1、PAGE 遼寧工業大學畢業設計（論文）開題報告 題目 基于PLC的啤酒發酵監控系統設計 電氣學 院（系） 測控技術與儀器 專業 * 班學生姓名 * 學 號 * * 指導教師 * * 開題日期：20*年3 月 15日開 題 報 告一、題目來源與意義 啤酒是世界上產量及消費最大的一種酒，特別是北美及歐洲國家的總產量及人均消費量均居世界前列，我國隨著改革開放現代化建設，人民生活水平不斷斷提高，啤酒己成為人們的時尚飲品，市場的寵兒，生產直線上升，進入九十年代后產量逐年增加，目前已成為僅次于美國的世界第二大啤酒產銷國，令世界啤酒界人士刮目相看。但是我國人均啤酒消費水平只有8升，僅相當于世界水平的1/3差

2、距很大；近年來，雖然我國的啤酒裝備配套水平有很大提高，但與國外的主要啤酒生產廠家相比大部分企業技術落后，國內的啤酒行業迫切要求進行技術改造，提高生產率，保證產品質量，以確保在激烈的市場競爭中立于不敗之地。由于啤酒生產的工藝復雜，目前我國大多數啤酒生產企業技術裝備落后，自動化程度低，產品質量不穩定。如何提高啤酒生產的綜合自動化水平，增強我國啤酒產業的綜合實力是一個很好的研究課題。啤酒發酵是啤酒生產過程非常重要的環節，是決定啤酒質量的最關鍵的一步，特別是對發酵過程中溫度、壓力的控制尤其重要，控制指標的好壞將直接影響啤酒的質量。早期，由于人們對發酵機理認識不深，再加上采用控制器的限制，對發酵采取自動

3、控制未能成功。隨著人們對發酵機理的逐步認識，并隨著可靠性高、能經受惡劣環境器件的引用，對發酵采用自動控制逐漸取得成功。啤酒發酵具有非線性、時間滯后和大慣性等特征，發酵過程的精密控制一直是自動控制領域較難解決的問題之一。按啤酒發酵的生產工藝，生產周期一般在十五天左右，要求發酵液的溫度嚴格按照一定的工藝曲線變化。溫度控制精度在0.5范圍內，這樣的控制精度單憑傳統的熱工儀表加上手工操作方式是完全不能滿足要求的，但目前國內的不少生產廠家都是采用這種生產方式。隨著控制領域新技術、新方法的不斷涌現，這些問題也在不斷地得到改進。改進啤酒發酵生產過程控制是釀造業技術進步的有效措施，它可以在不增加原材料及動力消

4、耗的前提下，增加產品產量、提高產品質量，同時還可以減輕勞動強度、改善工作條件、提高發酵工藝水平及生產管理水平。因此，優化啤酒發酵控制應用前景樂觀，能產生較大的社會經濟效益，具有很大的應用價值。系統要實現的主要功能和預期達到的目標1.系統要實現的功能 設計啤酒發酵的監控系統，監控啤酒發酵的過程，按條件完成溫度、時間的自動控制，可實現顯示與通信和報警，設計硬件電路（包括控制器、傳感器、控制電路設計）和系統軟件（編寫部分軟件）；并盡可能滿足低價位、實用型的要求。 （注）開題報告要點：1、畢業設計（論文）題目的來源，理論或實際應用意義。2、題目主要內容及預期達到的目標。3、擬采用哪些方法及手段。4、完

5、成題目所需要的實驗或實習條件。5、完成題目的工作計劃等。（開題報告不夠用時可另附同格式A4紙）1開 題 報 告2.設計達到的性能指標（1）該控制系統，能自動完成溫度檢測，可控制溫度變化范圍在-112；所達到的溫度控制精度0.5； （2）確定控制系統的整體方案，必須要符合啤酒發酵的工藝要求；（3）選擇PLC型號及擴展單元；（4）設計PLC的外部接線圖；（5）完成梯形圖設計和指令表的編寫；三、控制系統的硬件結構設計和實施的方法 啤酒生產（糖化、發酵工段）的控制水平基本上可以分為四個方案。 （1）完全手動操作方式其主要特點是閥門為手動。對溫度、壓力、液位、流量、濁度、電導率等生產過程中的模擬量信號采

