基于PLC的啤酒釀造的重點(diǎn)環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)設(shè)計

-14-第1章緒論1.1課題研究背景以及意義隨著我國改革開放現(xiàn)代化建設(shè)，人民生活水平不斷提高，啤酒己成為人們的時尚飲品，市場的寵兒，生產(chǎn)直線上升，目前已成為僅次于美國的世界第二大啤酒產(chǎn)銷國，令世界啤酒??界人士刮目相看。啤酒生產(chǎn)是一個利用生物加工進(jìn)行生產(chǎn)的過程，生產(chǎn)周期長，過程參數(shù)分散性大，傳統(tǒng)操作??方式難??以保證??產(chǎn)品的??質(zhì)量。??近年來??，國外??的各大??啤酒生??產(chǎn)廠家??紛紛進(jìn)??軍中國市場[1]，憑借技術(shù)優(yōu)勢與國內(nèi)的啤酒生產(chǎn)廠家爭奪市場份額，雖然我國的啤酒裝備配套水平有很大??提高，??但與國??外的主??要啤酒??生產(chǎn)廠??家相比??大部分企業(yè)技術(shù)落后??，國內(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??確保在激烈的市場競爭中立于不敗之地。啤酒的釀造過程是在啤酒??酵母的??參與下??，對麥汁的某些組成進(jìn)行一系列代謝，從??而將麥??汁風(fēng)味??轉(zhuǎn)變?yōu)??啤酒風(fēng)??味的過??程。啤酒釀造是啤酒??生產(chǎn)工??藝流程??中關(guān)鍵??環(huán)節(jié)之一，也是一個極其復(fù)雜的在??釀造罐??內(nèi)發(fā)生??并釋放??大量熱??量的生??化放熱??反應(yīng)過??程。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（??C2H??5OH??）和二??氧化碳??（CO??2）[2]，??同時還產(chǎn)生一系列的釀造副??產(chǎn)物，??如：雙??乙酰、??醛、酸??、酯等??。這些??代謝產(chǎn)??物的含??量雖然??極少，??但它們??對啤酒??質(zhì)量和??口味的??影響很??大，而??這些中??間代謝??產(chǎn)物的??生成取決于釀造溫度??。因此??釀造過程是否正常和??順利，??將直接??影響到??最終啤酒成品??的質(zhì)量??。比如??，釀造??過程的??溫度若??發(fā)生劇烈變化??，不僅??會使酵母早期??沉淀、??衰老、??死亡、??自溶，??造成釀??造異常??，還直??接影響??到酵母??代謝副??產(chǎn)物組??成，從??而對啤酒，酒體與風(fēng)味，及啤酒膠體穩(wěn)定性造成危害。啤酒釀造具有非線性、時間滯后和大??慣性等??特征，??釀造過??程的精密控制一直是??自動控制領(lǐng)域較難解??決的問題之一??。要求??釀造液??的溫度??嚴(yán)格按??照一定??的工藝??曲線變??化，溫??度控制??精度在??±0.??5℃范圍內(nèi)[3]，??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)。改??進(jìn)啤酒??釀造生產(chǎn)過程控制是??釀造業(yè)??技術(shù)進(jìn)??步的有效措施??，它可??以在不??增加原??材料及??動力消??耗的前??提下，??增加產(chǎn)??品產(chǎn)量??、提高??產(chǎn)品質(zhì)??量，同??時減輕??勞動強(qiáng)??度、改??善工作??條件、??提高釀??造工藝??水平及??生產(chǎn)管??理水平。因此??，優(yōu)化??啤酒釀造控制應(yīng)用前景樂觀，能產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟(jì)效益，具有很大的應(yīng)用價值。利用PLC實(shí)現(xiàn)啤酒釀造罐溫度??的自動??控制，??對提高??啤酒釀??造溫度??控制精??度，優(yōu)??化啤酒??溫度控??制過程??，使用??效果好且性能穩(wěn)定可靠，編程簡單，具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1.2相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)德國施威英注漿系統(tǒng)由2個??全液壓雙缸，雙出口活??塞注漿泵組成??,共有??4個注漿口,??采用比??例調(diào)速閥控制液壓缸??活塞速??度進(jìn)而??控制注??漿量。施維英注漿泵??的配套??系統(tǒng)在??使用中??有許多??的不便??之處。??首先，??安裝不??方便。??原有的??配套設(shè)備采用??獨(dú)立的??液壓動??力系統(tǒng)??，在空??間狹小??的盾構(gòu)??機(jī)臺車??上安裝??泵站和??油箱困??難，甚??至需要??抬高漿箱，工??作量大[4]??。其次??，原有??的控制??系統(tǒng)操??作不方便。原??有的控??制系統(tǒng)??采用獨(dú)??立的控??制模式??，不能??與原有??的注漿??系統(tǒng)融??合，在??施工中??需單獨(dú)??操作。??最后，??注漿量??難以精確控制??。原有??的PL??C控制??程序不??能與盾構(gòu)機(jī)的??PLC??程序整??合，不??能使用??盾構(gòu)機(jī)??原有的??注漿量??測量程??序，無法準(zhǔn)確調(diào)節(jié)注漿量。在啤酒釀造過程中，工藝操作的??控制主??要是對??溫度、??糖度、雙乙酞、壓力??和時間??變化的??控制，??而這些??參數(shù)又??是相互??耦合的??。糖度??、雙乙酞的控??制是通??過調(diào)節(jié)??溫度來??完成的??，而時??間和壓??力的控??制[5]，在??一定濃??度、酵母數(shù)量??和活性??條件下??，也取決于釀造的溫??度。因??此，啤酒釀造??過程控??制主要是對釀造溫度??的控制??，釀造??溫度是??決定啤酒口感??、風(fēng)味??等的一個重要??指標(biāo)，??但現(xiàn)場??溫度的??控制比??較困難??，在現(xiàn)??代化生??產(chǎn)的今??天，為??保證啤酒風(fēng)味??的一致??性，滿??足生產(chǎn)??的連續(xù)??化、自??動化的??需要。??根據(jù)現(xiàn)??場的要??求，采??用先進(jìn)??的智能??控制策略來對啤酒釀??造過程??進(jìn)行控??制是必??然的，??在其發(fā)??展過程??中，主??要經(jīng)歷??了以下??幾種控制方式:(1)完全手動操作方式操作人員在現(xiàn)場或集中操??作盤上??控制主??要設(shè)備??的啟停??，閥門??由工人??到現(xiàn)場??操作。??這種方??式下啤酒生產(chǎn)??的控制??完全由??人工操??作，生??產(chǎn)工藝??參數(shù)得??不到可??靠執(zhí)行??，一致??性比較??差，啤酒質(zhì)量??受人為??因素影響較大??，因此??啤酒口味穩(wěn)定??性較差??，而且??工人的??操作勞動強(qiáng)度??很大，??主要生產(chǎn)設(shè)備與裝置不能工作在最佳狀態(tài)，原材料利用率低，產(chǎn)品能耗大[6]。(2)半自動控制方式半自動控制方式又叫集中手動??控制方??式，采??取諸如??數(shù)據(jù)采集器等手段采??集各種??過程量??并送入??控制室??，控制??室設(shè)有??模擬屏??或上位??機(jī)，在??模擬屏??或上位??機(jī)上顯??示各種??溫度、??流量、??壓力和??液位等??過程參數(shù)和電機(jī)、閥門的開啟狀態(tài)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控[7]。(3)常規(guī)的單變量PID控制策略在啤酒釀造罐的溫度控制系??統(tǒng)中，??常規(guī)的??單變量??PID??是以大??罐的中??部溫度??為被控??制量，??中部冷卻帶閥門開度??為控制??量，閥??門的開??度在不??同的釀??造階段??具有相??應(yīng)的比??例系數(shù)??，比例??系數(shù)主??要依賴??人的經(jīng)??驗(yàn)，是??典型的??單變量??控制策??略。但??是，經(jīng)??過分析??，啤酒??釀造過??程是多??變量控??制系統(tǒng)??，因此??，該單??