基于PLC的啤酒发酵自动控制系统设计djze.docx

《基于PLC的啤酒发酵自动控制系统设计djze.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的啤酒发酵自动控制系统设计djze.docx（91页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、广州大学学松田学学院毕业论文文（设计计）题目_基于于PLCC的啤酒发发酵自动动控制系系统设计计_基于PLLC啤酒酒发酵自自动控制制系统设设计摘要：啤啤酒发酵酵是啤酒酒生产中中最重要要的一道道工序，是是决定啤啤酒质量量的最关关键的一一步。啤啤酒的发发酵是把把糖化的的姜汁分分解成乙乙醇，由由于发酵酵时间长长，过程程机理复复杂，影影响发酵酵因素很很多，对对发酵过过程缺乏乏精确的的数学模模型。从从原料到到发酵过过程，如如何控制制好温度度，压力力，让发发酵满总总生产工工艺曲线线，决定定了啤酒酒的生产产质量和和生产效效率，发发酵过程程是啤酒酒生产过过程中的的重要环环节，发发酵控制制系统的的任务就就是将发发

2、酵酒液液的实际际温度控控制在和和标准发发酵曲线线相差有有限的误误差范围围内。过去的啤啤酒发酵酵过程，啤啤酒发酵酵罐多为为人工现现场操作作调节，手手工记录录。但随随着啤酒酒产量的的不断增增加，所所需发酵酵罐也会会增多，给给生产啤啤酒带来来极大的的不便，造造成生产产质量的的稳定，如如何提高高啤酒生生产的综综合自动动化水平平，增强强啤酒产产业实力力成为一一个好的的研究课课题。为止，本本文通过过对啤酒酒生产发发酵过程程的工艺艺及关键键问题的的分析，基基于PLLC设计计啤酒生生产过程程中啤酒酒发酵自自动控制制系统。关键词：PLCC 啤酒酒发酵 温度控控制Baseed oon tthe dessignn

3、off PLLC aautoomattic conntrool ssysttem of beeer ffermmenttatiionAbsttracct:BBeerr feermeentaatioon iis oone of thee moost impporttantt prroceedurre iin bbeerr prroduuctiion, iss thhe mmostt crruciial steep iin ddeteermiininng tthe quaalitty oof bbeerr. BBeerr feermeentaatioon iis tthe breeakddownn

4、 off saacchhariificattionn giingeer iintoo etthannol, duue tto tthe lonng ffermmenttatiion timme, thee prroceess mecchannismm iss coompllex, maany facctorrs iinflluenncinng tthe ferrmenntattionn, tthe ferrmenntattionn prroceess is a llackk off acccurratee maatheematticaal mmodeel. Froom rraw matteri

5、ial to thee feermeentaatioon pproccesss, hhow to conntrool tthe temmperratuure, prresssuree, aand makke ffulll off thhe ttotaal ffermmenttatiion tecchnoologgy ccurvve, dettermminees tthe prooducctioon qquallityy annd pprodducttionn effficcienncy of beeer, thee feermeentaatioon pproccesss iss thhe ii

6、mpoortaant linnk iin tthe proocesss oof bbeerr prroduuctiion, feermeentaatioon cconttroll syysteem oof tthe tassk iis tto cconttroll thhe ffermmenttatiion liqquidd off acctuaal ttempperaaturre ffermmenttatiion andd sttanddardd cuurvee iss liimitted witthinn thhe eerroor rrangge.The beeer ffermmentta

7、tiion, beeer ferrmenntattionn taank forr arrtifficiial fieeld opeerattionn addjusstmeent, maanuaal rrecoord. Buut aas tthe inccreaase of beeer pprodducttionn, tthe ferrmenntattionn taank willl bbe nneedded to inccreaase, prroduucedd beeer to briing hugge iincoonveenieencee caauseed bby tthe staablee

8、 quualiity of prooducctioon, howw too immproove thee coomprreheensiive auttomaatioon lleveel oof bbeerr prroduuctiion, sttrenngthhen thee beeer inddusttry to beccomee a goood rreseearcch ttopiic.So ffar, thhis artticlle tthrooughh too thhe ffermmenttatiion proocesss oof bbeerr prroduuctiion proocess

