【正文】 基于 PLC 的啤酒發(fā)酵自動控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 ........................................................................................................................1第二章 啤酒發(fā)酵過程簡介 ................................................................................................2第一節(jié) 啤酒發(fā)酵設(shè)備 .......................................................................................................2第二節(jié) 啤酒發(fā)酵工藝曲線 ...............................................................................................3第三章 啤酒發(fā)酵自控系統(tǒng) PLC 選型和配置 ..................................................................5第四章 啤酒發(fā)酵自控系統(tǒng) PLC 程序設(shè)計 ......................................................................7第一節(jié) 編程軟件的介紹 ...................................................................................................7第二節(jié) 溫度設(shè)定值的計算 ...............................................................................................9第三節(jié) PID 回路計算 .....................................................................................................11第四節(jié) 電磁閥控制 .........................................................................................................13結(jié)論 ......................................................................................................................................14致謝 ......................................................................................................................................15參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................16附錄 ......................................................................................................................................170第一章 緒論啤酒是一種低濃度的飲料，也是富含營養(yǎng)價值的食品，每 100g 中僅有酒精 3—5g，一般不超過 8g。它有特殊的酒精花清香味和適口的苦味，并有較高的營養(yǎng)成分即有較高的發(fā)熱量。啤酒是世界上產(chǎn)量以及消費最大的一種酒，啤酒市場非常巨大，世界啤酒的未來充滿希望，歐洲啤酒市場和美國啤酒市場，隨著人均消費量增長，啤酒消費量增長顯著，居世界前列。作為世界最大且增速最快的啤酒，飲料生產(chǎn)消費大國之一，中國已日趨成為最具吸引力市場。未來五年中國啤酒將保持平穩(wěn)持續(xù)增長的態(tài)勢。同時啤酒工業(yè)是我國食品工業(yè)中一個重要的產(chǎn)業(yè)，隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的改善，喝啤酒變成一種時尚，我們國家人均啤酒消費較世界水平少，這也透出了我國啤酒市場濃濃的商機(jī)。我國內(nèi)生產(chǎn)啤酒的企業(yè)數(shù)以百計，但與國外的主要啤酒生產(chǎn)廠家相比，大部分企業(yè)的技術(shù)相對落后，國的啤酒生產(chǎn)工業(yè)前存在許多不盡如人意的地方。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)裝備落后，自動化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。大部分處于手動控制階段，只有極少數(shù)企業(yè)實現(xiàn)半自動化，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。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)的綜合實力是一個很好的研究課題。啤酒釀造過程是這樣的：糖化，麥汁充氧，添加酵母，發(fā)酵，降溫，倒罐，貯酒。而我要做的就是其中發(fā)酵的一部分，啤酒發(fā)酵也是一個復(fù)雜的過程，啤酒生產(chǎn)過程中發(fā)酵是一道關(guān)鍵工序，除生產(chǎn)工藝水平外，生產(chǎn)工序控制指標(biāo)的好壞將直接影響啤酒的質(zhì)量。