黄酒前发酵过程温度控制系统

摘要

本发明公开了一种黄酒前发酵过程温度控制系统，该系统由黄酒前发酵过程的温度控制决策支持系统与冷却水控制装置组成，属于智能化、网络化轻工过程控制领域。其中，温度控制决策支持系统含有数据库、数据库管理系统、推理机和人机交互界面，可根据黄酒品种、环境条件以及前发酵各阶段主要参数的变化推理出最佳温度控制方案；冷却水控制装置含有工控机、PLC、电磁先导阀、气动阀和手动阀，执行决策支持系统提供的温度控制方案。本发明为黄酒发酵过程的全自动化控制奠定了基础，具有广阔的应用前景。

权利要求

1.黄酒前发酵过程温度控制系统，由温度控制决策支持系统和冷却水控制装置组成，其特征在于，1)所述决策支持系统包括：数据库、数据库管理系统、推理机和人机交互界面；数据库：包括基本数据库和实时数据库；数据库管理系统：统一管理基本数据库和实时数据库；推理机：负责温度控制分析决策的产生；人机交互界面：负责控制状态集中显示、数据库操作、参数设置和用户权限管理等人机交互功能；2)所述冷却水控制装置包括：工控机、PLC、电磁先导阀、气动阀和手动阀，工控机：接收决策支持系统提供的温度控制方案，发出指令信号；PLC：执行工控机开关指令，若工控机掉电可运行自带控制程序并执行指令；电磁先导阀：在电磁力作用下驱动气动阀开关；气动阀：根据电磁先导阀的开关命令控制发酵罐冷却水通断；手动阀：与气动阀并联，应对电气故障以保证系统的安全性；所述温度控制方案为根据“黄酒品种-气温条件-前发酵阶段-临界温度值-降温延时值”关系模型，智能的进行温度控制决策；3)所述基本数据库，用于存放黄酒酿造专家提供的黄酒酿造学信息和经过整理后的本厂各种产品历史数据，还存储有：黄酒品种与其包含的前发酵阶段映射关系表、前发酵不同阶段与对应临界温度值的映射关系表以及各临界温度值与对应降温延时值的映射关系表；4)所述各临界温度值与对应降温延时值的映射关系用分段延时函数t表示，并输入到所述推理机中存储；

其中：

T为发酵罐内的实测温度值；T0为前发酵过程进行冷却水降温的起始温度值；T1、T2、T3…Tn依次为前发酵过程各阶段的临界温度值；t1、t2、t3…tn依次为前发酵过程各阶段的冷却水降温延时值，即分别与T1、T2、T3…Tn对应的温度持续时间。

2.根据权利要求1所述温度控制系统，其特征在于，所述推理机设置有数据库管理系统连接端口和人机交互界面连接端口；推理机根据人机交互界面输入的信息、数据库信息和推理方法，输出最佳的温度控制方案；所述推理方法如下：(1)输入发酵罐内所生产黄酒品种名称和温度控制方案参考时间；

(2)查询基本数据库，得到该品种黄酒的前发酵阶段划分；

(3)根据投料时间，判定当前所处的前发酵阶段；

(4)根据传感器网络实时采集的环境温度值和发酵罐内温度值，从数据库中调取所生产黄酒品种当前阶段适宜发酵的临界温度值；

(5)利用分段延时函数计算该临界值对应的冷却水降温延时值，并将临界温度值和降温延时值作为温度控制方案的输出；

(6)上述过程不断循环，完成一个前发酵周期。

说明书

黄酒前发酵过程温度控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及黄酒前发酵过程温度控制系统，属于智能化、网络化轻工过程控制领域。

背景技术

[0002] 黄酒是我国所特有的古老酒种，具有佐餐、烹饪和保健等功能，被誉为“液体蛋糕”、“酒中国粹”。随着人们生活水平的提高，健康的饮食理念深入人心，黄酒市场需求越来越大。受传统工艺的影响，黄酒产量增长速度缓慢，始终徘徊在以陶缸、陶坛作为发酵容器的手工作坊式生产方式。在与日俱增的市场需求下，黄酒生产单体规模小、自动化程度低及批次稳定性差等问题也已经日益凸现。如何合理利用现代生物技术以及先进的计算机控制技术，并结合多年来黄酒传统手工工艺发酵经验，实现黄酒发酵过程的全自动化，成为国内黄酒企业面临的严峻挑战。

[0003] 近年来，虽然我国的黄酒行业在技术创新以及工艺机械化方面取得了一定成绩，例如：大罐浸米和输米自动化、蒸饭机械化、黄酒压榨机的发明、煎酒设备创新、包装自动化、新原料酿酒等，但是黄酒生产的重要环节——前发酵过程还没有实现自动控制。前发酵是黄酒发酵的主要过程，在这个过程中，酵母完成了增殖、厌氧发酵及其沉淀回收等，消耗了大部分可发酵性糖和可同化性氮等麦汁成分，排出的发酵代谢产物即黄酒的主要组成。温度条件是影响黄酒发酵效果的关键因素之一，对于工艺复杂的前发酵过程，其温度控制是有规律可循的。在不同的气温条件下，不同的黄酒品种(如元红酒、加饭酒、善酿酒、香雪酒等)在前发酵过程的不同阶段也需要采取不同的温度控制策略。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种解决黄酒前发酵过程温度自动化控制的温度控制系统。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：所述黄酒前发酵过程温度控制系统包括温度控制决策支持系统和冷却水控制装置；其中，温度控制决策支持系统根据黄酒品种、环境条件以及前发酵各阶段主要参数的变化，提供温度控制方案，冷却水控制装置执行温度控制方案实现发酵罐冷却水的通断。

