【正文】 Wang. Envelope pulsed ultrasonic distance measurement system based upon amplitude modulation and phase OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS,2020. [9] ,Multisensor obstacle detection and and Vision Computing,2020:389~396. [10]H. Araki, K. Yamada,Development of Rearend Collision Avoidance Proceeding of IEEE Intelligent Transportation Systems. (7):232~236. 致謝 值此論文完成之際，謹(jǐn)向悉心指導(dǎo)我的導(dǎo)師閆哲老師致以誠(chéng)摯的敬意和衷心的感謝 !四年大學(xué)生涯中，老師在學(xué)習(xí)上給予我不盡的幫助和鼓勵(lì) !老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和謙遜的人格魅力將鞭策我在以后的人生道路上不斷進(jìn)取 ! 感謝 老師們的關(guān)心和幫助 ! 感謝同學(xué)們?cè)谶@四年中對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上的鼓勵(lì)！ 感謝我的父母，是他們給予我無(wú)盡的精神動(dòng)力 ! 最后，對(duì)所有關(guān)心我、支持我、幫助過(guò)我的老師、同學(xué)、同事和親友們表示衷心的感 37 謝和祝福 ! 附錄 啤酒發(fā)酵罐溫度控制程序 主程 序 Network 1 LD CALL SBR0 Network 2 // 急停 LD CALL SBR1 Network 3 // 麥汁進(jìn)罐 LD A 。Huang and J 36 主要參考文獻(xiàn) [1] 彭翠云 ， 趙廣耀 ， 戎海龍 .汽車倒車系統(tǒng)中超聲波測(cè)距模塊的設(shè)計(jì) [M] .安徽工程科技學(xué)院， 2020， 12： 14~65. [2] 蘇煒，龔壁建 .超聲波測(cè)距誤差分析 [J] .傳感器技術(shù)， 2020， 23(6)： 8~11. [3] 吳妍，袁佑新 .可視倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 微計(jì)算機(jī)信息， 2020， 2： 268~270. [4] 楊幫文 .新型集成器件實(shí)用電路 (修訂版 ) [M] .電子工業(yè)出版社， 2020. [5] 沈紅衛(wèi) .基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [M] .電子工業(yè)出版社， 2020. [6] 謝維成，楊加國(guó) .單片機(jī)原理與應(yīng)用及 C51 程序設(shè)計(jì) [M] .清華大學(xué)出版社， 2020. [7] 劉光斌 .實(shí)用低功耗設(shè)計(jì) 原理、器件與應(yīng)用 [M] .人民郵電出版社， 2020. [8] Y 2．更全面的應(yīng)用可編程控制器的通信功能，使控制系統(tǒng)更具有可靠性。 2．在啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，為了克服了大慣性、時(shí)滯和非線性等特點(diǎn)制約啤酒生產(chǎn)質(zhì)量和效率的缺點(diǎn)，采用了 PID 控制模塊控制方案。 結(jié)論 本文針對(duì)我國(guó)啤酒發(fā)酵控制工藝環(huán)境與工藝控制需求，經(jīng)過(guò)認(rèn)真調(diào)研、分析，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外較先進(jìn)的發(fā)酵工藝控制系統(tǒng)進(jìn)行了綜合比較與評(píng)價(jià)，主要完成了以下幾個(gè)方面： 1．該啤酒發(fā)酵工藝微機(jī)控制系統(tǒng)是基于 S7300PLC 的控制系統(tǒng)。得到滿意曲線后，將比例度放大（ 10~20） %，將積分時(shí)間由大到小加入，直到獲得滿意曲線 。 調(diào)整 ：（ 1）對(duì)于比例控制來(lái)說(shuō)，將比例度調(diào)到比較大的位置，逐步減小以得到滿意的曲線。 圖 513 網(wǎng)絡(luò) 21~24 梯形圖 35 軟件調(diào)試 溫度 T: P=20~60%,T=180~600s,D=3180s PID: 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查，先是比例后積分 ，最后再把微分加，曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大，曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳，曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降，曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)，曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)，動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)，理想曲線兩個(gè)波，前高后低 4比 1。這段程序由網(wǎng)絡(luò)21～ 24 組成。 33 圖 512 網(wǎng)絡(luò) 14~20 梯形圖 34 電磁閥控制 計(jì)算出 PID 的回路輸出值之后，就要相應(yīng)的調(diào)節(jié)電磁閥的輸出以控制發(fā)酵罐內(nèi)的溫度值。 