牛法德的畢業(yè)設(shè)計

1、學(xué)科代碼：080601學(xué)號：061401010095貴 州 師 范 大 學(xué)（本 科）畢 業(yè) 設(shè) 計題 目：啤酒生產(chǎn)過程中PLC自動控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué) 院：機(jī)械與電氣工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動化年 級：2006級姓 名：牛法德指導(dǎo)教師：鄭小倩（講師）完成時間：2010年5月5日目錄摘要. .2引言. .3第1章 啤酒生產(chǎn)發(fā)展的狀況. . 31.1 我國啤酒工業(yè)的現(xiàn)狀.31.2 啤酒生產(chǎn)控制的水平. 4 1.3 啤酒生產(chǎn)自動控制的作用和意義.5啤酒生產(chǎn)自動控制的作用. 6 1.3.2啤酒生產(chǎn)自動控制的意義. 61.4國內(nèi)啤酒生產(chǎn)自動控制存在的問題. 61.5本文主要研究的內(nèi)容. 7第2章 PL

2、C與啤酒生產(chǎn)過程工藝的簡介. 72.1PLC的簡介. . .72.1.1國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀. . . 8 PLC 300的簡介. . 82.2 啤酒生產(chǎn)工藝的簡介. .8原料的制備過程. .9糖化過程. .9發(fā)酵過程. .15 第3章 PLC在麥芽烘干過程中的應(yīng)用. 163.1麥芽烘干的過程分析. 163.2麥芽烘干機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計.1.173.2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計.17 3.2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計.183.3 系統(tǒng)的可行性分析. .22 第4章 PLC在啤酒發(fā)酵過程中的應(yīng)用. . 234.1啤酒發(fā)酵過程分析. . 244.2啤酒發(fā)酵過程中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計. 25系統(tǒng)的硬件設(shè)計 26

3、系統(tǒng)的軟件設(shè)計. 284.3系統(tǒng)的可行性分析. 30第5章 總結(jié)與展望. 30參考文獻(xiàn). 32致謝辭啤酒生產(chǎn)過程中PLC自動控制系統(tǒng)的設(shè)計牛法德（貴州師范大學(xué) 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 貴陽 550014）摘要：啤酒工業(yè)是我國食品工業(yè)中一個重要的產(chǎn)業(yè)部門，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的改善，我國啤酒工業(yè)也得到空前發(fā)展。盡管如此，我國的啤酒生產(chǎn)工業(yè)目前還存在許多不盡如人意的地方。由于啤酒生產(chǎn)的工藝復(fù)雜，目前我國大多數(shù)啤酒生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)裝備落后，自動化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。如何提高啤酒生產(chǎn)的綜合自動化水平，增強(qiáng)我國啤酒產(chǎn)業(yè)的綜合實(shí)力是一個很好的研究課題。為此，本通過對啤酒生產(chǎn)發(fā)酵過程的工藝及關(guān)鍵問題的分

4、析，從硬件、軟件兩個方面采用西門子S7-300PLC對啤酒生產(chǎn)過程中麥芽烘干和啤酒發(fā)酵自動控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，整個系統(tǒng)采用分級結(jié)構(gòu)。第一級為可編程邏輯控制器(PLC)，系統(tǒng)選用SIEMENS S7-300，直接與現(xiàn)場儀器、儀表連接，主要完成對現(xiàn)場數(shù)字、模擬信號進(jìn)行采集和處理以及對執(zhí)行元件進(jìn)行實(shí)時控制的功能。第二級為工業(yè)控制計算機(jī)（IPC）,主要完成控制軟件的界面和控制過程數(shù)據(jù)的監(jiān)視、管理和記錄功能。關(guān)鍵詞：麥芽烘干;啤酒發(fā)酵;PLCAbstract：Beer industry is an important food industry in the industrial sector, alon

5、g with the development of national economy and the improvement of people's life in China, also get beer industrial unprecedented development. Nevertheless, our beer production industry currently still exist many unsatisfactory. Due to the complexity of the beer production process, the current mo

6、st beer production enterprise technical equipment backwardness, low automatization, product quality is not stable. How to improve beer production integrated automation level, enhance the comprehensive strength in beer industry is a very good study. Therefore, the production of beer fermentation proc

7、ess through the process and the key problem analysis, from two aspects of hardware and software by Siemens S7-300 PLC for beer production process malt beer fermentation drying and automatic control system design, the entire system USES hierarchical structure. Article 1 for the programmable logic con

8、troller (PLC), the system selects SIEMENS S7-300, directly connected with the instrument and meter, the main field of digital simulation signal and sampling and processing and real-time control of components of the function. 2 for industrial control computer (IPC), the main control software interfac

9、e and control process monitoring, data management and record function.Keywords: malt drying, Beer fermentation, PLC引言隨著20世紀(jì)70年代微處理芯片的出現(xiàn),自動控制技術(shù)在西方發(fā)達(dá)工業(yè)化國家的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。我國在引進(jìn)西方工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的同時,也消化吸收了部分自動化控制技術(shù),并進(jìn)一步認(rèn)識到了采用自動控制技術(shù)的必要性。隨著硬件(微處理芯片)成本的進(jìn)一步降低與部分軟件國產(chǎn)化的實(shí)現(xiàn),在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動控制技術(shù)的總體費(fèi)用大大下降,應(yīng)用領(lǐng)域從化工、鋼鐵等國家高度重視的傳統(tǒng)重工業(yè)

10、行業(yè)向其它輕工業(yè)行業(yè)擴(kuò)展,使得大部分廠家在生產(chǎn)中使用自控系統(tǒng)的要求成為可能。國內(nèi)啤酒進(jìn)行生產(chǎn)自動控制只有近10年的歷史,同時啤酒行業(yè)有自已獨(dú)有的環(huán)境、工藝、設(shè)備裝置、人員素質(zhì)特點(diǎn),只有結(jié)合國內(nèi)啤酒行業(yè)的實(shí)際情況與行業(yè)經(jīng)驗(yàn),針對啤酒行業(yè)生產(chǎn)的特殊性,才能有針對性地開發(fā)出適應(yīng)中國特色的啤酒行業(yè)自動控制系統(tǒng)。第一章啤酒生產(chǎn)發(fā)展的狀況1.1我國啤酒工業(yè)的現(xiàn)狀中國是世界上啤酒第二生產(chǎn)大國,但人均占有啤酒量很低,不少洋啤酒看好中國啤酒市場,大舉向國內(nèi)市場進(jìn)軍,造成國內(nèi)啤酒市場競爭異常激烈。近些年來，隨著人命生活水平的不斷提高，對啤酒的消費(fèi)越來越大，根據(jù)國際飲料生產(chǎn)協(xié)會統(tǒng)計表明，我國的啤酒的產(chǎn)量和消費(fèi)量已位

