基于PLC的啤酒发酵温度控制设计

1、基于PLC的啤酒发酵温度控制设计1、查找“基于PLC的啤酒发酵温度控制设计”相关文章（专业相关课题）。一、分析信息需求，明确检索目的 1、明确信息需求：通过分析题目可知，主题需求是“基于PLC的啤酒发酵温度控制设计”的相关文章。2、用户信息需求分析二、制定检索策略三、计算机信息检索步骤：1、检索前的准备工作：通过对本题信息需求进行分析，明确本次检索所需要使用工具为“维普数据库”。2、登录并熟悉所需要使用的检索系统或工具，即“维普数据库”。3、拟定并执行具体检索操作：基于PLC的啤酒发酵温度控制设计XXXXXXXXXX XXXXX XXXXXX【摘要】 发酵过程是啤酒生产过程中的重要环节之一，本

2、文以啤酒发酵过程为工程背景，利用PLC实现对啤酒发酵过程温度的控制，这对更加牢固掌握PLC并将PLC应用于生产实际及了解啤酒的生产工艺有很好的作用。本文主要工作在于：由于啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法。由于每个发酵罐都存在个体的差异，而且在不同的工艺条件下，不同的发酵菌种下，对象特性也不尽相同。因此很难找到或建立某一确切的数学模型来进行模拟和预测控制。为节省能源，降低生产成本，并且能够满足控制的要求，发酵罐的温度控制选择了检测发酵罐的上、中、下3段的温度，通过调节上、中、下3段液氨进口的两位式电磁阀来实现发酵罐温度控制的方法，利用PLC来实现整

3、个过程温度的控制。该系统性能/价格比高、可靠、技术先进，完全满足啤酒生产发酵工艺的技术要求，并兼实用的需求【关键字】 可编程逻辑控制器；发酵温度；温度控制【中图分类号】TP202Beerfermentation temperature controldesignbased on PLCXXXXXXXXXXXXXXy XXXXX XXXXX【Abstract】Fermentation process is one of the important link in the process of beer production, based on the engineering background

4、 of beer fermentation process, using PLC to realize control of the beer fermentation temperature, the more solid grasp of PLC and PLC was applied to the production practice and understand the production process of beer has a very good role. In this paper, the main work is: as a result of beer fermen

5、tation at the time-varying, time-delay and uncertainty, determine the fermentation tank control special control algorithm must be used. Because each fermenter there are individual differences, and under different process conditions, different strains of fermentation, the object properties are also d

6、ifferent. So it is difficult to find or create a precise mathematical model to simulate and predictive control. To save energy, reduce the production cost, and can meet the requirements of control, temperature control of fermentation tank chose on test of fermentation tank, medium and temperature of

7、 the segment, by adjusting the next 3 period of liquid ammonia, which imports the two type of solenoid valve to realize the fermentation tank temperature control method, the use of PLC to realize the whole process of temperature control. The system high performance/price, reliable, advanced technolo

8、gy, fully meet the technical requirement of beer fermentation production process, and practical demand。【Keywords】Programmable logic controller; Fermentation temperature; The temperature control1、前言啤酒是世界上产量及消费最大的一种酒，特别是北美及欧洲国家的总产量及人均消费量均居世界前列 啤酒发酵具有非线性、时间滞后和大惯性等特征，发酵过程的精密控制一直是自动控制领域较难解决的问题之一。按啤酒发酵的生产

9、工艺，生产周期一般在十五天左右，要求发酵液的温度严格按照一定的工艺曲线变化。温度控制精度在0.5范围内，这样的控制精度单凭传统的热工仪表加上手工操作方式是完全不能满足要求的，但目前国内的不少生产厂家都是采用这种生产方式。随着控制领域新技术、新方法的不断涌现，这些问题也在不断地得到改进。改进啤酒发酵生产过程控制是酿造业技术进步的有效措施，它可以在不增加原材料及动力消耗的前提下，增加产品产量、提高产品质量，同时还可以减轻劳动强度、改善工作条件、提高发酵工艺水平及生产管理水平。因此，优化啤酒发酵控制应用前景乐观，能产生较大的社会经济效益，具有很大的应用价值。 利用PLC实现啤酒发酵罐温度的自动控制的

