啤酒发酵罐的温度控制设计与仿真

基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计与仿真啤酒作为一种广受欢迎的饮品，其品质的好坏直接影响到消费者的口味和健康。

发酵是啤酒酿造的关键环节之一，而发酵过程中的控制对啤酒的品质有很大的影响。

本文旨在基于matlab软件设计一种模糊控制系统，实现对啤酒发酵过程的温度、PH值、浓度等参数的实时控制。

1、啤酒发酵过程的控制需求分析啤酒发酵过程需要对温度、PH值、浓度等参数进行控制，以保证啤酒的质量和口感。

而传统的PID控制由于纯粹的数学计算很难精确反应实际过程的动态特性，因此在应对复杂的啤酒发酵过程时，其控制效果容易出现调节精度不高、过调或欠调等问题。

相比而言，模糊控制算法对于变量之间的模糊性和非线性的关系具有很好的适应性，因此可用于解决啤酒发酵过程中存在的问题。

2、基于matlab的模糊控制系统设计基于以上分析，我们选用matlab软件，设计一个模糊控制系统。

首先需要确定模糊控制系统的输入变量和输出变量，以及它们之间的关系模型。

在啤酒发酵过程中，我们选取温度、PH值和浓度三个输入变量进行控制，选取温度输出变量进行控制。

为了进行模糊控制系统的设计，我们需要对输入变量的模糊化、输出变量的模糊化、规则库的建立以及模糊推理等方面进行设置。

3、模糊控制系统的仿真实验为了验证我们设计的模糊控制系统的有效性，我们进行了仿真实验。

首先，我们建立模拟实验参数，包括初始温度、PH值、浓度等参数。

然后，我们运用matlab软件，进行模糊控制系统的仿真。

仿真结果显示，我们所设计的模糊控制系统可以对发酵过程中的温度进行精准的实时控制。

同时，我们还可以对PH值和浓度等参数进行控制，以达到最终的啤酒品质。

综上，基于matlab的模糊控制系统在啤酒发酵过程中具有很好的适应性和控制效果。

通过对温度、PH值、浓度等参数进行实时控制，实现了对啤酒品质的精准控制。

内蒙古科技大学过程控制课程设计论文题目：啤酒发酵罐温度控制系统设计学生姓名：赵万里学号：1067112320专业：测控技术与仪器班级：2010-3指导教师：李忠虎教授2013年 9 月 3日摘要本文介绍了啤酒的酿造工艺，分析了啤酒发酵过程中发酵罐内酒体的温度变化特性，并结合锥形发酵罐的组成及原理，根据生产工艺要求，从而设计了啤酒发酵过程中发酵罐温度控制系统。

该设计是采用串级控制系统，通过控制流入发酵罐冷却套内液氨的流量，来达到控制发酵罐内酒体温度的目的。

设计过程中充分利用了过程控制理论和过程参数检测技术及仪表知识，完成了控制方案的选择、被控参数的选取，以及仪表的选型等内容。

关键词：啤酒发酵；温度控制；串级系统目录第一章绪论 (1)1.1 啤酒概述---------------------------------------------------- 11.2 啤酒的发酵-------------------------------------------------- 12.1 啤酒酿造工艺概述-------------------------------------------- 22.2 发酵工艺---------------------------------------------------- 22.2.1锥形发酵罐基本结构 (2)2.2.2 发酵过程中酒体的温度变化特性 (3)第三章检测控制系统设计 (5)3.1 被控对象分析------------------------------------------------ 53.2 控制方案的选择---------------------------------------------- 53.3 主、副被控参数的选取---------------------------------------- 63.4 主、副调节器调节规律的选择---------------------------------- 73.5主、副调节器正、反作用方式的选择----------------------------- 73.6 仪表选型---------------------------------------------------- 8第四章总结 (9)参考文献 (10)第一章绪论1.1 啤酒概述啤酒是以大麦芽、酒花、水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。

基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计与仿真啤酒发酵过程是一个很复杂的化学反应过程，在实际操作中往往会受到一些外界因素的影响，如温度、pH值、气体搅拌等等。