11、于世界前列，成為啤酒生產(chǎn)和消費(fèi)的大國。專家預(yù)測我國的啤酒行業(yè)將進(jìn)入高速發(fā)展的時期。而現(xiàn)在國內(nèi)一些中小規(guī)模啤酒企業(yè)的生產(chǎn)狀況滯后于啤酒的發(fā)展趨勢。普遍存在自動化程度低、生產(chǎn)效率低下等問題。為了消除人工操作帶來的弊端，降低生產(chǎn)成本和糧食消耗，提高啤酒的生產(chǎn)質(zhì)量。啤酒企業(yè)企業(yè)迫切需要自動化程度高、安全可靠性好、便于操作維護(hù)的自動化系統(tǒng)。目前國內(nèi)中小型啤酒廠都普遍存在以下問題：(1)自控水平差，技術(shù)含量低，生產(chǎn)過程主要采用簡單控制甚至人工控制為主，表現(xiàn)在啤酒質(zhì)量不穩(wěn)定，理化和感官質(zhì)量都需要亟待提高；(2)產(chǎn)品檔次低，品種單一；(3)能耗和原料消耗大，目前該指標(biāo)的國內(nèi)先進(jìn)水平與國際先進(jìn)水平存在較大差距。

12、因此，如何提高我國啤酒工業(yè)的綜合實(shí)力，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，積極參與國際市場競爭是一個刻不容緩的課題。這個問題是由管理水平、原料質(zhì)量等多方面原因?qū)е碌?，但該領(lǐng)域的自動化水平和自控質(zhì)量是其中最主要的因素之一。1.2目前國內(nèi)啤酒廠家生產(chǎn)的控制水平目前，國內(nèi)啤酒生產(chǎn)(糖化、發(fā)酵工段)的控制水平基本上可分為4個檔次。(1)完全手動操作方式。其主要特點(diǎn)是閥門為手動。對溫度、壓力、液位、流量、濁度、電導(dǎo)率等生產(chǎn)過程中的模擬量信號采用常規(guī)分散儀表進(jìn)行采集，然后集中或現(xiàn)場顯示，操作人員在現(xiàn)場或集中操作盤(柜)上控制主要設(shè)備的啟停，閥門由工人到現(xiàn)場操作。這種方式下啤酒生產(chǎn)工藝參數(shù)得不到可靠執(zhí)行，一致性較差，啤酒質(zhì)

13、量受人為因素影響較大，而且工人的勞動強(qiáng)度很大，主要生產(chǎn)設(shè)備與裝置不能工作在較佳狀態(tài)，原材料利用率低，產(chǎn)品能耗大，不可能采用較復(fù)雜的先進(jìn)工藝生產(chǎn)啤酒(如低壓煮沸工藝)，生產(chǎn)成本較高。許多中、小型啤酒廠家還在采用手動控制，但將逐步被智能儀表和自控系統(tǒng)所代替。(2)半自動控制方式(集中手動控制方式)。主要特點(diǎn)為閥門多采用氣動或電動自動閥門。采用數(shù)據(jù)采集器采集各種過程量進(jìn)入控制室，控制室設(shè)有模擬屏或上位機(jī)，在模擬屏或上位機(jī)上顯示各種溫度、流量、壓力、液位等過程參數(shù)和電機(jī)、閥門的開啟狀態(tài)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，操作人員根據(jù)顯示的參數(shù)與工藝參數(shù)對比，在模擬屏或操作臺上遙控閥門開啟和電機(jī)啟停，從而滿足工藝要求

14、，生產(chǎn)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)由人工記錄。但由于需要操作工人的頻繁介入，其啤酒質(zhì)量與口味也有較大的波動，工人的勞動強(qiáng)度也比較大，目前國內(nèi)中小型啤酒廠較多采用。(3)PC機(jī)+數(shù)據(jù)采集插卡方式。以工業(yè)PC機(jī)+各種數(shù)據(jù)采集卡為代表，過程控制中的各種信號在外圍通過相應(yīng)的變送器送入插在工業(yè)PC機(jī)插槽中的數(shù)據(jù)采集卡，在PC機(jī)畫面上顯示各種生產(chǎn)過程參數(shù)，同時控制閥門與泵、電機(jī)等設(shè)備的啟停，來滿足生產(chǎn)工藝要求。目前國內(nèi)不少啤酒廠發(fā)酵車間采用這類系統(tǒng)進(jìn)行控制。一般在PC機(jī)上運(yùn)行Windows95操作系統(tǒng)，可在一定程度上解決啤酒生產(chǎn)過程控制問題。但存在以下缺點(diǎn)：系統(tǒng)的可靠性差，這一方面是由于上位機(jī)操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集卡的可靠性

15、較差造成的，另一方面是由于上位機(jī)軟件自身不完善造成的。畫面呆版，缺乏一般工控組態(tài)軟件靈活的程序腳本控制功能，同時系統(tǒng)本身的安全性較差，難以建立有效的操作等級與權(quán)限制度，易受到病毒及操作者的惡意攻擊。系統(tǒng)的可擴(kuò)充性差，控制系統(tǒng)無網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，不便于下一步工廠管理網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)，不能有效保護(hù)工廠投資的長期效益，同時也不便于整個車間、工廠的聯(lián)鎖控制。(4)分布式控制方式。采用先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)與多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及先進(jìn)控制算法對生產(chǎn)工序進(jìn)行自動控制，主要特點(diǎn)為采用PLC作下位機(jī)。目前有DCS(分布式控制系統(tǒng))控制系統(tǒng)與FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))控制系統(tǒng)兩種。在DCS控制系統(tǒng)中，下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)中控制單元一般

16、采用PLC，其可靠性非常高(一般可連續(xù)可靠工作20年)，性能穩(wěn)定，上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)可兼容多種通訊協(xié)議(例TCPIP協(xié)議)，便于下一步與管理網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)，完全有效克服了PC機(jī)+數(shù)據(jù)采集卡控制方式的缺點(diǎn)。按照工藝參數(shù)與流程要求，對物料粉碎系統(tǒng)(大米與麥芽)、糖化系統(tǒng)(糊化、糖化、過濾、煮沸、沉淀)、薄板冷卻系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、洗滌(CIP)系統(tǒng)、發(fā)酵罐發(fā)酵系統(tǒng)、酵母擴(kuò)培系統(tǒng)等工藝過程中的各種泵、攪拌電機(jī)、電動或氣動閥門等開關(guān)量和溫度、壓力、液位、流量、濁度、電導(dǎo)率等模擬量進(jìn)行監(jiān)測控制，能記錄完整的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，在電子模擬屏或計算機(jī)屏幕上顯示工藝流程中各閥門、電機(jī)的運(yùn)行狀況，同時對各種超、欠壓、溫度超限、閥門故

