【正文】 Q 3 . 5Q 3 . 6Q 3 . 7ML +Q 4 . 0Q 4 . 1Q 4 . 2Q 4 . 3Q 4 . 4Q 4 . 7ML +滿(mǎn)罐溫度保持主酵自然升溫段雙乙酰還原階段降溫保溫階段后酵保溫階段第二降溫階段貯酒保溫階段麥汁進(jìn)罐泵運(yùn)行自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)滿(mǎn)罐溫度保持指示主酵自然升溫段指示雙乙酰還原階段指示降溫保溫階段指示后酵保溫階段指示第二降溫階段指示貯酒保溫階段指示D C 2 4 V 端子排0 V 端子排D C 2 4 V 端子排0 V 端子排D C 2 4 V 端子排0 V 端子排圖 521 PLC 外部接線(xiàn)示意圖6 PLC 實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度控制的程序設(shè)計(jì) 編程軟件的介紹 指令系統(tǒng)可編程序控制器中所有指令的集合，就稱(chēng)為它為指令系統(tǒng)。圖 513 S7200 擴(kuò)展圖啤酒發(fā)酵控制原理可以得出：每只發(fā)酵罐需要有上溫、中溫、下溫、壓力四個(gè)模擬量需要測(cè)量，有些情況需要對(duì)發(fā)酵罐的液位進(jìn)行測(cè)量；上溫、中溫、下溫 3 個(gè)溫度各需要一個(gè)二位式電磁閥進(jìn)行控制，罐內(nèi)壓力需要一個(gè)二位式電磁閥進(jìn)行控制。(3) 用自編的程序?qū)崿F(xiàn) PID 閉環(huán)控制：有的可編程序控制器沒(méi)有 PID 過(guò)程控制模塊和 PID 控制用的功能指令，有時(shí)雖然可以使用 PID 控制指令，但是希望采用某種改進(jìn)的 PID 控制算法 [15]。(4) CPU226 這種模塊在 CPU224 的基礎(chǔ)上功能又進(jìn)一步增強(qiáng)，主機(jī)輸入輸出點(diǎn)數(shù)增為 40 點(diǎn)，具有擴(kuò)展能力，最大擴(kuò)展為 248 點(diǎn)數(shù)字量或 35 點(diǎn)模擬量，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)，它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。顯示器 鍵盤(pán)上位計(jì)算機(jī)C P U D OD M A I A I A I D O現(xiàn)場(chǎng)傳感器 執(zhí)行裝置打印機(jī)圖 411 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖5 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件配置 CPU 的選型SIMATIC S7200 系列是西門(mén)子公司生產(chǎn)的小型可編程程序控制器 [14]，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，有極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有功能豐富的擴(kuò)展模塊，性能價(jià)格比非常高，在各行各業(yè)中的應(yīng)用迅速推廣，在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。 表 42 輸入/輸出節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表輸入信號(hào) 輸出信號(hào)啟動(dòng)麥汁進(jìn)罐 手動(dòng)方式 麥汁進(jìn)罐泵運(yùn)行關(guān)閉麥汁進(jìn)罐 自動(dòng)方式 滿(mǎn)罐溫度保持指示滿(mǎn)罐溫度保持 開(kāi)上冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 主酵自然升溫段指示主酵自然升溫段 開(kāi)中冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 雙乙酞還原階段指示雙乙酞還原階段 開(kāi)下冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 降溫保溫階段指示降溫保溫階段 關(guān)上冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 后酵保溫階段指示后酵保溫階段 關(guān)中冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 第二降溫階段指示第二降溫階段 關(guān)下冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 貯酒保溫階段指示貯酒保溫階段 開(kāi)發(fā)酵罐排氣閥 上冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥發(fā)酵罐上部溫度 關(guān)發(fā)酵罐排氣閥 中冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥發(fā)酵罐中部溫度 系統(tǒng)啟動(dòng) SB1 下冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥發(fā)酵罐下部溫度 系統(tǒng)急停 SB2 發(fā)酵罐排氣閥發(fā)酵罐壓力 壓力超限報(bào)警發(fā)酵罐液位 溫度超限報(bào)警自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)首先，發(fā)酵工藝過(guò)程模擬量加溫度、壓力、液位以及各種閥門(mén)的狀態(tài)，進(jìn)人PLC。每個(gè)罐設(shè)有液位指示，可以作為裝酒和成品計(jì)量用，還可以了解整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的液位變化。4 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制方案 系統(tǒng)控制要求及功能 啤酒發(fā)酵溫度要求啤酒發(fā)酵期間，發(fā)酵溫度分為起始溫度(即麥汁冷卻溫度、滿(mǎn)罐溫度)、最高溫度(稱(chēng)發(fā)酵溫度) 、還原雙乙酰溫度和貯酒溫度。因此，PLC 被稱(chēng)為“專(zhuān)為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)” 。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，啤酒發(fā)酵過(guò)程也逐步開(kāi)始應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。