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啤酒发酵过程中的PLC应用--毕业设计论文.doc

啤酒发酵过程中的PLC应用--毕业设计论文

思夕1893478681
2012-06-19 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《啤酒发酵过程中的PLC应用--毕业设计论文doc》,可适用于农林牧渔领域

杭州电子工业学院毕业设计(论文)  题目啤酒发酵过程中的PLC应用分院自动化学院专业自动化班级姓名指导教师柴利吕永杰俞文光 年月日啤酒发酵过程中的PLC应用摘要发酵技术是世界上最先进的农艺生物工程学技术。在啤酒酿造过程中有三种主要的成分:水谷物和HOPS(啤酒花)。尽管酵母被认为是发酵过程的催化剂而不仅仅它自身只是作为一种成分但它仍然是酿造过程中一个很基本的因素。作为一门学问或者说是一门艺术也好酿造也是很基本的。而不仅仅是将水和谷物转化成啤酒的一个简单过程。最基础的就是它是由下列过程组成的:谷物(主要是麦汁)和水的混合物酵母是用来促进发酵的啤酒花则是用来增加芳香和气味的。发酵控制系统的任务就是将发酵酒液的实际温度控制在和标准发酵曲线相差有限的误差范围内。啤酒生产过程分为麦芽制造、麦芽汁制造、前发酵、后发酵、过滤灭菌、包装等几道工。其中前发酵是啤酒发酵的主要过程在这个过程中酵母完成了增殖厌氧发酵及其沉淀回收等。这个过程消耗了大部分可发酵性糖和可同化性氮等麦汁成分排出的发酵代谢产物即啤酒的主要组成。而后发酵就是对主发酵的残糖继续发酵达到要求的发酵度排除氧气增加酒精中的CO的溶解量。促进发酵液成熟改善口味促进啤酒自然澄清使其具有良好的稳定性。我们是用SIMATICS来控制啤酒发酵的这个过程编写程序主要控制温度、CIP、麦汁进罐等。选择硬件并实现它们之间的联系编写OB,FB,FC等并通过在OB中调用FB,FC等来实现程序。并到现场进行调试。当以STEP编程时不要求特别的顺序但是在大多数项目中必须满足某些基本的任务。编程的内容主要包括梯形图和语句表在我编写的程序中主要是语句表在语句表中递增地检查语法如果你使用语句表指令编写程序则STEP在你输入每一指令之后检查语法。关键词啤酒发酵PLC(SIMATICS)温度控制CIP。TheApplyofPLCintheProcessofBeerFermentAbstractsFermenttechnologyisamostadvancedagriculturebioengineeringtechnologyintheworldtherearethreemainingredientsinbeer–watergrainandhopsYeastisalsoabasicpartofthebrewingprocess,althoughitisconsideredacatalystforfermentationratherthananingredientinandofitself。Asmuchanartasascience,brewingisthefundamental,yetnotsosimplepracticeofchangingwaterandgrainintobeerAtitsmostbasic,theprocessconsistsofthemixtureofgrain(primarilymaltedbarley)andwateryeastisintroducedtoinitiatefermentationandhopsareaddedforflavorandaromaThetaskoffermentcontrolsystemistomaketherealtemperatureoffermentliquidaslargeasthestandardfermentcurve,theprogressofbeerproductionconsistsofmaltproduction,wortproduction,formerferment、latterferment、filtration、casingandsoonFormerfermentisthemainfermentprocessofthese,inthiscourse,yeastachievesproliferate,oxygendetestedfermentanddepositionreclaimetcThisprocessconsumesmostwheatliquorcomponentandthefermentmetabolizeoutcomesarethemainconstituteofbeerLatterfermentisthegoonoftheformerferment,itaimsathigherdegreeofferment,getridofO,andincreasethemeltquantityofCOinthealcoholpromotetheliquidoffermenttomaturate,improvetasteandmakethebeerclearnaturallyAfterwordsitcanbedeliveredtofiltrate。