17、障、液位超限等故障進(jìn)行聲光報警。并且設(shè)有“自動”和“手動”兩種狀態(tài)，即當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)故障或要對工藝進(jìn)行人工干預(yù)時，可將開關(guān)轉(zhuǎn)換到“手動”狀態(tài)，對各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動操作。這樣技術(shù)人員可以設(shè)定新的參數(shù)，操作人員可以在現(xiàn)場處理緊急問題，從而達(dá)到了理想的效果。這種控制方式是國內(nèi)啤酒生產(chǎn)控制發(fā)展的主流方向，主要缺點(diǎn)為一次性投入資金較大。1.3 啤酒生產(chǎn)自動控制的作用和意義啤酒生產(chǎn)自動控制的作用啤酒生產(chǎn)自動控制可以：(1)提高工藝水平，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、啤酒口味，提高原材料利用率，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，使工人有更多的時間關(guān)注工藝參數(shù)。(2)強(qiáng)化產(chǎn)品的質(zhì)量管理。先進(jìn)的算法程序與硬件的高可

18、靠性保證生產(chǎn)過程嚴(yán)格按照設(shè)定的工藝參數(shù)執(zhí)行。一致性很高，同時可記錄下真實(shí)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，并可隨時調(diào)用查閱這些數(shù)據(jù)，作為生產(chǎn)決策部門質(zhì)量分析和改進(jìn)生產(chǎn)工藝的可靠依據(jù)。(3)輔助生產(chǎn)管理。減輕工人操作強(qiáng)度的同時可增強(qiáng)工人的工作責(zé)任心。并且水、電、氣(汽)的消耗計量更準(zhǔn)確，方便生產(chǎn)成本的控制和管理。國內(nèi)啤酒生產(chǎn)自動控制只有近10年的歷史，同時啤酒行業(yè)有自己獨(dú)有的環(huán)境、工藝、設(shè)備裝置、人員素質(zhì)等特點(diǎn)，只有結(jié)合國內(nèi)啤酒行業(yè)的實(shí)際情況與行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，針對啤酒行業(yè)生產(chǎn)的特殊性，才能有針對性地開發(fā)出適應(yīng)中國特色的啤酒行業(yè)自動控制系統(tǒng)。通過大量的歸納、分析，可得出啤酒行業(yè)自控系統(tǒng)的基本要求：1)由于啤酒行業(yè)員工缺乏

19、自控系統(tǒng)操作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)采用全中文操作界面，面向工藝人員設(shè)計，不需要計算機(jī)方面的專門知識，操作簡便。(2)采用塊結(jié)構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)硬件、軟件可擴(kuò)充性強(qiáng)，可靠性高，特別對糖化這種快過程生產(chǎn)車間，下位機(jī)采用PLC，同時在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮到有利于戶的多次投資，確保用戶的投資價值。(3)自動化程度高，自控設(shè)備運(yùn)行的費(fèi)用低。易耗件有較高通用性(國內(nèi)易于購買)，不使用冷門產(chǎn)品，使生產(chǎn)的正常運(yùn)行得到可靠安全的保證。(4)完備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄功能。系統(tǒng)提供專用的歷史數(shù)據(jù)查閱程序，便于分析改正生產(chǎn)過程中存在的不足。(5)合理的安全體系。結(jié)合工廠日常管理的經(jīng)驗(yàn)，對生產(chǎn)設(shè)備、控制點(diǎn)數(shù)、操作人員進(jìn)行合理的劃分，給予不

20、同的操作權(quán)限與操作等級，從制度上保證生產(chǎn)可靠、安全運(yùn)行。132啤酒生產(chǎn)過程自動控制的意義(1)對啤酒糖化、發(fā)酵工段進(jìn)行自動化控制、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模是國內(nèi)啤酒廠發(fā)展的主流，中國已經(jīng)加入WTO，完全靠手動控制的小型啤酒廠將難以維持生計。(2)隨著國內(nèi)純生啤酒生產(chǎn)線的上馬，在線檢測設(shè)備將會增多，生產(chǎn)自動化程度會進(jìn)一步提高。(3)不同設(shè)備、不同工段自控系統(tǒng)間的銜接問題將會得到更多的重視，只有解決好這一問題，生產(chǎn)過程自動化才有可能。(4)制冷車間的自控及與糖化、發(fā)酵工段自控的配合是啤酒廠降低能耗的重要途徑之一，已受到越來越多的啤酒生產(chǎn)企業(yè)的重視。14國內(nèi)啤酒生產(chǎn)自動控制存在的問題目前國內(nèi)啤酒廠自動控制主要集

21、中在糖化工段與發(fā)酵、清酒工段。但存在如下的不足：(1)控制方法問題。例如，在啤酒發(fā)酵罐控制中，目前所用的控制系統(tǒng)大多采用簡單PID控制，無法解決發(fā)酵罐上、中、下3個冷卻帶的耦合問題，也難以解決發(fā)酵罐大慣性，系統(tǒng)超調(diào)、控制精度等問題。(2)糖化、發(fā)酵工段的自控銜接問題。例如，從糖化工段向發(fā)酵罐輸入麥汁等工作，目前需要兩個車間操作人員相互協(xié)調(diào)，難以自動完成；(3)與進(jìn)口設(shè)備自控系統(tǒng)的銜接問題。不少啤酒廠的酵母自動添加裝置、麥芽粉碎裝置、脫氧水裝置、過濾裝置等采用國外進(jìn)口設(shè)備，這些設(shè)備自身帶有控制系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)隨廠家而變，若不能與總自控系統(tǒng)很好銜接，則需要人工干預(yù)生產(chǎn)過程，低生產(chǎn)自動化程度；(4)在線

22、檢測設(shè)備問題。在線檢測設(shè)備價格昂貴，大多需要進(jìn)口，如缺乏在線檢測設(shè)備，則需要人工干預(yù)自控過程的進(jìn)行，影響自動化程度；(5)糖化車間過濾槽自動控制問題。由于過濾過程的復(fù)雜性與國產(chǎn)過濾槽裝置的缺陷，在過濾過程中，需要人工進(jìn)行一定的干預(yù)；(6)制冷車間自控問題。啤酒廠用制冷機(jī)組的臺數(shù)控制制冷量以滿足工藝要求，造成旺季制冷量不足、淡季制冷量過大，冷媒溫度波動過大等問題。理論分析表明，采用變頻調(diào)速技術(shù)對制冷機(jī)組進(jìn)行控制，與發(fā)酵、糖化車間特別是發(fā)酵車間自控系統(tǒng)配合，動態(tài)調(diào)節(jié)制冷量的大小，不僅可以解決冷媒溫度波動過大問題，還可節(jié)省電能30以上；(7)鍋爐車間自控問題。數(shù)據(jù)表明，在糖化車間采用低壓煮沸工藝、一

