圓盤制曲機的結構、自動化控制以及在白酒行業中的應用

劉 杰，任 博，王家法，王彥軍，韋先科，諸松杰，韋紹英

（寧波長榮釀造設備有限公司，浙江慈溪 315300）

作為中國傳統釀造代表性產品的白酒行業依然存在著機械化水平低、勞動強度大、生產效率低、能源消耗高、經驗依賴性強、質量不穩定等突出問題[1]。隨著國家對食品安全的要求越來越高、勞動力成本的不斷上漲，以及土地資源的日益緊張，再加上能源與生態環境的壓力，白酒行業必須要改變其生產操作模式，在保證其生產質量的前提下、以傳統釀造工藝為基礎，不斷引入新技術、新裝備來改進生產方式，解決傳統釀造過程中的不確定因素，不斷依靠科技進步來提升其競爭力。

近年來，在中國酒業協會的推動下，白酒行業實行了“中國白酒158 計劃”，以推進我國白酒行業的自動化進程。各大白酒企業不斷加大科技投入，實施智能釀造項目，行業內不斷出現各種先進技術、設備和設計理念，而麩曲設備和原料堆積自動化生產線在白酒行業中的應用正是白酒智能釀造的典型代表。目前，自動化生產線的主體圓盤制曲機已在白酒行業制曲和堆積工序取得了廣泛的應用。本文介紹圓盤制曲機的結構、自動化控制以及在白酒行業中的應用案例，為推動白酒產業轉型升級，實現白酒釀造生產的機械化、自動化、智能化、信息化提供參考。

1 圓盤制曲機的結構

1.1 圓盤結構

圓盤制曲機是集進料、調溫、調濕、新風、回風、強制排風、培養、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，由人工營造出最適合的培養條件。圓盤制曲機由外驅動的回轉圓盤、翻曲系統、進出料系統、測溫系統、通風空調系統、噴霧系統、清洗系統、隔溫外殼等組成（見圖1）。

1.2 結構特點

圓盤制曲機盤體制作精度高，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。翻曲機采用特殊結構的葉片，翻曲均勻徹底。絞龍葉片鏡面拋光，基本無粘料現象。室頂和側室設置蒸汽盤管保溫，有效地防止結露現象。室體內壁及室頂封不銹鋼板，全位置焊接達到無縫接口。

物料、風接觸部分全部采用SUS304 不銹鋼材質，衛生耐用。中心立柱為開放式設計，清洗徹底，維護方便、沒有死角。圓盤制曲機自帶烘干功能，利用預熱后的熱風對培養結束的物料進行烘干。圓盤制曲機可以根據用戶需要增加自動清洗裝置，清洗水加壓后經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，圓盤制曲機技術參數見表1。

圓盤制曲機封閉程度高，人工在曲室外操作極大地改善了作業環境，在制曲初期能有效地防止外界雜菌進入圓盤造成污染，出料時減少了粉塵飛揚，車間整潔干凈，達到了清潔生產要求。圓盤制成品曲酶活力高，有效地提高了原料利用率和產品質量。

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

2 圓盤制曲機的自動化控制

2.1 自動化控制

圓盤制曲機采用人機對話、智能化控制系統，可以實現工藝參數及設備集中監測和生產過程的自動控制。根據不同的物料輸入不同的控制參數，包括自動化的溫度、濕度、風量的調控。

圓盤制曲機個性化程度極高，制曲或堆積參數可根據廠家工藝需求進行修改并保存（多達10 套程序）。根據不同的用途、發酵管理等差異，有不同的管理方法，能夠按照各種料的特性、在適合的環境條件下進行培養。整個過程實現了無人化管理，無論是小批量還是大批量處理物料，從入料、培養、翻曲、出料均實現了機械化和自動化控制，物料在整個培養過程中始終處于全封閉的環境，只需通過視窗進行觀察，為培養過程提供了更穩定的環境。風量、風壓、溫度、濕度等要素均由程序自動控制并記錄，以達到產品的質量要求與能源的最有效利用。

表1 CM型圓盤制曲機技術參數

圓盤制曲機采用皮帶機自動均勻布料，避免了絞龍進料方式對熟料的擠壓，使所有熟料進圓盤更加蓬松，料面更加平整，有利于制曲或堆積過程。制曲風機、圓盤轉動驅動電機均采用變頻器控制，節能并自動化運行，清洗參數設置好以后直接進行自動高壓清洗。

2.2 控制特點

2.2.1 設計模塊化

程序設計時將設備功能分成若干可以獨立的單元（模塊），包括自動干燥、自動布料、自動翻曲、自動出料、自動清洗、工藝控制、設備的自我診斷、管理系統、遠程中控數據交換、設備安全等，并可根據需求進行相應的組合，從而降低設計風險，提高產品可靠性和設計質量，并可實現并行設計、開發、后續進行并行驗證。不同模塊的組合可以滿足不同用戶多樣化的需求，并可實現定制化。

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2.2.2 生產流程狀態化

設備狀態即設備在某一時間內所呈現的功能或現象的描述。每個狀態之間有著嚴格的邏輯關系，相互轉換關系有嚴格而明確的定義。圓盤目前的功能狀態有基本步驟、布料機連接、自動布料、布料機解除、無人化制曲或堆積、自動出料、自動清洗和烘干。生產流程狀態化的目的就是將設備復雜流程進行簡單化的描述。

