基于PLC的啤酒发酵罐温度控制系统设计(7)

东北石油大学本科生毕业设计（论文）

（1）语句表

语句表（STL）语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员，用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件的语言。

一般来说，语句表语言在选用时主要应作如下考虑：

① 它更适合与熟悉可编程序控制器结构原理及逻辑编程的有经验的程序员。 ② 由于助记符是二进制机器代码的翻译，两者存在一一对应的关系，翻译后的机器代码被CPU直接执行，用语句表编写的控制程序在PLC主机中生成的源机器代码最短，因而执行速度最快。

③ 用这种语言可以编写出梯形图和功能图无法实现的程序。

用 STEP 7 MicroWIN /WIN32 进行编程时，可以利用语句表编辑器查看用梯形图或功能块图编写的程序，反过来，不一定能够全部用语句表现实出来。可见用语句表编程实现的功能多。

（2）梯形图

梯形图（LAD）最接近于继电器接触控制系统中的电器控制原理图，是应用最多的一种编程语言。

与计算机的语言相比，梯形图可以看作是PLC的高级语言，几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑。因此，它很容易被一般的电气工程设计人员和运行维护人员接受，是初学者理想的编程工具，所有厂商的可编程序控制器都支持梯形图语言。

（3）功能块图

功能块图（FBD）的图形结构与数字电子电路的结构极为相似。

功能块图中每个模块都有输入和输出端，输入和输出端的函数关系也是与、或、非、异或等逻辑，模块之间的连接方式与电路的连接方式也基本相同。熟悉电路工作的编程人员习惯使用这种语言。

比较三种语言的各自的特点最终选用梯形图为主要的编程语言。

5.1.2 PLC程序设计流程及原则

PLC程序设计一般应包括以下几个步骤： （1）程序设计前的准备工作

了解系统概况，形成整体概念。这一步工作主要是通过系统设计方案了解控制系统的全部功能、控制方式、输入/输出信号数量等。熟悉被控对象、编制出高质量的程序。通过熟悉生产工艺，深入细致地了解设备间的关系及以后可能出现的问题，使程序设计有的放矢。充分利用手头的硬件和软件工具。例如，硬件工具：编程器、FIT（工厂智能终端）。编程软件：西门子STEP 7 MicroWIN /WIN32

（2）程序框图设计

这步的主要工作是根据控制系统具体情况，确定应用程序的基本结构、按程序设计标准绘制出程序结构框图，然后再根据工艺要求，绘制出各功能单元的详细功能框图。

（3）编写程序

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编写程序就是根据设计出的框图逐条地编写控制程序，这是整个程序设计工作的核心部分。本次毕业设计使用STEP7编程工具。另外，编写程序过程中要及时地对编出的程序进行注释，以免忘记其间的关系，要随编随注。

（4）程序测试

程序测试是整个程序设计工作中一项很重要的内容，可以初步检查程序的实际效果。 （5）程序调试

程序调试的任务是进一步诊断和改正软件中的错误。 （6）编写程序说明书

程序说明书是对程序的综合说明，是整个程序设计工作的总结。 PLC系统控制程序的原则：

控制软件采用全符号化的梯形图编写。设计程序时应充分考虑系统的资源，尽量减少程序逻辑扫描时间，提高控制的实时性。

主程序：在程序的主体中放置控制应用指令，主程序中的指令按顺序在CPU的每一个扫描周期执行一次。子程序：它们是程序的可选部分，只有当主程序调用他们时，才能够执行。中断程序：它们是程序的可选部分，只有当中断事件发生时，才能够执行。

5.1.3 STEP7-Micro/WIN 32

STEP7-Micro/WIN 32是S7-200系列的PLC的编程软件。可以对S7-200的所有功能进行编程。该软件可以在Windows平台上运行，其基本功能是协助用户完成应用软件任务。例如创建用户程序、修改和编辑过程中编辑器具有简单的语法检查功能，还可以直接用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控。本系统中采用的PID算法可由PID指令直接生成[19]。

STEP7-Micro/WIN 32编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为S7-200 系列PLC设计开发，它的功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可实时监控用户程序的执行状态。现在加上全中文化程序后，可在全中文的界面下进行操作，用户使用起来更加方便[20]。如图5-1所示，STEP 7-Micro/WIN项目窗口为创建控制程序提供了一个便利的工作环境。工具栏提供有常用的菜单命令的快捷按钮。操作栏为访问STEP 7-Micro/WIN中不同的程序组件提供了一组图标。指令树显示了所有的项目对象和创建控制程序所需要的指令。程序编辑器中包括程序逻辑和局部变量表。在程序编辑器的底部有子程序和中断服务程序的标签。点击这些标签，可以在主程序、子程序和中断服务程序之间切换。

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图5-1 STEP 7--Micro/WIN项目窗口

5.2 控制程序流程图

5.2.1 发酵温度控制系统流程图

PLC实现啤酒发酵温度控制的主要任务是接受由发酵罐传来的温度、压力模拟量输入信号，然后与工艺曲线设定温度值进行比较，计算出温度偏差值，再使用简单的PID控制回路计算出电磁阀的开度，从而实现对发酵罐温度的控制。为了达到预定的控制效果，采用自动或由操作人员手动选择控制的方法。 程序中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。根据啤酒发酵温度控制各阶段转换条件及控制要求，画出图5-2单罐啤酒发酵温度控制系统流程图。

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启动初始化进程a降温保温阶段麦汁进罐100小时定时到N满罐NY温度T=3℃NY满罐温度保持Y后酵保温段10小时定时到N48小时定时到NY主酵自然升温段Y第二次降温段温度T=12℃N72小时定时到NY双乙酰还原段（12℃）Y温度T=-1℃N糖度达标NY贮酒保温段Ya出酒

图5-2 单罐啤酒发酵温度控制系统流程图

5.2.2 控温程序流程图设计

根据啤酒发酵工艺流程要求及系统功能分析，设计出实现啤酒发酵温度自动控制的双乙酰还原阶段、降温保温阶段、后酵保温阶段、第二降温阶段、贮酒保温阶段等控温阶段基本的程序流程图如图5-3。

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开始初始化读开关量信号状态模拟量读取处理温度、压力超限N工作方式选择Y故障报警处理自动手动设定发酵温度时间曲线计算实际工作时间计算温度设定值输出电磁阀开关状态Y读取实际温度值温度设定值等于实际温度NPID运算输出控制冷媒电磁阀罐状态操作

图5-3 控温程序流程图

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