基于PLC的啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：基于PLC的啤酒發(fā)醉自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓名：ddd學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級：2004。1學(xué)號：學(xué)20040510指導(dǎo)教師：dddddd完成時(shí)間：2008.6.182008年6月18日如果需要請聯(lián)系liuyungang123QQ348262497基于PLC的啤酒發(fā)醉自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要啤酒工業(yè)是我國食品工業(yè)中一個(gè)重要的產(chǎn)業(yè)部門，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的改善，我國啤酒工業(yè)也得到空前發(fā)展。盡管如此，目前我國的啤酒生產(chǎn)工業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比還存在許多不盡如人意的地方。由于啤酒生產(chǎn)的工藝復(fù)雜，目前我國大多數(shù)啤酒生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)裝備落后，自動(dòng)化

2、程度低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。如何提高啤酒生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化水平，增強(qiáng)我國啤酒產(chǎn)業(yè)的綜合實(shí)力是一個(gè)很好的研究課題。發(fā)酵過程是啤酒生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，本文以啤酒發(fā)酵過程為工程背景，對啤酒發(fā)酵過程的自動(dòng)化及溫度控制策略進(jìn)行研究，這對利用高新技術(shù)提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的綜合技術(shù)水平具有現(xiàn)實(shí)意義.本設(shè)計(jì)介紹了國內(nèi)目前啤酒生產(chǎn)自動(dòng)控制的現(xiàn)狀、存在的不足，對比了多種控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)，探討了國內(nèi)啤酒生產(chǎn)自動(dòng)化控制的發(fā)展方向。在啤酒發(fā)酵過程中，溫度是一個(gè)重要的過程參數(shù)。因此，溫度的控制將直接影響啤酒的質(zhì)量.本設(shè)計(jì)針對啤酒發(fā)酵溫度控制過程中的難點(diǎn)引入了PID控制算法,有效地改善了原有控制方法存在的問題.關(guān)鍵詞：啤酒發(fā)酵；可

3、編程控制器；PID控制DesignofAutocontrolSystemofBeerFermentationProcessBasedonPLCAbstractBeerProduction,asoneofthemostimportanttraditionalindustry,hasbeendevelopedquicklyinourcountrywiththedevelopmentofcivileconomyandtheimprovementofstandardofliving。However,becauseofthecomplexityofthebeerproduction,domesticbr

4、ewerieshavemanydisadvantageswhencomparedwithbreweriesinadvancedcountries,suchasoutdatedmeasurementandcontrolequipments,lowlevelofautomation,instableproductquality,etc。Howtoimprovetheintegratedautomationlevelinbeerproductionbecomesanurgentresearchproject。Beerfermentationisoneofthekeystepsofbeerproduc

5、tion.Thus,onthebasisofsomeprojectsinbreweries,thisthesisinvestigatedbeerfermentationautomationandPIDalgorithmappliedinthisprocess。Itisanattempttoapplyhightechnologytotraditionalindustryandhasimportantlypracticalmeaning。ThisdesigngivesanaccountofthestatusofbrewageprocessingautomationcontrolinChina,in

6、cursiveofsomeexistingshortcomings,andpointsoutthestrongandweakpointsofmanykindsofautomationcontrolschemethroughcomparison.ThedevelopingtrendofthebrewageprocessingautomationcontrolinChinaisalsodiscussed。Inbeerfermentation,temperatureisanimportantparameterthatcaneffectthequalityofbeer。Thisdesignaccord

7、ingtothedifficultyoftemperaturecontrollinginbeerfermentation,asortofaPIDcontrolisintroduced。Theinsufficiencyofoldcontrolmethodiseffectivelyimprovedbythisway.Keywords:BeerFermentation;PLC;PIDControlII摘要AbstractII第一章緒論11。1論文選題依據(jù)1.1.2國內(nèi)啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過程自動(dòng)控制現(xiàn)狀1.1.3課題的背景及意義錯(cuò)誤!未定義書簽。1。4本文主要的研究內(nèi)容錯(cuò)誤!未定義書簽。1。5小結(jié)錯(cuò)誤!未定