WeuseSIMATICSTEPtocontroltheprocessofbeerferment,compileprogramprimarilytocontroltemperature、CIPandsoonwechoosehardwareandcarryoutthecontactbetweenthem,compileOB、FB、FCandsoon,andviatransferringFB,FCinOBtocometruetheprogramItdoesn’tneedspecialorderwhenprogrammingwithSTEPbutitmustmeetsomebasictaskinthemostitems。Thecontentsofprogrammingprimarilycontainechelonplotandsentencelist,ItmajoredinsentencelistintheprogramIcompileandinit,STEPwillchecktheparlanceafteryouinputaninstructionifyoucompileaprogramwithasentencelistKeyWordsBeerfermentPLC(SIMATICSTEP)temperaturecontrollingCIP目录第一章引言第二章PLC概述由来和发展工作原理构成特点优势SIMATICS介绍第三章啤酒的概述啤酒的生理作用世界啤酒的历史我国的啤酒历史:啤酒的生产工艺流程图:研究啤酒的意义啤酒发展的前景第四章控制初步设计前言主要流程的控制第五章详细控制方案总述:硬件部分:软件部分:控制手段:存在的问题和需改进的地方第六章结论第七章致谢参考文献附录发酵罐温度控制程序第一章引言本论文以SIMATICSTEP为介绍背景以西湖啤酒项目为例系统地分析啤酒发酵过程中的的PLC应用所用到的PLC是模块化的中小型系统也就是S。它有很多的特点:模块化无排风扇结构易于实现分布易于用户掌握等并且在执行从小规模到中等性能要求控制任务时可以做到即方便又经济。啤酒酿造过程是这样的:糖化麦汁充氧添加酵母发酵降温倒罐贮酒。而我要做的就是其中发酵的一部分啤酒发酵也是一个复杂的过程具体的流程是这样的:发酵作用是在啤酒酵母的参与下对麦芽汁发酵的过程也可使麦汁中的可发酵糖和氨基酸等营养物质被酵母细胞的酶分解成酒精和二氧化碳另外还有一系列的发酵副产品如双乙酰醛酸和硫化物等活性物质。以及通过酵母还原双乙酰改良已有的化合物将麦汁的口味变成啤酒口味。西湖啤酒这个项目的学习和研究尤其是专业理论和实际工作的结合不仅使我对整个的工艺有了一定的了解而且在实际的现场工作中我对现场仪表也有了比较深刻的了解同时我也认识到我应该和必须掌握什么以及怎样去掌握。比方说:一开始我只是拿了一本STEP的书在看却不知道它有什么应用以及怎么样的去应用。在电脑上装了这个软件以及画了几幅流程图之后我才有了一个模糊的概念在和老师在现场查看以及在老师的指导下对程序进行修改才建立了一个比较清晰的印象。我相信毕业设计的过程能为我以后在中控公司从事的工作奠定良好的基础。同时也向在我的毕业设计工作中提供帮助的老师同学以及公司的同事们表示感谢。张磊第二章PLC概述由来和发展微机技术已经并继续在改变世界以微机技术为基础的可编程控制器也正在改变着工厂自动控制的面貌。近年来随着科学技术的迅猛发展可编程控制器以其可靠性高。能经受恶劣环境的考验使用极方便的巨大优越性迅速占领工业自控领域成为工业自动控制的首选产品与机器人CADCAM并称为工业生产自动化的三大支柱。当前在我国广大工矿企业中与技术改造相配合正在兴起广泛应用可编程控制器的热潮。其发展之势就像数年前个人计算机在我国迅速推广一样方兴未艾如火如荼。广大工程技术人员已经认识到可编程控制器的巨大优势性许多人通过对进口设备生产线的分析解剖认识可编程控制器还有许多人自己设计可编程控制器控制系统取得良好成果后更引发深入了解可编程控制器的兴趣。年美国地DEC公司制成了第一台可编程控制器投入通用汽车公司地生产线控制中取得了极其满意的效果从此开创了可编程控制器的新纪元。