为了使啤酒发酵过程更加稳定和可控，可以采用模糊控制技术。

下面介绍一种基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计和仿真方法。

1. 系统建模啤酒发酵系统的主要参数包括：发酵液温度、酒精浓度、糖含量、氧气浓度等。

为了简化模型，我们只选取了发酵液温度作为控制量，采用模糊控制器来控制温度的变化。

根据前面的分析，我们知道温度受到外界环境的影响比较大，因此需要在模型中考虑干扰项。

发酵系统的温度控制模型可表示为：d(T)/dt = -α(T-Tamb) + βP + ε其中，T 表示发酵液的温度，Tamb 是环境温度，α 和β 是常数，P 是控制输入，ε 是干扰项。

假设温度的控制量为 P，采用模糊控制技术，设计控制器。

2. 模糊控制器设计设计模糊控制器的第一步是确定模糊集和输出变量的语言变量。

在本系统中，我们将控制输入P 分为三个模糊集：冷、正常、热。

对应的语言变量为 NL、NM、NH。

温度输出也分为三个模糊集：降温、不变、升温。

对应的语言变量为 VC、VO、VA。

接下来是确定模糊集在不同语言变量下的隶属度函数，同样需要考虑到系统的反应速度和鲁棒性。

模糊集的隶属度函数可以选择三角形或者梯形函数。

在本系统中，我们采用三角形函数。

最后是规则库的设计；规则库是模糊控制器的核心。

根据经验法则、专家经验和仿真实验，可以确定每个模糊语言变量在不同隶属度函数下的权重和隶属度。

3. 仿真实验使用 matlb 仿真实验。

通过调整环境温度和控制输入，观察系统的响应，判断模糊控制是否有效。

在 matlab 命令窗口输入以下命令：a=fisedit; %打开模糊控制器界面在界面中设计模糊控制器，包括输入、输出、规则库等。

在设计好模糊控制器后，我们需要编写一个主函数来模拟实验过程。

摘要啤酒工业是我国食品工业中一个重要的产业部门，随着国民经济的发展和人民生活的改善，我国啤酒工业也得到了空前发展。

尽管如此，我国的啤酒生产工业前存在许多不尽如人意的地方。

由于啤酒生产的工艺复杂，目前我国大多数啤酒生产企业装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。

如何提高啤酒生产的综合自动化水平，增强我国啤酒产业的综合实力是一个很好的研究课题。

发酵过程是啤酒生产过程中的重要环节之一，本文针对实验室啤酒发酵装置技术装备落后、自动化程度低、产品质量不稳定以及啤酒发酵罐温度所具有的大时滞、强关联、时变、大时间常数和变量的特点，提出了AT89S52单片机为核心的数字化温度控制系统方案。

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，通过本文设定的特殊控制算法决定每层控制阀的开度，从而实现了啤酒发酵罐内部麦汁三层温度的精确控制，进而解决了啤酒发酵罐内部温度控制精度不高的问题，提高了啤酒生产的综合自动化水平本设计是利用毕业设计时间所学习的西门子PLC（S7-200）设计的啤酒发酵自动控制系统。

本文针对啤酒发酵过程控制及其管理自动化的要求，提供了一整套的啤酒发酵过程集散控制系统的方案。

文中介绍了系统的工艺流程、软件设计、PID回路设计。

软件设计包括系统控制的梯形图、实现代码（指令表）及程序说明以及温度设定值的计算和PID回路计算。

该设计编程容易，容易掌握。

关键词PLC PID 啤酒发酵自动控制目录摘要..................................................................................................... 错误!未定义书签。

第1章啤酒发酵自控系统总体设计 (1)1.1功能分析 (1)1.2控制原理分析 (1)第2章啤酒发酵自控系统工艺流程 (1)第3章啤酒发酵自控系统PLC选型和资源配置 (1)3.1 PLC选型 (1)3.2 S7-200主要功能及特点 (1)3.3文本显示器TD200 (2)3.4 TD200具有以下用途 (2)3.5 PLC的I/O资源配置 (3)3.6 PLC其他资源配置 (4)第4章自控系统PLC程序设计 (1)4.1 程序流程图设计 (2)4.2 PLC功能模块程序设计 (3)第5章啤酒发酵自控系统PLC程序说明 (1)5.1 模拟量信号采集处理 (1)5.2 发酵状态处理 (5)5.3 温度设定值的计算 (10)5.4 PID回路计算 (13)5.5 电磁阀控制 (16)第6章设计小结 (1)致谢 (1)参考文献 (1)第1章啤酒发酵自控系统总体设计1.1功能分析目前，啤酒发酵通常采用锥形大罐“一罐法”进行发酵，即前酵，后酵以及储酒等阶段均在同一大罐中进行。

