啤(pi)酒(jiu)屬(shu)于溶(rong)氣(qi)的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)(ye)體飲料(liao)，它所采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)灌裝(zhuang)(zhuang)方法是(shi)(shi)在(zai)裝(zhuang)(zhuang)料(liao)容器中預加壓到氣(qi)體相(xiang)應飽和溶(rong)解(jie)壓力的(de)(de)(de)(de)等(deng)壓灌裝(zhuang)(zhuang)法。灌裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)酒(jiu)缸(gang)存在(zai)等(deng)壓的(de)(de)(de)(de)氣(qi)相(xiang)區(qu)和液(ye)(ye)(ye)相(xiang)區(qu)，酒(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)位(wei)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)會直接(jie)影響到機(ji)(ji)(ji)(ji)器的(de)(de)(de)(de)正(zheng)常(chang)運轉和機(ji)(ji)(ji)(ji)器的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產能(neng)力，以致影響啤(pi)酒(jiu)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)和產量(liang)。而灌裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)酒(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)位(wei)能(neng)否自(zi)動(dong)、精確(que)控(kong)制(zhi)又是(shi)(shi)衡量(liang)灌裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)質量(liang)好壞的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵環節。灌裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)酒(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)位(wei)的(de)(de)(de)(de)自(zi)動(dong)調節是(shi)(shi)灌裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)動(dong)控(kong)制(zhi)部分的(de)(de)(de)(de)一個重(zhong)要(yao)環節。因此，研(yan)究酒(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)位(wei)的(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)顯(xian)得(de)尤為重(zhong)要(yao)。筆(bi)者著重(zhong)探討全自(zi)動(dong)灌裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)酒(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)位(wei)的(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)。

　　1啤酒灌裝(zhuang)機(ji)酒缸液位控制(zhi)算法設計

    　隨著可(ke)(ke)編(bian)程控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器運行速度的不斷提高(gao)，運行功(gong)能(neng)的不斷加強，智能(neng)模塊的不斷增加，它已可(ke)(ke)以(yi)用(yong)來完成啤酒包(bao)裝過(guo)(guo)程的閉(bi)環控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)。在(zai)(zai)設計PID調節功(gong)能(neng)時要(yao)盡量根據原(yuan)(yuan)有(you)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)統(tong)可(ke)(ke)編(bian)程序控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器（即已經用(yong)于閥(fa)開啟(qi)、灌裝閥(fa)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)等(deng)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)要(yao)求的可(ke)(ke)編(bian)程控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器）的性能(neng)，充(chong)分利用(yong)其(qi)模塊可(ke)(ke)以(yi)擴充(chong)的功(gong)能(neng)，兼顧系(xi)統(tong)的其(qi)它控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)需要(yao)，在(zai)(zai)增加投入最小的情況下(xia)實現液位(wei)的精(jing)確控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)，以(yi)得到最大的性能(neng)價格比。若(ruo)原(yuan)(yuan)有(you)可(ke)(ke)編(bian)程控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器帶有(you)PID功(gong)能(neng)模塊（如(ru)西門子公司(si)的S7一(yi)200系(xi)列PLC），則(ze)在(zai)(zai)硬件上只需擴展一(yi)塊模擬(ni)量模塊，在(zai)(zai)軟件上，只需一(yi)條指令即可(ke)(ke)完成。若(ruo)原(yuan)(yuan)有(you)可(ke)(ke)編(bian)程控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器沒(mei)有(you)這種(zhong)特殊智能(neng)功(gong)能(neng)（如(ru)歐姆龍公司(si)的CZ文章標題來原(yuan)(yuan)九州酒報OOH），則(ze)可(ke)(ke)以(yi)通(tong)過(guo)(guo)軟硬件結合（主要(yao)通(tong)過(guo)(guo)軟件）的方(fang)式來實現。