啤酒發(fā)酵罐內(nèi)部溫度的精確控制，進(jìn)而解決了啤酒發(fā)酵罐內(nèi)部溫度控制精度不高的問題，提高了啤酒生產(chǎn)的綜合自動化水平，使啤酒生產(chǎn)集控制與數(shù)據(jù)管理于一身，能夠適應(yīng)當(dāng)前現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。1第二章 啤酒發(fā)酵過程簡介第一節(jié) 啤酒發(fā)酵設(shè)備一、發(fā)酵罐設(shè)有上，中，下三個冷卻帶，有 3 個電磁閥控制冷卻，并有 3 個溫度傳感器檢測 3 點溫度。二、啤酒發(fā)酵的具體過程。啤酒發(fā)酵主要有 3 個過程：主發(fā)酵、還原雙乙酰和低溫貯酒。三、主發(fā)酵階段，從原姜汁開始主發(fā)酵，溫度要控制在 10℃。發(fā)酵液有糖化車間經(jīng)管道灌入，起始溫度 8℃，每罐發(fā)酵液分批入罐，每次都要測定糖度信息反饋到糖化車間，保證整罐發(fā)酵液符合標(biāo)準(zhǔn)，同時實施溫度控制，保證發(fā)酵液在規(guī)定的溫度。發(fā)酵液滿罐一小時測量其糖度，每八小時一次，當(dāng)糖度降至 度，每兩小時測一次，直到 度。還原雙乙酰階段，溫度要求 1218℃，進(jìn)入第二階段要每 2小時測雙乙酰的濃度和糖度，直到糖度降至 度每 8 小時測一次。當(dāng)雙乙酰濃度到合格標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)酵就進(jìn)入降溫階段。四、發(fā)酵溫度控制機(jī)制：（1）自動升溫階段，姜汁滿罐酵母自然升溫，要控制溫度，否則會導(dǎo)致啤酒質(zhì)量下降。（2）主發(fā)酵和雙乙酰還原階段 ，酵母大量繁殖產(chǎn)生較多熱量，當(dāng)酵母進(jìn)行無氧呼吸，使罐內(nèi)中，下部酒液濃度不同，要保持強(qiáng)烈的發(fā)酵并均衡的酒液狀態(tài)，要控制不同部分的溫度。（3）降溫保溫，還原雙乙酰后轉(zhuǎn)入降溫階段，將酒均為冷卻與貯酒溫度。酒在不同溫度選會形成對流的作用。酒液密度溫度在直接冷卻 3℃，要以上帶和中帶控溫為主。3℃保溫穩(wěn)定酒液流態(tài)。3℃以下控制罐下部為主控溫，打破溫度梯度，滿足控制溫度效果。（4）啤酒發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)示意圖:2P I C0 1T I C0 1T I C0 2T I C0 3L I0 1電磁閥 關(guān)排放 C O2上層溫度中層溫度下層溫度罐內(nèi)壓力罐內(nèi)液位冷媒出口冷媒入口圖 發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)示意圖第二節(jié) 啤酒發(fā)酵工藝曲線一、啤酒的合口和實際要求不同，啤酒發(fā)酵工藝曲線也不同，嚴(yán)格按照工藝曲線控制溫度和壓力才能保證啤酒質(zhì)量。啤酒發(fā)酵工藝曲線如下：圖 發(fā)酵工藝曲線圖T0麥汁進(jìn)罐溫度，t1 第一升溫時間段，自然升溫，t2第一恒溫時間段，t3 第二升溫時間段，自然升溫，主發(fā)酵保溫，t4第二恒溫時間段，雙乙酰含量，主發(fā)酵降溫，t5第一降溫時間段，后發(fā)酵保溫，t6第二恒溫時間段，后發(fā)酵降溫，t7第二降溫時間段3二、各個階段進(jìn)行簡單地介紹：（1）麥汁進(jìn)料，由糖化階段產(chǎn)生的麥汁原料由糖化罐進(jìn)入發(fā)酵罐中。（2）自然升溫，酵母的加入，酵母菌逐漸開始生長和繁殖。產(chǎn)生大量的二氧化碳和熱量，使原料的溫度逐漸上升。（3）自然升溫發(fā)酵，產(chǎn)生一種學(xué)名叫雙乙酰的化學(xué)物質(zhì)。這個過程需要將這個化合物除去，增加啤酒的品質(zhì)。（4）降溫過程其實屬于啤酒發(fā)酵的后續(xù)過程，其作用是將發(fā)酵過程中加入的酵母菌進(jìn)行沉淀、排出。（5）低溫儲酒發(fā)酵完成的原料繼續(xù)儲存在發(fā)酵罐已經(jīng)發(fā)酵完成的原料繼續(xù)儲存在發(fā)酵罐等待過濾、稀釋、殺菌等過程的進(jìn)行。4第三章 啤酒發(fā)酵自控系統(tǒng) PLC 選型和配置一、當(dāng) PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段：（1） 輸入采樣：即檢查各輸入的開關(guān)狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲起來為下一階段使用；（2） 執(zhí)行程序：然后 PLC 按用戶程序中的指令逐條執(zhí)行，但是把執(zhí)行結(jié)果暫時存儲起來；（3）刷新輸出：按第 1 階段的輸入狀態(tài)在第 2 階段執(zhí)行程序中確定的結(jié)果，在本階段中對輸出予以刷新；電源中央處理單元（CPU）存儲器EPROM(系統(tǒng)程序)RAM（用戶程序）輸入單元輸出單元外設(shè)接口擴(kuò)展口擴(kuò)展單元編程器輸入信號輸出信號盒式打印機(jī)打印機(jī)EPROM 寫入器PLC 或上位計算機(jī)圖 組成示意圖PLC 的特點：控制程序可變，具有很好的柔性；具有高度可靠性，適用于工業(yè)環(huán)境；功能完善；易于掌握、便于維修。二、據(jù)啤酒發(fā)酵的工藝流程和需要，PLC 的選型需要滿足以下條件：（1）有簡單回路控制算法。5（2）有模擬量的采集、處理過程及開關(guān)量的輸入/輸出功能。（3） 有溫度顯示和用外部按鍵隨時改變內(nèi)部參數(shù)PLC 集三電于一體， PLC 網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)良的性能價格比和 PLC 具有高可靠性等等，使得 PLC 在工廠中倍受歡迎，用量高居首位，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的支柱。因此，可編程控制器啤酒發(fā)酵過程自動控制系統(tǒng)，可完成啤酒發(fā)酵過程控制功能，完成與上位機(jī)的通訊，實現(xiàn)啤酒發(fā)酵過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控。三、西門子 S7200 系列 PLC，S7200 系列的 PLC 具有體積小，運行速度高，功能強(qiáng)等特點。四、S7200PLC 機(jī)械結(jié)構(gòu)特性：（1