[0006] 所述温度控制决策支持系统，包括：数据库、数据库管理系统、推理机和人机交互界面；其中，数据库包括基本数据库和实时数据库；数据库管理系统统一管理基本数据库和实时数据库；推理机负责温度控制分析决策的产生；人机交互界面负责控制状态集中显示、数据库操作、参数设置和用户权限管理等人机交互功能。

[0007] 所述基本数据库，用于存放黄酒酿造专家提供的黄酒酿造学信息和经过整理后的本厂各种产品历史数据，还存储有：黄酒品种与其包含的前发酵阶段映射关系表、前发酵不同阶段与对应临界温度值的映射关系表以及各临界温度值与对应降温延时值的映射关系表。其中，所述各临界温度值与对应降温延时值的映射关系用分段延时函数t表示，并输入到所述推理机中存储，

[0008]

[0009] 其中：

[0010] T为发酵罐内的实测温度值；T0为前发酵过程进行冷却水降温的起始温度值；T1、T2、T3…Tn依次为前发酵过程各阶段的临界温度值；t1、t2、t3…tn依次为前发酵过程各阶段的冷却水降温延时值，即分别与T1、T2、T3…Tn对应的温度持续时间。

[0011] 所述实时数据库，用于存储由传感器网络采集的环境温度信息和发酵罐内温度信息，并在黄酒前发酵过程的各个阶段对信息进行同步更新。

[0012] 所述推理机设置有数据库管理系统连接端口和人机交互界面连接端口，推理机根据人机交互界面输入的信息、数据库信息和一定的推理方法，输出最佳的温度控制方案，其推理方法包括以下步骤：

[0013] (1)输入发酵罐内所生产黄酒品种名称和温度控制方案参考时间；

[0014] (2)查询基本数据库，得到该品种黄酒的前发酵阶段划分；

[0015] (3)根据投料时间，判定当前所处的前发酵阶段；

[0016] (4)根据传感器网络实时采集的环境温度值和发酵罐内温度值，从数据库中调取所生产黄酒品种当前阶段适宜发酵的临界温度值；

[0017] (5)利用分段延时函数计算该临界值对应的冷却水降温延时值，并将临界温度值和降温延时值作为温度控制方案的输出；

[0018] (6)上述过程不断循环，完成一个前发酵周期。

[0019] 本发明利用“黄酒品种-气温条件-前发酵阶段-临界温度值-降温延时值”关系模型，智能的进行温度控制决策，并通过冷却水控制装置执行决策支持系统提供的温度控制方案，所述冷却水控制装置包括工控机、PLC、电磁先导阀、气动阀和手动阀，其中，[0020] 工控机：接收决策支持系统提供的控制方案，发出指令信号；

[0021] PLC：执行工控机的程序指令，当工控机掉电时，可运行自带程序并执行程序指令；

[0022] 电磁先导阀：在电磁力作用下驱动气动阀开关；

[0023] 气动阀：根据电磁先导阀的开关命令控制发酵罐冷却水通断；

[0024] 手动阀：应对电气故障，保证系统的安全性。

[0025] 如果生产现场冷却水水源、气动阀气源在某些时刻供应不足，且各罐内料液所处发酵阶段不同，将会导致降温优先级不同。为保证处于发酵前期的料液优先降温，设定每天各时间段内最多有N个发酵罐同时进行降温。如果前发酵和后发酵不在同一发酵罐内进行且后发酵罐容量大于前发酵罐，发酵程度略有差异的几个前发酵罐内料液在注入同一个后发酵罐前，均应采用冷却水降至相同温度值。

[0026] 本发明公开了黄酒前发酵过程温度控制系统，可针对不同气温条件和黄酒品种给出合适的黄酒前发酵温度控制方案，避免发酵过程中冷却水阀门过于频繁的进行开关或流量调节，并可解决黄酒发酵过程中的突发问题，为黄酒发酵过程的全自动化控制奠定了基础。

附图说明

[0027] 图1为温度控制系统的结构连接关系示意图。

[0028] 图2为数据库的实体关系图。

[0029] 图3为冷却水控制装置的组成示意图。

[0030] 图4为人机交互功能设计。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图对本发明作更进一步的描述：