    　目前，生(sheng)產的PLC基本上都帶有PID調節(jie)模(mo)塊功能，這(zhe)就大(da)大(da)方(fang)便了工(gong)程人員的設計，可以縮短調試(shi)周期。PID調節(jie)就是(shi)在(zai)連續的過程控制中綜合利用用P、I、D三(san)種調節(jie)方(fang)式消除(chu)輸(shu)出與輸(shu)入的偏差，達到控制目的。

    　比例(li)部分的(de)(de)作用是(shi)誤(wu)(wu)差(cha)函(han)(han)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)放(fang)大，即(ji)和誤(wu)(wu)差(cha)函(han)(han)數(shu)(shu)(shu)成(cheng)比例(li)，隨著(zhu)誤(wu)(wu)差(cha)函(han)(han)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)存在(zai)(zai)而存在(zai)(zai)；當誤(wu)(wu)差(cha)函(han)(han)數(shu)(shu)(shu)消失后對(dui)輸出的(de)(de)作用也立即(ji)消失。對(dui)輸出影響的(de)(de)大小(xiao)取決于比例(li)放(fang)大系(xi)數(shu)(shu)(shu)K。及誤(wu)(wu)差(cha)函(han)(han)數(shu)(shu)(shu)e。積(ji)分部分對(dui)輸出的(de)(de)作用是(shi)與誤(wu)(wu)差(cha)函(han)(han)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)大小(xiao)與作用時間之乘積(ji)成(cheng)比例(li)，因此作用的(de)(de)時間越長其作用的(de)(de)影響也越大。

    　誤(wu)差(cha)(cha)(cha)函數(shu)(shu)消失，但它的(de)(de)(de)作(zuo)用并(bing)不消失，只是(shi)作(zuo)用的(de)(de)(de)增長(chang)消失，作(zuo)用增長(chang)的(de)(de)(de)快(kuai)慢既取決于(yu)(yu)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)(xiao)(xiao)，也取決于(yu)(yu)系統參(can)(can)數(shu)(shu)所決定的(de)(de)(de)K，與T值，可(ke)以消除(chu)比(bi)例(li)調(diao)節的(de)(de)(de)靜態誤(wu)差(cha)(cha)(cha)；微分部分的(de)(de)(de)調(diao)節作(zuo)用是(shi)比(bi)例(li)于(yu)(yu)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)率(lv)，因此當誤(wu)差(cha)(cha)(cha)處于(yu)(yu)一個穩(wen)定狀態，即(ji)使(shi)有誤(wu)差(cha)(cha)(cha)存(cun)在(zai)，它對系統輸出亦無影(ying)響(xiang)；其(qi)次(ci)它對輸出的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)是(shi)反(fan)(fan)作(zuo)用的(de)(de)(de)，即(ji)反(fan)(fan)對誤(wu)差(cha)(cha)(cha)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)，作(zuo)用之大(da)小(xiao)(xiao)(xiao)是(shi)隨(sui)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)變(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)快(kuai)慢與系統參(can)(can)數(shu)(shu)K，與Td有關(guan)，它的(de)(de)(de)作(zuo)用是(shi)減小(xiao)(xiao)(xiao)超調(diao)，使(shi)偏(pian)差(cha)(cha)(cha)盡(jin)快(kuai)消除(chu)于(yu)(yu)萌芽之中。為了在(zai)可(ke)編程控制器上實(shi)現該控制算(suan)法，必須將(jiang)方(fang)程離散(san)化(hua)(hua)，利用數(shu)(shu)學中的(de)(de)(de)差(cha)(cha)(cha)分原理將(jiang)方(fang)程離散(san)化(hua)(hua)。