變量控??制策略??無法解??決釀造??罐上、??中和下??3個冷??卻帶的??藕合問??題，因此比例系數(shù)依賴于人的經(jīng)驗(yàn)，所以嚴(yán)重影響控制精度[8]。(4)模糊控制策略采用模糊控制策略雖然能??充分利??用其非??線性結(jié)??構(gòu)、不??需要建??立被控??對象的??精確數(shù)??學(xué)模型??，在一定程度??上提高??了系統(tǒng)??的魯棒??性，基本滿足??實(shí)際生??產(chǎn)的需??要，但??是離線??建立的??模糊控??制規(guī)則??表不能在線修改。(5)多變量控制對現(xiàn)有單變量控制器進(jìn)行??改進(jìn)的??一個有??效的措施就是??對釀造罐，實(shí)施多變量??控制策??略，薛福珍等??人對系??統(tǒng)進(jìn)行??Smith預(yù)??補(bǔ)償和多變量解藕，之后，對??控制量??進(jìn)行了??約束優(yōu)??化調(diào)節(jié)??，并成??功用于??對啤酒釀造的溫度控制，取得了比較滿意的控制效果[9]。綜上所述，各種控制策略都??有其優(yōu)??缺點(diǎn)，??從長遠(yuǎn)??的角度??來看，現(xiàn)代控制理論??與智能??控制理??論有廣闊的發(fā)展前景??，具有較高的研究和使用價值。1.2.2我國研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)河北工程大學(xué)郭磊雷采用雙活塞桿式雙作用液壓缸設(shè)計了新型雙液注漿泵,但并未給出具體的控制方式??。本研究針對雙液，四缸的注漿系統(tǒng)設(shè)計了??基于P??LC的??控制器??，其核心在于??放棄了??傳統(tǒng)調(diào)節(jié)比例閥開關(guān)控制流??量的方??法，選??用響應(yīng)??速度更??快、控??制精度??更高的??變頻器??作為調(diào)??節(jié)元件??，并提??出了一個流量??信號控??制兩種??料液流??量及比??例的P??ID控??制方法[10]??，經(jīng)過??仿真驗(yàn)證了其??可靠性??，為國??內(nèi)注漿泵系統(tǒng)??的設(shè)計??提供了??新思路??。注漿泵作為單體專??用設(shè)備??,應(yīng)用??范圍廣??泛，如??在隧道??、礦井??采掘、??礦井回??填、巖??石加固??等工程??中作為專用設(shè)備必不可少。近年來我國的注漿泵制造技術(shù)得到了??快速發(fā)??展,如??滕延鋒??設(shè)計了??新的液??壓系統(tǒng)??及控制??系統(tǒng),??對注漿??流量及??壓力進(jìn)??行監(jiān)測??;張平??格等提??出了通??過液壓??系統(tǒng)設(shè)計實(shí)現(xiàn)雙液注漿比??例的調(diào)??節(jié);蒲??朝陽等??介紹了??采用變頻技術(shù)??實(shí)現(xiàn)的??高壓大??流量無??極變速??注漿泵??設(shè)計。??這些針??對單機(jī)??的性能??和功能??上的提??升,保??證了注??漿泵的??合理應(yīng)??用，但??在特殊??工程背??景下,??不能完全滿足工況及功能要求。我國啤酒的產(chǎn)量已開始趕超世界??先進(jìn)水??平[11]，但??產(chǎn)品質(zhì)??量必須??達(dá)到較??高水平??，花色??品種也??必須趕??上去才??能適應(yīng)變化的消??費(fèi)者的??需求，??這就要求國內(nèi)的啤酒??生產(chǎn)廠家改變傳統(tǒng)的??生產(chǎn)工??藝更新??生產(chǎn)設(shè)備以滿足市場的需求。國內(nèi)啤酒廠更新技術(shù)的手段主要有以下幾方面:（1）引進(jìn)國外控制技術(shù)例如福建惠泉啤酒廠創(chuàng)下“十五”啤酒釀造技??術(shù)新亮??點(diǎn)一一??無菌釀造技術(shù)??，并進(jìn)??口德國??Thi??ent??公司的各種先進(jìn)儀器??和德國??著名的??高得曼??實(shí)驗(yàn)室??，創(chuàng)造??了世界??一流的??現(xiàn)代化??啤酒控??制系統(tǒng)??;北京??燕京啤酒廠引??進(jìn)德國??施密特??公司專??用的先??進(jìn)設(shè)備??;北京??華爾森??啤酒廠??從捷克??引進(jìn)全套生產(chǎn)設(shè)備[12];??上海華??光啤酒??廠從瑞士引進(jìn)??生產(chǎn)設(shè)??備等。??引進(jìn)設(shè)??備的最??大特點(diǎn)??是自動??化水平??比較高??，從而??能嚴(yán)格??滿足啤酒生產(chǎn)??的要求??，因此??產(chǎn)量較??高，質(zhì)??量較穩(wěn)??定。但??是引進(jìn)設(shè)備價格昂貴，使一般小廠望塵莫及。（2）國內(nèi)科研所、專業(yè)公司根據(jù)國情自行研究的技術(shù)由于引進(jìn)國外整套設(shè)備的成??本非常??高，因??此，盡??快地研制出自??動化水平較高的國內(nèi)??啤酒生產(chǎn)設(shè)備??，以適??應(yīng)國內(nèi)??啤酒生??產(chǎn)的需??要，也??成為國??內(nèi)一些??科研部??門的熱??點(diǎn)。1??988??年北京??核工程??研究院??研制的??“PR??S-8??0型啤酒釀造??控制系??統(tǒng)”[13]在??伊春啤酒廠投入使用??，其硬??件主要??分上位??機(jī)和現(xiàn)??場工作??站兩層??，控制??方案采??用單變量溫度??控制;??199??3年國??家輕工業(yè)部自??動化研究所研制的“??PW-??40啤酒釀造??微機(jī)控??制系統(tǒng)??”在廈??門華僑??啤酒廠??投入使??用，其??控制方??案也是??采用單??變量溫??度控制??;19??94年??北京科??海測控??工程部??研制的??“CM??CM啤酒釀造??微機(jī)測??控系統(tǒng)??”在無??錫市太??湖水啤酒廠投入使用??，其硬??件配置??上位機(jī)??采用8??038??6，配??合了一個小型??局域網(wǎng)??絡(luò)，現(xiàn)??場控制??機(jī)采用??Z80??單板機(jī)??，控制??方案采用單變量控制??，并設(shè)??有液位??檢測;??合肥廉泉啤酒??(集團(tuán)??)公司??為了增??強(qiáng)企業(yè)??的整體??實(shí)力，??提高產(chǎn)??品檔次??，在1??999??年完成??糖化及釀造自控系統(tǒng)??，從而??使擴(kuò)建??6萬噸??啤酒的??生產(chǎn)系統(tǒng)的技改工作勝利完成。（3）廠內(nèi)自行研究國內(nèi)中小企業(yè)結(jié)合本廠具體??的生產(chǎn)??實(shí)際自??行研究??的自動??化儀表??加手動??的生產(chǎn)??控制技??術(shù)，其??造價低??，效果??一般，??符合企??業(yè)目前??的狀況??，但不??能滿足??企業(yè)長??遠(yuǎn)發(fā)展??的需求??，成為??制約企??業(yè)發(fā)展??的一大??瓶頸。??從上述??情況看??，我國??的啤酒??生產(chǎn)設(shè)??備與發(fā)??達(dá)國家??相比有??了較大??的發(fā)展，但是還處于起步階段[14]。1.3課題研究內(nèi)容本系統(tǒng)主要研究的是釀造罐，內(nèi)部溫度、壓力和液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。通過對麥汁三個參數(shù)的嚴(yán)格控制，可以使小麥汁按照預(yù)先設(shè)定的工藝的釀造。由于在啤酒的釀造過程??中，釀造罐內(nèi)部反應(yīng)所放出??的熱量使內(nèi)部麥汁??溫度的??升高??，所以??釀造過??程的升溫速度??是不可??以通過??人為控??制的。??所能控??制的只??有降溫??的速度??。啤酒??釀造過??程中內(nèi)部麥汁溫度的??降低是??通過繞??在啤酒??釀造罐??內(nèi)壁蛇??形管中??的冷卻??液來完??成的，??冷卻液??的流量??和速度??決定了??降溫的??速度，??可以通??過控制??冷卻液??的流量??來控制??釀造罐??內(nèi)部麥??汁的溫??度進(jìn)而??滿足釀??造過程??各階段??對麥汁??溫度的??要求。??對于壓??力和液位的控制也是相同的原理。