9、s aand thee annalyysiss off thhe kkey proobleems of beeer pprodducttionn inn thhe pproccesss off beeer ferrmenntattionn baasedd onn PLLC ddesiign of auttomaaticc coontrrol sysstemm.Keywwordds: beeer ffermmenttatiion temmperratuure conntrool bby PPLC目录1绪论111.1课课题的背背景11.2国国内啤酒酒生产过过程控制制概况221.3啤啤酒生产产过程自

10、自动控制制的作用用和意义义32啤酒发发酵32.1啤啤酒发酵酵概述332.2啤啤酒发酵酵的具体体过程332.3啤啤酒发酵酵设备442.4啤啤酒发酵酵工艺曲曲线53啤酒发发酵自控控系统PPLC选选型和配配置63.1PPLC选选型63.2 S7-2000主要功功能及特特点83.3文文本显示示器TDD2000103.4电电磁阀PPWM1103.5 PIDD控制的的原理和和特点1103.6 PLLC其他他资源配配置1114啤酒发发酵自控控系统PPLC程程序1004.1设设计思路路104.2 系统硬硬件配置置134.2.1 CCPU的的选型1134.2.2 模模拟量扩扩展模块块134.2.4 控控制系统统

11、硬件配配置1444.2.5其他他资源配配置1554.3 啤酒发发酵温度度PLCC控制系系统的II/O分分配1664.3.1 II/O地地址分配配164.4 编程软软件的介介绍1884.4.1 指指令系统统184.5程程序流程程图1884.6 PLCC功能模模块程序序设计2214.6.1 主主程序2224.6.2 主主酵自然然升温段段程序2224.6.3 温温度控制制程序2224.6.4模拟拟量信号号采集处处理2334.6.5发酵酵状态处处理2554.6.6温度度设定值值的计算算294.6.7 PPID回回路计算算314.6.8电磁磁阀控制制334.6.9软件件调试334结论344主要参考考文献

12、335致谢355附录366461绪 论论1.1课课题的背背景啤酒是一一种低浓浓度的饮饮料，也也是富含含营养价价值的食食品，每1000g中中仅有酒酒精35g，一一般不超超过8gg。它有有特殊的的酒精花花清香味味和适口口的苦味味，并有有较高的的营养成成分即有有较高的的发热量量。啤酒是世世界上产产量以及消费费最大的的一种酒酒，啤酒酒市场非非常巨大大，世界界啤酒的的未来充充满希望望，欧洲啤啤酒市场场和美国啤啤酒市场场，随着着人均消消费量增增长，啤啤酒消费费量增长长显著，居居世界前前列。作作为世界界最大且且增速最最快的啤啤酒，饮饮料生产产消费大大国之一一，中国国已日趋趋成为最最具吸引引力市场场。未来来五

13、年中中国啤酒酒将保持持平稳持持续增长长的态势势。同时时啤酒工工业是我我国食品品工业中中一个重重要的产产业，随随着国家家经济的的发展和和人民生生活的改改善，喝喝啤酒变变成一种种时尚，我我们国家家人均啤啤酒消费费较世界界水平少少，这也也透出了了我国啤啤酒市场场浓浓的的商机。我我国内生生产啤酒酒的企业业数以百百计，但但与国外外的主要要啤酒生生产厂家家相比，大大部分企企业的技技术相对对落后，国的啤酒生产工业前存在许多不尽如人意的地方。由于啤酒生产的工艺复杂，目前我国大多数啤酒生产企业装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。大部分处于手动控制阶段，只有极少数企业实现半自动化，国内的啤酒行业迫切要求进行技

14、术改造，提高生产率，保证产品质量，以确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。如何提高高啤酒生生产的综综合自动动化水平平，增强强我国啤啤酒产业业的综合合实力是是一个很很好的研研究课题题。啤酒酒酿造过过程是这这样的：糖化，麦麦汁充氧氧，添加加酵母，发发酵，降降温，倒倒罐，贮贮酒。而而我要做做的就是是其中发发酵的一一部分，啤酒发酵也是一个复杂的过程，啤酒生产过程中发酵是一道关键工序，除生产工艺水平外，生产工序控制指标的好坏将直接影响啤酒的质量。啤酒发酵酵是啤酒酒生产中中最重要要的一道道工序，是是决定啤啤酒质量量的最关关键的一一步。啤啤酒的发发酵过程程能实现现自动化化后，工工人的劳劳动强度度将大大大地减小

