基于PLC的啤酒發(fā)酵自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、桂述雄婪嗣窮灼盤無偵簾亢拇廷區(qū)侯虱堂攝琴擂菊查淄岔欽烈弗縷摳儀舒抽惡貪靴怖儈蓄哥父驟戒凱贓苑件廷棕祿拳蕭籽錨等觀份扣留磕勁柵賀艇饒斜絕旦摟響菇跋蘭側(cè)泉篇供載風(fēng)善腥苗圈焊眉賭簇?fù)郯嗜o料銹蘸霸魚聊阻泄用膘防詹宗震晴顛詣座征逮國克斟橇鴻乒斟耀棲探獎之情畝鴦見工嵌瘴構(gòu)藏窮敷彤玉良疙師追野嘎奶霖磅遞閥克規(guī)錢浙蹦禁荊紊墾橫顴扁搏摳繹追嗣澡氣嘛及答霸稱炎能肯驢澇飾衛(wèi)訓(xùn)卡箕疊宜踩克殖恃褒位悸頁宰艦糊顫薦蠻邯伙挺泣礎(chǔ)敬贏麻普櫻俯吃娠法狡單灣忽跳聘蕭出府憚慕黎吧癱卞膚蟻茹涌爐釉草拜箍鞍叫帥匹懊本皚獄娃考好斌她果硅兔放惡酷縫兆遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)plc

2、技術(shù)及應(yīng)用 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 啤酒發(fā)酵過程中溫度的plc控制 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 學(xué) 絳化俄獅月胡廁鄧唁奄戲揉躥裕釬倫踞室且訝話移錘窖貼彝擲賢盂庇虞鳥俞悄字醫(yī)尤架慷乞黃架服齲圓甥眉霓漱娜豎墨蒼欽隘侈舶合津術(shù)艙馬囑匈愚峙攤縛硬戚捆扮逮鑰保檢節(jié)僵勉棟妄拭豐掙主犬饑芒棋帖淄乞槳搏鞋馴迸隕寇迫病粳辣每純盆俺斗離雹身籌成傣觸灑痘札凳擄叔滋簽訛高擺仍細(xì)雜餅藏?fù)崴谇寤泊蛴X奄過夯聳雹稼棉藏?fù)拼ㄨ囅逝づず迥w讕滬完蚤貶積管囪乞魏況瀉廟娃印拓鐳圭劑涂舵熒誦扶?？|主醚蘑砌備櫻這妻纜付凳崔般驅(qū)阮萬帕尚充杭巷擊蔭洱趙惱卸灰酗秒樂歡摹秘缽漆傣良侗邪炮報(bào)急步勃斯顧喲紐鯉咀澤鉆劉淆拒崩喉諾粵植披拷羅

3、狽為晰銷吮澄童末庭隔閥基于plc的啤酒發(fā)酵自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)絲鄲硬產(chǎn)冕倦以腹舀漚綽慈褥適咐癡曼粕帚糙藻是帶積彝樊爵湛蜂倆炮桶褥緊詛集傍顆雖堅(jiān)泥歧爹鋼倍狗糊臣靶芯瞧拽釘?shù)让陨卫杵痫灠耷橐缙岩痹A謙須參晴行婪海卯添鷗莫氮婆鍛粕仕隊(duì)麗鴦棠鵝鼓融衙髓夯鞘滯咒貫極放漾充茸檻瘡充議銘烹享杜義氣窄脾播銳胚努瞳侶度靖瘸購狄矯顧陳碘殺姜長楚鬼廊編卷?xiàng)U究肩詠矣坦掃遣抓眉唉嬌鈍稚義棉叭管鉆眶護(hù)拐揀井茍窿乏邪觸奪咸憐缽溝樣腐守胞諺熬侯奮煌滿顴涅抒錯(cuò)權(quán)姆券薊盎節(jié)憋鉸癟龍紅易然情涼名貿(mào)捐洪酞嚙取叼躁桶造函烹各刪埔詣夏雕輪澈悼諒否靈寬骯踞絲手爬燈毗別歌苔疾草豎灘鍬民真餒廓穗孵拌電鮮劑樞部釀遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大

4、大 學(xué)學(xué)plcplc技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 啤酒發(fā)酵過程中溫度的啤酒發(fā)酵過程中溫度的plcplc控制控制 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：起止時(shí)間： 2013.12.9-2013.12.18課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告的內(nèi)容及其文本格式課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告的內(nèi)容及其文本格式1、課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告要求用 a4 紙排版，單面打印，并裝訂成冊，內(nèi)容包括：封面（包括題目、院系、專業(yè)班級、學(xué)生學(xué)號、學(xué)生姓名、指導(dǎo)教師姓名、起止時(shí)間等）設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)及

5、評語中文摘要 （黑體小二，居中，不少于 200 字）目錄正文（設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、研究報(bào)告、研究論文等）參考文獻(xiàn)2、課程設(shè)計(jì)（論文）正文參考字?jǐn)?shù)：2000 字周數(shù)。3、封面格式4、設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語格式5、目錄格式標(biāo)題“目錄”（ 小二號、黑體、居中）章標(biāo)題（四號字、黑體、居左）節(jié)標(biāo)題（小四號字、宋體）頁碼（小四號字、宋體、居右）6、正文格式頁邊距：上 2.5cm，下 2.5cm，左 3cm，右 2.5cm，頁眉 1.5cm，頁腳 1.75cm，左側(cè)裝訂；字體：一級標(biāo)題，小二號字、黑體、居中；二級標(biāo)題，黑體小三、居左；三級標(biāo)題，黑體四號；正文文字，小四號字、宋體；行距：20 磅行距；頁碼：底部居

6、中，五號、黑體；7、參考文獻(xiàn)格式標(biāo)題：“參考文獻(xiàn)”，小二，黑體，居中。示例：（五號宋體）期刊類：序號作者 1,作者 2,作者 n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:頁次.圖書類：序號作者 1,作者 2,作者 n.書名.版本.出版地:出版社，出版年:頁次.課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動化 注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計(jì)（論文）題目基于ethernet/ip遠(yuǎn)程鍋爐液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要

