基于PLC的啤酒发酵罐温度控制系统设计(5)

东北石油大学本科生毕业设计（论文）

取决于酒液残糖量而不取决于发酵时间。

（2）为了保证贮酒在不同阶段的温度设定值，设有温度的上下限报警，为了保证罐内压力在不同阶段的压力设定值，设有压力的上下限报警。每个罐设有液位指示，可以作为装酒和成品计量用，还可以了解整个发酵过程的液位变化。整个系统还设定了手动操作和自动控制选择开关，在任意阶段都能够实现两者间的切换，实现了温度、压力的手、自动选择控制。程序中有人工阶段选择开关，可以在任意阶段间跳转，从而避免了因操作人员操作偶尔失误而无法实现后续程序正常运行的情况。

（3）上位计算机可以动态显示每个发酵罐的工艺流程，即温度、压力、进酒时间、酒龄及超限声光报警等，以便对发酵罐进行宏观管理，并具有阀门的开关状态显示，阀门的手自动控制，实时报表打印等功能。 能监视每个发酵罐的温度、压力周期曲线，当累积酒龄达到时，自动出信号，以便人工确定是否执行下步操作。

4.1.3 PLC控制系统方案

根据啤酒发酵工艺控制需求，充分考虑企业的综合实力、现状与发展等因素，设计PLC控制系统方案。通过对系统的整体分析，可以分析出来系统要提供21个开关量输入，16个开关量输出，五路模拟量的输入，实现啤酒发酵各阶段温度控制。表4-2表明各类具体信号及性质分类。

表4-2 输入/输出节点统计表

输入信号 启动麦汁进罐 关闭麦汁进罐 满罐温度保持 主酵自然升温段 双乙酞还原阶段 降温保温阶段 后酵保温阶段 第二降温阶段 贮酒保温阶段 发酵罐上部温度 发酵罐中部温度 发酵罐下部温度 发酵罐压力 发酵罐液位

手动方式 自动方式 开上冷媒开关电磁阀 开中冷媒开关电磁阀 开下冷媒开关电磁阀 关上冷媒开关电磁阀 关中冷媒开关电磁阀 关下冷媒开关电磁阀 开发酵罐排气阀 关发酵罐排气阀 系统启动SB1 系统急停SB2 输出信号 麦汁进罐泵运行 满罐温度保持指示 主酵自然升温段指示 双乙酞还原阶段指示 降温保温阶段指示 后酵保温阶段指示 第二降温阶段指示 贮酒保温阶段指示 上冷媒开关电磁阀 中冷媒开关电磁阀 下冷媒开关电磁阀 发酵罐排气阀 压力超限报警 温度超限报警 自动运行状态 首先，发酵工艺过程模拟量加温度、压力、液位以及各种阀门的状态，进人PLC。PLC可以根据工艺要求设定的程序自动完成模拟量和开关量的处理，通过控制算法，输出控制信号至执行机构，对阀门进行控制调节，从而完成发酵工艺过程的控制。同时，相关数据

17

东北石油大学本科生毕业设计（论文）

通过PLC的通信接口单元和上位机通信链路传至上位机和模拟屏；上位机及模拟屏相同的图形完成系统组态监控与动态处理。此外，为确保系统工作安全，系统设计了手动装置。在意外故障情况下，可以切换自动，进人手动状态，从而保证发酵工艺过程的正常运行。系统采用上下位机两级递阶结构。具体结构见图4-1。

打印机显示器键盘上位计算机CPUDMAIAIAIDODO现场传感器执行装置 图4-1 系统组成结构图

4.2 系统硬件配置

4.2.1 CPU的选型

SIMATIC S7-200系列是西门子公司生产的小型可编程程序控制器[14]，结构小巧，可靠性高，运行速度快，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，配有功能丰富的扩展模块，性能价格比非常高，在各行各业中的应用迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。

从CPU模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列小型可编程程序控制器发展至今，大致经历了两代。

在由于第一带产品已经过时，在这里只讨论第二带产品。

第二代产品其CPU模块为CPU22X，是21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配制的CPU单元：CPU221，CPU222，CPU224，CPU226，除CPU221之外，其他都可以加扩展模块。

