啤酒发酵自动控制系统的设计毕业论文设计.doc

啤酒发酵自动控制系统的设计_毕业论文设计 摘要 啤酒工业是我国食品工业中一个重要的产业部门,随着国民经济的发展和人民生活的改善,我国啤酒工业也得到了空前发展。尽管如此,我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。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。发酵过程是啤酒生产过程中的重要环节之一,本文针对实验室啤酒发酵装置技术装备落后、自动化程度低、产品质量不稳定以及啤酒发酵罐温度所具有的大时滞、强关联、时变、大时间常数和变量的特点,提出了AT89S52单片机为核心的数字化温度控制系统方案。在发酵罐中设置上、中和下三个测温点,控制系统对这三个测温点进行循环检测,然后检测到的温度信号送到单片机,由单片机通过具体程序对以上三个信号进行处理,通过本文设定的特殊控制算法决定每层控制阀的开度,从而实现了啤酒发酵罐内部麦汁三层温度的精确控制,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 本设计是利用毕业设计时间所学习的西门子PLC(S7-200)设计的啤酒发酵自动控制系统。本文针对啤酒发酵过程控制及其管理自动化的要求,提供了一整套的啤酒发酵过程集散控制系统的方案。文中介绍了系统的工艺流程、软件设计、PID回路设计。软件设计包括系统控制的梯形图、实现代码(指令表)及程序说明以及温度设定值的计算和PID回路计算。该设计编程容易,容易掌握。 关键词PLCPID啤酒发酵 自动控制 目录 摘要 I 第1章 啤酒发酵自控系统总体设计 2 1.1功能分析 2 1.2控制原理分析 2 第2章 啤酒发酵自控系统工艺流程 3 第3章 啤酒发酵自控系统PLC选型和资源配置 4 3.1 PLC选型 4 3.2 S7-200主要功能及特点 4 3.3文本显示器TD200 5 3.4 TD200具有以下用途 5 3.5 PLC的I/O资源配置 6 3.6 PLC其他资源配置 7 第4章 自控系统PLC程序设计 8 4.1 程序流程图设计 8 4.2 PLC功能模块程序设计 9 第5章 啤酒发酵自控系统PLC程序说明 11 5.1 模拟量信号采集处理 11 5.2 发酵状态处理 15 5.3 温度设定值的计算 20 5.4 PID回路计算 23 5.5 电磁阀控制 26 第6章 设计小结 29 致谢 30 参考文献 31 第1章 啤酒发酵自控系统总体设计 1.1功能分析 目前,啤酒发酵通常采用锥形大罐“一罐法”进行发酵,即前酵,后酵以及储酒等阶段均在同一大罐中进行。前酵过程中,酵母通过有氧呼吸大量繁殖,大部分发酵糖类分解。在这一过程初期,反应放出的热量会使温度自然上升,随着反应的进行,酵母的活性变大,反应放热继续增加,双乙酵含量逐渐减少,而芳香酵含量增多。后酵是前酵的延续。进一步使残留的糖分分解成二氧化碳溶于酒内达到饱和;再降温到-1~0℃,使其低温陈酿促进酒的成熟和澄清。 啤酒发酵过程中,其对象特性是时变的,并且存在很大的滞后。正是这种时变性和大的时滞性造成了温度控制的难点,而发酵温度直接影响着啤酒的风味,品质和产量,因而控制精度要求较高。 温度,浓度和时间是发酵过程最主要的参数,三者之间相互制约,又相辅相成。发酵温度低,浓度下降慢,发酵副产物少,发酵周期长。因而必须根据产品的种类,酵母菌种,麦汁成分,控制在最短时间内达到发酵度和代谢产物的要求。 1.2控制原理分析 啤酒发酵对象的时变性,决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法。由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字模型进行模拟和预测控制。 为节省能源,降低生产成本,并且能足够控制的要求,发酵罐的温度控制选择了检测发酵罐的上,中,下段3段的温度,通过上,中,下3段液氧进口的两位式电磁阀来实现发酵罐温度控制的方法。 对于采用外部冷媒间接换热方式来控制体积大,惯性大的发酵温度的情况,采用普通的控制方案极易引起大的起调和持续的震荡,很难取得预期的控制效果。在不同的季节,甚至在不同一季节的不同发酵罐,要求生产不同品种的啤酒,这样就要求每个罐具有各自独立的工艺控制曲线,这不仅要求高精度,高稳定性的控制,还需要控制系统有极大的灵活性。 第2章啤酒发酵自控系统工艺流程 根据锥形发酵大罐的特性将发酵的全过程分成多个阶段:麦汁进罐,自然升温,还原双乙酰,一次降温,停留观察,二次降温,低温储酒,各阶段温度的曲线图如图2-1所示。 图2-1 温度的曲线图