23、段冷卻技術(shù)，可節(jié)省蒸汽用量20以上，若糖化車間自控系統(tǒng)與鍋爐車間自控系統(tǒng)配合，可進(jìn)一步降低蒸汽用量；15主要研究內(nèi)容論文以啤酒生產(chǎn)過程PLC控制和綜合自動化系統(tǒng)的研究為工程背景，主要研究和討論啤酒生產(chǎn)過程中的麥芽烘干和啤酒發(fā)酵兩部分。主要研究內(nèi)容如下：(1)對啤酒生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行了全面介紹，在分析麥芽烘干工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)計了麥芽烘干機(jī)PLC控制系統(tǒng)；(2)在分析研究啤酒發(fā)酵工藝過程及啤酒發(fā)酵溫度控制特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了啤酒發(fā)酵過程的控制流程圖、主程序的梯形圖。第二章PLC與啤酒生產(chǎn)過程工藝的簡介2.1 PLC的簡介PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種

24、通用工業(yè)自動控制裝置。這種裝置具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，得到了用戶的公認(rèn)和好評。它經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展后，現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM），被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域中。隨著PLC系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，技術(shù)的不斷深化，PLC系統(tǒng)的可擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)互連變得原來越普遍，甚至成為PLC應(yīng)用系統(tǒng)的成敗的關(guān)鍵技術(shù)和因素。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。它具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，使得PLC與PLC 之間、PLC與上

25、位計算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)了分散集中控制。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，使以網(wǎng)絡(luò)為主干的自動化分布式控制系統(tǒng)成為行業(yè)趨勢。由此，網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時性和可靠性，以及網(wǎng)絡(luò)故障的智能診斷和排除都成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)注的焦點(diǎn)。通信在自動化系統(tǒng)中無處在，它是整個自動化控制系統(tǒng)的靈魂。 國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)在工廠自動化和過程自動化中的應(yīng)用迅速增長，現(xiàn)場總線技術(shù)已成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的佼佼者。現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，彌補(bǔ)了各自的缺點(diǎn)，從而達(dá)到了優(yōu)勢互補(bǔ)，使得網(wǎng)絡(luò)通信又有了長足的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)通信方式的多樣化和通

26、信速度的提高，使信息交換領(lǐng)域從現(xiàn)場設(shè)備控制到企業(yè)管理層的不斷擴(kuò)大。為了適應(yīng)這種形式的發(fā)展，世界各PLC生產(chǎn)廠家紛紛給自己的產(chǎn)品增加了通信及聯(lián)網(wǎng)的功能，并研制開發(fā)出自己的PLC網(wǎng)絡(luò)。如三菱的MELSEC NET、CCLINK網(wǎng)、歐姆龍的Controller Link，西門子的SINEC H1局域網(wǎng)等?，F(xiàn)在即使是衛(wèi)星和小型的PLC也都具有了網(wǎng)絡(luò)通信接口。今后網(wǎng)絡(luò)總的發(fā)展趨勢是向高速、多層次、大信息吞吐量、高可靠性可開放式（即通信協(xié)議向國際標(biāo)準(zhǔn)或地區(qū)通用工藝標(biāo)準(zhǔn)靠近）的發(fā)展方向。工業(yè)的現(xiàn)代化，很大程度體現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化，其中信息的傳輸，數(shù)據(jù)的交換也成為評判工業(yè)自動化水平的因素。現(xiàn)場總線技術(shù)的

27、出現(xiàn)，現(xiàn)場設(shè)備的智能化以及IT技術(shù)與自動化技術(shù)的日趨融合，使得工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)面臨變革性的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)中所占的比重越來越大。而在這方面我國主要應(yīng)用的都是國外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。PLC在我國工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，其網(wǎng)絡(luò)通信方面的優(yōu)勢日益明顯，要求我們必須緊跟技術(shù)的前沿，充分利用國外的技術(shù)，提高我們的工業(yè)現(xiàn)代化水平，并進(jìn)一步有自己的能力去開發(fā)適合于自身發(fā)展的技術(shù)。2.1.2 PLC300的主要組成部分S7-300/400屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。S7-300的CPU模塊（簡稱為CPU）都有一個編程用的RS-485

28、接口，有的有PROFIBUS-DP接口或PTP串行通信接口，可以建立一個MPI（多點(diǎn)接口）網(wǎng)絡(luò)或DP網(wǎng)絡(luò)。1.電源模塊.2.后備電池3.24VDC連接器4.模式開關(guān).5.狀態(tài)和故障指示燈6.存儲器卡(CPU313以上)7.MPI多點(diǎn)接口8.前連接器9前蓋功能最強(qiáng)的CPU的RAM為512KB，最大8192個存儲器位，512個定時器和512個計數(shù)器，數(shù)字量最大65536，模擬量通道最大為4096，有350多條指令。計數(shù)器的計數(shù)范圍為1999，定時器的定時范圍為10ms9990s。只需要擴(kuò)展一個機(jī)架，可以使用價格便宜的IM365接口模塊對。數(shù)字量模塊從0號機(jī)架的4號槽開始，每個槽位分配4個字節(jié)的地址

29、，32個I/O點(diǎn)。模擬量模塊一個通道占一個字地址。從IB256開始，給每一個模擬量模塊分配8個字。1模塊診斷功能可以診斷出以下故障：失壓，熔斷器熔斷，看門狗故障，EPROM、RAM故障。模擬量模塊共模故障、組態(tài)/參數(shù)錯誤、斷線、上下溢出。2過程中斷數(shù)字量輸入信號上升沿、下降沿中斷，模擬量輸入超限，CPU暫停當(dāng)前程序，處理OB40。1狀態(tài)與故障顯示LEDSF（系統(tǒng)出錯/故障顯示，紅色）：CPU硬件故障或軟件錯誤時亮。BATF（電池故障，紅色）：電池電壓低或沒有電池時亮。DC 5V（5V 電源指示，綠色）：5V電源正常時亮。FRCE（強(qiáng)制，黃色）：至少有一個I/O被強(qiáng)制時亮。RUN（運(yùn)行方式，綠色

