計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)啤酒發(fā)酵計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：啤酒發(fā)酵計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程： 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì) 專業(yè)： 自動(dòng)化 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)一、課題名稱啤酒發(fā)酵計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)目的1掌握總線式工業(yè)控制機(jī)控制系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)，包括工業(yè)控制機(jī)、模擬輸入、輸出通道設(shè)計(jì)和元器件選型，掌握模擬量輸入、輸出通道及接口連接線路繪制。2掌握工業(yè)控制機(jī)控制系統(tǒng)軟件方案（數(shù)學(xué)模型分析、控制策略、控制算法等）設(shè)計(jì)，掌握數(shù)據(jù)采集及處理程序、控制算法程序和模擬量輸出程序流程圖及軟件編程。三、啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.啤酒發(fā)酵工藝簡(jiǎn)介啤酒發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，通常在錐型發(fā)酵罐中進(jìn)行。在

2、二十多天的發(fā)酵期間，根據(jù)酵母的活動(dòng)能力，生長(zhǎng)繁殖快慢，確定發(fā)酵給定溫度曲線，如下圖所示。要使酵母的繁殖和衰減、麥汁中糖度的消耗和雙乙酰等雜質(zhì)含量達(dá)到最佳狀態(tài)，必須嚴(yán)格控制發(fā)酵各階段的溫度，使其在給定溫度的0.5范圍內(nèi)。 2、系統(tǒng)控制要求（1）現(xiàn)要求控制1個(gè)200m3的錐形啤酒發(fā)酵罐，每個(gè)罐測(cè)量3個(gè)參數(shù)，即發(fā)酵罐的上、中、下三段溫度，三段溫度的測(cè)量范圍：-20+50，共有三個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，因此需檢測(cè)3個(gè)參數(shù)。(2)自動(dòng)控制各個(gè)發(fā)酵罐中的上、中、下三段溫度使其按上圖所示的工藝曲線運(yùn)行，溫度控制誤差不大于0.5。共有3個(gè)控制點(diǎn)。四、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容采用總線式工業(yè)控制機(jī)完成啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括硬件

3、總體方案設(shè)計(jì)和軟件總體方案設(shè)計(jì)：1、 硬件總體設(shè)計(jì)方案采取的各種硬件如圖可以看出其原件的選擇.crtk型熱電偶轉(zhuǎn)換電路fx2n-4ad-tct1plc-fx2nt2t3鍵盤(pán)zdlp-6b打印機(jī)轉(zhuǎn)換電路fx2n-4da-tct1t2t3三菱fx2n-4ad是三菱電機(jī)公司推出的一款fx2n系列plc模擬量輸入模塊，有ch1ch4四個(gè)通道，每個(gè)通道都可進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，分辯率為12位，采集信號(hào)電壓為-10v+10v，分辯率5mv。電流輸入時(shí)，為420ma或-2020ma，分辯率20ua。 fx2n-4ad內(nèi)部有32個(gè)16位的緩沖寄存器(bmf)，用于與主機(jī)交換數(shù)據(jù)。 fx2n-4ad占用fx2n擴(kuò)展總線

4、的8個(gè)點(diǎn)，耗電為5v，30ma。fx2n常用的模擬量輸入模塊有fx2n-2ad、fx2n-4ad、fx2n-8ad模擬量輸入模塊和溫度傳感器輸入模塊cc-link 模塊cc-link是control&communication link（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的縮寫(xiě)，在1996年11月，由三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司推出，其增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，在亞洲占有較大份額，目前在歐洲和北美發(fā)展迅速。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時(shí)以10mbit/s高速傳送至現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)配線復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。cc-link是一個(gè)以設(shè)備層

5、為主的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月cc-link被中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性技術(shù)文件。k型熱電偶作為一種溫度傳感器，k型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。k型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0到1300范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。k型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成2、 軟件總體方案設(shè)計(jì)a、確定控制規(guī)律及算法，畫(huà)出控制系統(tǒng)框圖 否初始化判斷連機(jī)?是ad模塊設(shè)置溫度設(shè)定值讀入測(cè)量溫度溫度低于設(shè)定值否是pid計(jì)算控制加熱輸出溫度比較低高電磁閥控制輸出b、確定軟件編程語(yǔ)言：三菱plc判斷p

6、lc與ad轉(zhuǎn)換模塊的連接程序:ad模塊設(shè)定:溫度設(shè)定(由于要求沒(méi)給定,所以三個(gè)溫度點(diǎn)為50,60,40攝氏度):c、數(shù)據(jù)采集及處理程序編程d0,d1,d2為溫度檢測(cè)存儲(chǔ)位置.對(duì)溫度的四舍五入.把測(cè)量值分別放在d6,d16,d26.d、控制算法程序編程e、模擬量輸出程序編程 五、遇到的問(wèn)題及分析解決方法在由理論出發(fā)構(gòu)思整體設(shè)計(jì)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)有許多，需要自行設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，比如說(shuō)，多路轉(zhuǎn)換，采樣保持器等，這不僅浪費(fèi)人力物力，還在技術(shù)上提高了一個(gè)等級(jí)的要求，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上的許多智能器件，已經(jīng)做的非常的人性化，許多的功能已是多合一，不需再去設(shè)計(jì)所有的細(xì)節(jié)。當(dāng)實(shí)際溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度是，自控系統(tǒng)無(wú)及時(shí)響應(yīng)，

7、我們通過(guò)電磁閥去控制冷媒閥開(kāi)啟或關(guān)閉，發(fā)酵溫度很快穩(wěn)定在溫度給定值上，且發(fā)酵溫度變化曲線平緩，系統(tǒng)調(diào)節(jié)偏差僅為0.1，與傳統(tǒng)的溫度 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)偏差1相比，控制質(zhì)量大大提高。在秉承書(shū)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的五個(gè)原則的前提下，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益是最難控制協(xié)調(diào)的，提高前四個(gè)原則的話經(jīng)濟(jì)效益必然會(huì)降低。所以在設(shè)計(jì)欠我們找了很多的方案。從中對(duì)比各種方案中對(duì)于經(jīng)濟(jì)與其他原則的取舍、平衡。最后我們得到了我們的理論基礎(chǔ)和基本方案。六、體會(huì)、收獲通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì),由于不想用c語(yǔ)言來(lái)做這一個(gè)課程設(shè)計(jì),我采用了plc來(lái)做. 這樣我深刻的了解到plc的強(qiáng)大,而且由于plc是工控類的,所以它比非工控類的來(lái)做這一程相對(duì)簡(jiǎn)點(diǎn),就想ad轉(zhuǎn)換模塊是可以直接幫你轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),只用一句簡(jiǎn)單的程序就能實(shí)現(xiàn).這一過(guò)程主要的難度在于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理,還有模擬量的輸出控制.程序的編寫(xiě)也是一個(gè)很大的困難,因?yàn)閷?duì)指令的用法還不過(guò)熟練,所以有些指令需要查指令表,了解各個(gè)指令對(duì)其操作數(shù)的效果.考慮被控對(duì)象為純滯后的一階慣性，還要采用smith預(yù)估計(jì)控制算法，硬件方面對(duì)于溫度的采集采用了k型熱電偶然后利用fx2n