1、DOI：10.13746/j.njkj.2022122作者简介：何宏魁（1983-），男，硕士，安徽亳州人，正高级工程师，主要从事酿造、微生物及相关酿酒工艺等创新研究以及科研规划管理等。智能化环控曲房的设计和应用研究何宏魁1，李安军1*，王冕2，曹润洁2，马金同2，余苗2，秦黎明2，刘洪涛3（1.安徽古井贡酒股份有限公司，安徽 亳州 236800；2.安徽瑞思威尔科技有限公司，安徽 亳州 236800；3.南京旗硕物联有限公司，江苏 南京 210000）摘要：地域气候差异和天气变化等环境因素均会影响大曲品质。目前传统的制曲方式多采用人工凭借个人经验控制大曲品质，受环境因素制约，导致大曲的品质不
2、稳定；大曲制作周期受气候制约，冬季面临停产等问题，限制大曲质量和产量提升。影响大曲发酵的曲房环境因素主要包括温度和湿度。本文针对古井中高温大曲生产工艺特点设计了一款能够自动调温、调湿的智能化环控曲房。智能化环控曲房可自动记录生产过程的关键工艺参数，实现大曲生产过程控制的追溯总结。智能化环控曲房制曲结果表明该系统制曲与传统制曲结果相比，能够克服冬季低温对制曲生产的不利影响，显著提升大曲的品质。关键词：中高温大曲；环控系统；自动化；智能化中图分类号：TS262.3；TS261.3文献标识码：A文章编号：1001-9286（2023）03-0079-05Design and Application
3、of Intelligent EnvironmentControl System for Daqu WorkshopHE Hongkui1,LI Anjun1,WANG Mian2,CAO Runjie2,MA Jintong2,YU Miao2,QIN Liming2and LIU Hongtao3(1.Gujing Gongjiu Co.Ltd.,Bozhou,Anhui 236800;2.Riswell Technology Co.Ltd.,Bozhou,Anhui 236800;3.Nanjing Clesun Technology Co.Ltd.,Nanjing,Jiangsu 21
4、0000,China)Abstract:Environmental factors such as regional climate differences and weather changes will affect the quality of Daqu.At present,the traditional way of making Daqu mainly relies on personal experience to control of the quality of Daqu,resulting in unstable quali-ty of Daqu.The productio
5、n cycle of Daqu is restricted by the climate,and faces problems such as suspension of production in winter,which limits the quality and output of Daqu.The environmental factors affecting the fermentation of Daqu mainly include tempera-ture and humidity.In this paper,according to the production proce
6、ss characteristics of the medium-high-temperature Daqu,an intelli-gent environment control system that can automatically adjust the temperature and humidity of the Daqu workshop is designed.Theintelligent environment control system can automatically record the key parameters of the production proces
7、s,and can realize the ret-rospective summary of the Daqu production process control.The experimental results show that the intelligent environment controlsystem can overcome the adverse effect of low temperature in winter and significantly improve the quality of Daqu.Key words:medium-high-temperatur
8、e Daqu;environment control system;automation;intelligence智能化环控系统在诸多领域均有广泛的应用，如农业方面基于环控系统建设的恒温大棚、育雏间等。目前已有智能化环控系统相关研究在酿酒行业开展，杨月轮1在对十里香智能化酿酒设备研究中发现，智能车间在降低劳动强度、节省劳动成本以及参数控制等方面优于传统的手工车间；李安军等2的研究得到，智能化制曲能通过计算机、手机等电子终端远程查看曲房的生产状况，实时掌控曲房生产过程；张曼等3为完善全机械化制曲工艺，对单双层大曲进行了质量对比分析。大曲对浓香型白酒发酵十分重要4。制曲生产也有环境控制方面的需求，
