【文章內(nèi)容簡介】 ，整個發(fā)酵環(huán)節(jié)基本結(jié)束。（3）啤酒過濾和殺菌主酵、后酵結(jié)束以后，啤酒將通過過濾機和高溫瞬時殺菌進行生物以及膠體穩(wěn)定處理然后灌裝。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，導致啤酒混濁，目前多采用硅藻土過濾方式。如果啤酒中仍含有微生物（雜菌） ，則微生物可以在啤酒中迅速繁殖，導致啤酒混濁，其排泄的代謝產(chǎn)物甚至使啤酒不能飲用。殺菌就是啤酒在灌裝之前對其進行生物穩(wěn)定性處理的最后一個環(huán)節(jié)。啤酒發(fā)酵工藝曲線如圖 22 所示。圖中，0a 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 段為降溫進入貯酒階段，典型降溫速度為 ℃/h；e f 段為貯酒階段。啤酒口味和實際要求的不同，啤酒的發(fā)酵工藝曲線也就不同，但是對于確定好的啤酒發(fā)酵工藝，就應(yīng)嚴格按照工藝曲線去控制溫度和壓力等，這樣才能保證啤酒的質(zhì)量。024681 01 21 40a bc def T/℃t / h圖 22 啤酒發(fā)酵工藝曲線 本章小結(jié)本章對啤酒發(fā)酵整個過程做了概述，對發(fā)酵過程各階段溫度控制機理進行了詳細的說明，并對啤酒發(fā)酵設(shè)備和發(fā)酵溫控基本要求做了研究，從而總結(jié)出啤酒發(fā)酵工藝流程中 PLC 在各階段溫度控制中能起到的作用。第 3 章 應(yīng)用 PLC 實現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度控制的可行性分析 可編程序控制器 PLC 的特點可編程序控制器（Programmable Controller）是一種以計算機（微處理器）為核心的通用工業(yè)控制裝置。早期可編程序控制器主要用于開關(guān)量的邏輯控制，被稱為可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller） ，簡稱 PLC，這個名稱被一直沿用?，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。自 1969 年 DEC 公司研制出世界上第一臺 PLC 后，經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，有的已經(jīng)使用 RISC（精簡指令系統(tǒng) CPU）芯片。最快的 PLC 處理一步程序僅需幾十納秒；軟件上使用容錯技術(shù)，硬件上使用多 CPU 技術(shù)，具有二三百步以上的高級指令，使 PLC 具有強大的數(shù)值運算、函數(shù)運算和大批量數(shù)據(jù)處理能力 [10]。PLC 的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用是與其自身的性能特點密切相關(guān)的，與繼電器、微機控制相比，PLC 具有以下特點：（1）高可靠性PLC 是為了適應(yīng)工業(yè)環(huán)境而專門設(shè)計的控制裝置，可靠性高、抗干擾能力強是它的最重要的特點。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。硬件設(shè)計方面：采用可靠性高的元件，對干擾的屏蔽、隔離和濾波，對電源的掉電保護，存儲器內(nèi)容保護，采用看門狗和其他自診斷措施等。軟件設(shè)計方面：采用軟件濾波，軟件自診斷，簡化編程語言，信息保護和恢復(fù)，報警和運行信息的顯示等。這些措施的采用使 PLC 的可靠性和抗干擾能力大大優(yōu)于一般的計算機控制系統(tǒng)，PLC 的平均故障間隔時間（MTBF）可達幾十萬小時。（2）易操作性PLC 的易操作性表現(xiàn)為編程簡單，使用方便?？紤]到大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習慣和應(yīng)用微機的水平，PLC 采用了面向控制過程、面向問題的“ 自然語言”編程，易于掌握。例如目前大多數(shù) PLC 采用的梯形圖語言，繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，很容易被電氣技術(shù)人員所接受和掌握。PLC 的輸入輸出接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備相連接，可拆卸的接線端子排使接線工作及其簡單。PLC 的自診斷功能使在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，維護人員可根據(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)。（3）通用性現(xiàn)代 PLC 不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D、D/A 轉(zhuǎn)換，PID 控制、數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對開關(guān)量進行控制，也可對模擬量進行控制；既可以控制單臺設(shè)備，也可以控制一條生產(chǎn)線或全部生產(chǎn)工藝過程。PLC 還具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，可與各類型的 PLC 聯(lián)網(wǎng)，并可與上位機通信構(gòu)成分布式的控制系統(tǒng)。