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1、2本科毕业设计说明书第一章 绪论1.1课题背景在巩固和提高我国经济体制的同时，特别是加入了国际世贸组织以后，中国啤酒行业正逐步融入世界啤酒业，由于外国啤酒进驻中国市场，中国啤酒行业已经进入了竞争激烈的成熟过渡期，重新整合扩张，这种“一体化”的扩张方式在一些大中型企业是尤其明显的。上世纪90年代，青岛啤酒经营了多种运营模式，在中国大部分省市自治区成立了50多家啤酒自动化生产基地，已经初步完成了全国化的战略布局。因为啤酒生产内部竞争激烈，外部也和同类酒类产品的竞争越来越激烈，有很大一部分啤酒厂倒闭或相互合并，啤酒生产企业数量急剧下降。还有一部分生存下来的企业，逐步重视对产品质量、口味、工艺，加大科
2、技研发力度，自动化专业化设备得到全新的改变，新的包装设备和先进的宣传理念如雨后春笋般在市场上出现，整个啤酒行业更加良性的在市场中互相竞争，啤酒开始向着工业化、规模化生产，国内的大部分啤酒生产企业逐步的向大型化、集团化发展，与国际之间的交流越来越频繁。现如今，人们的生活水平有了显著的提高，老百姓对啤酒的需求量急速上升，这一需求给生产制造商提出了严峻的挑战，尤其是在各个厂家良性竞争的前提下，更是对啤酒的生产有了更严格的要求，如何在保证质量的前提下高效的生产出大批量的啤酒是现在每个厂家所必须解决的问题。正是因为PLC的强大功能，给啤酒的自动化生产带来了福音。啤酒生产所需要监测的数据比较繁琐，比如温度
3、、压力、浓度、浑浊程度等都有很严格的要求，而PLC在这些方面都有自己的独特之处，能够很自如的对这些模拟量进行时时监控，从而解决了大量的剩余劳动力，而对PLC自动化啤酒生产线程序的调试优化更是尤其重要。本次设计就是对现有的和利时PLC啤酒自动化生产线进行软、硬件的调试，通过现场的数据采集对啤酒生产线酿造部分进行程序优化，最终得出与之对应的研究结论。1.2课题内容（1）啤酒自动化生产酿造工艺流程 通过查阅相关资料，对现有的啤酒自动化生产工艺有一个基本的了解，尤其是对啤酒酿造工艺的熟悉，从而对本课题有一个更深入的理解。（2）根据现场实际需要设计适当的控制方法 根据现场以及工艺流程的实际需要，编写控制
4、程序并对控制程序进行相应的优化，以及对优化后的程序进行现场测试。（3）通过组态软件做出现场的动态监控图 一个合格的生产流水线离不开对设备生产过程的监控，不仅是从安全的角度出发，更要考虑到设备损坏及时维修及其包养，因此本课题设计了组态监控系统，该系统是基于HollyView的一款组态软件。（4）控制面板触摸屏的设计 对控制面板触摸屏的设计是为了能够更简便控制现场设备，同时也起到对现场的监控作用，与组态监控界面起到双重监控的作用，使得生产的安全性以及流畅性有了保障。因此本课题设计了触摸屏操控系统，方便对现场设备的控制，同时也能够起到监控的作用。（5）对总体程序以及监控进行可行性分析 根据实际的数据
5、结果，对程序以及组态监控方面进行可行性分析，并对整体进行优化，对优化后的系统能否正常运行做出整体性的规划。1.3课题目的本课题通过和利时PLC对啤酒自动化生产线酿造部分各个工序段进行自动化控制，从而节省了大量的劳动力，与此同时能够很大程度的提高生产效率，对于产品的市场竞争有很大的技术支持，同时对于现有的啤酒自动化生产线进行系统优化，从而对设备的升级进行有效的数据采集，对自动化控制的发展有更好的推进作用。1.4课题意义啤酒自动化生产线运用自动化控制技术，运用PLC强大的控制功能达到自动化控制的目的，这其实是工业生产的一个缩影，正是因为有了这种系统的优化研究，才能更好的使自动化控制技术得以有力的发
