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摘 要

发酵过程是啤酒生产过程中重要的环节之一，本文以发酵过程为工程背景，利用PLC实现对啤酒发酵过程中温度的自动控制，这对于更加熟练的掌握PLC并将PLC应用在实际生产中以及了解啤酒的生产工艺有着重大的作用。本文的主要工作在于：由于发酵对象的时变性、时滞性以及不确定性，决定了发酵罐控制必须采用一种特殊的控制算法，每个发酵罐也存在着个体差异，并且在不同的工艺条件下，不同的菌种下，对象的特性也会有所不同，因此很难建立或找到某一明确的数学模型来对其进行模拟和预测控制。为了节生产省能源，降低成本，并且能满足控制要求，发酵罐温度控制确定了检测发酵罐的上、中、下3个位置的温度，通过调节上、中、下3段液氨进口的电磁阀来实现发酵罐的温度控制，利用PLC来完成整个过程温度的控制。这个系统性价比高、可靠、且技术先进，完全能够满足啤酒生产过程发酵工艺的技术要求，而且兼顾了很多实用的需求。

关键词：可编程逻辑控制器 发酵的温度 温度控制

Beer fermentation temperature control based on PLC

Abstract

Beer fermentation is one of the key steps of beer production. Thus, on the basis of some projects in breweries, this thesis investigated beer fermentation automation and Fuzzy Intelligent PID algorithm applied in this process. It is an attempt to apply high technology to traditional industry and has importantly practical meaning. In this paper, beer fermentation process for the project background, the use of PLC in the beer fermentation process temperature control, which is more 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 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 costs 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 fermentation 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.

Key Words: Programmable logic controller; Fermentation temperature; Temperature control

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 概 述 1

1.1 选题的目的和意义 1

1.2 啤酒发酵控制系统方案综述 2

1.3 实现啤酒发酵罐温度PLC控制的主要研究工作 3

1.4 本章小结 3

第二章 啤酒发酵工艺概述 4

2.1 啤酒发酵概述 4

2.2 发酵各阶段温度控制机理 4

2.3 啤酒发酵设备概述 6

2.4 啤酒发酵温控基本要求 6

2.5 啤酒发酵工艺流程 7

2.6 本章小结 9

第三章 应用PLC实现啤酒发酵温度控制的可行性分析 10

3.1 可编程序控制器PLC的特点 10

3.2 PLC的组成与基本原理 11

3.2.1 PLC的结构组成 11

3.2.2 PLC的工作原理 12

3.2.3 PLC的主要功能和应用 13

3.3 PLC在啤酒发酵中应用的可行性 15

3.4 本章小结 16

第四章 啤酒发酵温度PLC控制方案 17

4.1 系统控制要求及功能 17

4.1.1 啤酒发酵温度要求 17

4.1.2 系统功能 17

4.1.3 PLC控制系统方案 18

4.2 系统硬件配置 19

4.2.1 CPU的选型 19

4.2.2 模拟量扩展模块 22

4.2.3 控制系统硬件配置 23

4.3 啤酒发酵温度PLC控制系统的I/O分配 24

4.3.1 I/O地址分配 24

4.4 本章小结 27

第五章 MCGS实现啤酒发酵温度监控界面设计 28

5.1 MCGS软件的介绍 28

5.1.1 MCGS简介 28

5.1.2 MCGS特点 28

5.2 MCGS工程的五大部分 28

5.3 MCGS组态软件的工作方式 29

5.4 MCGS组态软件设计主要内容 29

5.5 MCGS啤酒发酵温度监控界面 30

5.5.1 主界面及脚本 30

5.5.2 模拟运行界面 34

5.5.3 报表和曲线输出截图 36

5.6 MCGS与PLC通信 36

5.7 本章小结 37

第六章 PLC实现啤酒发酵温度控制的程序设计 38

6.1 编程软件的介绍 38

6.1.1 指令系统 38

6.1.2 PLC程序设计流程及原则 39

6.1.3 STEP7-Micro/WIN 32 40

6.2 控制程序流程图 41

6.2.1 发酵温度控制系统流程图 41

6.2.2 控温程序流程图设计 42

6.3 PID控制 44

6.3.1 S7-200的PID指令 44

6.3.2 数值转换及标准化 45

6.3.3 选择PID回路类型 46

6.4 系统程序设计 46

6.4.1 符号表 46

6.4.2 主程序 47

6.4.3 主酵自然升温段程序 47

6.4.4 温度控制程序 47

6.4.5 电磁阀控制 48

6.5 本章小结 49

结 论 50

参考文献 51

致 谢 53

附 录 54

第一章 概 述

1.1 选题的目的和意义

啤酒是世界上产量及消费量最大的一种酒，特别是北美地区及欧洲一些国家的总产量和人均消费量均位居世界前列，在我国，随着改革开放的现代化建设和人民生活水平的不断提高，啤酒已经成为了大众化的饮品，市场的宠儿，生产量直线上升。进入九十年代后，我国啤酒的产量逐年增加，现在已经成为仅次于美国的世界第二大啤酒产销国，令世界刮目相看。但是，在我国，啤酒的人均消费水平只有8升，仅仅相当于世界水平的1/3，差距还是很大的。近年来，虽然我国啤酒的装备配套水平有很大提高，但是与国外的主要啤酒生产厂家相比大部分企业技术还相对落后，国内的啤酒行业迫切需要进行技术性的改造，提高生产效率，保证产品质量，以确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。由于啤酒生产工艺的复杂性，目前我国大多数的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^[19]。

啤酒发酵是啤酒生产过程中非常重要的环节，是决定啤酒质量最关键的一步，特别是对发酵过程中温度、压力的控制尤为重要，控制指标的好坏将直接影响到啤酒的质量。早期，由于人们对发酵原理认识不深，再加上采用控制器的限制，对发酵采取自动控制未能成功。随着人们对发酵原理的逐步认识和可靠性高、能经受恶劣环境的器件的引用，对发酵过程采用自动控制逐渐取得成功。

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