年日本开始生产可编程控制器年欧洲开始生产可编程控制器年我国也开始研制可编程控制器。随着微电子技术、计算机技术、通讯技术、数字控制技术的飞速发展可编程控制器的数量、型号、品种以异乎寻常的速度发展这点尤其在可编程控制器发展前期更为明显据国外《控制工程》杂志的不完全统计全世界年有家厂家生产种型号的可编程控制器而年就有了家厂家生产种型号的产品。从产品的销售势头也可以说明这一点。工作原理作为一种工业控制计算机其核心就是一台计算机。但是由于有接口器件及监控软件的包围因此其外形不像计算机操作使用方法编程语言甚至工作原理都与计算机有所不同。另一方面作为继电控制盘的替代物由于其核心为计算机芯片因此与继电器控制逻辑的工作原理也有很大的区别。它的工作过程是:输入处理程序处理输出处理构成它的核心是一台单板机在单板机外围配置了相应的接口电路(硬件)在单板机种配置了监控程序(软件)。硬件部分单板机:可编程控制器中的单板机即为CPU板。它包括一台基本计算机必需的部件(中央处理器CPU存储器RAM和ROM并行接口串行接口时钟CTC)。它的作用是对整个可编程控制器的工作进行控制。它的工作分两部分:一部分是对系统进行管理如自诊断查错信息传送时钟计数刷新等另一部分就是根据用户程序执行输入输出操作程序解释执行操作等。输入接口电路:通常输入有两种形式一种是直流输入其输入器件可以是无源触点或传感器的集电极开路晶体管另一种是交流输入这实际上是将交流信号经整流限流后再通过光耦传入CPU。输出接口电路。电源:在小型可编程控制器内部都包括一个稳压电源它用于对CPU板、IO板等内部器件供电。扩展接口:用于扩展IO单元的它使可编程控制器的点数规模配置更为灵活。这种扩展接口实际上为总线形式。编程器接口:接各种型式的编程装置还可以利用接口做一些监控的工作。存储器接口:根据使用的需要扩展存储器其内部也是可以接到总线上的。编程器:一个独立的部件。软件部分系统监控程序:它是每一个可编程控制器成品必须包括的部分是由可编程控制器的制造者编制的用于控制可编程控制器本身的运行。用户程序:它是由可编程控制器的使用者编制的用于控制被控装置的运行。它是用梯形图或某种可编程控制器指令的助记符编制而成的可以是梯形图指令表高级语言汇编语言等。特点高可靠性针对各种的故障原因可以从软件及硬件两方面来解决可靠性问题。在硬件方面首先是选用优质器件再就是设计合理的系统结构加固简化安装使其易于抗冲击对印制电路板的设计加工及焊接工艺都做到严格要求。在软件方面设置了警戒时钟WDT,可编程控制器运行时对WDT定时刷新如果程序出现了死循环就能立即跳出重新启动并报警随时对CPU等内部电路进行检测一旦出错立即报警。程序中还设置了对用户程序电路查错报错的程序错误的程序和参数是不能运行的。编程方便易于使用可编程控制器采用与实际电路接线图非常接近的梯形图这种图形编程方式易懂易编。为了进一步简化编程当今的可编程控制器还针对具体问题设计了诸如步进顺控指令流程图指令等指令系统这点对于加快系统开发速度非常重要。环境要求低可编程控制器可适用于恶劣的工业环境。与其他装置配置连接方便可编程控制器的接口原则是使外部接线、电平转换尽量少。对于开关量输入可以是无源触点开关或集电极开路晶体管输出输出有继电器、可控硅、晶体管等各种不同的形式可直接接各种不同类型的接触器、电磁阀等。对于模拟量只要模拟信号电平在一定的范围内就可以按要求只设置转换特性而不需另加电平转换。另外还有运用热电偶直接输入的AD转换器等此时就连放大器冷断补偿也是多余的。对于各种显示音响输出更是以最快的形式提供接口大量的问题都在可编程控制器的内部解决了。对于数据通讯只须同轴电缆和普通RS和RS接口即可不必由用户来考虑波特率及通讯规程等具体的设置问题。摘自《可编程控制器原理及应用》优势可编程控制器作为继电控制盘的替代物它的好处是很显然的。首先可编程控制器除了外部接点外内部提供了无穷多的各类触点辅助继电器其功能大大的扩展了。由于是计算机产品其程序的易修改性可靠性通用性易扩展性易维护性都大大提高加上其体积小巧安装调试方便使设计加工周期大大缩短。从我国国情来看进行技术改造的一次性投资虽大一些但是使用可编程控制器后控制盘自身的耗电仅为原来的几十分之一一年所节省的电费就可以将投资收回。由于开发调试周期大大缩短因此很容易作到高产量短交货期对加快资金周转大有帮助又由于是采用标准件对于售后服务和日常维护备品备件也大为方便并且可编程控制器可重复利用。对于系统设计采用可编程控制器后只要初步确定IO总数即可定下机型及模块。这就使制定采购计划大为方便。至于最终细节的设计由软件即可完成。由于当今可编程控制器具有大量模拟量控制模块、位置量控制模块和数据读写模块这些模块与IO模块配合很容易就能构成一个综合控制系统。