基于plc的啤酒发酵自动控制系统课程设计(编辑修改稿)

基于plc的啤酒发酵自动控制系统课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

罐内中，下部酒液浓度不同，要保持强烈的发酵并均衡的酒液状态，要控制不同部分的温度。 ，还原双乙酰后转入降温阶段，将酒均为冷却与贮酒温度。 酒在不同温度选会形成对流的作用。 酒液密度温度在直接冷却 3℃，要以上带和中带控温为主。 3℃保温稳定酒 液流态。 3℃以下控制罐下部为主控温，打破温度梯度，满足控制温度效果 图 啤酒发酵工艺曲线 每个发酵罐的上、中、下 3个测量点的温度进行检测，实现自动控制，罐内实行压力检测。 整个发酵过程按照发酵机理，根据主酵→双己酰还原→冷却→酵母回收→后贮的阶段，分别设定曲线进行控制，并采用滞后预估等控制方法，使系统控制精度符合工艺要求。 在各个阶段，对象的特性相对稳定，温度的控制存在一定的规律性。 在发酵开始前，根据工艺要求预先设定工艺控制的温度曲线；在发酵工程中，根据发酵进行的程 度（发酵时间、糖度、双乙酰含量等），发酵罐上、中、下 3段温度的差异，以及 3段温度各自的变化趋势，自动正确选择各个阶段相应的控制策略，从而达到预期的控制效果。 在前期的自然升温阶段基本上不需要加以控制，这是 本科生课程设计（论文） 5 由于啤酒罐发酵过程中，升温是靠发酵本身产生的热量进行的，任其自然升温；在恒温阶段，通过控制冷媒开关阀，保持发酵罐内温度恒定；在降温阶段，通过控制冷媒开关阀，以指定速率降温。 主要分为以下阶段： ：在这个过程中，由糖化阶段产生的麦汁原料经由连接管道由糖化罐进入发酵罐中。 升温阶段：麦汁进料过程中，随着酵母的加入，酵母菌逐渐开始生长和繁殖。 在这个过程中，麦汁在酵母菌的作用下发生化学反应，产生大量二氧化碳和热量，这就使原料的温度逐渐上升。 ：在自然升温发酵过程中，化学反应能产生一种学名叫双乙酰的化学物质。 这种物质对人体健康不利而且会降低啤酒的可口程度，所以这个过程需要将其除去，增强啤酒的品质。 ：在 1和 2过程中啤酒发酵已经完成，降温过程其实属于啤酒发酵的后续过程，其作用是将发酵过程中加入的酵母菌进行沉淀、排出。 过程：降温过程完成以后，已经发酵完成的原料继续储存在发酵罐等待过滤、稀释、杀菌等过程的进行。 本科生课程设计（论文） 6 第 3章 硬件设计 PLC 的选型 PLC 工作原理及功能 可编程控制器 (PLC))工作原理 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段： 1. 输入采样：即检查各输入的开关状态，将这些状态数据存储起来为下一阶段使用。 2. 执行程序：然后 PLC 按用户程序中的指令逐条执行，但是把执行结果暂时存储起来。 3. 刷新输出：按第 1 阶段的输入状态在第 2 阶段执行程序 中确定的结果，在本阶段中对输出予以刷新。 PLC 的主要功能：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进（顺序）控制、PID 控制、数据处理、通信和联网，还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如定位控制模块， CRT 模块。 正是由于 PLC 具有多种功能，集三电于一体， PLC 网络具有优良的性能价格比和 PLC 具有高可靠性等等，使得 PLC 在工厂中倍受欢迎，用量高居首位，成为现代工业自动化的支柱。 因此，可编程控制器啤酒发酵过程自动控制系统，可完成啤酒发酵过程控制功能，完成与上位机的通讯，实现啤酒发酵过程的远程监控。 PLC 的选型 各个种类 PLC的容量、结构形式、性能、指令系统、编程方法、价格各不相同，适应的工作场合也有差异。 因此，对于每一个准备使用 PLC 的用户来说，合理的选择 PLC是非常重要的，它直接影响到所设计系统的性能与造价。 据啤酒发酵的工艺流程和需要， PLC 的选型需要满足以下条件：。 、处理过程及开关量的输入 /输出功能。 