浙江中控技术有限公司，浙江杭州，310053
摘要：本文总结了啤酒厂糖化工段的自动化项目调试时所必要的基础条件及一系列的前期工作，试图把这一工作规范化，用最短的时间和最省的物力财力完成这一工作。
关键词：糖化自动化 自动化系统 DCS PLC 调试基础前期工作
麦汁制备（包括麦汁处理）在糖化车间进行，所以麦汁制备过程通常也称为糖化过程。麦汁制备的目的是将麦芽中的非水溶性组分转化成水溶性组分，特别是可发酵性糖，此为麦汁发酵生成啤酒的前提条件。
啤酒糖化生产过程是啤酒生产的关键环节之一，对整个啤酒生产的产量、质量、消耗等影响很大。糖化过程工艺指标控制的好坏，对啤酒的稳定性、口感、工艺流程有着决定性的影响。
作为一个新建工程，啤酒厂的糖化项目一般会分割成“原料处理与粉碎工程（自带控制单元）”、“糖化（含水系统、蒸汽系统及其他辅助设施）设备工程”、“管道安装工程”、“自控工程”这几块来操作。甲方的项目管理也是按这样几块来进行的。毫无疑问，自控系统的连动调试，必须在其他几项工程具备了一定条件的时候，才可能进行调试。当然自控工程自身的单点调试也应在此之前完成。为了叙说和阅读的方便，糖化车间流程简化成：1、原料提升，2、原料处理，3、原料粉碎，4、预糖化，5、糊化，6、糖化，7、过滤，8、煮沸，9、麦汁澄清，10、冷却充氧，11、酵母添加，12、CIP，13、水（含酿造水、冷水、冰水）系统，14、空气压缩等。
1．调试基础
1.1人员组织
组织严密，反应迅速的人员组织是搞好糖化自动化项目的最重要的调试基础。
1.1.1总负责1人
应由啤酒厂派员担当，负责甲方与乙方的协调工作；负责甲方内部资源（包括人员的安排）的协调与配置工作；负责调试工作的时间表的推进工作。
1.1.2分块负责2人
其一：应由啤酒厂派员担当，落实总负责人的指示，负责与乙方的协调工作；及时听取参加调试各方的工作意见，协助落实内部资源（包括人员的安排）的协调与配置工作；及时沟通各方的意见，落实调试时间上的推进工作。
其二：应由自动化系统的提供方派员担当，落实总负责人的指示，负责与甲方的协调工作；及时听取调试工作的意见，协助落实内部资源（包括人员的安排）的协调与配置工作；及时沟通甲乙双方的意见，落实调试时间上的推进工作。
1.1.3调试修理人员
电器仪表2人，协助仪表检验工作；
维修工2人，协助设备、阀门、管道检验工作；
啤酒厂生产技术人员2人，啤酒工艺技术指导；
啤酒厂操作技术人员2人，协助工作，学习操作；
啤酒厂电气仪表人员2人，协助工作，学习操作；
外协外配件厂家的调试人员各一人，如泵厂的调试人员，气动薄膜调节阀厂家的调试人员，流量计厂家的调试人员等最好能够在此前到场，调试结束。尤其是泵和气动薄膜调节阀要跟踪调试。
1.2调试工具及配件
对讲机、手电、扳手、螺丝刀、万用电表及其他专用工具。
本工程使用到的各种规格的气动阀门的气动头各一只、各种规格的阀门的垫圈两只、各种规格接近开关各两只、各种规格石棉垫片橡胶垫片若干、生料带若干、各种规格电磁阀2只、各种规格疏水器2只、各种规格直读式压力表2只、标准温度计1只。
1.3工程概况
即将进入调试阶段，本工程应基本具备如下条件：
1.5.1公用设施（水、电、汽、冷、气）已全部接通到位，基本的动力条件是：
水﹙水库用水、处理水﹚ 2.5-4.0 kg／cm2常温
水﹙自来水﹚ 4.0-5.0 kg／cm2常温
蒸汽﹙工厂内﹚ 6.3kg／cm2×110℃饱和蒸汽
蒸汽﹙锅炉﹚ 10.5-11.0 kg ／cm2×饱和蒸汽
压缩空气 5.0kg／cm2
CO2 13.0kg／cm2（新建厂一般不具备该条件）