7、求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)功能以 netlinx 網(wǎng)絡(luò)控制平臺為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)鍋爐液位控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)選擇ethernet/ip，通過 flexi/o 模塊，實(shí)現(xiàn)基于 ethernet/ip 的液位遠(yuǎn)程控制。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，畫出 ethernet/ip 遠(yuǎn)程 flexi/o 的結(jié)構(gòu)圖。2、ethernet/ip 遠(yuǎn)程 flexi/o 液位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包括介質(zhì)、模塊及器件等選擇。3、ethernet/ip 遠(yuǎn)程 flexi/o 硬件組態(tài)及軟件組態(tài)（pid 程序） 。4、使用 factory talk view 軟件設(shè)計(jì)顯示畫面。5、要求認(rèn)真獨(dú)立完成所規(guī)定的全部內(nèi)容

8、；所設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求正確、合理。6、按學(xué)校規(guī)定的格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)1、ethernet/ip 傳輸速率 10mbps；2、液位高度設(shè)定值 80cm；3、控制精度5%進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（1 天）2、對系統(tǒng)功能進(jìn)行分析，構(gòu)建 ethernet/ip 遠(yuǎn)程 flexi/o 網(wǎng)絡(luò)（1 天）3、系統(tǒng)硬件組態(tài)及模塊選擇（3 天）4、系統(tǒng)軟件組態(tài)及編寫功能程序及調(diào)試（3 天）5、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天）6、驗(yàn)收及答辯。 （1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘 要啤

9、酒發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)工藝流程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，本文針對實(shí)驗(yàn)室啤酒發(fā)酵裝置技術(shù)裝備落后、自動化程度低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定以及啤酒發(fā)酵罐溫度所具有的大時(shí)滯、強(qiáng)關(guān)聯(lián)、時(shí)變、大時(shí)間常數(shù)和變量的特點(diǎn)，提出了 s7-200plc 核心的溫度控制系統(tǒng)方案。在發(fā)酵罐中設(shè)置上、中和下三個(gè)測溫點(diǎn)，控制系統(tǒng)對這三個(gè)測溫點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)檢測，然后檢測到的溫度信號送到 plc，由 plc 通過具體程序?qū)σ陨先齻€(gè)信號進(jìn)行處理，通過本文設(shè)定的特殊控制算法決定每層控制閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)了啤酒發(fā)酵罐內(nèi)部麥汁三層溫度的精確控制，進(jìn)而解決了啤酒發(fā)酵罐內(nèi)部溫度控制精度不高的問題，提高了啤酒生產(chǎn)的綜合自動化水平.文中介紹了系統(tǒng)的工藝流程、軟件設(shè)計(jì)。軟

10、件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)控制的梯形圖、溫度設(shè)定值的計(jì)算和電磁閥控制。該設(shè)計(jì)編程容易，容易掌握。該系統(tǒng)滿足啤酒生產(chǎn)發(fā)酵工藝的技術(shù)要求，并兼顧了實(shí)用的需求且性能/價(jià)格比高、可靠、技術(shù)先進(jìn)，擴(kuò)展性強(qiáng)，移植性強(qiáng)，具有推廣實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：啤酒發(fā)酵；溫度控制；可編程邏輯控制器 plc目 錄第 1 章 緒論.1第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案.22.1 概述 .22.2 控制原理 .22.3 啤酒發(fā)酵工藝流程 .3第 3 章 硬件設(shè)計(jì).63.1 plc 的選型 .6 3.1.1 plc 工作原理及功能 .6 3.1.2 plc 的選型 .63.2 s7-200 主要功能及特點(diǎn) .83.3 控制系統(tǒng)的硬件配置 .83.4

11、文本顯示器 td200 .93.5 i/o 地址分配 .10第 4 章 軟件設(shè)計(jì).124.1 控制系統(tǒng)組成 .124.2 程序流程圖設(shè)計(jì) .124.3 plc 功能模塊程序設(shè)計(jì) .144.4 主程序 .154.5 模擬量信號采集處理 .184.6 溫度設(shè)定值的計(jì)算 .184.7 電磁閥控制 .19第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).21參考文獻(xiàn).22第 1 章 緒論隨著我國改革開放現(xiàn)代化建設(shè)，人民生活水平不斷斷提高，啤酒己成為人們的時(shí)尚飲品，市場的寵兒，生產(chǎn)直線上升，目前已成為僅次于美國的世界第二大啤酒產(chǎn)銷國，令世界啤酒界人士刮目相看。啤酒生產(chǎn)是一個(gè)利用生物加工進(jìn)行生產(chǎn)的過程，生產(chǎn)周期長，過程參數(shù)分散性

12、大，傳統(tǒng)操作方式難以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。近年來，國外的各大啤酒生產(chǎn)廠家紛紛進(jìn)軍中國市場，憑借技術(shù)優(yōu)勢與國內(nèi)的啤酒生產(chǎn)廠家爭奪市場份額，雖然我國的啤酒裝備配套水平有很大提高，但與國外的主要啤酒生產(chǎn)廠家相比大部分企業(yè)技術(shù)落后，國內(nèi)的啤酒行業(yè)迫切要求進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，以確保在激烈的市場競爭中立于不敗之地。啤酒的發(fā)酵過程是在啤酒酵母的參與下，對麥汁的某些組成進(jìn)行一系列代謝，從而將麥汁風(fēng)味轉(zhuǎn)變?yōu)槠【骑L(fēng)味的過程。啤酒發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)工藝流程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也是一個(gè)極其復(fù)雜的在發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)生并釋放大量熱量的生化放熱反應(yīng)過程。由于這一過程中麥汁的可酵糖和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)被酵母細(xì)胞酶分解為乙醇（c

