【正文】 ) 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)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(diǎn)。(2) 易操作性PLC 的易操作性表現(xiàn)為編程簡(jiǎn)單，使用方便。現(xiàn)代 PLC 采用微處理器作為中央處理單元，其功能大大增強(qiáng)，不僅具有邏輯控制功能，還具有算術(shù)運(yùn)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(gè)領(lǐng)域。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(huì)在以后的時(shí)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。(b) 后酵—當(dāng)罐內(nèi)溫度從前酵的 12℃降到 3℃左右時(shí)，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。這個(gè)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。液位間接反應(yīng)了物料的多少，以便控制物料的儲(chǔ)存量，實(shí)時(shí)調(diào)控或者進(jìn)行物料反應(yīng)等。錐形發(fā)酵罐的直徑與高度之比一般為1：~4 。針對(duì)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(duì)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(duì)流降溫過程，實(shí)踐證明此工藝有效的保證了降溫速率及酒液澄清。 發(fā)酵各階段溫度控制機(jī)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(zhǎng)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。主發(fā)酵階段約歷時(shí)4天。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(huì)使得發(fā)酵過程緩慢，影響生產(chǎn)進(jìn)度。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(cè)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。4) 分布式控制系統(tǒng)——采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)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(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行自動(dòng)控制，主要特點(diǎn)是采用 PLC 作為下位機(jī)。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(jī)。對(duì)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(jiǎn)單，具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。隨著人們對(duì)發(fā)酵機(jī)理的逐步認(rèn)識(shí)，并隨著可靠性高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境器件的引用，對(duì)發(fā)酵采用自動(dòng)控制逐漸取得成功。 發(fā)酵溫度；對(duì)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 However, because of the plexity of the beer production, domestic breweries have many disadvantages, such as outdated measurement and control equipments, low level of automation, instable product quality, etc.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 difficult to find or create a precise mathematical model to simulate and forecast control. To save energy, reduce production costs and to meet the requirements of control, temperature control of fermentation tank selected the detection of the fermentation tank, in the next paragraph 3 of the temperature, through the upper, middle and lower imports of liquid ammonia in paragraph three Electromagic valve to achieve fermentation tank temperature control method. To solute the whole process temperature control by plc. The system performance higher than price, reliable, advanced technology, to fully meet the fermentation process of beer production technology requirements, taking into account the practical needs.Keywords: PLC。發(fā)酵過程是啤酒生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，本文以啤酒發(fā)酵過程為工程背景，利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)啤酒發(fā)酵過程溫度的控制，這對(duì)更加牢固掌握PLC 并將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際及了解啤酒的生產(chǎn)工藝有很好作用。中國的啤酒是19世紀(jì)末從外國傳入的。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(cè)控制。但是我國人均啤酒消費(fèi)水平只有 8 升，僅相當(dāng)于世界水平的 1/3 差距很大；近年來，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(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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。溫度控制精度在 ?℃范圍內(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，但目前國內(nèi)的不少生產(chǎn)廠家都是采用這種生產(chǎn)方式。 啤酒發(fā)酵控制系統(tǒng)方案綜述目前，國內(nèi)啤酒生產(chǎn)(糖化、發(fā)酵工段)的控制水平基本上可以分為四個(gè)檔次。