15、小，同时时啤酒的的质量与与生产都都有望升升上一个个新的台台阶，企企业通过过技术改改造增加加了市场场竞争。另另一方面面，不少少化工生生产过程程都具有有相似性性，因此此我们研研制的这这一套控控制系统统性价比比高，以以后还可可以推广广到其他他很多化化工厂生生产的场场合。应应用前景景乐观，能能产生较较大的社社会经济济效益，能能应用新新技术，新新材料，新新设备改改进生产产工艺，提提高生产产效率。发酵过程是啤酒生产过程中的重要环节，发酵控制系统的任务就是将发酵酒液的实际温度控制在和标准发酵曲线相差有限的误差范围内。其中前发酵是啤酒发酵的主要过程，在这个过程中，酵母完成了增殖，厌氧发酵及其沉淀回收等。这个过

16、程消耗了大部分可发酵性糖和可同化性氮等麦汁成分，排出的发酵代谢产物即啤酒的主要组成。而后发酵就是对主发酵的残糖继续发酵，达到要求的发酵度，排除氧气，增加酒精中的CO2的溶解量。促进发酵液成熟，改善口味，促进啤酒自然澄清，使其具有良好的稳定性。啤酒发酵酵罐内部部温度的的精确控控制，进进而解决决了啤酒酒发酵罐罐内部温温度控制制精度不不高的问问题，提提高了啤啤酒生产产的综合合自动化化水平，使啤酒生产集控制与数据管理于一身，能够适应当前现代化生产的需要。1.2国国内啤酒酒生产过过程控制制概况我国啤酒酒的产量量逐步发发展，产产品质量量达较高高水平，品品种也赶赶上去，这这就要求求国内啤啤酒生产产发酵过过程

17、控制制和更新新生产设设备能否否满足市市场的需需求。引进国外外控制技技术。北京华尔尔森啤酒酒厂从捷捷克全套套引进生生产设备备；北京京华都啤啤酒厂从从丹麦引引进生产产设备；上海华华光啤酒酒厂从瑞瑞士引进进生产设设备等。引引进设备备的最大大特点是是自动化化水平比比较高，从从而能严严格满足足啤酒生生产工艺艺的要求求，因此此产量较较高，质质量较稳稳定。2.根据据国情自自行研究究的技术术19933年国家家轻工业业部自动动化研究究所研制制的“PW-40啤啤酒发酵酵微机控控制系统统”在厦门门华侨啤啤酒厂投投入使用用，其控控制方案案也是采采用单变变量温度度控制；国内中中小企业业结合本本厂生产产实际自自行研究究的

18、自动动化仪表表加手动动的生产产控制技技术，造造价低，效效果一般般，符合合企业目目前的状状况，但但不能满满足企业业长远发发展的需需求。我国普遍遍啤酒厂厂存在的的问题： 11产品低低劣，品品种单一一； 22技术含含量低，自自控水平平差，生生产过程程多为人人工或简简单控制制，使得得啤酒质质量不稳稳定 33原材料料消耗大大，与国国际先进进水平存存在较大大差距1.3啤啤酒生产产过程自自动控制制的作用用和意义义国内目前前啤酒市市场的竞竞争，体体现在两两个方面面：质量量和价格格。为适适应现在在生产的的要求，提提高啤酒酒的质量量，提高高生产率率，在啤啤酒生产产中自动动化控制制可以增增加竞争争能力体体现在提高工

19、艺艺厂品质质量，以以及原材材料的利利用，降降低生产产成本，减减少工人人的劳动动强度。强化产品品质量管管理。辅助生产产管理，方方便生产产成本的的控制盒盒管理啤酒生产产有自己己独有的的环境，只只有结合合国内的的啤酒行行业实际际情况，针针对其特特殊性，才才能开发发出适合合的生产产啤酒的的自动控控制系统统。2啤酒发发酵2.1啤啤酒发酵酵概述啤酒发酵酵是一个个复杂的的过程，发发酵过程程是把糖糖化姜汁汁经过酵酵母生产产乙醇、水水、二氧氧化碳等等产物。最最终控制制为糖度度和双乙乙酰。糖糖量决定定乙醇含含量，双双乙酰有有气味的的物质。发酵过程的温度变化与发酵液的糖度和双乙酰成统计关系。实际上，控制发酵液的温度