第2章設(shè)計方案2.1系統(tǒng)方案介紹啤酒是采用麥芽和水為主??要原料??，加酒??花，經(jīng)??酵母釀??造釀制??而成的??一種含??有二氧??化碳、??氣泡的??低酒精??度飲料??。啤酒??生產(chǎn)工??藝主要??由麥汁??制備（??俗稱糖??化）、??啤酒釀??造、啤酒罐裝??等工藝??流程組??成。釀??造過程??是啤酒??生產(chǎn)中??一個非??常重要??的環(huán)節(jié)??，啤酒??釀造是??一個復(fù)??雜的生??化過程??，這個??過程可??以理解??為把麥??汁轉(zhuǎn)化??為啤酒??的過程??，整個??釀造過程同樣??也包含??若干個??生產(chǎn)工??序，如??：麥汁??充氧、??酵母添??加、釀??造、過??濾、修??飾以及酵母擴(kuò)培等等。生產(chǎn)??周期都??在十幾天以上??，要求??釀造液??的溫度??嚴(yán)格按??照一定??的工藝??曲線變??化[15]，溫??度控制??精度在??±0.??5℃范圍內(nèi)如??果溫度??控制偏??低，就??會使得??釀造過??程緩慢??，影響??生產(chǎn)進(jìn)??度；如??果溫度??偏高，??又會造??成生化參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)??，影響??啤酒的質(zhì)量。啤酒釀造整個過程分為：麥汁進(jìn)罐??，自然??升溫，??還原雙??乙酰，??降溫過??程等。??麥汁進(jìn)料階段的溫度??為5~??100??C,??自然升溫階段的溫度??為20??~35??0C，??開始進(jìn)??行主釀??造，釀造液直接由糖??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??釀造液??的溫度??在規(guī)定??范圍內(nèi)??。釀造?液裝滿罐??后工人??開始測??量釀造??液的滿??罐糖度??，主釀造階段??結(jié)束，??釀造進(jìn)??入還原??雙乙酰??階段，??這一階??段要求??溫度控??制在1??5~2??00C??。當(dāng)??雙乙酰??濃度下??降到合??格標(biāo)準(zhǔn)時，釀??造就可??以進(jìn)入??降溫階??段，分??兩個階??段按不??同的速??率降溫??，此時??把所有??冷媒閥??打開，??使釀造??液全速??降溫，??降溫階??段的溫??度為-??1~??120??C。當(dāng)??溫度到??達(dá)1攝??氏度以??下時釀造進(jìn)入??低溫儲酒階段??，在低??溫儲酒??階段溫??度控制??在0.??5~1??0攝氏??度。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。2.2控制原理啤酒釀造對象的時變性、時滯性及其不??確定性??，決定??了釀造罐的控制必須采??用特殊??的控制??算法。??由于每個釀造罐，都存??在個體??的差異??，而且??在不同??的工藝??條件下??，不同??的釀造??菌種下??，對象??特性也??不盡相??同。因此很難找到或??建立某一確切??的數(shù)學(xué)??模型來??進(jìn)行模??擬和預(yù)??測控制??。為節(jié)??省能源??，降低??生產(chǎn)成??本，并??且能夠??滿足控??制的要??求，釀造罐的??溫度壓力液位??控制選??擇了檢??測釀造??罐中的??檢測，??通過冷??媒進(jìn)口??的兩位??式電磁閥來實(shí)現(xiàn)釀造??罐溫度控制的方法，通過壓力控制閥控制壓力，通過液位控制閥控制罐體內(nèi)的液位。利用PLC實(shí)現(xiàn)釀造罐各??參數(shù)的??控制[16]，??PLC??實(shí)現(xiàn)啤酒釀造??參數(shù)監(jiān)??控的主??要任務(wù)??是實(shí)現(xiàn)??對釀造??罐溫度??、壓力??、液位??的控制??。在釀造的過??程中，??溫度在??不斷的??升高，??當(dāng)達(dá)到??上限溫??度時，??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。當(dāng)??釀造溫??度低于??工藝要??求的溫??度時，??關(guān)閉冷??媒，則??啤酒按??工藝要??求繼續(xù)??釀造；??釀造的??過程中??水分也??會不斷??的消耗??，因此??需要對??罐內(nèi)的??液位進(jìn)??行控制??；釀造??溫度升??高，罐??子內(nèi)部的壓力也會變化，如果不能及時的控制罐內(nèi)的壓力，會發(fā)生危險的事情。釀造罐工藝示意圖 第3章硬件設(shè)計3.1PLC的選型3.1.1PLC工作原理及功能可編程控制器（PLC）是一種專門用于工業(yè)自動化控制的計算機(jī)控制系統(tǒng)。其工作原理主要包括輸入信號采集、邏輯運(yùn)算、輸出信號控制和通信交互四個基本步驟。PLC通過連接各種傳感器和開關(guān)來采集外部輸入信號。這些信號可以是來自溫度傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、按鈕開關(guān)等的模擬或數(shù)字信號。PLC會對這些信號進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便進(jìn)行后續(xù)的邏輯處理。PLC內(nèi)部包含一個強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算單元，通常是基于微處理器或微控制器的。它可以執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、比較和控制算法。通過編程，用戶可以定義所需的邏輯關(guān)系和控制規(guī)則，以根據(jù)輸入信號的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的操作和決策。根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果和用戶定義的控制規(guī)則，PLC會生成相應(yīng)的輸出信號。這些輸出信號可以驅(qū)動執(zhí)行器、電磁閥、電動機(jī)等設(shè)備，從而控制各種工業(yè)過程。PLC的輸出接口通常為數(shù)字輸出或模擬輸出，可以將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為實(shí)際的控制信號?，F(xiàn)代PLC系統(tǒng)通常具有與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行通信的能力，如人機(jī)界面（HMI）、上位機(jī)或其他PLC之間的通信。通過通信接口，PLC可以接收來自外部設(shè)備的控制指令或發(fā)送工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)報告。這使得PLC可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分布式控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。