啤(pi)酒(jiu)(jiu)(jiu)屬于溶氣的(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)(ye)(ye)體飲料，它所(suo)采用的(de)(de)(de)(de)(de)灌裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)方法是(shi)在裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)料容器(qi)中(zhong)預加壓(ya)到氣體相(xiang)應飽和(he)溶解壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)等(deng)壓(ya)灌裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)法。灌裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機的(de)(de)(de)(de)(de)酒(jiu)(jiu)(jiu)缸(gang)存(cun)在等(deng)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)氣相(xiang)區和(he)液(ye)(ye)(ye)(ye)相(xiang)區，酒(jiu)(jiu)(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)(ye)位的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)會直接影響(xiang)到機器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)正常運轉和(he)機器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)能力(li)，以致影響(xiang)啤(pi)酒(jiu)(jiu)(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)和(he)產(chan)(chan)量(liang)。而灌裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機酒(jiu)(jiu)(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)(ye)位能否自動、精(jing)確控制(zhi)又是(shi)衡量(liang)灌裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機質量(liang)好壞的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵環(huan)節(jie)。灌裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機酒(jiu)(jiu)(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)(ye)位的(de)(de)(de)(de)(de)自動調節(jie)是(shi)灌裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機動控制(zhi)部分的(de)(de)(de)(de)(de)一個(ge)重(zhong)要環(huan)節(jie)。因此，研(yan)究酒(jiu)(jiu)(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)(ye)位的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)顯得尤為(wei)重(zhong)要。筆(bi)者著重(zhong)探(tan)討(tao)全自動灌裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機酒(jiu)(jiu)(jiu)缸(gang)液(ye)(ye)(ye)(ye)位的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)。

　　1啤酒灌裝機酒缸(gang)液位控制算法設計

    　隨著可(ke)(ke)(ke)編(bian)程(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)運行速(su)度的(de)不斷(duan)(duan)提(ti)高，運行功(gong)能的(de)不斷(duan)(duan)加(jia)(jia)強，智(zhi)能模(mo)塊的(de)不斷(duan)(duan)增(zeng)加(jia)(jia)，它(ta)已(yi)可(ke)(ke)(ke)以用來(lai)完成啤(pi)酒(jiu)包(bao)裝過(guo)程(cheng)的(de)閉環控(kong)制(zhi)(zhi)。在設計PID調節功(gong)能時要(yao)盡量根據原有控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)統可(ke)(ke)(ke)編(bian)程(cheng)序控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)（即(ji)已(yi)經用于(yu)閥開啟、灌裝閥控(kong)制(zhi)(zhi)等控(kong)制(zhi)(zhi)要(yao)求的(de)可(ke)(ke)(ke)編(bian)程(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)）的(de)性(xing)能，充分利用其(qi)模(mo)塊可(ke)(ke)(ke)以擴充的(de)功(gong)能，兼顧(gu)系(xi)統的(de)其(qi)它(ta)控(kong)制(zhi)(zhi)需(xu)要(yao)，在增(zeng)加(jia)(jia)投入最小的(de)情況(kuang)下實現液位的(de)精(jing)確控(kong)制(zhi)(zhi)，以得到最大(da)的(de)性(xing)能價格比。若原有可(ke)(ke)(ke)編(bian)程(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)帶(dai)有PID功(gong)能模(mo)塊（如(ru)西門子(zi)公司的(de)S7一(yi)(yi)200系(xi)列(lie)PLC），則在硬(ying)件(jian)上只需(xu)擴展(zhan)一(yi)(yi)塊模(mo)擬量模(mo)塊，在軟(ruan)件(jian)上，只需(xu)一(yi)(yi)條指令即(ji)可(ke)(ke)(ke)完成。若原有可(ke)(ke)(ke)編(bian)程(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)沒有這種特(te)殊智(zhi)能功(gong)能（如(ru)歐姆龍(long)公司的(de)CZ一(yi)(yi)篇文(wen)章渠道(dao)神(shen)州酒(jiu)報(bao)OOH），則可(ke)(ke)(ke)以通(tong)過(guo)軟(ruan)硬(ying)件(jian)結合(he)（主要(yao)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)）的(de)方式來(lai)實現。

