计算机控制课程设计啤酒发酵计算机温度控制系统设计.doc

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1、 课程设计报告题目：啤酒发酵计算机温度控制系统设计课程： 计算机控制技术课程设计 专业： 自动化 班级： 姓名： 学号： 计算机控制系统课程设计一、课题名称啤酒发酵计算机温度控制系统设计二、课程设计目的1掌握总线式工业控制机控制系统硬件方案设计，包括工业控制机、模拟输入、输出通道设计和元器件选型，掌握模拟量输入、输出通道及接口连接线路绘制。2掌握工业控制机控制系统软件方案（数学模型分析、控制策略、控制算法等）设计，掌握数据采集及处理程序、控制算法程序和模拟量输出程序流程图及软件编程。三、啤酒发酵温度控制系统设计要求1.啤酒发酵工艺简介啤酒发酵是一个复杂的生物化学过程，通常在锥型发酵罐中进行。在

2、二十多天的发酵期间，根据酵母的活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵给定温度曲线，如下图所示。要使酵母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗和双乙酰等杂质含量达到最佳状态，必须严格控制发酵各阶段的温度，使其在给定温度的0.5范围内。 2、系统控制要求（1）现要求控制1个200m3的锥形啤酒发酵罐，每个罐测量3个参数，即发酵罐的上、中、下三段温度，三段温度的测量范围：-20+50，共有三个温度测量点，因此需检测3个参数。(2)自动控制各个发酵罐中的上、中、下三段温度使其按上图所示的工艺曲线运行，温度控制误差不大于0.5。共有3个控制点。四、课程设计内容采用总线式工业控制机完成啤酒发酵温度控制系统设计，包括硬件

3、总体方案设计和软件总体方案设计：1、 硬件总体设计方案采取的各种硬件如图可以看出其原件的选择.CRTK型热电偶转换电路FX2N-4AD-TCT1PLC-FX2NT2T3键盘ZDLP-6B打印机转换电路FX2N-4DA-TCT1T2T3三菱FX2n-4AD是三菱电机公司推出的一款FX2N系列PLC模拟量输入模块，有CH1CH4四个通道，每个通道都可进行AD转换，分辩率为12位，采集信号电压为-10V+10V，分辩率5mV。电流输入时，为420mA或-2020mA，分辩率20uA。 FX2n-4AD内部有32个16位的缓冲寄存器(BMF)，用于与主机交换数据。 FX2n-4AD占用FX2n扩展总线

4、的8个点，耗电为5V，30mA。FX2N常用的模拟量输入模块有FX2N-2AD、FX2N-4AD、FX2N-8AD模拟量输入模块和温度传感器输入模块cc-link 模块CC-Link是Control&Communication Link（控制与通信链路系统）的缩写，在1996年11月，由三菱电机为主导的多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额，目前在欧洲和北美发展迅速。在其系统中，可以将控制和信息数据同时以10Mbit/s高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一个以设备层

5、为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。2005年7月CC-Link被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。K型热电偶作为一种温度传感器，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0到1300范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成2、 软件总体方案设计a、确定控制规律及算法，画出控制系统框图 否初始化判断连机?是AD模块设置温度设定值读入测量温度温度低于设定值否是PID计算控制加热输出温度比较低高电磁阀控制输出b、确定软件编程语言：三菱PLC判断P

6、LC与AD转换模块的连接程序:AD模块设定:温度设定(由于要求没给定,所以三个温度点为50,60,40摄氏度):c、数据采集及处理程序编程D0,D1,D2为温度检测存储位置.对温度的四舍五入.把测量值分别放在D6,D16,D26.d、控制算法程序编程e、模拟量输出程序编程 五、遇到的问题及分析解决方法在由理论出发构思整体设计的时候，发现有许多，需要自行设计的环节，比如说，多路转换，采样保持器等，这不仅浪费人力物力，还在技术上提高了一个等级的要求，后来发现，现在市场上的许多智能器件，已经做的非常的人性化，许多的功能已是多合一，不需再去设计所有的细节。当实际温度偏离标准温度是，自控系统无及时响应，

7、我们通过电磁阀去控制冷媒阀开启或关闭，发酵温度很快稳定在温度给定值上，且发酵温度变化曲线平缓，系统调节偏差仅为0.1，与传统的温度 系统的调节偏差1相比，控制质量大大提高。在秉承书本系统设计的五个原则的前提下，我们发现经济效益是最难控制协调的，提高前四个原则的话经济效益必然会降低。所以在设计欠我们找了很多的方案。从中对比各种方案中对于经济与其他原则的取舍、平衡。最后我们得到了我们的理论基础和基本方案。六、体会、收获通过这次的课程设计,由于不想用C语言来做这一个课程设计,我采用了PLC来做. 这样我深刻的了解到PLC的强大,而且由于PLC是工控类的,所以它比非工控类的来做这一程相对简点,就想AD

8、转换模块是可以直接帮你转换为数字信号,只用一句简单的程序就能实现.这一过程主要的难度在于数据的转换和处理,还有模拟量的输出控制.程序的编写也是一个很大的困难,因为对指令的用法还不过熟练,所以有些指令需要查指令表,了解各个指令对其操作数的效果.考虑被控对象为纯滞后的一阶惯性，还要采用Smith预估计控制算法，硬件方面对于温度的采集采用了K型热电偶然后利用FX2N-4AD来进行模数的转换和传递，因为程序比较多，所以只是截取了程序的主要部分展示在报告上面，数据采集还利用比较与乘除语句进行四舍五入，也就是控制的只有个位数，但使用PID控制误差还是在可接受范围。在仿真软件的仿真上能很好的实现所要求的目的。