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1、广州大学松田学院毕业论文（设计）题 目_基于PLC的啤酒发酵自动控制系统设计_ 基于PLC啤酒发酵自动控制系统设计摘 要啤酒发酵是啤酒生产中最重要的一道工序，是决定啤酒质量的最关键的一步。啤酒的发酵是把糖化的姜汁分解成乙醇，由于发酵时间长，过程机理复杂，影响发酵因素很多，对发酵过程缺乏精确的数学模型。从原料到发酵过程，如何控制好温度，压力，让发酵满总生产工艺曲线，决定了啤酒的生产质量和生产效率，发酵过程是啤酒生产过程中的重要环节，发酵控制系统的任务就是将发酵酒液的实际温度控制在和标准发酵曲线相差有限的误差范围内。过去的啤酒发酵过程，啤酒发酵罐多为人工现场操作调节，手工记录。但随着啤酒产量的不断
2、增加，所需发酵罐也会增多，给生产啤酒带来极大的不便，造成生产质量的稳定，如何提高啤酒生产的综合自动化水平，增强啤酒产业实力成为一个好的研究课题。为止，本文通过对啤酒生产发酵过程的工艺及关键问题的分析，基于PLC设计啤酒生产过程中啤酒发酵自动控制系统。关键词：PLC 啤酒发酵 温度控制Based on the design of PLC automatic control system of beer fermentationAbstract: Beer fermentation is one of the most important procedure in beer production,
3、 is the most crucial step in determining the quality of beer. Beer fermentation is the breakdown of saccharification ginger into ethanol, due to the long fermentation time, the process mechanism is complex, many factors influencing the fermentation, the fermentation process is a lack of accurate mat
4、hematical model. From raw material to the fermentation process, how to control the temperature, pressure, and make full of the total fermentation technology curve, determines the production quality and production efficiency of beer, the fermentation process is the important link in the process of be
5、er production, fermentation control system of the task is to control the fermentation liquid of actual temperature fermentation and standard curve is limited within the error range.The beer fermentation, beer fermentation tank for artificial field operation adjustment, manual record. But as the incr
6、ease of beer production, the fermentation tank will be needed to increase, produced beer to bring huge inconvenience caused by the stable quality of production, how to improve the comprehensive automation level of beer production, strengthen the beer industry to become a good research topic.So far,
7、this article through to the fermentation process of beer production process and the analysis of the key problems of beer production in the process of beer fermentation based on PLC design of automatic control system.Keywords: beer fermentation temperature control by PLC目 录1绪 论11.1课题的背景11.2国内啤酒生产过程控制
8、概况21.3啤酒生产过程自动控制的作用和意义32啤酒发酵32.1啤酒发酵概述32.2啤酒发酵的具体过程32.3啤酒发酵设备42.4啤酒发酵工艺曲线53啤酒发酵自控系统PLC选型和配置63.1PLC选型63.2 S7-200主要功能及特点83.3文本显示器TD200103.4电磁阀PWM103.5 PID控制的原理和特点103.6 PLC其他资源配置114啤酒发酵自控系统PLC程序104.1设计思路104.2 系统硬件配置134.2.1 CPU的选型134.2.2 模拟量扩展模块134.2.4 控制系统硬件配置144.2.5其他资源配置154.3 啤酒发酵温度PLC控制系统的I/O分配164.3