    　目前，生產的(de)(de)PLC基本上(shang)都帶(dai)有(you)PID調(diao)(diao)節(jie)(jie)(jie)模(mo)塊功能，這就大大方便(bian)了工程(cheng)人員的(de)(de)設(she)計，可以縮短調(diao)(diao)試(shi)周期。PID調(diao)(diao)節(jie)(jie)(jie)就是(shi)在連續的(de)(de)過程(cheng)控制中綜合利用用P、I、D三種調(diao)(diao)節(jie)(jie)(jie)方式消除輸(shu)出與輸(shu)入的(de)(de)偏差，達到(dao)控制目的(de)(de)。

    　比(bi)(bi)例部(bu)分的作用是誤(wu)差(cha)函(han)數的放大(da)，即和誤(wu)差(cha)函(han)數成(cheng)比(bi)(bi)例，隨著誤(wu)差(cha)函(han)數的存在(zai)而存在(zai)；當誤(wu)差(cha)函(han)數消失后對(dui)輸出(chu)的作用也立(li)即消失。對(dui)輸出(chu)影(ying)響的大(da)小(xiao)取決于比(bi)(bi)例放大(da)系數K。及誤(wu)差(cha)函(han)數e。積(ji)(ji)分部(bu)分對(dui)輸出(chu)的作用是與誤(wu)差(cha)函(han)數的大(da)小(xiao)與作用時間(jian)之乘積(ji)(ji)成(cheng)比(bi)(bi)例，因此作用的時間(jian)越長其作用的影(ying)響也越大(da)。

    　誤(wu)差(cha)(cha)函數(shu)(shu)消(xiao)(xiao)失，但它的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)并不消(xiao)(xiao)失，只是(shi)(shi)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)長消(xiao)(xiao)失，作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)增(zeng)長的(de)(de)(de)(de)快(kuai)慢(man)既(ji)取決于(yu)誤(wu)差(cha)(cha)的(de)(de)(de)(de)大小，也(ye)取決于(yu)系(xi)統參數(shu)(shu)所(suo)決定的(de)(de)(de)(de)K，與T值(zhi)，可以消(xiao)(xiao)除比例調節的(de)(de)(de)(de)靜態誤(wu)差(cha)(cha)；微分(fen)(fen)部分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)調節作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)是(shi)(shi)比例于(yu)誤(wu)差(cha)(cha)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)率，因此當誤(wu)差(cha)(cha)處于(yu)一(yi)個穩定狀態，即使有誤(wu)差(cha)(cha)存在，它對(dui)系(xi)統輸(shu)出(chu)亦無影響；其(qi)次它對(dui)輸(shu)出(chu)的(de)(de)(de)(de)影響是(shi)(shi)反作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)，即反對(dui)誤(wu)差(cha)(cha)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)，作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)之(zhi)大小是(shi)(shi)隨誤(wu)差(cha)(cha)變化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)快(kuai)慢(man)與系(xi)統參數(shu)(shu)K，與Td有關，它的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)是(shi)(shi)減小超調，使偏差(cha)(cha)盡(jin)快(kuai)消(xiao)(xiao)除于(yu)萌(meng)芽之(zhi)中。為了在可編程控制器上實現該控制算法，必須將(jiang)方程離(li)散(san)化(hua)(hua)，利用(yong)(yong)(yong)(yong)數(shu)(shu)學中的(de)(de)(de)(de)差(cha)(cha)分(fen)(fen)原理將(jiang)方程離(li)散(san)化(hua)(hua)。

