辽宁工业大学PLC技术及应用课程设计（论文）题目：啤酒发酵过程中温度的PLC控制院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2013.12.9-2013.12.18辽宁工业大学课程设计说明书（论文）课程设计（论文）报告的内容及其文本格式1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等）②设计(论文)任务及评语③中文摘要（黑体小二，居中，不少于200字）④目录⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）⑥参考文献2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数。

3、封面格式4、设计（论文）任务及评语格式5、目录格式①标题“目录”（小二号、黑体、居中）②章标题（四号字、黑体、居左）③节标题（小四号字、宋体）④页码（小四号字、宋体、居右）6、正文格式①页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；②字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级标题，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；③行距：20磅行距；④页码：底部居中，五号、黑体；7、参考文献格式①标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。

②示例：（五号宋体）期刊类：[序号]作者1,作者2,……作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次.图书类：[序号]作者1,作者2,……作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目基于Ethernet/IP 远程锅炉液位控制系统设计 课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能以Netlinx 网络控制平台为基础，设计锅炉液位控制系统，网络选择Ethernet/IP ，通过FlexI/O 模块，实现基于Ethernet/IP 的液位远程控制。

设计任务及要求1、确定系统设计方案，画出Ethernet/IP 远程FlexI/O 的结构图。

2、Ethernet/IP 远程FlexI/O 液位控制系统硬件设计，包括介质、模块及器件等选择。

3、Ethernet/IP 远程FlexI/O 硬件组态及软件组态（PID 程序）。

4、使用Factory talk view 软件设计显示画面。

5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。

6、按学校规定的格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。

技术参数1、Ethernet/IP 传输速率10Mbps ；2、液位高度设定值80cm ；3、控制精度5%进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（1天）2、对系统功能进行分析，构建Ethernet/IP 远程FlexI/O 网络（1天）3、系统硬件组态及模块选择（3天）4、系统软件组态及编写功能程序及调试（3天）5、撰写、打印设计说明书（1天）6、验收及答辩。

（1天） 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘要啤酒发酵是啤酒生产工艺流程中关键环节之一，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S7-200PLC核心的温度控制系统方案。

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PLC，由PLC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.文中介绍了系统的工艺流程、软件设计。

软件设计包括系统控制的梯形图、温度设定值的计算和电磁阀控制。

该设计编程容易，容易掌握。

该系统满足啤酒生产发酵工艺的技术要求，并兼顾了实用的需求且性能/价格比高、可靠、技术先进，扩展性强，移植性强，具有推广实用价值。

关键词：啤酒发酵；温度控制；可编程逻辑控制器PLC目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1 概述 (2)2.2 控制原理 (2)2.3 啤酒发酵工艺流程 (3)第3章硬件设计 (6)3.1 PLC的选型 (6)3.1.1 PLC工作原理及功能 (6)3.1.2 PLC的选型 (6)3.2 S7-200主要功能及特点 (8)3.3 控制系统的硬件配置 (8)3.4 文本显示器TD200 (9)3.5 I/O地址分配 (10)第4章软件设计 (12)4.1 控制系统组成 (12)4.2 程序流程图设计 (12)4.3 PLC功能模块程序设计 (14)4.4 主程序 (15)4.5 模拟量信号采集处理 (18)4.6 温度设定值的计算 (18)4.7 电磁阀控制 (19)第5章课程设计总结 (21)参考文献 (22)第1章绪论随着我国改革开放现代化建设，人民生活水平不断断提高，啤酒己成为人们的时尚饮品，市场的宠儿，生产直线上升，目前已成为仅次于美国的世界第二大啤酒产销国，令世界啤酒界人士刮目相看。

啤酒生产是一个利用生物加工进行生产的过程，生产周期长，过程参数分散性大，传统操作方式难以保证产品的质量。

近年来，国外的各大啤酒生产厂家纷纷进军中国市场，凭借技术优势与国内的啤酒生产厂家争夺市场份额，虽然我国的啤酒装备配套水平有很大提高，但与国外的主要啤酒生产厂家相比大部分企业技术落后，国内的啤酒行业迫切要求进行技术改造，提高生产率，保证产品质量，以确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。

