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1、本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书 基于基于 PLC 的啤酒发酵温度控制系统设计的啤酒发酵温度控制系统设计 PLC BASED DESIGN OF TEMPERATURE CONTROL SYSTEM OF BEER FERMENTATION 学院（部）： 电气与信息工程学院 专业班级： 自动化 11-4 班 学生姓名： 指导教师： 2015 年 06 月 01 日 安徽理工大学毕业设计 1 基于 PLC 的啤酒发酵温度控制系统设计 摘要 人类使用谷物制造酒类饮料已有 8000 多年的历史。中国的啤酒是 19 世纪末从外 国传入的。啤酒工业是我国食品工业占有重要地位，随着国民经济的发展和人民
2、生活 的改善我国啤酒工业也得到空前发展。尽管如此，我国的啤酒生产工业目前还存在较 大的提升空间。由于起步较晚及啤酒生产的工艺复杂，目前我国大多数啤酒生产企业 技术装备落后自动化程度低，产品质量不稳定。如何提高啤酒生产的综合自动化水平， 增强我国啤酒产业的综合实力这一课题有很大研究空间。发酵过程是啤酒生产过程中 的重要环节之一。 本文以啤酒发酵过程为工程背景利用 PLC 实现对啤酒发酵过程温度的控制，这对 更加牢固掌握 PLC 并将 PLC 应用于生产实际及了解啤酒的生产工艺有很好作用。本文 主要工作在于:由于啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制 必须采用特殊的控制算法。由
3、于每个发酵罐都存在个体的差异，而且在不同的工艺条 件下不同的发酵菌种下对象特性也不尽相同。因此很难找到或建立某一确切的数学模 型来进行模拟和预测控制。为节省能源，降低生产成本，并且能够满足控制的要求， 发酵罐的温度控制选择了检测发酵罐的上、中、下 3 段的温度通过上、中、下 3 段液 氨进口的两位式电磁阀来实现发酵罐温度控制的方法。利用 PLC 来实现整个过程温度 的控制。该系统性能/价格比高、可靠、技术先进完全满足啤酒生产发酵工艺的技术要 求并兼顾了实用的需求。 关键词：关键词：PLC， 发酵温度，控制对象发酵温度，控制对象 安徽理工大学毕业设计 2 PLC BASED DESIGN OF
4、TEMPERATURE CONTROL SYSTEM OF BEER FERMENTATION ABSTRACT The human use the grain manufacture wines more than 8000 years. Beer spread from the foreign country to China in 19 century. Beer production, as one of the most important traditional industry, has been developed quickly in our country with the
5、 development of civil economy and the improvement of standard of living. However, because of the complexity of the beer production, domestic breweries have many disadvantages, such as outdated measurement and control equipments, low level of automation, instable product quality, etc. How to improve
6、the integrated automation level in beer production becomes an urgent research project. Beer fermentation is one of the key steps of beer production. In this paper, beer fermentation process for the project background, the use of PLC in the beer fermentation process temperature control, which is more
7、 firmly grasp PLC and used to produce practical and understanding of the beer production process have a very good role. What this research solute is As the object of beer fermentation, degeneration, and the uncertainty of the delay, a decision must be in control of fermentation tank special control
8、algorithms. As each there are individual differences, but in different process conditions, different fermentation bacteria, the object characteristics vary. Therefore it is difficult to find or create a precise mathematical model to simulate and forecast control. To save energy, reduce production co
