基于三菱FX3U PLC的啤酒发酵自动控制系统设计
摘要 啤酒是世界上最古老的酒类之一，在全球饮品市场占据重要地位。啤酒的发酵过程是啤酒酿造中最为关键的环节，其质量直接决定了啤酒的口感和品质。传统的啤酒酿造方式存在很多弊端，由于受到环境、操作人员技术水平等因素的影响，导致啤酒质量难以保证。因此，本研究旨在设计一种基于PLC的啤酒发酵自动控制系统，提高啤酒酿造的自动化程度和稳定性，可实现完全自动化控制，并对啤酒发酵过程进行精准控制监测。本文首先介绍了PLC在啤酒发酵控制中的应用，分析了其优越性并结合实际酿造需求提出了相应的设计方案。其次，设计了一套完整的自动控制系统，包括传感器、执行单元等硬件构造和程序控制等软件部分，并使用MCGS使操作更为简易。利用实验室进行了系统测试和调试，并记录了实验结果及控制参数。最后，通过对实验结果的分析和总结，对该控制系统进行了评价。实验结果表明，该基于PLC的啤酒发酵自动控制系统具有很高的自动化水平和控制精度，并且可以实现快速反应和精准控制，从而提高了啤酒酿造的效率和质量。同时，该系统能够简化操作流程，降低投入成本，具有明显的经济效益。因此，该研究具有重要的实际应用价值和推广前景。本文设计了一套基于PLC的啤酒发酵自动控制系统，并实现了好的实验结果。虽然系统在控制精度、效率等方面表现良好，但是尚有进一步优化和改进的空间。未来，我们将进一步提升系统的稳定性、可靠性和实用性，致力于推进智能啤酒生产技术的发展。
关键词： PLC 啤酒发酵 自动控制系统 MCGS
Design of Automatic Control System for Beer Fermentation Based on PLC
Abstract Beer is one of the oldest alcoholic beverages in the world, occupying an important position in the global beverage market. The fermentation process of beer is the most critical link in beer brewing, and its quality directly determines the taste and quality of beer. There are many drawbacks in traditional beer brewing methods. Due to the influence of environment, technical level of operators and other factors, it is difficult to guarantee the quality of beer. Therefore, the purpose of this study is to design a beer fermentation automatic control system based on PLC, improve the automation and stability of beer brewing, realize complete automatic control, and accurately control and monitor the beer fermentation process. This paper first introduces the application of PLC in beer fermentation control, analyzes its superiority and puts forward the corresponding design scheme according to the actual brewing demand. Secondly, a complete automatic control system is designed, including hardware structure such as sensor and execution unit, software part such as program control and MCGS is used to make it easier. The system was tested and debugged in the laboratory and the experimental results and control parameters were recorded. Finally, the control system was evaluated by analyzing and summarizing the experimental results. The experimental results show that the PLC-based beer fermentation automatic control system has a high level of automation and control accuracy, and can achieve rapid response and precise control, thereby improving the efficiency and quality of beer brewing. At the same time the system can simplify the operation process, reduce the input cost, and has obvious economic benefits. Therefore. this research has important practical application value and promotion prospects. In this paper a set of PLC-based beer fermentation automatic control system is designed. and good experimental results are achieved. Although the system performs well in terms of control accuracy and efficiency. there is still room for further optimization and improvement. In the future. we will further improve the stability. reliability and practicability of the system. and devote ourselves to promoting the development of intelligent beer production technology.