總體而言，PLC的工作原理是通過采集輸入信號、進(jìn)行邏輯運(yùn)算、控制輸出信號，并通過通信實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的交互。通過編程來定義邏輯關(guān)系和控制規(guī)則，PLC可以靈活地應(yīng)對各種工業(yè)自動化控制需求，并具有可靠性、穩(wěn)定性和靈活性等優(yōu)勢。因??此，可??編程控??制器啤酒釀造??過程自??動控制??系統(tǒng)，??可完成??啤酒釀??造過程??控制功??能，完??成與上位機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)啤酒釀造過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控[17]。3.1.2PLC的選型據(jù)??啤酒釀??造的工??藝流程??和需要??，PL??C的選型需要滿足以下條件：1.有簡單回路控制算法。2.有模擬量的采集、處理過程及開關(guān)量的輸入/輸出功能。3.有溫度顯示和用外部按鍵隨時改變內(nèi)部參數(shù)因此PLC的選擇包括機(jī)型、容量、I/O模塊等幾個方面的內(nèi)容。1.PLC機(jī)型的選擇如今國內(nèi)使用的PLC以國外產(chǎn)??品居多??。美國??是PL??C的發(fā)??源地，??以大中??型機(jī)為??主，功??能完備??，單機(jī)??價格高??，GE??公司、??MOD??ICO??N公司??、AB??公司是??其代表??。日本??的PL??C以中??小型機(jī)??為主，??價格便??宜，典??型代表??為OM??RON??公司、??三菱（??MIT??SUB??ISH??I）公??司的產(chǎn)??品。德??國SI??EME??NS公??司的產(chǎn)??品以可??靠性高??著稱，??其主要??產(chǎn)品有??S5、??S7兩??個系列??，包括??了從大??型機(jī)到??小型機(jī)各個型號，在國內(nèi)使用廣泛[18]。2.選擇容量。PLC機(jī)型的選擇容量取決于控制系統(tǒng)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)量和復(fù)雜程度，以及所涉及的任務(wù)和應(yīng)用的復(fù)雜性。3.選擇I/O模塊。輸入模塊有直流24VDC和交流220VAC兩種。輸出模塊有三種形式：繼電器輸出，??晶體管??輸出和??晶閘管??輸出。??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;??晶閘管??輸出模??塊是交??流輸出??模塊，??只用于??高速大??功率負(fù)??載；繼??電器輸??出模塊??是交直??流輸出??模塊，??即可帶??直流也??可帶交??流，因??其有觸??點(diǎn)，故??只能用??于低速??負(fù)載。??上煤系??統(tǒng)電控??部分控制對象為接觸??器，屬于交流低速負(fù)載[19]。S7-200系列是西門子（Siemens）推出的一款經(jīng)典PLC產(chǎn)品系列，適用于中小規(guī)模的自動化控制應(yīng)用，具有可編程性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、易于安裝和使用等特點(diǎn)。S7200四種CPU：CPU221，CPU222，CPU224，CPU226CPU226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2??48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)。根據(jù)對整個系統(tǒng)的考察，啤酒釀造P??LC控??制系統(tǒng)??的I/??O點(diǎn)數(shù)??及類型??確定，??可知P??LC要??提供2??1個開關(guān)量輸入和1??5個開關(guān)量輸出，5個模擬??量輸入??，同時??考慮到??要留有??20%??～30??%的余??量。通??過比較??S72??00四種CP??U的各??種技術(shù)??指標(biāo)，??選定C??PU2??26為??啤酒釀??造PL??C控制的控制器[20]。3.2PLC的工作原理PLC的CPU采用順序??邏輯掃描用戶??程序的??運(yùn)行方??式，即??如果一個輸出??線圈或??邏輯線??圈被接??通或斷??開，該??線圈的??所有觸??點(diǎn)（包括其常??開或常??閉觸點(diǎn)??）不會??立即動??作，必??須等到??掃描到該觸點(diǎn)時才會動作。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程??一般分??為三個??階段，??即輸入??采樣、??用戶程??序執(zhí)行和輸出??刷新三個階段??。完成??上述三個階段??稱作一個掃描??周期。??在整個??運(yùn)行期??間，P??LC的??CPU??以一定??的掃描??速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段[21]。3.3S7-200主要功能及特點(diǎn)S7-200系列PLC具有以下主要功能和特點(diǎn)：可編程性強(qiáng)：S7-200系列PLC具備強(qiáng)大的編程功能，支持多種編程語言（如LadderDiagram（LD）和InstructionList（IL）），可滿足不同用戶的編程需求。多種通信接口：S7-200系列PLC支持多種通信接口，包括串口、以太網(wǎng)和通信模塊，可與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程監(jiān)控。高速響應(yīng)：S7-200系列PLC具備快速的輸入輸出響應(yīng)能力，能夠?qū)崟r處理高速信號和反應(yīng)速度要求較高的控制任務(wù)。靈活的模塊化設(shè)計：S7-200系列PLC采用模塊化設(shè)計，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置和擴(kuò)展，提供多種數(shù)字輸入輸出和模擬輸入輸出模塊，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。可靠性和穩(wěn)定性：S7-200系列PLC采用可靠的硬件和可靠性測試，具有穩(wěn)定的性能和高度可靠的運(yùn)行，能夠在惡劣工作環(huán)境下長時間穩(wěn)定運(yùn)行。簡化的安裝和維護(hù)：S7-200系列PLC具有簡化的安裝和維護(hù)過程，便于用戶進(jìn)行系統(tǒng)配置、參數(shù)調(diào)整和故障排除，降低了工作量和維護(hù)成本。應(yīng)用廣泛：S7-200系列PLC適用于中小規(guī)模的自動化控制應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、制造、樓宇自控、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域?？偟膩碚f，S7-200系列PLC具備強(qiáng)大的編程功能、靈活的通信接口、高速響應(yīng)、可靠穩(wěn)定的性能和簡化的安裝維護(hù)過程，適用于中小規(guī)模的自動化控制應(yīng)用，并具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。