发酵罐温度控制系统的设计.doc

洛阳理工学院

计算机控制技术与应用课程设计

题目：发酵培养基温度控制系统设计

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摘要

本题要设计的是发酵培养基温度控制系统，发酵是放热反应的过程。随着反应的进行，罐内的温度会逐渐升高。而温度对发酵过程具有多方面的影响。因此，对发酵过程中的温度进行检测和控制就显得十分重要。

本课题设计了发酵罐温度控制系统，选择的传感器为Cu100，由于信号很小，所以就需要通过差动放大电路进行放大并且经过了滤波电路滤波，然后将处理后的电压信号经过V/I转换，输出4~20mA的电流信号，最后进行仿真分析以及参数的计算，以达到通过对冷水阀开度的控制对发酵罐温度控制的目的。

本系统应用温度控制系统，有助于提高发酵效率，有助于提高工厂产值，并且可以使资源得到更充分的作用。

关键词：温度控制,PID控制器,V/I转换,比较机构

目录

前言.......................................................................................... 错误!未定义书签。

1.1.1 发酵培养基简介 3

1.1.2工艺背景：.................................................................. 错误!未定义书签。

1．2温度对发酵的影响........................................................ 错误!未定义书签。

1.2.1温度影响微生物细胞生长................................... 错误!未定义书签。

1.2.2温度影响产物的生成量....................................... 错误!未定义书签。

1.2.3温度影响生物合成的方向................................... 错误!未定义书签。

1.2.4温度影响发酵液的物理性质............................... 错误!未定义书签。

1.3、影响发酵温度变化的因素：....................................... 错误!未定义书签。

1.4发酵热的测定.................................................................. 错误!未定义书签。

1.5最适温度的选择与发酵温度的控制.............................. 错误!未定义书签。

1.5.1温度的选择....................................................................................... VII

2 培养基温度控制系统的设计.................................................... 错误!未定义书签。

2.1总体设计方案.............................................................................................. VII

2.1.1 系统总框图...................................................................................... VII

2．2硬件设计................................................................................................... V III

2.2.1温度采集电路.................................................................................. V III

2.2.2 PLC与计算机的通信......................................................................... I X

2.3软件部分......................................................................................................... X 3总结............................................................................................. 错误!未定义书签。参考文献：............................................................................................................... X III

前言

计算机控制技术以自动控制理论和计算机技术为基础，自动控制理论的发展给计算机控制系统增添了理论工具，而计算机技术的发展为新型控制规律的实现、构建高性能的计算机控制技术提供了物质基础，而两者的结合极大地推动了计算机控制技术的发展。

本课程设计主题以啤酒厂发酵罐培养基温度控制系统的设计为例，具体实现培养基温度的控制以及原理，要求了解发酵罐温度控制的工艺背景、设计控制方案。

1 工艺过程概述

1.1.1 发酵培养基

培养基（Medium）是供微生物、植物和动物组织生长和维持用的人工配制的养料，一般都含有水、氮源、无机盐（包括微量元素）、碳源、生长因子（维生素、氨基酸、碱基、抗菌素、色素、激素和血清等）等。

培养基由于配制的原料不同，使用要求不同，而贮存保管方面也稍有不同。一般培养基在受热、吸潮后，易被细菌污染或分解变质，因此一般培养基必须防潮、避光、阴凉处保存。对一些需严格灭菌的培养基（如组织培养基），较长时间的贮存，必须放在3-6℃的冰箱内。由于液体培养基不易长期保管，均改制成粉末。

1.1.2工艺背景

啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品--啤酒。

啤酒发酵是放热反应的过程。随着反应的进行，罐内的温度会逐渐升高。发酵过程中的温度的变化直接影响到啤酒质量和生产的效率。因此，对发酵过程中的温度进行控制显得十分重要。啤酒发酵的全过程分成多个阶段，各个阶段都有对应的温度曲线。为了使啤酒有更好的品质，需要让发酵罐的温度根据工艺温度曲线变化。

1.2温度对发酵的影响

温度对发酵过程的影响是多方面的，它会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制除这些直接影响外，温度还对发酵液的理化性质产生影响，如发酵液的粘度。基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率。某些基质的分解和吸收速率等，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。

1.2.1温度影响微生物细胞生长