【正文】 點擊這些標簽，可以在主程序、子程序和中斷服務程序之間切換。操作欄為訪問 STEP 7Micro/WIN 中不同的程序組件提供了一組圖標。STEP7Micro/WIN 32 編程軟件是基于 Windows 的應用軟件，由西門子公司專為 S7200系列 PLC 設計開發(fā)，它的功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?？梢詫?S7200 的所有功能進行編程。主程序：在程序的主體中放置控制應用指令，主程序中的指令按順序在 CPU 的每一個掃描周期執(zhí)行一次。（5）程序調(diào)試程序調(diào)試的任務是進一步診斷和改正軟件中的錯誤。（3）編寫程序編寫程序就是根據(jù)設計出的框圖逐條地編寫控制程序，這是整個程序設計工作的核心部分。通過熟悉生產(chǎn)工藝，深入細致地了解設備間的關系及以后可能出現(xiàn)的問題，使程序設計有的放矢。比較三種語言的各自的特點最終選用梯形圖為主要的編程語言。因此，它很容易被一般的電氣工程設計人員和運行維護人員接受，是初學者理想的編程工具，所有廠商的可編程序控制器都支持梯形圖語言。用 STEP 7 MicroWIN /WIN32 進行編程時，可以利用語句表編輯器查看用梯形圖或功能塊圖編寫的程序，反過來，不一定能夠全部用語句表現(xiàn)實出來。表 51 指令集和編程語言SIMATIC IEC 11313 指令語句表（STL）語言 沒有梯形圖（LAD）語言 梯形圖（LAD）語言功能塊圖（FBD）語言 功能塊圖（FBD）語言（1）語句表語句表（STL）語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領域的工程人員，用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言。IEC 11313 指令集是不同 PLC 廠家的指令標準，他不能使用 STL 編程語言。在一些國際組織，如 IEC（國際電工委員會）制定的 PLC 輪廓性標準的限制下，雖然大部分 PLC 提供可相似的基本指令，但不同廠家的獨立性造成各種 PLC 指令在表示和操作上有一些差別 [17]。S7200可編程控制器 CPU226EM231I 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 . 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 . 7NL 1R A +R B +R C +I OL +MR B +R C +I OL +MEM231R A +手動方式自動方式啟動麥汁進罐關閉麥汁進罐開上冷媒開關電磁閥開中冷媒開關電磁閥開下冷媒開關電磁閥關上冷媒開關電磁閥關中冷媒開關電磁閥關下冷媒開關電磁閥開發(fā)酵罐排氣閥關發(fā)酵罐排氣閥系統(tǒng)啟動系統(tǒng)急停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)酵罐排氣閥壓力超限報警溫度超限報警交流電流A C 2 2 0 V發(fā)酵罐上部溫度變送器發(fā)酵罐中部溫度變送器發(fā)酵罐下部溫度變送器發(fā)酵罐壓力變送器發(fā)酵罐液位變送器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D C 2 4 V 端子排T D 2 0 0 顯示器I 3 . 0I 3 . 7I 4 . 0I 4 . 1I 4 . 2I 4 . 3I 4 . 4I 4 . 5I 4 . 6I 4 . 7ML +EM221EM222EM222Q 2 . 0Q 2 . 7Q 3 . 0Q 3 . 1Q 3 . 2Q 3 . 3Q 3 . 4Q 3 . 5Q 3 . 6Q 3 . 7ML +Q 4 . 0Q 4 . 1Q 4 . 2Q 4 . 3Q 4 . 4Q 4 . 7ML +滿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罐泵運行自動運行狀態(tài)滿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 45 PLC 外部接線示意圖 本章小結本章將 PLC 引入啤酒發(fā)酵控制方案，對各個階段溫度要求做了研究，對方案中 PLC輸入/ 輸出節(jié)點、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)組成等做了詳細的論述，確定了 CPU 選型以及硬件配置，進而對 I/O 分配和 PLC 外部接線做了設計。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 。圖 43 S7200 擴展圖啤酒發(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。其電源與公共端子圖如圖 42。在上述情況下都需要用戶自己編制 PID 控制程序。（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。根據(jù)對整個系統(tǒng)的考察，啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)及類型確定，可知PLC 要提供 21 個開關量輸入和 15 個開關量輸出，5 個模擬量輸入，同時考慮到要留有20%～ 30%的余量。（2）CPU222CPU222，輸入輸出點數(shù)增為 14 點，具有擴展能力，最大擴展為 78 點數(shù)字量或 10路模擬量的輸入輸出，存儲容量也得到擴充，還新增了 PID 控制器。在由于第一帶產(chǎn)品已經(jīng)過時，在這里只討論第二帶產(chǎn)品。系統(tǒng)采用上下位機兩級遞階結構。PLC 可以根據(jù)工藝要求設定的程序自動完成模擬量和開關量的處理，通過控制算法，輸出控制信號至執(zhí)行機構，對閥門進行控制調(diào)節(jié)，從而完成發(fā)酵工藝過程的控制。 PLC 控制系統(tǒng)方案根據(jù)啤酒發(fā)酵工藝控制需求，充分考慮企業(yè)的綜合實力、現(xiàn)狀與發(fā)展等因素，設計PLC 控制系統(tǒng)方案。整個系統(tǒng)還設定了手動操作和自動控制選擇開關，在任意階段都能夠實現(xiàn)兩者間的切換，實現(xiàn)了溫度、壓力的手、自動選擇控制。（1）對每個發(fā)酵罐的上、中、下 3 個測量點的溫度進行檢測，實現(xiàn)自動控制，罐內(nèi)實行壓力檢測。啤酒發(fā)酵期罐壓力設定為 0~。因此，可編程控制器啤酒發(fā)酵過程自動控制系統(tǒng)，可完成啤酒發(fā)酵過程控制功能，完成與上位機的通訊，實現(xiàn)啤酒發(fā)酵過程的遠程監(jiān)控。而在大中型 PLC 中普遍采用了多微處理器結構進行多道處理，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)，共同處理非常復雜的問題。