Keyword: PLC Beer Fermentation Automatic Control System MCGS
目录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 课题研究的目的及意义 1
1.3 国内外发展现状及趋势 2
1.4 课题研究内容 2
第二章 基于PLC的啤酒发酵自动控制系统分析 4
2.1 控制系统设计基本方法 4
2.2 啤酒发酵控制系统的工艺流程 5
2.3 啤酒发酵控制系统的整体方案设计 6
第三章 啤酒发酵控制系统硬件设计 9
3.1 PLC控制器选型 9
3.2 传感器的选择 10
3.3 执行器的选择 12
3.4 控制系统主电路电气原理图设计 13
3.5 I/O参数表 14
3.6 PLC接线图 15
第四章 啤酒发酵自动控制系统的软件设计 17
4.1 啤酒发酵控制系统的控制流程 17
4.2 啤酒发酵控制系统的主程序设计 18
4.3 HMI人机交互界面设计 22
第五章 啤酒发酵自动控制系统仿真调试 25
5.1 PLC与触摸屏的通信 25
5.2 MCGS仿真 27
总 结 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 选题背景
随着我国国民经济的飞速发展，自动化控制技术的发展速度也十分的迅猛，近年来，各种各样的啤酒发酵自动控制系统在我国的啤酒酿造领域中越来越常见，越来越普及，其主要功能就是代替人工作业，用以实现啤酒发酵工作过程控制的自动化和智能化，自动化控制系统的出现，在一定程度上改变了现有的啤酒发酵工作和生产方式，极大的提高了啤酒发酵过程的工作效率和工作过程中的安全性，更是有效降低了啤酒酿造过程中运营的生产成本；也正因为如此，啤酒自动发酵的控制系统在整个啤酒酿造工作流程中就显得尤为重要，既要满足人们对控制功能上的需求，同时也要满足人们对控制精度、响应速度和系统稳定性的较高的要求。
在各种自动化控制技术广泛发展的大背景下，本设计“基于PLC的啤酒发酵自动控制系统设计”设计了一套基于三菱FX3U PLC控制器的啤酒发酵自动化控制系统，能够有效实现啤酒发酵过程的自动化控制和智能化控制，提高啤酒酿造的工作效率和使用安全性能。
1.2 课题研究的目的及意义
基于PLC的啤酒发酵自动控制课题研究的目的是为了将自动化控制技术与啤酒发酵工艺进行有效结合，将PLC自动控制技术应用在啤酒发酵自动控制过程中，一方面，取代传统的继电器控制系统，摆脱复杂的电气回路，降低系统故障排查的难度，提高系统编程开发的便捷性，另一方面，提高系统的控制性能，进一步推动啤酒发酵控制系统的智能化、自动化和网络化发展。
啤酒发酵是啤酒整个生产过程中的核心环节，其发酵过程是在发酵罐中静态独立进行的，分别在发酵罐外表的上、中、下3段安放冷却套，分别相对于上、中、下三个位置设置三个3个测温点和3个执行机构，这里运用气动阀的开度情况来控制温度，与此同时调节冷却套内的冷水加入情况以进一步实现对发酵过程温度的整体控制[1]。通过PLC自动化控制技术的集成，可以实现整个啤酒发酵过程温度控制过程的自动化控制，在一定程度上，摆脱了人工手动控制的现状，一方面可以提高温度控制过程的控制精度和控制的时效性，另一方面可以有效降低啤酒自动发酵过程的生产成本，提高啤酒生产企业的经济效益。
1.3 国内外发展现状及趋势
20世纪初期，自动化控制技术发展还不算完善，水平比较落后，PLC控制技术也没得到很好的普及，但随着工业的不断进步和发展，目前的自动化控制技术和PLC控制技术已经相对普及，技术也比较成熟，所以将PLC控制技术应用到啤酒发酵过程自动化控制系统中，也成为了必然的发展趋势，目前已经有很多厂商在啤酒发酵自动控制系统成功应用了PLC控制技术，有效提高了控制系统稳定性、并且提高了控制精度，保障了啤酒发酵的工作安全。
目前，国外对于啤酒发酵的自动控制系统技术的应用已经较为广泛，甚至可以说已经普及，而纵观我国的啤酒发酵自动控制系统的普及程度，与国外还有一定距离和差距，大部分企业在啤酒发酵过程的控制还处于最为原始的控制方式——人工手动控制，只有一少部分大型啤酒生产企业才大规模配套使用啤酒发酵的自动控制系统。但随着时代的发展，我国对啤酒发酵的工作效率和生产过程安全的要求越来越高，啤酒发酵自动化控制系统在我国啤酒酿造领域中的普及率也在稳步提高。
1.4 课题研究内容
本设计课题的主要研究内容包含以下几个部分：
第一部分：绪论
此部分内容主要介绍了选题背景，论述了课题研究的目的和课题研究的意义、课题的国内外研究现状和课题的主要研究内容[2]。
第二部分：控制系统的系统分析
此部分内容主要介绍了啤酒发酵过程的生产工艺流程，并对整个控制系统的系统框架进行介绍，给出了啤酒发酵自动控制系统的整体设计[3]。
第三部分：硬件设计与选型
此部分内容主要论述了PLC控制器、压力传感器、温度传感器、液位传感器和电磁阀门、继电器等电气元器件的硬件选型过程。
第四部分：控制系统的软件设计
此部分内容主要论述了整个啤酒发酵过程控制系统控制程序的设计思路以及设计方法，并对整套控制程序按步骤进行分析解读。另外论述了系统上位机组态画面的设计过程和思路，并对本设计所设计的人机画面进行介绍。
第五部分：控制系统的联合仿真调试
此部分内容主要论述了如何通过仿真功能进行的系统仿真和系统调试。
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