冷媒﹙PG﹚ 3.2-4.0 kg／cm2× -6．0-2．9℃
电力(动力用) AC380V±10%×3相
电力(照明用) AC220V
1.5.2原料处理与粉碎工程应该基本具备：
设备本体安装完毕；电路安装到位；冷热水及CIP安装到位；自带控制单元调试结束，与糖化自控系统的通讯连接已经完成。
1.5.3设备制造工程应该基本具备：
设备本体安装完毕；设备内外抛光完毕，已经进行过酸洗；设备自带阀门已经检验完毕，开/关到位；传动件基本调试结束。
1.5.4管道制造工程应该基本具备:
管道安装完毕，已经进行过酸洗；阀门安装正确，开/关到位。
1.5.5自控系统应基本具备：
自控系统需要一定的工作环境，这对系统来说是必须的，也是我们要着重保证的。
1）DCS系统的工作环境:
温度： DCS要求环境温度在0-50℃（工作）。
温度： DCS要求环境温度在—40-70℃（存放）。
湿度： 50℃时，空气的相对湿度应小于5%－95%（无凝露）。
高度： 海拔4000M。
振动： 0.25G,3-300Hz下15分钟（工作）。
振动： 0.5G,3-300Hz下15分钟（不工作）。
2） PLC系统的工作环境:
温度： PLC要求环境温度在0-55℃。
湿度： 空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。
震动： 防止振动频率为10-55Hz的频繁或连续振动。
空气： 避免有腐蚀和易燃的气体。
电源： PLC供电电源为50Hz、220（1±10%）V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。
2．前期工作
2.1原料处理与粉碎工程系统前期工作
粉碎过程主要由料仓、提升机、粉碎机等单元设备组成。粉碎是一个对麦芽和大米进行机械破碎的过程。
其检验和调试工作如下：
对提斗、组合筛、除尘器，在作好润滑后，分别进行单机调试和连动调试，检查泵的电机运转方向、马达发热情况、噪声、继电器及保护开关情况。调试结束进行模拟处理。在试投料前，先行进行原料预处理，不影响糖化投料，在调试过程中检查除尘、除杂、除铁装置的效果。
对定量秤或定量仓进行测试，检查其灵敏性，准确性。
对大米粉碎机、调浆罐分别进行单机调试和连动调试、检查泵的电机运转方向、马达发热情况、噪声、继电器及保护开关情况等。
对麦芽粉碎机进行空转检查后，进行模拟粉碎，检查浸润水、调浆水、水温水量设置的控制功能，检查粉碎效果，检查泵送速度。
粉碎系统的CIP检查。
控制系统检查，要求在粉碎车间能通过系统触摸屏进行操作；自动信号送入糖化自控系统，糖化自控系统也能连网控制粉碎自动操作或互通控制信号。
有原料立式储仓的，要检查温度计、电动插板阀、手动插板阀的情况，检查送料绞龙的情况。
整个操作过程，千万要注意阀门的开关顺序，防止堵料，防止机械损伤。
2.2全部糖化（含水系统及其他辅助设施）设备工程系统前期工作
2.2.1检验
已清理焊渣杂物，尤其是容器内的杂物（螺钉，螺帽，旧砂轮片，焊条头，螺丝刀，扳手等废弃物或工具）已清理干净。
各连接处紧固到位，无泄漏。
各传动处（搅拌桨、耕刀）润滑到位，传动自如，各转速可任意转换；泵的转向正确。
过滤槽的接近开关的位置已调试完毕，从上至下分别是最高限位、脱勾位、挂勾位、第一耕糟或排糟位、第二耕糟或排糟位、第三耕糟或排糟位、最低限位。值得注意的是，过滤槽接近开关的感应片，是垂直于耕刀升降轴上的固定园盘的侧面，其感应面积很小，设计程序的时候尽量考虑到这一点。严格作到七个接近开关与七个预定位置一一对应。这一工作需设备方与自控方严密配合，精确调整，调整好以后，各自将调整好的位置和程序固定下来，除非将来实际投料的需要，就不要再动了。