　　2 啤(pi)酒發酵(jiao)控制系統硬件設計

    　隨著可(ke)編(bian)程控(kong)制器智能化的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展，各(ge)種(zhong)控(kong)制算(suan)法(fa)的(de)相對(dui)完(wan)善，現在的(de)可(ke)編(bian)程控(kong)制器基本(ben)上都(dou)帶有(you)PID模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)功(gong)能。其(qi)內置(zhi)的(de)PID模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)一(yi)(yi)(yi)般是通(tong)過軟件固化而(er)實(shi)現的(de)，也有(you)的(de)PID模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)是通(tong)過硬件實(shi)現的(de)。不管采(cai)用哪種(zhong)可(ke)編(bian)程控(kong)制器，其(qi)控(kong)制原理和(he)工作過程基本(ben)上是一(yi)(yi)(yi)致的(de)，都(dou)必須有(you)模(mo)(mo)(mo)擬(ni)量輸(shu)(shu)入模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)和(he)模(mo)(mo)(mo)擬(ni)量輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)(chu)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)。其(qi)硬件部分包括一(yi)(yi)(yi)臺(tai)能擴充模(mo)(mo)(mo)擬(ni)量輸(shu)(shu)入輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)(chu)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的(de)，具有(you)連網通(tong)訊功(gong)能的(de)可(ke)編(bian)程控(kong)制器（CPU芯片(pian)、輸(shu)(shu)入輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)(chu)電(dian)路、內存及電(dian)源）、一(yi)(yi)(yi)個模(mo)(mo)(mo)擬(ni)量輸(shu)(shu)入單元(yuan)和(he)一(yi)(yi)(yi)個模(mo)(mo)(mo)擬(ni)量輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)(chu)單元(yuan)，開關(guan)(guan)量輸(shu)(shu)入和(he)開關(guan)(guan)量輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)(chu)可(ke)以利用可(ke)編(bian)程控(kong)制器的(de)基本(ben)單元(yuan)上的(de)輸(shu)(shu)入、輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)(chu)位(wei)。

　　3 啤酒發(fa)酵控制(zhi)系(xi)統軟(ruan)件(jian)設計

    　利用可編程(cheng)控制實現生產過程(cheng)的(de)閉環控制，和(he)其它控制方式一樣，應參加(jia)用戶程(cheng)序的(de)巡回掃描，在(zai)取得采(cai)樣參數(shu)后按照PID運算規律予以(yi)處理，并將有關結果輸出(chu)以(yi)實現控制作用。

 　　4 PID液位(wei)閉環控制的仿真及參數整定

    　PID控制(zhi)算(suan)式的(de)參(can)數(shu)(shu)整定主要(yao)是確定采樣周期(qi)、KP、Ki、K。的(de)取值，在PID調節過(guo)程中，系統的(de)參(can)數(shu)(shu)K1、Kd的(de)取值直接影響到控制(zhi)效果的(de)好壞，PID控制(zhi)算(suan)式的(de)參(can)數(shu)(shu)主要(yao)取決于被控對(dui)象的(de)特性以及對(dui)控制(zhi)系統動態與(yu)靜(jing)態性能的(de)要(yao)求(qiu)。

    　在自動控制(zhi)(zhi)理論(lun)中，PID控制(zhi)(zhi)參數(shu)(shu)的(de)整(zheng)定(ding)方(fang)法(fa)很多，常見的(de)整(zheng)定(ding)方(fang)法(fa)有試(shi)湊(cou)法(fa)、階躍曲線法(fa)等,但這(zhe)些參數(shu)(shu)整(zheng)定(ding)方(fang)法(fa)耗時較(jiao)長(chang)。隨著計算機仿(fang)(fang)(fang)真(zhen)技術(shu)的(de)發展，各種仿(fang)(fang)(fang)真(zhen)軟件的(de)應用，為PID參數(shu)(shu)的(de)整(zheng)定(ding)提供了方(fang)便。利用動態仿(fang)(fang)(fang)真(zhen)軟件MATLAB的(de)SIMULINK模(mo)塊仿(fang)(fang)(fang)真(zhen)技術(shu)可(ke)以對(dui)(dui)系統(tong)的(de)情況進(jin)行仿(fang)(fang)(fang)真(zhen)，并(bing)通(tong)過對(dui)(dui)仿(fang)(fang)(fang)真(zhen)結果的(de)觀察，找準控制(zhi)(zhi)的(de)最佳(jia)結果,得到各控制(zhi)(zhi)參數(shu)(shu)的(de)最佳(jia)值(zhi)，即完成系統(tong)參數(shu)(shu)的(de)整(zheng)定(ding)工作(zuo)。