32 圖 511 網(wǎng)絡(luò) 11~13 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 11～ 13的指令 解釋見(jiàn)附錄 PID 回路計(jì)算 在計(jì)算出溫度的設(shè)定值之后，就可以根據(jù)以下的 PID 計(jì)算式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的輸出值： ? ? ? ?1 1 2 11Ts TDM n M n Kc E n E n E n P V P V n P V nT Ts??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? 網(wǎng)絡(luò) 14～網(wǎng)絡(luò) 20 就是根據(jù)上面公 式計(jì)算回路調(diào)節(jié)輸出的一段程序。 ? ?21 1121TTT t t Ttt?? ? ? ?? 31 T 溫 度t 時(shí) 間0t 1 tt 2T 1TT 2 圖 59 溫度曲線 網(wǎng)絡(luò) 9~10 的梯形圖如圖 510 所示。如圖 59 所示，曲線 a是溫度設(shè)定曲線的一部分， t1 和 t2 是曲線的兩個(gè)端點(diǎn)的橫坐標(biāo)， T1 和 T2是曲線的兩個(gè)端點(diǎn)的縱坐標(biāo)， t是當(dāng)前的時(shí)間， T就是當(dāng)前的設(shè)定溫度。溫度設(shè)定值的計(jì)算由網(wǎng)絡(luò) 9～網(wǎng)絡(luò) 13 組成對(duì)發(fā)酵罐溫度使用 PID 控制必須具備的條件是設(shè)定的溫度和實(shí)際溫度。 29 圖 57 網(wǎng)絡(luò) 7 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 7 的指令 解釋見(jiàn)附錄 網(wǎng)絡(luò) 8 的梯形圖如圖 58 所示。 圖 55 網(wǎng)絡(luò) 5 梯形圖 28 網(wǎng)絡(luò) 5 的指令 解釋見(jiàn)附錄 網(wǎng)絡(luò) 6 的梯形圖如圖 56 所示。 網(wǎng)絡(luò) 4 梯形圖如圖 54所示。 圖 53 網(wǎng)絡(luò) 3 梯形圖 27 網(wǎng)絡(luò) 3 的指令 解釋見(jiàn)附錄 發(fā)酵狀態(tài)處理 根據(jù)操作人員輸入的當(dāng)前操作狀態(tài)，對(duì)每個(gè)發(fā)酵罐狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。 圖 51 網(wǎng)絡(luò) 1 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 1 的指令 解釋見(jiàn)附錄 網(wǎng)絡(luò) 2 梯形圖如圖 52所示。主要完成溫度、壓力、液位等模擬量的采集和處理。下面以由雙乙酰還原階段至后酵保溫階段間的降溫保溫階段為例說(shuō)明其相關(guān)的主要 程 序。主酵自然升溫段的程序截圖見(jiàn)附錄。在控制上應(yīng) T上 T 中 T下，故控制冷卻液閥門的開(kāi)啟順序是上冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 → 中冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 → 下冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥。 主酵自然升溫段程序 當(dāng)麥汁和酵母進(jìn)入發(fā)酵罐后，就開(kāi)始進(jìn)入主酵階段。 主程序 主程序控制系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止，整個(gè)發(fā)酵溫度控制過(guò)程根據(jù)不同發(fā)酵時(shí)期的不同轉(zhuǎn)換條件，調(diào)用相關(guān)子程序，完成主酵 → 雙乙酰還原 → 冷卻 → 酵母回收 → 后貯的階段的溫度根據(jù)設(shè)定好的曲線實(shí)現(xiàn)控制。 T2 為電磁閥打開(kāi)時(shí)間。 23 T tT 1 T 2 電磁閥 PWM 輸出波形圖 圖中 Tt 為電磁閥動(dòng)作周期。由于電磁閥是二位式的，所以其閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作作為占空比連續(xù)變化的 PWM 輸出。 （ 3）計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的電磁閥開(kāi)度。處在發(fā)酵過(guò)程中的每一個(gè)發(fā)酵罐根據(jù)各自的生產(chǎn)需要，都有一個(gè)工藝設(shè)定曲線。這個(gè)過(guò)程中需要考慮到的問(wèn)題是，每個(gè)月的天數(shù)、該年是否可能為潤(rùn)年等。 PLC 功能模塊程序設(shè)計(jì) （ 1）計(jì)算出啤酒發(fā)酵時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)又分為雙極性（圍繞 上下變化）和單極性（以 為起點(diǎn)在 和 之間的范圍內(nèi)變化）兩種。 PID 算法 在模擬量的控制中，經(jīng)常用到 PID 運(yùn)算來(lái)執(zhí)行 PID 回路的功能， PID 回路指令使這一任務(wù)的編程和實(shí)現(xiàn)變得非常容易。