酒的发酵论文

第一章绪论............................................................................................................3

1.1清香型白酒简介...............................................................................................31.1.1清香型白酒的传统的酿造技术............................................................31.1.2国内目前发酵控制水平........................................................................31.1.3清香型白酒发酵温度控制总体框图....................................................4

第二章白酒发酵过程自动控制的意义......................................................................4

2.1清香型白酒发酵工艺简述...............................................................................42.2清香型白酒发酵的温度曲线...........................................................................52.3利用微型计算机控制的可行性分析...............................................................6

第三章PLC 在发酵过程中的应用........................................................................... 6

3.1PLC 的特点...................................................................................................... 63.2PLC 的基本结构.............................................................................................. 73.3PLC 工作的基本原理...................................................................................... 83.4PLC 的主要功能及应用................................................................................ 103.5PLC 的控制系统.............................................................................................113.6利用PLC 组成的控制方案图解................................................................... 134.1CPU 的选型.................................................................................................... 134.2. 模拟量扩展模块...........................................................................................154.2.2EM 231配置.........................................................................................174.2.3EM 231的校准和配置位置.................................................................184.2.4EM 231输入数据字格式.....................................................................184.3温度变送器....................................................................................................194.4电动调节阀.....................................................................................................194.5整体硬件系统的组合.....................................................................................20

第五章系统软件的设计............................................................................................21

5.1系统软件实现功能.........................................................................................215.2绘制温度显示组态画面................................................................................215.2.1变量定义...............................................................................................215.2.2设备连接...............................................................................................215.2.3温度控制主画面...................................................................................225.2.4PID 参数整定画面............................................................................... 235.2.5实时曲线...............................................................................................235.2.6历史曲线...............................................................................................245.2.7报警画面...............................................................................................255.3温度检测与控制主程序的设计.....................................................................255.3.1PLC 程序的设计.................................................................................. 255.3.2S7-200PLC 自带PID 的设置.............................................................. 265.5编写程序.........................................................................................................305.5.1温度控制程序符号表...........................................................................305.5.2温控子程序分配表...............................................................................305.5.3温度控制主程序...................................................................................315.5.4指示报警程序.......................................................................................365.5.5前缓升温控制程序..............................................................................375.5.6中挺保温程序......................................................................................38

5.5.7后缓落降温控制程序..........................................................................385.5.8数据处理子程序..................................................................................395.5.9初始温度调节......................................................................................40

第六章总结................................................................................................................41

6.1论文工作总结.................................................................................................416.2参考文献............................................................................. 错误！未定义书签。

第一章绪论

1.1清香型白酒简介

清香型白酒标准评语是：无色、清亮透明，无悬浮物、无沉淀，清香纯正，具有以乙酸乙酯为主体的清雅、协调的香气，入口绵甜，香味协调，醇厚爽冽，尾净香长、风格。清香型白酒是中国香型蒸馏酒中历史较为悠久，其中以山西汾酒更为名声在外。山西汾酒早在1915年巴拿马万国博览会上已文明全球，为全世界人民所喜好，成为饮酒爱好者口中的琼浆玉液。清香型白酒这一个纯中国化的精品能在百年前就享誉世界被外国人认可并接受，不单单是因为她独特地酿造工艺和悠久的历史底蕴，更是因为她作为一种食品，有着全世界都认可与喜欢的风味特征——清香纯正、绵甜爽口。这样一个国际化潜力善待开发的产品，如何能让她的酿造更加先进化是每一个从事发酵技术人员都热心关注的问题。其中在发酵过程中温度是酒发酵的一个关键指标，发酵温度的高低与能否把温度控制在合理的指标范围内，将决定最后的出酒率与出酒的品质，因此利用计算机自动检测与控制来代替以前的人工控制是很有必要的，也是未来在发酵行业的一个必然趋势，在此根据清香型白酒的工艺特点，设计利用计算机控制系统来达到对在发酵过程中的温度控制，以达到制酒的温度指标。

1.1.1清香型白酒的传统的酿造技术

传统人工控制酒发酵的温度一般是靠酿酒工人的经验通过季节的变化来随时调整地缸保温材料的厚薄与松紧，且以前温度控制的外围电路比较复杂，测量精度度较低，外围电路较复杂，而且人工强度较高而造成温度控制的诸多不便。

1.1.2国内目前发酵控制水平

随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生产的自动控制系统开始进入人们的生活，以PLC为核心的温度采集控制系统就是其中之一，采用微型计算机对温度进行控制，不仅具有控制方便、简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高控制温度技术指标，本文正是利用基于PLC模块的水温控制系统来改善以前传统的酒发酵工艺来设计的。

1.1.3清香型白酒发酵温度控制总体框图发

酵

温

度

输

入

信模拟量输入模块数字量输出模块水温控制电磁阀S7-200PLC 水温

水

温

输

入

信

号开关量检测发酵地缸温度

第二章白酒发酵过程自动控制的意义

2.1清香型白酒发酵工艺简述

清香型白酒发酵管理要遵循“前缓、中挺、后缓落”的规律。就是在大楂材料入缸后6～7天，材料的温度要缓慢上升，每天升高1～2℃，升至28～30℃最高不超过32℃，保持3整天，然后以每天0.5℃的速度缓慢回落，直到出缸时，品温保持在23℃～25℃。材料的发酵管理则要求“前猛、中挺、一保到底”。控制发酵温度变化主要通过调节保温被或麦糠的厚度来实现。

温度对酒发酵的影响：在酒发酵过程中，发酵温度对酒的出酒率、酒的品质有很大影响。清香型大曲白酒的发酵周期一般为21-28天，个别长达30余天。由于大曲的糖化发酵作用缓慢，发酵周期过短，大曲酶活性作用不完全，发酵不彻底，影响出酒率，同时由于发酵发酵周期短，养醅时间短，影响酶化作用，酒质也不够绵软，后味较淡。在发酵过程中，如前火过缓，材料冷凉，淀粉糖化作用缓慢，酵母繁殖不好，在酒醅不能以酒精发酵占据优势，则生酸细菌也可在低温下缓慢繁殖、缓慢生酸，并抑制酒精发酵，使后酵的生酸幅度不断增大，出酒率不高，这种一般发生在冬季，因此冬季酿酒应注意保温，达到适时顶火。如前火太急，顶火温度较高，前期和后期生算幅度较大，使糖化酶迅速钝化失活，酒醅

中残淀粉较高，生酸细菌繁殖旺盛，影响酵母菌的繁殖和发酵，不仅影响大楂流酒，而且影响二楂发酵。达到顶火温度后保持3-5天后，将材料发透，使酒精成分控制酒醅，抑制生酸细菌繁殖，防止酒醅迅速生酸。如中挺时间过长，酒醅长期处于高温状态，酒醅酸度迅速升高，则对二楂酒危害更大；如中挺时间过短，到达顶火温度后快速下降则材料没有发透，由于酒醅酸度很大，后期发酵阻力很大，出酒率也不会很高。后缓落是指中挺后醅温度应控制缓慢降落，注意保温，逐日温度下降温度不超过0.5℃，至出缸时酒醅温度仍可达到23-24℃，后缓落期应注意酒醅的适当保温，因为后期酒醅中的酒精份尚可微微上升，出酒率尚有潜力可挖。

2.2清香型白酒发酵的温度曲线

（1）大楂入缸温度的实测数据如下表：月份

室温

地温

入温9

18.218.414.31013.814.813.7118.210.811.71248.612.4625.78.91531010.811.8415.215.712.7519.718.714.76---21.513.87—8—17.715.8

