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正文內(nèi)容

基于plc的啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)設計-資料下載頁

2024-12-07 00:58本頁面

【導讀】人類使用谷物制造酒類飲料已有8000多年的歷史。中國的啤酒是19世紀末從外國。啤酒工業(yè)是我國食品工業(yè)占有重要地位,隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活的改。由于起步較晚及啤酒生產(chǎn)的工藝復雜,目前我國大多數(shù)啤酒生產(chǎn)企業(yè)技術裝備。落后自動化程度低,產(chǎn)品質量不穩(wěn)定。啤酒產(chǎn)業(yè)的綜合實力這一課題有很大研究空間。加牢固掌握PLC并將PLC應用于生產(chǎn)實際及了解啤酒的生產(chǎn)工藝有很好作用。采用特殊的控制算法。由于每個發(fā)酵罐都存在個體的差異,而且在不同的工藝條件下不。同的發(fā)酵菌種下對象特性也不盡相同。因此很難找到或建立某一確切的數(shù)學模型來進行。模擬和預測控制。為節(jié)省能源,降低生產(chǎn)成本,并且能夠滿足控制的要求,發(fā)酵罐的溫。利用PLC來實現(xiàn)整個過程溫度的控制。

  

【正文】 器。S7200CPU 主要的性能指標見表 51。 表 51 S7200CPU 主要的性能指標 特性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 安徽理工大學畢業(yè)設計 24 外形尺寸 80*80*62 90*80*62 *80*62 190*8.*62 存儲器 用戶程序 2048字 2048字 4096字 4096字 用戶數(shù)據(jù) 1024字 1024字 2560字 2560字 數(shù)據(jù)后備 (超級 電容 )典型值 50小時 50小時 50小時 50小時 輸入輸出 本機 I/O 6入 4出 8入 /6出 14入 /10出 24入 /16出 擴展模塊數(shù)量 無 2個模塊 7個模塊 72個模塊 數(shù)字量 I/O映像 區(qū)大小 256 256 256 256 模擬量 I/O映像 區(qū)大小 無 16如 /16出 32入 /32出 32入 /32出 指令系統(tǒng) 33MHZ下布爾 指 令執(zhí)行速度 FOR/NEXT循環(huán) 有 有 有 有 實數(shù)指令 有 有 有 有 整數(shù)指令 有 有 有 有 主要內(nèi)部繼電器 I/O映像寄存器 128I和 128Q 128I和 128Q 128I和 128Q 128I和 128Q 內(nèi)部通用繼電器 256 256 256 256 計數(shù)器 /定時器 256/256 256/256 256/256 256/256 寫入 /寫出 無 16/16 32/32 32/32 順序控制繼電器 256 256 256 256 附加功能 內(nèi)置高速計數(shù)器 4H/W(20KHZ) 4H/W(20KHZ) 6H/W(20KHZ 6H/W(20KHZ 模塊量調(diào)節(jié)電位器 1 1 2 2 脈沖輸出 2(20KHZ DC) 2(20KHZ DC) 2(20KHZ DC) 2(20KHZ DC) 通信中斷 1發(fā)送 /2接收 1發(fā)送 /2接收 1發(fā)送 /2接收 1發(fā)送 /4接收 硬件輸入中斷 4 4 4 4 定時中斷 2(1~ 255ms) 2(1~ 255ms) 2(1~ 255ms) 2(1~ 255ms) 定時時鐘 有 (時鐘卡 ) 有 (時鐘卡 ) 有 (內(nèi)置 ) 有 (內(nèi)置 ) 安徽理工大學畢業(yè)設計 25 口令保護 有 有 有 有 通信功能 通信口數(shù)量 1(RS485) 1(RS485) 1(RS485) 1(RS485) 支持協(xié)議 0號口 1號口 PPI DP/T 自由口 N/A PPI DP/T 自由口 N/A PPI DP/T 自由口 N/A PPI DP/T 自由口 (同 0號口 ) 模擬量擴展模塊 1 PLC 對模擬量信號的 PID 控制方式 用可編程控制器對模擬量進行 PID 控制時,可采用以下方式: 1 用 PID 過程控制模塊 這種模塊的 PID 控制程序是可編程控制器生產(chǎn)廠家設計的 , 并存放在模塊中 , 用戶在使用時只需設置一些參數(shù) , 使用起來非常方便 , 一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路 , 但是這種模塊價格昂貴 , 一般在大型的控制系統(tǒng)能中使用。 