畢業(yè)設(shè)計(jì)啤酒控制開題報(bào)告-005

1、PAGE 遼寧工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(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） 測控技術(shù)與儀器 專業(yè) * 班學(xué)生姓名 * 學(xué) 號 * * 指導(dǎo)教師 * * 開題日期：20*年3 月 15日開 題 報(bào) 告一、題目來源與意義 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家的總產(chǎn)量及人均消費(fèi)量均居世界前列，我國隨著改革開放現(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，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的世界第二大啤酒產(chǎn)銷國，令世界啤酒界人士刮目相看。但是我國人均啤酒消費(fèi)水平只有8升，僅相當(dāng)于世界水平的1/3差

2、距很大；近年來，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。由于啤酒生產(chǎn)的工藝復(fù)雜，目前我國大多數(shù)啤酒生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)裝備落后，自動化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。如何提高啤酒生產(chǎn)的綜合自動化水平，增強(qiáng)我國啤酒產(chǎn)業(yè)的綜合實(shí)力是一個很好的研究課題。啤酒發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)過程非常重要的環(huán)節(jié)，是決定啤酒質(zhì)量的最關(guān)鍵的一步，特別是對發(fā)酵過程中溫度、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，由于人們對發(fā)酵機(jī)理認(rèn)識不深，再加上采用控制器的限制，對發(fā)酵采取自動

3、控制未能成功。隨著人們對發(fā)酵機(jī)理的逐步認(rèn)識，并隨著可靠性高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境器件的引用，對發(fā)酵采用自動控制逐漸取得成功。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。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

4、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。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)酵的過程，按條件完成溫度、時(shí)間的自動控制，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（編寫部分軟件）；并盡可能滿足低價(jià)位、實(shí)用型的要求。 （注）開題報(bào)告要點(diǎn)：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目的來源，理論或?qū)嶋H應(yīng)用意義。2、題目主要內(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

5、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。（開題報(bào)告不夠用時(shí)可另附同格式A4紙）1開 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)，能自動完成溫度檢測，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；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方案。 （1）完全手動操作方式其主要特點(diǎn)是閥門為手動。對溫度、壓力、液位、流量、濁度、電導(dǎo)率等生產(chǎn)過程中的模擬量信號采

6、用常規(guī)分散儀表進(jìn)行采集，然后集中或現(xiàn)場顯示，操作人員在現(xiàn)場或集中操作盤（柜）上控制主要設(shè)置啟停，閥門由工人到現(xiàn)場操作。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）半自動控制方式（集中手動控制方式）其主要特點(diǎn)為閥門多采用氣動或電動自動閥門。采取諸如數(shù)據(jù)采集器等手段采集各種過程量進(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)上顯示各種溫度、流量、壓力、液位等過程參數(shù)和電機(jī)、閥門的開啟狀態(tài)，對生產(chǎn)過程

7、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)對比，在模擬屏或操作臺上遙控閥門開啟和電機(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，工人勞動強(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，過程控制中的各種信號在外圍通過相應(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)畫面上顯示各種生產(chǎn)過程參數(shù)，同時(shí)控制閥門與泵、電機(jī)等設(shè)備的啟、停來滿足工藝生產(chǎn)要求，目前國內(nèi)不少啤酒廠發(fā)酵車間采用這種系統(tǒng)進(jìn)行控制。一定程度上解決了啤酒生產(chǎn)過程控制問題，但存在以下缺點(diǎn)：a系統(tǒng)可靠性差。b畫面呆板，缺乏一般工控

8、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)的控制算法對生產(chǎn)工序進(jìn)行自動控制，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 題 報(bào) 告上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)可兼容多種通訊協(xié)議（如TCP/IP協(xié)議），和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，掛在局域以太子網(wǎng)上，便

9、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、自動化、生產(chǎn)周期短，經(jīng)濟(jì)效益高的方向發(fā)展。近十年來，我國的啤酒工業(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，這都是我國啤酒工業(yè)急待解決的問題。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。由于每個發(fā)酵罐都存在個體的差異，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)測控制我國大部分啤酒生產(chǎn)廠家目前仍然采用常規(guī)儀表進(jìn)行控制，人

10、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)性價(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PLC對發(fā)酵過程的溫度、壓力等系數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對啤酒發(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 顯示器控制模塊模擬量輸入模塊 PLC溫度變送器1溫度變送器1電磁閥1溫度變送器2電磁閥1溫度變送器2電磁閥2溫度變送器3電磁閥2溫度變送器3電磁閥3電磁閥3壓力變送器壓力變送器壓力排氣閥液位變送器壓力排氣閥液位變送器圖1 總體框圖

11、四、實(shí)習(xí)調(diào)研1、查閱本專業(yè)的期刊，了解本專業(yè)前沿的先進(jìn)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)研對啤酒發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展情況。3、了解自動控制系統(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 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，掌握國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢； 第2周 翻譯外文資料，確定設(shè)計(jì)方案； 第3周 撰寫開題報(bào)告，開題答辯； 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

12、周 梯形圖設(shè)計(jì)， 第1314周 梯形圖設(shè)計(jì)； 第15周 完成設(shè)計(jì)圖紙； 第16周 編寫設(shè)計(jì)說明書，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: 中國輕工業(yè)出版社, 2011.2 劉剛. 錐形罐發(fā)酵溫控管理及自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 中國釀造, 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 陽憲惠. 現(xiàn)場總線技術(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

13、, 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. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.7 王孟效, 薛會建, 朱丹波. 自控系統(tǒng)PLC和儀表干擾的研究M. 電氣自動化, 2011.8 王暢, 發(fā)酵過程溫度控制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, 龐國仲, 胡京華. 啤酒發(fā)酵溫度的多變量控制J. 自動化學(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. 自動化與儀表, 2011, 16(4): 9-11.11 董曉津, 王斌, 王孫安. 啤酒發(fā)酵過程自動控

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