（2）根据发酵工艺可绘制发酵温度曲线如下：

在上图中前缓oa 段由入缸温度经过6~7天，发酵温度缓慢上升到顶火温度，

中挺ab 段顶火温度保持三整天，不能高于这个温度不然酒醅酸度会迅速上升，后缓bc 段以每天0.5℃左右的速度下降出缸时温度控制在23℃~24℃。

2.3利用微型计算机控制的可行性分析

PLC 具有控制精度高，使用周期长，可靠性高，非常适合现代发酵控制工艺的具体要求，清香型白酒的发酵温度上的具体要求完全可以由PC 机控制实现，并通过其的控制性能完来达到发酵的温度的控制精度，从而提高酒的品质，符合现代化的发展规划进程。

第三章

3.1PLC 的特点PLC 在发酵过程中的应用

可编程序控制器是一种以计算机(微处理器)为核心的通用工业控制装置。早期可编程序控制器主要用于开关量的逻辑控制，被称为可编程序逻辑控制器，简称PLC，这个名称被一直沿用。现代PLC 采用微处理器作为中央处理单元，其功能大大增强，不仅具有逻辑控制功能，还具有算术运算、模拟量处理和通信联网等功能，目前已经被广泛应用于工业生产的各个领域。自1969年DEC 公司研制出世界上第一台PLC 后，经过30多年的发展，有的已经使用RISC(精简指令系统CPU)芯片。最快的PLC 处理一步程序仅需几十纳秒；软件上使用容错技术，硬件上使用多CPU 技术，具有二三百步以上的高级指令，使PLC 具有强大的数值运算、函数运算和大批量数据处理能力。PLC的迅猛发展和广泛应用是与其自身的性能特点密切相关的，与继电器、微机控制相比，PLC 具有以下特点：①高可靠性

PLC 是为了适应工业环境而专门设计的控制装置，可靠性高、抗干扰能力强是它的最重要的特点。PLC 在硬件和软件方面采取了如下一系列可靠性设计方法。硬件设计方面：采用可靠性高的元件，对干扰的屏蔽、隔离和滤波，对电源的掉电保护，存储器内容保护，采用看门狗和其他自诊断措施等。

软件设计方面：采用软件滤波，软件自诊断，简化编程语言，信息保护和恢复，报警和运行信息的显示等。

②易操作性

PLC 的易操作性表现为编程简单，使用方便。考虑到大多数电气技术人员的读图习惯和应用微机的水平，PLC 采用了面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，

易于掌握。例如目前大多数PLC 采用的梯形图语言，继承了继电器控制线路的清晰直观感，很容易被电气技术人员所接受和掌握。

PLC 的输入输出接口可直接与控制现场的用户设备相连接，可拆卸的接线端子排

PLC 的自诊断功能使在系统出现故障的时候，使接线工作及其简单。维护人员可

根据各种异常状态的指示或自诊结果，快速确定故障的位置，以便迅速处理和修复。

③通用性

现代PLC 不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D、D/A转换，PID 控制、数值运算和数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行控制，也可对模拟量进行控制；既可以控制单台设备，也可以控制一条生产线或全部生产工艺过程。PLC 还具有通信联网功能，可与相同或不同类型的PLC 联网，并可与上位机通信构成分布式的控制系统。

④易于实现机电一体化

由于PLC 采用半导体集成电路，因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。而且由于PLC 是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用，并具有很强的可靠性和抗干扰能力，易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。

3.2PLC 的基本结构

PLC 本质上是一台用于控制的专用计算机，因此它与一般的控制机在结构上有很大的相似性。PLC 的主要特点是与控制对象有更强的接口能力，也就是说，它的基本结构主要是围绕着适宜于过程控制的要求来进行设计的。按结构形式的不同，PLC 可分为整体式和组合式两类。整体式PLC 是将中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的I/O扩展单元与主机配合使用。主机中CPU 是PLC 的核心，I/O单元是连接CPU 与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC 与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC 将CPU 单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU 单元的底板称为CPU 底板，其它称为扩展底板。CPU 底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m 。

无论哪知结构类型的PLC ，都可根据需要进行配置与组合。例如SIEMENS S7-224型PLC 为整体式结构，通过主机连接I/O扩展单元，I/O点数可在24点

到168点的范围内进行配置。组合式PLC 则在I/O配置上更方便、更灵活。

3.3PLC 工作的基本原理

与其它计算机系统相同，PLC 的CPU 采用分时操作原理，每一时刻执行一个操作，随时间顺序执行各个操作。这种分时操作进程称为CPU 对程序的扫描。PLC 的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按序号顺序排列。CPU 从

第一条指令开始，顺序逐条的执行用户程序，直到用户程序结束。然后返回第一条指令开始，新一轮扫描。除了执行用户程序外，在每次扫描过程中好要完成系统自检测，输入输出处理，处理外设请求等工作。以上几个过程共同构成了PLC 工作的一个工作周期。PLC 按工作周期方式周而复始的循环工作。PLC 上电后，首先进行初始化，然后进图循环工作过程，一次循环可归纳为五个工作阶段，如图3-3；各个阶段完成的任务如下：

①公共处理。复位监控定时器(WDT)，进行硬件检查、用户内存检查等。检查正常后，方可进行下面的操作。如果有异常情况，则根据错误的严重程度发出报警或停止PLC 运行。

②I/O刷新。输入刷新时，CPU 从输入电路中读出各输入点状态，并将此状态写入输入映像寄存器中；输出刷新时候，将输出继电器的元件影响寄存器的状态传送到输出锁存电路，再经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。

③执行用户程序。在程序执行阶段，CPU 按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行，CPU 从输入映像寄存器和输出映像寄存器中读出各继电器的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入输

出映像寄存器中。

④外设端口服务。完成与外设端口连接的外围设备(如编程器) 或通讯适配器的通信处理。电源接上I/O内部继电器清零；

定时器复位；检查I/O初始化

单元连接

检查硬件和用户程

序存储器

否

检查结果正

常？

错误标志置

位，故障灯亮采样输入信号，刷新I/O

数据，更新输出信号

监控定时器复位

故障性质

报警逐条执行用户程序指令

异常

程序结束？是否

外设端口服务

（a ）

初始化公共处理I/O刷新执行用户程序外设端口服务（b ）

3.4PLC 的主要功能及应用

可编程控制器的设计思想是尽可能地利用当前先进的计算机技术去满足用户的需要，PLC 与继电器接触器控制电路的一个本质区别就是除了必要的与外部物理世界的接口(即I/O点) 外，其它的逻辑功能均在其内部实现。这些逻辑功能不仅可以取代，而且远远超过诸如中间继电器、时间继电器等硬件逻辑所能达到的功能，从而为PLC 在可靠性和便利性上形成特色奠定了基础。

PLC 的主要功能：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进(顺序) 控制、PID 控制、数据处理、通信和联网，还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如定位控制模块，CRT 模块。目前，国内外的PLC 产品有几十个系列，上百个型号。各个种类PLC 的容量、结构形式、性能、指令系统、编程方法、价格各不相同，适应的工作场合也有差异。因此，对于每一个准备使用PLC 的用户来说，合理的选择PLC 是非常重要的，它直接影响到所设计系统的性能与造价。PLC 的选择包括机型、容量、I/O模块等几个方面的内容。

