的静态混合器经过一段混合缓冲管路后通过两条线路到达成品储酒罐。
2.根据权利要求I所述的全自动高浓啤酒稀释配比混合机，其特征在于所述两条线路中第一条线路在混合管路与成品储酒罐连接处设置有啤酒浓度在线检测仪、在线压力检测仪、气动PID角向调节阀，第二条线路在混合管路尾部通过第六手动对夹式蝶阀、CO2在线浓度检测仪、第七手动对夹式蝶阀连接到成品储酒罐。
3.一种全自动高浓啤酒稀释配比混合机的混合方法，其特征在于所述PLC控制柜采集第一体积流量计、第二体积流量计、质量流量计、CO2在线浓度检测仪、在线压力检测仪及啤酒浓度在线检测仪的信号，控制第一至第四气动开关式蝶阀、第一至第二气动PID调节阀及气动PID角向调节阀； 所述质量流量计准确检测洁净CO2的流量，有效的减少了 CO2压力及温度对检测结果的影响，PLC采集第一体积流量计信号并通过数学模型的计算，得出脱氧水流量及洁净CO2的流量，从而实现全过程的开环控制，数学模型的建立，为高浓度啤酒中脱氧水及CO2的准确添加提供了可靠的前提条件，PLC及开环控制原理的应用，避免了闭环控制法中反馈调节滞后现象所带来的问题； 其步骤为PLC控制柜启动后，PLC控制柜控制第一气动开关式蝶阀和第三气动开关式蝶阀打开，PLC控制柜控制稀释泵开启，第一体积流量计反馈高浓啤酒流量信号给PLC控制柜，PLC控制柜根据数学模型计算出所需要的脱氧水及洁净CO2流量；PLC根据第二体积流量计反馈的脱氧水流量值与数学模型计算所得的脱氧水流量值进行对比来控制第一气动PID调节阀开度来调整到合适的脱氧水流量，PLC根据质量流量计反馈的洁净CO2流量值与数学模型计算所得的洁净CO2的流量值对比来控制第二气动PID调节阀开度来调整到合适的CO2质量流量；PLC根据在线压力检测仪反馈的混合管路压力信号控制气动PID角向调节阀的开度，使混合管路维持一个恒定压力；PLC通过采集CO2在线浓度检测仪及啤酒浓度在线检测仪信号，验证系统的准确性与稳定性，当有出入时，对参数进行微调；当高浓啤酒稀释混合结束，PLC控制第二气动开关式蝶阀及第四气动开关式蝶阀打开，对脱氧水管路及洁净CO2管路进行排污。
全文摘要
全自动高浓啤酒稀释配比混合机及其混合方法，涉及生物及酒类发酵工程、食品饮料工程、生物制药、精细化工及化学工程的多物料混合工艺技术领域，包括机架，设置于机架外侧的PLC控制柜，设置于机架上方的静态混合器、设置于静态混合器下端的稀释泵，所述的全自动高浓啤酒稀释配比混合机外接高浓度啤酒、脱氧水、洁净CO2、成品储酒罐，其步骤为所述高浓度啤酒和脱氧水在稀释泵混合后，然后与洁净CO2在静态混合器混合后进入成品储酒罐。本发明方法切实可行，质量流量计的应用，为稀释啤酒中CO2的准确添加提供了可靠的前提条件，数学模型的建立，为高浓啤酒中脱氧水及CO2的准确添加提供了可靠依据，开环控制原理的应用，避免了闭环控制中反馈调节滞后及检测数据失真造成混合比不准确的现象，全过程自动控制的实现，大大降低了劳动强度及人为出错的几率，从而提高产品质量及均一性。
文档编号C12C5/02GK102827717SQ20121030595
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者陶安军 申请人:安徽华艺生物装备技术有限公司