plc的啤酒发酵系统设计【字数：10003】
摘 要随着人民生活水平的不断提高，啤酒作为一种酒精度低的饮料，在生活中已经占据了重要的地位。如何快速提高我国国内的啤酒生产的水平，增强我国国内啤酒产业综合实力的问题迫在眉睫。本课题的设计是基于PLC的啤酒发酵控制系统设计，啤酒发酵是一个放热的过程，在一个发酵罐内的温度逐步升高再冷却。啤酒发酵中最重要的就是对温度的控制，必须使用特定的控制方法来实现对啤酒发酵温度的控制，使其的温度能够趋于稳定，从而解决过程中温度对啤酒发酵的影响，以提高啤酒生产的自动化水平。本次系统使用西门子PLC-300作为设计基础，使用WINCC进行模拟仿真，用PID来对啤酒发酵温度进行控制调节。啤酒发酵控制系统的硬件设计包括了PLC的选型、液位传感器、压力传感器、温度传感器等部分；软件设计包括了流程图、温度梯形图、温度的PID参数等部分。上位机监控设计使用组态王创建控制系统操作界面来完成实时监控、记录、数据归档等功能，且人机界面具有操作简单、画面直观、远程控制等优点。
目 录
1.绪论 1
1.1设计研究背景及意义 1
1.2 啤酒控制系统的国内外研究现状 1
1.2.1国内的研究现状 1
1.2.2国外的研究现状 2
1.3设计主要的内容及章节的安排 2
2.基于PLC的啤酒发酵控制系统的硬件设计 4
2.1啤酒发酵工作的原理 4
2.2整体方案设计 5
2.3 PLC的选型 6
2.4电磁阀的选型 7
2.5液位传感器的选型 7
2.6温度传感器的选型 8
2.7外部接线图 9
2.8本章小结 11
3.基于PLC的啤酒发酵控制系统的软件设计 12
3.1程序工作流程图 12
3.2主程序的设计 13
3.4 PLC中的PID控制 19
3.5温度PID程序设计 20
3.6本章总结 21
4.控制系统的实现 22
4.1 构建WINCC 22
4.1.1 网络通讯协议 22
4.1.2画面组态 22
4.2 WINCC *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
模拟 23
4.3设计的调试 24
4.4本章小结 25
5.总结与展望 26
参考文献 27
附录 29
致谢 42
1.绪论
1.1设计研究背景及意义
随着时代的发展，人民的生活质量和消费水平逐步提高，国内从传统的白酒，逐渐开始接受新新的啤酒。随着啤酒市场的进一步发展，人们对啤酒的需要量越来越大，我国已经逐步成为了世界第二大啤酒消费国家。
目前在我国有众多的啤酒生产厂家，啤酒种类也逐渐增多，但国内的厂商在生产技术方面远远落后于国外的啤酒厂商。所以加强国内的生产技术就能增强国内厂商的竞争力。对国内的厂商生产技术进行革新，是目前的首要问题。但是由于啤酒的生产过程较为复杂，进行技术革新并不容易，其对软件设计要求高，对硬件的精度也有很高的要求，对整个发酵过程极其精密的控制，是我国目前自动化啤酒生产的一个瓶颈。如果攻克这个问题，国内的生产水平将会大大提升。
整个啤酒发酵的过程中，包括了糊化过程，麦汁的处理过滤过程，滤后麦汁的煮沸及沉淀过程，冷却发酵过程，再次过滤贮存过程。其中麦汁处理和发酵是最重要的环节，其直接影响了啤酒产出后的质量好坏，其中最重要的就是对温度的掌控，它的精度要求非常高，不能有过大的误差，所以需要在温度控制方面进行高精控制。所以考虑采用PID进行温度的控制，以提高控制精度。进而解决对啤酒发酵罐的温度控制问题，使得啤酒生产趋于自动化，从而提高生产水平，适应当前的市场消费水平。
1.2 啤酒控制系统的国内外研究现状
1.2.1国内的研究现状