内蒙古科技大学本科生课程设计论文题目：啤酒发酵罐的温度控制设计与仿真学生姓名：张胜男学号：1167112232专业:测控技术与仪器班级：11—2指导教师：左鸿飞2014年12 月14 日前言过程控制课程设计是测控技术与仪器专业的实践教学环节. 本次过程控制课程设计主题为啤酒厂发酵罐温度控制系统的设计，要求我们了解发酵罐温度控制的工艺背景、设计控制方案以及仪表选型等。

啤酒生产是一个利用生物加工进行生产的过程，生产周期长,过程参数分散性大，传统操作方式难以保证产品的质量.啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法. 在啤酒生产过程中,糖度的控制是由控制发酵的温度来完成的，而在一定麦芽汁浓度、酵母数量和活性的条件下时间的控制也取决于发酵的温度。

因此控制好啤酒发酵过程的温度及其升降速率是解决啤酒质量和生产效率的关键。

在本次啤酒发酵温度控制系统设计过程中各种工艺参数的控制采用串级控制系统实现,主要控制锥形发酵罐的中部温度，采用常规自动化仪表及装置来实现温度及其他参数的检测与控制、显示。

内蒙古科技大学课程设计任务书目录1. 工艺简介及控制系统设计 (4)1.1. 啤酒生产工艺 (4)1.2被控对象特性及控制要求 (5)1.2。

1被控对象特性 (5)1。

2。

2被控对象的控制要求 (6)1.3啤酒发酵温控系统设计 (6)1.3。

1发酵温控系统主、副被控参数的选取 (7)1.3。

2主、副调节器调节规律的选择 (8)1.3.3主、副调节正、反作用方式的选择 (8)1。

3.4串级系统的整定 (9)2. 控制系统的建模 (9)2。

1 数学模型的定义及特征 (10)2.2 建模应用 (10)2。

3建立数学模型的目的 (11)3. 系统仿真技术 (11)3。

1 系统仿真技术概述 (11)3.2使用MATLAB对实验结果进行仿真 (12)1. 工艺简介及控制系统设计1。

1. 啤酒生产工艺啤酒发酵是一种放热的复杂生化系统，其特点是冷却麦汁进入开口发酵槽中，加入啤酒酵母，一般酵母控制发酵液温度为9—10℃左右;发酵7—10天左右,麦汁发酵成嫩啤酒，酵母增殖到添加量的2至4倍。

X X X X 学院《啤酒发酵过程温度控制的设计》大作业报告专业计算机科学与技术学号姓名日期2015.12.301、作业内容及任务麦汁发酵过程是一个复杂的生物化学过程，通常在锥形发酵罐中进行。

目前的处理方法多是在麦汁发酵期间，在二十多天的发酵期间，根据酵母的活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵曲线。

要使酵母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗等达到最佳状态，必须严格控制各阶段的温度，使其在给定的温度曲线的±0.5℃范围内。

发酵期间锥形发酵罐控制上、中、下三部分的温度，温度曲线见下图。

图1 发酵过程温度工艺曲线通过啤酒发酵过程，掌握相关步骤。

考查动手能力和对所学知识的掌握程度，以及查阅资料和收集信息能力。

使设计者熟悉本设计的相关知识及培养解决设计过程中可能遇到问题的能力。

图2 发酵罐的测控点分布及管线图2、对作业的认知或解读麦汁发酵过程是啤酒生产中的一个重要环节。

过去。

啤酒发酵过程采用传统的手工操作控制，生产效率低，劳动强度大，不易于管理；啤酒质量差，产量低，酒损多。

有些啤酒生产厂家采用常规的仪表调节系统，虽然给企业带来一些益处，但也不利于现代化管理和机动灵活地修改工艺参数。

采用计算机对啤酒发酵过程进行自动控制和现代化管理，很好地解决以上问题，获得了巨大的经济效益和社会效益。

图3 计算机控制系统原理图3、系统结构模型框图T1T30图3 啤酒发酵过程计算机控制系统硬件框图4、系统硬件元器件选型WZP-231铂热电阻、RTTB-EKT 温度变送器进行温度测量和变送、I/V 变换板、A/D板、电容式液位变送器及电动调节阀等5、硬件设计（1）模拟量输入通道设计本系统检测30个温度（T1~T30）、10个压力（p1~p10）、10个液位（H1~H10）。