SIMATICS介绍总述在STEP中可以用标准语言梯形逻辑(LAD)语句表(STL)或功能块图(FBD)生成S程序。在实际中我们必须先决定用那种语言。在STEP中CPU循环处理OB。一行一行地读入并执行程序命令。当CPU返回到第一条程序时它已完成了一个循环所需要的时间就是所说的扫描循环时间。功能块(FB)在程序地分级结构中位于组织块之下。它包含程序的一部分这部分程序可以在OB中被多次调用。功能块地所有形参和静态数据都存储在一个单独地、被制定给该功能块地数据块(DB)中STEP可以有各种不同的应用():STEP程序编辑器:允许使用语句表指令或梯形图逻辑指令编写CPU程序允许配置PLC间的数据交换。():通信组态:允许配置PLC间的数据交换。():SS交换器:允许将STEP程序或块变换为等效的STEP程序或块。():STEP建立:允许改变在建立过程中选取的语言或硬件选项。STEP中的编程任务当以STEP编程时不要求特别的顺序但是在大多数项目中必须满足某些基本的任务。():生成项目和CPU程序:在STEP中你将程序数据储存在下列目录中:项目:项目包括在一个网络中若干个CPU进行全局数据通信需要的信息。CPU程序:CPU程序包括用于程序的块和块需要的信息如符号表。():生成用于程序的块:当你生成新块时就开始生成新程序你选择块型:OB,FB,FCDB,VD你能够输入或编辑程序或者你能够说明用于块的局部数据。():选择输入数据的方法:在STEP中你能够以下列方法中的一种输入数据:在梯形图中递增地检查语法如果你使用梯形图指令编写程序则STEP在你输入每一指令之后检查语法。在语句表中递增地检查语法如果你使用语句表指令编写程序则STEP在你输入每一指令之后检查语法。如同文本文件(仅在STL中)。你象文本文件一样生成你的程序但你必须遵守输入语句表指令地准则当你编译文本温江时STEP检查所有指令地语法。通讯这是一个经济而有效的解决方案方便用户的STEP的用户界面提供了通讯组态功能这使得组态非常容易、简单。SIMATICS具有多种不同的通讯接口:多种通讯处理器用来连接ASI接口和工业以太网总线系统串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统多点接口(MPl)集成在CPU中用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICSM/C等自动化控制系统。CPU支持下列通讯类型:过程通讯:通过总线(ASI或Pronbus)对I/O模块周期寻址(过程映象交换)。数据通讯:在自动控制系统之间、人机界面(HMl)和几个自动化功能块间相互调用。S指令系统SIMATICS-远非一般的特性反映在它的特殊功能度上。有多条指令包括熟知的、功能强大的STEP指令和SIMATICTISOFT指令。其中增加了不少新指令从二进制处理到位浮点运算使你节省可观的时间(以及用户存储器)。乘除三角函数、对数函数和平方根函数也都集成在内。为简化起见将边界求值用的整个指令序列组合在一条指令内。甚至找到一个直接编址的非常简单的解决方案:实际上你可间接的对任何指令进行编址然后将它以简洁形式(例如AI(DBD)集成到程序内。如系统功能调用等的新的程序早已集成在操作系统内从而显著的减少所需要的用户存储器容量你可将它们用于中断处理以及出错或复制数据处理或是(例如)可以利用时钟功能。极大的拓宽了运算指令的范围。S-小型PLC不仅能处理加、减而且能在指令级完成乘和除运算。准确度为和位。可处理定点和浮点数。由于在简单和复杂的应用中操作员控制和监视显得日益重要我们已将HMI(人-机接口)服务集成到操作系统本身内可经过SIMATICHMI系统的操作员面板或操作站传送循环小数数据不必对CPU进行编程对存储器的要求非常小。摘自《SIEMENS可编程控制器SIAMTICSTEP》第三章啤酒的概述啤酒的生理作用啤酒是一种低浓度的饮料每g中仅有酒精g一般不超过g。它有特殊的酒精花清香味和适口的苦味并有较高的营养成分即有较高的发热量。人体所吸收的酒精均匀迅速渗透到人体各内脏组织中适当饮酒可引起兴奋使皮肤血管扩张有温暖感能放出jg的能量还能增加胃液胃酸的分泌增加胃的消化吸收。啤酒中的酒精含量少因此对人体的危害比葡萄酒要小的多。酒花苦味物有利尿健胃和杀菌的作用啤酒中CO轻度刺激胃液分泌有利于消化。啤酒中溶解的磷酸盐和无机盐类可维持人体的盐类平衡的渗透压。《啤酒生产问答》世界啤酒的历史啤酒最早出现于公元前年左右于古埃及和美索不达米亚(今伊拉克)地区。这一历史事实可以在王墓的墓壁上得以证实。