啤酒发酵过程温度控制的设计

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《啤酒发酵过程温度控制的设计》

大作业报告

专业计算机科学与技术

学号

姓名

日期2015.12.30

1、作业内容及任务

麦汁发酵过程是一个复杂的生物化学过程，通常在锥形发酵罐中进行。目前的处理方法多是在麦汁发酵期间，在二十多天的发酵期间，根据酵母的活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵曲线。要使酵母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗等达到最佳状态，必须严格控制各阶段的温度，使其在给定的温度曲线的±0.5℃范围内。发酵期间锥形发酵罐控制上、中、下三部分的温度，温度曲线见下图。

图1 发酵过程温度工艺曲线

通过啤酒发酵过程，掌握相关步骤。考查动手能力和对所学知识的掌握程度，以及查阅资料和收集信息能力。使设计者熟悉本设计的相关知识及培养解决设计过程中可能遇到问题的能力。

图2 发酵罐的测控点分布及管线图

2、对作业的认知或解读

麦汁发酵过程是啤酒生产中的一个重要环节。过去。啤酒发酵过程采用传统的手工操作控制，生产效率低，劳动强度大，不易于管理；啤酒质量差，产量低，

酒损多。有些啤酒生产厂家采用常规的仪表调节系统，虽然给企业带来一些益处，但也不利于现代化管理和机动灵活地修改工艺参数。采用计算机对啤酒发酵过程进行自动控制和现代化管理，很好地解决以上问题，获得了巨大的经济效益和社会效益。

图3 计算机控制系统原理图

3、系统结构模型框图

T1T30

图3 啤酒发酵过程计算机控制系统硬件框图

4、系统硬件元器件选型

WZP-231铂热电阻、RTTB-EKT 温度变送器进行温度测量和变送、I/V 变换

板、A/D板、电容式液位变送器及电动调节阀等

5、硬件设计

（1）模拟量输入通道设计本系统检测30个温度（T1~T30）、10个压力（p1~p10）、10个液位（H1~H10）。对于温度，我们选用WZP-231铂热电阻30支和RTTB-EKT温度变送器30只进行温度测量和变送，即将-20~+50℃变换成4~20mA DC信号变换成1~5V DC信号，最后把1~5V DC信号送至32路12位光电隔离A/D板IPC5488，从而实现温度的数据采集。对于压力，选用10台电容式压力变送器CECY-150G，进行压力测量变送，即将0~0.25MPa压力变换成10台电容式压力变送器4~20mA DC信号，同样经过I/V板送至A/D板。对于液位，选用10台电容式液位变送器CECU-341G（实际上是单法兰差压变送器），进行液位测量和变送，即将0~0.2MPa的差压转换成4~20mA DC信号，同样经I/V变换送至A/D板。

（2）模拟量输出通道设计本系统自动控制30个温度，即使用30个电动调节阀ZDLP-6B，通过调节阀门开度，从而调节冷却液（单酒精）流量，达到控制发酵温度的目的。

在模拟输出通道中，采用8路12位光电隔离D/A转换板IPC5486，将计算机输出的控制量转换成4~20mA DC信号，该信号送至操作器DFQ-2100，DFQ-2100具有自动和手动切换功能，DFQ-2100输出4~20mA DC信号送至电动调节阀，从而实现控制30个调节阀，达到控制温度的目的。

另外，系统还配有+24V DC电源给变换、操作器供电。因采用光电隔离技术，故A/D板和D/A板都采用DC/DC电源变换模板，提高光电隔离所需的工作电源。

6、数字控制器的设计

（1）温度传感器

工业装配式热电阻通常用来显示仪表和计算机配套，直接测量各种生产过程中-200℃～+500℃范围内液体、蒸汽和气体介质及固体表面的温度。我厂生产热电阻全部符合ICE国际标准和国家有关规定，有铂热电阻和铜热电阻两大类，铂电阻又分为云母骨架、陶瓷骨架、厚膜电阻和薄膜电阻等。铜电阻的骨架有聚碳酸酯制成。铂电阻分度号Pt100，铜电阻分度号Cu50。BA1、BA2、Pt100铂电阻和Cu100铜电阻可订做。在此，我们选择Pt100。

（2）温度变送器

HAKK-WB系列温度变送器为24V供电、二线制的一体化变送器。产品采用进口集成电路，将热电阻的信号放大，并转换成4-20mA或0-10mA的输出电流,或0～5V的输出电压。其中铠装变送器可以直接测量汽体或液体的温度特别适用于低温范围测量，克服了冷凝水对测温所带来的影响特点。Pt100温度变送

器用于Pt100铂电阻信号需要远距离传送、现场有较强干扰源存在或信号需要接入DCS系统使用。铂电阻温度变送器采用独特的双层电路板结构，下层是信号调理电路，上层电路可定义传感器类型和测量范围。

（3）孔板流量计

HYG系列孔板流量计（又称节流装置、差压式流量计）是测量流量的差压发生装置，配合各种差压计或差压变送器可测量管道中各种流体的流量。孔板流量计节流装置包括环室孔板，喷嘴等。孔板流量计节流装置与差压变送器配套使用，可测量液体、蒸汽、气体的流量，孔板流量计广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工等部门。

充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。

（4）差压变送器

3051X高精度差压变送器具备EJA原装表所有功能，还扩展了一些实用功能。旋转开关可PV值清零，顺时针增大，逆时针减小,可以1μA调整，也可大范围调整。

3051X高精度差压变送器主要性能和参数：

（1）输出信号：4～20mA.DC,二线制。（2）供电电压：12V～45V.DC。（3）电源影响：＜0.005%/V。（4）负载影响：电源稳定时无负载影响。（5）启动时间：＜2秒，不需预热。（6）工作环境：-25℃～+70℃相对温度：0～100%。迁移后的上下限绝对值均不应超过最大量程范围的上限值。（7）负载特征：RL≤（u-12）/i，式中：u---供电电压，i---回路电流。（8）振动影响：任何方向200Hz振动±0.5%/g。（9）安装位置：膜片未垂直安装时，可能产生小于0.24Kpa的误差，但可通过调零消除。（10）防爆类型：隔爆型ExdllCT5,本安型ExiallCT6.

（5）流量积算仪

新虹润NHR-5610系列流量积算控制仪针对现场温度、流量等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理，构成数字采集系统及控制系统。双屏LED数码显示，具有极宽的显示测量范围，可显示整五位的瞬时流量测量值、入口/出口温度测量值、流量（差压、频率）测量值等，及整11位的流量累积测量值，0.2％级测量精度，0.1％级累积精度。具备36种信号输入功能，可配接各种差压信号（孔板装置）、线性信号（电磁流量计）及脉冲信号（涡街流量计）。

可带两路模拟量变送输出。支持RS485、RS232串行接口，采用标准MODBUS