30、）：CPU 處于RUN狀態(tài)時亮；重新啟動時以2 Hz的頻率閃亮；HOLD（單步、斷點(diǎn)）狀態(tài)時以0.5Hz的頻率閃亮。STOP（停止方式，黃色）：CPU處于STOP，HOLD狀態(tài)或重新啟動時常亮。BUSF（總線錯誤，紅色）。2.2 啤酒生產(chǎn)工藝的簡介啤酒是目前世界上消費(fèi)量最大的酒類飲料，全球啤酒產(chǎn)量已連續(xù)多年穩(wěn)步增長n們，2000年世界主要啤酒生產(chǎn)國的啤酒總產(chǎn)量約1635億公升。隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的改善，我國啤酒工業(yè)得到了空前發(fā)展，啤酒產(chǎn)量在1993年達(dá)到1190萬噸，列美國之后成為世界第二，2002年達(dá)到2386萬噸，2006年達(dá)3500萬噸。截至2007年我國啤酒產(chǎn)量及消費(fèi)量已

31、連續(xù)4年保持世界第一。目前我國仍是世界上啤酒市場增長最快的地區(qū)之一，預(yù)計今后兩年還將保持10左右的增速。啤酒工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了非常重要的作用。啤酒是以優(yōu)質(zhì)麥芽和水為主要原料，酒花為香料和苦料，經(jīng)糖化與酵母發(fā)酵釀制而成的含有CO2氣體和低度酒精的飲料酒。由于大麥麥芽具有優(yōu)良的釀造特性，所以逐漸取代了小麥、蕎麥等其他谷物而成為啤酒釀造的主要原料，其他谷物只是作為輔料使用。在我國為降低麥汁制備的成本心，還常常采用大米、玉米、糖等輔料。一個完整的啤酒生產(chǎn)過程可劃分為麥汁制備、發(fā)酵、啤酒處理、清酒、灌裝等工序，如圖2-1所示。其他輔助工序還有麥芽的烘干、CO2的回收、脫氧水制備、熱水制備、CIP、

32、冷凍、空氣壓縮等等。 圖2-1 啤酒工藝各工序的主要功能如下：(1)麥汁制備：采用大麥、酒花、水及輔料進(jìn)行麥汁制備；(2)發(fā)酵過程：將制備好的麥汁進(jìn)行發(fā)酵，得到啤酒；(3)啤酒處理：對發(fā)酵成熟的啤酒進(jìn)行過濾、修飾、高濃度稀釋等處理；(4)清酒：將過濾好的啤酒泵入清酒罐進(jìn)行低溫儲存，等待灌裝；(5)灌裝：將成品啤酒裝瓶(罐)，這是啤酒生產(chǎn)的最后一道工序；(6)C02回收：將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的C02進(jìn)行回收，以備需要時進(jìn)行添加和綜合利用；(7)CIP：CIP意為原位清洗(Cleaning In Place)，又稱為現(xiàn)場清洗系統(tǒng)，用來對整個糖化、發(fā)酵過程的所有設(shè)備和管道進(jìn)行清洗，以保證整個啤酒生產(chǎn)過程

33、的清潔無菌；(8)脫氧水制備：除去生產(chǎn)用水中的溶解氧，得到無氧(或溶解氧很低)、無菌的生產(chǎn)用水；(9)冷凍：為整個啤酒廠提供物料、中間產(chǎn)品、環(huán)境、設(shè)備冷卻、降溫及輔料儲存所需的冷媒；(10)空氣壓縮：為整個啤酒廠提供物料輸送、設(shè)備驅(qū)動所需的氣源。其生產(chǎn)主流程為：在糖化車間制備好的麥汁經(jīng)冷卻、添加酵母后進(jìn)入發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵成熟的啤酒經(jīng)過濾、修飾液添加、高濃度稀釋等處理環(huán)節(jié)后，去掉酒頭酒尾，進(jìn)入清酒罐，等待灌裝。2.2.1原料制備大麥?zhǔn)侵圃炱【频闹饕?，在進(jìn)入釀造過程之前，首先要將大麥在5°C6°C水中浸泡數(shù)日，后烘晾510天，促其發(fā)芽。2.2.2糖化過程糖化過程是麥汁制

34、備和處理的過程，其主要目的是將原料中的非水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成水溶性物質(zhì)，特別是可發(fā)酵性糖，此為麥汁發(fā)酵生成啤酒的前提條件。啤酒糖化生產(chǎn)過程是啤酒生產(chǎn)的第一個關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，對整個啤酒生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量、消耗等影響很大。糖化過程工藝指標(biāo)控制的好壞，對啤酒的穩(wěn)定性、E1感、外觀會起到?jīng)Q定性的影響，整個糖化過程主要包括原料粉碎、糊化、糖化、過濾、煮沸、沉淀、冷卻等生產(chǎn)工序。(1)原料粉碎粉碎是對麥芽和大米進(jìn)行機(jī)械破碎的過程，粉碎設(shè)備主要由料倉、提升機(jī)、粉碎機(jī)等單元設(shè)備組成。粉碎方式主要有干法粉碎、濕法粉碎、回潮粉碎和錘式粉碎四種。干法粉碎是將儲存的麥芽、大米等干粉碎物直接進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎；濕法粉碎是將麥芽、

35、大米等浸泡1520分鐘后再進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎；回潮粉碎是介于干法粉碎與濕法粉碎之間的一種改良粉碎法。麥芽等粉碎物在進(jìn)入粉碎機(jī)之前，用50°C的蒸氣或水霧噴濕，使皮殼吸水后立即進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。不同的粉碎方式、不同的啤酒廠，其粉碎工藝各有不同。以典型的浸濕回潮粉碎過程為例，其操作流程可以簡單歸納為：由儲倉運(yùn)來的麥芽、大米等物料首先進(jìn)入分離篩，除去大塊的臟物，對干粉碎物進(jìn)行噴淋浸濕(噴淋水稱為浸漬水)，將麥芽、大米分別進(jìn)入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，同時用調(diào)釀造水(調(diào)漿水)再度淋濕，形成麥芽漿、大米漿，用泵自鍋底將麥芽漿、大米漿分別送入糖化鍋及糊化鍋。在粉碎系統(tǒng)中，除了實(shí)現(xiàn)料倉控制粉碎機(jī)控制、原料