史料记载当时啤酒的制作只是将发芽的大麦制成面包在将面包磨碎置于敞口的缸中让空气中的酵母菌进入缸中进行发酵制成原始啤酒。由于谷物的残渣及杂菌污染酒的味道可想而知。公元世纪啤酒的制作方法由埃及经北非、伊比利亚半岛、法国传入德国。那时啤酒的制作主要在教堂、修道院中进行。为了保证啤酒质量防止由乳酸菌引起的酸味修道院要求酿造啤酒的器具必须保持清洁。公元世纪啤酒花由斯拉夫人用于啤酒。年以德国南部为中心发展出了下面发酵法啤酒质量有了大幅提高啤酒制造业空前发展。年时期随着蒸汽机的发明啤酒生产中大部分实现了机械化生产量得到了提高质量比较稳定价格较便宜。年左右德国的啤酒技术人员分布到了欧洲各地将啤酒工艺传播到全世界我国的啤酒历史:我国古代的原始啤酒可能也有至年的历史,但是市场消费的啤酒是到十九世纪末随帝国主义洋枪洋炮一起进来的。在中国建立最早的啤酒厂是俄国人在哈尔滨八王子建立的乌卢布列夫斯基啤酒厂,此后五年时间里,俄国、德国、捷克分别在哈尔滨建立另外三家啤酒厂。年英国和德国商人在青岛开办英德酿酒有限公司,生产能力吨,这就是现在青岛啤酒厂的前身。年在哈尔滨出现了中国人自己开办的啤酒厂东北三省啤酒厂年哈尔滨又建起了五洲啤酒汽水厂同年北京建立了双合盛啤酒厂年广州出现了五羊啤酒厂(广州啤酒厂的前身)。年我国在天津、杭州、武汉、重庆、西安、兰州、昆明等大城市投资新建了一批规模在吨左右的啤酒厂,成为我国啤酒业发展的一批骨干企业。到年,全国啤酒厂总数达到多家,啤酒产量达万吨,比建国前增长了多倍。然而,我们啤酒业大力发展真正发生在年后十年,我国的啤酒工业每年以以上的高速度持续增长。年代,我国的啤酒厂如雨后春笋般不断涌现,遍及神州大地。到年我国大陆啤酒厂家发展到个,总产量达万吨,仅次于美国、德国,名列第三,(到年跃居第二)短短十年,我国啤酒厂家增长倍,产量增长倍,从而我国成了名符其实的啤酒大国。啤酒的生产工艺流程图:图啤酒的生产工艺流程图酿造工艺流程(文字注释):麦芽由大麦制成麦芽在进入酿造车间之前先被送到粉碎塔在这里麦芽经过轻压后粉碎制成酿造用麦芽。粉碎的麦芽与水在糊化锅中混合麦芽和水经加热后沸腾这是天然酸将难溶性的淀粉和蛋白质转变成为可溶性的麦芽提取物称作“麦芽汁”。然后麦芽汁被送到称作分离塔的过滤容器。过滤之后进入煮沸锅。混合物被煮沸以吸取酒花的味道并起色和消毒(其中糖是一种很重要的添加物它可以使啤酒的颜色更淡杂质更少口味更加爽快)。在煮沸以后加入酒花的麦芽汁被泵入回旋沉淀槽以去掉不需要的酒花剩余物和不溶性的蛋白质。从回旋沉淀槽中泵出的是洁净的麦芽汁被送入热交换器冷却随后麦芽汁中被加入酵母开始进入发酵的程序。在发酵的过程中人工培养的酵母将麦芽汁可发酵的糖份转化为酒精和二氧化碳生产出啤酒。发酵在八个小时内发生并以加快的速度进行积聚一种被称作“皱沫”的高密度泡沫这种泡沫在第天或第天达到它的最高阶段。从第五天开始发酵的速度有所减慢皱沫开始散布在麦芽汁表面必须将它撤掉酵母在麦芽汁中所有可供发酵的物质发酵完后就开始在容器底部形成一层稠状的沉淀物。随之温度逐渐降低在到天后发酵就完全结束了。整个过程中需要对温度和压力做严格的控制。当然啤酒的不同生产工艺的不同导致发酵的时间也会不同。发酵结束以后绝大部分酵母沉淀到罐底。酿酒师们将这部分酵母回收起来以供下一罐使用。除去酵母后生成物“嫩啤酒”被泵人后发酵罐。在此剩余的酵母和不溶性蛋白质进一步沉淀下来使啤酒的风格逐渐成熟成熟的时间随啤酒品种的不同而异一般在-天。经过后发酵而成熟的啤酒在过滤机中将所有剩余的酵母和不溶性蛋白质滤去就成为待包装的清酒。然后就是包装成品啤酒的包装常有瓶装听装和桶装几种包装形式在加上瓶子形状、容量的不同标签、颈套和瓶盖的不同以及外包装的多样化从而构成了市场怀中琳琅满目的啤酒产品。研究啤酒的意义我国的啤酒工业自年代以来就有了很大的发展这不仅体现在产量上也达到了万千升以上而且在规模上装备和技术水平上以及质量上都有了很大的改观。许多工厂开始应用新技术新材料新设备改进生产工艺提高生产效率。同时在观念上也有了很大的变化。啤酒发展的前景  世界啤酒的未来充满希望据《世界啤酒和饮料论坛》分析年世界啤酒市场的潜力将达到亿吨比现在增加千万吨人均消费量也将由每年升增加至升。欧洲啤酒市场的恢复主要依靠东欧国家因为西欧国家明显出现饱和现象。美国啤酒市场的持续增长主要依靠拉丁美洲国家特别是巴西的支持。非洲市场也可能回升因为其庞大的人口数量即使人均消费量增长不多整个消费量增长也会很显著这一地区也许会逐步发展成为活跃市场。    目前亚太地区的增长比过去小但到年将显示其最高增长率。虽然目前中国啤酒的增长势头有所缓和但除中国外亚洲还有其它许多有希望的发展中市场。具有亿人口的中国将来仍是一个庞大的市场年至年间其年增长率为年至年增长率约为中国人均升的消费量到年也将上升到升。    