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摘要：在白酒酿造过程中，上甑蒸馏是相当关键的一个环节，甑桶馏出酒的量与质直接受到这一环节的影响。本文设计一套系统对白酒自动装甑环节进行监控，通过该软件系统能够对生产现场情况进行实时显示，更加精准地控制上甑蒸馏过程甑桶内的压力和温度等参数。系统通过和装甑机器人之间通讯来实现自动装甑环节。

关键词：装甑蒸馏;监控系统;出酒率

上甑是把酒醅装入到甑桶的工艺环节，这是白酒酿造工艺中十分重要的一个步骤。传统人工操作方式不但劳动强度较大，而且生产效率难以保障，同时卫生条件和生产环境都不理想，最关键的是产酒的量和质都不够稳定。除此之外，上甑环节出酒的量与质，和酒醅装填过程的疏散程度以及蒸汽通汽的关系都十分紧密。传统工艺是一边通水蒸汽一边装甑，并且要求酒醅能够均匀地菩萨在甑桶内，确保装甑的过程中不会发生跑汽，同时酒醅内的气道分布足够均匀，传统上甑质量主要取决于酿酒师傅的经验，通过经验结合人工操作的方式来判断何时填料、填料多少以及铺撒的区域等。

现阶段，我国白酒行业已经开始大量使用半机械的生产方式，手工和半机械的生产方式仍然占据着主导地位。按照相关部门统计数据显示，目前我国酿酒行业的工人约为30万，白酒行业劳动密集的特点还是比较显著。因为酿酒行业的劳动强度相当大，所以年轻人从事酿酒一线工作的意愿并不强，白酒行业招收一线工人的难度越来越大。与此同时，由于手工操作的生产效率难以得到保证，再加上卫生条件和生产环境都不够理想，产酒的量与质都不可靠，用于自动控制的数据获取困难。随着科学技术的不断发展，机器人技术在白酒行业的应用逐步深入，白酒装甑的自动化和智能化成为了未来发展的必然趋势。

针对上述问题，如何设计一套完善的系统来监控整个上甑工艺环节有着十分重要的意义，通过上甑监控系统，可以对蒸汽的流量和压力、底锅的温度、出酒的温度等一系列重要参数进行监控，通过获取相应的实时数据，控制电动调节阀、电磁阀以及变频器等，确保压力和温度等相关参数满足上甑的工艺要求，确保产酒的量与质。

1.白酒装甑蒸馏传统工艺流程简介

中国白酒酿造工艺历史悠久，传统酿造主要使用固态的发酵与蒸馏方式，通过固态的蒸馏更有利于酒精的浓缩分离，同时能够对香味进行提取和重新组合。其中，固态蒸馏工艺中的装甑环节至关重要，把酒醅装入到甑桶中有两种主要的方式，“见湿盖料”这种方式要求上层物料发湿就立即盖上新的一层薄物料，从而有效避免跑汽现象的发生，这种方法对酿酒师傅的经验要求比较高，酿酒师傅的技术稍不熟练就会带来压汽等问题;“见汽盖料”这种方式是发现物料表面产生白色雾状酒蒸汽时盖上一层薄物料，这种方法的主要问题在于对跑汽的时间不好把握。

事实上，酿酒师傅主要使用的是上述第二种方式，装甑过程中严格按照 “松、轻、准、薄、匀、平”的原则进行。首先要保证装甑的松散度，装甑动作轻快;其次是盖料的精确性;最后是要确保上汽的均匀程度，且甑料的均匀性和平整度。具体而言，装甑时蒸汽压力的稳定性会直接决定甑桶各层气液的平衡性，尤其是在装甑中间阶段必须有足够的开汽量，这是有效避免压汽的重要措施，同时还应该保证开始和结束的开汽量适度偏小。某些情况下，由于装甑时物料平整度较差，会直接影响到上汽的均匀性，通常需要在不上汽的点位上适度扒坑，在上汽之后利用稻壳等辅料进行填平处理。装甑尽量不要过满，一般情况下填平甑口即可。