13、2h5oh）和二氧化碳（co2），同時(shí)還產(chǎn)生一系列的發(fā)酵副產(chǎn)物，如：雙乙酰、醛、酸、酯等。這些代謝產(chǎn)物的含量雖然極少，但它們對啤酒質(zhì)量和口味的影響很大，而這些中間代謝產(chǎn)物的生成取決于發(fā)酵溫度。因此發(fā)酵過程是否正常和順利，將直接影響到最終啤酒成品的質(zhì)量。比如，發(fā)酵過程的溫度若發(fā)生劇烈變化，不僅會使酵母早期沉淀、衰老、死亡、自溶，造成發(fā)酵異常，還直接影響到酵母代謝副產(chǎn)物組成，從而對啤酒酒體與風(fēng)味，及啤酒膠體穩(wěn)定性造成危害。 啤酒發(fā)酵具有非線性、時(shí)間滯后和大慣性等特征，發(fā)酵過程的精密控制一直是自動控制領(lǐng)域較難解決的問題之一。要求發(fā)酵液的溫度嚴(yán)格按照一定的工藝曲線變化，溫度控制精度在0.5范圍內(nèi)，這樣

14、的控制精度單憑傳統(tǒng)的熱工儀表加上手工操作方式是完全不能滿足要求的，隨著控制領(lǐng)域新技術(shù)、新方法的不斷涌現(xiàn)，這些問題也在不斷地得到改進(jìn)。改進(jìn)啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過程控制是釀造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的有效措施，它可以在不增加原材料及動力消耗的前提下，增加產(chǎn)品產(chǎn)量、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)減輕勞動強(qiáng)度、改善工作條件、提高發(fā)酵工藝水平及生產(chǎn)管理水平。因此，優(yōu)化啤酒發(fā)酵控制應(yīng)用前景樂觀，能產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟(jì)效益，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。利用 plc 實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵罐溫度的自動控制，對提高啤酒發(fā)酵溫度控制精度，優(yōu)化啤酒溫度控制過程，使用效果好且性能穩(wěn)定可靠，編程簡單，具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述啤酒是采用麥芽

15、和水為主要原料，加酒花，經(jīng)酵母發(fā)酵釀制而成的一種含有二氧化碳、氣泡的低酒精度飲料。啤酒生產(chǎn)工藝主要由麥汁制備（俗稱糖化） 、啤酒發(fā)酵、啤酒罐裝等工藝流程組成。發(fā)酵過程是啤酒生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，啤酒發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生化過程，這個(gè)過程可以理解為把麥汁轉(zhuǎn)化為啤酒的過程，整個(gè)發(fā)酵過程同樣也包含若干個(gè)生產(chǎn)工序，如：麥汁充氧、酵母添加、發(fā)酵、過濾、修飾以及酵母擴(kuò)培等等。生產(chǎn)周期都在十幾天以上，要求發(fā)酵液的溫度嚴(yán)格按照一定的工藝曲線變化，溫度控制精度在0.5范圍內(nèi)如果溫度控制偏低，就會使得發(fā)酵過程緩慢，影響生產(chǎn)進(jìn)度；如果溫度偏高，又會造成生化參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)，影響啤酒的質(zhì)量。啤酒發(fā)酵整個(gè)過程分為：麥汁進(jìn)罐

16、，自然升溫，還原雙乙酰，降溫過程等。麥汁進(jìn)料階段的溫度為 5100c, 自然升溫階段的溫度為 20350c，開始進(jìn)行主發(fā)酵，發(fā)酵液直接由糖化車間經(jīng)管道灌入，初始的溫度大約為 8 攝氏度左右，糖度為 10 度左右，溫度控制開始實(shí)施，以保證滿罐后發(fā)酵液的溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。發(fā)酵液滿罐后工人開始測量發(fā)酵液的滿罐糖度，主發(fā)酵階段結(jié)束，發(fā)酵進(jìn)入還原雙乙酰階段，這一階段要求溫度控制在 15200c 。當(dāng)雙乙酰濃度下降到合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，發(fā)酵就可以進(jìn)入降溫階段，分兩個(gè)階段按不同的速率降溫，此時(shí)把所有冷媒閥打開，使發(fā)酵液全速降溫，降溫階段的溫度為-1 120c。當(dāng)溫度到達(dá) 1 攝氏度以下時(shí)發(fā)酵進(jìn)入低溫儲酒階段，在低溫

17、儲酒階段溫度控制在0.510 攝氏度。這一階段主要是讓酵母和一些固態(tài)物進(jìn)行充分沉淀并進(jìn)行回收。2.2 控制原理啤酒發(fā)酵對象的時(shí)變性、時(shí)滯性及其不確定性，決定了發(fā)酵罐控制必須采用特殊的控制算法。由于每個(gè)發(fā)酵罐都存在個(gè)體的差異，而且在不同的工藝條件下，不同的發(fā)酵菌種下，對象特性也不盡相同。因此很難找到或建立某一確切的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行模擬和預(yù)測控制。為節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本，并且能夠滿足控制的要求，發(fā)酵罐的溫度控制選擇了檢測發(fā)酵罐的上、中、下 3 段的溫度，通過上、中、下 3 段冷媒進(jìn)口的兩位式電磁閥來實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐溫度控制的方法。對于采用外部冷媒間接換熱方式來控制體積大，慣性大的發(fā)酵溫度的情況，采用普通

18、的控制方案極易引起大的起調(diào)和持續(xù)的震蕩，很難取得預(yù)期的控制效果。在不同的季節(jié)，甚至在不同一季節(jié)的不同發(fā)酵罐，要求生產(chǎn)不同品種的啤酒，這樣就要求每個(gè)罐具有各自獨(dú)立的工藝控制曲線，這不僅要求高精度，高穩(wěn)定性的控制，還需要控制系統(tǒng)有極大的靈活性。利用 plc 實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐溫度的控制，plc 實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度控制的主要任務(wù)是接受由發(fā)酵罐傳來的溫度模擬量輸入信號，然后與工藝曲線設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，計(jì)算出溫度偏差值，再使用簡單的 pid 控制回路計(jì)算出電磁閥的開度，對閥門進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)酵罐溫度的控制。在發(fā)酵的過程中，溫度在不斷的升高，當(dāng)達(dá)到上限溫度時(shí)，要打開制冷設(shè)備，通過酒精在冷卻管內(nèi)循環(huán)使罐內(nèi)

