【正文】 圖設計 .....................................................12 PLC 功能模塊程序設計 ................................................14 主程序 .............................................................15 模擬量信號采集處理 .................................................18 溫度設定值的計算 ...................................................18 電磁閥控制 .........................................................19第 5 章 課程設計總結(jié) .....................................................21參考文獻 ..................................................................22本科生課程設計（論文）0第 1 章 緒論隨著我國改革開放現(xiàn)代化建設，人民生活水平不斷斷提高，啤酒己成為人們的時尚飲品，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)是一個利用生物加工進行生產(chǎn)的過程，生產(chǎn)周期長，過程參數(shù)分散性大，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行一系列代謝，從而將麥汁風味轉(zhuǎn)變?yōu)槠【骑L味的過程。啤酒發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)工藝流程中關鍵環(huán)節(jié)之一，也是一個極其復雜的在發(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)被酵母細胞酶分解為乙醇（C2H5OH）和二氧化碳（CO2），同時還產(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域較難解決的問題之一。要求發(fā)酵液的溫度嚴格按照一定的工藝曲線變化，溫度控制精度在177?！娣秶鷥?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，隨著控制領域新技術(shù)、新方法的不斷涌現(xiàn)，這些問題也在不斷地得到改進。改進啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過程控制是釀造業(yè)技術(shù)進步的有效措施，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，同時減輕勞動強度、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)酵控制應用前景樂觀，能產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟效益，具有很大的應用價值。利用 PLC 實現(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，本科生課程設計（論文）1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)實的意義。本科生課程設計（論文）2第 2 章 課程設計的方案 概述啤酒是采用麥芽和水為主要原料，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)中一個非常重要的環(huán)節(jié)，啤酒發(fā)酵是一個復雜的生化過程，這個過程可以理解為把麥汁轉(zhuǎn)化為啤酒的過程，整個發(fā)酵過程同樣也包含若干個生產(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)酵液的溫度嚴格按照一定的工藝曲線變化，溫度控制精度在177。℃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)進度；如果溫度偏高，又會造成生化參數(shù)超出標準，影響啤酒的質(zhì)量。啤酒發(fā)酵整個過程分為：麥汁進罐，自然升溫，還原雙乙酰，降溫過程等。麥汁進料階段的溫度為 5~100C, 自然升溫階段的溫度為 20~350C，開始進行主發(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)酵進入還原雙乙酰階段，這一階段要求溫度控制在 15~200C 。當雙乙酰濃度下降到合格標準時，發(fā)酵就可以進入降溫階段，分兩個階段按不同的速率降溫，此時把所有冷媒閥打開，使發(fā)酵液全速降溫，降溫階段的溫度為1 ~120C。當溫度到達 1 攝氏度以下時發(fā)酵進入低溫儲酒階段，在低溫儲酒階段溫度控制在~10 攝氏度。這一階段主要是讓酵母和一些固態(tài)物進行充分沉淀并進行回收。 控制原理啤酒發(fā)酵對象的時變性、時滯性及其不確定性，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)學模型來進行模擬和預測控制。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 段的溫本科生課程設計（論文）3度，通過上、中、下 3 段冷媒進口的兩位式電磁閥來實現(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，這樣就要求每個罐具有各自獨立的工藝控制曲線，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 實現(xiàn)發(fā)酵罐溫度的控制，PLC 實現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度控制的主要任務是接受由發(fā)酵罐傳來的溫度模擬量輸入信號，然后與工藝曲線設定溫度值進行比較，計算出溫度偏差值，再使用簡單的 PID 控制回路計算出電磁閥的開度，對閥門進行控制調(diào)節(jié)，從而實現(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，當達到上限溫度時，要打開制冷設備，通過酒精在冷卻管內(nèi)循環(huán)使罐 內(nèi)的溫度降下來。 當發(fā)酵溫度低于 工藝要求的溫度 時，關閉冷媒， 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 所示：圖 啤酒發(fā)酵罐工藝示意圖本科生課程設計（論文）4 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階段：麥汁進罐，自然升溫，還原雙乙酰，一次降溫，低溫儲酒等，各個階段溫度的曲線圖如圖 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 段為降溫逐漸進入后酵， ；cd 段為后酵階段，典型控制點 16℃；de 段為降溫進入貯酒階段， ；e f 段為貯酒階段。啤酒口味和實