3.4控制系統(tǒng)的硬件配置啤酒釀造控制原理可以得??出：每??只釀造??罐需要??有上溫??、中溫??、下溫??、液位??四個模??擬量需??要測量??，上溫??、中溫??、下溫??3個溫??度各需??要一個??二位式??電磁閥??進(jìn)行控??制，所??以每只??釀造罐??的I/??O點(diǎn)數(shù)??為4個??模擬量??、36??個開關(guān)??量，考??慮到C??PU2??26主??機(jī)上的??I/O??口不夠??多必須??對它進(jìn)??行擴(kuò)展??，在這??選用E??M2??21??CN??數(shù)字量??輸入模??塊（6??ES7??21??1～1??BF2??2～0??XA8??）、E??M2??22??CN??數(shù)字量??輸出模??塊（6??ES7??22??2-1??HF2??2-0??XA8??）、模??擬量擴(kuò)??展模塊??EM2??31CNAI4X12位[22]。其擴(kuò)展圖如圖3.1所示：圖3-1模塊擴(kuò)展連接圖3.5文本顯示器TD200TD200是TextDisplay200的簡寫，它是可編程控??制器S??7-2??00系??列的常??用文本??顯示器??。它可??以用來??顯示信息，在??信息中??可以內(nèi)??嵌數(shù)據(jù)??，數(shù)據(jù)??既可以??顯示，??也可以??由操作人員進(jìn)行設(shè)置?？梢酝ㄟ^TD/CPU電纜由S7-??200??CP??U供電??，也可??以由一個外部??插入式??電源供??電，但??不能T??D/C??PU電??纜和外??部電源??同時對??TD2??00??供電，??這樣會??損壞設(shè)??備。本??文只討論簡??單、最??常用的??方式：由S7-200通過TD/CPU電纜供電。是一個文本顯示器??，不需??對TD??200??進(jìn)行組??態(tài)和編??程，所??有組態(tài)??信息全??部存在??CPU??S??7-2??00中??。T??D20??0里??只存儲??TD2??00的??地址、??所連接??的CP??U的地??址、通??訊波特??率和參數(shù)塊的??位置（??注意要與CPU中的一致）。上電后，TD200從CPU讀參數(shù)??塊。對??所有參??數(shù)均進(jìn)??行合法??性檢查??。如果一合??格，T??D20??0開始??主動輪詢信息??使能位??以決定??要顯示??的信息??，并從??CPU??讀取信息，然??后顯示??信息。3.6I/0地址分配根據(jù)啤酒釀造溫度控制的工藝流程及實(shí)際需求??，確定??整個系統(tǒng)共有??26個??輸入點(diǎn)??，其中??5個模??擬量；??16個??輸出點(diǎn)??，考慮??到系統(tǒng)??的擴(kuò)展??留有少??量冗余??，因此??選用西??門子S??7-2??00P??LC??CPU??226??模塊1??塊、E??M22??1擴(kuò)展??模塊1??塊、E??M22??2擴(kuò)展??模塊2??塊、E??M23??1模擬??量擴(kuò)展??模塊2??塊。本??機(jī)及擴(kuò)展模塊I/O地址分配見表3-1。表3-1本機(jī)及擴(kuò)展模塊I/O地址分配I0.0啟動I0.1停止I0.2泵體故障I0.3麥芽閥門故障I0.4水氧閥門故障I0.5加熱故障I0.6進(jìn)料閥門故障I0.7出料閥門故障Q0.0麥芽閥門Q0.1水氧閥門Q0.2加熱Q0.3進(jìn)料閥門Q0.4出料閥門Q0.5故障Q0.6Q0.7AIW0溫度AIW2前釀造液位AIW4主釀造壓力AIW63.7硬件電路設(shè)計3.7.1主電路設(shè)計PLC的輸入輸出量需要驅(qū)??動設(shè)備??運(yùn)行，??所以必??須占用??輸入輸??出點(diǎn)數(shù)??，也就??是I/??O端口??與模擬??量輸入??輸出端??口，本??設(shè)計中??輸入量??有手自??動切換??輸入、??上水電??磁閥輸??入；循??環(huán)泵開??/關(guān)輸??入、出??水電磁??閥輸入??、加熱??輸入、??排空輸??入、循??環(huán)泵故??障輸入??、限位??開關(guān)輸??入以及三個傳感器輸入量等；圖3-2PLC與外部輸入輸出設(shè)備的連接輸出量分別是手自動切??換量、??驅(qū)動上??水電磁??閥輸出??量、驅(qū)??動循環(huán)??泵輸出??量、驅(qū)??動電磁??閥輸出??量、驅(qū)??動電加??熱輸出??量和驅(qū)??動排空??閥輸出??量，另??外還有??一個模??擬輸出??量。它??們與P??LC的連接如圖3-8所示：圖3-3輸出電路設(shè)計3.7.2溫度傳感器電路設(shè)計溫度傳感器電路一般用于測量環(huán)境或物體的溫度，并將溫度轉(zhuǎn)換為電信號輸出。以下是一個基本的溫度傳感器電路示例：傳感器：選擇適合應(yīng)用的溫度傳感器，例如熱敏電阻（PTC或NTC）、熱電偶（Thermocouple）或熱電阻（RTD）等。為傳感器提供適當(dāng)?shù)碾娫措妷?。這可以是直流電源或交流電源，具體取決于傳感器的要求。在溫度傳感器電路中，常常需要使用電阻作為傳感器的補(bǔ)償元件或電流限制元件。例如，使用一個穩(wěn)流電阻或電阻網(wǎng)絡(luò)來限制電流流過熱敏電阻。對于某些傳感器類型，如熱敏電阻，可能需要使用運(yùn)放來放大傳感器的電壓信號。運(yùn)放可以提高信號的穩(wěn)定性和靈敏度。在某些應(yīng)用中，可以添加濾波電路以消除電源噪音或傳感器信號中的干擾。濾波器可以是簡單的RC濾波器或更復(fù)雜的濾波電路。在某些情況下，需要使用參考電阻來校準(zhǔn)傳感器的輸出信號。參考電阻可以提供已知溫度下的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，用于傳感器的校準(zhǔn)。如果需要將模擬溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，以便進(jìn)一步處理和顯示。圖3-4溫度傳感器接線3.7.3壓力傳感器電路設(shè)計壓力傳感器電路用于測量介質(zhì)的壓力，并將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出。典型的壓力傳感器電路包括以下元件和功能：傳感器（如應(yīng)變式傳感器或壓阻式傳感器）用于轉(zhuǎn)換壓力為電阻或電壓信號；電橋電路用于測量傳感器的輸出信號，并提供增益和校準(zhǔn)功能；運(yùn)放（放大器）用于放大傳感器信號，提高靈敏度和穩(wěn)定性；濾波器用于去除噪聲和干擾；ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便進(jìn)一步處理和顯示；參考電壓或電阻用于校準(zhǔn)傳感器輸出；供電電源為電路提供適當(dāng)?shù)碾娫措妷骸Ｍㄟ^合理選擇和配置這些元件，壓力傳感器電路能夠準(zhǔn)確測量和轉(zhuǎn)換壓力信號，并提供可靠的輸出信號用于監(jiān)測、控制和數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用。電氣連接：