3) PC 機(jī)+ 數(shù)據(jù)采集插卡方式 ——以工業(yè) PC 機(jī)加各種數(shù)據(jù)采集卡為代表，過程控制中的各種信號(hào)在外圍通過相應(yīng)的變送器送入插在工業(yè) PC 機(jī)插槽中的數(shù)據(jù)采集卡，在 PC機(jī)畫面上顯示各種生產(chǎn)過程參數(shù)，同時(shí)控制閥門與泵、電機(jī)等設(shè)備的啟、停來滿足工藝生產(chǎn)要求，目前國內(nèi)不少啤酒廠發(fā)酵車間采用這種系統(tǒng)進(jìn)行控制。但主要缺點(diǎn)是一次投入資金較大 [4]。(2) 完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及其系統(tǒng)選型，包括系統(tǒng)的硬件連線，PLC 的選型，PLC 點(diǎn)數(shù)確定、PLC ，擴(kuò)展模擬量處理模塊等部分。從原麥汁入罐時(shí)刻起，就開始進(jìn)行主發(fā)酵，這一階段的溫度控制在12攝氏度(不同工藝數(shù)值不同)。雙乙酰還原階段控溫原理與主酵段類似，但此過程發(fā)酵速度趨緩，熱量產(chǎn)生少，對(duì)流慢，對(duì)上段控溫應(yīng)緩慢、慎重，不可急劇冷卻，防止罐內(nèi)溫度出現(xiàn)較大幅度下滑，酵母大量沉積將影響雙乙酞還原。此階段溫度控制應(yīng)以上、中、下三段均衡控溫為主，縮小罐內(nèi)發(fā)酵液溫差。發(fā)酵是一個(gè)放熱的過程，如果讓啤酒自然發(fā)酵，發(fā)酵液的溫度會(huì)逐漸上升，因此在發(fā)酵罐外部罐壁設(shè)置有上、中、下三段冷卻套，相應(yīng)的設(shè)立上、中、下三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)和三個(gè)調(diào)節(jié)閥，通過閥門調(diào)節(jié)冷卻套內(nèi)冷卻液的流量來實(shí)現(xiàn)對(duì)酒體溫度的控制 [7]。啤酒發(fā)酵生產(chǎn)工藝對(duì)控制的要求是：發(fā)酵罐上、中、下液溫的實(shí)時(shí)測(cè)控，控制罐溫在特定階段與標(biāo)準(zhǔn)的工藝生產(chǎn)曲線相符；控制罐內(nèi)氣體的有效排放，使罐內(nèi)壓力符合不同階段的需要控制。整個(gè)發(fā)酵過程可以分為主酵和后酵兩個(gè)階段：(a) 主酵—這個(gè)階段又稱為前酵。經(jīng)過一段時(shí)間的貯酒，整個(gè)發(fā)酵環(huán)節(jié)基本結(jié)束。啤酒發(fā)酵工藝曲線如圖 251 所示。PLC 的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用是與其自身的性能特點(diǎn)密切相關(guān)的，與繼電器、微機(jī)控制相比，PLC 具有以下特點(diǎn)：(1) 高可靠性PLC 是為了適應(yīng)工業(yè)環(huán)境而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是它的最重要的特點(diǎn)。PLC 的輸入輸出接口可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的用戶設(shè)備相連接，可拆卸的接線端子排使接線工作及其簡(jiǎn)單。PLC 的主要特點(diǎn)是與控制對(duì)象有更強(qiáng)的接口能力，也就是說，它的基本結(jié)構(gòu)主要是圍繞著適宜于過程控制的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。無論哪知結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都可根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。然后返回第一條指令開始，新一輪掃描。如果有異常情況，則根據(jù)錯(cuò)誤的嚴(yán)重程度發(fā)出報(bào)警或停止PLC 運(yùn)行。這些邏輯功能不僅可以取代，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過諸如中間繼電器、時(shí)間繼電器等硬件邏輯所能達(dá)到的功能，從而為 PLC 在可靠性和便利性上形成特色奠定了基礎(chǔ) [12]。日本的 PLC 以中小型機(jī)為主，價(jià)格便宜，典型代表為 OMRON 公司、三菱(MITSUBISHI)公司的產(chǎn)品?？煽毓栎敵瞿K是交流輸出模塊，只用于高速大功率負(fù)載；繼電器輸出模塊是交直流輸出模塊，即可帶直流也可帶交流，因其有觸點(diǎn)，故只能用于低速負(fù)載。PLC 是一種具有很高可靠性的控制裝置，它與可編程調(diào)節(jié)器、DCS 系統(tǒng)同被列為“不損壞儀表” 。PLC 是以控制開關(guān)量起家的，它采用循環(huán)掃描方式，通過串行處理使其在邏輯上等效于并行處理的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，為了不丟失輸入信號(hào)，要求循環(huán)掃描周期愈短愈好，這就使得在 PLC 中配置的處理器性能好，速度快。啤酒發(fā)酵期罐壓力設(shè)定為 0~。整個(gè)系統(tǒng)還設(shè)定了手動(dòng)操作和自動(dòng)控制選擇開關(guān)，在任意階段都能夠?qū)崿F(xiàn)兩者間的切換，實(shí)現(xiàn)了溫度、壓力的手、自動(dòng)選擇控制。PLC 可以根據(jù)工藝要求設(shè)定的程序自動(dòng)完成模擬量和開關(guān)量的處理，通過控制算法，輸出控制信號(hào)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)閥門進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，從而完成發(fā)酵工藝過程的控制。從 CPU 模塊的功能來看，SIMATIC S7200 系列小型可編程程序控制器發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代：在由于第一帶產(chǎn)品已經(jīng)過時(shí)，在這里只討論第二帶產(chǎn)品。根據(jù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的考察，啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)及類型確定，可知PLC 要提供 21 個(gè)開關(guān)量輸入和 15 個(gè)開關(guān)量輸出，5 個(gè)模擬量輸入，同時(shí)考慮到要留有20%～ 30%的余量。在上述情況下都需要用戶自己編制 PID 控制程序。所以每只發(fā)酵罐的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 5 個(gè)模擬量、36 個(gè)開關(guān)量考慮到 CPU226 主機(jī)上的 I/O 口不夠多必須對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，在這選用 EM 221 CN 數(shù)字量輸入模塊 (6ES7 211～1BF22～0XA8)、EM 222 CN 數(shù)字量輸出模塊(6ES7 222～1HF220XA8)、模擬量擴(kuò)展模塊 EM231CNAI4X12 位。指令系統(tǒng)是表征 PLC 性能的重要指標(biāo)，他的格式與功能硬件緊密聯(lián)系，而且直接影響程序的編制，從而影響機(jī)器系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。利用計(jì)算機(jī)編程軟件 STEP 7 MicroWIN /WIN32 提供的不同的編程語言(編輯器)，可以利用這些指令創(chuàng)建控制程序，兩種指令集和所選用編程語言的可能組合如表 61 所示。(2) 梯形圖梯形圖(LAD)最接近于繼電器接觸控制系統(tǒng)中的電器控制