　　2 啤酒(jiu)發酵控制系統硬件(jian)設(she)計

    　隨著可(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)智能(neng)化的(de)(de)迅速發展，各種(zhong)控(kong)制(zhi)(zhi)算法的(de)(de)相(xiang)對完善，現(xian)在的(de)(de)可(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)基本(ben)(ben)上(shang)都帶有(you)PID模塊(kuai)(kuai)功能(neng)。其(qi)內置的(de)(de)PID模塊(kuai)(kuai)一般是通過(guo)軟件(jian)固化而實現(xian)的(de)(de)，也有(you)的(de)(de)PID模塊(kuai)(kuai)是通過(guo)硬(ying)件(jian)實現(xian)的(de)(de)。不管采用(yong)哪種(zhong)可(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)，其(qi)控(kong)制(zhi)(zhi)原(yuan)理和工作(zuo)過(guo)程(cheng)(cheng)基本(ben)(ben)上(shang)是一致的(de)(de)，都必須有(you)模擬(ni)(ni)量(liang)(liang)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)模塊(kuai)(kuai)和模擬(ni)(ni)量(liang)(liang)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)模塊(kuai)(kuai)。其(qi)硬(ying)件(jian)部分包括一臺能(neng)擴充模擬(ni)(ni)量(liang)(liang)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)模塊(kuai)(kuai)的(de)(de)，具有(you)連(lian)網通訊功能(neng)的(de)(de)可(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)（CPU芯片(pian)、輸(shu)(shu)入(ru)(ru)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)電路、內存及(ji)電源(yuan)）、一個(ge)模擬(ni)(ni)量(liang)(liang)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)單元和一個(ge)模擬(ni)(ni)量(liang)(liang)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)單元，開(kai)關量(liang)(liang)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)和開(kai)關量(liang)(liang)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)可(ke)以利(li)用(yong)可(ke)編程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)的(de)(de)基本(ben)(ben)單元上(shang)的(de)(de)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)、輸(shu)(shu)出(chu)(chu)位。

　　3 啤酒發酵控制(zhi)系統(tong)軟(ruan)件設(she)計

    　利用可(ke)編程(cheng)控制(zhi)實現生(sheng)產過程(cheng)的閉環控制(zhi)，和其它(ta)控制(zhi)方(fang)式一(yi)樣，應(ying)參加用戶程(cheng)序的巡回掃描(miao)，在取得采樣參數后按照PID運(yun)算(suan)規律予以(yi)處理，并將有關結果輸出以(yi)實現控制(zhi)作用。

 　　4 PID液位閉(bi)環控(kong)制的仿(fang)真及參(can)數整定

    　PID控(kong)制(zhi)(zhi)算(suan)(suan)式(shi)的(de)(de)(de)參(can)(can)數(shu)整定(ding)主要是確定(ding)采樣周期(qi)、KP、Ki、K。的(de)(de)(de)取值，在PID調節過程(cheng)中，系(xi)統的(de)(de)(de)參(can)(can)數(shu)K1、Kd的(de)(de)(de)取值直接影(ying)響到控(kong)制(zhi)(zhi)效(xiao)果(guo)的(de)(de)(de)好壞(huai)，PID控(kong)制(zhi)(zhi)算(suan)(suan)式(shi)的(de)(de)(de)參(can)(can)數(shu)主要取決于被控(kong)對象的(de)(de)(de)特性(xing)(xing)以及對控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)統動態與靜態性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)要求。

    　在自(zi)動控(kong)制(zhi)理(li)論中，PID控(kong)制(zhi)參(can)(can)數(shu)的(de)(de)整(zheng)定(ding)方法(fa)(fa)很多(duo)，常見(jian)的(de)(de)整(zheng)定(ding)方法(fa)(fa)有試湊法(fa)(fa)、階躍曲(qu)線(xian)法(fa)(fa)等(deng),但這(zhe)些參(can)(can)數(shu)整(zheng)定(ding)方法(fa)(fa)耗時較(jiao)長。隨著計算機(ji)仿(fang)真(zhen)技(ji)術(shu)的(de)(de)發展(zhan)，各種仿(fang)真(zhen)軟件(jian)的(de)(de)應用(yong)，為PID參(can)(can)數(shu)的(de)(de)整(zheng)定(ding)提供了方便。利用(yong)動態仿(fang)真(zhen)軟件(jian)MATLAB的(de)(de)SIMULINK模(mo)塊仿(fang)真(zhen)技(ji)術(shu)可以對系統的(de)(de)情況(kuang)進(jin)行仿(fang)真(zhen)，并通(tong)過對仿(fang)真(zhen)結果的(de)(de)觀(guan)察，找準控(kong)制(zhi)的(de)(de)最(zui)佳結果,得到各控(kong)制(zhi)參(can)(can)數(shu)的(de)(de)最(zui)佳值，即(ji)完成系統參(can)(can)數(shu)的(de)(de)整(zheng)定(ding)工(gong)作。