LCD、電纜

類型：

橫河Yokogawa多功能智能壓力傳感器特點(diǎn)：

智能壓力傳感器、Hart通信

供電電源：可供選擇輸出：

4-20mADC

精確度：

0.075％FS

工作溫度范疇：

-40-120°C

量程：可供選擇典型應(yīng)用：智能壓力傳感器/智能壓力傳感器EJA系列智能壓力傳感器是由Yokogawa（橫河電機(jī)）推出的高性能壓力傳感器系列。該系列傳感器采用先進(jìn)的壓力測量技術(shù)和智能化功能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制和監(jiān)測系統(tǒng)中。EJA系列智能壓力傳感器具有以下特點(diǎn)和功能：高精度測量能力，可提供穩(wěn)定和準(zhǔn)確的壓力測量結(jié)果；寬壓力范圍可選，適用于不同應(yīng)用場景；多種輸出信號選項，包括4-20mA、HART協(xié)議、FOUNDATIONFieldbus和PROFIBUS等，便于與現(xiàn)有控制系統(tǒng)集成；智能化功能，如自動校準(zhǔn)、故障診斷和遠(yuǎn)程參數(shù)配置等，提高了傳感器的可靠性和維護(hù)便利性；可靠的防護(hù)等級和耐用的設(shè)計，適應(yīng)惡劣工作環(huán)境；豐富的選型和安裝選項，滿足不同安裝需求?？蓱?yīng)用于化工、石油天然氣、電力、制藥、食品飲料等多個行業(yè)，在流體壓力監(jiān)測和控制方面發(fā)揮著重要作用。其高精度、智能化和可靠性使其成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的理想選擇，為用戶提供準(zhǔn)確、可靠和高效的壓力測量解決方案。圖3-5壓力傳感器接線3.7.4液位傳感器電路設(shè)計市場上使用的液位控制系統(tǒng)有以下幾種：（1）電板式水位控制系統(tǒng)電板式水位控制系統(tǒng)是一種用于監(jiān)測和控制液體水位的自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常包括水位傳感器、控制電路和執(zhí)行元件。水位傳感器通過檢測液體的水位變化，將其轉(zhuǎn)換為電信號?？刂齐娐方邮諅鞲衅鞯男盘柌⒏鶕?jù)預(yù)設(shè)的水位設(shè)定值進(jìn)行邏輯判斷和控制操作。執(zhí)行元件（如電磁閥或泵）根據(jù)控制信號的輸出，實(shí)現(xiàn)對液體水位的調(diào)節(jié)和控制。該系統(tǒng)具有精確的水位監(jiān)測和穩(wěn)定的控制能力，可廣泛應(yīng)用于水處理、污水處理、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，以確保液體水位的穩(wěn)定控制和自動化運(yùn)行。（2）浮球水位控制器浮球水位控制器是一種常用于液體水位控制的自動化裝置。它由浮球、懸臂桿、微動開關(guān)和控制電路組成。當(dāng)液體水位變化時，浮球隨著液位的升降而上下浮動，通過懸臂桿與微動開關(guān)相連。當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定水位時，浮球上升或下降，使微動開關(guān)切換其狀態(tài)，從而觸發(fā)控制電路執(zhí)行相應(yīng)的控制動作，如啟動或停止水泵。浮球水位控制器具有簡單、可靠的工作原理，適用于各種液體容器的水位控制，如水箱、儲罐等。它能夠?qū)崿F(xiàn)液位的自動監(jiān)測和穩(wěn)定控制，廣泛應(yīng)用于供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、污水處理等領(lǐng)域，以確保液體水位在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行。（3）智能液位控制器智能液位控制器是一種高級的自動化裝置，用于監(jiān)測和控制液體的精確水位。它采用先進(jìn)的傳感技術(shù)和智能控制算法，具有高度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。智能液位控制器通常包括液位傳感器、控制電路和用戶界面。液位傳感器可以是多種類型，如壓力傳感器、超聲波傳感器或電容傳感器，用于實(shí)時測量液體的水位?？刂齐娐方邮諅鞲衅餍盘枺⒏鶕?jù)預(yù)設(shè)的水位設(shè)定值進(jìn)行智能的控制操作。高精度的液位測量，可以實(shí)時監(jiān)測和顯示液位數(shù)值；智能化的控制算法，根據(jù)測量值和設(shè)定值進(jìn)行精確的控制和調(diào)節(jié)；多種控制方式，可以實(shí)現(xiàn)自動控制、手動控制或遠(yuǎn)程控制；報警功能，可發(fā)出警報信號或觸發(fā)其他保護(hù)措施，以應(yīng)對異常情況；用戶友好的界面，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)顯示和操作調(diào)整。（4）超聲波液位控制器超聲波液位控制器通常由超聲波傳感器、控制電路和用戶界面組成。超聲波傳感器發(fā)射超聲波信號，并接收反射回來的信號，通過測量超聲波的傳播時間來計算液體與傳感器之間的距離，從而確定液位的高度?？刂齐娐方邮諅鞲衅鞯男盘?，并根據(jù)設(shè)定的水位參數(shù)進(jìn)行智能的控制操作，如啟動或停止泵或閥門。FST700-CS01采用先進(jìn)的傳感技術(shù)和精密的測量元件，能夠提供高精度的壓力測量結(jié)果，可滿足精密控制和監(jiān)測應(yīng)用的要求。該傳感器具有寬廣的壓力測量范圍，可根據(jù)不同應(yīng)用需求選擇合適的測量范圍，涵蓋多種工業(yè)場景。FST700-CS01采用優(yōu)質(zhì)的材料和精密制造工藝，具有可靠的性能和穩(wěn)定的工作特性，可在惡劣環(huán)境條件下長時間穩(wěn)定運(yùn)行。該傳感器具有良好的抗震性能，能夠適應(yīng)工業(yè)環(huán)境中的振動和沖擊，不易受外界干擾影響。提供多種輸出信號選項，如4-20mA、0-5V、0-10V等，方便與不同類型的控制系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行連接和集成。傳感器的外殼和材料經(jīng)過特殊處理，具有良好的耐腐蝕性，適用于與液體或氣體接觸的各種工業(yè)環(huán)境。具有優(yōu)秀的溫度補(bǔ)償特性，能夠在不同溫度條件下提供準(zhǔn)確的壓力測量，保證測量結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性?？偟膩碚f，F(xiàn)ST700-CS01壓力傳感器具有高精度、寬壓力范圍、高可靠性、抗震性能強(qiáng)、多種輸出信號選項、耐腐蝕性好以及良好的溫度補(bǔ)償性能等特點(diǎn)，適用于工業(yè)自動化控制和監(jiān)測系統(tǒng)中的壓力測量應(yīng)用。圖3-6液位檢測電路

