圓盤制曲機(jī)的結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化控制以及在白酒行業(yè)中的應(yīng)用

劉 杰，任 博，王家法，王彥軍，韋先科，諸松杰，韋紹英

（寧波長(zhǎng)榮釀造設(shè)備有限公司，浙江慈溪 315300）

作為中國(guó)傳統(tǒng)釀造代表性產(chǎn)品的白酒行業(yè)依然存在著機(jī)械化水平低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、能源消耗高、經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)、質(zhì)量不穩(wěn)定等突出問題[1]。隨著國(guó)家對(duì)食品安全的要求越來越高、勞動(dòng)力成本的不斷上漲，以及土地資源的日益緊張，再加上能源與生態(tài)環(huán)境的壓力，白酒行業(yè)必須要改變其生產(chǎn)操作模式，在保證其生產(chǎn)質(zhì)量的前提下、以傳統(tǒng)釀造工藝為基礎(chǔ)，不斷引入新技術(shù)、新裝備來改進(jìn)生產(chǎn)方式，解決傳統(tǒng)釀造過程中的不確定因素，不斷依靠科技進(jìn)步來提升其競(jìng)爭(zhēng)力。

近年來，在中國(guó)酒業(yè)協(xié)會(huì)的推動(dòng)下，白酒行業(yè)實(shí)行了“中國(guó)白酒158 計(jì)劃”，以推進(jìn)我國(guó)白酒行業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程。各大白酒企業(yè)不斷加大科技投入，實(shí)施智能釀造項(xiàng)目，行業(yè)內(nèi)不斷出現(xiàn)各種先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和設(shè)計(jì)理念，而麩曲設(shè)備和原料堆積自動(dòng)化生產(chǎn)線在白酒行業(yè)中的應(yīng)用正是白酒智能釀造的典型代表。目前，自動(dòng)化生產(chǎn)線的主體圓盤制曲機(jī)已在白酒行業(yè)制曲和堆積工序取得了廣泛的應(yīng)用。本文介紹圓盤制曲機(jī)的結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化控制以及在白酒行業(yè)中的應(yīng)用案例，為推動(dòng)白酒產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)白酒釀造生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、信息化提供參考。

1 圓盤制曲機(jī)的結(jié)構(gòu)

1.1 圓盤結(jié)構(gòu)

圓盤制曲機(jī)是集進(jìn)料、調(diào)溫、調(diào)濕、新風(fēng)、回風(fēng)、強(qiáng)制排風(fēng)、培養(yǎng)、翻曲、烘干、出料、圓盤清洗、圓盤殺菌和干燥為一體的全封閉式裝置，由人工營(yíng)造出最適合的培養(yǎng)條件。圓盤制曲機(jī)由外驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)圓盤、翻曲系統(tǒng)、進(jìn)出料系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、隔溫外殼等組成（見圖1）。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圓盤制曲機(jī)盤體制作精度高，盤體篩板拼縫全焊，平整度高，漏料少，出料后盤體基本無殘料。翻曲機(jī)采用特殊結(jié)構(gòu)的葉片，翻曲均勻徹底。絞龍葉片鏡面拋光，基本無粘料現(xiàn)象。室頂和側(cè)室設(shè)置蒸汽盤管保溫，有效地防止結(jié)露現(xiàn)象。室體內(nèi)壁及室頂封不銹鋼板，全位置焊接達(dá)到無縫接口。

物料、風(fēng)接觸部分全部采用SUS304 不銹鋼材質(zhì)，衛(wèi)生耐用。中心立柱為開放式設(shè)計(jì)，清洗徹底，維護(hù)方便、沒有死角。圓盤制曲機(jī)自帶烘干功能，利用預(yù)熱后的熱風(fēng)對(duì)培養(yǎng)結(jié)束的物料進(jìn)行烘干。圓盤制曲機(jī)可以根據(jù)用戶需要增加自動(dòng)清洗裝置，清洗水加壓后經(jīng)過一定形狀的噴頭瞬間擠出，以較高的沖擊力剝離、沖走污垢，用水量少，除污力強(qiáng)，圓盤制曲機(jī)技術(shù)參數(shù)見表1。