对于温度，我们选用WZP-231铂热电阻30支和RTTB-EKT温度变送器30只进行温度测量和变送，即将-20~+50℃变换成4~20mA DC信号变换成1~5V DC信号，最后把1~5V DC信号送至32路12位光电隔离A/D板IPC5488，从而实现温度的数据采集。

课程设计报告题目：啤酒发酵计算机温度控制系统设计课程：专业：班级：姓名：学号：一、课程设计目的和任务《计算机控制技术》是一门实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。

计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。

通过本课程设计，学生应学习并掌握：1．掌握总线式工业控制机控制系统硬件方案设计，包括工业控制机、模拟输入、输出通道设计和元器件选型，掌握模拟量输入、输出通道及接口连接线路绘制。

2．掌握工业控制机控制系统软件方案（数学模型分析、控制策略、控制算法等）设计，掌握数据采集及处理程序、控制算法程序和模拟量输出程序流程图及软件编程。

这次课程设计的任务是：啤酒发酵计算机温度控制系统设计二、课程设计的要求2.1啤酒发酵工艺简介啤酒发酵是一个复杂的生物化学过程，通常在锥型发酵罐中进行。

在二十多天的发酵期间，根据酵母的活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵给定温度曲线，如下图所示。

要使酵母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗和双乙酰等杂质含量达到最佳状态，必须严格控制发酵各阶段的温度，使其在给定温度的±0.5℃范围内。

2.2系统控制要求（1）现要求控制1个200m3的锥形啤酒发酵罐，罐测量3个参数，即发酵罐的上、中、下三段温度，三段温度的测量范围：-20—+50℃，共有三个温度测量点，因此需检测3个参数。

(2)自动控制各个发酵罐中的上、中、下三段温度使其按上图所示的工艺曲线运行，温度控制误差不大于±0.5℃。

共有3个控制点。

（3）控制规律被控对象可视为纯滞后的一阶惯性：a、在恒温段采用增量型PI控制算法b、在升温和降温段采用增量型PID控制算式c、考虑被控对象为纯滞后的一阶惯性，还要采用施密斯（Smith）预估计控制算法。

（4）系统软件设计要求a、数据采集程序:按顺序采集三个温度信号，每个信号采集5次并储存起来，采样周期为T=2s。

xx大学毕业设计（论文）任务书信息科学与工程学院电子信息工程专业091 班xx 同学：现给你下达毕业设计（论文）任务如下，要求你在预定时间内，完成此项任务。

一、毕业设计（论文）题目啤酒发酵温度控制系统设计二、毕业设计（论文）背景啤酒发酵温度的控制是决定产品品质的关键因素, 所以, 必须对生产过程中的温度进行严格的控制。

啤酒发酵是一个具有时变性、非线性的复杂生化反应过程, 使用冷却酒精水通过热交换器间接降温的方法控制发酵温度。

传统的手动控制不仅控制质量不稳定, 而且操作工人的劳动强度也很大, 人力资源浪费问题十分严重, 为此我们使用以51单片机为核心的控制系统，来控制啤酒发酵温度。

采用单片机对温度进行实时控制, 并采取相应的软硬件抗干扰措施，使控制系统不仅具有方便、灵活的优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而可以显著提高啤酒产品的品质。

三、毕业设计（论文）目标、研究内容和技术要求目标：完成基于单片机的啤酒发酵温度自动控制系统设计和控制器硬件实现。

内容：1. 了解啤酒发酵过程的温度分段控制工艺；2. 进行基于单片机的啤酒发酵温度自动控制系统设计；3. 利用STC单片机完成发酵温度控制器的硬件演示电路设计和LabVIEW远程控制界面设计。

技术要求:1. 实现发酵罐内温度的实时采样监测（精度0.1◦C）和现场液晶显示；2. 根据啤酒发酵各阶段的工艺要求，制定相应的温度设定值变化曲线；3. 手动输入各阶段发酵温度的设定值作为控制参量，并将“设定值”和“阶段”液晶显示；4. 比较设定温度和实际温度大小，显示“开/关冷却阀”，用发光二极管颜色区分两种状态。