国内啤酒发酵的自动化程度还远远不够，其主要是在温度的控制方面，国内的发展远远不够，相对于国外差距巨大，国内的啤酒厂商在啤酒生产中只能对温度进行简单的控制，其精度很低，所以产出的啤酒往往不尽人意，所以在此方面还有待改善提高；反观国外，因为自动化发展较早，其体系较为完整，且很早的就将自动化控制运用于啤酒的发酵生产，他们能够很好的进行参数整定，由于市场的竞争，国外的技术不可能轻易流出，所以国内进行自己的技术革新是当务之急。在啤酒发酵的过程中，对温度、时间和压力的控制要求非常高，尤其是时间和温度的控制要求。因为可以通过温度的调节来实现对发酵阶段转换的控制，从而满足整个啤酒发酵的控制参数要求，其加热和冷却时间还有压力也会影响啤酒发酵的温度。根据温度等方面的控制要求，目前更新国内啤酒发酵控制系统技术的方法如下。
（1）从国外学习并引进技术：国外的技术相对国内要成熟许多，主要就在于发酵罐内的温度控制，其精度是非常高的，能够很好的分出啤酒发酵的三个阶段，进行控制。
（2）依据国内技术自行研发：因为从国外引进成本很高，所以国内自行研发能够很大的节约成本，如若成功也能满足基本的自动化生产需要。
综合上述两种方法，我国的自动化啤酒生产提升空间巨大，所以自行研发技术能相对节约成本，也是改良技术最好的方法。
1.2.2国外的研究现状
在国外，丹麦及德国的啤酒发酵生产控制技术较为先进。采用自动化生产首先能够节约较大的人工成本，其次它的生产周期很短，在特定时间内产生的经济效益相对高很多。能够很好的帮助厂商在短时间内迅速占领市场，提高市场占有率。增强产品在整个市场的竞争力。尤其是德国，他的工业发展很早，在生产仪器及软件技术方面远远领先于其他国家，其拥有的现代化一流的啤酒发酵生产控制系统，使其在全球的啤酒市场独占鳌头。跟国内的啤酒生产厂相比还说来说优势巨大，自动化程度高，生产效率高，产品质量好。国外的高智能化、自适应性、参数整定方面的研究成果显著，并且在各个行业都有极其广泛的应用。
1.3设计主要的内容及章节的安排
设计中，运用了温度传感器和液位传感器对发酵罐的温度和液位进行感应控制，在发酵的过程中有三次温度的变化及稳定阶段，使用PLC模块来实现发酵时温度的模拟量输入和输出，通过特定公式的运算设定出预定的温度值，再与传感器的信号给出值进行比较，来实现对发酵罐内温度的控制。再设计出WINCC仿真组态网对整个过程画面进行实时监控，让整个设计更符合实际的生产需求。以下是各个章节的主要内容。
第一章：大概介绍了设计的主要背景，以及国外的啤酒自动化生产的现状，分析了国外技术的优势以及在国内发展运用自动化生产的意义。简述了设计研究的大体内容。
第二章：对整个设计方案给出思路，包括啤酒发酵的整体流程步骤以及发酵的原理，简单的对设计的控制要求做出相应的方案，以及大概的硬件选型，做出I/O地址表的大体分配和PLC的及硬件的外部接线图。
目 录
1.绪论 1
1.1设计研究背景及意义 1
1.2 啤酒控制系统的国内外研究现状 1
1.2.1国内的研究现状 1
1.2.2国外的研究现状 2
1.3设计主要的内容及章节的安排 2
2.基于PLC的啤酒发酵控制系统的硬件设计 4
2.1啤酒发酵工作的原理 4
2.2整体方案设计 5
2.3 PLC的选型 6
2.4电磁阀的选型 7
2.5液位传感器的选型 7
2.6温度传感器的选型 8
2.7外部接线图 9
2.8本章小结 11
3.基于PLC的啤酒发酵控制系统的软件设计 12
3.1程序工作流程图 12
3.2主程序的设计 13
3.4 PLC中的PID控制 19
3.5温度PID程序设计 20
3.6本章总结 21
4.控制系统的实现 22
4.1 构建WINCC 22
4.1.1 网络通讯协议 22
4.1.2画面组态 22
4.2 WINCC *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
模拟 23
4.3设计的调试 24
4.4本章小结 25
5.总结与展望 26
参考文献 27
附录 29
致谢 42
1.绪论
1.1设计研究背景及意义
随着时代的发展，人民的生活质量和消费水平逐步提高，国内从传统的白酒，逐渐开始接受新新的啤酒。随着啤酒市场的进一步发展，人们对啤酒的需要量越来越大，我国已经逐步成为了世界第二大啤酒消费国家。