晶體管輸出模塊只能帶直流負(fù)載，是直流輸出模塊，用于高速小功率負(fù)載。美國(guó)是 PLC 的發(fā)源地，以大中型機(jī)為主，功能完備，單機(jī)價(jià)格高，GE 公司、MODICON 公司、 AB 公司是其代表。 PLC 的主要功能和應(yīng)用可編程控制器的設(shè)計(jì)思想是盡可能地利用當(dāng)前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)去滿(mǎn)足用戶(hù)的需要，PLC 與繼電器接觸器控制電路的一個(gè)本質(zhì)區(qū)別就是除了必要的與外部物理世界的接口(即I/O 點(diǎn))外，其它的邏輯功能均在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。檢查正常后，方可進(jìn)行下面的操作。CPU 從第一條指令開(kāi)始，順序逐條的執(zhí)行用戶(hù)程序，直到用戶(hù)程序結(jié)束。CPU 底板與擴(kuò)展底板之間通過(guò)電纜連接，距離一般不超過(guò) 10m。 PLC 的組成與基本原理 PLC 的組成結(jié)構(gòu)PLC 本質(zhì)上是一臺(tái)用于控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，因此它與一般的控制機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很大的相似性。例如目前大多數(shù) PLC 采用的梯形圖語(yǔ)言，繼承了繼電器控制線(xiàn)路的清晰直觀(guān)感，很容易被電氣技術(shù)人員所接受和掌握。最快的 PLC 處理一步程序僅需幾十納秒；軟件上使用容錯(cuò)技術(shù)，硬件上使用多 CPU 技術(shù)，具有二三百步以上的高級(jí)指令，使 PLC 具有強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算和大批量數(shù)據(jù)處理能力 [10]。殺菌就是啤酒在灌裝之前對(duì)其進(jìn)行生物穩(wěn)定性處理的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。一旦雙乙酰指標(biāo)合格，發(fā)酵罐進(jìn)入第二個(gè)降溫過(guò)程，把罐內(nèi)發(fā)酵溫度從 3℃降到 0～－1℃左右進(jìn)行貯酒，以提高啤酒的風(fēng)味和質(zhì)量。在發(fā)酵期間，一般是往附著于罐壁上的冷卻夾套內(nèi)通入致冷酒精水或液氨來(lái)吸收生化反應(yīng)熱，以維持適宜的發(fā)酵溫度，致冷量通過(guò)調(diào)節(jié)冷媒流量來(lái)控制。所以需要對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)液溫的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，同時(shí)罐內(nèi)的壓力也是安全生產(chǎn)的必要控制量 [8]。罐的有效容量是每批麥汁的整數(shù)倍，應(yīng)在16~24小時(shí)內(nèi)裝滿(mǎn)一個(gè)錐形罐，罐的容量系數(shù)取80%~85% 。(7) 貯酒階段貯酒階段的溫控對(duì)發(fā)酵液成熟及酒液澄清等影響很大，控溫不當(dāng)將可能造成發(fā)酵液結(jié)冰。(2) 主發(fā)酵及雙乙酰還原階段主發(fā)酵階段酵母大量繁殖并產(chǎn)生較多的熱量，隨著發(fā)酵液中氧的迅速消耗，酵母在無(wú)氧呼吸下轉(zhuǎn)化為生成大量的 ，使罐內(nèi)中下部酒液中 含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上部，酒體密度發(fā)生變化，在 釋放及密度變化的共同作用下，發(fā)酵液發(fā)生自下而上的強(qiáng)烈對(duì)抗，此階段溫控應(yīng)促進(jìn)對(duì)流充分進(jìn)行，保持旺盛發(fā)酵并均衡罐內(nèi)酒液狀態(tài)，以控制上段溫度為主，適度輔以中段，形成的溫度梯度，三帶溫差在 ℃左右。進(jìn)入第二階段后，要求化驗(yàn)員每隔2小時(shí)測(cè)量一次雙乙酞的濃度和糖度。啤酒發(fā)酵整個(gè)過(guò)程分為：主發(fā)酵階段、還原雙乙酰階段和低溫貯酒階段。 實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵罐溫度 PLC 控制的主要研究工作(1) 熟悉啤酒發(fā)酵的工藝過(guò)程，詳細(xì)分析控制要求，選定裝置所需檢測(cè)和控制的參數(shù)，確定系統(tǒng)的控制方案。在這種控制方式中，下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)中控制單元一般采用 PLC，其可靠性非常高(一般可連續(xù)可靠工作 20 年)，性能穩(wěn)定，上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)可兼容多種通訊協(xié)議(如 TCP/IP 協(xié)議)，和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，掛在局域以太子網(wǎng)上，便于信息集成管理，和功能拓展。但由于需要操作工人的頻繁介入，其啤酒質(zhì)量和口味也有較大的波動(dòng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大。熟悉啤酒的制造工藝及過(guò)程，并通過(guò)此次設(shè)計(jì)鍛煉將理論應(yīng)用于實(shí)際的能力。按啤酒發(fā)酵的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)周期一般在十五天左右，要求發(fā)酵液的溫度嚴(yán)格按照一定的工藝曲線(xiàn)變化。object1 緒論 選題的目的和意義啤酒是世界上產(chǎn)量及消費(fèi)最大的一種酒，特別是北美及歐洲國(guó)家的總產(chǎn)量及人均消費(fèi)量均居世界前列，我國(guó)隨著改革開(kāi)放現(xiàn)代化建設(shè)，人民生活水平不斷斷提高，啤酒己成為人們的時(shí)尚飲品，市場(chǎng)的寵兒，生產(chǎn)直線(xiàn)上升，進(jìn)入九十年代后產(chǎn)量逐年增加，目前已成為僅次于美國(guó)的世界第二大啤酒產(chǎn)銷(xiāo)國(guó)，令世界啤酒界人士刮目相看。