因此可以说虽然各地区的情况有所不同增长幅度不同但总的看来世界啤酒市场的前景是充满希望的、令人振奋的这对我这样的做过以啤酒发酵为设计内容的工程人员来说也是一种鼓励。也可以看出啤酒的前景是非常光明的。《啤酒工程应用技术》第四章控制初步设计前言啤酒发酵是一个复杂的过程工艺路线长生产环节多对自动控制的要求很高。主要包括以下的几个过程:发酵温度控制麦汁进罐过程麦汁管路CIP酵母回收过程压榨酵母管路CIP(包括酵母回收管路CIP出酒管路CIP)罐CIP出酒过程等。主要流程的控制发酵温度控制第一阶段:主酵保温按主酵设定温度(一般为C)控制下温上温低于下温的差值约C(可设定)。上温超过设定值开上、中阀下温超设定值开下阀。第二阶段:主酵降温设定降温至多少摄氏度以及降温过程需多少时间。根据公式计算当前温度设定值:主酵设定温度(主酵设定温度降温温度)×当前降温时间降温总时间。按计算出的当前设定温度控制下温上温低于下温的差值约C(可设定)。上温超过设定值开上、中阀下温超设定值开下阀。第三阶段:后酵保温按后酵设定温度(一般为C)控制下温上温低于下温的差值约C(可设定)。上温超过设定值开上、中阀下温超设定值开下阀。第四阶段:后酵降温设定降温至多少摄氏度以及降温过程需多少时间。根据公式计算当前温度设定值:后酵设定温度(后酵设定温度降温温度)×当前降温时间降温总时间。温度>C时:按计算出的当前设定温度控制下温上温低于下温的差值约C(可设定)。上温超过设定值开上、中阀下温超设定值开下阀。温度<C时:按计算出的当前设定温度控制下温上温下温的差值约C(可设定)。上温超过设定值开中阀下温超设定值开下阀。第五阶段:贮酒过滤之前:按贮酒设定温度(C)控制下温上温高于下温的差值约C(可设定)。上温超过设定值开中阀下温超设定值开下阀。过滤至一半:按贮酒设定温度(C)控制下温下温超设定值开下阀。上中阀不开。过程中可以设定的参数(括号中数字为默认值)主酵设定温度值(C)、主酵上下温度差值(C)主酵降温温度设定值(C)降温过程总时间(小时)、主酵降温上下温度差值(C)后酵设定温度值(C)、后酵上下温度差值(C)后酵降温温度设定值(C)降温过程总时间、后酵降温上下温度差值(C)贮酒温度设定值(C)、贮酒上下温度差值(C)主要的操作指令有:主酵阶段控温主酵降温后酵阶段控温后酵降温过滤前贮酒控温过滤至一般控温停止控温。麦汁进罐过程:这个过程必备的启动条件就是所选的发酵罐为空罐。这一个过程主要包括:麦汁进罐前管路CIP。麦汁顶水。转进罐。水顶麦汁。洗管路。过程中需预先设定的参数有:麦汁电导率设定值麦汁继续顶水时间清水电导率设定值继续顶麦汁时间酵母添加总量酵母添加比例酵母排水累计量。操作时选择的参数主要有麦汁进发酵罐罐号充氧过程手自动酵母添加过程手自动酵母回收罐罐号。麦汁管路CIP酵母添加管路的CIP在麦汁管路CIP时进行管路进行CIP时要求开酵母添加管路中的阀及酵母添加泵排污阀在每一个过程都要打开一次(分钟后关掉)酵母添加阀在整个过程常开。包括两个过程:收到糖化麦汁管路CIP通知按麦汁管路CIP启动按钮过程启动收到糖化麦汁管路CIP结束通知按麦汁管路CIP停止按钮关泵关排污阀之外的所有阀门。酵母回收过程:和前面所提到的麦汁进罐过程一样这个过程的启动条件也是发酵罐要处于发酵状态。主要包括的过程有:过程开始排放不良酵母选择预回收酵母的发酵罐罐号选择酵母进回收罐罐号按STEP开始按钮启动酵母回收过程转进罐不良酵母排放完毕按下STEP开始按钮STEP已经结束按下STEP开始按钮结束这个过程。过程中需由上位机预先设定的参数有:酵母回收罐容量酵母回收后水顶酵母的时间。操作时要选择的参数有:预回收酵母的发酵罐罐号酵母进回收罐罐号。管路CIP(包括酵母回收管路CIP出酒管路CIP)酵母回收管路CIP酵母回收管路CIP时在CIP开始后二分钟内和结束前二分钟酵母回收管路中的酵母回收泵旁通阀要求间隔打开秒开秒关二分钟后为常开(温度和电导率满足时开始计时)所有过程均相同。出酒管路CIP(全面CIP和一般CIP两种):全面CIP(清水洗热碱洗热水洗消毒液洗)一般CIP(清水洗热碱洗热水洗)过程中需由上位机预先设定的参数有:管路CIP回收水洗设定时间清水CIP设定时间CIP回收电导率设定值碱液CIP回收电导率达到后延时时间碱液CIP设定时间消毒液CIP设定时间回收热水温度设定值热水计时温度设定值热碱计时温度设定值热碱计时电导率设定值。操作中需要选择的参数:CIP管路选择(酵母回收管路出酒管路倒罐管路)CIP类型(全面CIP一般CIP热杀菌)。罐CIP:因为CIP过程中有碱洗这一过程而CIP前发酵罐中会留有一定量的CO气体会造成碱和CO反映生成碳酸盐形成新的污垢降低碱液浓度影响清洗效果。