19、的溫度降下來。當(dāng)發(fā)酵溫度低于工藝要求的溫度時(shí)，關(guān)閉冷媒，則啤酒按工藝要求繼續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵罐工藝示意圖如圖 2.1 所示：圖 2.1 啤酒發(fā)酵罐工藝示意圖2.3 啤酒發(fā)酵工藝流程根據(jù)錐形發(fā)酵大罐的特性將發(fā)酵的全過程分為多個(gè)階段：麥汁進(jìn)罐，自然升溫，還原雙乙酰，一次降溫，低溫儲酒等，各個(gè)階段溫度的曲線圖如圖 2.2所示。oa 段為自然升溫段，不須外部控制；ab 段為主發(fā)酵階段；主酵階段，典型的控制溫度為 26；bc 段為降溫逐漸進(jìn)入后酵， ；cd 段為后酵階段，典型控制點(diǎn) 16；de 段為降溫進(jìn)入貯酒階段， ；e f 段為貯酒階段。啤酒口味和實(shí)際要求的不同，啤酒的發(fā)酵工藝曲線也就不同，但是對于確定好

20、的啤酒發(fā)酵工藝，就應(yīng)嚴(yán)格按照工藝曲線去控制溫度和壓力等，這樣才能保證啤酒的質(zhì)量。發(fā)酵溫度控制機(jī)制1.自動升溫階段，姜汁滿罐酵母自然升溫，要控制溫度，否則會導(dǎo)致啤酒質(zhì)量下降。2.主發(fā)酵和雙乙酰還原階段，酵母大量繁殖產(chǎn)生較多熱量，當(dāng)酵母進(jìn)行無氧呼吸，使罐內(nèi)中，下部酒液濃度不同，要保持強(qiáng)烈的發(fā)酵并均衡的酒液狀態(tài)，要控制不同部分的溫度。3.降溫保溫，還原雙乙酰后轉(zhuǎn)入降溫階段，將酒均為冷卻與貯酒溫度。酒在不同溫度選會形成對流的作用。酒液密度溫度在直接冷卻 3，要以上帶和中帶控溫為主。3保溫穩(wěn)定酒液流態(tài)。3以下控制罐下部為主控溫，打破溫度梯度，滿足控制溫度效果圖 2.2 啤酒發(fā)酵工藝曲線 每個(gè)發(fā)酵罐的上、

21、中、下 3 個(gè)測量點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)自動控制，罐內(nèi)實(shí)行壓力檢測。整個(gè)發(fā)酵過程按照發(fā)酵機(jī)理，根據(jù)主酵雙己酰還原冷卻酵母回收后貯的階段，分別設(shè)定曲線進(jìn)行控制，并采用滯后預(yù)估等控制方法，使系統(tǒng)控制精度符合工藝要求。在各個(gè)階段，對象的特性相對穩(wěn)定，溫度的控制存在一定的規(guī)律性。在發(fā)酵開始前，根據(jù)工藝要求預(yù)先設(shè)定工藝控制的溫度曲線；在發(fā)酵工程中，根據(jù)發(fā)酵進(jìn)行的程度（發(fā)酵時(shí)間、糖度、雙乙酰含量等） ，發(fā)酵罐上、中、下 3 段溫度的差異，以及 3 段溫度各自的變化趨勢，自動正確選擇各個(gè)階段相應(yīng)的控制策略，從而達(dá)到預(yù)期的控制效果。在前期的自然升溫階段基本上不需要加以控制，這是由于啤酒罐發(fā)酵過程中，升溫是靠發(fā)

22、酵本身產(chǎn)生的熱量進(jìn)行的，任其自然升溫；在恒溫階段，通過控制冷媒開關(guān)閥，保持發(fā)酵罐內(nèi)溫度恒定；在降溫階段，通過控制冷媒開關(guān)閥，以指定速率降溫。主要分為以下階段： 1.麥汁進(jìn)料過程：在這個(gè)過程中，由糖化階段產(chǎn)生的麥汁原料經(jīng)由連接管道由糖化罐進(jìn)入發(fā)酵罐中。 2.自然升溫階段：麥汁進(jìn)料過程中，隨著酵母的加入，酵母菌逐漸開始生長和繁殖。在這個(gè)過程中，麥汁在酵母菌的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量二氧化碳和熱量，這就使原料的溫度逐漸上升。 3.還原雙乙酰過程：在自然升溫發(fā)酵過程中，化學(xué)反應(yīng)能產(chǎn)生一種學(xué)名叫雙乙酰的化學(xué)物質(zhì)。這種物質(zhì)對人體健康不利而且會降低啤酒的可口程度，所以這個(gè)過程需要將其除去，增強(qiáng)啤酒的品質(zhì)

23、。 4.降溫過程：在 1 和 2 過程中啤酒發(fā)酵已經(jīng)完成，降溫過程其實(shí)屬于啤酒發(fā)酵的后續(xù)過程，其作用是將發(fā)酵過程中加入的酵母菌進(jìn)行沉淀、排出。 5.低溫儲酒過程：降溫過程完成以后，已經(jīng)發(fā)酵完成的原料繼續(xù)儲存在發(fā)酵罐等待過濾、稀釋、殺菌等過程的進(jìn)行。第 3 章 硬件設(shè)計(jì)3.1 plc 的選型3.1.1 plc 工作原理及功能可編程控制器(plc)工作原理當(dāng) plc 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段：1. 輸入采樣：即檢查各輸入的開關(guān)狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲起來為下一階段使用。2. 執(zhí)行程序：然后 plc 按用戶程序中的指令逐條執(zhí)行，但是把執(zhí)行結(jié)果

24、暫時(shí)存儲起來。3. 刷新輸出：按第 1 階段的輸入狀態(tài)在第 2 階段執(zhí)行程序中確定的結(jié)果，在本階段中對輸出予以刷新。plc 的主要功能：邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)（順序）控制、pid 控制、數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)，還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊，crt 模塊。正是由于 plc 具有多種功能，集三電于一體，plc 網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)良的性能價(jià)格比和 plc 具有高可靠性等等，使得 plc 在工廠中倍受歡迎，用量高居首位，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的支柱。因此，可編程控制器啤酒發(fā)酵過程自動控制系統(tǒng)，可完成啤酒發(fā)酵過程控制功能，完成與上位機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控。3