8、義書簽。第二章啤酒發(fā)酵工藝簡介錯(cuò)誤!未定義書簽。2。1啤酒發(fā)酵概述錯(cuò)誤!未定義書簽。2。2發(fā)酵各階段溫度控制機(jī)理錯(cuò)誤!未定義書簽。2。3啤酒發(fā)酵設(shè)備概述錯(cuò)誤!未定義書簽。2.4啤酒發(fā)酵工藝控制錯(cuò)誤!未定義書簽。2.4.1 啤酒發(fā)酵工藝曲線錯(cuò)誤!未定義書簽。2。4。2啤酒發(fā)酵溫度和壓力的控制錯(cuò)誤!未定義書簽。第三章啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件選擇及配置錯(cuò)誤!未定義書簽。3。1機(jī)型的選擇與I/O口的分配錯(cuò)誤!未定義書簽。1.1 .1PLC選型錯(cuò)誤!未定義書簽。1.2 。2西門子S7-200錯(cuò)誤!未定義書簽。3。1。3PLC的I/O資源配置錯(cuò)誤!未定義書簽。3。1。4PLC其它資源配置錯(cuò)誤!未定義書簽。

9、1.3 S7-200編程軟件簡介錯(cuò)誤!未定義書簽。3。2.1SIMATIC工業(yè)軟件(STEP7-Micro/WIN)簡介錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2。2通訊參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤!未定義書簽。3。3模擬量輸入模塊錯(cuò)誤!未定義書簽。3.3.1輸入特性錯(cuò)誤!未定義書簽。3。3。2EM235端子連線錯(cuò)誤!未定義書簽。3.3.3EM235的校準(zhǔn)和配置錯(cuò)誤!未定義書簽。第四章啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)14。1程序設(shè)計(jì)總體思路1.4.2PLC功能模塊程序設(shè)計(jì)2.4。3啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC程序說明24。3.1模擬量信號采集處理24。3.2發(fā)酵狀態(tài)處理錯(cuò)誤!未定義書簽。4.3.3溫度設(shè)定值的計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書簽。

10、4。3。4PID回路計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書簽。4。3。5電磁閥控制錯(cuò)誤!未定義書簽。第五章結(jié)論與展望45.1 結(jié)論4.5.2 展望4.參考文獻(xiàn)6致謝7II青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章緒論1.1論文選題依據(jù)目前我國大部分啤酒生產(chǎn)廠家仍然采用常規(guī)儀表進(jìn)行控制，靠人工監(jiān)控各種參數(shù)，人為因素較多。所以，這種人工控制方式很難保證生產(chǎn)工藝的正確執(zhí)行，使啤酒質(zhì)量不穩(wěn)定，波動(dòng)性大且不利于擴(kuò)大再生產(chǎn)規(guī)模。隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國啤酒工業(yè)在以突飛猛進(jìn)的速度快速向前發(fā)展，各啤酒為了適應(yīng)當(dāng)前形勢，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭能力，先后在啤酒生產(chǎn)過程中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，從而擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模，使啤酒品牌不斷出