啤酒的发酵过程是在啤酒酵母的参与下，对麦汁的某些组成进行一系列代谢，从而将麦汁风味转变为啤酒风味的过程。

啤酒发酵是啤酒生产工艺流程中关键环节之一，也是一个极其复杂的在发酵罐内发生并释放大量热量的生化放热反应过程。

由于这一过程中麦汁的可酵糖和氨基酸等营养物质被酵母细胞酶分解为乙醇（C2H5OH）和二氧化碳（CO2），同时还产生一系列的发酵副产物，如：双乙酰、醛、酸、酯等。

这些代谢产物的含量虽然极少，但它们对啤酒质量和口味的影响很大，而这些中间代谢产物的生成取决于发酵温度。

因此发酵过程是否正常和顺利，将直接影响到最终啤酒成品的质量。

比如，发酵过程的温度若发生剧烈变化，不仅会使酵母早期沉淀、衰老、死亡、自溶，造成发酵异常，还直接影响到酵母代谢副产物组成，从而对啤酒酒体与风味，及啤酒胶体稳定性造成危害。

啤酒发酵具有非线性、时间滞后和大惯性等特征，发酵过程的精密控制一直是自动控制领域较难解决的问题之一。

要求发酵液的温度严格按照一定的工艺曲线变化，温度控制精度在±0.5℃范围内，这样的控制精度单凭传统的热工仪表加上手工操作方式是完全不能满足要求的，随着控制领域新技术、新方法的不断涌现，这些问题也在不断地得到改进。

改进啤酒发酵生产过程控制是酿造业技术进步的有效措施，它可以在不增加原材料及动力消耗的前提下，增加产品产量、提高产品质量，同时减轻劳动强度、改善工作条件、提高发酵工艺水平及生产管理水平。

因此，优化啤酒发酵控制应用前景乐观，能产生较大的社会经济效益，具有很大的应用价值。

利用PLC实现啤酒发酵罐温度的自动控制，对提高啤酒发酵温度控制精度，优化啤酒温度控制过程，使用效果好且性能稳定可靠，编程简单，具有非常现实的意义。

第2章课程设计的方案2.1概述啤酒是采用麦芽和水为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、气泡的低酒精度饮料。

啤酒生产工艺主要由麦汁制备（俗称糖化）、啤酒发酵、啤酒罐装等工艺流程组成。

发酵过程是啤酒生产中一个非常重要的环节，啤酒发酵是一个复杂的生化过程，这个过程可以理解为把麦汁转化为啤酒的过程，整个发酵过程同样也包含若干个生产工序，如：麦汁充氧、酵母添加、发酵、过滤、修饰以及酵母扩培等等。

生产周期都在十几天以上，要求发酵液的温度严格按照一定的工艺曲线变化，温度控制精度在±0.5℃范围内如果温度控制偏低，就会使得发酵过程缓慢，影响生产进度；如果温度偏高，又会造成生化参数超出标准，影响啤酒的质量。

啤酒发酵整个过程分为：麦汁进罐，自然升温，还原双乙酰，降温过程等。

麦汁进料阶段的温度为5~100C, 自然升温阶段的温度为20~350C，开始进行主发酵，发酵液直接由糖化车间经管道灌入，初始的温度大约为8摄氏度左右，糖度为10度左右，温度控制开始实施，以保证满罐后发酵液的温度在规定范围内。

发酵液满罐后工人开始测量发酵液的满罐糖度，主发酵阶段结束，发酵进入还原双乙酰阶段，这一阶段要求温度控制在15~200C 。

当双乙酰浓度下降到合格标准时，发酵就可以进入降温阶段，分两个阶段按不同的速率降温，此时把所有冷媒阀打开，使发酵液全速降温，降温阶段的温度为-1 ~120C。

当温度到达1摄氏度以下时发酵进入低温储酒阶段，在低温储酒阶段温度控制在0.5~10摄氏度。

这一阶段主要是让酵母和一些固态物进行充分沉淀并进行回收。

2.2控制原理啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，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学模型来进行模拟和预测控制。

为节省能源，降低生产成本，并且能够满足控制的要求，发酵罐的温度控制选择了检测发酵罐的上、中、下3段的温度，通过上、中、下3段冷媒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。

利用PLC实现发酵罐温度的控制，PLC实现啤酒发酵温度控制的主要任务是接受由发酵罐传来的温度模拟量输入信号，然后与工艺曲线设定温度值进行比较，计算出温度偏差值，再使用简单的PID控制回路计算出电磁阀的开度，对阀门进行控制调节，从而实现对发酵罐温度的控制。

在发酵的过程中，温度在不断的升高，当达到上限温度时，要打开制冷设备，通过酒精在冷却管内循环使罐内的温度降下来。

当发酵温度低于工艺要求的温度时，关闭冷媒，则啤酒按工艺要求继续发酵，发酵罐工艺示意图如图2.1所示：图2.1 啤酒发酵罐工艺示意图2.3啤酒发酵工艺流程根据锥形发酵大罐的特性将发酵的全过程分为多个阶段：麦汁进罐，自然升温，还原双乙酰，一次降温，低温储酒等，各个阶段温度的曲线图如图2.2所示。