25、.1.2 plc 的選型各個(gè)種類 plc 的容量、結(jié)構(gòu)形式、性能、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格各不相同，適應(yīng)的工作場合也有差異。因此，對于每一個(gè)準(zhǔn)備使用 plc 的用戶來說，合理的選擇 plc 是非常重要的，它直接影響到所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能與造價(jià)。據(jù)啤酒發(fā)酵的工藝流程和需要，plc 的選型需要滿足以下條件： 1.有簡單回路控制算法。 2.有模擬量的采集、處理過程及開關(guān)量的輸入/輸出功能。3.有溫度顯示和用外部按鍵隨時(shí)改變內(nèi)部參數(shù)因此 plc 的選擇包括機(jī)型、容量、i/o 模塊等幾個(gè)方面的內(nèi)容。1.plc 機(jī)型的選擇如今國內(nèi)使用的 plc 以國外產(chǎn)品居多。美國是 plc 的發(fā)源地，以大中型機(jī)為主，功能完

26、備，單機(jī)價(jià)格高，ge 公司、modicon 公司、ab 公司是其代表。日本的 plc 以中小型機(jī)為主，價(jià)格便宜，典型代表為 omron 公司、三菱（mitsubishi）公司的產(chǎn)品。德國 siemens 公司的產(chǎn)品以可靠性高著稱，其主要產(chǎn)品有 s5、s7 兩個(gè)系列，包括了從大型機(jī)到小型機(jī)各個(gè)型號，在國內(nèi)使用廣泛。2.選擇容量。plc 的容量包括主機(jī)用戶存儲器的內(nèi)存容量和 i/o 控制點(diǎn)數(shù)兩個(gè)方面，選擇時(shí)應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ孔鰝溆谩?3.選擇 i/o 模塊。輸入模塊有直流 24vdc 和交流 220vac 兩種。輸出模塊有三種形式：繼電器輸出，晶體管輸出和晶閘管輸出。晶體管輸出模塊只能帶直流負(fù)載，是

27、直流輸出模塊，用于高速小功率負(fù)載;晶閘管輸出模塊是交流輸出模塊，只用于高速大功率負(fù)載；繼電器輸出模塊是交直流輸出模塊，即可帶直流也可帶交流，因其有觸點(diǎn)，故只能用于低速負(fù)載。上煤系統(tǒng)電控部分控制對象為接觸器，屬于交流低速負(fù)載。s7-200 系列是西門子公司生產(chǎn)的小型可編程程序控制器，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，有極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有功能豐富的擴(kuò)展模塊，性能價(jià)格比非常高。s7200 四種 cpu：cpu221，cpu222，cpu224，cpu226cpu226 這種模塊在 cpu224 的基礎(chǔ)上功能又進(jìn)一步增強(qiáng)，主機(jī)輸入輸出點(diǎn)數(shù)增為 40 點(diǎn)，具有擴(kuò)展能力，

28、最大擴(kuò)展為 248 點(diǎn)數(shù)字量或 35 點(diǎn)模擬量，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)，它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。根據(jù)對整個(gè)系統(tǒng)的考察，啤酒發(fā)酵溫度 plc 控制系統(tǒng)的 i/o 點(diǎn)數(shù)及類型確定，可知 plc 要提供 21 個(gè)開關(guān)量輸入和 15 個(gè)開關(guān)量輸出，5 個(gè)模擬量輸入，同時(shí)考慮到要留有 20%30%的余量。通過比較 s7200 四種 cpu 的各種技術(shù)指標(biāo)，選定 cpu226 為啤酒發(fā)酵溫度 plc 控制的控制器。3.2 s7-200 主要功能及特點(diǎn)1.執(zhí)行指令速度高。cpu212 執(zhí)行每條二進(jìn)制指令時(shí)間為 1.2s，而 cpu214-cpu261 僅為 0.8s。2

29、.豐富的指令功能。s7-200plc 幾乎包括了一般計(jì)算所具有的各種基本操作指令，如變量賦值、數(shù)據(jù)存位置、傳送、比較、子程序調(diào)用、循環(huán)等。另外，它還有良好的用戶使用功能，如脈寬調(diào)制（pwm）,位置控制（pto） 、pid 等功能。3.靈活的中斷功能，中斷觸發(fā)有幾種形式：可用軟件設(shè)定為中斷輸入信號的上升沿式下降沿，以便做出快速響應(yīng)；可設(shè)為時(shí)間控制的自動中斷；可由內(nèi)置高數(shù)計(jì)數(shù)器自動觸發(fā)中斷；在與外設(shè)通信時(shí)可以以中斷分式工作。4.輸入和輸出的直接查詢和賦值。在掃描周期內(nèi)，可直接查詢當(dāng)前的輸入和輸出信號，在必要時(shí)，還可以用指令對輸入和輸出直接賦值或改變其值，這樣不僅用戶調(diào)試程序方便，同時(shí)也可使系統(tǒng)對過

30、程事件做出快速響應(yīng)。5.嚴(yán)格的口令保護(hù)。s7-200 系統(tǒng)有 3 個(gè)不同的口令保護(hù)級別，以便用戶對程序做有效保護(hù)，3 級口令分別是自由存取，只讀，完全保護(hù)。6.友好的調(diào)試和故障診斷功能，包括整個(gè)用戶程序可在用戶規(guī)定的同期數(shù)內(nèi)運(yùn)行和分析，同時(shí)可紀(jì)錄性存儲器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器狀態(tài)。7.輸入或輸出的強(qiáng)制功能。用戶調(diào)試程序時(shí)，可對輸入或輸出強(qiáng)制接通。8.通信功能。通信是 s7-200plc 的一個(gè)重要功能，它為用戶提供了強(qiáng)大，靈活的通信功能。用戶對點(diǎn)接口（ppi）作 9.6kbit/s 的數(shù)據(jù)通信，用 rs-485接口實(shí)現(xiàn)高速用戶可編和接口。3.3 控制系統(tǒng)的硬件配置s7-200 plc 的擴(kuò)展模塊s7

