啤(pi)酒(jiu)(jiu)屬于(yu)溶氣的(de)(de)(de)(de)液體(ti)飲料，它所采用的(de)(de)(de)(de)灌(guan)(guan)(guan)裝(zhuang)方法是在裝(zhuang)料容器中預加壓到氣體(ti)相應飽和(he)溶解壓力的(de)(de)(de)(de)等壓灌(guan)(guan)(guan)裝(zhuang)法。灌(guan)(guan)(guan)裝(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)酒(jiu)(jiu)缸存在等壓的(de)(de)(de)(de)氣相區(qu)和(he)液相區(qu)，酒(jiu)(jiu)缸液位的(de)(de)(de)(de)變化會直接影(ying)響(xiang)到機(ji)(ji)(ji)(ji)器的(de)(de)(de)(de)正常(chang)運轉和(he)機(ji)(ji)(ji)(ji)器的(de)(de)(de)(de)生產(chan)能力，以(yi)致影(ying)響(xiang)啤(pi)酒(jiu)(jiu)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量和(he)產(chan)量。而灌(guan)(guan)(guan)裝(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)酒(jiu)(jiu)缸液位能否自(zi)動(dong)、精確控(kong)制又是衡量灌(guan)(guan)(guan)裝(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)質(zhi)量好(hao)壞的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)環節。灌(guan)(guan)(guan)裝(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)酒(jiu)(jiu)缸液位的(de)(de)(de)(de)自(zi)動(dong)調節是灌(guan)(guan)(guan)裝(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)動(dong)控(kong)制部分的(de)(de)(de)(de)一個重(zhong)要(yao)環節。因此，研(yan)究酒(jiu)(jiu)缸液位的(de)(de)(de)(de)控(kong)制顯得尤為重(zhong)要(yao)。筆(bi)者著(zhu)重(zhong)探(tan)討(tao)全自(zi)動(dong)灌(guan)(guan)(guan)裝(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)酒(jiu)(jiu)缸液位的(de)(de)(de)(de)控(kong)制。

　　1啤酒(jiu)灌裝機(ji)酒(jiu)缸(gang)液位控制算法設計

    　隨(sui)著(zhu)可編(bian)(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)運(yun)行(xing)速(su)度的(de)(de)不斷(duan)提高，運(yun)行(xing)功(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)不斷(duan)加強(qiang)，智(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)模(mo)塊(kuai)的(de)(de)不斷(duan)增加，它已可以用(yong)來完(wan)成啤酒(jiu)包裝過程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)閉環控(kong)(kong)制(zhi)。在(zai)設計PID調節功(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)時要盡量根據(ju)原(yuan)(yuan)有(you)控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)可編(bian)(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)序控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)（即已經用(yong)于(yu)閥開啟、灌裝閥控(kong)(kong)制(zhi)等控(kong)(kong)制(zhi)要求的(de)(de)可編(bian)(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)）的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，充(chong)分利用(yong)其模(mo)塊(kuai)可以擴(kuo)充(chong)的(de)(de)功(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，兼(jian)顧系(xi)統(tong)的(de)(de)其它控(kong)(kong)制(zhi)需(xu)要，在(zai)增加投入最小的(de)(de)情(qing)況下(xia)實(shi)現(xian)液位的(de)(de)精(jing)確控(kong)(kong)制(zhi)，以得到最大的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)價格比。若原(yuan)(yuan)有(you)可編(bian)(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)帶有(you)PID功(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)模(mo)塊(kuai)（如西門子公司的(de)(de)S7一200系(xi)列PLC），則在(zai)硬件(jian)(jian)上(shang)只需(xu)擴(kuo)展(zhan)一塊(kuai)模(mo)擬量模(mo)塊(kuai)，在(zai)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)上(shang)，只需(xu)一條指(zhi)令即可完(wan)成。若原(yuan)(yuan)有(you)可編(bian)(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)沒有(you)這種特(te)殊智(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)功(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)（如歐姆龍公司的(de)(de)CZ本文(wen)源于(yu)神州(zhou)酒(jiu)報OOH），則可以通(tong)過軟(ruan)(ruan)硬件(jian)(jian)結合（主要通(tong)過軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)）的(de)(de)方式來實(shi)現(xian)。

    　目前，生產的(de)PLC基(ji)本上(shang)都帶有PID調(diao)(diao)節(jie)模(mo)塊功能，這就大(da)大(da)方便了工程(cheng)人員(yuan)的(de)設計，可以縮(suo)短調(diao)(diao)試周(zhou)期。PID調(diao)(diao)節(jie)就是在連續的(de)過程(cheng)控(kong)制中綜合利用用P、I、D三(san)種調(diao)(diao)節(jie)方式消(xiao)除輸出與輸入的(de)偏差，達到(dao)控(kong)制目的(de)。