本科生课程设计（论文） 7 因此 PLC的选择包括机型、容量、 I/O 模块等几个方面的内容。 机型的选择 如今国内使用的 PLC 以国外产品居多。 美国是 PLC 的发源地，以大中型机为主，功能完备，单机价格高， GE 公司、 MODICON 公司、 AB 公司是其代表。 日本的 PLC 以中小型机为主，价格便宜，典型代表为 OMRON 公司、三菱（ MITSUBISHI）公司的产品。 德国 SIEMENS 公司的产品以可靠性高著称，其主要产品有 S S7两个系列，包括了从大型机到小型机各个型号，在国内使用广泛。 PLC 的容量包括主机用户存储器的内存容量和 I/O 控制点数两个方面，选择时应留有适当的裕量做备用。 I/O 模块。 输入模块有直流 24VDC 和交流 220VAC 两种。 输出模块有三种形式：继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出。 晶体管输出模块只能带直流负载，是直流输出模块，用于高速小功率负载。 晶闸管输出模块是交流输出模块，只用于高速大功率负载；继电器输出模块是交直流输出模块，即可带直流也可带交流，因其有触点，故只能用于低速负载。 上煤系统电控部分控制对象为接触器，属于交流低速负载。 S7200 系列是西门子公司生产的小型可编程程序控制器，结构小巧，可靠性高，运行速度快，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，配有功能丰富的扩展模块，性能价格比非常高。 S7200 四种 CPU： CPU221， CPU222， CPU224， CPU226 CPU226 这种模块在 CPU224 的基础上功能又进一步增强，主机输入输出点数增为 40 点，具有扩展能力，最大扩展为 248 点数字量或 35 点模拟量，增加了通信口的数量，通信能力大大增强，它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。 根据对整个系统的考察，啤酒发酵温度 PLC控制系统的 I/O点数及类型确定，可知 PLC 要提供 21 个开关量输入和 15 个开关量输出， 5个模拟量输入，同时考虑到要留有 20%～ 30%的余量。 通过比较 S7200 四种 CPU 的各种技术指标，选定CPU226 为啤酒发酵温度 PLC控制的控制器。 本科生课程设计（论文） 8 S7200 主要功能及特点。 CPU212 执行每条二进制指令时间为 ，而CPU214CPU261 仅为。 S7200PLC 几乎包括了一般计算所具有的各种基本操作指令，如变量赋值、数据存位置、传送、比较、子程序调用、循环等。 另外，它还有良好的用户使用功能，如脉宽调制（ PWM） ,位置控制（ PTO）、 PID 等功能。 ，中断触 发有几种形式：可用软件设定为中断输入信号的上升沿式下降沿，以便做出快速响应；可设为时间控制的自动中断；可由内置高数计数器自动触发中断；在与外设通信时可以以中断分式工作。 在扫描周期内，可直接查询当前的输入和输出信号，在必要时，还可以用指令对输入和输出直接赋值或改变其值，这样不仅用户调试程序方便，同时也可使系统对过程事件做出快速响应。 S7200 系统有 3 个不同的口令保护级别，以便用户对程序做有效保护， 3 级口令分别是自由存取，只读，完全保护。 和故障诊断功能，包括整个用户程序可在用户规定的同期数内运行和分析，同时可纪录性存储器、定时器、计数器状态。 用户调试程序时，可对输入或输出强制接通。 通信是 S7200PLC 的一个重要功能，它为用户提供了强大，灵活的通信功能。 用户对点接口（ PPI）作 ，用 RS485 接口实现高速用户可编和接口。 控制系统的硬件 配置 S7200 PLC 的扩展模块 S7200 PLC 可以安装在板上，也可以安装在标准 DIN 导轨上，利用总线连接电缆，可以很容易的 把 CPU 模块和扩展模块连接在一起。 需要连接的扩展模块较多时，模块连接起来会过长，两组模块之间可使用扩展连接电缆，将模块安装成两排。 信号处理模块主。