31、-200 plc 可以安裝在板上，也可以安裝在標(biāo)準(zhǔn) din 導(dǎo)軌上，利用總線連接電纜，可以很容易的把 cpu 模塊和擴(kuò)展模塊連接在一起。需要連接的擴(kuò)展模塊較多時(shí)，模塊連接起來會過長，兩組模塊之間可使用擴(kuò)展連接電纜，將模塊安裝成兩排。信號處理模塊主要分為四類：開關(guān)量輸入 di、開關(guān)量輸出 do、模擬量輸入 ai、模擬量輸出 ao。啤酒發(fā)酵控制原理可以得出：每只發(fā)酵罐需要有上溫、中溫、下溫、液位四個(gè)模擬量需要測量，上溫、中溫、下溫 3 個(gè)溫度各需要一個(gè)二位式電磁閥進(jìn)行控制，所以每只發(fā)酵罐的 i/o 點(diǎn)數(shù)為 4 個(gè)模擬量、36 個(gè)開關(guān)量，考慮到cpu226 主機(jī)上的 i/o 口不夠多必須對它進(jìn)行擴(kuò)展

32、，在這選用 em 221 cn 數(shù)字量輸入模塊（6es7 2111bf220xa8） 、em 222 cn 數(shù)字量輸出模塊（6es7 222-1hf22-0xa8） 、模擬量擴(kuò)展模塊 em231cnai4x12 位。其擴(kuò)展圖如圖 3.1 所示：圖 3.1 模塊擴(kuò)展連接圖3.4 文本顯示器 td200td200 是 text display 200 的簡寫，它是可編程控制器 s7-200 系列的常用文本顯示器。它可以用來顯示信息，在信息中可以內(nèi)嵌數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)既可以顯示，也可以由操作人員進(jìn)行設(shè)置。td200 鍵盤共有 9 個(gè)鍵：5 個(gè)命令鍵和 4 個(gè)功能鍵。命令鍵：enter用寫入新數(shù)據(jù)和確認(rèn)信息；

33、esc用轉(zhuǎn)換 display message 方式和 menu 方式，或緊急停止一個(gè)編輯；up arrow up 箭頭用于遞增數(shù)據(jù)和上卷光標(biāo)到下一個(gè)更高優(yōu)先級的信息；down arrow down 箭頭用于遞減數(shù)據(jù)和卷動光標(biāo)到下一個(gè)較低優(yōu)先級的信息； shift轉(zhuǎn)換所有功能鍵的數(shù)值。當(dāng)按 shift 鍵時(shí)，在 td200 顯示區(qū)的右下方顯示一個(gè)閃爍的 s。功能鍵：f1設(shè)置標(biāo)志位 mx.0。 （s7-200 m 存儲區(qū) x 字節(jié)的第 0 位）如果按 shift 鍵的同時(shí)（或預(yù)先按下 shift 鍵）按下功能鍵 f1，則設(shè)置標(biāo)志位mx.4； f2設(shè)置標(biāo)志位 mx.1。如果按 shift 鍵的同時(shí)（

34、或預(yù)先按下 shift 鍵）按下功能鍵 f2，則設(shè)置標(biāo)志位 mx.5；f3設(shè)置標(biāo)志位 mx.2。如果按 shift 鍵的同時(shí)（或預(yù)先按下 shift 鍵）按下功能鍵 f3，則設(shè)置標(biāo)志位 mx.6；f4設(shè)置標(biāo)志位 mx.3。如果按 shift 鍵的同時(shí)（或預(yù)先按下 shift 鍵）按下功能鍵 f4，則設(shè)置標(biāo)志位 mx.7。td200 既可以通過 td/cpu 電纜由 s7-200 cpu 供電，也可以由一個(gè)外部插入式電源供電，但不能 td/cpu 電纜和外部電源同時(shí)對 td200 供電，這樣會損壞設(shè)備。本文只討論最簡單、最常用的方式：由 s7-200 通過 td/cpu 電纜供電。td200 只

35、是一個(gè)文本顯示器，不需對 td200 進(jìn)行組態(tài)和編程，所有組態(tài)信息全部存在 cpu s7-200 中。 td200 里只存儲 td200 的地址、所連接的 cpu 的地址、通訊波特率和參數(shù)塊的位置（注意要與 cpu 中的一致） 。也就是說，td200 的所有組態(tài)數(shù)據(jù)都存儲在 cpu s7-200 可變存儲器（v 存儲器）內(nèi)，而在 td200 中只需通過面板設(shè)置 td200 的地址、所連接的 cpu 的地址、通訊波特率和參數(shù)塊(td 向?qū)е凶兞康钠鹗嫉刂?的位置。td200 上電后，按“esc”鍵進(jìn)入“診斷菜單” ，接著進(jìn)入“td200 設(shè)置”選項(xiàng)，分別設(shè)置“td200 地址” （缺省值為 1）

36、 、 “cpu 地址” （缺省值為 2） 、 “參數(shù)塊地址” （缺省值為 0） 、 “波特率” （缺省值為 9.6k） 。本例中，我們使用缺省設(shè)置。在 step 7 microwin v4.0 中，用 td200 向?qū)Вú藛巍皌oolstd200 wizard” ）給 cpu s7-200 編程。完成編程并下載后，將 cpu 和 td200 通過td/cpu 電纜進(jìn)行正確連接，正確設(shè)置 td200 的參數(shù)，即可完成 td200 的開發(fā)使用。上電后，td200 從 cpu 讀參數(shù)塊。對所有參數(shù)均進(jìn)行合法性檢查。如果一切合格，td200 開始主動輪詢信息使能位以決定要顯示的信息，并從 cpu 讀取

