一种用于啤酒生产的CO2除沫控制方法与流程

本发明涉及工业自动化控制领域，具体涉及一种用于啤酒生产的co2除沫控制方法。

背景技术：

1、在啤酒等高密度发酵过程中，传统co2除沫控制系统依赖于电导或电容式探头检测泡沫高度，通过控制阀的开启和关闭co2气流进行破除泡沫。

2、然而，现有技术方案存在被忽略的缺陷：当co2气流冲击泡沫层时，co2气流可能引发泡沫层弹性压缩而不是实质性破裂，泡沫因弹性压缩使除沫探头误判为泡沫已被消除，触发控制阀关闭动作，随后，泡沫会因弹性势能迅速回弹，再次触发除沫探头，导致co2除沫控制系统陷入高频误触振荡现象，这种伪消泡现象不仅降低除沫效率，还加剧设备磨损与能源消耗，影响发酵稳定性；当前高密度、固体、气体、清洁发酵技术装备等食品、酒、饮料及茶生产专用设备制造领域普遍对泡沫响应特性的分析不足，仅依赖单一阈值控制难以应对复杂多变的发酵环境。

3、现有技术缺乏识别连续除沫周期的泡沫压缩与回弹的规律，无法有效区分泡沫层是否被真实消除，导致co2控制阀控制决策滞后且容易陷入恶性循环。

4、为此，本发明提供一种用于啤酒生产的co2除沫控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在提供一种用于啤酒生产的co2除沫控制方法，以解决上述背景问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于啤酒生产的co2除沫控制方法，包括：

3、同步采集除沫探头与控制阀的电平信号，识别除沫探头是否接触泡沫，以及控制阀开启或关闭事件，并进行动态双时分析生成动态描述子；

4、设定滑动时间窗口采集历史除沫周期的动态描述子构建响应趋势序列，提取压缩变化关系与回弹变化关系，识别当前除沫周期的泡沫消除效果，并计算状态因子；

5、若泡沫消除效果差，获取相邻控制阀开启间隔结合状态因子，判断当前除沫周期是否陷入高频误触振荡；若陷入高频误触振荡，则记录振荡深度；

6、依据当前除沫周期的振荡深度计算最短维持时长，实施振荡强制除沫操作并执行除沫控制逻辑；若振荡强制除沫操作执行完毕，计算下一个除沫周期的状态因子，分析高频误触振荡是否已被清除。

7、进一步地，进行动态双时分析生成动态描述子的过程为：

8、同步采集除沫探头与控制阀的电平信号，并进行响应时滞计算得到压缩响应时间和回弹恢复时间；

9、将压缩响应时间和回弹恢复时间组合成动态描述子。

10、进一步地，进行响应时滞计算的过程为：

11、获取除沫探头的电平信号由高电平首次转变为低电平的采样时刻作为压缩脱离时刻，并以压缩脱离时刻为起点搜索，除沫探头从低电平首次转变为高电平的采样时刻作为回弹接触时刻；

12、控制阀的电平信号从低电平首次转变为高电平所对应的采样时刻作为控制阀开启事件的压缩起始时刻，并以压缩起始时刻为起点搜索，控制阀从高电平首次转变为低电平所对应的采样时刻作为控制阀关闭事件的回弹起始时刻；

13、将压缩脱离时刻与控制阀开启事件的压缩起始时刻进行差值计算，得到压缩响应时间；

14、将回弹接触时刻与控制阀关闭事件的回弹起始时刻进行差值计算，得到回弹恢复时间。

15、进一步地，识别当前除沫周期的泡沫消除效果的过程为：

16、获取滑动时间窗口内的动态描述子进行整理得到响应趋势序列，并进行外推偏差分析得到压缩响应缩短量和回弹恢复缩短量；

17、若压缩响应缩短量大于零且回弹恢复缩短量大于零时，则判定当前除沫周期的泡沫消除效果差。

18、进一步地，进行外推偏差分析的过程为：

19、获取响应趋势序列的压缩响应趋势斜率和回弹恢复趋势斜率，以及当前除沫周期实际测得的压缩响应时间与回弹恢复时间；

20、将响应趋势序列中最后一个除沫周期对应的压缩响应时间结合压缩响应趋势斜率通过线性外推关系计算得到预期压缩响应时间；回弹恢复时间结合弹恢复趋势斜率通过线性外推关系计算得到预期回弹恢复时间；