圓盤制曲機(jī)封閉程度高，人工在曲室外操作極大地改善了作業(yè)環(huán)境，在制曲初期能有效地防止外界雜菌進(jìn)入圓盤造成污染，出料時(shí)減少了粉塵飛揚(yáng)，車間整潔干凈，達(dá)到了清潔生產(chǎn)要求。圓盤制成品曲酶活力高，有效地提高了原料利用率和產(chǎn)品質(zhì)量。

圓盤制曲機(jī)用于高粱、大米等白酒原料堆積工序時(shí)，部分功能性組件可以按照用戶需求進(jìn)行選擇性配置，既能滿足生產(chǎn)需要，又降低了投入成本。

2 圓盤制曲機(jī)的自動(dòng)化控制

2.1 自動(dòng)化控制

圓盤制曲機(jī)采用人機(jī)對(duì)話、智能化控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)及設(shè)備集中監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。根據(jù)不同的物料輸入不同的控制參數(shù)，包括自動(dòng)化的溫度、濕度、風(fēng)量的調(diào)控。

圓盤制曲機(jī)個(gè)性化程度極高，制曲或堆積參數(shù)可根據(jù)廠家工藝需求進(jìn)行修改并保存（多達(dá)10 套程序）。根據(jù)不同的用途、發(fā)酵管理等差異，有不同的管理方法，能夠按照各種料的特性、在適合的環(huán)境條件下進(jìn)行培養(yǎng)。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了無人化管理，無論是小批量還是大批量處理物料，從入料、培養(yǎng)、翻曲、出料均實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化控制，物料在整個(gè)培養(yǎng)過程中始終處于全封閉的環(huán)境，只需通過視窗進(jìn)行觀察，為培養(yǎng)過程提供了更穩(wěn)定的環(huán)境。風(fēng)量、風(fēng)壓、溫度、濕度等要素均由程序自動(dòng)控制并記錄，以達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量要求與能源的最有效利用。

表1 CM型圓盤制曲機(jī)技術(shù)參數(shù)

圓盤制曲機(jī)采用皮帶機(jī)自動(dòng)均勻布料，避免了絞龍進(jìn)料方式對(duì)熟料的擠壓，使所有熟料進(jìn)圓盤更加蓬松，料面更加平整，有利于制曲或堆積過程。制曲風(fēng)機(jī)、圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)均采用變頻器控制，節(jié)能并自動(dòng)化運(yùn)行，清洗參數(shù)設(shè)置好以后直接進(jìn)行自動(dòng)高壓清洗。

2.2 控制特點(diǎn)

2.2.1 設(shè)計(jì)模塊化

程序設(shè)計(jì)時(shí)將設(shè)備功能分成若干可以獨(dú)立的單元（模塊），包括自動(dòng)干燥、自動(dòng)布料、自動(dòng)翻曲、自動(dòng)出料、自動(dòng)清洗、工藝控制、設(shè)備的自我診斷、管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程中控?cái)?shù)據(jù)交換、設(shè)備安全等，并可根據(jù)需求進(jìn)行相應(yīng)的組合，從而降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品可靠性和設(shè)計(jì)質(zhì)量，并可實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)、開發(fā)、后續(xù)進(jìn)行并行驗(yàn)證。不同模塊的組合可以滿足不同用戶多樣化的需求，并可實(shí)現(xiàn)定制化。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是進(jìn)行好有機(jī)化學(xué)的非常重要的環(huán)節(jié)，對(duì)保證實(shí)驗(yàn)的安全順利起到至關(guān)重要的作用。因此，必須要求學(xué)生認(rèn)真做好課前預(yù)習(xí)工作。但普遍存在的問題是，學(xué)生們?yōu)閼?yīng)付老師的檢查，只是機(jī)械地照著課本謄寫一邊，雖浪費(fèi)了時(shí)間，但沒有收到預(yù)期的效果。學(xué)生之所以會(huì)這樣草草應(yīng)付，其中一個(gè)原因就是面對(duì)大堆枯燥無味的文字，不能很好理解其中的含義。