    　比(bi)例部分的(de)(de)作用是誤(wu)差函(han)數(shu)(shu)的(de)(de)放(fang)大(da)，即(ji)和誤(wu)差函(han)數(shu)(shu)成比(bi)例，隨(sui)著誤(wu)差函(han)數(shu)(shu)的(de)(de)存(cun)在而存(cun)在；當(dang)誤(wu)差函(han)數(shu)(shu)消失(shi)后對(dui)輸出(chu)的(de)(de)作用也立即(ji)消失(shi)。對(dui)輸出(chu)影響的(de)(de)大(da)小取(qu)決于比(bi)例放(fang)大(da)系數(shu)(shu)K。及誤(wu)差函(han)數(shu)(shu)e。積分部分對(dui)輸出(chu)的(de)(de)作用是與誤(wu)差函(han)數(shu)(shu)的(de)(de)大(da)小與作用時間(jian)之(zhi)乘積成比(bi)例，因此作用的(de)(de)時間(jian)越長(chang)其作用的(de)(de)影響也越大(da)。

    　誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)函數(shu)(shu)(shu)消失(shi)(shi)，但它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)并不消失(shi)(shi)，只是(shi)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)增長(chang)消失(shi)(shi)，作(zuo)用(yong)(yong)增長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)快(kuai)慢(man)既取(qu)決于誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)大小，也取(qu)決于系(xi)統(tong)參數(shu)(shu)(shu)所決定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)K，與T值(zhi)，可以消除比(bi)例(li)調節的(de)(de)(de)(de)(de)靜態誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)；微分(fen)部(bu)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)調節作(zuo)用(yong)(yong)是(shi)比(bi)例(li)于誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)變化率，因此(ci)當誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)處于一個穩定(ding)狀態，即(ji)使有誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)存在，它(ta)(ta)對系(xi)統(tong)輸出(chu)亦無影(ying)響；其次它(ta)(ta)對輸出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響是(shi)反作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)，即(ji)反對誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)變化，作(zuo)用(yong)(yong)之大小是(shi)隨誤(wu)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)變化的(de)(de)(de)(de)(de)快(kuai)慢(man)與系(xi)統(tong)參數(shu)(shu)(shu)K，與Td有關，它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)是(shi)減小超(chao)調，使偏差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)盡快(kuai)消除于萌芽(ya)之中(zhong)。為了在可編程(cheng)(cheng)控制(zhi)器上實現該控制(zhi)算法，必須將方(fang)程(cheng)(cheng)離散(san)化，利用(yong)(yong)數(shu)(shu)(shu)學中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)分(fen)原理將方(fang)程(cheng)(cheng)離散(san)化。

　　2 啤(pi)酒發酵控(kong)制系統硬件設計

    　隨著可(ke)(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)智能(neng)化的迅(xun)速發展，各種控(kong)制(zhi)(zhi)算法的相對(dui)完(wan)善，現(xian)在的可(ke)(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)基本上(shang)(shang)都帶有(you)PID模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)功(gong)能(neng)。其內(nei)置的PID模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)一般是通(tong)過軟(ruan)件(jian)固(gu)化而實現(xian)的，也有(you)的PID模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)是通(tong)過硬件(jian)實現(xian)的。不(bu)管(guan)采用哪種可(ke)(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)，其控(kong)制(zhi)(zhi)原理和(he)(he)工作(zuo)過程(cheng)(cheng)基本上(shang)(shang)是一致的，都必須(xu)有(you)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)輸(shu)入(ru)(ru)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)和(he)(he)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)輸(shu)出模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)。其硬件(jian)部分包(bao)括(kuo)一臺能(neng)擴充(chong)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)輸(shu)入(ru)(ru)輸(shu)出模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的，具有(you)連網(wang)通(tong)訊(xun)功(gong)能(neng)的可(ke)(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)（CPU芯片、輸(shu)入(ru)(ru)輸(shu)出電路、內(nei)存及電源）、一個(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)輸(shu)入(ru)(ru)單(dan)元和(he)(he)一個(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)輸(shu)出單(dan)元，開(kai)關量(liang)輸(shu)入(ru)(ru)和(he)(he)開(kai)關量(liang)輸(shu)出可(ke)(ke)以利用可(ke)(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)的基本單(dan)元上(shang)(shang)的輸(shu)入(ru)(ru)、輸(shu)出位。

　　3 啤酒發酵控制系統軟件(jian)設計

    　利用可編程控制實現生產過程的閉(bi)環(huan)控制，和其它(ta)控制方式(shi)一樣，應參加(jia)用戶程序的巡回掃描，在取得采(cai)樣參數后按照PID運算規(gui)律予(yu)以處理，并將有關結果(guo)輸出以實現控制作用。

 　　4 PID液位閉環控制的仿(fang)真(zhen)及參數(shu)整定

    　PID控制(zhi)算式的(de)(de)參數(shu)整定主(zhu)要(yao)是確定采樣周期、KP、Ki、K。的(de)(de)取值(zhi)，在PID調節過程中，系統的(de)(de)參數(shu)K1、Kd的(de)(de)取值(zhi)直(zhi)接影響到控制(zhi)效果的(de)(de)好壞，PID控制(zhi)算式的(de)(de)參數(shu)主(zhu)要(yao)取決(jue)于被控對(dui)象的(de)(de)特性以及對(dui)控制(zhi)系統動態(tai)與靜態(tai)性能(neng)的(de)(de)要(yao)求(qiu)。