①PLC 机型的选择

目前国内使用的PLC 以国外产品居多。美国是PLC 的发源地，以大中型机为主，功能完备，单机价格高，GE 公司、MODICON 公司、AB 公司是其代表。日本的PLC 以中小型机为主，价格便宜，典型代表为OMRON 公司、三菱(MITSUBISHI)公司的产品。德国SIEMENS 公司的产品以可靠性高著称，其主要产品有S5、S7两个系列，包括了从大型机到小型机各个型号，在国内使用广泛。

②选择容量。

PLC 的容量包括主机用户存储器的内存容量和I/O控制点数两个方面，选择时应留有适当的裕量做备用。

③选择I/O模块。

输入模块有直流24VDC 和交流220VAC 两种。

输出模块有三种形式：继电器输出，晶体管输出和可控硅输出。晶体管输出模块只能带直流负载，是直流输出模块，用于高速小功率负载; 可控硅输出模块是交流输出模块，只用于高速大功率负载；继电器输出模块是交直流输出模块，即可带直流也可带交流，因其有触点，故只能用于低速负载。上煤系统电控部分控制对象为接触器，属于交流低速负载。

据此选择原则可以选用合理便捷的PLC 产品。本系统选用了SIMENS

SIMATIC S7系列PLC 组件。

3.5PLC 的控制系统

（1）清香型白酒发酵过程控制系统结构如下图：

由SIEMENS S7系列PLC(控制站) 和若干台工控PC(操作站) 组成。该系统采用3级总线结构：底层链路为PROFIBUS-DP 总线，连接地缸发酵罐I/O，负责PLC 、CPU 与发酵罐I/O点的连接，中间层为Profibus 或MPI(Multipoint-Interface)多点接口链路，二者均可实现PLC 控制站(CS)与操作站(OS)间的通信；最高一层是Ethernet(TCP/IP)，实现OS 与MIS 之间的信息交流。①24对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块价格低，即可用于驱动交流负载，也可用于直流负载，且使用电压范围较宽、过载能力较强，但它属于有触点元件，其动作速度较慢、寿命短，因此，只能适用于不频繁通断的场合；对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出模块，它们属于无触点元件，但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出模块只能用于直流负载，过载能力较差。另外还要考虑系统是否有模拟量输入输出等要求，可根据应用要求，合理选用输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。②通讯功能的确定在实际应用中，我们的PLC 系统要求与上位机进行通信，因此在设计系统时必须考虑通讯的问题。而各厂家的通信协议千差万别，兼容性差，在这一方面主要应考虑：同一厂家产品间的通信；而对不同厂家产品间的通信，在满足通信功能要求的前提下，应注意保持通信协议的通用性和彼此兼容性；通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。③经济性的考虑选择PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行

比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响，每增加一块输入/输出卡件就需增加一定的费用，当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。前面已经分析过，一个清香型地缸发酵罐共有2个输入点用于温度输入2个用于输出，系统的点数要求不多，模拟量也不多，从性价比考虑，可选用西门子S7-200小型晶体管输出型PLC 作为现场控制器，选用CPU226主机模块；通过CP5613卡完成现场控制器同工控机之间的通信。另选购EM231模块，该模块带有4个模拟量输人点，集成有16位转换器，分辨率达0.1℃，能自动进行线性化处理，有冷端补偿功能，不再需要外部变送器，一个模块就能完成数据采集及数据处理功能。系统的温度信号的检测采用铂电阻PT100，铂电阻具有测量精度高、性能稳定可靠的特点，在工业上广泛用于-200℃~+500℃之间的温度测量。由于现场控制器S7-200不能直接同PROFIBUS-DP 现场总线相连，因而为S7-200外扩了PROFIBUSDP 模块EM277。S7-200系列中的CPU226，本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K 字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz 高速计数器，2路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

3.6利用PLC 组成的控制方案图解

第四章

4.1CPU 的选型

酒发酵温度控制PLC 的选型

SIMATIC S7-200系列是西门子公司生产的小型可编程程序控制器，结构小巧，可靠性高，运行速度快，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，配有功能丰富的扩展模块，性能价格比非常高，在各行各业中的应用迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。

西门子二代产品其CPU 模块为CPU22X ，是21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配制的CPU 单元：CPU221，CPU222，CPU224，CPU226，除CPU221之外，其他都可以加扩展模块。

①CPU 221：输入输出点数只有10点，而且无扩展能力，具有高速计数器和高速脉冲输出端，CPU221多用于点数较少的开关量控制系统中。

②CPU222：输入输出点数增为14点，具有扩展能力，最大扩展为78点数字量或10路模拟量的输入输出，存储容量也得到扩充，还新增了PID 控制器。它的适应范围更广。

③CPU224：它在CPU222的基础上使主机上的输入输出点数增为24点，

扩展能力增强，最大可扩展为168点数字量或35点模拟量的输入输出，存储容量也进一步增加，还增加了高速计数器的数量，它具有较强的控制能力。

④CPU226：这种模块在CPU224的基础上功能又进一步增强，主机输入输出点数增为40点，具有扩展能力，最大扩展为248点数字量或35点模拟量，增加了通信口的数量，通信能力大大增强，它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。

清香型白酒酒发酵温度工艺，四个缸为一组组成的控制系统，可知PLC 要提供8个开关量输入和8个开关量输出，9个模拟量输入，同时考虑到要留有20%～30%的余量。通过比较S7200四种CPU 的各种技术指标，选定CPU226为地缸酒发酵温度PLC 控制的控制器。S7-200CPU 主要的性能指标见表4-1。

表4-1S7-200CPU 主要的性能指标

特性CPU221CPU222CPU224CPU226外形尺寸80*80*6290*80*62120.5*80*62190*8.*62存储器

2048字2048字4096字4096字用户程序

用户数据1024字1024字2560字2560字用户存储器类

EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM

型

数据后备(超级电容) 典型50小时50小时50小时50小时

值输入输出

6入4出8入/6出14入/10出24入/16出本机I/O

2个模块7个模块72个模块扩展模块数量无

数字量I/O映

[1**********]6

像区大小模拟量I/O映

无16如/16出32入/32出32入/32出

像区大小指令系统33MH Z 下布尔

0.37us/指令0.37us/指令0.37us/指令0.37us/指令

指令执行速度有有有有

环实数指令有有有有整数指令有有有有主要内部继电器128I 和128Q 128I 和128Q 128I 和128Q 128I 和128Q

器

内部通用继电[1**********]6

器

计数器/定时器写入/写出顺序控制继电

器附加功能

内置高速计数

器

模块量调节电

位器脉冲输出通信中断硬件输入中断定时中断定时时钟口令保护通信功能通信口数量支持协议0号口1号口

256/256无256Z

)

256/25616/16256

256/25632/32256

256/25632/32256Z

)

4H/W(20KHZ )

6H/W(20KHZ )

22(20KHZ ，DC)

2(20KHZ ，

2(20KHZ ，DC)

DC)

1发送/2接收1发送/2接收4，输入滤波器

器2(1~255ms)2(1~255ms)有(时钟卡) 有(时钟卡)

有有1(RS-485)PPI ，DP/T自由口N/A

1(RS-485)PPI ，DP/T自由口N/A

2(20KHZ ，DC)

1发送/2接收1发送/4接收

4，输入滤波器

器

2(1~255ms)2(1~255ms)有(内置) 有(内置) 有有1(RS-485)PPI ，DP/T自由口N/A

PPI ，DP/T自由口(同0号口)