11、新，質(zhì)量不斷提高，以適應(yīng)市場的需求。此外，在啤酒生產(chǎn)過程中發(fā)酵是一道關(guān)鍵工序，除生產(chǎn)工藝水平外，生產(chǎn)工序控制指標(biāo)的優(yōu)劣，將有接影響啤酒的質(zhì)量。為此，對啤酒生產(chǎn)的發(fā)酵工序提出基于PLC的啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制技術(shù)，使啤酒生產(chǎn)集控制與數(shù)據(jù)管理于一身，能夠適應(yīng)當(dāng)前現(xiàn)代化生產(chǎn)的需水，使企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)管理以及市場競爭能力達(dá)到個(gè)全新的水平2。1。2國內(nèi)啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過程自動(dòng)控制現(xiàn)狀國內(nèi)啤酒生產(chǎn)自動(dòng)控制只有近十幾年的歷史。目前，國內(nèi)啤酒生產(chǎn)（糖化、發(fā)酵工段）的控制水平基本上可以分為四個(gè)檔次13。第四章啤酒發(fā)醉自動(dòng)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)4。1程序設(shè)計(jì)總體思路發(fā)酵過程中，根據(jù)發(fā)酵進(jìn)行的程度（發(fā)酵時(shí)間、糖度、雙乙酰含量

12、等），發(fā)酵罐上、中、下三段溫度的差異，以及三段溫度各自的變化趨勢，為了達(dá)到預(yù)定的控制效果，采用自動(dòng)控制或由操作人員手動(dòng)選擇控制的方法。程序中設(shè)定了手動(dòng)操作和自動(dòng)控制選擇開關(guān)，再任意階段都能夠?qū)崿F(xiàn)兩者間的切換，實(shí)現(xiàn)了溫度、壓力的手、自動(dòng)選擇控制。程序中有人工階段選擇開關(guān)，可以在任意階段問青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)跳轉(zhuǎn)，從而避免了因操作偶爾失誤而無法實(shí)現(xiàn)后續(xù)程序正常運(yùn)行的情況。以下為基本程序流程圖：開始初始化過程I模擬量讀取處理計(jì)算溫度設(shè)定值PID計(jì)算電磁閥控制輸出罐狀態(tài)操作圖4-1啤酒發(fā)酵控制過程程序流程圖4.2 PLC功能模塊程序設(shè)計(jì)4.3 啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC程序說明下面對本

13、系統(tǒng)的核心程序進(jìn)行分析說明。4。3.1模擬量信號采集處理模擬量采集處理部分由網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)3組成。主要完成溫度、壓力、液位等模擬量的采集和處理。網(wǎng)絡(luò)1的梯形圖如圖所示：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)下面是網(wǎng)絡(luò)1的代碼:網(wǎng)絡(luò)1LDSM0.0LPSMOVWAIW0,VW10AENOMOVWAIW2,VW12AENOMOVWAIW4,VW14LRDMOVWAIW6,VW16AENOMOVWAIW8,VW18LRDMOVWAIW10,VW20AENOMOVWAIW12,VW22AENOMOVWAIW14,VW24LPPMOVWAIW16,VW26AENOMOVWAIW18,VW28Z/sm0o0程序

14、運(yùn)行時(shí)始終為on讀取模擬量輸入值讀取模擬量輸入值讀取模擬量輸入值讀取模擬量輸入值讀取模擬量輸入值讀取模擬量輸入值讀取模擬量輸入值讀取模擬量輸入值讀取模擬量輸入值讀取模擬量輸入值1#發(fā)酵罐上部溫度1#發(fā)酵罐中部溫度1#發(fā)酵罐下部溫度1#發(fā)酵罐壓力1#發(fā)酵罐液位2#發(fā)酵罐上部溫度2#發(fā)酵罐中部溫度2#發(fā)酵罐下部溫度2#發(fā)酵罐壓力2#發(fā)酵罐液位網(wǎng)絡(luò)2的梯形圖如圖所示:青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第五章5.1結(jié)論本文針對我國啤酒發(fā)酵控制工藝環(huán)境與工藝控制需求，對啤酒發(fā)酵工藝作了詳細(xì)的研究，經(jīng)過認(rèn)真研究、分析，對目前國內(nèi)外較先進(jìn)的發(fā)酵工藝控制系統(tǒng)進(jìn)行了綜合比較與評價(jià)，同時(shí)，又充分考慮啤酒發(fā)酵生產(chǎn)

