圆盘制曲机的结构、自动化控制以及在白酒行业中的应用

刘 杰，任 博，王家法，王彦军，韦先科，诸松杰，韦绍英

（宁波长荣酿造设备有限公司，浙江慈溪 315300）

作为中国传统酿造代表性产品的白酒行业依然存在着机械化水平低、劳动强度大、生产效率低、能源消耗高、经验依赖性强、质量不稳定等突出问题[1]。随着国家对食品安全的要求越来越高、劳动力成本的不断上涨，以及土地资源的日益紧张，再加上能源与生态环境的压力，白酒行业必须要改变其生产操作模式，在保证其生产质量的前提下、以传统酿造工艺为基础，不断引入新技术、新装备来改进生产方式，解决传统酿造过程中的不确定因素，不断依靠科技进步来提升其竞争力。

近年来，在中国酒业协会的推动下，白酒行业实行了“中国白酒158 计划”，以推进我国白酒行业的自动化进程。各大白酒企业不断加大科技投入，实施智能酿造项目，行业内不断出现各种先进技术、设备和设计理念，而麸曲设备和原料堆积自动化生产线在白酒行业中的应用正是白酒智能酿造的典型代表。目前，自动化生产线的主体圆盘制曲机已在白酒行业制曲和堆积工序取得了广泛的应用。本文介绍圆盘制曲机的结构、自动化控制以及在白酒行业中的应用案例，为推动白酒产业转型升级，实现白酒酿造生产的机械化、自动化、智能化、信息化提供参考。

1 圆盘制曲机的结构

1.1 圆盘结构

圆盘制曲机是集进料、调温、调湿、新风、回风、强制排风、培养、翻曲、烘干、出料、圆盘清洗、圆盘杀菌和干燥为一体的全封闭式装置，由人工营造出最适合的培养条件。圆盘制曲机由外驱动的回转圆盘、翻曲系统、进出料系统、测温系统、通风空调系统、喷雾系统、清洗系统、隔温外壳等组成（见图1）。

1.2 结构特点

圆盘制曲机盘体制作精度高，盘体筛板拼缝全焊，平整度高，漏料少，出料后盘体基本无残料。翻曲机采用特殊结构的叶片，翻曲均匀彻底。绞龙叶片镜面抛光，基本无粘料现象。室顶和侧室设置蒸汽盘管保温，有效地防止结露现象。室体内壁及室顶封不锈钢板，全位置焊接达到无缝接口。

物料、风接触部分全部采用SUS304 不锈钢材质，卫生耐用。中心立柱为开放式设计，清洗彻底，维护方便、没有死角。圆盘制曲机自带烘干功能，利用预热后的热风对培养结束的物料进行烘干。圆盘制曲机可以根据用户需要增加自动清洗装置，清洗水加压后经过一定形状的喷头瞬间挤出，以较高的冲击力剥离、冲走污垢，用水量少，除污力强，圆盘制曲机技术参数见表1。

圆盘制曲机封闭程度高，人工在曲室外操作极大地改善了作业环境，在制曲初期能有效地防止外界杂菌进入圆盘造成污染，出料时减少了粉尘飞扬，车间整洁干净，达到了清洁生产要求。圆盘制成品曲酶活力高，有效地提高了原料利用率和产品质量。

圆盘制曲机用于高粱、大米等白酒原料堆积工序时，部分功能性组件可以按照用户需求进行选择性配置，既能满足生产需要，又降低了投入成本。

2 圆盘制曲机的自动化控制

2.1 自动化控制

圆盘制曲机采用人机对话、智能化控制系统，可以实现工艺参数及设备集中监测和生产过程的自动控制。根据不同的物料输入不同的控制参数，包括自动化的温度、湿度、风量的调控。