    　在自(zi)動(dong)控(kong)制(zhi)理論中，PID控(kong)制(zhi)參(can)數(shu)(shu)的(de)整(zheng)定方法(fa)很多，常見的(de)整(zheng)定方法(fa)有試湊(cou)法(fa)、階躍曲線法(fa)等,但這些(xie)參(can)數(shu)(shu)整(zheng)定方法(fa)耗時較長。隨著計(ji)算機仿真(zhen)技術的(de)發展，各種仿真(zhen)軟件的(de)應用(yong)，為(wei)PID參(can)數(shu)(shu)的(de)整(zheng)定提供(gong)了方便。利(li)用(yong)動(dong)態(tai)仿真(zhen)軟件MATLAB的(de)SIMULINK模塊仿真(zhen)技術可以對系統的(de)情況進行仿真(zhen)，并通過對仿真(zhen)結果(guo)的(de)觀察，找準控(kong)制(zhi)的(de)最佳(jia)結果(guo),得(de)到各控(kong)制(zhi)參(can)數(shu)(shu)的(de)最佳(jia)值(zhi)，即完成(cheng)系統參(can)數(shu)(shu)的(de)整(zheng)定工(gong)作。

    　利用控制系(xi)統仿真(zhen)軟件MATLAB中(zhong)的(de)SIMULINK提供的(de)子模塊(kuai)及在其環(huan)境(jing)下(xia)編寫(xie)S函數的(de)方法。可得(de)出系(xi)統的(de)控制模型。

    　在該(gai)系(xi)統仿真模(mo)塊(kuai)創建過程中(zhong)，假定該(gai)全自動灌裝壓蓋機(ji)酒缸的液位(wei)設(she)定值為250mm，該(gai)系(xi)統的其它控制參數處于正(zheng)常的情況(kuang)下。該(gai)控制系(xi)統由三大部分(fen)組成，即PID調(diao)節模(mo)塊(kuai)（采(cai)用了(le)傳統PID的調(diao)節方式，參考SIMULINK工具(ju)包(bao)(bao)中(zhong)的P功仿真模(mo)塊(kuai)設(she)置(zhi)而成）、一個VALVE模(mo)塊(kuai)（用來給定閉(bi)環(huan)比例閥的預開口量，包(bao)(bao)含了(le)一些內部比較信息）、一個系(xi)統被控對象(xiang)的傳遞函(han)數模(mo)塊(kuai)（包(bao)(bao)含了(le)該(gai)系(xi)統特(te)有的信息，也是(shi)液位(wei)P功控制過程設(she)計的核心所在）。

    　在仿真設計過程中，采用了變步長的仿真方法，仿真范圍是0—10秒。通過示波器可觀察到控制器輸出的波形，也可將數據存儲到MATLAB的工作空間work印ace中，再利用繪圖命令plot畫出輸出曲線，是對某種型號全自動灌裝壓蓋機酒缸液位用PID調節液位的所得到的仿真曲線。（Kp=10，K=0.5，Kd=3）
    　由輸(shu)出曲線可以(yi)(yi)看出系統在很短的(de)(de)(de)時間(jian)內就(jiu)趨于(yu)穩定，因此采用PID調(diao)節來(lai)控制全自動(dong)灌裝(zhuang)壓蓋機酒(jiu)缸(gang)的(de)(de)(de)液位(wei)是切實可行(xing)的(de)(de)(de)。本文應(ying)用做TLAB軟(ruan)件仿(fang)真設(she)計啤酒(jiu)灌裝(zhuang)機酒(jiu)缸(gang)液位(wei)的(de)(de)(de)P功控制，其結果還可以(yi)(yi)表明：采用MATLAB軟(ruan)件的(de)(de)(de)S工MULINK仿(fang)真設(she)計可以(yi)(yi)取代繁瑣的(de)(de)(de)反復實驗(yan)和整定，縮短設(she)計周期、提(ti)高設(she)計精度。這對于(yu)提(ti)高啤酒(jiu)灌裝(zhuang)機的(de)(de)(de)灌裝(zhuang)精度，保證啤酒(jiu)自動(dong)包裝(zhuang)生產線的(de)(de)(de)平穩運(yun)行(xing)具有(you)深遠的(de)(de)(de)意義。

　　5 結論

　　采用PID控(kong)(kong)制液位的(de)方法有(you)利于在啤(pi)酒(jiu)包裝(zhuang)生產線控(kong)(kong)制管理系(xi)統上(shang)直接用組態的(de)方式，利用組態軟件提供的(de)PID模(mo)塊，將現場I/O站(zhan)上(shang)采集(ji)的(de)液位實時(shi)數(shu)據(ju)傳遞(di)給上(shang)位機監控(kong)(kong)系(xi)統，并(bing)加以控(kong)(kong)制，有(you)利于實現整個啤(pi)酒(jiu)包裝(zhuang)生產線的(de)集(ji)散控(kong)(kong)制。