畢業(yè)設(shè)計(jì)啤酒控制開(kāi)題報(bào)告_005(共8頁(yè))

1、PAGE 遼寧工業(yè)(gngy)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(b y sh j)（論文）開(kāi)題(ki t)報(bào)告 題目 基于PLC的啤酒發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電氣學(xué) 院（系） 測(cè)控技術(shù)與儀器 專(zhuān)業(yè) * 班學(xué)生姓名 * 學(xué) 號(hào) * * 指導(dǎo)教師 * * 開(kāi)題日期：20*年3 月 15日開(kāi) 題 報(bào) 告一、題目來(lái)源與意義 啤酒是世界上產(chǎn)量及消費(fèi)最大的一種酒，特別是北美及歐洲國(guó)家的總產(chǎn)量及人均消費(fèi)量均居世界前列，我國(guó)隨著改革開(kāi)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(chǎng)的寵兒，生產(chǎn)直線上升，進(jìn)入九十年代后產(chǎn)量逐年增加，目前已成為僅次于美國(guó)的世界第二大啤酒產(chǎn)銷(xiāo)國(guó)，令世界啤酒界人士刮目相看。但是我國(guó)人均啤酒

2、消費(fèi)水平只有8升，僅相當(dāng)于世界水平的1/3差距很大；近年來(lái)，雖然我國(guó)的啤酒裝備配套水平有很大提高，但與國(guó)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(guó)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。由于啤酒生產(chǎn)的工藝復(fù)雜，目前我國(guó)大多數(shù)啤酒生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)裝備落后，自動(dòng)化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。如何提高啤酒生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化水平，增強(qiáng)我國(guó)啤酒產(chǎn)業(yè)的綜合實(shí)力是一個(gè)很好的研究課題。啤酒發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)過(guò)程非常重要的環(huán)節(jié)，是決定啤酒質(zhì)量的最關(guān)鍵的一步，特別是對(duì)發(fā)酵過(guò)程中溫度、壓力的控制尤其重要，控制指標(biāo)的好壞將直接影響啤酒的質(zhì)量。早期，由于人們對(duì)發(fā)酵機(jī)理認(rèn)識(shí)

3、不深，再加上采用控制器的限制，對(duì)發(fā)酵采取自動(dòng)控制未能成功。隨著人們對(duì)發(fā)酵機(jī)理的逐步認(rèn)識(shí)，并隨著可靠性高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境器件的引用，對(duì)發(fā)酵采用自動(dòng)控制逐漸取得成功。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(guò)程的精密控制一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域較難解決的問(wèn)題之一。按啤酒發(fā)酵的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)周期一般在十五天左右，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，但目前國(guó)內(nèi)的不少生產(chǎn)廠家都是采用這種生產(chǎn)方式。隨著控制領(lǐng)域新技術(shù)、新方法的不斷涌現(xiàn)，這些問(wèn)題也在不斷地得到改進(jìn)。改進(jìn)啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程控制是釀造業(yè)技術(shù)

4、進(jìn)步的有效措施，它可以在不增加原材料及動(dòng)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(dòng)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(lè)觀，能產(chǎn)生較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能和預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)1.系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能 設(shè)計(jì)啤酒發(fā)酵的監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控啤酒發(fā)酵的過(guò)程，按條件完成溫度、時(shí)間的自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)顯示與通信和報(bào)警，設(shè)計(jì)硬件電路（包括控制器、傳感器、控制電路設(shè)計(jì)）和系統(tǒng)軟件（編寫(xiě)部分軟件）；并盡可能滿足低價(jià)位、實(shí)用型的要求。 （注）開(kāi)題報(bào)告要點(diǎn)：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文(lnwn)）題目的來(lái)源，理論或?qū)嶋H應(yīng)用意義。2、題目主

5、要內(nèi)容及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)。3、擬采用哪些方法及手段。4、完成題目所需要的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)條件。5、完成題目的工作計(jì)劃等。（開(kāi)題報(bào)告不夠(bgu)用時(shí)可另附同格式A4紙）1開(kāi) 題 報(bào) 告2.設(shè)計(jì)達(dá)到的性能指標(biāo)（1）該控制系統(tǒng)，能自動(dòng)完成溫度檢測(cè)，可控制溫度變化范圍在-112；所達(dá)到的溫度控制精度0.5； （2）確定控制系統(tǒng)的整體方案，必須要符合啤酒發(fā)酵的工藝要求；（3）選擇PLC型號(hào)及擴(kuò)展單元；（4）設(shè)計(jì)PLC的外部接線圖；（5）完成梯形圖設(shè)計(jì)和指令表的編寫(xiě)；三、控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)施的方法 啤酒生產(chǎn)（糖化、發(fā)酵工段）的控制水平基本上可以分為四個(gè)方案。 （1）完全手動(dòng)操作方式其主要特點(diǎn)是閥門(mén)為手動(dòng)