36、計量等一般測控要求以外，主要還包括浸漬水和調(diào)漿水的流量、溫度以及PH值控制。(2)糊化和糖化酒精是啤酒的重要組成部分，它是由糖發(fā)酵而來。糊化和糖化可以簡單地理解為淀粉分解轉(zhuǎn)化為糖的過程。糊化：在熱水溶液中，水分子大量進(jìn)入淀粉分子中，淀粉顆粒膨脹、破裂，形成乳性的溶液，在這一膨脹過程中沒有發(fā)生物質(zhì)的分解。糖化：通過淀粉酶的作用，把已經(jīng)液化的淀粉分解成麥芽糖和糊精。糖化過程如圖2-2所示。在糖化過程中主要產(chǎn)生下列可被啤酒酵母發(fā)酵和不可發(fā)酵的淀粉分解產(chǎn)物。 圖2-2糖化過程糊精：不可發(fā)酵；麥芽三糖：能被所有高發(fā)酵度酵母發(fā)酵。只有當(dāng)麥芽糖發(fā)酵完后，酵母才能分解它(在后酵儲存時分解，所以稱為后發(fā)酵性糖)

37、；麥芽糖及其他雙糖：能被酵母又快又好的發(fā)酵，稱為主發(fā)酵性糖；葡萄糖：最先被酵母發(fā)酵，稱為起發(fā)酵性糖。為保證啤酒質(zhì)量，淀粉必須徹底分解成糖及糊精。這個過程也是麥汁制備中最重要的過程。由于浸出物主要是在糖化中通過酶的作用產(chǎn)生，為了使該過程能夠盡最大可能形成更多、更好的浸出物，酶必須工作在最佳溫度及PH值范圍內(nèi)，使其充分發(fā)揮作用。麥汁中的各種糖分和糊精共同影響著啤酒的質(zhì)量，因此在糖化時必須注意影響淀粉分解的各種因素，這些因素主要有：糖化過程中的溫度：62°C63°C的糖化溫度，可以得到最大量的麥芽糖和最高的最終發(fā)酵度，不同的時間段糖化溫度各有不同，各階段的休止溫度是：48

38、6;C-50°C蛋白質(zhì)休止、62°C-65°C麥芽糖形成休止、70°C-75°C糖化休止、78°C并醪(將原料不同或溫度不同的醪液混合)糖化休止；糖化時間：隨著時間的延長，浸出物溶液的濃度、麥芽糖的含量、最終發(fā)酵度也在不斷的提高，但提高過程也將越來越慢；醪液的PH值：醪液的PH值在5556時，可提高浸出物的濃度，形成較多的可發(fā)酵性糖；醪液濃度：在稀醪中，更多的浸出物可以溶出，但濃醪可以更好的保護(hù)酶。糖化方法有兩大類：煮出糖化法和浸出糖化法。前者首先在糊化鍋中把大米漿按溫度曲線進(jìn)行糊化，再通過醪泵和糖化鍋中的麥芽漿混合，并且開始升溫糖化

39、，然后將混合醪液的一部分分到糊化鍋加熱到沸點(diǎn)再與其余醪液混合，最后達(dá)到糖化終了溫度；后者是純粹利用酶的分解作用進(jìn)行糖化的方法，和煮出法比較沒有分醪煮沸的步驟。為使生產(chǎn)出的啤酒達(dá)到期望值，在糖化中需要注意以下幾個要點(diǎn)：溫度控制(滯后時間約為lmin)；合理攪拌：進(jìn)行攪拌可以使麥芽和水充分混合，促進(jìn)酶反應(yīng)完全，但攪拌應(yīng)分階段進(jìn)行，并避免高速攪拌；醪液的PH值；避免醪液吸氧；糊化鍋防溢控制等等。其中，糊化與糖化的溫度控制是關(guān)鍵。一方面，這是一個生化反應(yīng)過程，溫度對麥汁產(chǎn)量和質(zhì)量的影響都非常大，各種分解酶都需要在各自特定的溫度下才能發(fā)揮其最佳作用；另一方面，這也是一個能耗很大的過程，如何在自動運(yùn)行過程

40、中盡可能降低能耗，也是衡量整個系統(tǒng)質(zhì)量的一個關(guān)鍵。(3)過濾糖化過程結(jié)束后的醪液中含有水溶性物質(zhì)和非水溶性物質(zhì)。浸出物的水溶液叫“麥汁"，非水溶性物質(zhì)叫“麥糟”，麥糟中主要含有麥皮、葉芽和其他物質(zhì)，這些物質(zhì)不溶子水。啤酒生產(chǎn)僅把麥汁作為原料送到發(fā)酵環(huán)節(jié)進(jìn)行發(fā)酵，為達(dá)到目的，就必須盡最大可能使麥汁與麥糟分離，該分離過程叫做“過濾”。麥汁過濾有過濾槽過濾及過濾機(jī)過濾兩種方式，采用過濾槽方式過濾時，麥糟起著過濾介質(zhì)的作用；采用過濾機(jī)過濾時，麥糟則不作為過濾介質(zhì)。目前，我國的大多數(shù)廠家采用過濾槽方式過濾，整個過濾過程分為以下幾個步驟：預(yù)熱水、泵入醪液、靜置、混濁麥汁回流、頭道麥汁過濾、洗糟和

41、洗糟麥汁過濾、排糟等等。(4)煮沸麥汁煮沸是一項復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其主要目的是穩(wěn)定麥汁成分。麥汁煮沸主要作用有：酶的鈍化：破壞麥芽酶的活力，使其失去作用，主要是停止淀粉酶的作用，穩(wěn)定麥汁中可發(fā)酵性糖和糊精的比例，以保持麥汁組分和發(fā)酵的一致性。麥汁滅菌：通過煮沸，消滅麥汁中存在的各種菌類，避免發(fā)酵時產(chǎn)生麥汁敗壞，以保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。蛋白質(zhì)變性與絮凝沉淀：煮沸過程中析出某些受熱變性及絮凝沉淀的蛋白質(zhì)，提高啤酒的非生物穩(wěn)定性。蒸發(fā)水分：蒸發(fā)麥汁中多余的水分，使麥汁濃縮到要求的濃度。酒花成分的浸出：在煮沸過程中添加酒花，將其所含的成分浸出，賦予啤酒獨(dú)特的苦味和香味。其他：包括降低麥汁的PH值、提高

