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啤酒生产线杀菌预热区温度控制系统的设计
啤酒生产线杀菌预热区温度控制系统的设计
1 概述
我国居民对物质需求的不断增长,导致了我国现代工业生产的迅速发展。而伴随着生产过程规模的不断扩大,生产过程自动化已经成为一项庞大的系统工程,生产过程控制系统的结构日益复杂。微电子技术,数据通信技术,网络技术和计算机多媒体技术在生产过程自动化中已经得到日益广泛的应用,过程控制仪表已经向电子化,微型化,数字化和智能化的方向发展;过程控制系统从传统的仪表控制系统向计算机集散控制系统和现场总线控制系统迅速发展已经成为成为不争的事实。
过程控制通常是指连续生产过程的自动控制,它是自动化技术最重要的组成部分之一,自动控制的主要任务是对生产过程的有关参数进行控制,使其保持恒定或按一定规律变化,在保持产品质量和生产安全的前提下,使连续型生产过程自动的进行下去。人们要控制一个过程,必须了解过程的特性,过程特性的数学描述就称为过程的数学模型。在控制系统的分析和设计中,过程的数学模型是极为重要的基础资料。过程的特性可从稳态和动态两方面来考察,前者指的是过程在输入和输出变量达到平稳状态下的行为,后者指的是输出变量和状态变量在输入影响下的变化过程的情况。
生产过程是由各个环节或工艺设备组成的。各个工艺设备之间必然存在着相互联系和相互影响,因此,在设计简单控制系统时必须要有正确的设计思想,要站在全局自动化的立场上,从整个生产过程过程出发来考虑问题,从而做到既保证连续生产物料供求关系的协调,又保证产品的数量和质量;既使生产过程能充分发挥设备的潜力,又保证生产过程的安全与可靠。
过程控制系统分为多种,有简单控制系统和复杂控制系统,而复杂过程控制系统又可分为:串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统和均值控制系统等几种。在本次控制系统的选择中,因为设计题目要求是:对啤酒生产线的杀菌过程中的预热区的温度控制系统进行设计,所以本着简单、实用的原则我把它设计成一个简单的单回路系统来满足题目要求。
2 啤酒杀菌过程及方法简介
过去的20年是我国啤酒产销量高速增长的时期,从2002年起我国成为第一大啤酒生产和销售国。随之而来的是消费者对啤酒口感的要求愈来愈高,啤酒的口感是啤酒质量的一个重要标志性指标,其影响因素很多,除原料、酿酒工艺、罐装工艺以及各生产环节的卫生处理状况外,杀菌工艺也是一个非常重要的因素。杀菌工艺不仅影响到啤酒的口味,同时也影响到啤酒的保质期。因此杀菌工艺是啤酒生产过程中一道非常重要的工序。目前普遍采用的是巴氏杀菌法,它是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法。巴氏消毒法是法国微生物学家巴斯德为葡萄酒消毒时发明,并以他的名字来命名的一种消毒方法。指在规定时间内以不太高的温度处理液体食品的一种加热灭菌方法。
巴氏消毒的原理是在一定温度范围内,温度越低,细菌繁殖越慢;温度越高,繁殖越快。但温度太高,细菌就会死亡。不同的细菌有不同的最适生长温度和耐热、耐冷能力。巴氏消毒其实就是利用病原体不是很耐热的特点,用适当的温度和保温时间处理,将其全部杀灭。但经巴氏消毒后,仍保存小部分无害或有益、较耐热的细菌或细菌芽孢。
根据杀菌温度,处理时间及玻璃瓶受热冲击和压力变化的能力,瓶装啤酒杀菌过程由三个温区组成:预热区,过热及保温区,冷却区。加热手段为热蒸汽。本次课程设计主要对预热区温度控制系统进行设计,以满足生产工艺要求。啤酒杀菌流工艺程图如下:
图2-1 啤酒杀菌工艺流程图
3 温度控制系统介绍
温度控制系统是以温度作为被控制量的反馈控制系统。在化工、石油、冶金等生产过程的物理过程和化学反应中,温度往往是一个很重要的参量,需要准确地加以控制。除了这些部门之外,温度控制系统还广泛应用于其他领域,例如啤酒的加工生产。它是用途很广的一类工业控制系统。温度控制系统常用来保持温度恒定或者使温度按照某种规定的程序变化。下图为啤酒预热区温度控制系统原理图:
图3-1 啤酒预热区温度控制系统原理图
图3-2 温度控制系统结构图
如上图所示,温度控制系统由被控对象、测量装置、调节器和执行机构等部分构成。被控对象是一个装置或一个过程,它的温度是被控制量。测量装置对被控温度进行测量,并将测量值与给定值比较,若存在偏差便由调节器对偏差信号进行处理,再输送给执行机构来增加或减少供给被控对象的热量,使被控温度调节到整定值。测量装置是温度控制系统的重要部件,包括温度传感器和相应的辅助部分,如放大、变换电路等。测量装置的精度直接影响温度控制系统的精度,因此在高精度温度控制系统中必须采用高精度的温度测量装置。温度控制系统的执行机构大多采用可控热交换器。根据调节器送来的校正后的偏差信号,调节流入热交换器的热载体(液体或气体)的流量,来改变供给(或吸收)被控对想的热量,以达到调节温度的目的。在一些简单的温度控制系统中,也常采用电加热
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