（4）易于實現(xiàn)機電一體化由于 PLC 采用半導體集成電路，因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點。而且由于 PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用計算機，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用，并具有很強的可靠性和抗干擾能力，易于裝入機械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實現(xiàn)機電一體化十分理想的控制設(shè)備。 PLC 的組成與基本原理 PLC 的組成結(jié)構(gòu)PLC 本質(zhì)上是一臺用于控制的專用計算機，因此它與一般的控制機在結(jié)構(gòu)上有很大的相似性。PLC 的主要特點是與控制對象有更強的接口能力，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行設(shè)計的。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 可分為整體式和組合式兩類。整體式 PLC 是將中央處理器（CPU ） 、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機。另外還有獨立的 I/O 擴展單元與主機配合使用。主機中CPU 是 PLC 的核心，I/O 單元是連接 CPU 與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC 與編程器和上位機等外部設(shè)備的連接。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。裝有 CPU 單元的底板稱為 CPU 底板，其它稱為擴展底板。CPU 底板與擴展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 10m。無論哪知結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都可根據(jù)需要進行配置與組合。例如 SIEMENS S7224型 PLC 為整體式結(jié)構(gòu)，通過主機連接 I/O 擴展單元，I/O 點數(shù)可在 24 點到 168 點的范圍內(nèi)進行配置。組合式 PLC 則在 I/O 配置上更方便、更靈活 [11]。圖 31 為 PLC 的組成示意圖。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)接口擴展口擴展單元編程器輸入信號輸出信號盒式打印機打印機EPROM 寫入器PLC 或上位計算機圖 31 PLC 組成示意圖 PLC 的工作原理與其它計算機系統(tǒng)相同，PLC 的 CPU 采用分時操作原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨時間順序執(zhí)行各個操作。這種分時操作進程稱為 CPU 對程序的掃描。PLC 的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按序號順序排列。CPU 從第一條指令開始，順序逐條的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。然后返回第一條指令開始，新一輪掃描。除了執(zhí)行用戶程序外，在每次掃描過程中還要完成系統(tǒng)自檢測，輸入輸出處理，處理外設(shè)請求等工作。以上幾個過程共同構(gòu)成了 PLC 工作的一個工作周期。PLC 按工作周期方式周而復(fù)始的循環(huán)工作。PLC 上電后，首先進行初始化，然后進圖循環(huán)工作過程，一次循環(huán)可歸納為五個工作階段，如圖 32 所示。各個階段完成的任務(wù)如下：（1）公共處理。復(fù)位監(jiān)控定時器（WDT） ，進行硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等。檢查正常后，方可進行下面的操作。如果有異常情況，則根據(jù)錯誤的嚴重程度發(fā)出報警或停止 PLC 運行。（2）I/O 刷新。輸入刷新時，CPU 從輸入電路中讀出各輸入點狀態(tài)，并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中；輸出刷新時候，將輸出繼電器的元件影響寄存器的狀態(tài)傳送到輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路隔離和功率放大，驅(qū)動外部負載。（3）執(zhí)行用戶程序。在程序執(zhí)行階段，CPU 按先左后右，先上后下的順序?qū)γ織l指令進行解釋、執(zhí)行，CPU 從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進行邏輯運算，運算結(jié)果再寫入輸出映像寄存器中。（4）外設(shè)端口服務(wù)。完成與外設(shè)端口連接的外圍設(shè)備（如編程器）或通訊適配器的通信處理。 PLC 的主要功能和應(yīng)用可編程控制器的設(shè)計思想是盡可能地利用當前先進的計算機技術(shù)去滿足用戶的需要，PLC 與繼電器接觸器控制電路的一個本質(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）外，其它的邏輯功能均在其內(nèi)部實現(xiàn)。這些邏輯功能不僅可以取代，而且遠遠超過諸如中間繼電器、時間繼電器等硬件邏輯所能達到的功能，從而為 PLC 在可靠性和便利性上形成特色奠定了基礎(chǔ) [12]。