42、麥汁的色度及麥汁的抗氧化能力、蒸發(fā)出不良的揮發(fā)性成分等等。煮沸過程的控制主要包括：(a)蒸發(fā)強(qiáng)度的(煮沸強(qiáng)度)控制：也就是溫度的控制(滯后時間約為lmin)。煮沸的蒸發(fā)過程可以分為兩個階段：小蒸發(fā)階段和大蒸發(fā)階段。小蒸發(fā)階段是指開蒸汽升溫到鍋內(nèi)溫度達(dá)到沸騰溫度為止的過程大蒸發(fā)階段即從沸騰開始到煮沸結(jié)束關(guān)蒸汽的過程。在大蒸發(fā)階段中，需要根據(jù)麥汁濃度控制蒸發(fā)強(qiáng)度以達(dá)到控制麥汁濃度的目的。(b)補(bǔ)水溫度以及補(bǔ)水量的定量控制。(c)煮沸鍋防溢控制。(d)酒花及其它輔料添加控制等等。(5)澄清、冷卻煮沸結(jié)束時的麥汁總是含有冷、熱凝固物，冷、熱凝固物對以后的啤酒釀造有不利的影響，會損壞啤酒質(zhì)量，所以必須將

43、其除去。麥汁冷卻與凝固物的分離一般分兩步進(jìn)行：(a)麥汁預(yù)冷卻與熱凝固物的分離：降低麥汁溫度，促進(jìn)熱凝固物的沉淀并將其除去。(b)麥汁冷卻和冷凝固物的析出和分離：預(yù)冷卻的麥汁通過激冷，最后達(dá)到發(fā)酵要求的溫度，同時析出凝固物，并將其排除。麥汁的冷卻在薄板冷卻器中進(jìn)行，通常用冰水作冷媒將熱麥汁從9598冷卻至6°C8°C的接種溫度。至此，整個糖化環(huán)節(jié)基本結(jié)束，生產(chǎn)出的麥汁泵入發(fā)酵罐轉(zhuǎn)入發(fā)酵環(huán)節(jié)。2.2.3發(fā)酵過程發(fā)酵過程是啤酒生產(chǎn)中另一個非常重要的環(huán)節(jié)，這個過程可以理解為把麥汁轉(zhuǎn)化為啤酒的過程，整個發(fā)酵過程同樣也包含若干道生產(chǎn)工序。例如：麥汁充氧、酵母添加、發(fā)酵、過濾、修飾以及

44、酵母培養(yǎng)等等。(1)麥汁充氧和酵母添加麥汁在泵入發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵之前，麥汁中需要加入適量的酵母，整個發(fā)酵過程可以簡單的理解為酵母把麥汁中的糖類分解成C2H50H、H20及其它產(chǎn)物的過程酵母進(jìn)入麥汁以后，首先需要進(jìn)行繁殖。而酵母繁殖需要氧氣，為了酵母的繁殖，必須使酵母活化并進(jìn)入發(fā)酵階段，因此必須給酵母提供足夠的氧氣。在啤酒釀造過程中，麥汁充氧是唯一的一次給酵母提供氧氣的機(jī)會。酵母會在幾小時內(nèi)消耗掉提供的氧氣，對麥汁質(zhì)量無損害。麥汁充氧和酵母添加可在同一設(shè)備中進(jìn)行，使酵母和氧氣均勻地加入和溶入麥汁之中。因此，這個過程我們需要在一定時間內(nèi)對二者進(jìn)行量的控制。(2)發(fā)酵啤酒發(fā)酵是一個復(fù)雜的微生物代謝過程

45、，這是啤酒生產(chǎn)過程中耗時最長的一個環(huán)節(jié)。簡單的說啤酒發(fā)酵就是把糖化麥汁中的糖類分解成為C2H5OH、C02和H20的過程，并釋放出大量的熱量。同時在發(fā)酵過程中還會產(chǎn)生種類繁多的中間代謝產(chǎn)物(發(fā)酵副產(chǎn)物)，雖然這些代謝產(chǎn)物的含量極少，但它們同酒花成份一起對啤酒的質(zhì)量和口味起著決定性的影響。發(fā)酵副產(chǎn)物既可以使啤酒口味豐滿，也能對啤酒口味、發(fā)泡持性等產(chǎn)生不利的影響。通常發(fā)酵副產(chǎn)物可以分為兩類：(a)生青昧物質(zhì)。例如雙乙酰(聯(lián)二酮)、醛、硫化物等，這些物質(zhì)賦予啤酒不純正、不成熟、不協(xié)調(diào)的口味和氣味。它們可以在發(fā)酵過程中通過生化途徑從啤酒中分離出去，這是啤酒后酵的目的。(b)芳香物質(zhì)。例如高級醇、酯等，

46、這些物質(zhì)主要決定啤酒的香味，在一定的濃度范圍內(nèi)，它們的存在是優(yōu)質(zhì)啤酒的前提條件。整個發(fā)酵過程可以分為主酵和后酵兩個階段：(a)主酵。這個階段又稱為前酵。麥汁接種酵母進(jìn)入發(fā)酵罐幾小時以后逐漸開始主發(fā)酵，麥汁糖度下降，產(chǎn)生C02，反應(yīng)熱的釋放使整個罐內(nèi)的溫度逐漸上升。經(jīng)過23天后進(jìn)入發(fā)酵最為旺盛的高泡期，再過2-3天，降糖速度變慢，糖度很低，酵母開始沉淀，進(jìn)行封罐發(fā)酵。此時，前酵基本結(jié)束，進(jìn)行降溫轉(zhuǎn)入后酵階段。普通啤酒在前酵時的溫度要求控制在12°C左右，從前酵進(jìn)入后酵的降溫過程，其降溫速度一般控制在0.3°Ch.(b)后酵。當(dāng)罐內(nèi)溫度從前酵的12°C降到8°

47、;C左右時，后酵階段開始了，這一階段最主要的目的是進(jìn)行雙乙酰還原。此外，后酵階段還完成殘?zhí)前l(fā)酵，充分沉淀蛋白質(zhì)、降低氧含量，提高啤酒的穩(wěn)定性。一旦雙乙酰指標(biāo)合格，發(fā)酵罐進(jìn)入第二個降溫過程，約以0.15°Ch的速率把罐內(nèi)發(fā)酵溫度從5°C降到O°C-1左右進(jìn)行貯酒，以提高啤酒的風(fēng)味和質(zhì)量。經(jīng)過一段時間的貯酒，整個發(fā)酵環(huán)節(jié)基本結(jié)束。通常，發(fā)酵液溫度要求控制在給定溫度的士03范圍之內(nèi)，以期達(dá)到理想的發(fā)酵狀況。另外，在不同的發(fā)酵階段，對發(fā)酵罐內(nèi)溫度場也有相應(yīng)的要求：在前酵階段希望發(fā)酵罐內(nèi)從罐項到罐底有一正的溫度梯度(上段溫度高于下段溫度)，以利于發(fā)酵液對流和酵母在罐內(nèi)的均勻