由于每個(gè)發(fā)酵罐都存在個(gè)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(duì)象特性也不盡相同。工業(yè)自動(dòng)化控制論文目錄摘要 ........................................................................3ABSTRACT ....................................................................41 緒論 ......................................................................5 選題的目的和意義 .......................................................5 啤酒發(fā)酵控制系統(tǒng)方案綜述 ...............................................5 實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵罐溫度 PLC 控制的主要研究工作 ...............................62 啤酒發(fā)酵工藝概述 ..........................................................7 啤酒發(fā)酵概述 ...........................................................7 發(fā)酵各階段溫度控制機(jī)理 .................................................7 啤酒發(fā)酵設(shè)備概述 .......................................................8 啤酒發(fā)酵溫控基本要求 ...................................................9 啤酒發(fā)酵工藝流程 ......................................................103 應(yīng)用 PLC 實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度控制的可行性分析 .................................12 可編程序控制器 PLC 的特點(diǎn) ..............................................12 PLC 的組成與基本原理 ..................................................13 PLC 的組成結(jié)構(gòu) ....................................................13 PLC 的工作原理 ....................................................13 PLC 的主要功能和應(yīng)用 ..............................................15 PLC 在啤酒發(fā)酵中應(yīng)用的可行性 ..........................................154 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制方案 .................................................17 系統(tǒng)控制要求及功能 ....................................................17 啤酒發(fā)酵溫度要求 ..................................................17 系統(tǒng)功能 ..........................................................17 PLC 控制系統(tǒng)方案 ..................................................185 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制硬件設(shè)計(jì) .............................................20 系統(tǒng)硬件配置 ..........................................................20 CPU 的選型 ........................................................20 模擬量擴(kuò)展模塊 ....................................................22 控制系統(tǒng)硬件配置 .................................................23 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 分配 ....................................24 I/O 地址分配 ......................................................246 PLC 實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度控制的程序設(shè)計(jì) ........................................27 編程軟件的介紹 .......................................................27 指令系統(tǒng) ..........................................................27 PLC 程序設(shè)計(jì)流程及原則 .............................................28 STEP7MICRO/WIN 32 編程軟件基本信息 .................................29 控制程序流程圖 ........................................................30 發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)流程圖 ...........................................30 控溫程序流程圖設(shè)計(jì) ..................................