9、.1 I/O地址分配164.4 编程软件的介绍184.4.1 指令系统184.5程序流程图184.6 PLC功能模块程序设计214.6.1 主程序224.6.2 主酵自然升温段程序224.6.3 温度控制程序224.6.4模拟量信号采集处理234.6.5发酵状态处理254.6.6温度设定值的计算294.6.7 PID回路计算314.6.8电磁阀控制334.6.9软件调试34结论34主要参考文献35致谢35附录361绪 论1.1课题的背景啤酒是一种低浓度的饮料，也是富含营养价值的食品，每100g中仅有酒精35g，一般不超过8g。它有特殊的酒精花清香味和适口的苦味，并有较高的营养成分即有较高的发热
10、量。啤酒是世界上产量以及消费最大的一种酒，啤酒市场非常巨大，世界啤酒的未来充满希望，欧洲啤酒市场和美国啤酒市场，随着人均消费量增长，啤酒消费量增长显著，居世界前列。作为世界最大且增速最快的啤酒，饮料生产消费大国之一，中国已日趋成为最具吸引力市场。未来五年中国啤酒将保持平稳持续增长的态势。同时啤酒工业是我国食品工业中一个重要的产业，随着国家经济的发展和人民生活的改善，喝啤酒变成一种时尚，我们国家人均啤酒消费较世界水平少，这也透出了我国啤酒市场浓浓的商机。我国内生产啤酒的企业数以百计，但与国外的主要啤酒生产厂家相比，大部分企业的技术相对落后，国的啤酒生产工业前存在许多不尽如人意的地方。由于啤酒生产
11、的工艺复杂，目前我国大多数啤酒生产企业装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。大部分处于手动控制阶段，只有极少数企业实现半自动化，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。 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。啤酒酿造过程是这样的：糖化，麦汁充氧，添加酵母，发酵，降温，倒罐，贮酒。而我要做的就是其中发酵的一部分，啤酒发酵也是一个复杂的过程，啤酒生产过程中发酵是一道关键工序，除生产工艺水平外，生产工序控制指标的好坏将直接影响啤酒的质量。啤酒发酵是啤酒生产中最重要的一道工序，是决定啤酒质量的最关
12、键的一步。啤酒的发酵过程能实现自动化后，工人的劳动强度将大大地减小，同时啤酒的质量与生产都有望升上一个新的台阶，企业通过技术改造增加了市场竞争。另一方面，不少化工生产过程都具有相似性，因此我们研制的这一套控制系统性价比高，以后还可以推广到其他很多化工厂生产的场合。应用前景乐观，能产生较大的社会经济效益，能应用新技术，新材料，新设备改进生产工艺，提高生产效率。发酵过程是啤酒生产过程中的重要环节，发酵控制系统的任务就是将发酵酒液的实际温度控制在和标准发酵曲线相差有限的误差范围内。其中前发酵是啤酒发酵的主要过程，在这个过程中，酵母完成了增殖，厌氧发酵及其沉淀回收等。这个过程消耗了大部分可发酵性糖和可
13、同化性氮等麦汁成分，排出的发酵代谢产物即啤酒的主要组成。而后发酵就是对主发酵的残糖继续发酵，达到要求的发酵度，排除氧气，增加酒精中的CO2的溶解量。促进发酵液成熟，改善口味，促进啤酒自然澄清，使其具有良好的稳定性。啤酒发酵罐内部温度的精确控制，进而解决了啤酒发酵罐内部温度控制精度不高的问题，提高了啤酒生产的综合自动化水平，使啤酒生产集控制与数据管理于一身，能够适应当前现代化生产的需要。1.2国内啤酒生产过程控制概况我国啤酒的产量逐步发展，产品质量达较高水平，品种也赶上去，这就要求国内啤酒生产发酵过程控制和更新生产设备能否满足市场的需求。引进国外控制技术。北京华尔森啤酒厂从捷克全套引进生产设备；
14、北京华都啤酒厂从丹麦引进生产设备；上海华光啤酒厂从瑞士引进生产设备等。引进设备的最大特点是自动化水平比较高，从而能严格满足啤酒生产工艺的要求，因此产量较高，质量较稳定。2.根据国情自行研究的技术1993年国家轻工业部自动化研究所研制的“PW-40啤酒发酵微机控制系统”在厦门华侨啤酒厂投入使用，其控制方案也是采用单变量温度控制；国内中小企业结合本厂生产实际自行研究的自动化仪表加手动的生产控制技术，造价低，效果一般，符合企业目前的状况，但不能满足企业长远发展的需求。我国普遍啤酒厂存在的问题： 1产品低劣，品种单一； 2技术含量低，自控水平差，生产过程多为人工或简单控制，使得啤酒质量不稳定 3原材料
15、消耗大，与国际先进水平存在较大差距1.3啤酒生产过程自动控制的作用和意义国内目前啤酒市场的竞争，体现在两个方面：质量和价格。为适应现在生产的要求，提高啤酒的质量，提高生产率，在啤酒生产中自动化控制可以增加竞争能力体现在提高工艺厂品质量，以及原材料的利用，降低生产成本，减少工人的劳动强度。强化产品质量管理。辅助生产管理，方便生产成本的控制盒管理啤酒生产有自己独有的环境，只有结合国内的啤酒行业实际情况，针对其特殊性，才能开发出适合的生产啤酒的自动控制系统。2啤酒发酵2.1啤酒发酵概述啤酒发酵是一个复杂的过程，发酵过程是把糖化姜汁经过酵母生产乙醇、水、二氧化碳等产物。最终控制为糖度和双乙酰。糖量决定乙醇含量，双乙酰有气味的物质。发酵过程的温度变化与发酵液的糖度和双乙酰成统计关系。实际上，控制发酵液的温度是以人工化验。在啤酒大规模生产中，要求发酵液温度按照一定的工艺曲线变化，温度精确0.5。如果温度过高，会影响啤酒质量，反之则影响了啤酒生产效率。 2.2啤酒发酵的具体过程啤酒发酵主要有3个过程：主发酵、还原双乙酰和低温贮酒。主发酵阶段，从原姜汁开始主发酵，温