4.2. 模拟量扩展模块

4. 2.1EM231模块的功能

（1）最佳适应性：可适用于复杂的控制场合

（2）直接与传感器和执行器相连，12位的分辨率和多种输入/输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，例如EM235CN 模块可直接与PT100热电阻相连

（3）灵活性：当实际应用变化时，PLC 可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整用户程序。

EM 231模拟量输入，输出和组合模块的技术规范及端子接线图

EM231AI4×12位6ES7231-0HC22-0XA0

通用技术规范尺寸(Wx H x D) 重量

功率损失(耗散)

71.2×80×62mm183g 2W

点数功率损耗

+5VDC(从I/O总线) 从L+

L+电压范围第2级或DC 传感器供电LED 指示器

4路模拟量输入

20mA 60mA 20.4～28.824V DC 状态

亮=无故障灭=无24V DC 电源

模拟量输入特性模拟量输入点数隔离(现场与逻辑电路间) 输入类型电压(单极性) 电压(双极性) 电流

4无差分输入0～10V ，0～5V ±5V，±2.5V0～20mA

输入分辨率电压(单极性) 电压(双极性) 电流

2.5mV(0～10V 时) 1.25mV(0～5V 时) 2.5mV(±5V时) 1.25mV(±2.5V时) 5μA(0～20mA 时)

模数转换时间模拟量输入响应共模抑制共模电压数据字格式双极性，全量程范围单极性，全量程范围

＜250μs1.5ms ～95%40dB ，DC to 60Hz

信号电压+共模电压(必须小于等于12V)

-32000～+320000～32000

输入阻抗输入滤波器衰减最大输入电压

大于等于10MΩ[email protected] DC

最大输入电流

分辨率

32mA

12位A/D转换器

电源与公共端子图如图4-1-2

4.2.2EM 231配置

表A-12所示为如何用DIP 开关设置EM 231模块。开关1、2和3可选择模拟量输入范围，所有的输入设置成相同的模拟量输入范围，下表中，ON 为接通，OFF 为断开。

表4-1-3EM 231选择模拟量输入范围的开关表

单极性

满量程输入

SW1

SW2OFF ON

SW3ON OFF

0到10V 0到5V 0到20mA

双极性

满量程输入

SW1OFF

OFF ON

SW2

ON OFF

SW3

±5V±2.5V

2.5mV 1.25mV

分辨率2.5mV 1.25mV 5uA 分辨率

4.2.3EM 231的校准和配置位置

4.2.4EM 231输入数据字格式

图为CPU 中模拟量输入字中12位数据值的存放位置。

注意

------模拟量到数字量转换器(ADC)的12位读数，其数据格式是左端对齐的。最高有效位是符号位：0表示是正值数据字，对单极性格式，3个连续的0使得ADC 计数数值每变化1个单位则数据字的变化是以8为单位变化的。对双极性格式，4个连续的0使得ADC 计数数值每变化1个单位，则数据字的变化是以16为单位变化的。

太原工业学院毕业论文

4.3

温度变送器

pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆，它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。

PT100分度表

-50度80.31欧姆-20度92.16欧姆10度103.90欧姆40度115.54欧姆70度127.08欧姆100度138.51欧姆

应用范围：医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。

-40度84.27欧姆-10度96.09欧姆20度107.79欧姆50度119.40欧姆80度130.90欧姆

-30度88.22欧姆0度100.00欧姆30度111.67欧姆60度123.24欧姆90度134.71欧姆

4.4电动调节阀

电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。随着工业领域的自动化程度越来越高，正被越来越多的应用在各种工业生产领域中，与传统的气动调节阀相比具有明显的优点：节电动调节阀能（只在工作时才消耗电能），环保（无碳排放），安装快捷方便（无需复杂的气动管路和气泵工作站）。

工作原理

工作电源：DC24V,AC220V,AC380V 等电压等级。

通过接收工业自动化控制系统的信号（如：4~20mA）来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数。

太原工业学院毕业论文

4.5整体硬件系统的组合

S7-200PLC 可以安装在板上，也可以安装在标准DIN 导轨上，利用总线连接电缆，可以很容易的把CPU 模块和扩展模块连接在一起。需要连接的扩展模块较多时，模块连接起来会过长，两组模块之间可使用扩展连接电缆，将模块安装成两排。信号处理模块主要分为四类：开关量输入DI 、开关量输出DO 、模拟量输入AI 、模拟量输出AO ；扩展方扩展方法如图4-1-3所示:

图4-1-3S7-200扩展图

清香型白酒发酵控制原理可以得出：每只发酵罐需要有缸内温度、水温、三个模拟量需要测量，一组四个缸内温度各需要两个电动调节阀进行控制，罐内液位需要一个二位式电磁阀进行控制。所以每组发酵缸的I/O点数为16个模拟量考虑到CPU226主机上的I/O口不够多必须对它进行扩展，模拟量扩展模块EM231CNAI4X12位。其扩展图如图4-1-4。

中央处

理单元CPU226

EM231DI/O16DC24V EM231DI/O16DC24V

外部电路

图4-1-4模块扩展连接图

除了PLC 必需的I/O扩展模块之外，另外涉及的设备仪表有测温用Pt100鉑电阻温度变送器、液位变送器等。

太原工业学院毕业论文根据清香型白酒发酵的特点，

清香型白酒发酵过程的温度范围为0～50

摄氏度，一般可以选择的量程为-10～90摄氏度的温度变送器。

第五章系统软件的设计

5.1系统软件实现功能

前缓—由入缸温度，经过6～7天，发酵温度缓慢上升到顶火温度中挺--顶火温度要保持3整天，不能高于这个温度，不然酒醅酸度就会迅速上升后缓落—中挺过后以每天0.5℃左右速度下降，出缸时的温度达23～24℃。

控制系统具体空要求如下：

a. 根据不同的季节，酒醅入缸水温调节到规定的温度，给定值可自动修改；b. 发酵开始后，能自动检测酒缸内的温度和水温，调节水温以满足缸内发酵发酵温度；

c. 水温调节通过给水中加蒸汽，或加冷水来自动调节水温；

d. 自动显示发酵温度和水温，每天定时记录发酵温度；

e. 温度检测器件要用不锈钢护套，以免给酒中带入邪杂味；

温度监测范围：0～50℃，精度±0.2℃，顶火温度28～30℃，顶火温度最好不要超过32℃。

月份9

地温18.4月份和模拟地温的参考值（温度单位℃）[1**********]4.810.88.668.910.815.7518.7621.5

5.2绘制温度显示组态画面

5.2.1变量定义

5.2.2设备连接

5.2.3温度控制主画面

5.2.3.1动画链接

5.2.4PID

参数整定画面

5.2.5实时曲线

5.2.5.1动画链接

5.2.6历史曲线

5.2.7报警画面

5.3温度检测与控制主程序的设计

5.3.1PLC 程序的设计

可编程序控制器中所有指令的集合，就称为它为指令系统。指令系统是表征PLC 性能的重要指标，他的格式与功能硬件紧密联系，而且直接影响程序的编制，从而影响机器系统的应用范围。

梯形图(LAD)最接近于继电器接触控制系统中的电器控制原理图，是应用最多的一种编程语言，与计算机的语言相比，梯形图可以看作是PLC 的高级语言，几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑。因此，它很容易被一般的电气工程设计人员和运行维护人员接受，是初学者理想的编程工具，所有厂商的可编程序控制器都支持梯形图语言。