10、选题。对提高啤酒发酵温度控制精度，优化啤酒温度控制过程，使用效果好且性能稳定可靠，编程简单，具有非常现实的意义。同时我个人可以通过这次设计更加巩固PLC知识，更好地掌握梯形图等编程。熟悉啤酒的制造工艺及过程，并通过此次设计锻炼应用于实际的能力基于PLC的啤酒发酵温度控制啤酒发酵过程控制是啤酒酿造过程的一个重要工艺控制环节，发酵过程控制得好坏直接影响到整罐啤酒的产品质量。旧式的啤酒发酵过程控制是用许多单回路的温度控制仪表控制每个发酵罐上的各点温度，根据温度变化情况去控制冷媒阀的开度，达到温度调节的目的。该过程控制因线路复杂，控制参数单一，故维护工作量大，且调节效果差，特别是在发酵罐数量多，体积大

11、，系统滞后大的情况下更是如此。随着计算机控制技术的广泛应用，啤酒发酵过程也逐步开始应用计算机控制系统。 PLC是一种具有很高可靠性的控制装置，它与可编程调节器、DCS系统同被列为“不损坏仪表”。这不仅是由于它在硬件上采取了诸如隔离、滤波、屏蔽、接地等一系列抗干扰措施，在模板机箱进行了完善的电磁兼容性设计，对元器件进行了精心的挑选;而且更重要的是它采用了诸如数字滤波、指令复执、程序卷回、差错校验等一系列软件抗干扰措施及故障诊断技术，以及在系统一级的容余配置等；此外，PLC采用周期循环扫描方式工作，对输入输出集中进行处理。这种特殊的工作方式本身就具有抗干扰功能。在一个循环扫描周期T中，仅只有一小段

12、时间集中进行I/O处理，也只有在这一小段集中I/O时间中的干扰才会被引入PLC内部，在扫描周期的其余大部分时间，干扰都被阻挡在PLC之外。以上这些原因使PLC的可靠性更高。因此，PLC被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。 PLC是以控制开关量起家的，它采用循环扫描方式，通过串行处理使其在逻辑上等效于并行处理的继电器逻辑控制系统，为了不丢失输入信号，要求循环扫描周期愈短愈好根据啤酒发酵工艺控制需求，充分考虑企业的综合实力、现状与发展等因素，设计PLC控制系统方案。2、控制系统概述通过对系统的整体分析，可以分析出来系统要提供21个开关量输入，16个开关量输出，五路模拟量的输入，实现啤酒

13、发酵各阶段温度控制。表4-2表明各类具体信号及性质分类。 输入信号 、输出信号、启动麦汁进罐、手动方式、麦汁进罐泵运行 ，关闭麦汁进罐 自动方式，满罐温度保持指示，满罐温度保持，开上冷媒开关电磁阀，主酵自然升温段指示，主酵自然升温段，开中冷媒开关电磁阀，双乙酞还原阶段指示，双乙酞还原阶段，开下冷媒开关电磁阀，降温保温阶段指示，降温保温阶段，关上冷媒开关电磁阀。后酵保温阶段指示后酵保温阶段，关中冷媒开关电磁阀，第二降温阶段指示。第二降温阶段，关下冷媒开关电磁阀贮酒保温阶段指示，贮酒保温阶段，开发酵罐排气阀，上冷媒开关电磁阀 发酵罐上部温关发酵罐排气阀 中冷媒开关电磁阀。发酵罐中部温度，系统启动S

14、B1下冷媒开关电磁阀发酵罐下部温度系统急停SB2发酵罐排气阀发酵罐压力，压力超限报警发酵罐液位温度超限报警自动运行状态。首先，发酵工艺过程模拟量加温度、压力、液位以及各种阀门的状态，进人PLC。PLC可以根据工艺要求设定的程序自动完成模拟量和开关量的处理，通过控制算法，输出控制信号至执行机构，对阀门进行控制调节，从而完成发酵工艺过程的控制。啤酒发酵工艺曲线如图1所示，包括自然升温、高温恒温控制、降温及低温恒温控制等三个阶段。在前期的自然升温阶段基本上不需要加以控制，这是由于啤酒罐发酵过程中，升温是靠发酵本身产生的热量进行的，任其自然升温；在恒温阶段，通过控制冷媒开关阀，保持发酵罐内温度恒定；在