同时会使发酵罐内形成负压容易导致发酵罐失稳变形所以CIP前一定要将CO排掉并且背压。CIP准备过程:全部手动操作。过程中需由上位机预先设定的参数:发酵罐CIP回收水洗设定时间发酵罐CIP冷水洗设定时间发酵罐CIP碱液回收电导率设定值发酵罐CIP碱液回收电导率达到后延时时间发酵罐CIP碱洗设定时间发酵罐CIP消毒液洗设定时间。操作时选择的参数:CIP发酵罐罐号CIP类型出酒过程:出酒前需先用无菌水清洗管路手动进行。手动操用出酒泵。第五章详细控制方案总述:酵母在通风后的冷却麦汁中吸收糖:CHOOADPPiHOCOATPkj(腺二磷)(高能磷酸)(腺三磷)()酵母增殖到一定程度时:CHOHOCHOADPPiCHOHCOATPkj()控制方式分成手动和自动两种方式所以总体的控制思路为:手动方式时我们要通过各个选取按钮选取相应的操作步骤或是直接操作现场的设备自动方式时程序按设定的操作进行可以进行手自动切换跳步等操作。同时应进行相关参数数据的设定。每个控制过程均可以进行人工复位当按下人工复位按钮时系统自动恢复到初始状态各个相关设备进入初始状态。下位机为西门子的SPLC系统:采用CPUDP外挂ET的方式此项目共有个远程IO。上位机采用IFIX监控软件通过西门子的CP接口卡来实现与下位机的联接CP需加与IFIX的联接通过OPC方式完成。SIMATICSTEP中的程序主要就是功能块的组合所以在我编写的这些程序中有个OB(ORGANIZATIONBLOCK)、个FB(FUNCTIONBLOCK)、个FC(FUNCTION)、还有块DB(DATABLOCK)。OB相当于主函数可以调用FC(因为每一个块都被赋予了一个SYMBOLICNAME所以在OB块中进行调用时主要就是通过对SYMBOLICNAME进行的操作)FC中也可以调用FB和DB。因为程序块之间的调用很复杂故将所有的程序块的SYMBOLICNAME和他们的功能做成一个附录。每一个程序块中的程序都非常长要想写出所有的程序是不太现实的所以就将里面的一个很重要的就是温度控制作为一个附录。硬件部分:图硬件连接正如上图所示:一个UR(UniversalRack)可以通过主站和从站之间PROFIBUSDP网络用PROFIBUS现场总线实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的数据通讯,。系统主机采用SIEMENSSDP作为控制站主机并采用PROFIBUSDP分布式IO将现场IO站与控制站连接起来于是就可将控制中心与各现场控制单元连接成一个一主多从的PROFIBUS控制网络然后与远程控制柜(IM)建立联系因此可以建立起较大型地分布式结构系统。这就使通讯的范围扩大从SIMATIC控制器到第三方提供现场装置就可通讯了。使控制更方便在现场我们就是在远程控制柜安装了一个BUSCONNECTER,就可以实现在控制室里对远程控制柜的控制了。IO模块的接线:):DO模块:ESBLAA:中间继电器的线包所需的VDC电源由模块供出但V电源需从电源接线到DO模块。每个模块需要引入四组电源。):DI模块:ESBLAA:外部接入点为干触点扫描电压由模块提供需引入二组VDC电源):AI模块:ESKFAB:点输入卡此模块可以用作~mA,~mA,~V,~V,~V等信号的接入接入不同的信号时接线方式均不同应注意接线方式。同时应注意在组态时进行信号选择在插入模块时进行拔号。模块送出的信号为INT型信号需用FC进行处理。):AO模块:ESHDAB:此模块可以作为~mA,~V信号的输出模块输出信号类型不同时接线方式不同信号类型的选择通过软件来完成。软件部分:部分程序块介绍OB块一共有块但是命名方面却比较固定OB:最高的编程层次并组织STEP程序中的其他块OB:每ms循环中断DB:循环时间故障DB无运行错误的组织块DB:重新启动DB:模块接入错误。至于FB,FC,DB块则没有这样固定的要求。比方说:FB发酵罐温度控制FB变频泵控制FB调节阀控制FB取样控制。OB块的调用下面是OB块中的一小部分程序:NETWORK:CALL"mzjgzkz"CALL"OFFDELAY"CALL"fztimer"CALL"fztimer"CALL"caiyangshuchu"CALL"SfromSinputcontrol"CALL"kgloutputcontrol"CALL"stosoutputcontrol"CALL"bpbkz"上面程序依次调用的是:FC(麦汁进罐总控制)FC(开泵关泵延时控制)FC(分钟定时器)FC(分钟定时器)FC(IO采样及输出)FC(S到S接受到信号的输入控制)FC(开关量输出控制)FC(变频泵调节控制)。