2 用 PID 功能指令 現(xiàn)在很多可編程控制器都有供 PID 控制用的功能指令,如 S7200 的 PID 指令。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??梢杂?STEP7Micro/WIN32 編程軟件中的指令向導”簡單快速的設置 PID 程序中的各種參數(shù),設置完成后,指令向導自動生成 PID程序。 3 用自編的程序實現(xiàn) PID閉環(huán)控制 有的可編程序控制器沒有 PID 過程控制模塊和 PID 控制用的功能指令,有時雖然可以使用 PID控制指令,但是希望采用某種改進的 PID 控制算法。在上述情況下都需要用戶自己編制 PID控制程序。 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)進行全方位檢測控制,選擇 S7200PLC 主機,擴展模擬量處理模塊,利用 PLC 提供的 PID 編程功能模塊,即可實現(xiàn)相應模擬量的閉環(huán)控制。在模擬量閉環(huán)過程控制領域內(nèi),擴展模擬量處理模塊,如 EM23 EM23 EM235,根據(jù) PLC 提供的 PID 編程功能模塊,只需設定好 PID 參數(shù),運行 PID 控制指令,就能求得輸出控制值,實現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制。 2 模擬量擴展模塊 EM235 模塊提供了模擬量輸入 /輸出的功能,優(yōu)點如下: 1) 最佳適應性 , 可適用于復雜的控制場合 安徽理工大學畢業(yè)設計 26 2) 直接與傳感器和執(zhí)行器相連, 12 位的 分辨率和多種輸入 /輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連,例如 EM235 CN 模塊可直接與 PT100 熱電阻相連 3)靈活性,當實際應用變化時, PLC 可以相應地進行擴展,并可非常容易的調(diào)整用戶程序。 控制系統(tǒng)硬件配置 1 S7200 PLC 的擴展模塊 S7200 PLC 可以安裝在板上,也可以安裝在標準 DIN導軌上,利用總線連接電纜,可以很容易的把 CPU模塊和擴展模塊連接在一起。需要連接的擴展模塊較多時,模塊連接起來會過長,兩組模塊之間可使用擴展連接電纜,將模塊安裝 成兩排。信號處理模塊主要分為四類,開關量輸入 DI、開關量輸出 DO、模擬量輸入 AI、模擬量輸出 AO,擴展方擴展方法如圖 52 所示。 啤酒發(fā)酵溫度控制原理可以得出上溫、中溫,下問,壓力四個模擬量需要測量,有些情況需要對發(fā)酵罐的液位進行測量,上溫、中溫、下溫 3 個溫度各需要一個二位式電磁閥進行控制,罐內(nèi)壓力需要一個二位式電磁閥進行控制。所以每只發(fā)酵罐的 I/O 點數(shù)為 5個模擬量、 36 個開關量考慮到 CPU226 主機上的 I/O 口不夠多必須對它進行擴展,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)、模擬量擴展模塊 EM231CNAI4X12 位。其擴展圖如圖 53所示: 安徽理工大學畢業(yè)設計 27 圖 53 模塊擴展連接圖 2其他資源配置 除了 PLC 必需的 I/O擴展模塊之外,另外涉及的設備儀表有測溫用 Pt100 鉑電阻溫度變送器、壓力變送器、液位變送器等。 根據(jù)啤酒發(fā)酵的特點,啤酒發(fā)酵過程的溫度范圍最低可以到 1攝氏度以下,最高到12 攝氏度以上,一般可以選擇的量程為 10~ 90攝氏度的溫度變送器,壓力變送器可以選擇量程為 0~ 200Kpa 或者 0~ 400Kpa。 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 分配 I/O 地址分配 根據(jù)啤酒發(fā)酵溫度控制的工藝流程及實際需求,確定整個系統(tǒng)共有 26 個輸入點,其中 5 個模擬量, 16 個輸出點,考慮到系統(tǒng)的擴展留有少量冗余,因此選用西門子S7226PLC CPU 模塊 1 塊、 EM223 擴展模塊 1塊、 EM231 模擬量擴展模塊 2 塊。