計算機控制課程設(shè)計--啤酒發(fā)酵計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題目：啤酒發(fā)酵計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　課程： 計算機控制技術(shù)課程設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)： 自動化 </p><p>　　班級：

2、</p><p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)號： </p><p>　　計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計</p><p><b>　　一、課題名稱</b></p><p>　　啤酒發(fā)酵計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計</p>&

3、lt;p><b>　　二、課程設(shè)計目的</b></p><p>　　1．掌握總線式工業(yè)控制機控制系統(tǒng)硬件方案設(shè)計，包括工業(yè)控制機、模擬輸入、輸出通道設(shè)計和元器件選型，掌握模擬量輸入、輸出通道及接口連接線路繪制。</p><p>　　2．掌握工業(yè)控制機控制系統(tǒng)軟件方案（數(shù)學(xué)模型分析、控制策略、控制算法等）設(shè)計，掌握數(shù)據(jù)采集及處理程序、控制算法程序和模擬量輸出程序流

4、程圖及軟件編程。</p><p>　　三、啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　　1.啤酒發(fā)酵工藝簡介</p><p>　　啤酒發(fā)酵是一個復(fù)雜的生物化學(xué)過程，通常在錐型發(fā)酵罐中進行。在二十多天的發(fā)酵期間，根據(jù)酵母的活動能力，生長繁殖快慢，確定發(fā)酵給定溫度曲線，如下圖所示。要使酵母的繁殖和衰減、麥汁中糖度的消耗和雙乙酰等雜質(zhì)含量達到最佳狀態(tài)，必須嚴格控制發(fā)酵

5、各階段的溫度，使其在給定溫度的±0.5℃范圍內(nèi)。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)控制要求</b></p><p>　?。?）現(xiàn)要求控制1個200m3的錐形啤酒發(fā)酵罐，每個罐測量3個參數(shù)，即發(fā)酵罐的上、中、下三段溫度，三段溫度的測量范圍：-20—+50℃，共有三個溫度測量點，因此需檢測3個參數(shù)。</p><p>　　(2)自動

6、控制各個發(fā)酵罐中的上、中、下三段溫度使其按上圖所示的工藝曲線運行，溫度控制誤差不大于±0.5℃。共有3個控制點。</p><p><b>　　四、課程設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　采用總線式工業(yè)控制機完成啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)設(shè)計，包括硬件總體方案設(shè)計和軟件總體方案設(shè)計：</p><p><b>　　硬件總體設(shè)計方案&

7、lt;/b></p><p>　　采取的各種硬件如圖可以看出其原件的選擇.</p><p><b>　　←T1</b></p><p><b>　　←T2</b></p><p><b>　　←T3</b></p><p><b>　　→

8、T1</b></p><p><b>　　→T2</b></p><p><b>　　→T3</b></p><p>　　三菱FX2n-4AD是三菱電機公司推出的一款FX2N系列PLC模擬量輸入模塊，有CH1~CH4四個通道，每個通道都可進行AD轉(zhuǎn)換，分辯率為12位，采集信號電壓為-10V~+10V，分辯率5m

9、V。電流輸入時，為4~20mA或-20~20mA，分辯率20uA。 FX2n-4AD內(nèi)部有32個16位的緩沖寄存器(BMF)，用于與主機交換數(shù)據(jù)。 FX2n-4AD占用FX2n擴展總線的8個點，耗電為5  V，30mA。FX2N常用的模擬量輸入模塊有FX2N-2AD、FX2N-4AD、FX2N-8AD模擬量輸入模塊和溫度傳感器輸入模塊</p><p>　　cc-link 模塊</p>

10、;<p>　　CC-Link是Control&Communication Link（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的縮寫，在1996年11月，由三菱電機為主導(dǎo)的多家公司推出，其增長勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額，目前在歐洲和北美發(fā)展迅速。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場配線復(fù)雜的問題，同時具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。

11、CC-Link是一個以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月CC-Link被中國國家標準委員會批準為中國國家標準指導(dǎo)性技術(shù)文件。</p><p>　　K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線

12、盒等主要部件組成</p><p><b>　　軟件總體方案設(shè)計</b></p><p>　　a、確定控制規(guī)律及算法，畫出控制系統(tǒng)框圖 </p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p><b>　　

13、低</b></p><p><b>　　高</b></p><p>　　b、確定軟件編程語言：三菱PLC</p><p>　　判斷PLC與AD轉(zhuǎn)換模塊的連接程序:</p><p><b>　　AD模塊設(shè)定:</b></p><p>　　溫度設(shè)定(由于要求沒給定,所

14、以三個溫度點為50,60,40攝氏度):</p><p>　　c、數(shù)據(jù)采集及處理程序編程</p><p>　　D0,D1,D2為溫度檢測存儲位置..對溫度的四舍五入..把測量值分別放在D6,D16,D26.</p><p>　　d、控制算法程序編程</p><p>　　e、模擬量輸出程序編程 </p><p>　　五

15、、遇到的問題及分析解決方法</p><p>　　在由理論出發(fā)構(gòu)思整體設(shè)計的時候，發(fā)現(xiàn)有許多，需要自行設(shè)計的環(huán)節(jié)，比如說，多路轉(zhuǎn)換，采樣保持器等，這不僅浪費人力物力，還在技術(shù)上提高了一個等級的要求，后來發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市場上的許多智能器件，已經(jīng)做的非常的人性化，許多的功能已是多合一，不需再去設(shè)計所有的細節(jié)。</p><p>　　當實際溫度偏離標準溫度是，自控系統(tǒng)無及時響應(yīng)，我們通過電磁閥去控制冷媒

16、閥開啟或關(guān)閉，發(fā)酵溫度很快穩(wěn)定在溫度給定值上，且發(fā)酵溫度變化曲線平緩，系統(tǒng)調(diào)節(jié)偏差僅為±0.1℃，與傳統(tǒng)的溫度 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)偏差±1℃相比，控制質(zhì)量大大提高。</p><p>　　在秉承書本系統(tǒng)設(shè)計的五個原則的前提下，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟效益是最難控制協(xié)調(diào)的，提高前四個原則的話經(jīng)濟效益必然會降低。所以在設(shè)計欠我們找了很多的方案。從中對比各種方案中對于經(jīng)濟與其他原則的取舍、平衡。最后我們得到了我們的理論基

17、礎(chǔ)和基本方案。</p><p><b>　　六、體會、收獲</b></p><p>　　通過這次的課程設(shè)計,由于不想用C語言來做這一個課程設(shè)計,我采用了PLC來做. 這樣我深刻的了解到PLC的強大,而且由于PLC是工控類的,所以它比非工控類的來做這一程相對簡點,就想AD轉(zhuǎn)換模塊是可以直接幫你轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,只用一句簡單的程序就能實現(xiàn).這一過程主要的難度在于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和

18、處理,還有模擬量的輸出控制.程序的編寫也是一個很大的困難,因為對指令的用法還不過熟練,所以有些指令需要查指令表,了解各個指令對其操作數(shù)的效果.考慮被控對象為純滯后的一階慣性，還要采用Smith預(yù)估計控制算法，</p><p>　　硬件方面對于溫度的采集采用了K型熱電偶然后利用FX2N-4AD來進行模數(shù)的轉(zhuǎn)換和傳遞，因為程序比較多，所以只是截取了程序的主要部分展示在報告上面，數(shù)據(jù)采集還利用比較與乘除語句進行四舍五入