圆盘制曲机个性化程度极高，制曲或堆积参数可根据厂家工艺需求进行修改并保存（多达10 套程序）。根据不同的用途、发酵管理等差异，有不同的管理方法，能够按照各种料的特性、在适合的环境条件下进行培养。整个过程实现了无人化管理，无论是小批量还是大批量处理物料，从入料、培养、翻曲、出料均实现了机械化和自动化控制，物料在整个培养过程中始终处于全封闭的环境，只需通过视窗进行观察，为培养过程提供了更稳定的环境。风量、风压、温度、湿度等要素均由程序自动控制并记录，以达到产品的质量要求与能源的最有效利用。

表1 CM型圆盘制曲机技术参数

圆盘制曲机采用皮带机自动均匀布料，避免了绞龙进料方式对熟料的挤压，使所有熟料进圆盘更加蓬松，料面更加平整，有利于制曲或堆积过程。制曲风机、圆盘转动驱动电机均采用变频器控制，节能并自动化运行，清洗参数设置好以后直接进行自动高压清洗。

2.2 控制特点

2.2.1 设计模块化

程序设计时将设备功能分成若干可以独立的单元（模块），包括自动干燥、自动布料、自动翻曲、自动出料、自动清洗、工艺控制、设备的自我诊断、管理系统、远程中控数据交换、设备安全等，并可根据需求进行相应的组合，从而降低设计风险，提高产品可靠性和设计质量，并可实现并行设计、开发、后续进行并行验证。不同模块的组合可以满足不同用户多样化的需求，并可实现定制化。

实验预习是进行好有机化学的非常重要的环节，对保证实验的安全顺利起到至关重要的作用。因此，必须要求学生认真做好课前预习工作。但普遍存在的问题是，学生们为应付老师的检查，只是机械地照着课本誊写一边，虽浪费了时间，但没有收到预期的效果。学生之所以会这样草草应付，其中一个原因就是面对大堆枯燥无味的文字，不能很好理解其中的含义。

2.2.2 生产流程状态化

设备状态即设备在某一时间内所呈现的功能或现象的描述。每个状态之间有着严格的逻辑关系，相互转换关系有严格而明确的定义。圆盘目前的功能状态有基本步骤、布料机连接、自动布料、布料机解除、无人化制曲或堆积、自动出料、自动清洗和烘干。生产流程状态化的目的就是将设备复杂流程进行简单化的描述。

2.2.3 设备数据信息化，与智能化中控或MES 系统结合

圆盘制曲机通过PLC 控制系统进行数据自动采集、传输和分析，中控系统采用科学、合理、先进、简洁有效的网络拓扑结构，符合当前工业自动化控制系统的发展趋势，现场和中控室自动联动控制，中控室具备工艺参数和生产过程的可视与可控、工艺参数异常报警、设备运行故障预警等功能，使生产工艺执行更加精准化与标准化（图2）。

圆盘控制系统通过工业以太网与车间中控系统或MES 系统进行联网，实现数据实时交换。优化后数据上传至服务器进行分类保存、生成报表。借助中控系统和AI 算法进行大数据分析，指导后续生产流程和工艺的优化，挖掘生产数据更深层次的价值（见图3）。

2.2.4 设备智能化

圆盘控制系统是智能酿造环节中的信息提供方，也是生产环节的实施者，更是车间智能化网络中重要的生产决策环节。设备的自我诊断系统和专家系统赋予设备对自身状态思考的能力，比如目前状态是否正常、故障在哪里、故障如何解决等。在工艺流程控制的智能化方面，从单PID 控制到目前的智能AI 数据采样分析的结果进行组合式PID控制，逐步提高圆盘工艺流程控制的准确度和自我适应学习能力。

3 圆盘制曲机在白酒行业中的应用

传统的制曲过程是在通风曲池内培养，依靠人工进行转料、接种、翻曲、出曲，人工测温和加湿，存在劳动强度大、效率低、产能低、对制曲生产过程中控制能力差、容易感染杂菌等众多问题。与传统制曲方式类似，传统的白酒原料堆积方式也存在着劳动强度大、能耗高、效率低、食品卫生等问题。而圆盘制曲机从进料、培养到出料，整个过程做到了全程机械化和自动化，克服了传统制曲和堆积方式的缺陷，制曲和堆积质量更稳定，生产效率更高，也符合食品安全的要求（见表2）。