2.2.3 設備數據信息化，與智能化中控或MES 系統結合

圓盤制曲機通過PLC 控制系統進行數據自動采集、傳輸和分析，中控系統采用科學、合理、先進、簡潔有效的網絡拓撲結構，符合當前工業自動化控制系統的發展趨勢，現場和中控室自動聯動控制，中控室具備工藝參數和生產過程的可視與可控、工藝參數異常報警、設備運行故障預警等功能，使生產工藝執行更加精準化與標準化（圖2）。

圓盤控制系統通過工業以太網與車間中控系統或MES 系統進行聯網，實現數據實時交換。優化后數據上傳至服務器進行分類保存、生成報表。借助中控系統和AI 算法進行大數據分析，指導后續生產流程和工藝的優化，挖掘生產數據更深層次的價值（見圖3）。

2.2.4 設備智能化

圓盤控制系統是智能釀造環節中的信息提供方，也是生產環節的實施者，更是車間智能化網絡中重要的生產決策環節。設備的自我診斷系統和專家系統賦予設備對自身狀態思考的能力，比如目前狀態是否正常、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 數據采樣分析的結果進行組合式PID控制，逐步提高圓盤工藝流程控制的準確度和自我適應學習能力。

3 圓盤制曲機在白酒行業中的應用

傳統的制曲過程是在通風曲池內培養，依靠人工進行轉料、接種、翻曲、出曲，人工測溫和加濕，存在勞動強度大、效率低、產能低、對制曲生產過程中控制能力差、容易感染雜菌等眾多問題。與傳統制曲方式類似，傳統的白酒原料堆積方式也存在著勞動強度大、能耗高、效率低、食品衛生等問題。而圓盤制曲機從進料、培養到出料，整個過程做到了全程機械化和自動化，克服了傳統制曲和堆積方式的缺陷，制曲和堆積質量更穩定，生產效率更高，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

景芝酒業利用圓盤制曲機進行芝麻香曲（白曲、酵母曲、細菌曲）的制備，其麩曲車間是目前國內規模最大的麩曲自動化生產車間。生產線由固態種曲、液態種曲、蒸煮滅菌、圓盤培養、物料風送、成曲儲存與配比等部分組成。與傳統制曲方式相比，制曲效率提高了5 倍，酵母數量翻了一番，白曲酶活力提高20%以上，實現了制曲清潔化生產，降低了勞動強度，改善了作業環境[2]。

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

洋河酒廠利用圓盤制曲機制備根霉曲和芝麻香曲（白曲、酵母曲、細菌曲），制曲質量穩定、指標良好，滿足了洋河調味酒的生產需要，制曲能耗和人工均有所下降，現場作業環境有了極大的改善。

洋河酒廠利用雙層圓盤制曲機進行高粱、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到了內控要求，物料感官品質良好，滿足了綿柔型酒生產的要求，能耗和人工較傳統方式也大大降低。由表3 可知，與傳統釀造分散式生產方式相比，圓盤集成生產方式實現了節能、降耗和高效生產，同等條件下圓盤集成方式生產比傳統方式生產耗水量降低了48.21 %，耗汽量降低了61.06%，而出酒率提高了3.89%，一級品率提高了0.68 %，優級品率提高了8.82 %，優質基酒質量比提高了8.06%。

利用圓盤制曲機在米香型酒廠進行大米原料的全自動堆積也取得了成功，指標和感官均符合米香型白酒生產的要求，同等產量下占地面積更小，操作更加簡潔。

白云邊酒業利用圓盤制曲機進行高粱堆積，與傳統堆積相比酒醅的水分含量、酸度、淀粉含量變化趨勢一致，酒醅中酵母菌數量優于傳統堆積，細菌數量變化趨勢一致，圓盤堆積和傳統堆積的全年出酒率分別為37.2%和36.4%，酒質相似[4]。

表3 綿柔型釀造車間圓盤堆積和傳統堆積的比較

4 總結與展望

圓盤制曲機具有操作方便、生產效率高、節能環保、安全衛生等優點，是以白酒傳統工藝技術為基礎進行開發的自動化設備，圓盤制曲機的應用是作為傳統釀造產業的白酒提升機械化水平、自動化水平、智能化水平和信息化水平的重要環節，也是傳統釀造產業加速轉型升級的有效工具。

智能釀造作為一種新型釀造模式，已經是白酒行業發展的必然要求和趨勢。隨著中國白酒智能制造聯盟的成立，越來越多的白酒企業開始聚焦在智能制造領域。如何在保持中國白酒傳統生產特點的基礎上，在制曲、堆積、發酵、蒸餾、勾兌等工序進行全自動化、智能化生產將會是各大白酒企業和釀酒裝備企業需要集中研究和迫切解決的問題?！爸袊拙?58 計劃”實施以來，白酒生產機械化、自動化和智能化進程已經取得了階段性的成果，在白酒生產工藝創新、品質提升、節能減排、食品衛生、產業升級等方面發揮了巨大的推動作用，相關應用案例也值得其他白酒廠家借鑒?？梢灶A見，越來越多的新技術和新裝備將會應用在白酒生產過程中，從而提高整個白酒行業的科技水平和競爭力。