管道、阀门安装完毕，检查无误，尤其要注意是否有阀门（单向阀、蒸气过滤器）安装反了；并分别单线试车；每次走蒸汽以后，均需将蒸气过滤器拆下来，清除杂物。
2.2.2汽试或水试
所有压力管道在验收前都要进行压力试验，根据管道用途，可选用水或空气作为试验介质。如果有条件最好以水作为试验介质，这样便于检漏，操作较安全。压力试验的目的，主要是检查管道及其附件（如压力表、温度计的接头等）的耐压和严密性，以保证系统在正常工作状态下，不发生破裂和渗漏。压力试验中最容易发生问题的是焊缝等接口部位，根据材料力学原理，不论是管道本身的内应力，还是焊缝的拉应力，只与试验压力和管道、焊缝的尺寸有关，而与试验介质无关，因此理论上用气压试验和水压试验均可行。糖化车间的管道，原则上，物料管道走水（以自来水的压力作为调试的压力）调试就可以了；CIP部分的管道以CIP的出液泵的出口压力来进行调试。CIP泵的选型应以最大压力终端用户的要求为准，压头的选择应等于泵的出口压头减管道上的各种压力损(含变径、弯头、三通、四通、阀门、管长的压力损)；锅体的夹套部分和内加热器的调试应该进行水试或气试，其设计压力是6Kg,最大试压压力为4.5 Kg。管道试压时，应使用经检验合格的压力表。操作时要分级缓慢升压，稳压后方可进行检查。维修工作泄压后进行。气压试验必须符合《工业金属管程施工及验收规范（GB50235-97）》第7章规定。气压试验时若设计要求进行气密试验，则应符合以下要求。
允许压降Ap（一般试验压降△p<5kPa,以下标准参照《城镇燃气设计规范》（GB50028-93）：
同一管径时
△p=6.47T/d
式中△p-允许压降，Pa；
T-气密性试验持续时间，h；
9 1 2 8 : （本文已被浏览 4 次） | d-管道内径，m。
不同管径时
△p=6.47T(d1L1+d2L2+…+dnLn)/(d12L1+d22L2+…dn2Ln) （此处小号数字是序号，大号数字是平方号）
式中d1,d2,…dn-各管段内径，m；
L1,L2,…Ln-各管段长度，m；
其余同上。
实际压降△p’
△p’=(H1+B1)-(H2+B2)(273+t1)/(273+t2)
△ p’-实际压降，Pa；
H1,H2-试验开始和结束时的压力计读数，Pa；
B1,B2-试验开始和结束时的气压计读数，Pa；
t1,t2-试验结束进的温度，℃
若△p’<△p为合格。
如果试验管段包括不同管径的管子，则其试验时间和允许压降以最大管径为准。
2.2.3结合走水调试操作过程进行水标定
1）将水的体积换算成标高：
1）液面没过糖糊化锅搅拌桨的体积/标高；
2）液面没过糖糊化锅锅底加热夹套的体积/标高；
3）液面没过糖糊化锅上加热夹套的体积/标高；
4）煮沸锅液面没过加热器的体积/标高；
5）煮沸锅液面满锅的体积/标高；
6）中间槽和澄清槽的液面满锅的体积/标高；
以上数据具体可以用蝶形封头体积公式和圆柱体体积公式验证，经仔细辨别及整理后提供给自控设计人员。自控设计人员设计时，将液面标高换算成体积（百升），显示在表现液位的棒棒图上。
2）测定最大升温速率：
1）测定糖化糊化锅的最大升温速率，记录升温速率与蒸气压力的关系
2）测定煮沸锅的最大蒸发强度，记录升温速率与蒸气压力的关系；
以上数据具体可以用绘制曲线的办法筛选和甄别。
经仔细辨别及整理后的数据，用来检验糖化糊化锅夹套加热面积设计是否符合工艺要求。
3）每段物料管道的走料时间：
1）大口径（DN100以上）泵的泵前阀到泵进口的物料经过时间；