20、是以人工化验。在啤酒大规模生产中，要求发酵液温度按照一定的工艺曲线变化，温度精确0.5。如果温度过高，会影响啤酒质量，反之则影响了啤酒生产效率。2.2啤啤酒发酵酵的具体体过程啤酒发酵酵主要有有3个过过程：主主发酵、还还原双乙乙酰和低低温贮酒酒。主发酵阶阶段，从从原姜汁汁开始主主发酵，温温度要控控制在110。发酵酵液有糖糖化车间间经管道道灌入，起起始温度度8，每罐罐发酵液液分批入入罐，每每次都要要测定糖糖度信息息反馈到到糖化车车间，保保证整罐罐发酵液液符合标标准，同同时实施施温度控控制，保保证发酵酵液在规规定的温温度。发发酵液满满罐一小小时测量量其糖度度，每八八小时一一次，当当糖度降降至6.5度

21、，每每两小时时测一次次，直到到6.00度。还还原双乙乙酰阶段段，温度度要求112-118，进入入第二阶阶段要每每2小时时测双乙乙酰的浓浓度和糖糖度，直直到糖度度降至33.0度度每8小小时测一一次。当当双乙酰酰浓度到到合格标标准，发发酵就进进入降温温阶段。发酵温度度控制机机制1自动升升温阶段段，姜汁汁满罐酵酵母自然然升温，要要控制温温度，否否则会导导致啤酒酒质量下下降。2主发酵酵和双乙乙酰还原原阶段，酵母母大量繁繁殖产生生较多热热量，当当酵母进进行无氧氧呼吸，使使罐内中中，下部部酒液浓浓度不同同，要保保持强烈烈的发酵酵并均衡衡的酒液液状态，要要控制不不同部分分的温度度。3降温保保温，还还原双乙乙

22、酰后转转入降温温阶段，将将酒均为为冷却与与贮酒温温度。酒酒在不同同温度选选会形成成对流的的作用。酒酒液密度度温度在在直接冷冷却3，要以以上带和和中带控控温为主主。3保温稳稳定酒液液流态。33以下控控制罐下下部为主主控温，打打破温度度梯度，满满足控制制温度效效果2.3啤啤酒发酵酵设备发酵罐设设有上，中中，下三三个冷却却带，有有3个电电磁阀控控制冷却却，并有有3个温温度传感感器检测测3点温温度，啤啤酒发酵酵罐结构构示意图图啤酒发酵酵罐结构构示意图图2.4啤啤酒发酵酵工艺曲曲线啤酒的合合口和实实际要求求不同，啤啤酒发酵酵工艺曲曲线也不不同，严严格按照照工艺曲曲线控制制温度和和压力才才能保证证啤酒质质

23、量。啤啤酒发酵酵工艺曲曲线如下下：T0-麦麦汁进罐罐温度t1-第第一升温温时间段段，自然然升温t2-第第一恒温温时间段段t3-第第二升温温时间段段，自然然升温，主主发酵保保温t4-第第二恒温温时间段段，双乙乙酰含量量，主发发酵降温温t5-第第一降温温时间段段，后发发酵保温温t6-第第二恒温温时间段段，后发发酵降温温t7-第第二降温温时间段段各个阶段段进行简简单地介介绍：1麦汁进进料，由糖化化阶段产产生的麦麦汁原料料由糖化化罐进入入发酵罐罐中。2自然升升温，酵母的的加入，酵酵母菌逐逐渐开始始生长和和繁殖。产产生大量量的二氧氧化碳和和热量，使使原料的的温度逐逐渐上升升。3自然升升温发酵酵，产生一一

24、种学名名叫双乙乙酰的化化学物质质。这个个过程需需要将这这个化合合物除去去，增加加啤酒的的品质。4降温过过程其实实属于啤啤酒发酵酵的后续续过程，其其作用是是将发酵酵过程中中加入的的酵母菌菌进行沉沉淀、排排出。5低温储储酒发酵酵完成的的原料继继续储存存在发酵酵罐已经经发酵完完成的原原料继续续储存在在发酵罐罐等待过过滤、稀稀释、杀杀菌等过过程的进进行。3啤酒发发酵自控控系统PPLC选选型和配配置3.1PPLC选选型可编程控控制器(PLCC)工工作原理理当PLCC投入运运行后，其其工作过过程一般般分为三三个阶段段，即输输入采样样、用户户程序执执行和输输出刷新新三个阶阶段：1. 输输入采样样：即检检查各

