【正文】 序員可以任選一種。SIMATIC 指令集中的部分指令不屬于這個標(biāo)準(zhǔn)，良種指令集在使用和執(zhí)行上也存在一定的區(qū)別，如 IEC 11311 指令中變量必須進(jìn)行類型聲明，執(zhí)行時自動檢查指令參數(shù)并選擇合適的數(shù)據(jù)格式。一般來說，語句表語言在選用時主要應(yīng)作如下考慮：①它更適合與熟悉可編程序控制器結(jié)構(gòu)原理及邏輯編程的有經(jīng)驗的程序員?？梢娪谜Z句表編程實現(xiàn)的功能多。③用這種語言可以編寫出梯形圖和功能圖無法實現(xiàn)的程序。此外工業(yè)軟件中的工程工具還提供程序員用的高級語言和圖形語言等多種方便的編程工具，工程人員可以根據(jù)自己的習(xí)慣在圖形化環(huán)境或匯編語言環(huán)境下進(jìn)行編程。SIMATIC 指令集：是為 S7200 系列 PLC 設(shè)計的，本指令通常執(zhí)行時間短，而且可以用 LAD、STL 和 FBD 三種編程語言。目前，生產(chǎn)可編程序控制器的廠家非常多，各廠家都在不斷地開發(fā)和發(fā)展自己的產(chǎn)品。本機及擴(kuò)展模塊 I/O 地址分配見表 52。其擴(kuò)展圖如圖 514。需要連接的擴(kuò)展模塊較多時，模塊連接起來會過長，兩組模塊之間可使用擴(kuò)展連接電纜，將模塊安裝成兩排。本系統(tǒng)需對啤酒發(fā)酵過程中溫度、壓力、液位、周期等工藝參數(shù)進(jìn)行全方位檢測控制，選擇 S7200PLC 主機，擴(kuò)展模擬量處理模塊，利用 PLC 提供的 PID 編程功能模塊，即可實現(xiàn)相應(yīng)模擬量的閉環(huán)控制。它們實際上是用于 PID 控制的子程序，與模擬量輸入/輸出模塊一起使用，可以得到類似于使用 PID 過程控制模塊的效果，但是價格便宜的多。通過比較 S7200 四種 CPU 的各種技術(shù)指標(biāo)，選定 CPU226 為啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制的控制器。它的適應(yīng)范圍更廣。第二代產(chǎn)品其 CPU 模塊為 CPU22X，是 21 世紀(jì)初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。系統(tǒng)采用上下位機兩級遞階結(jié)構(gòu)。同時，相關(guān)數(shù)據(jù)通過 PLC 的通信接口單元和上位機通信鏈路傳至上位機和模擬屏。通過對系統(tǒng)的整體分析，可以分析出來系統(tǒng)要提供 21 個開關(guān)量輸入，16 個開關(guān)量輸出，五路模擬量的輸入，實現(xiàn)啤酒發(fā)酵各階段溫度控制。程序中有人工階段選擇開關(guān)，可以在任意階段間跳轉(zhuǎn)，從而避免了因操作人員操作偶爾失誤而無法實現(xiàn)后續(xù)程序正常運行的情況。整個發(fā)酵過程的溫度控制在不同發(fā)酵時期是不同的，根據(jù)主酵→雙己酰還原→冷卻→酵母回收→后貯的階段，分別設(shè)定曲線進(jìn)行控制，并采用 PI、PID 等控制方法，使系統(tǒng)控制精度符合工藝要求按啤酒發(fā)酵工藝要求，其中從 12℃保溫向 3℃下降的轉(zhuǎn)折點取決于酒液殘?zhí)橇慷蝗Q于發(fā)酵時間。其各階段轉(zhuǎn)換條件及控制要求見表 41 所示。正是由于 PLC 具有多種功能，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。這些高性能處理器本身有很大的潛能，只要處理好不同性質(zhì)的實時多任務(wù)的調(diào)度，在 PLC 中加入針對慢連續(xù)量的過程控制并不困難。在一個循環(huán)掃描周期 T 中，僅只有一小段時間集中進(jìn)行 I/O 處理，也只有在這一小段集中I/O 時間中的干擾才會被引入 PLC 內(nèi)部，在掃描周期的其余大部分時間，干擾都被阻擋在 PLC 之外。這不僅是由于它在硬件上采取了諸如隔離、濾波、屏蔽、接地等一系列抗干擾措施，在模板機箱進(jìn)行了完善的電磁兼容性設(shè)計，對元器件進(jìn)行了精心的挑選。舊式的啤酒發(fā)酵過程控制是用許多單回路的溫度控制儀表控制每個發(fā)酵罐上的各點溫度，根據(jù)溫度變化情況去控制冷媒閥的開度，達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的目的。上煤系統(tǒng)電控部分控制對象為接觸器，屬于交流低速負(fù)載。輸入模塊有直流 24VDC 和交流 220VAC 兩種。德國 SIEMENS 公司的產(chǎn)品以可靠性高著稱，其主要產(chǎn)品有 SS7 兩個系列，包括了從大型機到小型機各個型號，在國內(nèi)使用廣泛。PLC 的選擇包括機型、容量、I/O 模塊等幾個方面的內(nèi)容。PLC 的主要功能：邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、步進(jìn)(順序)控制、PID 控制、數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)，還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊，CRT 模塊。(4) 外設(shè)端口服務(wù)。(2) I/O 刷新。各個階段完成的任務(wù)如下：(1) 公共處理。除了執(zhí)行用戶程序外，在每次掃描過程中好要完成系統(tǒng)自檢測，輸入輸出處理，處理外設(shè)請求等工作。