6、用常規分散儀表進行采集，然后集中或現場顯示，操作人員在現場或集中操作盤（柜）上控制主要設置啟停，閥門由工人到現場操作。這種方式下啤酒生產工藝參數得不到可靠執行，一致性較差，啤酒質量受人為因素影響較大，而且工人的操作勞動強度很大，主要生產設備與裝置不能工作在較佳狀態，原材料利用率低，產品能耗大，不可能采用較復雜的先進工藝生產啤酒，生產成本較高。 （2）半自動控制方式（集中手動控制方式）其主要特點為閥門多采用氣動或電動自動閥門。采取諸如數據采集器等手段采集各種過程量進入控制室，一般設有馬賽克模擬屏或上位機。在模擬屏或上位機上顯示各種溫度、流量、壓力、液位等過程參數和電機、閥門的開啟狀態，對生產過程

7、進行監控，操作人員根據顯示的參數和工藝參數對比，在模擬屏或操作臺上遙控閥門開啟和電機啟停從而滿足工藝要求，生產中的關鍵數據由人工記錄。但由于需要操作工人的頻繁介入，其啤酒質量和口味也有較大的波動，工人勞動強度也比較大。 （3）PC機+數據采集插卡方式以工業PC機加各種數據采集卡為代表，過程控制中的各種信號在外圍通過相應的變送器送入插在工業PC機插槽中的數據采集卡，在PC機畫面上顯示各種生產過程參數，同時控制閥門與泵、電機等設備的啟、停來滿足工藝生產要求，目前國內不少啤酒廠發酵車間采用這種系統進行控制。一定程度上解決了啤酒生產過程控制問題，但存在以下缺點：a系統可靠性差。b畫面呆板，缺乏一般工控

8、組態軟件靈活的程序腳本控制功能，同時系統本身安全性差，難以建立有效的操作等級和權限制度。c系統的可擴充性差。d由于外圍器件的漂移較大，系統控制精度受一年四季影響大，控制效果不理想。（4）分布式控制系統采用先進的計算機控制技術與多層網絡結構加先進的控制算法對生產工序進行自動控制，主要特點是采用PLC作為下位機。目前有DCS（分布式控制系統）控制系統與FCS現場總線控制系統）控制系統兩種。在這種控制方式中，下位機網絡中控制單元一般采用PLC，其可靠性非常高（一般可連續可靠工作20年），性能穩定，2開 題 報 告上位機網絡可兼容多種通訊協議（如TCP/IP協議），和標準數據庫，掛在局域以太子網上，便

9、于信息集成管理，和功能拓展。但主要缺點是一次投入資金較大。目前啤酒工業總的技術特點是向設備大型化、自動化、生產周期短，經濟效益高的方向發展。近十年來，我國的啤酒工業得到了迅速發展，但是由于起步較晚，生產設備都比較落后，自動化程度低，因而產品效率較低，產品質量也不高，噸酒能耗較大，這都是我國啤酒工業急待解決的問題。啤酒發酵對象的時變性、時滯性及其不確定性，決定了發酵罐控制必須采用特殊的控制算法。由于每個發酵罐都存在個體的差異，而且在不同的工藝條件下，不同的發酵菌種下，對象特性也不盡相同。因此很難找到或建立某一確切的數學模型來進行模擬和預測控制我國大部分啤酒生產廠家目前仍然采用常規儀表進行控制，人

10、工監控各種參數，人為因素較多。這種人工控制方式很難保證生產工藝的正確執行，導致啤酒質量不穩定，波動性大且不利于擴大再生產規模。為了達到系統性價比高、可靠、技術先進，完全滿足啤酒生產發酵工藝的技術并兼顧實用的需求，我選擇分布式控制系統，通過PLC對發酵過程的溫度、壓力等系數進行監控，實現對啤酒發酵系統的監控。根據控制方案確定總體框圖如下圖：顯示器控制模塊模擬量輸入模塊 顯示器控制模塊模擬量輸入模塊 PLC溫度變送器1溫度變送器1電磁閥1溫度變送器2電磁閥1溫度變送器2電磁閥2溫度變送器3電磁閥2溫度變送器3電磁閥3電磁閥3壓力變送器壓力變送器壓力排氣閥液位變送器壓力排氣閥液位變送器圖1 總體框圖