15、降温阶段，通过控制冷媒开关阀，以指定速率降温。图1 典型啤酒发酵曲线根据以上要求，设计以PLC为核心的啤酒发酵控制器。每个控制器控制一个发酵罐。具体的温度控制采用PID 算法实现。PID控制以其简单可靠、容易实现、静态性能好等优点而广泛应用于实际工业过程中。3 控制系统的硬件实现发酵过程PLC控制系统结构如图2所示，由SIEMENS S7系列PLC（控制站）和若干台IPC（操作站）组成。该系统采用3级总线结构：底层链路为PROFIBUS-DP总线，连接远程I/O机架，负责PLC、CPU与分布式I/O站点的连接，现场设备就近连接到分布式I/O机架上。图2 发酵罐群PLC控制系统结构图3.1 控制

16、站（下位机）下位机系统只需配置一套S7-200或者S7-300PLC系统（根据系统规模而定），主要实现数据采集、自动控制、遥控和联锁等功能。下位机系统具有可靠性高、扩展方便的特点。3.2 操作站（上位机）上位机系统由两套以上的工业控制计算机结合相应的通信接口设备构成。4 控制系统组成温度是工业生产中主要的被控参数之一。温度控制系统组成框图如图3所示。图中的控制器即为PLC，它按PID控制规律来设计控制程序。PID调节器的输出量变换成PWM脉宽调制量，用于控制PLC的输出继电器，从而控制啤酒发酵罐的冷媒开关阀。图3 温度控制系统组成框图温度测量元件采用线性度好且时间常数小的铂电阻来测量发酵罐温度

17、，经温度变送器把温度转换成与其成比例的电压。V/F转换器的作用是将温度转换器输出的电压转换成与其成比例的频率，该频率代表发酵罐内的实际温度。用PLC内的高速计数器记录此频率，以便和温度的给定值相比较产生误差信号。啤酒的发酵工艺过程共有十多天时间，最重要的环节是控制每个时间段发酵罐内不同的发酵温度，我们根据发酵工艺的要求，设计出发酵温度-时间曲线，输入可编程序控制器，使系统自动根据不同时间段的温度给定值进行调节。整个系统主程序流程图如图4所示。图4 控制主程序主程序开始先计算出实际该罐啤酒的发酵时间，然后取出该段时间对应的标准温度值，将标准温度值与实际温度值比较，若相等则再次回到主程序入口进行下

18、一轮的标准值查找，若不相等则系统由CPU计算出相应的PID系数，输出信号去控制电磁阀，用电磁阀控制的气路打开或关闭冷媒阀，进行温度调节。该系统可用S7软件编程。应用这些软件，对整个系统进行组态，随时可显示出整个发酵罐系统的结构，各个阀门的实时状态，可读出每个发酵罐各点的实际温度值，液位置等参数，对整个系统进行监控，并有各种报警实时显示和温度控制情况曲线记录等，以便操作者及时掌握。本系统采用德国SIMENS公司的S7-300PLC为控制核心，可实现温度的采集与自动调节。本系统要求实现12路温度控制，每一回路均为设定固定值控制。根据实际要求选用相应的功能模块。其中CPU模块选用CPU-314IFM

19、，其带有一个MPI接口，集成有20个数字输入端、16个数字输出端、4个模拟输入端、1个模拟输出端，内部集成PID控制功能块，可以方便的实现PID控制。PID控制器是比例积分微分控制（Proportional-Integral-Derivative）的简称，之所以得到广泛应用是因为它具有以下优点：（1）不需要精确的控制系统数学模型。由于非线性和时变性，很多工业控制对象难以得到其准确的数学模型，因此不能使用控制理论中的设计方法。对于这一类系统，使用PID控制可以得到比较满意的效果。（2）有较强的灵活性和适应性。积分控制可以消除系统的静差，微分控制可以改善系统得动态响应速度，比例、积分和微分控制三者有效的结合就可以满足不同的控制要求。根据被控对象的具体情况，还可以采用各种PID控制的改进的控制方式，如PI、PD、带死区的PID、积分分离PID、变速积分PID等。（3）PID控制器的结构模型，程序设计简单，工程上易于实现，参数调整方便。式用PLC对模拟量进行PID控制时，可以采用以下几种方法：A 使用PID过程控制模块。这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需设置一些参数，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。但是这种模块的价格较高，一般在大型控制系统中使用。B 使用PID功能指令。现在很多的PLC都有供PID控制