以上這些原因使 PLC 的可靠性更高。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計，對元器件進行了精心的挑選。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。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。輸入模塊有直流 24VDC 和交流 220VAC 兩種。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。PLC 的選擇包括機型、容量、I/O 模塊等幾個方面的內(nèi)容。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。（4）外設端口服務。（2）I/O 刷新。各個階段完成的任務如下：（1）公共處理。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，處理外設請求等工作。這種分時操作進程稱為 CPU 對程序的掃描。例如 SIEMENS S7224型 PLC 為整體式結構，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 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。按結構形式的不同，PLC 可分為整體式和組合式兩類。（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。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)的指示或自診結果，快速確定故障的位置，以便迅速處理和修復。（2）易操作性PLC 的易操作性表現(xiàn)為編程簡單，使用方便。PLC 在硬件和軟件方面采取了如下一系列可靠性設計方法。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，不僅具有邏輯控制功能，還具有算術運算、模擬量處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能，目前已經(jīng)被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域。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。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。一旦雙乙酰指標合格，發(fā)酵罐進入第二個降溫過程，把罐內(nèi)發(fā)酵溫度從 3℃降到 0～－1℃左右進行貯酒，以提高啤酒的風味和質(zhì)量。此時，前酵基本結束，進行降溫轉入后酵階段。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吸收生化反應熱，以維持適宜的發(fā)酵溫度，致冷量通過調(diào)節(jié)冷媒流量來控制。在發(fā)酵開始前，根據(jù)工藝要求預先設定工藝控制的溫度、壓力曲線；在發(fā)酵工程中，根據(jù)發(fā)酵進行的程度（發(fā)酵時間、糖度、雙乙酰含量等） ，發(fā)酵罐上、中、下 3 段溫度的差異，以及 3 段溫度各自的變化趨勢，自動正確選擇各個階段相應的控制策略，從而達到預期的控制效果 [9]。所以需要對發(fā)酵罐內(nèi)液溫的變化進行實時控制，同時罐內(nèi)的壓力也是安全生產(chǎn)的必要控制量 [8]。罐類容器的主要工況參數(shù)有溫度、液位、氣體壓力。罐的有效容量是每批麥汁的整數(shù)倍，應在 16~24 小時內(nèi)裝滿一個錐形罐，罐的容量系數(shù)取 80%~85%。整個罐體除罐頂裝置和罐底的進出口以外，全部用絕熱材料包裹起來，用其來阻隔與外界的熱交換。此階段溫度控制應以上、中、下三段均衡控溫為主，縮小罐內(nèi)發(fā)酵液溫差。（5）三攝氏度保溫過程在整體降溫過程中，3 攝氏度以前的降溫速度較快，降溫慣性大，在接近 3 攝氏度對流方向變化過程中，易出現(xiàn)罐內(nèi)各點酒液溫度的紊亂，或溫度出現(xiàn)突升突降，或溫度持續(xù)變化，無法按工序執(zhí)行，且難以總結出變化規(guī)律。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，對流慢，對上段控溫應緩慢、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。正常情況下，全過程必須在 14 天以上 [5]。當糖度降至 度時再經(jīng)過 16 小時糖度監(jiān)測工作就結束。當糖度降至低于 度時，每兩小時測量一次，直至到達 度。從原麥汁入罐時刻起，就開始進行主發(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）。發(fā)酵過程是啤酒生產(chǎn)中一個非常重要的環(huán)節(jié)，啤酒發(fā)酵是一個復雜的生化過程，這個過程可以理解為把麥汁轉化為啤酒的過程，整個發(fā)酵過程同樣也包含若干個生產(chǎn)工序，如：麥汁充氧、酵母添加、發(fā)酵、過濾、修飾以及酵母擴培等等。（3）采用的是德國 SIEMENS 公司的 S7200 系列 PLC，運用與之相配的 STEP7 編程軟件，通過 STL 和 LAD 兩種編程語言編制了下位機的控制程序，完成系統(tǒng)軟件設計，實現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度自動控制的 PLC 控制系統(tǒng)設計。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我國大部分啤酒生產(chǎn)廠家目前仍然采用常規(guī)儀表進行控制，人工監(jiān)控各種參數(shù)，人為因素較多。目前啤酒工業(yè)總的技術特點是向設備大型化、自動化、生產(chǎn)周期短，經(jīng)濟效益高的方向發(fā)展。（4）分布式控制系統(tǒng)——采用先進的計算機控制技術與多層網(wǎng)絡結構加先進的控制算法對生產(chǎn)工序進行自動控制，主要特點是采用 PLC 作為下位機。一定程度上解決了啤酒生產(chǎn)過程控制問題，但存在以下缺點：a．系統(tǒng)可靠性差。采取諸如數(shù)據(jù)采集器等手段采集各種過程量進入控制室，一般設有馬賽克模擬屏或上位機。（1）完全手動操作方式——其主要特點是閥門為手動。對提高啤酒發(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，編程簡單，具有非?，F(xiàn)實的意義。隨著控制領域新技術、新方法的不斷涌現(xiàn)，這些問題也在不斷地得到改進