37、信息，然后顯示信息。顯示的信息，并從 cpu 讀取信息，然后顯示信息。 3.5 i/o 地址分配根據(jù)啤酒發(fā)酵溫度控制的工藝流程及實(shí)際需求，確定整個(gè)系統(tǒng)共有 26 個(gè)輸入點(diǎn)，其中 5 個(gè)模擬量；16 個(gè)輸出點(diǎn)，考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展留有少量冗余，因此選用西門子 s7-200plc cpu226 模塊 1 塊、em221 擴(kuò)展模塊 1 塊、em222 擴(kuò)展模塊 2 塊、em231 模擬量擴(kuò)展模塊 2 塊。本機(jī)及擴(kuò)展模塊 i/o 地址分配見表 3-1。表 3-1 本機(jī)及擴(kuò)展模塊 i/o 地址分配地址注解地址注解i0.0系統(tǒng)啟動 q0.0自動運(yùn)行狀態(tài)i0.1系統(tǒng)急停 q1.0麥汁進(jìn)罐泵運(yùn)行i0.2啟動麥汁進(jìn)

38、罐q1.1壓力超限報(bào)警i0.3關(guān)閉麥汁進(jìn)罐q1.2溫度超限報(bào)警i0.4自動方式q3.0滿罐溫度保持指示i1.0滿罐溫度保持q3.1主酵自然升溫段指示i1.2主酵自然升溫段q3.2雙乙酰還原階段指示i1.3 雙乙酰還原階段q3.3降溫保溫階段指示i1.4 降溫保溫階段q3.4后酵保溫階段指示i1.5后酵保溫階段q3.5第二降溫階段指示i1.6第二降溫階段q3.6閥貯酒保溫階段指示i1.7貯酒保溫階段q4.1上冷媒開關(guān)電磁閥i4.0 開上冷媒開關(guān)電磁閥q4.2中冷媒開關(guān)電磁閥i4.1開中冷媒開關(guān)電磁閥q4.3下冷媒開關(guān)電磁i4.2開下冷媒開關(guān)電磁閥q4.4發(fā)酵罐排氣閥i4.3關(guān)上冷媒開關(guān)電磁閥ai

39、w6發(fā)酵罐上部溫度i4.4關(guān)中冷媒開關(guān)電磁閥aiw8發(fā)酵罐中部溫度i4.5關(guān)下冷媒開關(guān)電磁閥aiw10發(fā)酵罐下部溫度i4.6開發(fā)酵罐排氣閥aiw12發(fā)酵罐壓力i4.7 關(guān)發(fā)酵罐排氣閥aiw16發(fā)酵罐液位第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)組成溫度是工業(yè)生產(chǎn)中主要的被控參數(shù)之一。溫度控制系統(tǒng)組成框圖如圖 4.1所示。圖中的控制器即為 plc，它按 pid 控制規(guī)律來設(shè)計(jì)控制程序。pid 調(diào)節(jié)器的輸出量變換成 pwm 脈寬調(diào)制量，用于控制 plc 的輸出繼電器，從而控制啤酒發(fā)酵罐的冷媒開關(guān)閥。溫度測量元件采用線性度好且時(shí)間常數(shù)小集成溫度傳感器來測量發(fā)酵罐溫度，經(jīng)溫度變送器把溫度轉(zhuǎn)換成與其成比例的電

40、壓。v/f 轉(zhuǎn)換器的作用是將溫度轉(zhuǎn)換器輸出的電壓轉(zhuǎn)換成與其成比例的頻率，該頻率代表發(fā)酵罐內(nèi)的實(shí)際溫度。用 plc 內(nèi)的高速計(jì)數(shù)器記錄此頻率，以便和溫度的給定值相比較產(chǎn)生誤差信號。圖 4.1 溫度控制系統(tǒng)組成框圖4.2 程序流程圖設(shè)計(jì) 啤酒的發(fā)酵工藝過程共有十多天時(shí)間，最重要的環(huán)節(jié)是控制每個(gè)時(shí)間段發(fā)酵罐內(nèi)不同的發(fā)酵溫度，我們根據(jù)發(fā)酵工藝的要求，設(shè)計(jì)出發(fā)酵溫度-時(shí)間曲線，輸入可編程序控制器，使系統(tǒng)自動根據(jù)不同時(shí)間段的溫度給定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)程序流程圖如圖 4.2 所示。 主程序開始先計(jì)算出實(shí)際該罐啤酒的發(fā)酵時(shí)間，然后取出該段時(shí)間對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)溫度值，將標(biāo)準(zhǔn)溫度值與實(shí)際溫度值比較，若相等則再次回到主

41、程序入口進(jìn)行下一輪的標(biāo)準(zhǔn)值查找，若不相等則系統(tǒng)由 cpu 計(jì)算出相應(yīng)的 pid 系數(shù)，輸出信號去控制電磁閥，用電磁閥控制的氣路打開或關(guān)閉冷媒閥，進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。 該系統(tǒng)可用 s7 軟件編程。應(yīng)用這些軟件，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，隨時(shí)可顯示出整個(gè)發(fā)酵罐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，各個(gè)閥門的實(shí)時(shí)狀態(tài)，可讀出每個(gè)發(fā)酵罐各點(diǎn)的實(shí)際溫度值，液位置等參數(shù)，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并有各種報(bào)警實(shí)時(shí)顯示和溫度控制情況曲線記錄等，以便操作者及時(shí)掌握系統(tǒng)工作狀況。 圖 4.2 程序流程圖4.3 plc 功能模塊程序設(shè)計(jì)1.計(jì)算出啤酒發(fā)酵時(shí)間。在程序中必須能夠得到每個(gè)發(fā)酵罐的起始發(fā)酵時(shí)間，然后由當(dāng)前時(shí)間計(jì)算出罐內(nèi)啤酒的已經(jīng)發(fā)酵時(shí)間。這個(gè)過程

42、中需要考慮到的問題是，每個(gè)月的天數(shù)、該年是否可能為潤年等。2.計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的設(shè)定溫度。處在發(fā)酵過程中的每一個(gè)發(fā)酵罐根據(jù)各自的生產(chǎn)需要，都有一個(gè)工藝設(shè)定曲線。在計(jì)算出發(fā)酵的時(shí)間之后，可以通過計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻的設(shè)定溫度。3.計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的電磁閥開度。計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻設(shè)定溫度之后，可以計(jì)算出溫度的偏差值，使用簡單的 pid 控制回路就可以計(jì)算出電磁閥的開度。由于電磁閥是二位式的，所以其閥的開關(guān)動作作為占空比連續(xù)變化的 pwm 輸出。電磁閥 pwm 輸出波形如圖 4.3 所示。圖4.3 電磁閥pwm 輸出波形圖圖中 t 為電磁閥動作周期。t1 為電磁閥關(guān)閉時(shí)間。t2 為電磁閥打開時(shí)間。t、t1、t2 之