5.3.1.1PLC 程序设计步骤

(1)程序设计前的准备工作：了解系统概况，形成整体概念。这一步工作主要是通过系统设计方案了解控制系统的全部功能、控制方式、输入/输出信号数量等。熟悉被控对象、编制出高质量的程序。通过熟悉生产工艺，深入细致地了解设备间的关系及以后可能出现的问题，使程序设计有的放矢，充分利用手头的硬件和软件工具。例如，硬件工具：编程器、FIT(工厂智能终端) ，编程软件：西门子STEP 7MicroWIN /WIN32

(2)程序框图设计：这步的主要工作是根据控制系统具体情况，确定应用程序的基本结构、按程序设计标准绘制出程序结构框图，然后再根据工艺要求，绘

制出各功能单元的详细功能框图。

(3)编写程序：编写程序就是根据设计出的框图逐条地编写控制程序，这是整个程序设计工作的核心部分。本次毕业设计使用STEP7编程工具。另外，编写程序过程中要及时地对编出的程序进行注释，以免忘记其间的关系，要随编随注。

(4)程序测试：程序测试是整个程序设计工作中一项很重要的内容，可以初步检查程序的实际效果。

(5)程序调试：程序调试的任务是进一步诊断和改正软件中的错误。

(6)编写程序说明书：程序说明书是对程序的综合说明，是整个程序设计工作的总结。

5.3.1.2PLC 系统控制程序的原则

控制软件采用全符号化的梯形图编写，设计程序时应充分考虑系统的资源，尽量减少程序逻辑扫描时间，提高控制的实时性。

主程序：在程序的主体中放置控制应用指令，主程序中的指令按顺序在CPU 的每一个扫描周期执行一次; 子程序：它们是程序的可选部分，只有当主程序调用他们时，才能够执行; 中断程序：它们是程序的可选部分，只有当中断事件发生时，才能够执行。

5.3.2S7-200PLC 自带PID 的设置

（1）PID 算法的实现---在模拟量闭环过程控制领域内，扩展模拟量处理模块，如EM231、EM232、EM235，根据PLC 提供的PID 编程功能模块，只需设定好PID 参数，运行PID 控制指令，就能求得输出控制值，实现模拟量闭环控制。PID

PID 回路算法---在模拟量的控制中，经常用到PID 运算来执行PID 回路的功能，

指令使这一任务的编程和实现变得非常容易。

如果一个PID 回路的输出M(t)是时间的函数，则可以看作是比例项、积分项和微分项三部分之和。即：

M(t)=Kc*e+KcQedt+M0+Kc*de/dt(5-1)

以上各量都是连续量，第一项为比例项，最后一项为微分项，中间两项为积分项，其中e 是给定值与被控制变量之差，即回路偏差，Kc 为回路的增益。用数字计算机处理这样的控制算式，连续的算式必须周期采样进行离散化，同时各信号也要离散化；公式如5-2:

MPn=Kc*(SPn-PVn)+Kc*Ts/Ti*(SPn-PV)+MX+K*T/T#(PV-PV)

(5-2)

公式中包含9个用来控制和监视PID 运算的参数，在PID 指令使用时构成回路表，回路表的格式见表5-3-2。

表5-3-2回路表的格式参数

过程变量当前值PVn

给定值SPn

输出值Mn

增益Kc

采样时间Ts

积分时间TI

微分时间TD

积分时间MX

过程变量当前值PV n-1地址偏移量[1**********]28数据格式双字，实数双字，实数双字，实数双字，实数双字，实数双字，实数双字，实数双字，实数I/O类型I I I/OI I I I I/O描述过程变量0.0～1.0给定值0.0～1.0输出值0.0～1.0比例常数，正. 负单位为秒，正数单位为分钟，正数单位为分钟，正数积分项前值，0.0～1.0（2）S7-200PLC 的编程软件设置了PID 指令向导，点击编程软件指令树中的“\向导\PID”图标，进入设置界面：

①设置PID 回路号(0-7)：这里选择0；

②PID 回路给定值的范围：根据系统的控制要求，这里选择0-100；

③比例增益、采样时间、积分时间、和微分时间。在这里，比例增、积分时间和微分时间由上位机提供，这里只需设置采样时间1秒；

④回路输入量(反馈值PV ) 的极性与范围：根据测量变送电路的量程范围及测量变送电路的输出电压信号为0-10V ，所以，选择单极性(默认范围0-32000) ；⑤回路输出类型：系统的输出为电压值，且电压信号范围为0-10V ，故选择模拟量单极输出，范围为0-32000；

⑥确定是否启用过程变量低限报警、高限报警功能，是否启用模拟量输入模块报警功能：由于系统的温度值的报警功能将由上位机完成，故这里只启用模拟量输入模块错误报警；

⑦增加手动控制：虽然我们需要手动控制但是由于手动控制的输入由上位机提供，且提供的是一个电压值，不是一个0-1.0的比例值，所以在这里我们不选择增加手动控制；

⑧PID 指令的参数表占用的V 存储区起始地址：这里选用VB0。完成向导后，程序将自动生成第x 号回路的初始化程序PID0_INIT、中断程序PID_EXE、符

号表PID0_SYM和数据块PID0_DATA。应在主程序中用SM0.0调用PID0_INIT(如图3-3) ，初始化PID 控制中使用的变量，启动PID 中断程序。以后CPU 根据在向导中设置的PID 采样时间，周期性地调用中断程序PID_EXE，在PID_EXE中执行PID 运算。

图3-3PID 初始化程序

指令中PV_I时模拟量输入模块提供的反馈值的地址，Setpoin 是以百分比为单位的实数给定值(PV)的地址，Output 时PID 控制器的的INT 型输出值的地址，Module 是模拟量模块的故障输出信号。

