啤酒发酵温度控制

攀枝花学院本科毕业设计（论文）啤酒生产自动控制系统设计学生姓名： XXX学生学号： XXX院（系）：电气信息工程学院年级专业： XX指导教师： XXX助理指导教师：二〇一X年六月攀枝花学院本科毕业设计（论文）摘要摘要在啤酒发酵过程中, 温度是决定啤酒口感和风味的一个重要指标, 但存在现场温度控制较困难的客观因素。

为满足啤酒生产向着连续化, 自动化方向发展, 对啤酒发酵过程中的温度实行计算机自动控制是具有重要意义的。

对功能要求不多,工程成本要求低廉的分散控制系统,大型DCS系统并不是最佳选择。

本论文的主要工作就是设计采用SunyPCC800小型集散控制系统来控制啤酒发酵过程的温度。

SunyPCC800能很好地控制啤酒发酵各阶段的温度，使得发酵过程能按照正常的工艺要求进行，达到预期的生产效果。

本系统不仅具有控制可靠安全,控制算法灵活,用户操作界面方便、丰富,而且设计灵活多变,成本低廉,在啤酒生产自动化中具有广泛的应用前景。

关键词：集散控制系统，发酵温度，温度控制ABSTRACTIn the process of beer fermentation, the temperature of beer taste and flavor is an important index, but the objective factors of the temperature control more difficult. To satisfy beer production towards continuous, automatic direction development, to implement the computer automatic control in the process of beer fermentation temperature is significant. Not to function requirement, low engineering cost requirements of distributed control system, large DCS system is not the best choice. The main work of this paper is to design using SunyPCC800 small distributed control system to control the temperature of beer fermentation process. SunyPCC800 can well control in different stages of the beer fermentation temperature, fermentation process can be carried out in accordance with the normal process requirement, achieve the desired effect in production. This system not only has control and reliable safety, flexible control algorithm, user interface and convenient operation, rich, and flexible in design, low cost, has extensive application prospect in the beer production automation.Keywords: distributed control system，temperature，temperature control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 ............................................................................................................................ I II 1 概述 (1)1.1 绪论 (1)1.2 啤酒发酵控制系统方案综述 (1)2 啤酒发酵工艺概述 (4)2.1 啤酒发酵 (4)2.1.1 啤酒发酵历史 (4)2.1.2 啤酒发酵过程 (4)2.2 发酵各阶段温度控制机理 (5)2.3 啤酒发酵设备概述 (7)2.4 啤酒发酵温控基本要求 (7)2.5 啤酒发酵工艺流程 (8)3 控制系统设计 (11)3.1 被控对象 (11)3.2 发酵过程控制回路 (11)3.3控制系统设计 (12)3.3.1 DCS在啤酒发酵中应用 (12)3.3.2 系统设计 (12)4 系统硬件和软件配置 (14)4.1系统硬件 (14)4.1.1控制系统的构成 (14)4.1.2系统硬件结构及工作原理 (14)4.1.3控制站功能 (14)4.2系统软件 (15)4.2.1组态软件 (16)4.2.1监控软件 (16)4.2.1控制软件 (16)5 本系统的优点和特色 (18)结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)1 概述1.1 绪论啤酒是目前世界上产量以及消费最大的一种酒，特别是北美地区和欧洲国家的总产量以及人均消费量都在世界前列，我国随着改革的开放以及现代化建设，人民生活水平不断断提高，啤酒己成为人们的时尚饮品，市场的宠儿，产量直线上升，进入九十年代后产量逐年增加，目前已成为仅次于美国的世界第二大啤酒产销国，令世界啤酒界人士刮目相看。

但是我国人均啤酒消费水平只有8升，仅相当于世界水平的1/3差距很大；近年来，虽然我国的啤酒装备配套水平有很大提高，但与国外的主要啤酒生产厂家相比大部分企业技术落后，国内的啤酒行业迫切要求进行技术改造，提高生产率，保证产品质量，以确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。

由于啤酒生产的工艺复杂，目前我国大多数啤酒生产企业技术装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。

