论文总字数：27461字

摘 要

经济的发展带动着社会的进步，同样带动着的还有人们的消费水平。为了满足日益见涨的消费需求，人们不得不提高生产效益、扩大生产规模，但是随之而来也会带来很多问题，实施科学合理的生产控制方法势在必行。

本文以生物发酵罐控制系统设计为题，选取啤酒发酵为例，基于对啤酒发酵过程中重要参数控制，设计了针对温度、PH、溶解氧浓度的不同控制方案，编写了PLC程序，设计了上位机组态界面并进行了仿真测试。

针对温度、PH、溶解氧浓度三个重要参数分别采用了模糊PID、简单PID、双位控制方案进行控制，同时使用组态软件设计了监控画面，方便生产过程中对三个参数的实时监控以保证生产效益。

测试结果表明，模糊PID控制与一般PID控制相比具有一定优化作用，控制效果更佳。

关键字：生物发酵 PLC PID

Design of control system for biological fermentation tank

Abstract

Economic development drives the progress of the society, also drives the consumption level of people. In order to meet the growing up demand of consumption, people have to improve production efficiency and expand the scale of production, but the attendant will also bring a lot of problems, so implement the scientific and reasonable production control method is imperative.

This paper is designed of the theme “The control system of biological fermentation tank ” and take the beer fermentation for example, use different control schemes to control the temperature, PH, dissolved oxygen concentration based on the important parameters in the process of beer fermentation, write the PLC program, design the configuration interface of the host computer take the simulation test.

According to three important parameters of the temperature, pH, dissolved oxygen concentration respectively use the fuzzy PID, simple PID control two position control scheme, and configuration software is used to design the monitor screen, which is convenient to monitor the three parameters real-time in production process, to ensure production efficiency.

The test results show that the fuzzy PID control has a certain optimization effect compared with the general PID control, and the control effect is better.

Key Words: Biological fermentation PLC PID

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 研究现状及发展趋势 1

1.3 本课题的主要内容 3

1.3.1 主要工作 3

1.3.2 技术路线 3

第二章 控制方案设计 8

2.1方案流程 8

2.2 温度控制方案 12

2.2.1模糊控制器工作原理及设计步骤[18] 13

2.2.2 模糊化接口 14

2.2.3 规则库与模糊推理 16

2.2.4 清晰化接口 20

2.2.5 PID参数模糊调整规则 20

2.3 PH控制方案 21

2.4 溶解氧浓度控制 23

第三章 硬件部分设计与实现 25

3.1 PLC选型[25] 25

3.2 各参数测量装置选用 25

3.3 PLC编程 26

3.3.1温度模糊PID程序 27

3.3.2 PH控制程序 31

3.3.3 溶解氧浓度控制程序 32

第四章 软件部分设计 35

4.1组态软件的介绍和选择 35

4.2 MCGS的画面创建 35

4.2.1 变量的创建 36

4.2.2 流程界面、历史曲线、报警界面等的创建 38

4.2.3设备窗口的通道连接 40

第五章 仿真测试 43

5.1发酵罐温度模型的引入 43

5.2 模糊PID与常规PID仿真 43

5.2.1 常规PID仿真 43

5.2.2 模糊PID仿真 45

5.2.4 比较结果及结论 45

参考文献 47

致谢 50

第一章 绪论

我们生在一个和平稳定的年代，在这个逐步稳定发展的社会里，日新月异的科学技术促使着人们的生活水平不断提高。但是，不断提高的生活水平的背后是人们对于物质需求的不断增长。这就使得人们不得不扩大生产规模、提高生产效率来满足社会需求。而扩大生产规模一旦操作管理不当，很容易出现许多我们并不想看到的事情发生。这时合理有效的控制监测技术就显得尤为必要。

本设计根据生物发酵的流程特点，采用PLC实现对发酵液的温度、溶解氧浓度、PH值等重要参数的控制，并将智能控制技术应用到生物发酵控制系统设计中。文章首先针对众多发酵选取啤酒发酵为例，介绍了啤酒发酵的相关流程及工艺、技术路线及参数要求，第二章分别设计了温度、PH、溶解氧浓度等重要参数的控制方案，接着选取PLC及各参数测量装置，根据需要进行PLC编程，并设计上位机控制界面和仿真调试，最后通过与其他控制方案的比较，得出本文的设计方案对发酵过程确实有优化作用。

1.1 课题背景及意义

随着社会的不断进步，在当今社会具有悠久历史的发酵工业越来越发展并趋向于旺盛时期。尤其是为了满足人们在当今社会下日益增长的物质需求以及处理因工业的快速发展所带来的污水等有害副产物，生物发酵工程日益受到科技界、工商界和政府部门的重视^[1]。由于生活中的许多产品如啤酒、青霉素等需要有序的发酵才能进行快速生产并成为商品投入使用，所以人们对于生物发酵工程从不曾停下研究的脚步。然而生物发酵罐为了满足需要，体积大小不一，一旦操作控制不当，将会极大的危害社会经济财产安全。在这种背景下，人们迫切需要一种控制系统能够对生物发酵罐进行有效实时的控制。于是对生物发酵罐的控制系统设计应运而生。

1.2 研究现状及发展趋势

近些年来为了满足人们需求的增长，发酵工业也在不断进步并趋向于繁荣。发酵工业一方面为了满足增长的需求趋向于大型化，另一方面为了节约资源成本、提高生产效率而趋向于智能化、简单化。这使得发酵罐控制系统的设计变得五花八门，诸如DCS系统、单片机、PLC、嵌入式等被都被应用到发酵罐的控制系统设计中去。满足大型化、智能化、高效化的生产管理需求俨然已经成为生物发酵罐控制系统设计的当代要求。

1.3 本课题的主要内容

生物发酵罐的控制系统设计旨在根据生物发酵的流程特点，采用PLC实现对发酵液的温度、溶解氧浓度、PH值等重要参数的控制，将智能控制技术应用到生物发中去，以提高对生物发酵的监控力度，减轻人工劳动强度并优化产品的产出。微生物发酵过程是一个很是繁杂的过程。期间，须要对温度、PH、溶解氧含量等参数以及一些发酵过程进行控制，若仅仅依靠手动控制，不仅控制效果差，而且操作者的工作环境和劳动强度也受到极大的威胁^[2～3]。

1.3.1 主要工作

1. 熟悉发酵工艺；
2. 设计控制回路，选择控制仪表及PLC；
3. 设计控制方案，PLC编程；
4. 重要参数智能控制算法设计；
5. 上位机组态设计。

由于生物发酵种类繁多，在此做不到一一列举分析，因此本课题以啤酒发酵为例进行研究。

1.3.2 技术路线

工业发酵有如下类型：

（1）按对氧气的需求：氧气发酵，厌氧发酵，兼性厌氧发酵^[4]；

请支付后下载全文，论文总字数：27461字