2.2.2 生產(chǎn)流程狀態(tài)化

設(shè)備狀態(tài)即設(shè)備在某一時(shí)間內(nèi)所呈現(xiàn)的功能或現(xiàn)象的描述。每個(gè)狀態(tài)之間有著嚴(yán)格的邏輯關(guān)系，相互轉(zhuǎn)換關(guān)系有嚴(yán)格而明確的定義。圓盤目前的功能狀態(tài)有基本步驟、布料機(jī)連接、自動(dòng)布料、布料機(jī)解除、無人化制曲或堆積、自動(dòng)出料、自動(dòng)清洗和烘干。生產(chǎn)流程狀態(tài)化的目的就是將設(shè)備復(fù)雜流程進(jìn)行簡(jiǎn)單化的描述。

2.2.3 設(shè)備數(shù)據(jù)信息化，與智能化中控或MES 系統(tǒng)結(jié)合

圓盤制曲機(jī)通過PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸和分析，中控系統(tǒng)采用科學(xué)、合理、先進(jìn)、簡(jiǎn)潔有效的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，符合當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)和中控室自動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制，中控室具備工藝參數(shù)和生產(chǎn)過程的可視與可控、工藝參數(shù)異常報(bào)警、設(shè)備運(yùn)行故障預(yù)警等功能，使生產(chǎn)工藝執(zhí)行更加精準(zhǔn)化與標(biāo)準(zhǔn)化（圖2）。

圓盤控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)與車間中控系統(tǒng)或MES 系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。優(yōu)化后數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器進(jìn)行分類保存、生成報(bào)表。借助中控系統(tǒng)和AI 算法進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)后續(xù)生產(chǎn)流程和工藝的優(yōu)化，挖掘生產(chǎn)數(shù)據(jù)更深層次的價(jià)值（見圖3）。

2.2.4 設(shè)備智能化

圓盤控制系統(tǒng)是智能釀造環(huán)節(jié)中的信息提供方，也是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)施者，更是車間智能化網(wǎng)絡(luò)中重要的生產(chǎn)決策環(huán)節(jié)。設(shè)備的自我診斷系統(tǒng)和專家系統(tǒng)賦予設(shè)備對(duì)自身狀態(tài)思考的能力，比如目前狀態(tài)是否正常、故障在哪里、故障如何解決等。在工藝流程控制的智能化方面，從單PID 控制到目前的智能AI 數(shù)據(jù)采樣分析的結(jié)果進(jìn)行組合式PID控制，逐步提高圓盤工藝流程控制的準(zhǔn)確度和自我適應(yīng)學(xué)習(xí)能力。

3 圓盤制曲機(jī)在白酒行業(yè)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的制曲過程是在通風(fēng)曲池內(nèi)培養(yǎng)，依靠人工進(jìn)行轉(zhuǎn)料、接種、翻曲、出曲，人工測(cè)溫和加濕，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、產(chǎn)能低、對(duì)制曲生產(chǎn)過程中控制能力差、容易感染雜菌等眾多問題。與傳統(tǒng)制曲方式類似，傳統(tǒng)的白酒原料堆積方式也存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、能耗高、效率低、食品衛(wèi)生等問題。而圓盤制曲機(jī)從進(jìn)料、培養(yǎng)到出料，整個(gè)過程做到了全程機(jī)械化和自動(dòng)化，克服了傳統(tǒng)制曲和堆積方式的缺陷，制曲和堆積質(zhì)量更穩(wěn)定，生產(chǎn)效率更高，也符合食品安全的要求（見表2）。

表2 圓盤制曲和堆積的工藝流程

景芝酒業(yè)利用圓盤制曲機(jī)進(jìn)行芝麻香曲（白曲、酵母曲、細(xì)菌曲）的制備，其麩曲車間是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的麩曲自動(dòng)化生產(chǎn)車間。生產(chǎn)線由固態(tài)種曲、液態(tài)種曲、蒸煮滅菌、圓盤培養(yǎng)、物料風(fēng)送、成曲儲(chǔ)存與配比等部分組成。與傳統(tǒng)制曲方式相比，制曲效率提高了5 倍，酵母數(shù)量翻了一番，白曲酶活力提高20%以上，實(shí)現(xiàn)了制曲清潔化生產(chǎn)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境[2]。

勁酒公司利用圓盤制曲機(jī)制備根霉曲，成品曲糖化力為33.2 g/100 g，比淺盤培養(yǎng)根霉曲糖化力高1.4 g/100 g。相比傳統(tǒng)的淺盤制曲，圓盤制曲機(jī)生產(chǎn)的根霉曲在雜菌污染方面可控制性好，勞動(dòng)強(qiáng)度低，直接在中控進(jìn)行控溫、翻曲，降低了人為染菌的幾率[3]。