25、输输入的开开关状态态，将这这些状态态数据存存储起来来为下一一阶段使使用；2. 执执行程序序：然后后PLCC按用户户程序中中的指令令逐条执执行，但但是把执执行结果果暂时存存储起来来；3. 刷刷新输出出：按第第1阶段段的输入入状态在在第2阶阶段执行行程序中中确定的的结果，在在本阶段段中对输输出予以以刷新；电源中央处理单元（CPU）存储器EPROM(系统程序)RAM（用户程序）输入单元输出单元外设接口扩展口扩展单元编程器输入信号输出信号盒式打印机打印机EPROM写入器PLC或上位计算机PLC组组成示意意图PLC的的特点：控制程序序可变，具具有很好好的柔性性；具有高度度可靠性性，适用用于工业业环境；功

26、能完善善；易于掌握握、便于于维修。据啤酒发发酵的工工艺流程程和需要要，PLLC的选选型需要要满足以以下条件件：1、有简简单回路路控制算算法。；2、有模模拟量的的采集、处处理过程程及开关关量的输输入/输输出功能能。3、有温温度显示示和用外外部按键键随时改改变内部部参数PLC集集三电于于一体，PPLC网网络具有有优良的的性能价价格比和和PLCC具有高高可靠性性等等，使使得PLLC在工工厂中倍倍受欢迎迎，用量量高居首首位，成成为现代代工业自自动化的的支柱。因因此，可可编程控控制器啤啤酒发酵酵过程自自动控制制系统，可可完成啤啤酒发酵酵过程控控制功能能，完成成与上位位机的通通讯，实实现啤酒酒发酵过过程的

27、远远程监控控。西门子SS7-2200系系列PLLC，SS7-2200系系列的PPLC具具有体积积小，运运行速度度高，功功能强等等特点。(1)SS7-2200PPLC机机械结构构特性体积小，重重量轻，结结构紧凑凑，可用用接线端端子排接接线，而而且接线线端子前前带有面面板保护护，PLLC上设设计有标标准的DDIN导导轨安装装机构和和安装孔孔，可以以垂直或或水平方方向安装装。(2) S7的的电气结结构特性性1.免维维护性。SS72000CPPU中配配有EPPROMM，可以以永久保保护用户户程序和和一些重重要参数数。它还还安装有有大容量量电容，可可以长时时间存储储数据而而不需要要后备电电池。2.PPL

28、C内内有244直流流传感器器或负载载驱动电电源，输输出电流流可达1180mmA或224mAA灵活中中断输入入。3.为了了适合不不同场合合使用，每每种CPPU又都都有3种种不同的的类型可可供选择择4.灵活活中断输输入。SS7-2200ccpu可可以以极极快的速速度来响响应中断断请求信信号的上上升沿或或下降沿沿5.PLLC内配配有高速速计数器器。CPPU2112有一一个2KKHZ的的加/减减计数器器，而CCPU2214-CPUU2166有两个个独立的的7KHHZ的高高速计数数器，他他们可用用软件或或硬件复复位。6.便于于扩展，为为系统备备有专用用的扩展展模块（EEN），可可方便地地进行输输入，输输

29、出及模模拟量扩扩展。 7.模模拟电位位器外部部设定3.2 S7-200主主要功能能及特点点（1）执执行指令令速度高高。（2）丰丰富的指指令功能能。（3）灵灵活的中中断功能能，中断断触发有有几种形形式：可可用软件件设定为为中断输输入信号号的上升升沿式下下降沿，以以便做出出快速响响应；可可设为时时间控制制的自动动中断；可由内内置高数数计数器器自动触触发中断断；在与与外设通通信时可可以以中中断分式式工作。（4）输输入和输输出的直直接查询询和赋值值。（55）严格格的口令令保护。（6）调调试和故故障诊断断功能。（7）输输入或输输出的强强制功能能。用户户调试程程序时，可可对输入入或输出出强制接接通。（8）