    　利用(yong)控制系(xi)統仿真軟件MATLAB中的SIMULINK提供(gong)的子模(mo)塊及(ji)在其環(huan)境下(xia)編寫(xie)S函數的方法。可(ke)得(de)出系(xi)統的控制模(mo)型。

    　在(zai)該(gai)系(xi)統仿真模(mo)塊(kuai)創建過程(cheng)中(zhong)，假定(ding)該(gai)全自動灌裝壓蓋(gai)機酒缸的(de)(de)(de)(de)液(ye)位(wei)設(she)定(ding)值為(wei)250mm，該(gai)系(xi)統的(de)(de)(de)(de)其它控(kong)制(zhi)參數(shu)處于正常(chang)的(de)(de)(de)(de)情(qing)況下。該(gai)控(kong)制(zhi)系(xi)統由(you)三(san)大部分組成，即PID調節模(mo)塊(kuai)（采用(yong)了傳統PID的(de)(de)(de)(de)調節方式，參考SIMULINK工具包中(zhong)的(de)(de)(de)(de)P功仿真模(mo)塊(kuai)設(she)置而成）、一(yi)(yi)個VALVE模(mo)塊(kuai)（用(yong)來給定(ding)閉環(huan)比例(li)閥(fa)的(de)(de)(de)(de)預開口量，包含(han)(han)了一(yi)(yi)些內(nei)部比較(jiao)信(xin)息）、一(yi)(yi)個系(xi)統被控(kong)對象的(de)(de)(de)(de)傳遞函數(shu)模(mo)塊(kuai)（包含(han)(han)了該(gai)系(xi)統特(te)有(you)的(de)(de)(de)(de)信(xin)息，也是液(ye)位(wei)P功控(kong)制(zhi)過程(cheng)設(she)計的(de)(de)(de)(de)核心所(suo)在(zai)）。

    　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(chu)曲線可以看(kan)出(chu)系(xi)統在很短的(de)時(shi)間內就趨于(yu)穩定，因此采(cai)(cai)用PID調節來控(kong)制(zhi)全自動灌(guan)(guan)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)壓蓋(gai)機酒缸的(de)液位(wei)(wei)是切(qie)實(shi)可行的(de)。本文應用做TLAB軟(ruan)件仿真設(she)計(ji)啤酒灌(guan)(guan)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機酒缸液位(wei)(wei)的(de)P功控(kong)制(zhi)，其結果還可以表明：采(cai)(cai)用MATLAB軟(ruan)件的(de)S工MULINK仿真設(she)計(ji)可以取代繁(fan)瑣的(de)反(fan)復實(shi)驗(yan)和整定，縮短設(she)計(ji)周(zhou)期、提高設(she)計(ji)精度。這對(dui)于(yu)提高啤酒灌(guan)(guan)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機的(de)灌(guan)(guan)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)精度，保證啤酒自動包裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)生產線的(de)平穩運行具(ju)有深遠的(de)意義。

　　5 結論

　　采(cai)用(yong)(yong)PID控(kong)制液位(wei)的(de)方(fang)法有利于在啤(pi)酒包裝生產線控(kong)制管理系統(tong)上直接用(yong)(yong)組(zu)態的(de)方(fang)式，利用(yong)(yong)組(zu)態軟件提供的(de)PID模塊，將現(xian)場I/O站上采(cai)集的(de)液位(wei)實時數(shu)據傳遞給上位(wei)機監控(kong)系統(tong)，并加以控(kong)制，有利于實現(xian)整個啤(pi)酒包裝生產線的(de)集散控(kong)制。