【正文】 ...................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。但隨著啤酒產(chǎn)量的不斷增加，所需發(fā)酵罐也會(huì)增多，給生產(chǎn)啤酒帶來(lái)極大的不便，造成生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定，如何提高啤酒生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化水平，增強(qiáng) 啤酒產(chǎn)業(yè)實(shí)力成為一個(gè)好的研究課題。從原料到發(fā)酵過(guò)程，如何控制好溫度，壓力，讓發(fā)酵滿(mǎn)總生產(chǎn)工藝曲線，決定了啤酒的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率， 發(fā)酵過(guò)程是啤酒生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié) ， 發(fā)酵控制系統(tǒng)的任務(wù)就是將發(fā)酵酒液的實(shí)際溫度控制在和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵曲線相差有限的誤差范圍內(nèi) 。 1 廣州大學(xué)松田學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 ___基于 PLC的 啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) _ 2 基于 PLC 啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 啤酒發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)中最重要的一道工序，是決定啤酒質(zhì)量的最關(guān)鍵的一 步。啤酒的發(fā)酵是把糖化的姜汁分解成乙醇，由于發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)程機(jī)理復(fù)雜，影響發(fā)酵因素很多，對(duì)發(fā)酵過(guò)程缺乏精確的數(shù)學(xué)模型。 過(guò)去的啤酒發(fā)酵過(guò)程，啤酒發(fā)酵罐多為人工現(xiàn)場(chǎng)操作調(diào)節(jié)，手工記錄。 為止，本文通過(guò)對(duì)啤酒生產(chǎn)發(fā)酵過(guò)程的工藝及關(guān)鍵問(wèn)題的分析，基于 PLC 設(shè)計(jì)啤酒生產(chǎn)過(guò)程中啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)。 4 啤酒發(fā)酵自控系統(tǒng) PLC 程序 ......................................................................................... 10 設(shè)計(jì)思路 .......................................................................................................... 10 系統(tǒng)硬件配置 ................................................................................................... 13 CPU 的選型 .............................................................................................. 13 模擬量擴(kuò)展模塊 ...................................................................................... 14 控制系統(tǒng)硬件配置 ................................................................................... 15 其他資源配置 ........................................................................................... 16 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 分配 ............................................................ 16 I/O 地址分配 ............................................................................................ 16 編程軟件的介紹 ................................................................................................ 19 指令系統(tǒng) ................................................................................................. 19 程序流程圖 ....................................................................................................... 19 PLC 功能模塊程序設(shè)計(jì) ..................................................................................... 22 主程序 .................................................................................................... 23 主酵自然升溫段程序 ............................................................................... 23 溫度控制程序 .......................................................................................... 24 模擬量信號(hào)采集處理 ................................................................................ 25 發(fā)酵狀態(tài)處理 ........................................................................................... 27 溫度設(shè)定值的計(jì)算 .................................................................................... 30 PID 回路計(jì)算 ........................................................................................... 32 電磁閥控制 .............................................................................................. 34 軟件調(diào)試 .................................................................................................. 35 結(jié)論 ............................................................................................................................... 35 主要參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 36 致謝 ............................................................................................................................... 36 附錄 ............................................................................................................................... 