（1）CPU 221

CPU221，输入输出点数只有10点，而且无扩展能力，具有高速计数器和高速脉冲输出端，CPU221多用于点数较少的开关量控制系统中。

（2）CPU222

CPU222，输入输出点数增为14点，具有扩展能力，最大扩展为78点数字量或10路模拟量的输入输出，存储容量也得到扩充，还新增了PID控制器。它的适应范围更广。

（3）CPU224

18

东北石油大学本科生毕业设计（论文）

它在CPU222的基础上使主机上的输入输出点数增为24点，扩展能力增强，最大可扩展为168点数字量或35点模拟量的输入输出，存储容量也进一步增加，还增加了高速计数器的数量，它具有较强的控制能力。

（4）CPU226

这种模块在CPU224的基础上功能又进一步增强，主机输入输出点数增为40点，具有扩展能力，最大扩展为248点数字量或35点模拟量，增加了通信口的数量，通信能力大大增强，它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。

根据对整个系统的考察，啤酒发酵温度PLC控制系统的I/O点数及类型确定，可知PLC要提供21个开关量输入和15个开关量输出，5个模拟量输入，同时考虑到要留有20%～30%的余量。通过比较S7200四种CPU的各种技术指标，选定CPU226为啤酒发酵温度PLC控制的控制器。S7-200CPU主要的性能指标见表4-3。

表4-3 S7-200CPU主要的性能指标

特性 外形尺寸 用户程序 用户数据 用户存储器类型 数据后备（超级电容）典型值 本机I/O 扩展模块数量 数字量I/O映像区大小 模拟量I/O映像区大小 33MHZ下布尔指令执行速度 FOR/NEXT循环 实数指令 整数指令 I/O映像寄存器 内部通用继电器 计数器/定时器 写入/写出 顺序控制继电器 CPU221 80*80*62 2048字 1024字 EEPROM 50小时 6入4出 无 256 无 CPU222 90*80*62 存储器 2048字 1024字 EEPROM 50小时 输入输出 8入/6出 2个模块 256 16如/16出 指令系统

CPU224 120.5*80*62 4096字 2560字 EEPROM 50小时 14入/10出 7个模块 256 32入/32出 CPU226 190*8.*62 4096字 2560字 EEPROM 50小时 24入/16出 72个模块 256 32入/32出 0.37us/指令 有 有 有 128I和128Q 256 256/256 无 256 0.37us/指令 有 有 有 主要内部继电器 128I和128Q 256 256/256 16/16 256 0.37us/指令 有 有 有 128I和128Q 256 256/256 32/32 256 0.37us/指令 有 有 有 128I和128Q 256 256/256 32/32 256 19

东北石油大学本科生毕业设计（论文）

附加功能 内置高速计数器 4H/W（20KHZ） 4H/W（20KHZ） 6H/W（20KHZ） 6H/W（20KHZ） 模块量调节电位1 1 2 2 器 脉冲输出 2（20KHZ，DC） 2（20KHZ，DC） 2（20KHZ，DC） 2（20KHZ，DC） 通信中断 硬件输入中断 定时中断 定时时钟 口令保护 通信口数量 支持协议 0号口 1号口 1发送/2接收 4，输入滤波器 2（1~255ms） 有（时钟卡） 有 1（RS-485） PPI，DP/T 自由口 N/A 1发送/2接收 4，输入滤波器 2（1~255ms） 有（时钟卡） 有 通信功能 1（RS-485） PPI，DP/T 自由口 N/A 1发送/2接收 4，输入滤波器 2（1~255ms） 有（内置） 有 1（RS-485） PPI，DP/T 自由口 N/A 1发送/4接收 4，输入滤波器 2（1~255ms） 有（内置） 有 PPI，DP/T 自由口 （同0号口） 4.2.2 模拟量扩展模块

4.2.2.1 PLC对模拟量信号的PID控制方式

用可编程控制器对模拟量进行PID控制时，可采用以下方式： （1）用PID过程控制模块：

这种模块的PID控制程序是可编程控制器生产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需设置一些参数，使用起来非常方 …… 此处隐藏：3129字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……