PLC 的主要功能：邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、步進（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。目前，國內(nèi)外的 PLC 產(chǎn)品有幾十個系列，上百個型號。各個種類 PLC 的容量、結(jié)構(gòu)形式、性能、指令系統(tǒng)、編程方法、價格各不相同，適應(yīng)的工作場合也有差異。因此，對于每一個準備使用 PLC 的用戶來說，合理的選擇 PLC 是非常重要的，它直接影響到所設(shè)計系統(tǒng)的性能與造價。PLC 的選擇包括機型、容量、I/O 模塊等幾個方面的內(nèi)容。（1）PLC 機型的選擇圖 32 PLC 工作流程圖電源接上初始化檢查硬件和用戶程序存儲器檢 查 結(jié) 果 正常 ？采樣輸入信號，刷新 I/O數(shù)據(jù)，更新輸出信號監(jiān)控定時器復(fù)位逐條執(zhí)行用戶程序指令程 序 結(jié) 束 ？外設(shè)端口服務(wù)錯誤標志置位，故障燈亮故 障 性 質(zhì)I/O 內(nèi) 部 繼 電 器 清 零 ；定 時 器 復(fù) 位 ； 檢 查 I/O單 元 連 接否報警異常是 否初始化公共處理I/O 刷新執(zhí)行用戶程序外設(shè)端口服務(wù)（a） （b）目前國內(nèi)使用的 PLC 以國外產(chǎn)品居多。美國是 PLC 的發(fā)源地，以大中型機為主，功能完備，單機價格高，GE 公司、MODICON 公司、 AB 公司是其代表。日本的 PLC 以中小型機為主，價格便宜，典型代表為 OMRON 公司、三菱（MITSUBISHI）公司的產(chǎn)品。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。（2）選擇容量。PLC 的容量包括主機用戶存儲器的內(nèi)存容量和 I/O 控制點數(shù)兩個方面，選擇時應(yīng)留有適當?shù)脑Ａ孔鰝溆谩? （3） 選擇 I/O 模塊。輸入模塊有直流 24VDC 和交流 220VAC 兩種。輸出模塊有三種形式：繼電器輸出，晶體管輸出和可控硅輸出。晶體管輸出模塊只能帶直流負載，是直流輸出模塊，用于高速小功率負載?？煽毓栎敵瞿K是交流輸出模塊，只用于高速大功率負載；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，故只能用于低速負載。上煤系統(tǒng)電控部分控制對象為接觸器，屬于交流低速負載。據(jù)此選擇原則可以選用合理便捷的 PLC 產(chǎn)品。本系統(tǒng)選用了 SIMENS SIMATIC S7系列 PLC 組件。 PLC 在啤酒發(fā)酵中應(yīng)用的可行性啤酒發(fā)酵過程控制是啤酒釀造過程的一個重要工藝控制環(huán)節(jié)，發(fā)酵過程控制得好壞直接影響到整罐啤酒的產(chǎn)品質(zhì)量。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，達到溫度調(diào)節(jié)的目的。該過程控制因線路復(fù)雜，控制參數(shù)單一，故維護工作量大，且調(diào)節(jié)效果差，特別是在發(fā)酵罐數(shù)量多，體積大，系統(tǒng)滯后大的情況下更是如此。隨著計算機控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，啤酒發(fā)酵過程也逐步開始應(yīng)用計算機控制系統(tǒng)。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” 。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，在模板機箱進行了完善的電磁兼容性設(shè)計，對元器件進行了精心的挑選。而且更重要的是它采用了諸如數(shù)字濾波、指令復(fù)執(zhí)、程序卷回、差錯校驗等一系列軟件抗干擾措施及故障診斷技術(shù)，以及在系統(tǒng)一級的容余配置等；此外，PLC 采用周期循環(huán)掃描方式工作，對輸入輸出集中進行處理。這種特殊的工作方式本身就具有抗干擾功能。在一個循環(huán)掃描周期 T 中，僅只有一小段時間集中進行 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。以上這些原因使 PLC 的可靠性更高。因此，PLC 被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機” 。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，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。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。而在大中型 PLC 中普遍采用了多微處理器結(jié)構(gòu)進行多道處理，這使得 PLC不僅速度快，而且可以獨立各自處理不同問題，也可分解協(xié)調(diào)，共同處理非常復(fù)雜的問題。此外，PLC 配置著大量內(nèi)含 CPU 的智能模板，有些專用于 PID 控制，有些用于運動控制，有些用于高速計數(shù)器，有些用于連網(wǎng)通信，它們采用模塊結(jié)構(gòu)，通過背板并行總線連成有機的整體。所有這些都使得 PLC 適合于各種規(guī)模的自動化系統(tǒng) [13]。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