6、。對(duì)溫度、壓力、液位、流量、濁度、電導(dǎo)率等生產(chǎn)過(guò)程中的模擬量信號(hào)采用常規(guī)分散儀表進(jìn)行采集，然后集中或現(xiàn)場(chǎng)顯示，操作人員在現(xiàn)場(chǎng)或集中操作盤(pán)（柜）上控制主要設(shè)置啟停，閥門(mén)由工人到現(xiàn)場(chǎng)操作。這種方式下啤酒生產(chǎn)工藝參數(shù)得不到可靠執(zhí)行，一致性較差，啤酒質(zhì)量受人為因素影響較大，而且工人的操作勞動(dòng)強(qiáng)度很大，主要生產(chǎn)設(shè)備與裝置不能工作在較佳狀態(tài)，原材料利用率低，產(chǎn)品能耗大，不可能采用較復(fù)雜的先進(jìn)工藝生產(chǎn)啤酒，生產(chǎn)成本較高。 （2）半自動(dòng)控制方式（集中手動(dòng)控制方式）其主要特點(diǎn)為閥門(mén)多采用氣動(dòng)或電動(dòng)自動(dòng)閥門(mén)。采取諸如數(shù)據(jù)采集器等手段采集各種過(guò)程量進(jìn)入控制室，一般設(shè)有馬賽克模擬屏或上位機(jī)。在模擬屏或上位機(jī)上顯示各種

7、溫度、流量、壓力、液位等過(guò)程參數(shù)和電機(jī)、閥門(mén)的開(kāi)啟狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，操作人員根據(jù)顯示的參數(shù)和工藝參數(shù)對(duì)比，在模擬屏或操作臺(tái)上遙控閥門(mén)開(kāi)啟和電機(jī)啟停從而滿足工藝要求，生產(chǎn)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)由人工記錄。但由于需要操作工人的頻繁介入，其啤酒質(zhì)量和口味也有較大的波動(dòng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大。 （3）PC機(jī)+數(shù)據(jù)采集插卡方式以工業(yè)PC機(jī)加各種數(shù)據(jù)采集卡為代表，過(guò)程控制中的各種信號(hào)在外圍通過(guò)相應(yīng)的變送器送入插在工業(yè)PC機(jī)插槽中的數(shù)據(jù)采集卡，在PC機(jī)畫(huà)面上顯示各種生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)，同時(shí)控制閥門(mén)與泵、電機(jī)等設(shè)備的啟、停來(lái)滿足工藝生產(chǎn)要求，目前國(guó)內(nèi)不少啤酒廠發(fā)酵車(chē)間采用這種系統(tǒng)進(jìn)行控制。一定程度上解決了啤酒生產(chǎn)過(guò)程

8、控制問(wèn)題，但存在以下缺點(diǎn)：a系統(tǒng)可靠性差。b畫(huà)面呆板，缺乏一般工控組態(tài)軟件靈活的程序腳本控制功能，同時(shí)系統(tǒng)本身安全性差，難以建立有效的操作等級(jí)和權(quán)限制度。c系統(tǒng)的可擴(kuò)充性差。d由于外圍器件的漂移較大，系統(tǒng)控制精度受一年四季影響大，控制效果不理想。（4）分布式控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加先進(jìn)的控制算法對(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行自動(dòng)控制，主要特點(diǎn)是采用PLC作為下位機(jī)。目前有DCS（分布式控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)與FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)兩種。在這種控制方式中，下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)中控制單元一般采用PLC，其可靠性非常高（一般可連續(xù)可靠工作20年），性能穩(wěn)定，2開(kāi) 題 報(bào) 告上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)可兼容多種通

9、訊協(xié)議（如TCP/IP協(xié)議），和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，掛在局域以太子網(wǎng)上，便于信息集成管理，和功能拓展。但主要缺點(diǎn)是一次投入資金較大。目前啤酒工業(yè)總的技術(shù)特點(diǎn)是向設(shè)備大型化、自動(dòng)化、生產(chǎn)周期短，經(jīng)濟(jì)效益高的方向發(fā)展。近十年來(lái)，我國(guó)的啤酒工業(yè)得到了迅速發(fā)展，但是由于起步較晚，生產(chǎn)設(shè)備都比較落后，自動(dòng)化程度低，因而產(chǎn)品效率較低，產(chǎn)品質(zhì)量也不高，噸酒能耗較大，這都是我國(guó)啤酒工業(yè)急待解決的問(wèn)題。啤酒發(fā)酵對(duì)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(duì)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(lái)進(jìn)行模