9、制曲生产是自然环境中的微生物接种到曲醅酿酒科技2023年第3期（总第345期）LIQUOR-MAKING SCIENCE&TECHNOLOGY2023 No.3(Tol.345)7979酿酒科技2023年第3期（总第345期）LIQUOR-MAKING SCIENCE&TECHNOLOGY2023 No.3(Tol.345)发酵的过程。曲房温度和湿度变化直接影响大曲曲块内微生物群落演替过程5，优质大曲的生产需严格执行制曲生产工艺，精准把控曲房温湿度。目前曲房温湿度主要依靠人工调节门窗、围盖草栅、洒水等传统方式调控，这种调控方式依赖于经验，不具备统一标准，相关试验表明在冬季环境温度较低时，采取传
10、统的保温措施大曲仍不能正常升温发酵。因此具备自动调节环境功能的曲房具有很大应用价值，能代替人工调控曲房环境节省人力投入，克服气候变化对制曲的影响使大曲的品质更加稳定。本研究基于曲房环控需要设计一套智能化环控曲房系统，通过智能化环控曲房系统的调控效果和制曲品质方面与传统曲房对比，获取智能化环控曲房在实际制曲生产中的各项参数，为后续酿酒智能化调控提供理论依据。1智能化曲房模型构建图1展现了曲房智能化曲房系统组成，智能化曲房控制系统采用四台超声波加湿器实现曲房湿度调节。曲房环境温度调控由空气能热泵对循环水加热或制冷，循环水再通过散热片对曲房内的温度进行调节。曲房内有温度、湿度、二氧化碳无线监测探头，
11、探头采集的信息上传至PLC系统实现环境参数的实时监测和自动化控制。1.1数据采集传感器的采样位点传感器测量准确是本实验的基础与前提。曲房环境采集传感器应满足以下三点需求：传感器的耐候性，所用传感器应满足高温、高湿、弱酸性的环境；空间测量点的位置选取，大曲培养房内，不同位置对应的环境参数有较大差别，大曲品温的测量点为曲堆立体对角线的 3 个测温点，包含了上部、中间和下部温度，曲房环境的温湿度测量点，选取距离曲块上部1 m的位置和墙壁距离地面1.5 m的位置，CO2测量点为距离地面0.5 m、1 m、1.5 m的位置；传统工艺标准的温度修正，受热空气上升、冷空气下降的影响，上中下采集的温度存在较大
12、的差异，系统可根据上中下采集的温度综合评定曲房环境温度。1.2环境调控执行器的选型设计环境调节控制执行器主要用于实现曲房温湿度的调节，执行器主要分为三部分。一是升降温装置。热源采用空气源热泵取暖，节能环保。室内采用传统经典暖气片散热。热泵空调也可以起到制冷的作用。二是加湿装置。基于超声波产生的高频振荡，雾化颗粒5 m，不会有水滴在曲块上。主要用于大曲培养的前3 d，可以每天定时定量加湿。三是自动开关窗通风设计。针对中高温大曲曲房的推拉窗结构，采用类似智能家居的推拉窗设计，实现实时开窗，开窗执行器具有过流、过载保护功能。与风机效果对比，由于风机的通风面积小于窗户，同样的换气量，风速快，风机风道附
13、近的曲块水分散失过快，无法挂衣，并且可能产生二次升温发酵现象。1.3软件系统设计软件系统构架（图3）先通过物联网采集系统获取大曲培养的温度、湿度、二氧化碳浓度等数据，经过若干大曲培养周期，可以得到数条曲线。采用大数据分析的手段，获取标准培曲环控曲线。步骤如下：一是采用数据标注，选取出房参数优良的批次图1智能化曲房系统组成图2智能化曲房培曲现场8080数据；二是拟合成一条或多条曲线，每条对应一种大曲类型（如：桃花曲、伏曲等等），如图4所示；三是下发培曲环控温湿度曲线到PLC控制系统当中，PLC控制系统获得标准培曲环控温度、湿度曲线，利用它自动进行调温调湿。1.4曲房环境控制策略设计浓香、酱香大曲
14、品温控制调温的需求：前缓、中挺、后缓落。在调控过程中，以温度调控为主，以湿度调控为辅，同时兼顾门窗开关，调节CO2浓度。调温的控制策略：升温是根据温差大小和温差变化率，减小门窗开度或者开启热泵空调取暖；降温是根据温差大小和温差变化率，关闭热泵空调取暖，增加门窗开度或者打开热泵空调制冷。调湿的控制策略：加湿是采用超声波加湿器启动加湿，通过开启时长控制加湿量；除湿是采用开窗自然通风方式。模糊智能控制策略：由于调温、调湿和调二氧化碳存在耦合现象，会发生联动变化。在设计控制算法的时候，参考生产经验，建立先进模糊控制模型，实现各个参数的联动控制。调温调湿新风控制规则库，兼容了经典PID控制与专家经验控制
15、策略，同时支持手动控制干预。2材料与方法2.1材料、试剂及仪器原料：小麦、高粱。试剂及耗材：氢氧化钠、碳酸钠、葡萄糖、可溶性淀粉、硫酸铜、酒石酸钠钾等，国药集团化学试剂(北京)有限公司。仪器设备：智能化环控曲房，南京旗硕物联科技有限公司；SPX-150B-Z生化培养箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；ME204E电子分析天平,梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；101型电热鼓风干燥箱，北京市永光明医疗仪器厂；SPX-150B-Z 生化培养箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；高压灭菌锅，上海申安医疗器械厂。2.2实验方法在12月份开展制曲生产试验，该时段
16、气温低，能够充分发挥智能化曲房环境调控性能。制曲试验对比曲房温度、大曲理化指标和感官，综合评定智能化曲房的制曲效果。大曲理化指标测定有水分、发酵力、糖化力、酸性蛋白酶活力。大曲感官评判，按照风格、外观、断面这几个参数。大曲的风格，要曲香扑鼻，味浓纯正，皮薄心熟，色正泡气；外观即大曲外表，色泽灰白色，上霉均匀，无裂口；断面即大曲折断面，有泡气，香味正，色泽正，皮张薄。大曲的理化指标，参照中国轻工行业标准QB/T 42577，检测大曲的水分、酸度、发酵力、糖化力，参照蛋白酶活性检测方法GB/T 235272009检测酸性蛋白酶活力8。3结果与分析3.1大曲温度对比分析图3软件系统架构图4拟合形成的标准曲线图5环境控制模糊控制原理框图何宏魁，李安军，王冕，曹润洁，马金同，余苗，秦黎明，刘洪涛 智能化环控曲房的设计和应用研究8181酿酒科技2023年第3期（总第345期）LIQUOR-MAKING SCIENCE&TECHNOLOGY2023 No.3(Tol.345)智能化曲房为试验房，在培曲过程中开启自动环控系统调节曲房温湿度。选取一间传统工艺曲房为对照房，通过围盖草栅和控制门窗调节温湿度
