啤酒发酵的过程控制

啤酒发酵的过程控制啤酒发酵的过程控制摘要啤酒发酵是一个复杂的工艺过程，其中啤酒发酵的温度是发酵过程中最重要的工艺参数，发酵过程的温度决定了啤酒的口味和质量，因此如何控制发酵温度是啤酒发酵过程的重点。本设计采用AT89S52单片机为核心的数字化温度控制系统，在发酵罐中设置上、中和下三个测温点，控制系统对这三个测温点进行循环检测，然后将检测到的温度信号送到单片机，由单片机通过具体程序对以上三个信号进行处理，通过PID控制算法得到输出控制量控制电磁阀的开度，控制冷却液的流量来控制罐内温度。从而实现了啤酒发酵罐内部发酵温度的精确控制，提高了啤酒生产的综合自动化水平。文中还用MATLAB软件对该控制系统进行了Simulink仿真。关键词：啤酒发酵；AT89S52单片机；温度控制；PID控制；Simulink仿真啤酒发酵的过程控制BEERFERMENTATIONPROCESSCONTROLABSTRACTBeerfermentationisacomplexprocess,inwhichthefermentationofbeerduringthefermentationtemperatureisthemostimportantprocessparameters,fermentationtemperaturedeterminesthetasteandqualityofbeer,sothispaperisthetemperatureofthebeerfermentationprocesscontrolsystemdesign.ThedesignusesAT89S52microcontrollerasthecoredigitaltemperaturecontrolsystem,inthefermentationtanksetting,andforthenextthreemeasurementpoints,thecontrolsystemtocyclethethreemeasurementpointsdetection,andthenthedetectedtemperaturesignalTotheMCU,theMCUthroughthespecificproceduresforthesethreesignalsareprocessedthroughthePIDcontrolalgorithmforthisdecisionsetthecontrolvalveopening,thebeerfermentationtankinordertoachieveprecisecontroloftemperaturewithinthefermentationtoenhancetheproductionofbeerComprehensivelevelofautomation.InthepaperthecontrolsystemusingMATLABsoftwarewereSimulink.Keywords:Beerfermentation;AT89S52microcontroller;temperaturecontrol;PIDcontrol;Simulinksimulation啤酒发酵的过程控制目录1绪论..................................................................11.1课题背景及研究目的................................................11.1.1课题背景....................................................11.1.2研究目的....................................................11.2啤酒发酵温度控制的发展现状及趋势..................................11.2.1啤酒发酵温度控制的现状......................................11.2.2啤酒发酵温度控制的发展趋势..................................32控制系统总体设计......................................................42.1啤酒发酵工艺......................................................42.2被控对象分析......................................................52.3方案选择..........................................................52.4总体方案设计......................................................53硬件电路设计..........................................................73.1AT89S52单片机简介................................................73.2晶振、复位和报警电路..............................................73.3串口通信电路......................................................83.4LED温度显示电路..................................................93.5温度检测电路......................................................93.5.1数字温度传感器DS18B20芯片..................................93.5.2温度检测电路...............................................113.6D/A转换电路.....................................................113.7电磁阀...........................................................123.8硬件电路原理图...................................................124系统软件设计.........................................................134.1主程序...........................................................134.2数据处理模块.....................................................14啤酒发酵的过程控制5Simulink仿真........................................................175.1MATLAB/Simulink概述.............................................175.2仿真结果.........................................................176结论.................................................................19参考文献................................................................20致谢....................................................................21附录A硬件电路原理图....................................................22附录B部分程序清单......................................................23啤酒发酵的过程控制第1页共37页1绪论1.1课题背景及研究目的1.1.1课题背景啤酒发酵是啤酒生产工艺流程中关键环节之一,也是一个极其复杂的生化放热反应过程。在发酵过程中,把糖化麦汁中的糖类水解成单糖,然后经酵母发酵生成乙醇(C2H5OH)、二氧化碳(CO2),同时还会产生种类繁多的中间代谢产物,如双乙酰、脂肪酸、高级醇、酮等,这些代谢产物的含量虽然极少,但它们对啤酒质量和口味的影响很大,中间代谢产物的生成取决于发酵温度[4]。啤酒发酵的温度控制就是利用冷媒介质对罐内温度进行按工艺要求的分段控制。根据啤酒发酵的工艺要求,当啤酒的发酵温度高于工艺要求的温度时,打开冷媒,通过啤酒罐罐壁的冷带给啤酒降温;当发酵温度低于工艺要求的温度时,关闭冷媒,则啤酒按工艺要求继续发酵,整个发酵过程大约12天完成。因此,控制好啤酒发酵过程中温度及其升降速率是决定啤酒质量和生产效率的关键[4]。1.1.2研究目的（1）了解和熟悉啤酒发酵的生产工艺知识；（2）提高啤酒工业生产的经济效益和啤酒质量；（3）培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能，掌握基于单片机的啤酒发酵温度控制系统的基本设计方法；（4）考察对知识面和知识深度的掌握程度，运用理论知识去处理实际问题的能力、实践能力、外语水平、计算机运用水平进行综合训练。1.2啤酒发酵温度控制的发展现状及趋势1.2.1啤酒发酵温度控制的现状为适应现代生产的要求,提高产品质量,提高劳动生产率,使企业的生产管理水平和竞争能力更上一个台阶,啤酒发酵控制采用了自动控制技术,这种技术在啤酒发酵中起着重要的作用。自动控制系统代替人工控制,不需要人直接参与,直接控制温度、压力、液位等物理量按指定的曲线规律变化。目前国内的啤酒发酵自动控制系统主要形式是:PC机和数据采集插卡方式、分布式控制方式,其中分布式控制方式目前有DCS(分布式控制系统)控制系统与FCS(现场总线控制系统)控制系统两种[11]。啤酒发酵的过程控制第2页共37页（1）PC机与数据采集插卡控制方式以工业PC机结合各种数据采集插卡为代表,把啤酒发酵过程控制中的温度、压力等信号数据在采集后通过相应的变送器传入插在工业PC机插槽中的数据采集卡,然后PC机画面上显示出以上各种参数,同时控制阀门等设备的开度来达到工艺生产上的要求。目前国内一些啤酒厂发酵车间采用这类系统进行控制。但是这种系统存在着缺点:数据采集卡工作不稳定,容易出现故障,不能保证正常的运行;外部扩展性较差,不能满足扩展要求;对环境温度的变化较为敏感,因而精度低,最终控制效果不理想[8,11]。（2）分布式控制方式分布式控制方式采用先进的计算机控制技术与多层网络结构并且结合了先进控制算法对生产工序进行自动控制。目前有DCS(分布式控制系统)控制系统与FCS(现场总线控制系统)控制系统两种[11]。DCS控制系统中包括工控机与可编程控制器分布式控制和工控机与单片机分布式控制。FCS控制系统,这种系统适合工业过程监控设备互联,为工业控制系统可靠性数据传送提供了新的解决方案。现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。分布式控制方式中上位机系统主要完成控制系统的监控管理,可显示发酵罐布置图、详细图、生产简介、工艺图;实时在线显示各参数图;检测各点的趋势显示;可由键盘输入给定值或修改参数;定时或即时打印参数报表;随机屏幕拷贝打印各种工艺、详细图、趋势图;设置操作员密码,保证