5.4温度控制系统流程图

开始

初始化

读开关量信号状态

模拟量读取处理

温度、压力超限N

故障报警处理工作方式选择

手动

自动

计算实际工作时间

计算温度设定值

读取实际温度值

温度设定值等于

实际温度值

进行PID 运算输出电磁阀状态

输出控制电磁阀

地缸状态操作

5.5编写程序

5.5.1

温度控制程序符号表

5.5.2温控子程序分配表

5.5.3温度控制主程序

5.5.4指示报警程序

Network 1//网络标题//网络注释LD I0.0

LDR>=VD80, 32.0

OR>=

ALD

=Q0.4VD84, 32.0VD88, 32.0VD92, 32.0

Network 2

=I0.0Q0.0

Network 3

LD M2.0

=Q0.1

Network 4

LD M2.2

=Q0.2

Network 5

LD M2.4

=Q0.3

5.5.5前缓升温控制程序Network 1//网络标题

//读取当前时间

LD L12.0

BITIM VD0

Network 2

//发酵时间

LD L12.0

CITIM VD0, VD10

Network 3

//升温量

LD L12.0

MOVR LD0, LD21

AENO

-R LD4, LD21

AENO

MOVR LD21, LD17

/RLD8, LD17

Network 4

LD L12.0

MOVR LD17, LD13

*RVD10, LD13

Network 5

AR=LD13, LD0

AR=VD10, LD8

=L12.1

5.5.6中挺保温程序TITLE=

Network 1//网络标题

//网络注释

LD L8.1

BITIM VD20

Network 2

LD L8.0

A L8.1

CITIM VD20, VD30

Network 3

LD L8.0

AD=LD0, VD30

=L8.2

Network 4

LD L8.0

MOVR LD4, LD9

5.5.7后缓落降温控制程序Network 1//网络标题//网络注释LD L12.0

MOVR LD0, LD30

AENO

-R LD4, LD30

AENO

MOVR LD30, LD18

/RLD8, LD18

Network 2

BITIM VD40

Network 3

LD L12.0

A L12.1

CITIM VD40, VD50

Network 4

LD L12.0

A L12.1

MOVR LD8, LD34

AENO

*RVD50, LD34

AENO

MOVR LD0, LD13

-R LD34, LD13

Network 5

LD L12.0

A L12.1

AR=LD4, LD13

AR=LD18, VD50

=L17.0

5.5.8数据处理子程序TITLE=

Network 1//网络标题//网络注释LDN L10.0

MOVW LW0, LW20Network 2

LDN L10.0

ITD LW40, LD22

AENO

DTR LD42, LD26

Network 3

LDN L10.0

MOVR LD26, LD30AENO

-R 6400.0, LD30

AENO

MOVR LD30, LD34/R25600.0, LD34

Network 4

LDN L10.0

MOVR LD6, LD38

AENO

-R LD2, LD38

AENO

MOVR LD38, LD42AENO

*RLD34, LD42

AENO

MOVR LD42, LD11+RLD2, LD11

5.5.9初始温度调节TITLE=

Network 1//网络标题//网络注释LD I0.6

AR=MD14, VD80

AR=VD14, VD84

AR=MD14, VD92

=Q0.6

Network 2

LDN Q0.6

CALL SBR1, AIW10, MD14, I0.0, VD240, AQW10, M4.0, M4.1

Network 3

LDN

CALL Q0.6SBR1, AIW12, MD14, I0.0, VD240, AQW12, M4.0, M4.1

Network 4

LDN

CALL Q0.6SBR1, AIW14, MD14, I0.0, VD240, AQW14, M4.0, M4.1

Network 5

LDN

CALL Q0.6SBR1, AIW16, MD14, I0.0, VD240, AQW16, M4.0, M4.1

第六章总结

6.1论文工作总结

2011年3月，我开始了我的毕业设计，时至今日，论文已经完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路的逐渐清晰，整个过程虽然艰辛，但也使我对大学四年的知识又进行了一次系统化，这几个月使自己充实了许多，总之这次毕业设计使自己受益匪浅。

4月7日正式提交的开题报告，经老师批改，与老师交流后，逐渐的确定了设计总体思路，控制框图也已确定。随着进度的推进与细化，困难也也逐渐显现，通过查阅资料和老师的交流困难不断的解决，论文慢慢成型，五月底把设计系统中的漏洞又进行了重填补，这次毕业论文的写作过程是一次再学习再提高的过程，我不会忘记这令人难忘的几个月时间，在我徜徉书海查资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋，在今后的日子里，我要仍然不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我这次论文写作的

最大收益，从指导老师的身上，我不仅学到了扎实的专业知识，也学到了做人的道理，在此我要向指导老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。

6.2参考文献

[1]

[2]王元太白酒生产工艺过程和设备, 山西省轻工业厅黄丽孙玉坤黄永红薛力红, 补料分批发酵过程控制系统研究, 微

型计算机信息，2006年25期

[3]胡真补料了分批计算机控制系统的开发与应用; 化工自动化仪表;1999年

05期

[4]张鸿业胡士强杨志忠; 智能模糊控制算法在微型发酵罐温控中的应用[J]

电子仪器仪表用户;2000年01期

[5]肖应旺, 徐保国; 补料分批发酵过程计算机控制系统的设计与应用[J];计算

机测量与控制;2004年06期

[6]易异勋制药工业青霉素发酵过程微机控制的研究和设计[J];长沙电力学

院学报(自然科学版);1999年04期

[7]李伟相里加雄; 清香型白酒发酵缸机械化的设想; （山西杏花村汾酒集团股

份有限公司技术中心）

[8]崔海灏, 李立行; 清香型白酒生产工艺及技术探讨; 酿酒. 第35卷第5期2008

年9月

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]沈怡芳,清香型白酒浅议;酿酒.第31卷第6期2004年11月邱公伟. 可编程序控制器网络通信及应用. 北京清华大学出版社，2000阳宪惠. 现场总线技术及其应用. 北京:清华大学出版社，1999廖常初.S7-300/400PLC应用技术.北京:机械工业出版社，2005陈在平,赵相宾可编程序控制器技术与应用系统设计. 北京机械工业出版社，2003王孟效,薛会建,朱丹波. 自控系统PLC 和仪表干扰的研究. 电气自动化，2005S.G ，Tzafestas and N.P. Papanikolopoulous. Incremental fuzzy expert PID

control.IEEE Trans Ind ，Electron ，1993，vol ，37，no5，P1392-1398

第一章绪论............................................................................................................3

第二章白酒发酵过程自动控制的意义......................................................................4

第三章PLC 在发酵过程中的应用........................................................................... 6

第五章系统软件的设计............................................................................................21

第六章总结................................................................................................................41

第一章绪论

1.1清香型白酒简介

1.1.1清香型白酒的传统的酿造技术

1.1.2国内目前发酵控制水平

1.1.3清香型白酒发酵温度控制总体框图发

酵

温

度

输

入

信模拟量输入模块数字量输出模块水温控制电磁阀S7-200PLC 水温

水

温

输

入

信

号开关量检测发酵地缸温度

第二章白酒发酵过程自动控制的意义

2.1清香型白酒发酵工艺简述

2.2清香型白酒发酵的温度曲线

（1）大楂入缸温度的实测数据如下表：月份

室温

地温

入温9

18.218.414.31013.814.813.7118.210.811.71248.612.4625.78.91531010.811.8415.215.712.7519.718.714.76---21.513.87—8—17.715.8