[0032] 实施例1：

[0033] 图1为黄酒前发酵过程温度控制系统的结构连接关系示意图。此系统由由温度控制决策支持系统和冷却水控制装置组成；其中，温度控制决策支持系统又包括数据库、数据库管理系统、推理机和人机交互界面四个部分。所述数据库由基本数据库和实时数据库组成，基本数据库用于存放黄酒酿造专家提供的黄酒酿造学信息和经过整理后的本厂各种产品历史数据，还存储有：黄酒品种与其包含的前发酵阶段映射关系表、前发酵不同阶段与对应临界温度值的映射关系表以及各临界温度值与对应降温延时值的映射关系表。实时数据库用于存储、同步更新黄酒前发酵过程各阶段的环境温度信息和发酵罐内温度信息，其数据来自传感器网络。数据库管理系统负责管理基本数据库和实时数据库。推理机产生温度控制分析决策，其输入端连接数据库管理系统和人机交互界面，根据人机交互界面输入、数据库信息和一定的推理方法，输出最佳的温度控制方案，由冷却水控制装置实施其温度控制方案；人机交互界面用于实现各发酵罐控制状态集中显示、数据库操作、参数设置和用户权限管理等人机交互功能。

[0034] 本实施例采用Windows操作系统下的图形化开发平台LabVIEW实现。人机交互界面载体为液晶显示屏或触摸屏；数据库管理系统采用Microsoft SQL 2005，用户可直接通过第三方工具包LabSQL和SQL语言实现对数据库进行查询、增加、删除等操作；传感器网络中的温度传感器安装于发酵罐内上、下两层，通过三线制方式连接，将其信号传至具有数字显示和变送功能的智能仪表，并通过RS485总线上传至数据库。

[0035] 图2为数据库的实体关系图。在本图中，除黄酒酿造专家提供的黄酒酿造学信息和经过整理后的本厂各种产品历史数据外，基本数据库还存储有黄酒前发酵阶段表、前发酵各阶段临界温度值表和降温延时值表和黄酒前发酵阶段表用来存储各黄酒品种对应的前发酵阶段划分。前发酵各阶段临界温度值表用来存储前发酵各阶段在不同气温条件下对应的临界温度值等基本信息，降温延时值表用来存储各临界温度值与对应降温延时值的映射关系。实时数据库包含3个子数据库：环境温度数据库、发酵罐上层温度数据库、发酵罐下层温度数据库，与基本数据库一样均由数据库管理系统统一管理；环境温度数据库实时存储发酵罐所处环境的气温值；发酵罐上层温度数据库和发酵罐下层温度数据库分别实时存储发酵罐内的上层温度值和下层温度值。

[0036] 实时数据库中的子数据库可根据实际情况进行调整，例如当发酵罐体积较大时，可考虑多增加一个罐内温度取样点，相应增加一个子数据库。

[0037] 图3为冷却水控制装置的组成示意图。在本图中，所述冷却水控制装置包含工控机、PLC、电磁先导阀、气动阀和手动阀。其中，工控机用于接收来自推理机的温度控制方案，发出通断冷却水的指令信号；PLC执行工控机的程序指令，并连接远端用户和电磁先导阀，当工控机掉电时，PLC运行自带的控制程序并执行程序指令，连接远端用户和电磁先导阀；电磁先导阀为气动阀提供气源信号，通电时前者打开，输出的压缩气流使后者处于开通状态，所连接的发酵罐开始冷却水降温过程；手动阀与气动阀并联，发生电气故障时可作为旁路开关，保证系统的安全运行。

[0038] 图4为人机交互功能设计的示意图。在本图中，用户输入口令后登陆人机交互界面，该界面集中显示各发酵罐当前的控制状态并设有四个功能菜单——“用户管理”、“数据维护”、“系统设置”和“控制设置”。

[0039] “用户管理”菜单可实现用户的建立、用户口令的修改等功能。为了增强用户操作的可靠性，每个菜单均设定不同的功能权限，最高级别的用户为系统管理员，可对所有菜单的所有功能进行操作，普通用户的功能受限，不能使用“建立用户”、“数据删改/录入”等操作。“数据维护”菜单可对数据库相关信息进行编辑，通过调用LabSQL工具包，实现对数据库中各个关系表的记录添加、修改和删除等操作。“系统设置”菜单可设定每天各时间段的冷却水阀最大开启数、可同时进行后发酵的前发酵程度差异范围、数据刷新和存储的时间间隔等参数，以及不正常关机或掉电后再开机的发酵状态信息校正等操作。“用户管理”、“数据维护”和“系统设置”操作结束后，系统将返回主界面。

[0040] “控制设置”菜单可启动温度控制方案的推理过程。进入该菜单后，首先系统提示输入当前处于发酵状态的黄酒品种名称，有两种方式供选择——“直接输入”或“选择输入”。直接输入为直接在对话框中输入黄酒名称；选择输入为浏览数据库中已存信息来选择需要的结果，此时需要调用LabSQL子VI进行数据库查询。完成黄酒品种名称的设定后，系统将提示输入温度控制方案参考时间。完成设定后，系统将根据输入信息进行推理(推理过程已在前面叙述)，给出最佳温度控制方案后返回主界面，并根据该方案和当前的发酵状况自动更新温度控制策略。

[0041] 上述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、替换、添加或改型等，均应包含在本发明的保护范围之内。