啤酒发酵过程中的PLC应用毕业设计论文.docx
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啤酒发酵过程中的PLC应用毕业设计论文
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
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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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CO2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SIMATICS7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STEP7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STEP7在你输入每一指令之后检查语法。
关键词啤酒发酵PLC（SIMATICS7）温度控制CIP。
TheApplyofPLCintheProcessofBeerFerment
AbstractsFermenttechnologyisamostadvancedagriculturebioengineeringtechnologyintheworld.therearethreemainingredientsinbeer–watergrainandhops.Yeastisalsoabasicpartofthebrewingprocess,althoughitisconsideredacatalystforfermentationratherthananingredientinandofitself。
Asmuchanartasascience,brewingisthefundamental,yetnot-so-simplepracticeofchangingwaterandgrainintobeer.Atitsmostbasic,theprocessconsistsofthemixtureofgrain（primarilymaltedbarley）andwater，yeastisintroducedtoinitiatefermentationandhopsareaddedforflavorandaroma.Thetaskoffermentcontrolsystemistomaketherealtemperatureoffermentliquidaslargeasthestandardfermentcurve,theprogressofbeerproductionconsistsofmaltproduction,wortproduction,formerferment、latterferment、filtration、casingandsoon.Formerfermentisthemainfermentprocessofthese,inthiscourse,yeastachievesproliferate,oxygen-detestedfermentanddepositionreclaimetc.Thisprocessconsumesmostwheatliquorcomponent.andthefermentmetabolizeoutcomesarethemainconstituteofbeer.Latterfermentisthego-onoftheformerferment,itaimsathigherdegreeofferment,getridofO2,andincreasethemeltquantityofCO2inthealcohol.promotetheliquidoffermenttomaturate,improvetasteandmakethebeerclearnaturally.Afterwordsitcanbedeliveredtofiltrate。
WeuseSIMATICSTEP7tocontroltheprocessofbeerferment,compileprogramprimarilytocontroltemperature、CIPandsoon.wechoosehardwareandcarryoutthecontactbetweenthem,compileOB、FB、FCandsoon,andviatransferringFB,FCinOBtocometruetheprogram.Itdoesn’tneedspecialorderwhenprogrammingwithSTEP7，butitmustmeetsomebasictaskinthemostitems。
Thecontentsofprogrammingprimarilycontainechelonplotandsentencelist,ItmajoredinsentencelistintheprogramIcompile，andinit,STEP7willchecktheparlanceafteryouinputaninstructionifyoucompileaprogramwithasentencelist
KeyWordsBeerfermentPLC（SIMATICSTEP7）temperaturecontrollingCIP
第一章引言
——本论文以SIMATICSTEP7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S7-300。
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STEP7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
2003.5.22
第二章PLC概述
2.1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20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，CAD/CAM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。
1969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。
1971年日本开始生产可编程控制器；1973年欧洲开始生产可编程控制器；1974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1983年有37家厂家生产100种型号的可编程控制器，而1988年就有了70家厂家生产304种型号的产品。
从产品的销售势头也可以说明这一点。
2.2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
2.3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）。
2.3.1硬件部分
1，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。
2，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。
3，输出接口电路。
4，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、I/O板等内部器
件供电。
5，扩展接口：
用于扩展I/O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。
6，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。
7，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。
8，编程器：
一个独立的部件。
2.3.2软件部分
1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。
2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。
2.4特点
1.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。
2.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。
3.环境要求低
可编程控制器可适用于恶劣的工业环境。
4.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A/D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RS232和RS422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》
2.5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I/O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I/O模块配合很容易就能构成一个综合控制系统。
2.6SIMATICS7介绍
2.6.1总述
在STEP7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S7程序。
在实际中我们必须先决定用那种语言。
在STEP7中，CPU循环处理OB1。
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
OB1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.
2.6.2STEP7可以有各种不同的应用
（1）：
STEP7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。
（2）：
通信组态：
允许配置PLC间的数据交换。
（3）：
S5/S7交换器：
允许将STEP5程序或块变换为等效的STEP7程序或块。
（4）：
STEP7建立：
允许改变在建立过程中选取的语言或硬件选项。
2.6.3STEP7中的编程任务
当以STEP7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。
（1）：
生成项目和CPU程序：
在STEP7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。
（2）：
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,FC，DB,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。
（3）：
选择输入数据的方法：
在STEP7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STEP7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STEP7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，STEP7检查所有指令地语法。
2.6.4通讯
这是一个经济而有效的解决方案；方便用户的STEP7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。
SIMATICS7—300具有多种不同的通讯接口：
多种通讯处理器用来连接AS—I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SIMATICS7/M7／C7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（AS—I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。
2.6.5S7-300指令系统
SIMATICS7－300远非一般的特性反映在它的特殊功能度上。
有350多条指令，包括熟知的、功能强大的STEP5指令和SIMATICTISOFT指令。
其中增加了不少新指令，从二进制处理到32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（DB5，D3.6）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。
S7－300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16和32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SIAMTICSTEP7》
第三章啤酒的概述
3.1啤酒的生理作用
啤酒是一种低浓度的饮料，每100g中仅有酒精3—5g，一般不超过8g。
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30j/g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CO2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》
3.2世界啤酒的历史
啤酒最早出现于公元前3000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6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11世纪，啤酒花由斯拉夫人用于啤酒。
1480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。
1800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。
1830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
3.3我国的啤酒历史：
我国古代的原始啤酒可能也有4000至5000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。
1903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2000吨,这就是现在青岛啤酒厂的前身。
1904年在哈尔滨出现了中国人自己开办的啤酒厂---东北
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