（2）根据发酵工艺可绘制发酵温度曲线如下：

在上图中前缓oa 段由入缸温度经过6~7天，发酵温度缓慢上升到顶火温度，

中挺ab 段顶火温度保持三整天，不能高于这个温度不然酒醅酸度会迅速上升，后缓bc 段以每天0.5℃左右的速度下降出缸时温度控制在23℃~24℃。

2.3利用微型计算机控制的可行性分析

第三章

3.1PLC 的特点PLC 在发酵过程中的应用

软件设计方面：采用软件滤波，软件自诊断，简化编程语言，信息保护和恢复，报警和运行信息的显示等。

②易操作性

易于掌握。例如目前大多数PLC 采用的梯形图语言，继承了继电器控制线路的清晰直观感，很容易被电气技术人员所接受和掌握。

PLC 的输入输出接口可直接与控制现场的用户设备相连接，可拆卸的接线端子排

PLC 的自诊断功能使在系统出现故障的时候，使接线工作及其简单。维护人员可

根据各种异常状态的指示或自诊结果，快速确定故障的位置，以便迅速处理和修复。

③通用性

④易于实现机电一体化

3.2PLC 的基本结构

无论哪知结构类型的PLC ，都可根据需要进行配置与组合。例如SIEMENS S7-224型PLC 为整体式结构，通过主机连接I/O扩展单元，I/O点数可在24点

到168点的范围内进行配置。组合式PLC 则在I/O配置上更方便、更灵活。

3.3PLC 工作的基本原理

出映像寄存器中。

④外设端口服务。完成与外设端口连接的外围设备(如编程器) 或通讯适配器的通信处理。电源接上I/O内部继电器清零；

定时器复位；检查I/O初始化

单元连接

检查硬件和用户程

序存储器

否

检查结果正

常？

错误标志置

位，故障灯亮采样输入信号，刷新I/O

数据，更新输出信号

监控定时器复位

故障性质

报警逐条执行用户程序指令

异常

程序结束？是否

外设端口服务

（a ）

初始化公共处理I/O刷新执行用户程序外设端口服务（b ）

3.4PLC 的主要功能及应用

①PLC 机型的选择

②选择容量。

PLC 的容量包括主机用户存储器的内存容量和I/O控制点数两个方面，选择时应留有适当的裕量做备用。

③选择I/O模块。

输入模块有直流24VDC 和交流220VAC 两种。

据此选择原则可以选用合理便捷的PLC 产品。本系统选用了SIMENS

SIMATIC S7系列PLC 组件。

3.5PLC 的控制系统

（1）清香型白酒发酵过程控制系统结构如下图：

3.6利用PLC 组成的控制方案图解

第四章

4.1CPU 的选型

酒发酵温度控制PLC 的选型

①CPU 221：输入输出点数只有10点，而且无扩展能力，具有高速计数器和高速脉冲输出端，CPU221多用于点数较少的开关量控制系统中。

③CPU224：它在CPU222的基础上使主机上的输入输出点数增为24点，

扩展能力增强，最大可扩展为168点数字量或35点模拟量的输入输出，存储容量也进一步增加，还增加了高速计数器的数量，它具有较强的控制能力。

表4-1S7-200CPU 主要的性能指标

特性CPU221CPU222CPU224CPU226外形尺寸80*80*6290*80*62120.5*80*62190*8.*62存储器

2048字2048字4096字4096字用户程序

用户数据1024字1024字2560字2560字用户存储器类

EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM

型

数据后备(超级电容) 典型50小时50小时50小时50小时

值输入输出

6入4出8入/6出14入/10出24入/16出本机I/O

2个模块7个模块72个模块扩展模块数量无

数字量I/O映

[1**********]6

像区大小模拟量I/O映

无16如/16出32入/32出32入/32出

像区大小指令系统33MH Z 下布尔

0.37us/指令0.37us/指令0.37us/指令0.37us/指令

指令执行速度有有有有

环实数指令有有有有整数指令有有有有主要内部继电器128I 和128Q 128I 和128Q 128I 和128Q 128I 和128Q

器

内部通用继电[1**********]6

器

计数器/定时器写入/写出顺序控制继电

器附加功能

内置高速计数

器

模块量调节电

位器脉冲输出通信中断硬件输入中断定时中断定时时钟口令保护通信功能通信口数量支持协议0号口1号口

256/256无256Z

)

256/25616/16256

256/25632/32256

256/25632/32256Z

)

4H/W(20KHZ )

6H/W(20KHZ )

22(20KHZ ，DC)

2(20KHZ ，

2(20KHZ ，DC)

DC)

1发送/2接收1发送/2接收4，输入滤波器

器2(1~255ms)2(1~255ms)有(时钟卡) 有(时钟卡)

有有1(RS-485)PPI ，DP/T自由口N/A

1(RS-485)PPI ，DP/T自由口N/A

2(20KHZ ，DC)

1发送/2接收1发送/4接收

4，输入滤波器

器

2(1~255ms)2(1~255ms)有(内置) 有(内置) 有有1(RS-485)PPI ，DP/T自由口N/A

PPI ，DP/T自由口(同0号口)

4.2. 模拟量扩展模块

4. 2.1EM231模块的功能

（1）最佳适应性：可适用于复杂的控制场合

（3）灵活性：当实际应用变化时，PLC 可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整用户程序。

EM 231模拟量输入，输出和组合模块的技术规范及端子接线图

EM231AI4×12位6ES7231-0HC22-0XA0

通用技术规范尺寸(Wx H x D) 重量

功率损失(耗散)

71.2×80×62mm183g 2W

点数功率损耗

+5VDC(从I/O总线) 从L+

L+电压范围第2级或DC 传感器供电LED 指示器

4路模拟量输入

20mA 60mA 20.4～28.824V DC 状态

亮=无故障灭=无24V DC 电源

模拟量输入特性模拟量输入点数隔离(现场与逻辑电路间) 输入类型电压(单极性) 电压(双极性) 电流

4无差分输入0～10V ，0～5V ±5V，±2.5V0～20mA

输入分辨率电压(单极性) 电压(双极性) 电流

2.5mV(0～10V 时) 1.25mV(0～5V 时) 2.5mV(±5V时) 1.25mV(±2.5V时) 5μA(0～20mA 时)

模数转换时间模拟量输入响应共模抑制共模电压数据字格式双极性，全量程范围单极性，全量程范围

＜250μs1.5ms ～95%40dB ，DC to 60Hz

信号电压+共模电压(必须小于等于12V)

-32000～+320000～32000

输入阻抗输入滤波器衰减最大输入电压

大于等于10MΩ[email protected] DC

最大输入电流

分辨率

32mA

12位A/D转换器

电源与公共端子图如图4-1-2

4.2.2EM 231配置

表4-1-3EM 231选择模拟量输入范围的开关表

单极性

满量程输入

SW1

SW2OFF ON

SW3ON OFF

0到10V 0到5V 0到20mA

双极性

满量程输入

SW1OFF

OFF ON

SW2

ON OFF

SW3

±5V±2.5V

2.5mV 1.25mV

分辨率2.5mV 1.25mV 5uA 分辨率

4.2.3EM 231的校准和配置位置

4.2.4EM 231输入数据字格式

图为CPU 中模拟量输入字中12位数据值的存放位置。

注意

太原工业学院毕业论文

4.3

温度变送器

PT100分度表

-50度80.31欧姆-20度92.16欧姆10度103.90欧姆40度115.54欧姆70度127.08欧姆100度138.51欧姆

应用范围：医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。

-40度84.27欧姆-10度96.09欧姆20度107.79欧姆50度119.40欧姆80度130.90欧姆

-30度88.22欧姆0度100.00欧姆30度111.67欧姆60度123.24欧姆90度134.71欧姆

4.4电动调节阀

工作原理

工作电源：DC24V,AC220V,AC380V 等电压等级。

通过接收工业自动化控制系统的信号（如：4~20mA）来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数。