這種分時操作進(jìn)程稱為 CPU 對程序的掃描。例如 SIEMENS S7224型 PLC 為整體式結(jié)構(gòu)，通過主機連接 I/O 擴(kuò)展單元，I/O 點數(shù)可在 24 點到 168 點的范圍內(nèi)進(jìn)行配置。組合式 PLC 將 CPU 單元、輸入單元、輸出單元、智能 I/O 單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 可分為整體式和組合式兩類。(4) 易于實現(xiàn)機電一體化由于 PLC 采用半導(dǎo)體集成電路，因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點。PLC 的自診斷功能使在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，維護(hù)人員可根據(jù)各種異常狀態(tài)的指示或自診結(jié)果，快速確定故障的位置，以便迅速處理和修復(fù)。(2) 易操作性PLC 的易操作性表現(xiàn)為編程簡單，使用方便。PLC 在硬件和軟件方面采取了如下一系列可靠性設(shè)計方法?，F(xiàn)代 PLC 采用微處理器作為中央處理單元，其功能大大增強，不僅具有邏輯控制功能，還具有算術(shù)運算、模擬量處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。圖中，0 a 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 12℃； bc 段為降溫逐漸進(jìn)入后酵，典型降溫速度為 ℃/ｈ；cd 段為后酵階段，典型控制點 3℃；de 段為降溫進(jìn)入貯酒階段，典型降溫速度為 ℃/ｈ；e f 段為貯酒階段。啤酒過濾是一種分離過程，其主要目的是把啤酒中仍然存在的酵母細(xì)胞和其它混濁物從啤酒中分離出去，否則這些物質(zhì)會在以后的時間里從啤酒中析出，導(dǎo)致啤酒混濁，目前多采用硅藻土過濾方式?！　?通常，發(fā)酵液溫度要求控制在給定溫度的177。(b) 后酵—當(dāng)罐內(nèi)溫度從前酵的 12℃降到 3℃左右時，后酵階段開始了，這一階段最主要的目的是進(jìn)行雙乙酰還原。麥汁接種酵母進(jìn)入發(fā)酵罐幾小時以后逐漸開始主發(fā)酵，麥汁糖度下降，產(chǎn)生 CO2，反應(yīng)熱的釋放使整個罐內(nèi)的溫度逐漸上升。這個階段麥汁原料經(jīng)由連接管道由糖化罐進(jìn)入發(fā)酵罐中。啤酒發(fā)酵控制系統(tǒng)流程圖如圖 241 所示。液位間接反應(yīng)了物料的多少，以便控制物料的儲存量，實時調(diào)控或者進(jìn)行物料反應(yīng)等。 啤酒發(fā)酵溫控基本要求由于啤酒酵母的作用，麥汁在發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵，在發(fā)酵過程中釋放出的生化反應(yīng)熱和CO2 熱量釋放導(dǎo)致發(fā)酵溫度上升，同時 CO2 的產(chǎn)生使罐內(nèi)壓力升高。錐形發(fā)酵罐的直徑與高度之比一般為1：~4 。在貯酒過程中罐內(nèi)下段二氧化碳的密度梯度高于中上段，而下段發(fā)酵液的密度高于中、上段，同時存在自下而上和自上而下的對流，狀態(tài)紊亂，緩慢而不規(guī)則，使用調(diào)節(jié)閥控制冷媒可采用長時間小流量的操作方法，對于開關(guān)閥則可采用高頻短時間開啟控制，避免長時問深度冷卻，溫控精度要求在 ? 攝氏度，嚴(yán)禁出現(xiàn)溫度回升。針對此情況，在生產(chǎn)中采用了 3 攝氏度保溫工藝，目的是穩(wěn)定酒液流態(tài)，是對流過程放緩或停頓，罐內(nèi)溫度均衡準(zhǔn)確，并在保溫過程徹底排放剩余的廢酵母和沉積物，3 攝氏度保溫結(jié)束后開始進(jìn)行新的對流降溫過程，實踐證明此工藝有效的保證了降溫速率及酒液澄清。此過程以保持發(fā)酵液適度對流和一定數(shù)量懸浮酵母為主，溫度梯度為 T 上 T 中 T 下 ，三帶溫差在 ~ 攝氏度左右。 發(fā)酵各階段溫度控制機理(1) 自然升溫階段麥汁滿罐溫度高低直接關(guān)系到發(fā)酵工藝的準(zhǔn)確執(zhí)行，酵母前期增值速度，發(fā)酵周期的長短，發(fā)酵度的高低，酵母還原雙乙酰能力以及副產(chǎn)物形成、泡沫、口味等，過低和過高的滿罐溫度均不利于酵母和成品酒質(zhì)量。當(dāng)雙乙酰濃度下降到合格標(biāo)準(zhǔn) ()時，且糖度降至極限42~48 小時后，如果此時距離裝罐時間已大于 6天，發(fā)酵就可以進(jìn)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。主發(fā)酵階段約歷時4天。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，每一罐發(fā)酵液需要分幾批入罐，每一次入罐后都要由化驗員測定一次糖度并把信息反饋到糖化車間，保證最后整罐發(fā)酵液的初始糖度符合標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)周期都在十幾天以上，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 ℃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(jìn)度。