單罐啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)流程圖 20 麥 汁 進(jìn) 罐滿 罐初 始 化 進(jìn) 程滿 罐 溫 度 保 持1 0 小 時(shí) 定 時(shí) 到主 酵 自 然 升 溫 段溫 度 T = 1 2 ℃雙 乙 酰 還 原 段 （ 1 2 ℃ ）糖 度 達(dá) 標(biāo)降 溫 保 溫 階 段1 0 0 小 時(shí) 定 時(shí) 到溫 度 T = 3 ℃后 酵 保 溫 段4 8 小 時(shí) 定 時(shí) 到第 二 次 降 溫 段7 2 小 時(shí) 定 時(shí) 到溫 度 T = 1 ℃貯 酒 保 溫 段啟 動(dòng)aa出 酒NYNNNNNNNNYYYYYYYY單罐啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)流程圖 控溫程序流程圖設(shè)計(jì) 21 根據(jù)前面工藝流程的介紹，可以總結(jié)出 實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度自動(dòng)控制的雙乙酰還原階段、降溫保溫階段、后酵保溫階段、第二降溫階段、貯酒保溫階段等控溫階段 基本的程序流程圖如圖 開(kāi) 始初 始 化讀 開(kāi) 關(guān) 量 信 號(hào) 狀 態(tài)模 擬 量 讀 取 處 理溫 度 、 壓 力 超 限工 作 方 式 選 擇自 動(dòng)設(shè) 定 發(fā) 酵 溫 度 時(shí) 間 曲 線計(jì) 算 實(shí) 際 工 作 時(shí) 間計(jì) 算 溫 度 設(shè) 定 值讀 取 實(shí) 際 溫 度 值溫 度 設(shè) 定 值等 于 實(shí) 際 溫 度P I D 運(yùn) 算輸 出 控 制 冷 媒 電 磁 閥罐 狀 態(tài) 操 作手 動(dòng)故 障 報(bào) 警 處 理輸 出 電 磁 閥 開(kāi) 關(guān) 狀 態(tài)YYNN 圖 41 啤酒發(fā)酵控制過(guò)程程序流程圖 22 S7200 的 PID 指令 PID 算法的實(shí)現(xiàn) 在模擬量閉環(huán)過(guò)程控制領(lǐng)域內(nèi)，擴(kuò)展模擬量處理模塊 。為了達(dá)到預(yù)定的控制效果 ，采用自動(dòng)或由操作人員手動(dòng)選擇控制的方法。本系統(tǒng)中采用的 PID 算法可由 PID 指令直接生成 。該軟件 可以在 Windows 平臺(tái)上運(yùn)行，其基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件任務(wù)。 STEP7Micro/WIN 32 STEP7Micro/WIN 32 是 S7200 系列的 PLC 的編程軟件。 S7200 系列 PLC 主機(jī)中有兩類基本指令集： SIMATIC 指令集和 IEC 11313指令集 SIMATIC 指令集：是為 S7200 系列 PLC 設(shè)計(jì)的，本指令通常執(zhí)行時(shí)間短，而且可以用 LAD、 STL 和 FBD 三種編程語(yǔ)言 IEC 11313 指令集是不同 PLC 廠家的指令標(biāo)準(zhǔn)，不能使用 STL 編程語(yǔ)言。本機(jī)及擴(kuò)展模塊 I/O 地址分配見(jiàn)表 中央處理單元CPU226 EM221DI8 DC24V EM222DO8 DC24V EM222 DO8 DC24V EM231 AO4 DC24V EM231 AO4 DC24V 17 本機(jī)及擴(kuò)展模塊 I/O 地址分配 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 符號(hào) 地址 注解 符號(hào) 地址 注解 k1 系統(tǒng)啟動(dòng) bengyx 麥汁進(jìn)罐泵運(yùn)行 k2 系統(tǒng)急停 mgwdbczs 滿罐溫度保持指示 s1 手動(dòng)方式 zjzrswdzs 主酵自然升溫段指示 s2 自動(dòng)方式 sythydzs 雙乙酰還原階段指示 qdmzjg 啟動(dòng) 麥汁進(jìn)罐 jwbwdzs 降溫保溫階段指示 gbmxjg 關(guān)閉 麥汁進(jìn)罐 hjbwjdzs 后酵保溫階段指示 mgwdbc 滿罐溫度保持 dejwjdzs 第二降溫階段指示 zjzrswd 主酵 自然升溫段 cjbwjdzs 貯酒保溫階段指示 sythyd 雙乙酰還原階段 shanglkf 上冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 jwbwd 降溫保溫階段 zhonglkf 中冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 hjbwjd 后酵 保溫 階 段 xialkf 下冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 dejwjd 第二降溫 階段 ylpqfyx 發(fā)酵罐排氣閥 cjbwjd 貯酒保溫 階 段 yalicxbj 壓力超限報(bào)警 kshang 開(kāi)上冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 wdcxbj 溫度超限報(bào)警 kzhong 開(kāi)中冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 zdyxzt 自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) kxia 開(kāi)下冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 shangwd AIW6 發(fā)酵罐上部溫度 gshang 關(guān)上冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 zhongwd AIW8 發(fā)酵罐中部溫度 gzhong 關(guān)中冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 xiawd AIW10 發(fā)酵罐下部溫度 gxia 關(guān)下冷媒開(kāi)關(guān)電磁閥 fjgyali AIW12 發(fā)酵罐壓力 kylpqf 開(kāi)發(fā)酵罐 排氣閥 fjgyewei AIW16 發(fā)酵罐液位 gylpqf 關(guān)發(fā)酵罐 排氣閥 PLC 外部接線圖示意圖如圖 18 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