6、展，才能大大提高工业生产的生产效率。现如今自动化控制技术在日常生产中应用尤其广泛，它不仅是工业生产的一次重要升级和改革，同时也为工业自动化生产带来了春天，把工业生产引领到了一个全新的领域，自动化控制技术不仅节省了人为劳动力，生产成本也大大的降低，给生产商带来了福音。在中国不断发展的今天，自动化控制技术在中国的工业发展史上也发挥了极大的作用。本次课题是基于实验室研究自动化控制技术的课题，研究本课题对以后的实际应用教学有着很强的现实意义，能够更清楚直接的叫同学们了解自动化控制技术在现实生产当中是如何应用的，同时本课题也为后期自动化专业的教学及研究奠定了必要的基础，能够从理论结合实际的角度出发，更加
7、全面的为学生讲解自动化控制技术在实际生产当中是充当一个怎样的角色。同时，还有最重要的一点就是为以后啤酒生产线的进一步研发提供了一个很好的实验平台，能够更加全面的锻炼学生实际动手操作的能力。第二章 系统总体方案设计2.1酿造部分的总体结构酿酒工艺的基本流程：麦芽粉碎机糖化锅过滤罐煮沸锅沉淀池冷却锅发酵罐清酒罐灌装机，如图2.1。图2.1酿酒工艺流程图 Fig. 2.1 Brewing process flow diagram酿造部分主要包括三个部分，各类硬件设备（如液体反应罐、各种仪器仪表、电机、电磁阀等等）、PLC控制柜（主要包括PLC、空气开关、继电器、电源模块、触摸屏等）以及工控台（由一台
8、个人计算机组成，通过个人计算机控制PLC控制现场设备）。酿造部分每一个反应罐都有着自己的作用，每个工段都有着各自的所需要控制采集的数据，正是每个工段有序的工作，使得整个酿造部分有序的生产。2.2酿造部分基本设计步骤根据啤酒酿造的工艺流程，将各个反应罐按照相应的顺序进行排列组装在一起，每个反应罐直接由管道以及电气元件连接在一起（如液体流通管道、入水管、出水管、入口泵、出口泵、电磁阀、流量计、温度表、压力表等等）；PLC控制柜分为五个部分，分别控制公共系统工段、糖化工段、煮沸工段、发酵工段、清酒工段五个工段，通过对过程中变量的控制，从而使酿造部分严格的按照酿酒工艺运行，实现了自动化控制在工业生产上
9、的应用。在酿造过程当中需要控制很多的变量，如何控制好这些变量才是本次课题设计的主要任务。温度、压力、搅拌电机的转速等等都是啤酒工艺生产上重要的参数，如何运用现如今的科技手段随意自如的控制这些变量都是此次课题的重重之种，有了这些控制变量，对程序进行编写，使得这些控制变量能够随意的去设定，通过科技手段进行监测，从而使得啤酒自动化生产酿造工段更好的进行，也要根据实际的生产进行相应的优化，对系统进行升级。2.3酿造部分需要控制的对象酿造部分由于酿酒工艺的要求，需要对反应罐内一些变量进行控制以及监测，这就需要PLC去控制这些变量，酿造部分所需要控制的变量有：（1）温度 酿酒工艺中对液体温度的控制是非常严
10、格的，因此对温度控制以及温度变化的监测采集是自动化控制的一大重要反馈数据。（2）压力 反应灌内的压强大小也是酿造部分所需要重点监控的对象。（3）电机转速 有些部分反应罐内的液体是需要加热的，但是这就涉及到一个受热是否均匀的问题，与此同时需要搅拌电机来使反应罐内的液体受热更加均匀，PLC通过控制变频器的数值大小来控制搅拌电机搅拌的快于慢。（4）入口泵、出口泵启停 由于各个反应罐都是处于同一水平面，当完成当前酿酒步骤，需要将当前反映灌内的液体转移到下一个流程就需要入口泵以及出口泵的协助，使得液体更快速的转移。（5）流量 酿酒工艺还需要很好的控制监测液体流量的大小，进而达到酿酒工艺的各种需求。（6）