(3) 采用的是德國 SIEMENS 公司的 S7200 系列 PLC，運用與之相配的 STEP7 編程軟件，通過 STL 和 LAD 兩種編程語言編制了下位機的控制程序，完成系統(tǒng)軟件設(shè)計，實現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度自動控制的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計。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，人工監(jiān)控各種參數(shù)，人為因素較多。目前啤酒工業(yè)總的技術(shù)特點是向設(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。4) 分布式控制系統(tǒng)——采用先進(jìn)的計算機控制技術(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，主要特點是采用 PLC 作為下位機。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：a．系統(tǒng)可靠性差。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。1) 完全手動操作方式——其主要特點是閥門為手動。對提高啤酒發(fā)酵溫度控制精度，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。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)。隨著人們對發(fā)酵機理的逐步認(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。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。 發(fā)酵溫度；對象ABSTRACTThe human use the grain manufacture wines more than 8000 years. Beer spread from the foreign country to China in 19 century. Beer production, as one of the most important traditional industry, has been developed quickly in our country with the development of civil economy and the improvement of standard of living. However, because of the plexity of the beer production, domestic breweries have many disadvantages, such as outdated measurement and control equipments, low level of automation, instable product quality, etc. How to improve the integrated automation level in beer production bees an urgent research project. Beer fermentation is one of the key steps of beer production. Thus, on the basis of some projects in breweries, this thesis investigated beer fermentation automation and Fuzzy Intelligent PID algorithm applied in this process. It is an attempt to apply high technology to traditional industry and has importantly practical meaning. In this paper, beer fermentation process for the project background, the use of PLC in the beer fermentation process temperature control, which is more firmly grasp PLC and used to produce practical and understanding of the beer production process have a very good role. What this research solute is： As the object of beer fermentation, degeneration, and the uncertainty of the delay, a decision must be in control of fermentation tank special control algorithms. As each there are individual differences, but in different process conditions, different fermentation bacteria, the object characteristics vary. Therefore it is diff