常用的指令或语句:CLR:clearRLO(逻辑点)=NOT:Negate(否定)RLOSAVE:SaveRLOinBRRegisterRLO:ShowstheresultsofalogicoperationSET:SetstheRLOtosignalstate””JCN:JumpifRLO=JU:JumpunconditionalJUO:JumpifunorderedACCU:Accumulate:ABS:AbsolutevalueofaFloatingPointR:Loadstheaddressedcounterwith""ifRLO=L:LoadsthecurrentcountoftheaddressedcounterasanintegerintoACCU控制手段:发酵罐温度控制编写程序时的思路图温度控制流程图()图温度控制流程图()图温度控制流程图()图温度控制流程图()图温度控制流程图()流程说明:第一幅图是一个总程序二是end的程序三是主酵保温的流程四是主酵降温的流程五是后酵降温的部分流程。在开始之后先要判断constates的值如果是的话就继续执行否则就结束。然后再看fjstates(发酵状态)的值。如果值是就开始执行主酵保温的操作如果值是就执行主酵降温的操作如果值是就执行后酵保温的过程如果值是就执行后酵降温的操作如果值是就执行贮酒的操作如果是其他的值就结束。然后在每一个操作的过程中都有一个选择阀门的操作比方说主酵保温的过程中如果上温和设定值的差大于就开上中阀小于时就关。而下温和设定值(可以自己选择)的差大于就开下阀小于就关。后酵保温和主酵保温的过程相似所以只写了一个。主酵降温和后酵降温的过程一比较相似但是后酵降温多了一个判断的过程在图中已经写出。发酵过程温度的变化(图形说明):图发酵过程温度变化部分程序和解释:STL:解释:发酵罐温度控制:L#constates将constates的内容放在ACCU中L将放在ACCU中此时ACCU的内容已转移到ACCU中==I比较他们的大小JCNend如果RLO=就跳到endCLR将逻辑点置为零L#fjstates将fjstates的内容放在ACCU中L将放在ACCU中==I比较他们的大小JCend如果RLO=就跳到endCLR将逻辑点设置为零L#fjstates将fjstates的内容放在ACCU中L将放在ACCU中==I比较他们的大小JCaa如果RLO=就跳到aaJUEND结束以下是主发酵保温控制的程序:aa:NOP清零L#zjxwsp将zjxwsp的内容放在ACCU中L#zjsxcz将zjsxcz的内容放在ACCU中同时zjxwsp的内容放在ACCURACCU减去ACCU并将结果放在ACCU中T#zjswspACCU的结果传输到zjxwsp中CLRL#tix主发酵过程上中阀控制L#zjswspRLe将值e()放在ACCU>R上温超过设定值S#fvo将fvo置为“”S#fvo将fvo置为“”以下是主发酵降温控制的程序aa:NOP空操作L#zjjwtime将zjjwtime的内容放在ACCU中DTR从长整数转化为浮点型T#zjjwtimerACCU的结果传输到zjjwtimer中CALL"spjs"程序块中调用函数spjs(解释如下图所示)tn:=#zjjwtimetn:=eszn:=#zjxwspszn:=#hjxwsptf:=#zjjwtimerspn:=#spvalueend:R#fvo置零R#fvo置零R#fvo置零BEU图函数spjs对应的图形说明:所调用的函数是要求当前的温度值n*而整个降温的过程的时间是自己设定的于是通过总时间就可以降温曲线的斜率再根据已过时间之间的比例来确定当前的温度值。写出的公式就是n^=n(tt)(t^t)nn)上面调用的函数就是根据这个公式编写出来的。CIP控制:编写管路CIP控制程序时的思路:图酵母回收管路CIP图出酒管路CIP()图出酒管路CIP()流程注释:图是酵母回收管路CIP图是出酒管路()是主流程()是清水洗的流程。酵母回收管路CIP在CIP开始后二分钟内和结束前二分钟酵母回收管路中的酵母回收泵旁通阀要求间隔打开秒开秒关二分钟后为常开(温度和电导率满足时开始计时)。出酒管路CIP主要有两种方法:全面清洗和一般清洗他们在工序上的差别就是一般清洗少一个消毒水清洗的过程其余的一样。在进入一般清洗后先用清水洗然后热碱洗开热水阀热水洗完结束CIP过程。而全面清洗就是在热水洗完之后在进行消毒水清洗之后才结束。编写罐CIP控制时的思路:图罐CIP流程图()图罐CIP流程图()图

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