【正文】 中溫、下溫 3個(gè)溫度各需要一個(gè)二位式電磁閥進(jìn)行控制，所以每只發(fā)酵罐的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 4個(gè)模擬量、 36個(gè)開關(guān)量，考慮到 CPU226 主機(jī)上的 I/O 口不夠多必須對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，在這選用 EM 221 CN 數(shù)字量輸入 模塊 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 9 （ 6ES7 211～ 1BF22～ 0XA8）、 EM 222 CN 數(shù)字量輸出模塊（ 6ES7 2221HF220XA8）、模擬量擴(kuò)展模塊 EM231CNAI4X12 位。需要連接的擴(kuò)展模塊較多時(shí)，模塊連接起來會(huì)過長，兩組模塊之間可使用擴(kuò)展連接電纜，將模塊安裝成兩排。用戶對(duì)點(diǎn)接口（ PPI）作 ，用 RS485 接口實(shí)現(xiàn)高速用戶可編和接口。 。 。 S7200 系統(tǒng)有 3 個(gè)不同的口令保護(hù)級(jí)別，以便用戶對(duì)程序做有效保護(hù)， 3 級(jí)口令分別是自由存取，只讀，完全保護(hù)。在掃描周期內(nèi)，可直接查詢當(dāng)前的輸入和輸出信號(hào)，在必要時(shí)，還可以用指令對(duì)輸入和輸出直接賦值或改變其值，這樣不僅用戶調(diào)試程序方便，同時(shí)也可使系統(tǒng)對(duì)過程事件做出快速響應(yīng)。 ，中斷觸 發(fā)有幾種形式：可用軟件設(shè)定為中斷輸入信號(hào)的上升沿式下降沿，以便做出快速響應(yīng)；可設(shè)為時(shí)間控制的自動(dòng)中斷；可由內(nèi)置高數(shù)計(jì)數(shù)器自動(dòng)觸發(fā)中斷；在與外設(shè)通信時(shí)可以以中斷分式工作。 S7200PLC 幾乎包括了一般計(jì)算所具有的各種基本操作指令，如變量賦值、數(shù)據(jù)存位置、傳送、比較、子程序調(diào)用、循環(huán)等。 CPU212 執(zhí)行每條二進(jìn)制指令時(shí)間為 ，而CPU214CPU261 僅為 。通過比較 S7200 四種 CPU 的各種技術(shù)指標(biāo)，選定CPU226 為啤酒發(fā)酵溫度 PLC控制的控制器。 S7200 四種 CPU： CPU221， CPU222， CPU224， CPU226 CPU226 這種模塊在 CPU224 的基礎(chǔ)上功能又進(jìn)一步增強(qiáng)，主機(jī)輸入輸出點(diǎn)數(shù)增為 40 點(diǎn)，具有擴(kuò)展能力，最大擴(kuò)展為 248 點(diǎn)數(shù)字量或 35 點(diǎn)模擬量，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)，它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。上煤系統(tǒng)電控部分控制對(duì)象為接觸器，屬于交流低速負(fù)載。晶體管輸出模塊只能帶直流負(fù)載，是直流輸出模塊，用于高速小功率負(fù)載 。 輸入模塊有直流 24VDC 和交流 220VAC 兩種。 PLC 的容量包括主機(jī)用戶存儲(chǔ)器的內(nèi)存容量和 I/O 控制點(diǎn)數(shù)兩個(gè)方面，選擇時(shí)應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ孔鰝溆?。德?SIEMENS 公司的產(chǎn)品以可靠性高著稱，其主要產(chǎn)品有 S S7兩個(gè)系列，包括了從大型機(jī)到小型機(jī)各個(gè)型號(hào)，在國內(nèi)使用廣泛。美國是 PLC 的發(fā)源地，以大中型機(jī)為主，功能完備，單機(jī)價(jià)格高， GE 公司、 MODICON 公司、 AB 公司是其代表。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 7 因此 PLC的選擇包括機(jī)型、容量、 I/O 模塊等幾個(gè)方面的內(nèi)容。據(jù)啤酒發(fā)酵的工藝流程和需要， PLC 的選型需要滿足以下條件： 。 PLC 的選型 各個(gè)種類 PLC的容量、結(jié)構(gòu)形式、性能、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格各不相同，適應(yīng)的工作場合也有差異。 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(jià)格比和 PLC 具有高可靠性等等，使得 PLC 在工廠中倍受歡迎，用量高居首位，成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的支柱。 3. 刷新輸出：按第 1 階段的輸入狀態(tài)在第 2 階段執(zhí)行程序 中確定的結(jié)果，在本階段中對(duì)輸出予以刷新。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 6 第 3章 硬件設(shè)計(jì) PLC 的選型 PLC 工作原理及功能 可編程控制器 (PLC))工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段： 1. 輸入采樣：即檢查各輸入的開關(guān)狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來為下一階段使用。 ：在 1和 2過程中啤酒發(fā)酵已經(jīng)完成，降溫過程其實(shí)屬于啤酒發(fā)酵的后續(xù)過程，其作用是將發(fā)酵過程中加入的酵母菌進(jìn)行沉淀、排出。 ：在自然升溫發(fā)酵過程中，化學(xué)反應(yīng)能產(chǎn)生一種學(xué)名叫雙乙酰的化學(xué)物質(zhì)。 