啤酒發(fā)酵過程溫度控制系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2025-08-03 13:32 本頁面
【文章內容簡介】 上部測溫點中部測溫點下部測溫點冷卻套圖12 發(fā)酵罐工藝示意圖在整個發(fā)酵過程中，由于生化反作用產生的生化反應熱導致罐內發(fā)酵溫度的升高，為了維持適宜的發(fā)酵溫度，通常是往發(fā)酵罐冷卻夾套內通入酒精水或液態(tài)氨，來帶走多余的反應熱。由于罐內沒有攪拌裝置和加熱裝置，冷媒發(fā)酵液間主要依靠熱傳導進行熱量交換，發(fā)酵液內部存在一定的對流，影響到測溫點，這就使得控制量的變化后，要經過一段時間，被控量才發(fā)生變化，因此這類系統(tǒng)會表現(xiàn)出很大的時滯效應。例如一個120m3啤酒發(fā)酵罐溫度響應的滯后時間一般在5～30min之內變化。(2)時變性 發(fā)酵罐的溫控特性主要取決于發(fā)酵液內生化反應的劇烈程度。而啤酒發(fā)酵是從起酵、旺盛、衰減到停止不斷變化的間歇生產過程，在不同的發(fā)酵階段，酵母活力不同，造成酒體溫度特性變化，因此對象特性具有明顯的時變性。(3)大時間常數(shù) 發(fā)酵罐體積大，發(fā)酵液體通過罐壁與冷卻水進行熱交換的過程比較慢。(4)強關聯(lián) 因為罐內酒體的對流，所以在任一控制量的變化均會引起三個被控量的變化。在分析對象特性的時候，由于受到認識上的限制，往往也不能確切掌握工業(yè)過程中各種物理、化學變化的本質特征，這也必然會導致獲取的對象特性與實際特性存在難以確定的偏差。例如啤酒生產過程酵母特性、原料特性等許多因素的變化都會引起被控系統(tǒng)特性參數(shù)的變化和攝動，而這些因素在實際系統(tǒng)中都是很難在線或實時獲取的。本系統(tǒng)軟件設計采用結構化和模塊化設計方法，便于功能擴展，程序可采用匯編語言進行編程。程序模塊主要包括：主程序、PID數(shù)據(jù)處理、按鍵處理、溫度采樣與A/D轉換、數(shù)字濾波、越限報警等子程序。本文重點介紹主程序流程圖和數(shù)據(jù)處理模塊。控制系統(tǒng)主程序的流程圖如圖3所示。本系統(tǒng)利用定時循環(huán)輪流對8個溫度進行實時采樣，為了能夠實現(xiàn)溫度的巡回測量，必須有相應的程序來選擇溫度輸入通道。用戶可以通過鍵盤設定溫度的上限值和下限值、偏差e(k)絕對值的設定值M、PID控制的系數(shù)kp、ki和kd等參數(shù)。開始系統(tǒng)初始化溫度信號通道選擇有鍵按下？溫度采樣—A/D轉換數(shù)字濾波溫度顯示溫度超出？數(shù)據(jù)處理—調用PID程序控制量輸出鍵處理—參數(shù)設定調用報警程序YYNN圖3 控制系統(tǒng)主程序的流程圖本溫控系統(tǒng)采用的數(shù)字PID算法由軟件實現(xiàn)，增量PID控制算法的優(yōu)點是編程簡單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲空間少，運算快。但是對于溫度這種響應緩慢、滯后性大的過程，不能用標準的PID算法進行控制。當擾動較大或者給定的溫度值大幅度變化時，由于產生較大的偏差，加上溫控本身的慣性及滯后，在積分作用下，系統(tǒng)往往產生較大的超調和長時間的振蕩。因此，為克服這種不良的影響，采用積分分離法對增量PID算法進行改進。當偏差e(k)絕對值較大時，暫時取消積分作用；當偏差e(k)絕對值小于某一設定值M時，才將積分作用投入。1）當|e(k)|M時，用PID控制。偏差小，說明系統(tǒng)溫度已經接近設定值，此時加入積分作用，可消除系統(tǒng)靜差，保證系統(tǒng)的控制精度。根據(jù)遞增原理可得U(k)＝kpｅ(k)+kiki＝0!ｅ(i)+kd[e(k)e(k1
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