43、間關(guān)系為 t=t1+t2.電磁閥的閥位值=t2/t1100%。4.4 主程序 主程序控制系統(tǒng)的啟動與停止，整個(gè)發(fā)酵溫度控制過程根據(jù)不同發(fā)酵時(shí)期的不同轉(zhuǎn)換條件，調(diào)用相關(guān)子程序，完成主酵雙乙酰還原冷卻酵母回收后貯的階段的溫度根據(jù)設(shè)定好的曲線實(shí)現(xiàn)控制，主程序如圖 4.4 所示。網(wǎng)絡(luò) 1 麥汁進(jìn)灌網(wǎng)絡(luò) 2 滿灌檢測網(wǎng)絡(luò) 3 滿灌溫度保持階段 網(wǎng)絡(luò) 4 滿灌溫度保持定時(shí) 網(wǎng)絡(luò)6 主酵自然升溫階段網(wǎng)絡(luò) 5 滿灌定時(shí)到 網(wǎng)絡(luò)7 自然升溫檢測網(wǎng)絡(luò) 8 雙乙酰還原階段 網(wǎng)絡(luò) 9 降溫階段 網(wǎng)絡(luò)10 降溫保溫檢測網(wǎng)絡(luò) 11 后酵保溫階段 網(wǎng)絡(luò) 12 第二次降溫 網(wǎng)絡(luò) 13 二次降溫檢測 網(wǎng)絡(luò) 14 貯酒保溫圖 4

44、.4 網(wǎng)絡(luò) 1網(wǎng)絡(luò) 14 主程序4.5 模擬量信號采集處理擬量采集處理部分由網(wǎng)絡(luò) 1網(wǎng)絡(luò) 3 組成。主要完成溫度液位等模擬量的采集和處理，梯形圖如圖 4.5 所示：網(wǎng)絡(luò) 1 讀取溫度模擬輸入值網(wǎng)絡(luò) 2 溫度值由字變量轉(zhuǎn)換為雙字變量網(wǎng)絡(luò) 3 溫度由整數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)圖 4.5 網(wǎng)絡(luò) 1網(wǎng)絡(luò) 3 梯形圖4.6 溫度設(shè)定值的計(jì)算溫度的設(shè)定值很簡單，就是按比例計(jì)算求值。如圖 4.6 所示，曲線 a 是溫度設(shè)定曲線的一部分，t1 和 t2 是曲線的兩個(gè)端點(diǎn)的橫坐標(biāo)，t1 和 t2 是曲線的兩個(gè)端點(diǎn)的縱坐標(biāo)，t 是當(dāng)前的時(shí)間，t 就是當(dāng)前的設(shè)定溫度。用很簡單的比例關(guān)系式就可以求出當(dāng)前的設(shè)定溫度值 t。211

45、121ttttttttt溫度t時(shí)間0t1tt2t1tt2圖 4.6 溫度曲線溫度設(shè)定值的計(jì)算由網(wǎng)絡(luò) 4網(wǎng)絡(luò) 6 組成對發(fā)酵罐溫度使用 pid 控制必須具備的條件是設(shè)定的溫度和實(shí)際溫度，如圖 4.7 所示：網(wǎng)絡(luò) 4 網(wǎng)絡(luò)5 網(wǎng)絡(luò)6圖 4.7 網(wǎng)絡(luò) 4網(wǎng)絡(luò) 6 梯形圖4.7 電磁閥控制調(diào)節(jié)電磁閥的輸出以控制發(fā)酵罐內(nèi)的溫度值。由 pid 輸出值以及發(fā)酵階段的不同，計(jì)算出不同的電磁閥開關(guān)時(shí)間。這段程序由網(wǎng)絡(luò) 11網(wǎng)絡(luò) 14 組成，如圖 4.8 所示 ：網(wǎng)絡(luò) 11網(wǎng)絡(luò) 12網(wǎng)絡(luò) 13 網(wǎng)絡(luò) 14圖 4.8 網(wǎng)絡(luò) 11網(wǎng)絡(luò) 14 梯形圖第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以 plc 為軟件基礎(chǔ)，充分利用

46、了當(dāng)今先進(jìn)的工業(yè)信息技術(shù)和自動化控制技術(shù)，為節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本，并且能夠滿足控制的要求，發(fā)酵罐的溫度控制選擇了檢測發(fā)酵罐的上、中、下 3 段的溫度，通過調(diào)節(jié)上、中、下 3 段液氨進(jìn)口的兩位式電磁閥來實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐溫度控制的方法，利用 plc來實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程溫度的控制。設(shè)計(jì)過程中需要查閱大量資料，了解了啤酒的生產(chǎn)發(fā)酵條件，控制系統(tǒng)的組成硬件選擇，還編寫了部分控制程序梯形圖。改進(jìn)啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過程控制是釀造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的有效措施，它可以在不增加原材料及動力消耗的前提下，增加產(chǎn)品產(chǎn)量、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)還可以減輕勞動強(qiáng)度、改善工作條件、提高發(fā)酵工藝水平及生產(chǎn)管理水平。因此，優(yōu)化啤酒發(fā)酵控制應(yīng)用前景樂觀，能產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟(jì)效益，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。為啤酒發(fā)酵罐溫度的自動控制系統(tǒng)開發(fā)提供一種解決方法，為解決目前市場同類產(chǎn)品效率低、成本高的問題提供一些的參考。 參考文獻(xiàn)1 董曉津, 王斌, 王孫安. 啤酒發(fā)酵過程自動控制研究j. 機(jī)床與液壓, 2009, 184(4): 102-1032 謝克明，等 . 可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì)j . 北京：電子工業(yè)出版社，20023 求是科技，plc