48、混合。在后酵階段，則要求發(fā)酵液由上到下必須有一定的負(fù)溫度梯度，便于酵母的沉淀和排出。在發(fā)酵過程中，各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度受一系列因素的影響。例如：麥汁特性、酵母特性、酵母數(shù)量、運(yùn)動情況、發(fā)酵壓力和發(fā)酵溫度，其中發(fā)酵壓力和發(fā)酵溫度是可以通過外部控制的兩個極其關(guān)鍵的因素。壓力不斷上升會使溶解在啤酒中的C02不斷增加，同時使發(fā)酵、酵母增殖和發(fā)酵副產(chǎn)物的形成逐漸停止。發(fā)酵溫度的上升會使發(fā)酵速度明顯加快。一般認(rèn)為，低溫發(fā)酵可以降低雙乙酰、脂類等代謝產(chǎn)物的含量，可以提高啤酒的色澤和口味。高溫發(fā)酵則可以加快發(fā)酵速度，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。相比之下，發(fā)酵壓力的控制并不存在太多技術(shù)難度。因此，如何掌握好啤酒發(fā)酵過

49、程中的發(fā)酵溫度，控制好溫度的升降速率是決定啤酒生產(chǎn)質(zhì)量的核心內(nèi)容之一。所以在整個啤酒發(fā)酵周期需要對發(fā)酵溫度作嚴(yán)格的控制，其典型控制曲線如圖2-3所示，不同品種、不同工藝所要求的溫度控制曲線會略有不同。 圖2-3溫度控制曲線oa段：自然升溫段，不需要外部控制；ab段：主酵階段，溫度控制為12°C；bc段：逐漸降溫進(jìn)入后酵，降溫速度為0.3°Ch；cd段：后酵階段，溫度控制為5°C/h；de段：降溫進(jìn)入貯酒階段，降溫速度為0.15°Ch。在發(fā)酵期間，一般是往附著于罐壁上的冷卻夾套內(nèi)通入致冷酒精水或氨來吸收生化反應(yīng)熱，以維持適宜的發(fā)酵溫度，致冷量通過調(diào)節(jié)冷媒流

50、量來控制。單從定性角度分析，可以得出關(guān)于發(fā)酵溫度控制對象的兩個明確結(jié)論：(a)大時滯性。由于發(fā)酵罐容積大(我國主要采用的發(fā)酵罐最大容積為120500m3)、內(nèi)部沒有攪拌裝置，所以整個熱交換過程十分緩慢，系統(tǒng)特性表現(xiàn)的時滯很大。正常情況下的l80m3發(fā)酵罐的等效滯后時間，前酵階段約為8l 5分鐘，到了后酵階段可達(dá)15-30分鐘。此外，生產(chǎn)原料質(zhì)和量、發(fā)酵進(jìn)程、冷媒物性以及生產(chǎn)環(huán)境等因素的變化也嚴(yán)重地影響著實(shí)際的對象特性。(b)時變性。在一個生產(chǎn)周期內(nèi)，發(fā)酵深度和冷媒物性都是變化的，冷媒溫度一般也是變化的(例如作為冷媒的酒精水通常會在-4C-10范圍內(nèi)變化)。這也使得對象模型具有明顯的時變性。因此

51、，發(fā)酵溫度成了整個控制系統(tǒng)的控制難點(diǎn)。(3)啤酒過濾和殺菌主酵、后酵結(jié)束以后，啤酒將通過過濾機(jī)和高溫瞬時殺菌進(jìn)行生物以及膠體穩(wěn)定處理然后灌裝。啤酒過濾是一種分離過程，其主要目的是把啤酒中仍然存在的酵母細(xì)胞和其它混濁物從啤酒中分離出去，否則這些物質(zhì)會在以后的時間里從啤酒中析出，導(dǎo)致啤酒混濁，目前多采用硅藻土過濾方式。如果啤酒中仍含有微生物(雜菌)，則微生物可以在啤酒中迅速繁殖，導(dǎo)致啤酒混濁，其排泄的代謝產(chǎn)物甚至使啤酒不能飲用。殺菌就是在啤酒罐裝之前對其進(jìn)行生物穩(wěn)定性處理的最后一個環(huán)節(jié)。這個過程的工藝目的非常明確，所設(shè)計的自動控制內(nèi)容主要包括：啤酒流量的控制、過濾機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)動控制、殺菌溫度和殺菌時

52、間的控制等等。(4)酵母擴(kuò)培發(fā)酵所必須的酵母通過純種培養(yǎng)獲得，整個培養(yǎng)過程通常分為3個階段：獲得合適的酵母細(xì)胞、實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)培和車間擴(kuò)培。其中酵母的車間擴(kuò)培需要控制擴(kuò)培溫度、充氧、CIP及其他一些控制內(nèi)容。第三章PLC在啤酒生產(chǎn)麥芽烘干過程中的應(yīng)用麥芽是啤酒生產(chǎn)中的主要原料，麥芽的烘干過程控制對麥芽的品質(zhì)有直接的影響。本文介紹一種應(yīng)用PLC控制的燃油循環(huán)式谷物烘干機(jī)，它選用S7-300型PLCCPU312型PLC作為控制器，可實(shí)現(xiàn)對麥芽烘干全過程的控制。大麥?zhǔn)侵圃炱【频闹饕?，在進(jìn)入釀造過程之前，首先要將大麥在5°C1O°C水中浸泡數(shù)日后烘晾510天，促其發(fā)芽，然后對麥芽進(jìn)行

53、加熱或熏烤處理，即烘干。烘干溫度根據(jù)麥芽的種類在80°C200°C之間選擇確定。由于烘干方法、烘干溫度以及烘干時間的不同，麥芽的色澤、甜度、口味、芳香和其他品質(zhì)都會有所不同。麥芽的正常顏色在黃色和黑色之間，烘干溫度高或烘干時間長則麥芽顏色較深，反之則顏色較淺。深色(紅或黑色)麥芽常用于調(diào)節(jié)啤酒的顏色。烘烤較輕的麥芽能產(chǎn)生較多的可發(fā)酵糖，而烘烤較重的麥芽則不易發(fā)酵。因此烘干過程對啤酒生產(chǎn)起關(guān)鍵作用。本文介紹用PLC對大麥烘干過程進(jìn)行自動控制。31麥芽烘干工藝流程麥芽烘干的工藝流程可以用圖3-1所示的工藝流程來描述。主要過程包括以下幾個方面。(1)大麥經(jīng)送料斗進(jìn)入提升機(jī)，在此判斷水分是否超標(biāo)；(2)如果水分超標(biāo)，則經(jīng)上絞龍、調(diào)質(zhì)倉和干燥倉進(jìn)行烘干處理，再經(jīng)排糧倉和上絞龍返回提升機(jī)；(3)對烘干后的大麥再判斷