四、课题所涉及主要参考资料[1] 邓荣. 基于单片机的啤酒发酵温度控制系统[J]. 工业控制计算机, 2008, 21(1): 58-58.[2] 向艳. C语言程序设计. [M]. 北京：电子工业出版社, 2008.[3] 徐爱钧.单片机原理应用教程－基于Proteus虚拟仿真[M]. 北京：电子工业出版社，2009.[4] 邓荣. 基于AT89S52单片机的啤酒发酵温度控制系统[J]. 国外电子测量技术, 2007, 26(11):59-61.[5] 丁元杰. 单片微机原理及应用(第3版)[M]. 北京: 机械工业出版社, 2007.五、进度安排周次工作内容预定目标13年1周查阅资料选题确定毕业设计题目13年2-3周收集相关资料并翻译基本完成外文资料的翻译13年4周下达任务书、撰写文献综述完成文献综述的撰写13年5周制定进度表、框图理解论文论证的基本思想13年6-7周研究啤酒发酵温度控制工艺掌握啤酒发酵的相关知识13年8-9周研究温度控制模块完成51单片机对温度控制模块的设计13年10-11周实现51单片机对各模块控制的整合完成51单片机对发酵温度控制的仿真13年12周对发酵温度控制流程形成论文思路并撰写论文草稿基本完成13年13周论文的修改、排版形成论文正文13年14-15周论文答辩资料收集完成资料收集，准备答辩13年16周论文答辩论文答辩六、毕业设计时间：2013 年 2 月25 日 2013 年 6 月14 日七、本毕业设计必须完成的内容1．调查研究、查阅文献和搜集资料。

专业课程设计报告题目：发酵罐温度控制课程：MATLAB学生姓名：任晨曦学生学号：1714010117年级：17级专业：自动化班级：1班指导教师：贾文晶机械与电气工程学院制2020年5月目录1、概述 (3)1.1温度对发酵的影响 (3)1.2发酵对温度的控制要求 (3)2、设计任务与要求 (4)2.1设计任务 (4)2.2设计要求 (4)3、控制方案设计 (5)3.1控制系统的选择 (5)3.2控制参数的选择 (5)3.3控制系统的方框图 (5)3.4调节规律的选择 (6)3.5调节器作用方式的选择 (7)4、simulink建模及仿真实验 (7)4.1Matlab简介 (7)4.2控制系统simulink建模 (7)4.2.1发酵罐温度数学模型的建立 (7)4.2.2执行器与温度检测变送器建立 (8)4.2.3主、副回路控制器建模 (8)4.3系统simulink仿真结果 (9)4.4系统优化及稳定性分析 (10)5、总结与体会 (10)六、参考文献 (11)1、概述1.1温度对发酵的影响微生物的生长繁殖及合成代谢产物都需要在合适的温度下才能进行。

温度的变化影响各种酶反应的速率和蛋白质的性质。

温度对菌体生长的酶反应和代谢产物合成的酶反应的影响往往是不同的。

温度能改变菌体合成代谢产物的方向。

并且发酵液的粘度、基质和氧气在发酵液中的溶解度和传递速率、某些机制的分解吸收速率等都受温度变化的影响，进而影响发酵动力学特性和产物的生物合成。

而温度的变化是发酵过程热能产生和散失的综合效应。

产生的因素有生物热、搅拌热，散热的因素有蒸发热、辐射热——向大气辐射的热、以及显热——水的蒸汽热和废弃因温度差异排放时所带走的热量。

1.2发酵对温度的控制要求开始可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖，待发酵温度开始上升后，应保持在菌体的最适生长温度，到主发酵旺盛阶段，温度应控制在比最适生长温度低一些，既代谢产物合成的最适温度，到发酵后期，温度下降，此时适当升温可提高产量。

2 发酵罐温度控制系统的数学模型发酵罐温度控制系统实验平台是以一个7L 发酵罐为主体，罐壁设置有冷却套,相应的设立测温点和调节阀,通过阀门调节冷却套内冷却液的流量来实现对发酵罐内温度的控制，发酵罐示意图如图1所示。

图1 发酵罐示意图在白酒发酵的过程中，发酵罐内由于酵母的作用，在发酵过程中会产生生化反应热，热量的逐渐释放导致发酵温度逐渐上升。

在整个发酵过程中，发酵温度必须根据具体的生产工艺进行严格控制，罐内温度通过控制冷却夹套内的冷却水的流量进行降温，整套系统没有外部加热措施。

罐内发酵反应热有一部分使罐内温度升高，一部分热量散失到罐壁和冷媒中，在此不考虑发酵体与罐壁之间的热量传递，罐内的热平衡方程为：⎰=-Tdt mC Q Q 21 （2-1） 式中 1Q ：发酵过程产生的热量；2Q :发酵过程散失的热量；m ：反应物质量 C ：发酵罐内反应物的比热容；T 发酵罐温度。