21、将预期压缩响应时间与实际压缩响应时间进行差值处理，得到压缩响应缩短量；将预期回弹恢复时间与实际回弹恢复时间进行差值处理，得到回弹恢复缩短量。

22、进一步地，计算状态因子的过程为：

23、将压缩响应缩短量与回弹恢复缩短量进行乘积处理，得到响应恢复量；将预期压缩响应时间与预期回弹恢复时间进行乘积处理，得到压缩回弹积；计算响应恢复量与压缩回弹积的比值，得到状态因子。

24、进一步地，判断当前除沫周期是否陷入高频误触振荡的过程为：

25、获取滑动时间窗口中每一个除沫周期的压缩脱离时刻与回弹接触时刻，进行差值处理得到单次循环时间；

26、将滑动时间窗口的每一个除沫周期的单次循环时间进行算术平均处理得到预期除沫最短时间；

27、若当前除沫周期的状态因子大于零，并且相邻控制阀开启间隔小于或等于预期除沫最短时间，则判定当前除沫周期已陷入高频误触振荡并记录振荡深度。

28、进一步地，记录振荡深度的过程为：

29、若判定当前除沫周期陷入高频误触振荡，且上一个除沫周期未陷入高频误触振荡，则将振荡深度赋值为一；

30、若判定当前除沫周期陷入高频误触振荡，且上一个除沫周期同样陷入高频误触振荡，则将振荡深度更新为上一个除沫周期的振荡深度加一。

31、进一步地，执行除沫控制逻辑的过程为：

32、将判定当前除沫周期陷入高频误触振荡对应的采样点标记为起始采样点，以起始采样点为起点，沿时间轴正向延伸最短维持时长对应的时间长度，得到强制维持时点；

33、在最短维持时长内执行振荡强制除沫，若采样点未到达强制维持时点，则无论除沫探头的电平信号是否从高电平向低电平跳变，均不执行关闭控制阀的动作；

34、若采样点到达强制维持时点，则检测当前除沫探头的电平信号，若为低电平，则执行关闭控制阀的动作；若为高电平，则不执行关闭控制阀的动作，直至除沫探头的电平信号从高电平转变为低电平时执行关闭控制阀的动作。

35、进一步地，判断高频误触振荡是否被清除的过程为：

36、计算振荡强制除沫的过程后的下一个除沫周期的状态因子，若下一个除沫周期的状态因子等于零，则表示高频误触振荡已被清除；

37、若下一个除沫周期的状态因子大于零，则在下一个除沫周期重复振荡消除流程，直至状态因子等于零。

38、本发明的有益效果如下：

39、1.本发明通过采集除沫探头与控制阀的电平信号，除沫探头是否接触泡沫，以及控制阀开启或关闭事件，并进行动态双时分析生成动态描述子；能够解决常规co2除沫控制无法区分泡沫是否为破裂或是因co2气流压缩造成的伪消泡现象，可以避免除沫探头脱离泡沫后立即关闭控制阀的误判；设定滑动时间窗口采集历史除沫周期的动态描述子构建响应趋势序列，提取压缩变化关系与回弹变化关系，识别当前除沫周期的泡沫消除效果，并计算状态因子；能够实时感知泡沫层因co2气流压缩导致的泡沫回弹程度，进而评估伪消泡现象的严重程度，识别当前除沫动作是否为有效的co2吹除，还是已开始陷入无效的弹性扰动循环。

40、2.若泡沫消除效果差，获取相邻控制阀开启间隔结合状态因子，判断当前除沫周期是否陷入高频误触振荡；若陷入高频误触振荡，则记录振荡深度；能够识别当前除沫周期是否进入因弹性压缩回弹引起的高频误触振荡，可以有效解决传统控制阀控制逻辑将频繁的反复触发误认为多次正常除沫、导致co2被大量浪费且泡沫始终无法清除的问题；为后续强制干预提供依据；依据当前除沫周期的振荡深度计算最短维持时长，实施振荡强制除沫操作并执行除沫控制逻辑；若振荡强制除沫操作执行完毕，计算下一个除沫周期的状态因子，判断高频误触振荡是否被清除；能够根据控制阀开启的最短维持时长，强制开启控制阀，利用状态因子确定泡沫消除效果并适时恢复co2控制阀常规控制逻辑，显著提高了除沫实质效果。