    　利用控制系統仿真軟件(jian)MATLAB中的SIMULINK提供的子模塊及在其環(huan)境下編寫S函數的方法。可得出系統的控制模型。

    　在該(gai)(gai)系(xi)統(tong)(tong)仿真(zhen)模(mo)(mo)塊(kuai)創建過程中，假定(ding)該(gai)(gai)全自動灌裝(zhuang)壓蓋機(ji)酒缸(gang)的(de)(de)液位(wei)(wei)設(she)定(ding)值(zhi)為250mm，該(gai)(gai)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)其(qi)它控制(zhi)參數(shu)處于正常的(de)(de)情況(kuang)下。該(gai)(gai)控制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)由(you)三大部分(fen)組成，即(ji)PID調(diao)節模(mo)(mo)塊(kuai)（采用了傳統(tong)(tong)PID的(de)(de)調(diao)節方式，參考SIMULINK工(gong)具包(bao)中的(de)(de)P功(gong)仿真(zhen)模(mo)(mo)塊(kuai)設(she)置而(er)成）、一個(ge)VALVE模(mo)(mo)塊(kuai)（用來給(gei)定(ding)閉環(huan)比(bi)例閥的(de)(de)預(yu)開(kai)口量，包(bao)含了一些內部比(bi)較(jiao)信(xin)息）、一個(ge)系(xi)統(tong)(tong)被(bei)控對象的(de)(de)傳遞函(han)數(shu)模(mo)(mo)塊(kuai)（包(bao)含了該(gai)(gai)系(xi)統(tong)(tong)特有的(de)(de)信(xin)息，也是液位(wei)(wei)P功(gong)控制(zhi)過程設(she)計的(de)(de)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(you)輸出(chu)(chu)曲線(xian)可以看出(chu)(chu)系(xi)統在很短(duan)的(de)(de)時間內就趨(qu)于穩(wen)(wen)定，因(yin)此采用PID調節來控制(zhi)全自動(dong)灌裝(zhuang)(zhuang)壓蓋(gai)機酒缸的(de)(de)液位是切實可行的(de)(de)。本文應用做TLAB軟(ruan)件仿真設計(ji)啤酒灌裝(zhuang)(zhuang)機酒缸液位的(de)(de)P功控制(zhi)，其(qi)結果還可以表明：采用MATLAB軟(ruan)件的(de)(de)S工MULINK仿真設計(ji)可以取代繁瑣的(de)(de)反(fan)復實驗(yan)和整定，縮(suo)短(duan)設計(ji)周期、提高設計(ji)精度。這對于提高啤酒灌裝(zhuang)(zhuang)機的(de)(de)灌裝(zhuang)(zhuang)精度，保證啤酒自動(dong)包裝(zhuang)(zhuang)生產(chan)線(xian)的(de)(de)平穩(wen)(wen)運行具(ju)有深遠的(de)(de)意義。

　　5 結論

　　采用(yong)PID控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)液位(wei)的(de)方法有利于在啤酒(jiu)包裝(zhuang)生(sheng)產線控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)管(guan)理系統(tong)上直接用(yong)組態的(de)方式，利用(yong)組態軟件提供(gong)的(de)PID模塊(kuai)，將現(xian)場I/O站上采集的(de)液位(wei)實(shi)時數據傳遞給上位(wei)機監控(kong)(kong)系統(tong)，并(bing)加以(yi)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)，有利于實(shi)現(xian)整個啤酒(jiu)包裝(zhuang)生(sheng)產線的(de)集散控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)。