目前在我国有众多的啤酒生产厂家，啤酒种类也逐渐增多，但国内的厂商在生产技术方面远远落后于国外的啤酒厂商。所以加强国内的生产技术就能增强国内厂商的竞争力。对国内的厂商生产技术进行革新，是目前的首要问题。但是由于啤酒的生产过程较为复杂，进行技术革新并不容易，其对软件设计要求高，对硬件的精度也有很高的要求，对整个发酵过程极其精密的控制，是我国目前自动化啤酒生产的一个瓶颈。如果攻克这个问题，国内的生产水平将会大大提升。
整个啤酒发酵的过程中，包括了糊化过程，麦汁的处理过滤过程，滤后麦汁的煮沸及沉淀过程，冷却发酵过程，再次过滤贮存过程。其中麦汁处理和发酵是最重要的环节，其直接影响了啤酒产出后的质量好坏，其中最重要的就是对温度的掌控，它的精度要求非常高，不能有过大的误差，所以需要在温度控制方面进行高精控制。所以考虑采用PID进行温度的控制，以提高控制精度。进而解决对啤酒发酵罐的温度控制问题，使得啤酒生产趋于自动化，从而提高生产水平，适应当前的市场消费水平。
1.2 啤酒控制系统的国内外研究现状
1.2.1国内的研究现状
国内啤酒发酵的自动化程度还远远不够，其主要是在温度的控制方面，国内的发展远远不够，相对于国外差距巨大，国内的啤酒厂商在啤酒生产中只能对温度进行简单的控制，其精度很低，所以产出的啤酒往往不尽人意，所以在此方面还有待改善提高；反观国外，因为自动化发展较早，其体系较为完整，且很早的就将自动化控制运用于啤酒的发酵生产，他们能够很好的进行参数整定，由于市场的竞争，国外的技术不可能轻易流出，所以国内进行自己的技术革新是当务之急。在啤酒发酵的过程中，对温度、时间和压力的控制要求非常高，尤其是时间和温度的控制要求。因为可以通过温度的调节来实现对发酵阶段转换的控制，从而满足整个啤酒发酵的控制参数要求，其加热和冷却时间还有压力也会影响啤酒发酵的温度。根据温度等方面的控制要求，目前更新国内啤酒发酵控制系统技术的方法如下。
（1）从国外学习并引进技术：国外的技术相对国内要成熟许多，主要就在于发酵罐内的温度控制，其精度是非常高的，能够很好的分出啤酒发酵的三个阶段，进行控制。
（2）依据国内技术自行研发：因为从国外引进成本很高，所以国内自行研发能够很大的节约成本，如若成功也能满足基本的自动化生产需要。
综合上述两种方法，我国的自动化啤酒生产提升空间巨大，所以自行研发技术能相对节约成本，也是改良技术最好的方法。
1.2.2国外的研究现状
在国外，丹麦及德国的啤酒发酵生产控制技术较为先进。采用自动化生产首先能够节约较大的人工成本，其次它的生产周期很短，在特定时间内产生的经济效益相对高很多。能够很好的帮助厂商在短时间内迅速占领市场，提高市场占有率。增强产品在整个市场的竞争力。尤其是德国，他的工业发展很早，在生产仪器及软件技术方面远远领先于其他国家，其拥有的现代化一流的啤酒发酵生产控制系统，使其在全球的啤酒市场独占鳌头。跟国内的啤酒生产厂相比还说来说优势巨大，自动化程度高，生产效率高，产品质量好。国外的高智能化、自适应性、参数整定方面的研究成果显著，并且在各个行业都有极其广泛的应用。
1.3设计主要的内容及章节的安排
设计中，运用了温度传感器和液位传感器对发酵罐的温度和液位进行感应控制，在发酵的过程中有三次温度的变化及稳定阶段，使用PLC模块来实现发酵时温度的模拟量输入和输出，通过特定公式的运算设定出预定的温度值，再与传感器的信号给出值进行比较，来实现对发酵罐内温度的控制。再设计出WINCC仿真组态网对整个过程画面进行实时监控，让整个设计更符合实际的生产需求。以下是各个章节的主要内容。
第一章：大概介绍了设计的主要背景，以及国外的啤酒自动化生产的现状，分析了国外技术的优势以及在国内发展运用自动化生产的意义。简述了设计研究的大体内容。
第二章：对整个设计方案给出思路，包括啤酒发酵的整体流程步骤以及发酵的原理，简单的对设计的控制要求做出相应的方案，以及大概的硬件选型，做出I/O地址表的大体分配和PLC的及硬件的外部接线图。
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