公式1-1可以写成：⎰=∆Tdt MC Q （2-2） 式中 21Q Q Q -=∆对公式1-2求拉普拉斯变换得：s m C T Q S S )()(=∆ （2-3）即可由罐内的热平衡方程式可以得到发酵罐内的传递函数为:m C sQ T G S S S 1)()()(=∆=（2-4） 考虑到在实际的过程中的干扰因素,所以被控对象的数学模型中添加一个滞后环节。

因此,用一阶惯性加纯滞后环节来表示,其传递函数为mCse Q T G sS S S τ-=∆=)()()( （2-5）3 模糊预测控制器的设计及仿真结果针对发酵罐中发酵对象大时滞、大时变、严格的非线性、多变量耦合等特点。

采用了将模糊控制与预测控制结合的方法，利用模糊建模方法建立对象预测模型。

将设定值与预测输入值之间的预测误差值及预测误差值的变化率作为模糊控制器的输入，模糊控制器再根据模糊规则来推理得到控制量，通过执行机构控制被控对象。

其结构图如图2所示。

图2模糊控制系统结构图 3.1预测控制部分预测控制算法与动态矩阵控制算法类似, 主要通过预测模型,利用系统的输入输出数据预测未来时刻系统输出,作为糊控制器的输入。

啤酒发酵控制系统设计一、引言啤酒是最常见的饮料之一，它穿越时间的久远历史，不但在西方风味活跃而且在东方文化也相当广泛。

啤酒的制作包括研磨、浸泡、煮熟、发酵等过程中，发酵是制作啤酒的核心过程，是决定啤酒口感与品质的关键。

啤酒发酵控制系统实现对啤酒发酵过程的监测和调节，有利于提高发酵质量，延长啤酒中保质期，最终满足消费者的口感和品质要求。

二、系统设计原理啤酒发酵控制系统以发酵反应桶为中心，采用分布式控制的设计原理，利用空气传感器监测发酵反应桶中的温度、湿度、技术气体等参数，收集变化数据，并将数据传输给发酵控制系统中心处理器，以获取实时和准确的过程参数检测结果。

系统根据这些结果，通过智能控制器及添加了相应传感器模块的加热控制系统来控制温度，并可通过传感器实现浓度和技术气体的检测和控制，以达到最佳发酵状态。

三、部件选择在啤酒发酵控制系统的部件选择中，传感器是最重要的，它可直接影响系统的准确性和稳定性。

市场上有许多传感器供选择，但选择会受到很多因素影响，比如价格、质量、性能等，为此，应该慎重选择传感器和电子元件，以及控制器和其它硬件，以确保系统的安全可靠运行。

四、系统应用啤酒发酵控制系统的实际应用，在食品生产厂家里面非常常见，它可以有效地控制发酵时间、发酵温度、发酵环境等，以保证发酵过程的质量和效率，真正实现发酵过程的智能化控制。

此外，这种系统对大型酿酒厂来说也是非常有价值的，因为它能够有效地管理啤酒生产过程，提高啤酒产量并创造更好的啤酒口感。

五、总结以上就是啤酒发酵控制系统的设计原理及系统的部件选择及实际应用的全部内容。

它可以实现对啤酒发酵过程的监测和调节，提高发酵质量，最终满足消费者的口感和品质要求。

这一系统在食品生产厂家中有着广泛的应用，也可以大大提高大型酿酒厂的生产效率及啤酒口感。

计算机控制技术课程答辩论文洛阳理工学院计算机控制技术与应用课程设计题目：发酵培养基温度控制系统设计学生姓名：学号：班级：专业：摘要本题要设计的是发酵培养基温度控制系统，发酵是放热反应的过程。

随着反应的进行，罐内的温度会逐渐升高。

而温度对发酵过程具有多方面的影响。

因此，对发酵过程中的温度进行检测和控制就显得十分重要。

本课题设计了发酵罐温度控制系统，选择的传感器为Cu100，由于信号很小，所以就需要通过差动放大电路进行放大并且经过了滤波电路滤波，然后将处理后的电压信号经过V/I转换，输出4~20mA的电流信号，最后进行仿真分析以及参数的计算，以达到通过对冷水阀开度的控制对发酵罐温度控制的目的。