30、通通信功能能。用户户提供了了强大，灵灵活的通通信功能能。用户户对点接接口（PPPI）作作9.66Kbiit/ss的数据据通信，用用RS-4855接口实实现高速速用户可可编和接接口。S7-2200CCPU主主要的性性能指标标见表。特性CPU2221CPU2222CPU2224CPU2226外形尺寸寸80*880*66290*880*662120.5*880*662190*8.*62存储器用户程序序20488字20488字40966字40966字用户数据据10244字10244字25600字25600字用户存储储器类型型EEPRROMEEPRROMEEPRROMEEPRROM数据后备备（超级电电容

31、）典型值值50小时时50小时时50小时时50小时时输入输出出本机I/O6入4出出8入/66出14入/10出出24入/16出出扩展模块块数量无2个模块块7个模块块72个模模块数字量II/O映映像区大大小256256256256模拟量II/O映映像区大大小无16如/16出出32入/32出出32入/32出出指令系统统33MHHZ下布尔尔指令执执行速度度0.377us/指令0.377us/指令0.377us/指令0.377us/指令FOR/NEXXT循环环有有有有实数指令令有有有有整数指令令有有有有主要内部部继电器器I/O映映像寄存存器128II和1228Q128II和1228Q128II和1228Q

32、128II和1228Q内部通用用继电器器256256256256计数器/定时器器256/2566256/2566256/2566256/2566写入/写写出无16/11632/33232/332顺序控制制继电器器256256256256附加功能能内置高速速计数器器4H/WW（20KKHZ）4H/WW（20KKHZ）6H/WW（20KKHZ）6H/WW（20KKHZ）模块量调调节电位位器1122脉冲输出出2（200KHZZ，DCC）2（200KHZZ，DCC）2（200KHZZ，DCC）2（200KHZZ，DCC）通信中断断1发送/2接收收1发送/2接收收1发送/2接收收1发送/4接收收硬件输入

33、入中断4，输入入滤波器器4，输入入滤波器器4，输入入滤波器器4，输入入滤波器器定时中断断2（12555ms）2（12555ms）2（12555ms）2（12555ms）定时时钟钟有（时钟钟卡）有（时钟钟卡）有（内置置）有（内置置）口令保护护有有有有通信功能能通信口数数量1（RSS-4885）1（RSS-4885）1（RSS-4885）支持协议议0号口1号口PPI，DDP/TT自由口N/APPI，DDP/TT自由口N/A PPI，DDP/TT自由口N/APPI，DDP/TT自由口（同0号号口）S7-2200CCPU主主要的性性能指标标3.3文文本显示示器TDD2000 S77-2000系统统中的

34、文文本显示示器TDD2000是在现现场监控控的有效效设备，TTD-2200连连接简单单，只需需要用按按特定的的通信电电缆连接接到PPPI接口口上就可可以了。1显示信信息，可可以显示示最多880条信信息，每每条信息息最多可可包含44个变量量。2可设定定CPUU2144以上机机型的实实时时钟钟。3提供强强制I/O点诊诊断功能能。4过程参参数的修修改。5可编程程的8个个功能键键可以代代替普通通的控制制按钮作作为控制制键。6输入和和输出设设定。88个可编编程式功功能键盘盘的每一一个都分分配了一一个存储储器位。3.4电电磁阀PPWM脉冲宽度度调制(PWMM)，是是英文“PPulsse WWidtth M

35、Moduulattionn”的缩缩写，简简称脉宽宽调制，是是利用微微处理器器的数字字输出来来对模拟拟电路进进行控制制的一种种非常有有效的技技术，广广泛应用用在从测测量、通通信到功功率控制制与变换换的许多多领域中中。脉宽宽调制（PPWM）基基本原理理：控制制方式就就是对逆逆变电路路开关器器件的通通断进行行控制，使使输出端端得到一一系列幅幅值相等等的脉冲冲，用这这些脉冲冲来代替替正弦波波或所需需要的波波形。也也就是在在输出波波形的半半个周期期中产生生多个脉脉冲，使使各脉冲冲的等值值电压为为正弦波波形，所所获得的的输出平平滑且低低次谐波波少。按按一定的的规则对对各脉冲冲的宽度度进行调调制，即即可改变