本機及擴展模塊 I/O地址分配見表 54。 表 54 本機及擴展模塊 I/O 地址分配 輸入信號 輸出信號 符號 地址 注解 符號 地址 注解 s1 手動方式 bengyx 麥汁進罐泵運行 s2 自動方式 mgwdbczs 滿罐溫度保持指示 qdmzjg 啟動麥汁進罐 zjzrswdzs 主酵自然升溫段指示 gbmxjg 關閉麥汁進罐 sythydzs 雙乙酰還原階段指示 中央處理單元CPU226 EM223 DC24V EM231 DC24V EM231 DC24V 安徽理工大學畢業(yè)設計 28 mgwdbc 滿罐溫度保持 jwbwdzs 降溫保溫階段指示 zjzrswd 主酵自然升溫段 hjbwjdzs 后酵保溫階段指示 sythyd 雙乙酰還原階段 dejwjdzs 第二降溫階段指示 jwbwd 降溫保溫階段 cjbwjdzs 貯酒保溫階段指示 hjbwjd 后酵保溫階段 shanglkf 上冷媒開關電磁閥 dejwjd 第二降溫階段 zhonglkf 中冷媒開關電磁閥 cjbwjd 貯酒保溫階段 xialkf 下冷媒開關電磁閥 kshang 開上冷媒開關電磁閥 ylpqfyx 發(fā)酵罐排氣閥 kzhong 開中冷媒開關電磁閥 yalicxbj 壓力超限報警 kxia 開下冷媒開關電磁閥 wdcxbj 溫度超限報警 gshang 關上冷媒開關電磁閥 zdyxzt 自動運行狀態(tài) gzhong 關中冷媒開關電磁閥 gxia 關下冷媒開關電磁閥 kylpqf 開發(fā)酵罐排氣閥 gylpqf 關發(fā)酵罐排氣閥 shangwd AIW6 發(fā)酵罐上部溫度 zhongwd AIW8 發(fā)酵罐中部溫 安徽理工大學畢業(yè)設計 29 度 xiawd AIW10 發(fā)酵罐下部溫度 fjgysli AIW12 發(fā)酵罐壓力 fjgyewei AIW16 發(fā)酵罐液位 K1 系統(tǒng)啟動 K2 系統(tǒng)急停 PLC 外部接線圖示意圖如圖 55 安徽理工大學畢業(yè)設計 30 S7200可編程控制器 CPU226I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 1I 1 . 2I 1 . 3I 1 . 4I 1 . 5I 1 . 6I 1 . 7I 2 . 0I 2 . 7I 3 . 0I 3 . 7ML +Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6Q 0 . 7Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2Q 1 . 3Q 1 . 4Q 1 . 5Q 1 . 6Q 1 . 7Q 2 . 0Q 2 . 7NL 1EM223I 4 . 0I 4 . 1I 4 . 2I 4 . 3I 4 . 4I 4 . 5I 4 . 6I 4 . 7I 5 . 0I 5 . 1I 5 . 2I 5 . 3I 5 . 4I 5 . 5I 5 . 6I 5 . 7L +MQ 3 . 0Q 3 . 1Q 3 . 2Q 3 . 3Q 3 . 4Q 3 . 5Q 3 . 6Q 3 . 7Q 4 . 0Q 4 . 1Q 4 . 2L +MEM235EM235R A +R B +R C +I 0L +R A +R B +R C +I 0L +MMT D 2 2 0顯 示 器系 統(tǒng) 啟 動 系 統(tǒng) 急 停 手 動 方 式 自 動 方 式 啟 動 麥 汁 進 罐 關 閉 麥 汁 進 罐 滿 灌 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D C 2 4 端 子 排0 伏 端 子 排自 動 運 行 狀 態(tài) 麥 汁 進 罐 泵 運 行 壓 力 超 限 警 報 溫 度 超 限 警 報交 流 電 路A C 2 2 0 V 滿 灌 溫 度 保 持 警 示 主 酵 自 然 升 溫 階 警 示 雙 乙 酰 還 原 階 段 警 示 降 溫 保 溫 段 警 示 后 酵 保 溫 段 警 示 第 二 降 溫 段 警 示 貯 酒 保 溫 段 警 示 上 冷 媒 開 關 電 磁 閥 中 冷 媒 開 關 電 磁 閥 下 冷 媒 開 關 電 磁 閥 發(fā) 酵 罐 排 氣 罐
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