如何提高啤酒生产的综合自动化水平，增强我国啤酒产业的综合实力是一个很好的研究课题。

啤酒发酵是啤酒生产过程非常重要的环节，是决定啤酒质量的最关键的一步，特别是对发酵过程中温度、压力的控制尤其重要，控制指标的好坏将直接影响啤酒的质量。

早期，由于人们对发酵机理认识不深，再加上采用控制器的限制，对发酵采取自动控制未能成功。

随着人们对发酵机理的逐步认识，并随着可靠性高、能经受恶劣环境器件的引用，对发酵采用自动控制逐渐取得成功。

啤酒发酵具有非线性、时间滞后和大惯性等特征，发酵过程的精密控制一直是自动控制领域较难解决的问题之一。

啤酒的发酵工艺，生产周期一般在十五天，并且要求发酵液温度严格地按照工艺曲线变化。

温度控制的精度一般在±0.5℃范围内，这样的控制精度光凭传统的热工仪表和手工操作方式是完全不够满足要求的，但是目前国内的许多生产厂家都是采用这种方式进行生产。

随着控制领域新技术、新方法的不断发展，这些问题也在不断地得到解决。

改良啤酒发酵生产过程自动化控制是酿造业技术进步的有效手段，它能在相同的原材料和动力消耗下增加啤酒质量和啤酒口感，还可以减少劳动量、改善工作条件、提高啤酒的发酵工艺水平及生产管理水平。

所以，改良啤酒发酵控制应用具有比较乐观的前景，能产生较大的经济效益，具有很大的实用价值。

1.2 啤酒发酵控制系统方案综述目前，国内啤酒生产（糖化、发酵工段）的控制水平基本上可以分为四个档次。

1．完全手动操作方式操作人员在现场或集中操作盘上控制主要设备的启停。

阀门则需要操作员到现场进行操作。

在这种生产方式下的啤酒生产控制全部由人工操作。

生产工艺参数不能得到可靠执行，导致一致性比较差，所以啤酒的质量受人工因素影响较大。

这也导致啤酒口味稳定性较差。

而且操作员的劳动强度非常大，主要的生产设备和装置不能够在最佳状态进行工作。

而且这种操作方式对原材料利用率比较低，产品消耗巨大的能量。

2．集中手动控制方式集中手动控制方式又称半自动控制方式，采取数据采集器等手段采集各种过程量然后送入控制室，控制室安装有上位机或模拟屏，在上位机或模拟屏上显示各种流量、温度、液位和压力等许多过程参数和阀门、电机的开启状态，实行对生产过程进行监控。

3．常规单变量PID控制在啤酒发酵温度控制系统中，常规单变量PID是以发酵罐中部的温度为被控量，中部冷却阀门的开度为控制量，阀门开度在发酵的不同阶段具有不同的比例系数，比例系数则主要靠操作员的经验，是非常典型的单变量控制策略。

但是，痛过分析，啤酒的发酵过程是一种多变量控制的过程，因此，单变量控制不能解决发酵罐上、中和下3个冷却带耦合问题，所以比例系数依赖于操作员的经验，导致控制精度受到严重影响。

4．模糊控制策略模糊控制策略虽然不需要建立被控对象并且能利用其非线性结构的精确数学模型，在某些程度上提高了系统的准确性，也能满足实际生产的需要，但是离线建立的模糊控制规则表不能在线修改是其比较大的缺陷。

啤酒工业目前的技术特点是向自动化、大型化、生产期短和经济效益高的方向来发展。

最近十年，我国的啤酒工业得到了快速发展，但由于起步时间较晚，生产设备落后，自动化程度较低，导致产品效率低，产品质量也不佳，酿酒能耗较大，这些都是我国啤酒工业急需解决的问题。

啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法。

由于每个发酵罐都存在个体的差异，而且在不同的工艺条件下，不同的发酵菌种下，对象特性也不尽相同。

因此很难找到或建立某一确切的数学模型来进行模拟和预测控制我国大部分啤酒生产厂家目前仍然采用常规仪表进行控制，人工监控各种参数，人为因素较多。

这种人工控制方式很难保证生产工艺的正确执行，导致啤酒质量不稳定，波动性大且不利于扩大再生产规模。

5．多变量控制对已有的单变量控制器进行改进，使其能达到某些生产要求的一个有效措施就是对罐体实行多变量控制的策略，薛福珍等人对系统进行Smith多变量解耦和预补偿之后，对控制变量进行了优化调节，并成功用于发酵发酵过程的温度控制，并且取得了令人满意的控制效果。

综上所述，每一种控制策略都有优有劣。

从长远发展的角度上来看，现代控制和智能控制都具有良好的发展前景，具有很高的研究价值和实用价值。

2 啤酒发酵工艺概述2.1 啤酒发酵2.1.1 啤酒发酵历史最初的纯种啤酒发酵所采用的酵母和发酵技术都是属于上面发酵，知道19世纪中叶，德国的哭学家才分离出了下面啤酒酵母，并研究出了下面发酵技术。

到目前为止，除英国、澳大利亚、加拿大、美国、德国等少数几个国家还保留上面发酵法以外，世界上的大多数啤酒厂都采用下面发酵法，下面发酵法生产的啤酒已占世界总产量的90%以上。