本系统应用温度控制系统，有助于提高发酵效率，有助于提高工厂产值，并且可以使资源得到更充分的作用。

关键词：温度控制,PID控制器,V/I转换,比较机构目录前言........................................................................................ 错误！未定义书签。

1.1.1 发酵培养基简介 31.1.2工艺背景：................................................................ 错误！未定义书签。

1．2温度对发酵的影响...................................................... 错误！未定义书签。

1.2.1温度影响微生物细胞生长................................. 错误！未定义书签。

1.2.2温度影响产物的生成量..................................... 错误！未定义书签。

1.2.3温度影响生物合成的方向................................. 错误！未定义书签。

摘要发酵过程是啤酒生产过程中的重要环节之一，本文以啤酒发酵过程为工程背景，利用PLC实现对啤酒发酵过程温度的控制，这对更加牢固掌握PLC并将PLC应用于生产实际及了解啤酒的生产工艺有很好的作用。

本文主要工作在于：由于啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法。

由于每个发酵罐都存在个体的差异，而且在不同的工艺条件下，不同的发酵菌种下，对象特性也不尽相同。

因此很难找到或建立某一确切的数学模型来进行模拟和预测控制。

为节省能源，降低生产成本，并且能够满足控制的要求，发酵罐的温度控制选择了检测发酵罐的上、中、下3段的温度，通过调节上、中、下3段液氨进口的两位式电磁阀来实现发酵罐温度控制的方法，利用PLC 来实现整个过程温度的控制。

该系统性能/价格比高、可靠、技术先进，完全满足啤酒生产发酵工艺的技术要求，并兼顾了实用的需求。

关键词：可编程逻辑控制器；发酵温度；温度控制AbstractBeer fermentation is one of the key steps of beer production. Thus, on the basis of some projects in breweries, this thesis investigated beer fermentation automation and Fuzzy Intelligent PID algorithm applied in this process. It is an attempt to apply high technology to traditional industry and has importantly practical meaning. In this paper, beer fermentation process for the project background, the use of PLC in the beer fermentation process temperature control, which is more firmly grasp PLC and used to produce practical and understanding of the beer production process have a very good role. What this research solute is: As the object of beer fermentation, degeneration, and the uncertainty of the delay, a decision must be in control of fermentation tank special control algorithms. As each there are individual differences, but in different process conditions, different fermentation bacteria, the object characteristics vary. Therefore it is difficult to find or create a precise mathematical model to simulate and forecast control. To save energy, reduce production costs and to meet the requirements of control, temperature control of fermentation tank selected the detection of the fermentation tank, in the next paragraph 3 of the temperature, through the upper, middle and lower imports of liquid ammonia in paragraph three Electromagnetic valve to achieve fermentation tank temperature control method. To solute the whole process temperature control by PLC, the system performance higher than price, reliable, advanced technology, to fully meet the fermentation process of beer production technology requirements, taking into account the practical needs.Keywords: programmable logic controller; fermentation temperature; temperature control目录第1章概述 (1)1.1选题的目的和意义 (1)1.2啤酒发酵控制系统方案综述 (2)1.3实现啤酒发酵罐温度PLC控制的主要研究工作 (3)1.4本章小结 (3)第2章啤酒发酵工艺概述 (4)2.1啤酒发酵概述 (4)2.2发酵各阶段温度控制机理 (4)2.3啤酒发酵设备概述 (6)2.4啤酒发酵温控基本要求 (6)2.5啤酒发酵工艺流程 (7)2.6本章小结 (9)第3章应用PLC实现啤酒发酵温度控制的可行性分析 (10)3.1可编程序控制器PLC的特点 (10)3.2PLC的组成与基本原理 (11)3.3PLC在啤酒发酵中应用的可行性 (14)3.4本章小结 (15)第4章啤酒发酵温度PLC控制方案 (16)4.1系统控制要求及功能 (16)4.2系统硬件配置 (18)4.3啤酒发酵温度PLC控制系统的I/O分配 (23)4.4本章小结 (25)第5章PLC实现啤酒发酵温度控制的程序设计 (26)5.1编程软件的介绍 (26)5.2控制程序流程图 (29)5.3PID控制 (32)5.4系统程序设计 (34)5.5本章小结 (37)结论 (38)参考文献 (39)致谢 (40)附录 (41)第1章概述1.1 选题的目的和意义啤酒是世界上产量及消费最大的一种酒，特别是北美及欧洲国家的总产量及人均消费量均居世界前列，我国随着改革开放现代化建设，人民生活水平不断断提高，啤酒己成为人们的时尚饮品，市场的宠儿，生产直线上升，进入九十年代后产量逐年增加，目前已成为仅次于美国的世界第二大啤酒产销国，令世界啤酒界人士刮目相看。