完整装甑并且盖好锅盖之后进行蒸馏，这一环节需要对蒸汽的开度进行有效控制。控制蒸汽开度时主要依据“缓汽蒸馏，大汽追尾”的原则，蒸酒时需要使用缓汽，也就是蒸汽流量不应过大，一般是在馏出白酒度数较低的情况下增加蒸汽流量，以便于将尾酒追尽。在尾酒追尽的情况下，再增加蒸汽开度来驱散酒醅里面的不良气味。接酒时需要参考经验数据，判断不同成分沸点的差异，一般选择30摄氏度上下的温度完成接酒。关于冷凝器的选择，需要考虑到装甑环节下层酒醅的酒分偏少，在上盖后酒气冲出速度较快，假设冷凝器效能较差，那么憋气现象就比较容易发生。因此，冷凝器的选择以及冷却温度的控制都相当重要。

2、酿酒自动装甑监控系统总体设计

参考上述白酒装甑蒸馏工艺的特点可知，整个机器人装甑系统需要衔接的过程重要有配料、蒸汽进汽压力、冷凝温度等监控系统，整体架构如下图2-1所示。

2.1自动配料

酒醅完成发酵之后需要利用行车抓斗，将其运输到提升链板机的料斗之中，在上甑链板机中，将稻壳、粮粉混合与搅拌。三种物料都通过称重系统来动态检测余量，如果物料重量超出设定范围，那么料仓将会报警并且提示下料电机将会按照上位机设定的参数调节配料比。通过自动配料，不但可以降低上甑劳动强度，而且有利于提升生产效率。

2.2蒸汽进汽压力监控

甑桶蒸汽进汽口安装了专用的传感器，能够对蒸汽压力进行实时监测，智能仪表在获取到4-20mA的信号之后通过总线传输给上位机，参考机器人运行状况以及工艺需要，用过PID调节控制蒸汽阀的开度，确保装甑蒸汽流量满足要求。

2.3冷凝温度监控过程

蒸酒时冷凝器在出酒口上安装了Pt-100传感器，通过将温度实时传输给上位机，借助于PID算法对蒸汽和冷水的开度进行调节，进而控制冷水流动速度和蒸汽速度，确保冷凝过程的有合适温度，确保出酒的量和质。

2.4监控系统与机器人装甑系统的通讯

机器人装甑系统与监控系统中需要实时通讯，这是装甑蒸馏过程自动化的必要前提。主站为机器人装甑系统，从站则为设备控制系统，主站下发指令到从站设备，从站设备执行并且完成向主站的信息反馈。

3、酿酒自动装甑监控系统硬件设计

酿酒过程控制系统主要包括以下几部分内容：一是被控制的过程或者对象;二是检测过程参数的仪器仪表;三是控制器;四是执行机构和报警器;五是保护与连锁等部件。这里设计的系统中，PLC和工控机作为核心部件，监控内容主要包括自动配料、蒸汽进汽压力、冷凝温度三个方面，涉及到的参数有重量、压力、温度以及流量等，利用各个监测点安装的传感器，能够实现对重量、液位、压力、温度以及流量等信息的采集，执行器则为控制点上的电机，图3-1位整个系统的硬件结构示意。

3.1工控机

工控机上的高清显示器能够实时显示自动控制系统的工作状况，不但可以监控整个装甑的工艺流程，还能够实现对执行机构的控制，并且将历史数据以图表的方式展示出来。整个工控机配置了串口卡和网卡等通信设施，能够连接PLC、机器人控制器、变频器以及智能仪表等部件并且完成通信。

3.2 PLC

通过工控机界面以及PLC，可以及时调整全部参数，在PLC程序改变的同时，现场预设参数也能够发生相应的变化，PLC的运行不会受到工控机的影响，这里使用的是模块式控制器的方式，用户组组态十分方便和灵活，处理能力强并且I/O容量相当大。