11、四、實習調研1、查閱本專業的期刊，了解本專業前沿的先進技術，收集與啤酒發酵監控系統有關的技術資料，含一篇外文資料。2、調研對啤酒發酵監控系統的發展情況。3、了解自動控制系統的組成和工作原理。4、到工廠了解PLC等系列產品應用概況。3開 題 報 告五、完成題目的工作計劃 第1周 熟悉課題，查閱文獻資料，掌握國內外現狀、水平和發展趨勢； 第2周 翻譯外文資料，確定設計方案； 第3周 撰寫開題報告，開題答辯； 第4周 畢業設計實習； 第5周 選擇PLC型號及擴展單元； 第6周 確定輸入輸出點，地址分配； 第78周 選擇輸入輸出設備；設計PLC的外部接線圖； 第910周 畢業設計期中檢查； 第1112

12、周 梯形圖設計， 第1314周 梯形圖設計； 第15周 完成設計圖紙； 第16周 編寫設計說明書，完成打印、裝訂； 第17周 制作幻燈片，準備畢業答辯。4查閱資料、文獻目錄1 王文甫. 啤酒生產工藝M. 北京: 中國輕工業出版社, 2011.2 劉剛. 錐形罐發酵溫控管理及自動控制系統設計M. 中國釀造, 2011, 5: P34-36.3 邱公偉. 可編程序控制器網絡通信及應用M. 北京: 清華大學出版社, 2009.4 陽憲惠. 現場總線技術及其應用M. 北京: 清華大學出版社, 2011.5 廖常初. S7-300/400PLC應用技術M. 北京: 機械工業出版社, 2009.6 陳在平

13、, 趙相賓. 可編程序控制器技術與應用系統設計M. 北京: 機械工業出版社, 2011.7 王孟效, 薛會建, 朱丹波. 自控系統PLC和儀表干擾的研究M. 電氣自動化, 2011.8 王暢, 發酵過程溫度控制PID-P參數的模糊自校正J. 佛山科學技術學院學報(自然科學版). 2009, 17(3): 25-27.9 薛福珍, 龐國仲, 胡京華. 啤酒發酵溫度的多變量控制J. 自動化學報, 2009, 28(1): 150-154.10 王念春. 自控系統在啤酒生產中應用的現狀與展望J. 自動化與儀表, 2011, 16(4): 9-11.11 董曉津, 王斌, 王孫安. 啤酒發酵過程自動控

14、制研究J. 機床與液壓, 2009, 184(4): 102-103.12 任繼領, 龐健, 陳壽元. STD總線式計算機應用與啤酒發酵過程N. 臨沂師范學院學報. 2008, 22(3): 91-92.13 薛福珍, 龐國仲, 林盛榮. 啤酒發酵過程的建模仿真與控制N. 中國科學技術大學報. 2009, 31(4): 502-508.14 杜立強, 韓兵欣, 劉利賢. 啤酒發酵過程的單神經元自適應PID控制N. 河北建筑科技學院學報, 2011, 18(2): 40-43.15 Szewczyk R, Mainwaring A, Anderson J. An analysis of a la

15、rge scale habit monitoring applicationC. Baltimore, MD, USA: SenSys, 2009: 1 4-226.16 He T, Krishnamurthy S, Luo L, et a1. An integrated sensor network system surveillance J. ACM Transactions on Sensor Networks, 2009: 1-38.17 Z Y Zhao, M Tomizuka, S Isaka. Fuzzy gain scheduling of PID controllersJ. IEEE Trans. Syst., Man, Cybern. 1993, 23(5): 1392-1398.5(對本課題的深度、廣度及工作