9、sts and to meet the requirements of control, temperature control of fermentation tank selected the detection of the fermentation tank, in the next paragraph 3 of the temperature, through the upper, middle and lower imports of liquid ammonia in paragraph three Electromagnetic valve to achieve ferment
10、ation tank temperature control method. To solute the whole process temperature control by plc. The system performance higher than price, reliable, advanced technology, to fully meet the fermentation process of beer production technology requirements, taking into account the practical needs. KEYWORDS
11、: PLC，Fermentation temperature，object 安徽理工大学毕业设计 3 目录目录 1 绪论 4 11.1 选题的目的和意义.4 1.2 啤酒发酵控制系统方案综述.5 1.3 实现啤酒发酵罐温度 PLC 控制的主要研究工作.6 2 啤酒发酵工艺概述 7 2.1 啤酒发酵概述.7 2.2 发酵各阶段温度控制机理 8 2.3 啤酒发酵设备概述 9 2.4 啤酒发酵温控基本要求 9 2.5 啤酒发酵工艺流程 .11 3 应用 PLC 实现啤酒发酵温度控制的可行性分析 .14 3.1 可编程序控制器 PLC 的特点 .14 3.2 PLC 的组成与基本原理 15 3.2.1
12、 PLC 的组成结构 15 3.2.2 PLC 的工作原理 16 3.2.3 PLC 的主要功能和应用 17 3.3 PLC 在啤酒发酵中应用的可行性 18 4 啤酒发酵温度 PLC 控制方案 .20 4.1 系统控制要求及功能20 4.1.1 啤酒发酵温度要求 20 4.1.2 系统功能20 4.1.3 PLC 控制系统方案 21 5 啤酒发酵温度 PLC 控制硬件设计 .23 5.1 系统硬件配置23 5.1.1 CPU 的选型 23 5.1.2 模拟量扩展模块25 5.1.3 控制系统硬件配置.26 5.2 啤酒发酵温度 PLC 控制系统的 I/O 分配 .27 5.2.1 I/O 地址
13、分配 27 安徽理工大学毕业设计 4 6 PLC 实现啤酒发酵温度控制的程序设计31 6.1 编程软件的介绍 .31 6.1.1 指令系统31 6.1.2 PLC 程序设计流程及原则 32 6.1.3 STEP7-Micro/WIN 32 编程软件基本信息 .33 6.2 控制程序流程图 .34 6.2.1 发酵温度控制系统流程图34 6.2.2 控温程序流程图设计36 6.3 PID 控制 37 6.3.1 S7-200 的 PID 指令 .37 6.3.2 数值转换及标准化39 6.3.3 选择 PID 回路类型39 6.4 系统程序设计 .40 6.4.1 主程序40 6.4.2 主酵自
14、然升温段程序40 6.4.3 温度控制程序40 6.4.4 电磁阀控制41 结论 .43 致谢 .44 参考文献 .45 安徽理工大学毕业设计 5 1 绪论绪论 1.1 选题的目的和意义选题的目的和意义 啤酒是世界上产量及消费最大的一种酒，特别是北美及欧洲国家的总产量及人均 消费量均居世界前列，我国随着改革开放现代化建设，人民生活水平不断断提高，啤 酒己成为人们的时尚饮品，市场的宠儿，生产直线上升，进入九十年代后产量逐年增 加，目前已成为仅次于美国的世界第二大啤酒产销国，令世界啤酒界人士刮目相看。 但是我国人均啤酒消费水平只有 8 升，仅相当于世界水平的 1/3 差距很大，近年来，虽 然我国的
15、啤酒装备配套水平有很大提高，但与国外的主要啤酒生产厂家相比大部分企 业技术落后，国内的啤酒行业迫切要求进行技术改造，提高生产率，保证产品质量， 以确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。由于啤酒生产的工艺复杂，目前我国大多 数啤酒生产企业技术装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。如何提高啤酒生产 的综合自动化水平，增强我国啤酒产业的综合实力是一个很好的研究课题。 啤酒发酵是啤酒生产过程非常重要的环节，是决定啤酒质量的最关键的一步特别 是对发酵过程中温度、压力的控制尤其重要控制指标的好坏将直接影响啤酒的质量。 早期由于人们对发酵机理认识不深再加上采用控制器的限制对发酵采取自动控制未能 成功。环境器
16、件的引用对发酵采用自动控制逐渐取得成功。 啤酒发酵具有非线性、时间滞后和大惯性等特征发酵过程的精密控制一直是自动 控制领域较难解决的问题之一。按啤酒发酵的生产工艺生产周期一般在十五天左右要 求发酵液的温度严格按照一定的工艺曲线变化。温度控制精度在0.5范围内，这样 的控制精度单凭传统的热工仪表加上手工操作方式是完全不能满足要求的，但目前国 内的不少生产厂家都是采用这种生产方式。随着控制领域新技术、新方法的不断涌现 这些问题也在不断地得到改进。改进啤酒发酵生产过程控制是酿造业技术进步的有效 措施，它可以在不增加原材料及动力消耗的前提下，增加产品产量、提高产品质量， 同时还可以减轻劳动强度、改善工作条件、提高发酵工艺水平及生产管理水平。因此， 优化啤酒发酵控制应用前景乐观，能产生较大的社会经济效益，具有很大的应用价值。 利用 PLC 实现啤酒发酵罐温度的自动控制的选题。对提高啤酒发酵温度控制精度 优化啤酒温度控制过程，使用效果好且性能稳定可靠，编程简单，具有非常现实的意 义。同时我个人可以通过这次设计更加巩固 PLC 知识，更好地掌握梯形图等