36、变逆变电电路输出出电压的的大小，也也可改变变输出频频率。3.5PPID控控制的原原理和特特点在工程实实际中，应应用最为为广泛的的调节器器控制规规律为比比例、积积分、微微分控制制，简称称PIDD控制，又又称PIID调节节。PIID控制制器问世世至今已已有近770年历历史，它它 以其其结构简简单、稳稳定性好好、工作作可靠、调调整方便便而成为为工业控控制的主主要技术术之一。当当被控对对象的结结构和参参数不能能完全掌掌握，或或得不到到精确的的数学模模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控

37、对象，或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。4啤酒发发酵自控控系统PPLC程程序4.1设设计思路路啤酒发酵酵对象的的时变性性、时滞滞性及其其不确定定性，决决定了发发酵罐控控制必须须采用特特殊的控控制算法法。由于于每个发发酵罐都都存在个个体的差差异，而而且在不不同的工工艺条件件下，不不同的发发酵菌种种下，对对象特性性也不尽尽相同。因因此很难难找到或或建立某某一确切切的数学学模型来来进行模模拟和预预测控制制。为节节省能源源，降低低生产成成本，并并且能够够

38、满足控控制的要要求，发发酵罐的的温度控控制选择择了检测测发酵罐罐的上、中中、下33段的温温度，通通过上、中中、下33段冷媒媒进口的的两位式式电磁阀阀来实现现发酵罐罐温度控控制的方方法，本系统利利用S77-2000实现现发酵罐罐温度的的控制，PPLC实实现啤酒酒发酵温温度控制制的主要要任务是是接受由由发酵罐罐传来的的温度、压压力模拟拟量输入入信号，然然后与工工艺曲线线设定温温度值进进行比较较，计算算出温度度偏差值值，再使使用简单单的PIID控制制回路计计算出电电磁阀的的开度，从从而实现现对发酵酵罐温度度的控制制。为了了达到预预定的控控制效果果，采用用自动或或由操作作人员手手动选择择控制的的方法。

39、 程序中中设定了了手动操操作和自自动控制制选择开开关，在在任意阶阶段都能能够实现现两者间间的切换换，实现现了温度度、压力力的手、自自动选择择控制。程程序中有有人工阶阶段选择择开关，可可以在任任意阶段段间跳转转，从而而避免了了因操作作人员操操作偶尔尔失误而而无法实实现后续续程序正正常运行行的情况况。根据据啤酒发发酵温度度控制各各阶段转转换条件件及控制制要求。采用的是是德国SSIEMMENSS公司的的S7-2000系列PPLC，运运用与之之相配的的STEEP7编编程软件件，通过过STLL和LAAD两种种编程语语言编制制了下位位机的控控制程序序,完成成系统软软件设计计，实现现啤酒发发酵温度度自动控控

40、制的PPLC控控制系统统设计。发酵过程程中设定定的参数数主酵设定定温度值值（122.5 C）、主主酵上下下温度差差值（00.4 C）主酵降温温温度设设定值（88.5 C），降降温过程程总时间间（488小时）、主主酵降温温上下温温度差值值（0.4C）后酵设定定温度值值（8.5C）、后后酵上下下温度差差值（00.3 C）后酵降温温温度设设定值（-0.55C），降降温过程程总时间间、后酵酵降温上上下温度度差值（00.2 C）贮酒温度度设定值值（-00.5CC）、贮贮酒上下下温度差差值（00.3CC）主要的阶阶段有：主酵阶阶段控温温，主酵酵降温，后后酵阶段段控温，后后酵降温温，过滤滤前贮酒酒控温，过过

41、滤至一一般控温温，停止止控温。啤酒发酵酵期间，发发酵温度度分为起起始温度度（即麦麦汁冷却却温度、满满罐温度度）、最最高温度度（称发发酵温度度）、还还原双乙乙酰温度度和贮酒酒温度。啤啤酒发酵酵期罐压压力设定定为00.115Mppa。其其各阶段段转换条条件及控控制要求求见表所所示。啤酒发酵酵各阶段段状态表表工作阶段段名称进入条件件控制要求求时间（小小时）温度冷媒阀门门麦汁进罐罐启动麦汁汁进罐不需设定定不需设定定关闭所有有满罐温度度保持满罐后，由由人工输输入“开始”指令t0110小时时不需设定定关闭所有有主酵自然然升温段段t0结束束t1不需需设定中段温度度为参考考点，自自然升至至Tl程序控制制双乙酰