15、過程中大慣性、大時(shí)滯和非線性等制約啤酒生產(chǎn)的不利因素，提出了一種PID控制方案。利用PID控制算法來控制發(fā)酵溫度，解決啤酒廠發(fā)酵過程的控制與管理的自動(dòng)化設(shè)計(jì)要求。啤酒發(fā)酵過程是一個(gè)比較復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，整個(gè)工藝流程從進(jìn)料、保溫、發(fā)酵、降溫、儲灑到出料，以及后續(xù)一些工段如空罐、洗罐等。在控制算法方面，只涉及到PID的單回路控制，使這個(gè)控制過程顯得簡單明了，但是這里所涉及到的只是整個(gè)工藝流程中的一部分，其余大部分程序?qū)㈦S現(xiàn)場用戶的需求以及其控制工藝的不同而改變。本論文中許多方面還有待進(jìn)一步研究和提高，由于上位機(jī)部分己經(jīng)有比較成熟的組態(tài)界面和執(zhí)行程序，并且自身時(shí)間限制所以暫時(shí)沒有對控制系統(tǒng)上位機(jī)

16、部分作詳細(xì)的研究，有待今后繼續(xù)研究，完善提高，它能更全面的應(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，并實(shí)現(xiàn)廠級間與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)。為了減少誤差，提高控制精度，需要采用更多的先進(jìn)和完善的控制算法15：o5。2展望針對于啤酒發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)，目前有DCS（分布式控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)與FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)兩種。目前國外包括我國引進(jìn)、合資的許多大型啤酒生產(chǎn)廠都在使用分布式控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加先進(jìn)的控制算法對生產(chǎn)工序進(jìn)行自動(dòng)控制，其主要特點(diǎn)是采用PLC作為下位機(jī).在這種控制方式中，下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)中控制單元一般采用PLC,其可靠性非常高（一般可

17、連續(xù)可靠工作20年），性能穩(wěn)定，上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)可兼容多種通訊協(xié)議（如TCP/PI協(xié)議），和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，掛在局域以太子網(wǎng)上，便于信息集成管理，和功能拓展。按照工藝參數(shù)和流程要求對各個(gè)工藝過程中的泵、攪拌電機(jī)、電動(dòng)或氣動(dòng)閥門等開關(guān)量和溫度、壓力、液位、流量等模擬量進(jìn)行檢測控制，能記錄完整的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，在電子模擬屏或計(jì)算機(jī)屏幕上顯示工藝流程中各閥門、電機(jī)的運(yùn)行狀況.同時(shí)對各種超、欠壓、溫度超限、閥門故障、液位超限進(jìn)行報(bào)警。并且設(shè)有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種狀態(tài)，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)故障或要對工藝進(jìn)行人工干預(yù)時(shí)，可將開關(guān)轉(zhuǎn)換到“手動(dòng)”狀態(tài)，對各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)操作，這4青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)樣技術(shù)人員

18、可以設(shè)定新的參數(shù)，操作人員可以在現(xiàn)場處理緊急問題，從而達(dá)到理想的效果。這種控制方式是國內(nèi)啤酒生產(chǎn)控制發(fā)展的主流方向，主要缺點(diǎn)是一次投入資金較大。但是隨著社會生產(chǎn)力的提高，各種設(shè)備的價(jià)格也會不斷降低，隨著企業(yè)的發(fā)展，對生產(chǎn)力和管理水平要求也不斷提高，這種控制系統(tǒng)將會越來越普遍14'17。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)1王文甫。啤酒生產(chǎn)工藝M0北京：中國輕工業(yè)出版社，1997,30-462史仲平.發(fā)酵過程解析、控制與檢測技術(shù)M0北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005,86-953張星元。發(fā)酵原理M。北京:科學(xué)出版社，2005,88-1174黃儒強(qiáng)，李玲。生物發(fā)酵技術(shù)與設(shè)備操作M.北京

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