洋河酒廠利用圓盤制曲機(jī)制備根霉曲和芝麻香曲（白曲、酵母曲、細(xì)菌曲），制曲質(zhì)量穩(wěn)定、指標(biāo)良好，滿足了洋河調(diào)味酒的生產(chǎn)需要，制曲能耗和人工均有所下降，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境有了極大的改善。

洋河酒廠利用雙層圓盤制曲機(jī)進(jìn)行高粱、大米、糯米和玉米粉的混合原料堆積，堆積料出盤水分、酸度、淀粉含量和糖分均達(dá)到了內(nèi)控要求，物料感官品質(zhì)良好，滿足了綿柔型酒生產(chǎn)的要求，能耗和人工較傳統(tǒng)方式也大大降低。由表3 可知，與傳統(tǒng)釀造分散式生產(chǎn)方式相比，圓盤集成生產(chǎn)方式實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、降耗和高效生產(chǎn)，同等條件下圓盤集成方式生產(chǎn)比傳統(tǒng)方式生產(chǎn)耗水量降低了48.21 %，耗汽量降低了61.06%，而出酒率提高了3.89%，一級(jí)品率提高了0.68 %，優(yōu)級(jí)品率提高了8.82 %，優(yōu)質(zhì)基酒質(zhì)量比提高了8.06%。

利用圓盤制曲機(jī)在米香型酒廠進(jìn)行大米原料的全自動(dòng)堆積也取得了成功，指標(biāo)和感官均符合米香型白酒生產(chǎn)的要求，同等產(chǎn)量下占地面積更小，操作更加簡(jiǎn)潔。

白云邊酒業(yè)利用圓盤制曲機(jī)進(jìn)行高粱堆積，與傳統(tǒng)堆積相比酒醅的水分含量、酸度、淀粉含量變化趨勢(shì)一致，酒醅中酵母菌數(shù)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)堆積，細(xì)菌數(shù)量變化趨勢(shì)一致，圓盤堆積和傳統(tǒng)堆積的全年出酒率分別為37.2%和36.4%，酒質(zhì)相似[4]。

表3 綿柔型釀造車間圓盤堆積和傳統(tǒng)堆積的比較

4 總結(jié)與展望

圓盤制曲機(jī)具有操作方便、生產(chǎn)效率高、節(jié)能環(huán)保、安全衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)，是以白酒傳統(tǒng)工藝技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)的自動(dòng)化設(shè)備，圓盤制曲機(jī)的應(yīng)用是作為傳統(tǒng)釀造產(chǎn)業(yè)的白酒提升機(jī)械化水平、自動(dòng)化水平、智能化水平和信息化水平的重要環(huán)節(jié)，也是傳統(tǒng)釀造產(chǎn)業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級(jí)的有效工具。

智能釀造作為一種新型釀造模式，已經(jīng)是白酒行業(yè)發(fā)展的必然要求和趨勢(shì)。隨著中國(guó)白酒智能制造聯(lián)盟的成立，越來越多的白酒企業(yè)開始聚焦在智能制造領(lǐng)域。如何在保持中國(guó)白酒傳統(tǒng)生產(chǎn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在制曲、堆積、發(fā)酵、蒸餾、勾兌等工序進(jìn)行全自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)將會(huì)是各大白酒企業(yè)和釀酒裝備企業(yè)需要集中研究和迫切解決的問題?！爸袊?guó)白酒158 計(jì)劃”實(shí)施以來，白酒生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化進(jìn)程已經(jīng)取得了階段性的成果，在白酒生產(chǎn)工藝創(chuàng)新、品質(zhì)提升、節(jié)能減排、食品衛(wèi)生、產(chǎn)業(yè)升級(jí)等方面發(fā)揮了巨大的推動(dòng)作用，相關(guān)應(yīng)用案例也值得其他白酒廠家借鑒?？梢灶A(yù)見，越來越多的新技術(shù)和新裝備將會(huì)應(yīng)用在白酒生產(chǎn)過程中，從而提高整個(gè)白酒行業(yè)的科技水平和競(jìng)爭(zhēng)力。