11、电磁阀、电动调节阀 对液体的流动启停进行控制，节省了人为的劳动时间。2.4酿造部分的主要结构2.4.1公共系统工段公共系统工段主要由净水罐、热水罐、碱液罐、入口泵、出口泵、制冷压缩机、冷水罐组成。热水罐与冷水罐组成CIP系统，为整个酿造过程提供清洁无菌的卫生环境，避免后续酿造过程中染菌。冷水泵、制冷机、冰水罐组成制冷系统为后续酿造发酵提供适宜温度，提高发酵率。2.4.2糖化工段糖化工段主要是由糖化锅和过滤槽组成。糖化锅是麦芽淀粉及蛋白质的分解的容器，并与已糊化的麦牙粉溶液混合，维持溶液在一定的温度，使溶液开始淀粉糖化，从而制出麦汁。麦汁经过过滤槽过滤，麦芽汁与麦糟分开，得到清凉爽口的麦芽汁。2
12、.4.3煮沸工段煮沸工段主要由煮沸锅和回旋槽组成。过滤后麦汁经由煮沸锅煮沸，在煮沸的过程当中加入酒花赐予啤酒爽口的苦香味和特有的清爽味。在麦汁达到一定的浓度后，麦汁被泵入回旋槽进行热凝固物的回旋沉淀和分离。2.4.4发酵工段发酵工段主要由换热器、发酵罐组成。回旋沉淀后的麦汁经过板式换热器调整为适宜的发酵温度，在经过冲氧，添加啤酒酵母的工序，最终进入发酵罐进行麦芽发酵，啤酒酵母将可发酵性糖和氨基酸等分解成酒精。2.4.5清酒工段清酒工段主要由过滤机和清酒罐组成。经过发酵而成熟的啤酒在过滤机中将剩余的酵母和不溶解性蛋白滤除，使酒液成色更加透亮。经过过滤后的啤酒由出口泵泵入清酒罐，最终啤酒在制冷压缩
13、机的作用下低温保存在清酒罐。第三章 酿造部分硬件结构3.1现场设备组成3.1.1液体反应罐液体反应罐（如图3.1）由锅体、锅盖、搅拌电机、夹套、支承杆及传动装置组成，液体反应罐的材质以及开孔具体位置可按照现场的实际情况进行定做。液体反应罐有许多种不同的加热形式，比如电加热器加热、油体加热、气体加热、水加热以及冷却等等；上面的夹套也有多种不同样式供用户选择；搅拌的形式同样也有不同的选择，比如船桨式、抛锚式、框架式等等；高转速类也有许多样式供用户选择，以便应付不同的生产工艺；传动装置大体分为普通电机、伺服电机、电磁调速电机几种。图3.1液体反应罐Fig. 3.1 Liquid reaction t
14、ank3.1.2交流电机交流电机（如图3.2）能够实现机械能与交流电能互相转换。由于交流电力系统大力发展，交流电机逐渐成为自动化工业生产的宠儿。交流电机与直流电机相比，交流电机因为没有换向器，它具有整体结构简单、制造相对容易、耐久度高，较为容易做成高转速、高电压、大电流、大容量电机。交流电机功率所涵盖的范围是相对比较大的，几瓦到几万千瓦，甚至能够达到上百万千瓦。本次课题选用交流电机用于对反应罐液体的搅拌，由于交流电机的上述特点，故选择交流电机用于对反应罐内液体的搅拌。 图3.2交流电机 Fig. 3.2 Alternating current dynamo3.1.3耐腐蚀离心泵由于本次设计有液
15、体之间的传输，因此需要抽水泵来实现告诉液体传输，因为两个反应罐之间的液位是没有明显差距，因此需要入水泵以及出水泵来实现传输；更重要的是本次课题传输的是液体，考虑到耐久性以及耐腐蚀性的问题，故选择耐腐蚀离心泵来作为本次课题的入水泵以及出水泵，通过选择耐腐蚀性离心泵能够很好的解决耐久性以及耐腐蚀性这一问题。 图3.3耐腐蚀离心泵Fig. 3.3 Corrosion resisting centrifugal pump3.1.4电磁阀、电动调节阀电磁阀（如图3.4.1）是用电磁控制的自动化工业生产设备，是用来控制液体流动的自动化基础元件。在工业自动化控制系统中用于调整被控对象的流动方向、流量、速度以及其他可控参数。电磁阀能够作用于不同的控制电路来实现预期的目标，而且在精度与灵活度方面都具有可靠性。电磁阀种类有很多种，不同的电磁阀在自动化控制系统中有不同的功能，自动化控制系统经常用到的是单