37 1 1 緒 論 課題的背景 啤酒是一種低濃度的飲料， 也是富含營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 的食品 ， 每 100g 中僅有酒精3— 5g，一般不超過(guò) 8g。 啤酒是世界上產(chǎn)量 以 及消費(fèi)最大的一種酒， 啤酒市場(chǎng)非常巨大， 世界啤酒的未來(lái)充滿(mǎn)希望 ，歐 洲啤酒市場(chǎng) 和 美國(guó)啤酒市場(chǎng) ， 隨著 人均消費(fèi)量增長(zhǎng) ，啤酒 消費(fèi)量增長(zhǎng)顯著 ，居世界前列。未來(lái)五年中國(guó) 啤酒將保持平穩(wěn)持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。我 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)啤酒的企業(yè)數(shù)以百計(jì)，但與國(guó)外的主要啤酒生產(chǎn)廠家相比，大部分企業(yè)的技術(shù)相對(duì)落后， 國(guó)的啤酒生產(chǎn)工業(yè)前存在許多不盡如人意的地方。 大部分處于手動(dòng)控制階段，只有極少數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化，國(guó)內(nèi)的啤酒行業(yè)迫切要求進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，以確保在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。啤酒釀造過(guò)程是這樣的：糖化，麥汁充氧，添加酵母，發(fā)酵，降溫，倒罐，貯酒。 啤酒發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)中最重要的一道工序，是決定啤酒質(zhì)量的最關(guān)鍵的一步。另一方面，不少化工生產(chǎn)過(guò)程都具有相似性，因此我們研制的這一套控制系統(tǒng)性?xún)r(jià)比高，以后還可以推廣到其他很多化工廠生產(chǎn)的場(chǎng)合。 發(fā)酵過(guò)程是啤酒生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)， 發(fā)酵控制系統(tǒng)的任務(wù)就是將發(fā)酵酒液的實(shí)際溫度控 制在和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵曲線相差有限的誤差范圍內(nèi) 。這個(gè)過(guò)程消耗了大部分可發(fā)酵性糖和可同化性氮等麥汁成分，排出的發(fā)酵代謝產(chǎn)物即啤酒的主要組成。促進(jìn)發(fā)酵液成熟，改善口味，促進(jìn)啤酒自然澄清，使其具有良好的穩(wěn)定性。 國(guó)內(nèi)啤酒生產(chǎn)過(guò)程控制概況 我國(guó)啤酒的產(chǎn)量逐步發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)較高水平，品種也趕上去，這就要求國(guó)內(nèi)啤酒生產(chǎn) 發(fā)酵過(guò)程控制和 更新生產(chǎn)設(shè)備 能否 滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。 北京華爾森啤酒廠從捷克全套引進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備；北京華都啤酒廠從丹麥引進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備；上海華光啤酒廠從瑞士引進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備等。 1993 年國(guó)家輕工業(yè)部自動(dòng)化研究所研制的“ PW40啤酒 發(fā)酵微機(jī)控制系統(tǒng)”在廈門(mén)華僑啤酒廠投入使用，其控制方案也是采用單變量溫度控制；國(guó)內(nèi)中小企業(yè)結(jié)合本廠生產(chǎn)實(shí)際自行研究的自動(dòng)化儀表加手動(dòng)的生產(chǎn)控制技術(shù)，造價(jià)低，效果一般，符合企業(yè)目前的狀況，但不能滿(mǎn)足企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需求。為適應(yīng)現(xiàn)在生 產(chǎn)的要求，提高啤酒的質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，在啤酒生產(chǎn)中自動(dòng)化控制可以增加競(jìng)爭(zhēng)能力體現(xiàn)在 提高工藝 廠品質(zhì)量，以及原材料的利用，降低生產(chǎn)成本，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 輔助生產(chǎn)管理，方便生產(chǎn)成本的控制盒管理 啤酒生產(chǎn)有自己獨(dú)有的環(huán)境，只有結(jié)合國(guó)內(nèi)的啤酒行業(yè)實(shí)際情況，針對(duì)其特殊性，才能開(kāi)發(fā)出適合的生產(chǎn)啤酒的自動(dòng)控制系統(tǒng)。最終控制為糖度和雙乙酰。 發(fā)酵過(guò)程的溫度變化與發(fā)酵液的糖度和雙乙酰成統(tǒng)計(jì)關(guān)系 。在啤酒大規(guī)模生產(chǎn)中，要求發(fā)酵液溫度按照一定的工藝曲線變化，溫度精確 ℃。 啤酒發(fā)酵的具體過(guò)程 啤酒發(fā)酵 主要有 3 個(gè)過(guò)程： 主發(fā)酵、還原雙乙酰和低溫貯酒 。發(fā)酵液有糖化車(chē)間經(jīng)管道灌入，起始溫度 8℃，每罐發(fā)酵液分批入罐，每次都要測(cè)定糖度信息反饋到糖化車(chē)間，保證整罐發(fā)酵液符合標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)實(shí)施溫度控制，保證發(fā)酵液 在規(guī)定的溫度。還原雙乙酰階段，溫度要求 1218℃，進(jìn)入第二 4 階段要每 2 小時(shí)測(cè)雙乙酰的濃度和糖度，直到糖度降至 度每 8小時(shí)測(cè)一次。 發(fā)酵溫度控制機(jī)制 1自動(dòng)升溫階段，姜汁滿(mǎn)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。 3降溫保溫，還原雙乙酰后轉(zhuǎn)入降溫階段，將酒均為冷卻與貯酒溫度。酒液密度溫度在直接冷卻 3℃，要以上帶和中帶控溫為主。 3℃以下控制罐下部為主控溫，打破溫度梯度 ，滿(mǎn)足控制溫度效果 啤酒發(fā)酵設(shè)備 發(fā)酵罐設(shè)有上，中，下三個(gè)冷卻帶，有 3 個(gè)電磁閥控制冷卻，并有 3個(gè)溫度傳感器檢測(cè) 3點(diǎn)溫度 ，啤酒發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)示意圖 P I C0 1T I C0 1T I C0 2T I C0 3L I0 1電 磁 閥 關(guān)排 放 C O2上 層 溫 度中 層 溫 度下 層 溫 度罐 內(nèi)壓 力罐 內(nèi)液 位冷媒出口冷媒入口 5 啤酒發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)示意圖 啤酒發(fā)酵工藝曲線 啤酒的合口和實(shí)際要求不同，啤酒發(fā)酵工 藝曲線也不同，嚴(yán)格按照工藝曲線控制溫度和壓力才能保證啤酒質(zhì)量。 2自然升溫 ， 酵母的加入，酵母菌逐漸開(kāi)始生長(zhǎng)和繁殖。 3自然升溫發(fā)酵 ， 產(chǎn)生一種學(xué)名叫雙乙酰的化學(xué)物質(zhì)。 6 4降溫過(guò)程其實(shí)屬于啤酒發(fā)酵的后續(xù)過(guò)程，其作用是將發(fā)酵過(guò)程中加入的酵母菌進(jìn)行沉淀、排出 。 3 啤酒發(fā)酵自控系統(tǒng) PLC 選型和配置 選型 可編程控制器 (PLC))工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)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(kāi)關(guān)狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)為下一階段使用； 2. 執(zhí)行程序：然后 PLC 按用戶(hù)程序中的指令逐條執(zhí)行，但是把執(zhí)行結(jié)果暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)； 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； PLC 組成示意圖 PLC 的特點(diǎn)： 控制程序可變，具有很好的柔性 ； 具有高度可靠性，適用于工業(yè)環(huán)境 ； 電源 中央處理單元 （ CPU） 存儲(chǔ)器 EPROM (系統(tǒng)程序 ) RAM （用戶(hù)程序） 輸 入 單 元 輸 出 單 元 外 設(shè) 接 口 擴(kuò) 展 口