2）大口径泵的泵后阀到泵出口的物料经过时间；
3）大口径气动阀的开关延缓时间；用气（蒸汽、压缩空气）高峰与用气低峰的压力波动情况；
以上数据具体可以用计算和实地测量的办法筛选和甄别，经仔细辨别及整理后提供给自控设计人员。
2.3控制系统部分调试前的准备工作（可以进行调试的控制系统部分应满足的条件）
2.3.1控制室环境
应远离强干扰源：如电焊机、大功率硅整流装置、大型动力设备和高压配电室、压缩机室等地方。控制室地面应该有足够的强度，以承载待安装设备的重量，需能承受至少5000N/m2的平均负荷。宜采用防静电活动地板，同时地面应该有足够的空间以适应待安装设备的体积和设计的安装方式。在进行控制室设计及施工时，应保证留有足够的空间以进行安装、接线、检查和维修所需的空间。如果采用活动地板，在地板下敷设便于维护，建议使用。如果采用混凝土地板，但要挖掘一个电缆槽，将电缆敷设于电缆槽内。为了保护电缆和系统设备，地板下需具备防水设施。保证室内温度的变化小于+5℃/h，避免由于温度的大幅度升降造成系统设备温度过高或凝露。控制室窗户应该具有良好的密封性，防止引入灰尘、腐蚀性液体，从而损害系统设备。采用清洁空气的正压通风系统，控制室内应保持一定正压。
2.3.2供电
从强电柜配电室或强电柜配电室电源供应处另外走线接入控制系统。供电有两种情况,一种情况是远程分布式控制方式,一种是集中式控制方式, 对于DCS的集中式I/O控制方式符合DCS双路冗余供电方式,即通常一路市电一路经过UPS接入系统.，对于PLC的集中式I/O控制方式通常一路经过UPS接入系统进行供电。对于PLC的分布式I/O控制方式在主控制室部分通常一路经过UPS接入系统进行供电,远程控制柜使用经过UPS的电源分别接入远程控制柜进行供电，或从配电室分别送出接入远程控制柜进行供电，或由于走线的需要先到主控制室，再分电转接至远程柜。控制系统用电负荷质量指标通常如下：电压：220V±10%；频率：50±1Hz；波型失真率：小于10%；电压瞬间跌落：小于10%。控制系统的交流。电源容量应按控制系统电源额定容量总和的1.2～1.5倍计算。供电系统的配线一般情况下从控制系统分电箱至各用电设备的电源线截面积不小于2.5平方，从控制系统分电至现场用电设备电源线截面积不小于1.0平方毫米。
2.3.3接地
在电磁条件严酷（包括多雷区和强雷区的雷击）的情况下，控制室的墙、地面和顶面连同金属门窗应进行金属屏蔽并接地。控制系统建议采用等电位联结原则，系统各种接地分类汇总后接到建筑物各层面的等电位连接板上(若没有连接板，可以汇总到控制柜接地铜条)，进而和接地极相连。控制系统在接地网上的接入点应和防雷地、大电流或高电压设备的接入点保持不小于一定的距离。操作站中的操作台和计算机都应该接地。控制系统内部接地线应>4mm2，控制系统与接地接入点之间的接地线应>16mm2。应确保接地引线连接可靠稳固。UPS的接地采用工厂电气地，UPS采用两线制给控制系统供电。若无法满足等电位联结，系统可采用一点接地的原则，要求接地电阻<4欧姆，避免与电气地相连，造成多点接地。为保证接地的有效性，要求系统地桩与控制柜之间、系统地桩与其他电气地桩之间、避雷地桩之间的距离应保持一定的距离。
2.3.4布线