表2 圆盘制曲和堆积的工艺流程

景芝酒业利用圆盘制曲机进行芝麻香曲（白曲、酵母曲、细菌曲）的制备，其麸曲车间是目前国内规模最大的麸曲自动化生产车间。生产线由固态种曲、液态种曲、蒸煮灭菌、圆盘培养、物料风送、成曲储存与配比等部分组成。与传统制曲方式相比，制曲效率提高了5 倍，酵母数量翻了一番，白曲酶活力提高20%以上，实现了制曲清洁化生产，降低了劳动强度，改善了作业环境[2]。

劲酒公司利用圆盘制曲机制备根霉曲，成品曲糖化力为33.2 g/100 g，比浅盘培养根霉曲糖化力高1.4 g/100 g。相比传统的浅盘制曲，圆盘制曲机生产的根霉曲在杂菌污染方面可控制性好，劳动强度低，直接在中控进行控温、翻曲，降低了人为染菌的几率[3]。

洋河酒厂利用圆盘制曲机制备根霉曲和芝麻香曲（白曲、酵母曲、细菌曲），制曲质量稳定、指标良好，满足了洋河调味酒的生产需要，制曲能耗和人工均有所下降，现场作业环境有了极大的改善。

洋河酒厂利用双层圆盘制曲机进行高粱、大米、糯米和玉米粉的混合原料堆积，堆积料出盘水分、酸度、淀粉含量和糖分均达到了内控要求，物料感官品质良好，满足了绵柔型酒生产的要求，能耗和人工较传统方式也大大降低。由表3 可知，与传统酿造分散式生产方式相比，圆盘集成生产方式实现了节能、降耗和高效生产，同等条件下圆盘集成方式生产比传统方式生产耗水量降低了48.21 %，耗汽量降低了61.06%，而出酒率提高了3.89%，一级品率提高了0.68 %，优级品率提高了8.82 %，优质基酒质量比提高了8.06%。

利用圆盘制曲机在米香型酒厂进行大米原料的全自动堆积也取得了成功，指标和感官均符合米香型白酒生产的要求，同等产量下占地面积更小，操作更加简洁。

白云边酒业利用圆盘制曲机进行高粱堆积，与传统堆积相比酒醅的水分含量、酸度、淀粉含量变化趋势一致，酒醅中酵母菌数量优于传统堆积，细菌数量变化趋势一致，圆盘堆积和传统堆积的全年出酒率分别为37.2%和36.4%，酒质相似[4]。

表3 绵柔型酿造车间圆盘堆积和传统堆积的比较

4 总结与展望

圆盘制曲机具有操作方便、生产效率高、节能环保、安全卫生等优点，是以白酒传统工艺技术为基础进行开发的自动化设备，圆盘制曲机的应用是作为传统酿造产业的白酒提升机械化水平、自动化水平、智能化水平和信息化水平的重要环节，也是传统酿造产业加速转型升级的有效工具。

智能酿造作为一种新型酿造模式，已经是白酒行业发展的必然要求和趋势。随着中国白酒智能制造联盟的成立，越来越多的白酒企业开始聚焦在智能制造领域。如何在保持中国白酒传统生产特点的基础上，在制曲、堆积、发酵、蒸馏、勾兑等工序进行全自动化、智能化生产将会是各大白酒企业和酿酒装备企业需要集中研究和迫切解决的问题。“中国白酒158 计划”实施以来，白酒生产机械化、自动化和智能化进程已经取得了阶段性的成果，在白酒生产工艺创新、品质提升、节能减排、食品卫生、产业升级等方面发挥了巨大的推动作用，相关应用案例也值得其他白酒厂家借鉴。可以预见，越来越多的新技术和新装备将会应用在白酒生产过程中，从而提高整个白酒行业的科技水平和竞争力。