太原工业学院毕业论文

4.5整体硬件系统的组合

图4-1-3S7-200扩展图

中央处

理单元CPU226

EM231DI/O16DC24V EM231DI/O16DC24V

外部电路

图4-1-4模块扩展连接图

除了PLC 必需的I/O扩展模块之外，另外涉及的设备仪表有测温用Pt100鉑电阻温度变送器、液位变送器等。

太原工业学院毕业论文根据清香型白酒发酵的特点，

清香型白酒发酵过程的温度范围为0～50

摄氏度，一般可以选择的量程为-10～90摄氏度的温度变送器。

第五章系统软件的设计

5.1系统软件实现功能

控制系统具体空要求如下：

c. 水温调节通过给水中加蒸汽，或加冷水来自动调节水温；

d. 自动显示发酵温度和水温，每天定时记录发酵温度；

e. 温度检测器件要用不锈钢护套，以免给酒中带入邪杂味；

温度监测范围：0～50℃，精度±0.2℃，顶火温度28～30℃，顶火温度最好不要超过32℃。

月份9

地温18.4月份和模拟地温的参考值（温度单位℃）[1**********]4.810.88.668.910.815.7518.7621.5

5.2绘制温度显示组态画面

5.2.1变量定义

5.2.2设备连接

5.2.3温度控制主画面

5.2.3.1动画链接

5.2.4PID

参数整定画面

5.2.5实时曲线

5.2.5.1动画链接

5.2.6历史曲线

5.2.7报警画面

5.3温度检测与控制主程序的设计

5.3.1PLC 程序的设计

5.3.1.1PLC 程序设计步骤

制出各功能单元的详细功能框图。

(4)程序测试：程序测试是整个程序设计工作中一项很重要的内容，可以初步检查程序的实际效果。

(5)程序调试：程序调试的任务是进一步诊断和改正软件中的错误。

(6)编写程序说明书：程序说明书是对程序的综合说明，是整个程序设计工作的总结。

5.3.1.2PLC 系统控制程序的原则

控制软件采用全符号化的梯形图编写，设计程序时应充分考虑系统的资源，尽量减少程序逻辑扫描时间，提高控制的实时性。

5.3.2S7-200PLC 自带PID 的设置

PID 回路算法---在模拟量的控制中，经常用到PID 运算来执行PID 回路的功能，

指令使这一任务的编程和实现变得非常容易。

如果一个PID 回路的输出M(t)是时间的函数，则可以看作是比例项、积分项和微分项三部分之和。即：

M(t)=Kc*e+KcQedt+M0+Kc*de/dt(5-1)

MPn=Kc*(SPn-PVn)+Kc*Ts/Ti*(SPn-PV)+MX+K*T/T#(PV-PV)

(5-2)

公式中包含9个用来控制和监视PID 运算的参数，在PID 指令使用时构成回路表，回路表的格式见表5-3-2。

表5-3-2回路表的格式参数

过程变量当前值PVn

给定值SPn

输出值Mn

增益Kc

采样时间Ts

积分时间TI

微分时间TD

积分时间MX

①设置PID 回路号(0-7)：这里选择0；

②PID 回路给定值的范围：根据系统的控制要求，这里选择0-100；

③比例增益、采样时间、积分时间、和微分时间。在这里，比例增、积分时间和微分时间由上位机提供，这里只需设置采样时间1秒；

⑧PID 指令的参数表占用的V 存储区起始地址：这里选用VB0。完成向导后，程序将自动生成第x 号回路的初始化程序PID0_INIT、中断程序PID_EXE、符

图3-3PID 初始化程序

5.4温度控制系统流程图

开始

初始化

读开关量信号状态

模拟量读取处理

温度、压力超限N

故障报警处理工作方式选择

手动

自动

计算实际工作时间

计算温度设定值

读取实际温度值

温度设定值等于

实际温度值

进行PID 运算输出电磁阀状态

输出控制电磁阀

地缸状态操作

5.5编写程序

5.5.1

温度控制程序符号表

5.5.2温控子程序分配表

5.5.3温度控制主程序

5.5.4指示报警程序

Network 1//网络标题//网络注释LD I0.0

LDR>=VD80, 32.0

OR>=

ALD

=Q0.4VD84, 32.0VD88, 32.0VD92, 32.0

Network 2

=I0.0Q0.0

Network 3

LD M2.0

=Q0.1

Network 4

LD M2.2

=Q0.2

Network 5

LD M2.4

=Q0.3

5.5.5前缓升温控制程序Network 1//网络标题

//读取当前时间

LD L12.0

BITIM VD0

Network 2

//发酵时间

LD L12.0

CITIM VD0, VD10

Network 3

//升温量

LD L12.0

MOVR LD0, LD21

AENO

-R LD4, LD21

AENO

MOVR LD21, LD17

/RLD8, LD17

Network 4

LD L12.0

MOVR LD17, LD13

*RVD10, LD13

Network 5

AR=LD13, LD0

AR=VD10, LD8

=L12.1

5.5.6中挺保温程序TITLE=

Network 1//网络标题

//网络注释

LD L8.1

BITIM VD20

Network 2

LD L8.0

A L8.1

CITIM VD20, VD30

Network 3

LD L8.0

AD=LD0, VD30

=L8.2

Network 4

LD L8.0

MOVR LD4, LD9

5.5.7后缓落降温控制程序Network 1//网络标题//网络注释LD L12.0

MOVR LD0, LD30

AENO

-R LD4, LD30

AENO

MOVR LD30, LD18

/RLD8, LD18

Network 2

BITIM VD40

Network 3

LD L12.0

A L12.1

CITIM VD40, VD50

Network 4

LD L12.0

A L12.1

MOVR LD8, LD34

AENO

*RVD50, LD34

AENO

MOVR LD0, LD13

-R LD34, LD13

Network 5

LD L12.0

A L12.1

AR=LD4, LD13

AR=LD18, VD50

=L17.0

5.5.8数据处理子程序TITLE=

Network 1//网络标题//网络注释LDN L10.0

MOVW LW0, LW20Network 2

LDN L10.0

ITD LW40, LD22

AENO

DTR LD42, LD26

Network 3

LDN L10.0

MOVR LD26, LD30AENO

-R 6400.0, LD30

AENO

MOVR LD30, LD34/R25600.0, LD34

Network 4

LDN L10.0

MOVR LD6, LD38

AENO

-R LD2, LD38

AENO

MOVR LD38, LD42AENO

*RLD34, LD42

AENO

MOVR LD42, LD11+RLD2, LD11

5.5.9初始温度调节TITLE=

Network 1//网络标题//网络注释LD I0.6

AR=MD14, VD80

AR=VD14, VD84

AR=MD14, VD92

=Q0.6

Network 2

LDN Q0.6

CALL SBR1, AIW10, MD14, I0.0, VD240, AQW10, M4.0, M4.1

Network 3

LDN

CALL Q0.6SBR1, AIW12, MD14, I0.0, VD240, AQW12, M4.0, M4.1

Network 4

LDN

CALL Q0.6SBR1, AIW14, MD14, I0.0, VD240, AQW14, M4.0, M4.1

Network 5

LDN

CALL Q0.6SBR1, AIW16, MD14, I0.0, VD240, AQW16, M4.0, M4.1

第六章总结

6.1论文工作总结

最大收益，从指导老师的身上，我不仅学到了扎实的专业知识，也学到了做人的道理，在此我要向指导老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。

6.2参考文献

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[2]王元太白酒生产工艺过程和设备, 山西省轻工业厅黄丽孙玉坤黄永红薛力红, 补料分批发酵过程控制系统研究, 微

型计算机信息，2006年25期

[3]胡真补料了分批计算机控制系统的开发与应用; 化工自动化仪表;1999年

05期

[4]张鸿业胡士强杨志忠; 智能模糊控制算法在微型发酵罐温控中的应用[J]

电子仪器仪表用户;2000年01期

[5]肖应旺, 徐保国; 补料分批发酵过程计算机控制系统的设计与应用[J];计算

机测量与控制;2004年06期

[6]易异勋制药工业青霉素发酵过程微机控制的研究和设计[J];长沙电力学

院学报(自然科学版);1999年04期

[7]李伟相里加雄; 清香型白酒发酵缸机械化的设想; （山西杏花村汾酒集团股

份有限公司技术中心）

[8]崔海灏, 李立行; 清香型白酒生产工艺及技术探讨; 酿酒. 第35卷第5期2008

年9月

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control.IEEE Trans Ind ，Electron ，1993，vol ，37，no5，P1392-1398

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