3.3传感器

传感器主要包括以下几个类型：一是测量曲粉与酒醅重量传感器，考虑到上甑工艺的水汽较重且温度较高，传感器的精度和耐用性必须是对这类传感器的基本要求;二是测量粉粮和稻壳重量的传感器，这类传感器选择成本较低的皮带秤即可;三是测量蒸汽进汽口压力的传感器，结合智能算法对阀门开度进行调节，一般选择0-5MPa的控制范围;四是测量甑桶内部温度的传感器，选择的安装完位置一般是甑桶的锅盖和冷凝器原酒出口，这里使用的是高精度、可靠性和稳定性强、使用寿命长的Pt-100铂电阻。

3.4电动调节阀

电动调节阀主要安装在甑桶蒸汽进气管道和冷水管道这两个地方，前者主要是对蒸汽进汽流量进行调控;而后者主要是对冷水进水流量进行调控，同时对冷凝器里面酒精蒸汽冷凝的温度进行调控。这类电动调节阀需要满足防尘、防水、体积小、精度高、安装牢固等特点，同时还需要便于拆卸维修，尽可能具有较高的使用周期。

4、酿酒自动装甑监控系统软件设计

4.1自动配料

参考工艺配比和传感器的称重，将酒醅、稻壳以及粉粮提升到相应位置并且完成均匀搅拌，监控系统能够对电机频率和物料流速进行跟踪和采集，与经验库里面的历史数据进行比对。如果料仓余料足够，那么此时判断有无搭桥并且给出响应的报警。假设酒醅存在搭桥的问题，参考酒醅和稻壳的流动速度并确保准确配料，如果长时间搭桥并且没有得到改善，那么需要及时停止上甑系统;假设稻壳存在搭桥的问题，需要启动自动吹扫稻壳的功能，及时消除稻壳搭桥现象。

设计上甑自动配料界面如下图4-1，利用界面的启动和停止等按钮可以按照需要设置出料速度，除了计算机设置方式之外，也可以在界面上选择手动方式，从而实现单独启，这种方式主要用于测试。处于自动运行模式，网络电机的启动或停止都是同步的，出料电机转速主要依据工艺配比。假设称重料仓料量少于设定料量，此时将触发报警，系统停止上甑且完成补料。假设任何一个传感器发生故障，那么三个称重系统都会停止工作，从而确保配料配比的准确性。

4.2蒸汽进汽压力控制

按照传统上甑工艺经验分析可知，蒸馏馏出酒的量与质和上甑速度有十分紧密的关系。其中，蒸汽压力又会直接影响到上甑的速度，两者之间相互影响。正是因为如此，汽压的稳定性在装甑蒸馏工艺中有着十分重要的意义，如果气压波动不稳，甑桶内各层液相平衡将会受到影响，最终影响到蒸馏效果和出酒率。针对上述问题，通过PID控制器来优化装甑蒸馏工艺，通过传感器采集蒸汽进汽压力，并且与设定目标值对比，动态对电动调节阀进行控制，最终实现对上甑蒸汽进汽压力的有效调节，监控界面如下图4-2。

4.3冷凝温度控制

蒸酒过程中需要适宜的温度，按照传统工艺经验数据分析不同成分的沸点，选择最为合适的接酒温度，一般情况下30摄氏度的接酒温度最为适宜。假设接酒温度偏高，那么乙醛和硫化氢的杂质易于除去，但一些白酒特有的香味物质也会散失掉。在调节温度之后，温度的改变需要一定的时间，这和冷凝器关联较大，蒸汽的稳定性又直接关系到酒的质量，所以这里使用PID控制器对冷凝水阀门进行控制，通过对冷凝水流速的控制而实现与目标出酒温度值的接近，整个控制界面如下图4-3。

5、结语

结合白酒上甑蒸馏的工艺特点，设计了一套用于监控自动化装甑系统，建立在白酒生产工艺的基础之上，这里重点对蒸汽压力和蒸馏温度进行监控，系统能够和机器人系统紧密协作并且高效进行装甑。一方面能够降低装甑工艺环节的工作强度，另一方面还能够改善白酒蒸馏的量与质，为白酒全面机械化生产提供了一定的参考价值。

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