电缆的合理布设可以有效地减少外部环境对信号的干扰以及各种电缆之间的相互干扰，提高系统运行的稳定性。在电缆敷设完成后，所有电缆引入口应密封，防止灰尘、潮湿、老鼠或其它有害昆虫进入，对设备造成损害。热电阻等低电平信号必须采用屏蔽电缆，有条件时最好采用屏蔽双绞电缆，减小电磁干扰和静电干扰。4～20mA等模拟量输入信号、触点型开关量输入信号和24VDC开关量输出信号尽可能采用屏蔽电缆，用于控制、联锁的模拟量输入和模拟量输出信号、开关量输入信号，必须采用屏蔽电缆，有条件时最好采用屏蔽双绞电缆。它们和强电信号和电源线应进行布线处理保持在一定的安全距离防止干扰。电线、电缆应按较短途径集中敷设，避开热源、潮湿、工艺介质排放口、振动、静电、电磁场干扰，不应敷设在影响操作、妨碍设备维修的位置。不同种类的信号，不应共用一根电缆。电线、电缆宜穿金属保护管或敷设在带盖的金属汇线桥架内。仪表信号电缆与电力电缆交叉敷设时，宜成直角，与电力电缆平行敷设时，两者之间的最小距离，应符合相应的距离要求。
2.3.5通讯
通常分为控制器连接I/O部分的通讯、连接到人机界面部分和控制器与控制器之间这三部分，用于各个部分通讯的通讯线严紧和强电信号或电源线在一起敷设，无法避免时一定要有距离和保护措施，通讯线的屏蔽层必须严格按照要求和设备连接。调试工作前应检查通讯线是否通畅，通讯距离和通讯速度是否满足需求和通讯规范。
2.3.6控制系统部件
上电前应仔细检查满足各种功能的卡件或模块处于正常状态，没有损坏、安装不牢固和标志不正确等情况出现，如果发现应立即更正以便调试工作的顺利进行，检查所有供电输入处，是否出现接错线、接反线和未按照模块要求接入等情况，保证上电后不会出现设备部件损坏，检查I/O模块上的接线或通过转接部分的接线应牢固可靠，避免出现虚接等情况。
2.3.7软件功能
技术人员应确认软件功能正常，可以正确显示数据，可以正常的完成组态编制、编译、下载和在线监控的正确无误，确保计算机运行平稳，模拟量和开关量的采集功能模块、输出功能模块在控制器内运行正常，操作人员通过计算机可以完成模拟量和开关量信号的输出功能，组态画面尽可能的反映实际工艺流程，数据点、控制阀或电机位置尽可能正确。
2.3.8外部安全电路
为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作，避免由于外部电源发生故障、PLC出现异常、误操作以及误输出造成的重大事故，PLC外部应安装必要的保护电路。
1）急停电路。对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。
2）保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。
3）可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。
4）电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，PLC工作不受影响，若电源中断超过10秒或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。
5）重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。
3．结论
啤酒厂糖化自动化项目的调试基础条件及前期工作是一个系统工作，不仅仅是自动化的单纯调试问题，与自动化有关的工艺及设备问题，也是该标题下的一个重要组成部分。工艺及设备细节问题的深入探讨，才能保证该自控项目符合工艺技术的要求；同时，调试过程中的人力物力及时间上的统筹安排，也是值得认真探讨、深入研究的课题，对厂方对自动化成套商同样重要，尤其是对自动化程序的设计人员则更为重要，是时间及技术上的保证。只是该课题很重大，我们的探讨还很肤浅，望业内大方预以指点。
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