10、擬和預(yù)測(cè)控制我國(guó)大部分啤酒生產(chǎn)廠家目前仍然采用常規(guī)儀表進(jìn)行控制，人工監(jiān)控各種參數(shù)，人為因素較多。這種人工控制方式很難保證生產(chǎn)工藝的正確執(zhí)行，導(dǎo)致啤酒質(zhì)量不穩(wěn)定，波動(dòng)性大且不利于擴(kuò)大再生產(chǎn)規(guī)模。為了達(dá)到系統(tǒng)性?xún)r(jià)比高、可靠、技術(shù)先進(jìn)，完全滿足啤酒生產(chǎn)發(fā)酵工藝的技術(shù)并兼顧實(shí)用的需求，我選擇分布式控制系統(tǒng)，通過(guò)PLC對(duì)發(fā)酵過(guò)程的溫度、壓力等系數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)啤酒發(fā)酵系統(tǒng)的監(jiān)控。根據(jù)控制方案確定總體框圖如下圖：顯示器控制模塊模擬量輸入模塊 PLC溫度變送器1電磁閥1溫度變送器2電磁閥2溫度變送器3電磁閥3壓力變送器壓力排氣閥液位變送器圖1 總體框圖四、實(shí)習(xí)調(diào)研1、查閱本專(zhuān)業(yè)的期刊，了解本專(zhuān)業(yè)前沿的先進(jìn)

11、技術(shù)，收集與啤酒發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)的技術(shù)資料，含一篇外文資料。2、調(diào)研對(duì)啤酒發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展情況。3、了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和工作原理。4、到工廠了解PLC等系列產(chǎn)品應(yīng)用概況。3開(kāi) 題 報(bào) 告五、完成題目的工作計(jì)劃 第1周 熟悉課題，查閱文獻(xiàn)資料，掌握國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)； 第2周 翻譯外文資料，確定設(shè)計(jì)方案； 第3周 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，開(kāi)題答辯； 第4周 畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)； 第5周 選擇PLC型號(hào)及擴(kuò)展單元； 第6周 確定輸入輸出點(diǎn)，地址分配； 第78周 選擇輸入輸出設(shè)備；設(shè)計(jì)PLC的外部接線圖； 第910周 畢業(yè)設(shè)計(jì)期中檢查； 第1112周 梯形圖設(shè)計(jì)， 第1314周 梯形圖設(shè)計(jì)； 第15周

12、 完成設(shè)計(jì)圖紙； 第16周 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，完成打印、裝訂； 第17周 制作幻燈片，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。4查閱資料、文獻(xiàn)目錄1 王文甫. 啤酒生產(chǎn)工藝M. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2011.2 劉剛. 錐形罐發(fā)酵溫控管理及自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 中國(guó)釀造, 2011, 5: P34-36.3 邱公偉. 可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用M. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2009.4 陽(yáng)憲惠. 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用M. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2011.5 廖常初. S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.6 陳在平, 趙相賓. 可編程序控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 北

13、京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.7 王孟效, 薛會(huì)建, 朱丹波. 自控系統(tǒng)PLC和儀表干擾的研究M. 電氣自動(dòng)化, 2011.8 王暢, 發(fā)酵過(guò)程溫度控制PID-P參數(shù)的模糊自校正J. 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2009, 17(3): 25-27.9 薛福珍, 龐國(guó)仲, 胡京華. 啤酒發(fā)酵溫度的多變量控制J. 自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2009, 28(1): 150-154.10 王念春. 自控系統(tǒng)在啤酒生產(chǎn)中應(yīng)用的現(xiàn)狀與展望J. 自動(dòng)化與儀表, 2011, 16(4): 9-11.11 董曉津, 王斌, 王孫安. 啤酒發(fā)酵過(guò)程自動(dòng)控制研究J. 機(jī)床與液壓, 2009, 184(4):

14、102-103.12 任繼領(lǐng), 龐健, 陳壽元. STD總線式計(jì)算機(jī)應(yīng)用與啤酒發(fā)酵過(guò)程N(yùn). 臨沂師范學(xué)院學(xué)報(bào). 2008, 22(3): 91-92.13 薛福珍, 龐國(guó)仲, 林盛榮. 啤酒發(fā)酵過(guò)程的建模仿真與控制N. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)報(bào). 2009, 31(4): 502-508.14 杜立強(qiáng), 韓兵欣, 劉利賢. 啤酒發(fā)酵過(guò)程的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制N. 河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào), 2011, 18(2): 40-43.15 Szewczyk R, Mainwaring A, Anderson J. An analysis of a large scale habit monitoring

15、applicationC. Baltimore, MD, USA: SenSys, 2009: 1 4-226.16 He T, Krishnamurthy S, Luo L, et a1. An integrated sensor network system surveillance J. ACM Transactions on Sensor Networks, 2009: 1-38.17 Z Y Zhao, M Tomizuka, S Isaka. Fuzzy gain scheduling of PID controllersJ. IEEE Trans. Syst., Man, Cybern. 1993, 23(5): 1392-1398.5指導(dǎo)教師意見(jiàn)：(對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的預(yù)測(cè))該生根據(jù)啤酒發(fā)酵的基本工作過(guò)程，提出了對(duì)啤酒發(fā)酵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課題。通過(guò)認(rèn)真調(diào)研、實(shí)習(xí)和查閱文獻(xiàn)資料