第4章軟件設(shè)計4.1控制系統(tǒng)組成該論文的控制系統(tǒng)組成包括釀造罐內(nèi)部溫度、壓力和液位監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由以下組件組成：釀造罐內(nèi)部溫度傳感器用于測量麥汁的溫度變化；壓力傳感器用于監(jiān)測釀造罐內(nèi)部的壓力情況；液位傳感器用于測量釀造罐內(nèi)部的液位高度。這些傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給PLC（可編程邏輯控制器）系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)通過編程控制和算法邏輯，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的工藝要求，對麥汁的溫度、壓力和液位進(jìn)行嚴(yán)格控制?？刂葡到y(tǒng)還包括執(zhí)行元件，如冷卻液控制閥、加熱元件和液位控制閥等，用于根據(jù)PLC的控制信號對釀造罐內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)監(jiān)測和顯示界面，用于實(shí)時監(jiān)測和顯示麥汁的溫度、壓力和液位數(shù)據(jù)，以便操作人員進(jìn)行觀察和調(diào)整。通過這樣的控制系統(tǒng)組成，可以實(shí)現(xiàn)對釀造罐內(nèi)部溫度、壓力和液位的精確監(jiān)控和控制，以滿足預(yù)設(shè)的釀造工藝要求。圖4-1監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖4.2程序流程圖設(shè)計程序流程的描述可以根據(jù)具體的控制系統(tǒng)和需求而有所不同，以下是一個基本的程序流程示例：啟動控制系統(tǒng)時，進(jìn)行各個組件和傳感器的初始化設(shè)置，包括校準(zhǔn)傳感器、設(shè)定初始參數(shù)等?？刂葡到y(tǒng)開始周期性地采集釀造罐內(nèi)部的溫度、壓力和液位數(shù)據(jù)，通過傳感器獲取實(shí)時的測量值。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的工藝要求，將目標(biāo)溫度、壓力和液位設(shè)定值輸入到控制系統(tǒng)中，用于后續(xù)的控制操作。基于采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)和設(shè)定值，控制系統(tǒng)執(zhí)行特定的控制算法，進(jìn)行邏輯判斷和控制操作，以實(shí)現(xiàn)對麥汁溫度、壓力和液位的控制。根據(jù)控制算法的結(jié)果，控制系統(tǒng)輸出相應(yīng)的控制信號，通過執(zhí)行元件（如冷卻液控制閥、加熱元件、液位控制閥等）調(diào)節(jié)釀造罐內(nèi)部的環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)溫度、壓力和液位的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定。控制系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測和記錄麥汁的溫度、壓力和液位數(shù)據(jù)，并將其顯示在數(shù)據(jù)監(jiān)測與顯示界面上，以便操作人員進(jìn)行觀察和調(diào)整。以上步驟會周期性地執(zhí)行，不斷采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行控制和監(jiān)測，以保持釀造罐內(nèi)部的溫度、壓力和液位在預(yù)設(shè)的工藝要求范圍內(nèi)。在完成釀造過程或手動停止控制系統(tǒng)時，進(jìn)行適當(dāng)?shù)那謇砗完P(guān)閉操作，以結(jié)束程序流程。具體的程序流程會因控制系統(tǒng)的復(fù)雜度和功能需求而有所差異，上述流程僅為一般情況的簡要描述，實(shí)際應(yīng)用中可能需要更多的細(xì)節(jié)和功能實(shí)現(xiàn)。圖4-2程序流程圖4.3PLC功能模塊程序設(shè)計STEP7MicrowinV4.0是一款專業(yè)的編程軟件，專為西門子S7-200系列可編程控制器（PLC）而設(shè)計。它提供了一個功能強(qiáng)大且用戶友好的開發(fā)環(huán)境，用于編寫、編輯和調(diào)試S7-200系列PLC的程序。STEP7MicrowinV4.0具有以下特點(diǎn)和功能：首先，它提供了直觀的圖形化編程界面，使用戶可以輕松創(chuàng)建和編輯PLC程序。其次，它支持多種編程語言，包括梯形圖、指令表和SCL（結(jié)構(gòu)化文本編程語言），滿足不同用戶的編程需求。此外，它提供了豐富的函數(shù)庫和指令集，方便用戶快速開發(fā)復(fù)雜的控制邏輯。還有，它具有強(qiáng)大的調(diào)試和仿真功能，可以在線監(jiān)測和調(diào)試程序，提高開發(fā)效率。具有高度的兼容性和可擴(kuò)展性。它與其他西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品（如觸摸屏、變頻器等）集成緊密，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級別的控制和監(jiān)控。此外，它支持通信接口，如RS485和MPI，使PLC能夠與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信。部分梯形圖如圖所示。圖4-3編程梯形圖

