啤酒发酵过程计算机控制系统

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1、啤酒发酵过程计算机控制系统1.啤酒发酵工艺及控制要求麦汁发酵过程是啤酒生产的重要环节。发酵是一个复杂的生物化学反应过程，通常在锥形发酵罐中进行。人型啤酒锥形发酵罐在发酵各工艺段对温度的要求是不同的。在20多天的发酵期间，根据酵母的活动能力和生长繁殖的快慢，确定发酵给定温度曲线，如图1-1所示。罐內麦汁温度分布只要各工艺段保持在工艺给定温度的±5'C范围内就能保证啤洒的质景。发酵罐装置上、中、下三个冷却带进U调节阀。在啤洒发酵期间，当罐N温度低于给定温度吋，则要关闭冷却带的阀门，使之自然发酵升温；当罐内温度高于给定温度吋，则要求接通冷却

2、带的阀门，自动地将冷酒精打入冷却带循环使之降温。除温度控制外，还要对罐

3、Aj压力、液位等实施控制。2.系统总体方案的设计(1)发酵罐的测控点分布及管线结构罐上有5个检测点:上段温度TTa、屮段温度TTb、下段温度TTc、罐内上部气体压力PT、液位LT;3个控制点：上端冷却带调节阀TVa、中段冷却带调节阀TVb、下段冷却带调节阀TVc。检测点与控制点的分布如图2-1所示。图2-1发酵罐的测控点分布及管线图(1)检测装置和执行机构检测装置中，温度检测采用WZP-231铂热电阻(PtlOO)和RTTB-EKT温度变送器，其输入量程为-20〜

4、+50°C，输山为4〜20mA;压力检测采用CECY-150G电容式压力变送器，其输入量程(压差)为(fO.25MPa，输出为r20mA;液位检测采用CE⑶-341G电容式液位变送器，输入量程(压差)为0~0.2MPa,输出为4"20mAo执行机构采用ZDLP-6B电动调节阀，通径为DG50,流通能力为CG32,并配有操作器DFQ-2100。(2)对象特性的描述啤酒发酵过程的数学模型是随发酵深度而变的，通常人们把它归为-•类常见的工业对象模型：0(s)/Qv(s)=Ke~ts/(Ts+1)但是，实际的啤酒发酵对象应该是开环不稳定的，为

5、了简化对象模型的推导过程，可作以下假设：①忽略热交换过程中的热量损失；②不考虑罐壁、冷媒、麦汁的温度梯度。根据麦汁与罐靖、罐藥与冷媒以及总热暈守恒方程，不难推出：S(TS+1)0(S)=aOQV(S)+bOR(S)(2)式中，E(S)为发酵热。另外，发酵罐内的发酵速度K与罐内温度e具冇密切的关系，从物理意义上理解发酵速度K与发酵温度0呈单调上升的关系；同时，发酵热E与发酵速度K之间也满足单调对应关系。因此，发酵热E是随发酵温度e而呈单调上升的对应关系。不难理解，对于一个间歇生产过程，对象特性首先表现为吋间t的函数，事实上，发酵罐内主要

6、依靠对流来进行热景传递(无搅拌)，所以响应特性也表现为空间的函数。应该说啤酒发酵过程是一个典型的人时间常数环节，综合各种因素，可把对象模型简化为G1(s)=Ae-Tls/S(T1S+1)G2(s)二Be-Tls/S(T2S+1)-其控制系统结构框图如2-2所示图2-2发酵温度闭环控制系统结构框图(1)过程通道模板本系统选择的是康•拓IPC-548832路12位光电隔呙A/D板，并配有CMB5419-1B32路I/V变换板，作为系统的模拟量输入通道。另外，选择IPC-54868路12位光电隔离D/A板，作为模拟量输出通道。(2)控制系统

7、主机的选择控制主机选用工控机，并配冇A/D和D/A模板来实现过程通道中的信号变换。(3)控制系统的软件控制系统的软件主要拈采样、滤波、标度变换、控制计算、控制输出、中断、计时、打印、显示、报警、调节参数修改、温度给定曲线设定及修改、报表、图形、曲线显示等功能。1.系统硬件和软件的设计(1)系统硬件设计根据系统总体方案的设计，可以岡出挽制系统的组成框阁，如阁3-1。另外，系统还配冇直流+24V电源给变送器、操作器供电。因采用光电隔离技术，故A/D板和D/A板都采用了DC/CD电源变换模块，提供给光电隔离所需的工作电源。PCBUSIPC-

8、8500CRTDFQ-2100卜ZDLP-6BPt^TVIDFQ-2IOO)~^

9、ZDLP-6BTV832路A/D板IPC-548832路A/D板IPC-5488计算机工此控剃1)FQ-2IOO卜4ZDLP-6B8路D/A板IPC-5486DFQ-2100

10、t"4ZDLP-6B打印机DFQ-2100-7^(ZDLP-6BTV9TVI6TVI7HDFQ-21008路D/A択IPC-5486DFQ-2100DFQ2100ZDLP-6BZDLP-6BZDLP-6BV—TV24—TV25會♦TV30图3-1啤酒发酵过程计算机控制系统硬件框图(

11、2)系统软件设计1)数裾采集程序。首先将温度信号、压力信号、液位信号各采集5遍并存储，采样周期为T=2s。2)数字滤波程序。将每个信号的5个测量值排序，去掉一个最大值和一个最小值，剩余三个求平均值即为该信号的测量结果，即