升溫階段：麥汁進(jìn)料過程中，隨著酵母的加入，酵母菌逐漸開始生長和繁殖。 在前期的自然升溫階段基本上不需要加以控制，這是 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 由于啤酒罐發(fā)酵過程中，升溫是靠發(fā)酵本身產(chǎn)生的熱量進(jìn)行的，任其自然升溫；在恒溫階段，通過控制冷媒開關(guān)閥，保持發(fā)酵罐內(nèi)溫度恒定；在降溫階段，通過控制冷媒開關(guān)閥，以指定速率降溫。 在各個(gè)階段，對(duì)象的特性相對(duì)穩(wěn)定，溫度的控制存在一定的規(guī)律性。 3℃以下控制罐下部為主控溫，打破溫度梯度，滿足控制溫度效果 圖 啤酒發(fā)酵工藝曲線 每個(gè)發(fā)酵罐的上、中、下 3個(gè)測量點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，罐內(nèi)實(shí)行壓力檢測。酒液密度溫度在直接冷卻 3℃，要以上帶和中帶控溫為主。 ，還原雙乙酰后轉(zhuǎn)入降溫階段，將酒均為冷卻與貯酒溫度。 發(fā)酵溫度控制機(jī)制 ，姜汁滿罐酵母自然升溫，要控制溫度，否則會(huì)導(dǎo)致啤酒質(zhì)量下降。oa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 26℃； bc段為降溫逐漸進(jìn)入后酵，； cd 段為后酵階段，典型控制點(diǎn) 16℃；de 段為降溫進(jìn)入貯酒階段，； e f 段為貯酒階段。 在發(fā)酵的過程中，溫度在不斷的升高，當(dāng)達(dá)到上限溫度時(shí)，要打開制冷設(shè)備，通過酒精在冷卻管內(nèi)循環(huán)使罐內(nèi)的溫度降下來。在不同的季節(jié)，甚至在不同一季節(jié)的不同發(fā)酵罐，要求生產(chǎn)不同品種的啤酒，這樣就要求每個(gè)罐具有各自獨(dú)立的 工藝控制曲線，這不僅要求高精度，高穩(wěn)定性的控制，還需要控制系統(tǒng)有極大的靈活性。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)酵罐的溫度控制選擇了檢測發(fā)酵罐的上、中、下 3段的溫度，通過上、中、下 3段冷媒進(jìn)口的兩位式電磁閥來實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐溫度控制的方法。由于每個(gè)發(fā)酵罐都存在個(gè)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(duì)象特性也不盡相同。這一階段主要是讓酵母和一些固態(tài)物進(jìn)行充分沉淀并進(jìn)行回收。當(dāng)雙乙酰濃度下降到合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，發(fā)酵就可以進(jìn)入降溫階段，分兩個(gè)階段按不同的速率降溫，此時(shí)把所有冷媒閥打開，使發(fā)酵液全速降溫， 降溫階段的溫度為 1 ~120C。麥汁進(jìn)料階段的溫度為 5~100C, 自然升溫階段的溫度為 20~350C， 開始進(jìn)行主發(fā)酵，發(fā)酵液直接由糖化車間經(jīng)管道灌入，初始的溫度大約為 8攝氏度左右，糖度為 10 度左右，溫度控制開始實(shí)施，以保證滿罐后發(fā)酵液的溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。 ℃范圍內(nèi)如果溫度控制偏低，就會(huì)使得發(fā)酵過程緩慢，影響生產(chǎn)進(jìn)度；如果溫度偏高，又會(huì)造成生化參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)，影響啤酒的質(zhì)量。發(fā)酵過程是啤酒生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，啤酒發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生化過程，這個(gè)過程可以理解為把麥汁轉(zhuǎn)化為啤酒的過程，整個(gè)發(fā)酵過程同樣也包含若干個(gè)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(kuò)培等等。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2 第 2章 課程設(shè)計(jì)的方案 概述 啤酒是采用麥芽和水為主要原料，加酒花，經(jīng)酵母發(fā)酵釀制而成的一種含有二氧化碳、氣泡的低酒精度飲料。因此，優(yōu)化啤酒發(fā)酵控制應(yīng)用前景樂觀，能產(chǎn)生較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。 ℃范圍內(nèi)，這樣的控制精度單憑傳統(tǒng)的熱工儀表加上手工操作方式是完全不能滿足要求的，隨著控制領(lǐng)域新技術(shù)、新方法的不斷涌現(xiàn)，這些問題也在不斷地得到改進(jìn)。 啤酒發(fā)酵具有非線性、時(shí)間滯后和大慣性等特征，發(fā)酵過程的精密控制一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域較難解決的問題之一。因此發(fā)酵過程是否正常和順利，將直接影響到最終啤酒成品的質(zhì)量。由于這一過程中麥汁的可酵糖和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)被酵母細(xì)胞酶分解為乙醇（ C2H5OH）和二氧化碳（ CO2），同時(shí)還產(chǎn)生一系列的發(fā)酵副產(chǎn)物，如：雙乙酰、 醛、酸、酯等。 啤酒的發(fā)酵過程是在啤酒酵母的參與下，對(duì)麥汁的某些組成進(jìn)行一系列代謝，從而將麥汁風(fēng)味轉(zhuǎn)變?yōu)槠【骑L(fēng)味的過程。啤酒生產(chǎn)是一個(gè)利用生物加工進(jìn)行生產(chǎn)