第5章組態(tài)設(shè)計5.1組態(tài)軟件介紹組態(tài)軟件是一種用于創(chuàng)建、配置和管理人機(jī)界面（HMI）的工具。它提供了一個圖形化的開發(fā)環(huán)境，使用戶能夠設(shè)計和實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控和控制系統(tǒng)的用戶界面。組態(tài)軟件通常具有以下特點(diǎn)和功能：首先，它提供豐富的圖形庫和組件，可用于創(chuàng)建各種圖表、圖像、按鈕、報警、趨勢圖等元素，使界面更加直觀和易于操作。其次，它支持多種數(shù)據(jù)源和通信協(xié)議，可以與各種設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信，如PLC、傳感器、數(shù)據(jù)庫等。此外，組態(tài)軟件提供了靈活的數(shù)據(jù)處理和邏輯控制功能，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、計算和顯示，以及根據(jù)條件執(zhí)行相應(yīng)的控制邏輯。具有高度的可定制性和擴(kuò)展性。用戶可以根據(jù)特定需求自定義界面的布局、顏色、字體等，以滿足個性化的設(shè)計要求。同時，它通常支持多語言界面，以適應(yīng)不同用戶的語言需求。另外，一些組態(tài)軟件還提供了遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能，使用戶能夠通過網(wǎng)絡(luò)或移動設(shè)備實(shí)時監(jiān)視和控制系統(tǒng)。組態(tài)軟件是一種功能強(qiáng)大的工具，用于創(chuàng)建用戶友好的人機(jī)界面。它使用戶能夠快速設(shè)計和開發(fā)監(jiān)控和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化、操作控制和過程監(jiān)控，提高系統(tǒng)的可靠性和效率。組態(tài)軟件在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如工業(yè)自動化、建筑物管理、能源管理等，為用戶提供了靈活和直觀的操作界面和監(jiān)控平臺。5.2組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接5.2.1新建項目雙擊組態(tài)王的快捷方式，出現(xiàn)組態(tài)王的工程管理器窗口，雙擊新建按扭，按照彈出的建立向?qū)В顚懝こ堂Q。然后打開剛建立的工程。進(jìn)入組態(tài)畫面的設(shè)計，如圖5-1：圖5-1新建工程1.新建畫面進(jìn)入工程管理器后，在畫面右方雙擊“先建”，新建畫面，并設(shè)置畫面屬性，圖5-2所示：圖5-2畫面新建2.新建設(shè)備因?yàn)榻M態(tài)畫面要與西門子S7-200PLC連接之后才能使用，所以要新建S7-200的連接，具體步驟如圖5-3：圖5-3步驟1圖5-4步驟2圖5-5步驟3圖5-6步驟43.新建變量要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對S7-200的在線監(jiān)控，就先必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者間的數(shù)據(jù)變量?；绢愋偷淖兞靠梢苑譃椤皟?nèi)存變量”和I/O變量兩類。內(nèi)存變量是組態(tài)王內(nèi)部的變量，不跟被監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行交換。而I/O變量是兩者之間互相交換數(shù)據(jù)的橋梁，S7-200和組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換是雙向的。如圖5-7所示：圖5-7新建變量項目中所用到的變量見圖5-8：圖5-8變量表5.3創(chuàng)建組態(tài)畫面如圖5-9所示，高溫報警用來顯示當(dāng)溫度高于95°C的時候，等會變紅閃爍，加熱爐上的指示燈用來指示加熱爐的加熱狀態(tài)。圖5-9控制系統(tǒng)主畫面圖5-10窗口設(shè)定一定的溫度及壓力之后，組態(tài)系統(tǒng)開始運(yùn)行，并且相應(yīng)的控制開關(guān)會按照設(shè)定的溫度及壓力進(jìn)行控制。圖5-11系統(tǒng)壓力及溫度控制第6章結(jié)論通過本論文對釀造罐內(nèi)部溫度、壓力和液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究，我們得出了以下結(jié)論：首先，釀造罐內(nèi)部溫度、壓力和液位的嚴(yán)格控制對于麥汁按照預(yù)先設(shè)定的工藝進(jìn)行釀造是至關(guān)重要的。在釀造過程中，釀造罐內(nèi)部反應(yīng)所釋放的熱量導(dǎo)致麥汁溫度的升高，而降溫速度可以通過控制冷卻液的流量來實(shí)現(xiàn)。我們的研究表明，通過合理的冷卻液流量控制，可以滿足釀造過程各個階段對麥汁溫度的要求，并確保麥汁按照預(yù)定工藝進(jìn)行釀造。其次，壓力和液位的控制對于釀造過程的順利進(jìn)行也起著重要的作用。通過使用合適的壓力傳感器和液位傳感器，結(jié)合相應(yīng)的控制算法和控制元件，我們能夠?qū)崟r監(jiān)測和調(diào)節(jié)釀造罐內(nèi)部的壓力和液位。這有助于確保釀造罐內(nèi)部的壓力穩(wěn)定，并保持液位在合適的范圍內(nèi)，從而確保麥汁的釀造過程能夠按照工藝要求進(jìn)行。最后，我們采用了PLC作為控制系統(tǒng)的核心，利用其高度可編程性和靈活性來實(shí)現(xiàn)對釀造罐內(nèi)部溫度、壓力和液位的精確控制。PLC系統(tǒng)結(jié)合了傳感器數(shù)據(jù)的采集、控制算法的執(zhí)行和執(zhí)行元件的控制，通過編程實(shí)