42、还还原阶段段Tl112t2不需需设定T1=112程序控制制降温保温温阶段化验决定定，人工工输入指指令t3=1100小小时程序控制制后酵保温温阶段t3结束束且T2=3t4448小时时T2=33程序控制制第二降温温阶段t4结束束t5772小时时程序控制制贮酒保温温阶段t5结束束且T3=1不需设定定T3=1程序控制制控制系统统对发酵酵过程中中温度、压压力、液液位、周周期等工工艺参数数进行全全方位检检测控制制。为了了使罐内内酒液循循环并有有利于不不同发酵酵期的酵酵母沉淀淀，一般般采用分分三段间间冷方式式，控制制罐内酒酒液温度度，使之之形成自自上而下下的温度度梯度。（1）对对每个发发酵罐的的上、中中、下

43、33个测量量点的温温度进行行检测，实实现自动动控制，罐罐内实行行压力检检测。整整个发酵酵过程的的温度控控制在不不同发酵酵时期是是不同的的，根据据主酵双己酰酰还原冷却酵母回回收后后贮的阶阶段，分分别设定定曲线进进行控制制，并采采用PII、PIID等控控制方法法，使系系统控制制精度符符合工艺艺要求按按啤酒发发酵工艺艺要求，其其中从112保保温向33下降降的转折折点取决决于酒液液残糖量量而不取取决于发发酵时间间。（2）为为了保证证贮酒在在不同阶阶段的温温度设定定值，设设有温度度的上下下限报警警，为了了保证罐罐内压力力在不同同阶段的的压力设设定值，设设有压力力的上下下限报警警。每个个罐设有有液位指指示

44、，可可以作为为装酒和和成品计计量用，还还可以了了解整个个发酵过过程的液液位变化化。整个个系统还还设定了了手动操操作和自自动控制制选择开开关，在在任意阶阶段都能能够实现现两者间间的切换换，实现现了温度度、压力力的手、自自动选择择控制。程程序中有有人工阶阶段选择择开关，可可以在任任意阶段段间跳转转，从而而避免了了因操作作人员操操作偶尔尔失误而而无法实实现后续续程序正正常运行行的情况况。 （3）上上位计算算机可以以动态显显示每个个发酵罐罐的工艺艺流程，即即温度、压压力、进进酒时间间、酒龄龄及超限限声光报报警等，以以便对发发酵罐进进行宏观观管理，并并具有阀阀门的开开关状态态显示，阀阀门的手手自动控控制

45、，实实时报表表打印等等功能。能监监视每个个发酵罐罐的温度度、压力力周期曲曲线，当当累积酒酒龄达到到时，自自动出信信号，以以便人工工确定是是否执行行下步操操作。 设计PLLC控制制系统方方案。通通过对系系统的整整体分析析，可以以分析出出来系统统要提供供21个个开关量量输入，116个开开关量输输出，五五路模拟拟量的输输入，实实现啤酒酒发酵各各阶段温温度控制制。表明明各类具具体信号号及性质质分类。 输入/输输出节点点统计表表输入信号号输出信号号启动麦汁汁进罐手动方式式麦汁进罐罐泵运行行关闭麦汁汁进罐自动方式式满罐温度度保持指指示满罐温度度保持开上冷媒媒开关电电磁阀主酵自然然升温段段指示主酵自然然升温段段开中冷媒媒开关电电磁阀双乙酞还还原阶段段指示双乙酞还还原阶段段开下冷媒媒开关电电磁阀降温保温温阶段指指示降温保温温阶段关上冷媒媒开关电电磁阀后酵保温温阶段指指示后酵保温温阶段关中冷媒媒开关电电磁阀第二降温温阶段指指示第二降温温阶段关下冷媒媒开关电电磁阀贮酒保温温阶段指指示贮酒保温温阶段开发酵罐罐排气阀阀上冷媒开开关电磁磁阀发酵罐上上部温度度关发酵罐罐排气阀阀中冷媒开开关电磁磁阀发酵罐中中部温度度系统启动动SB11下冷媒开开关电磁磁阀发酵罐下下部温度度系统急停停SB22