温度控制：发酵罐控制冷带上的阀门以调节不同的供冷量，使大罐内温度在不同的工艺阶段按工艺要求呈不同的温度梯度状态。

目前国内啤酒厂家发酵较普遍采用低温(9～10℃)发酵，高温(12～14℃)还原双乙酰，0～-1℃贮酒成熟的工艺温度曲线。

在此温度控制曲线中，可分为自然升温期、主发酵期和双乙酰还原期、酵母回收期、降温保温期及贮酒期，温度控制应针对各阶段特点进行。

自然升温期(12-18小时)糖化冷麦汁分锅次经过麦汁充氧和酵母添加进发酵罐后自然升温,每锅的进罐温度应当逐渐递增,满罐温度的确定应考虑麦汁分锅次进罐后酵母繁殖使温度上升因素的影响，一般以满罐后低于主酵温度1℃较适宜，满罐后的自然升温段使酵母尽快增殖。

主发酵期：(4 - 5天)主发酵阶段酵母大量繁殖产生较多的热量，生成大量CO2，使罐内中下部酒体密度发生变化，为使酵母活动性增强，利于发酵，通过控制温度,促进罐内液体的循环更加充分，自下而上的对流更强。

因此，控制时，以罐内中部温度为基准,通过程序控制达到大罐内上部和靠罐壁的发酵液因温度低而下沉，下部和中间的发酵液因温度高而上升，形成合理的循环对流 (如图二所示) 。

双乙酰还原期：(2 - 3天)主发酵期结束后的保温期。

主要任务是控制双乙酰的还原情况，我们定义为双乙酰还原期。

双乙酰还原阶段发酵速度趋缓，热量产生少，对流慢，控温应缓慢、慎重，不可急剧冷却，防止罐内温度出现较大幅度下滑，酵母大量沉淀，影响双乙酰还原。

降温期(2-3天)可能包含降温段和低温保温段。

此阶段原CO2上升拖拉力等形成的自下而上对流大为减弱，酒液在不同温度下密度差形成对流的作用渐占主导，根据啤酒最大密度温度(TMD)计算公式TMD(℃)=4-(0.65E-0.24A)(A 为酒精含量，E为真正浸出物)可知，酒液最大密度时温度约3℃， 3℃上、下的酒液对流方向相反，控温时应据此区别对待。

本期有两点要注意：·在降温的末端要考虑到系统惯性太大造成的过冲，使用预估方法使温度平稳过度到保温状态；·在保温段不可采用长时期、大开度的降温措施，防止局部结冰。

基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统的设计与仿真一、引言1.1 研究背景1.2 研究目的1.3 研究意义二、啤酒发酵过程与控制需求2.1 啤酒发酵过程2.2 控制需求分析三、模糊控制基础知识3.1 模糊控制的概念3.2 模糊控制系统的基本结构3.3 模糊控制的原理与方法四、基于matlab的模糊控制系统设计4.1 系统设计思路4.2 控制规则的建立4.3 模糊化与反模糊化过程4.4 控制器参数的调整与优化五、仿真实验与结果分析5.1 实验环境的建立5.2 实验设计与参数设置5.3 仿真结果分析六、结论与展望6.1 研究结论总结6.2 存在的问题与改进方向6.3 发展前景与应用推广一、引言1.1 研究背景在啤酒工业中，发酵是生产啤酒过程中至关重要的一环。

通过精确控制发酵过程中的温度、pH值、氧气和二氧化碳含量等参数，可以使啤酒产生理想的风味和口感。

为了实现对发酵过程的自动化控制，模糊控制技术被引入到啤酒发酵领域。

1.2 研究目的本研究旨在设计并实现一种基于matlab的啤酒发酵模糊控制系统，该系统可以准确控制发酵过程中的关键参数，以提高啤酒品质和生产效率。

1.3 研究意义啤酒是广大人民群众喜爱的饮料之一，而发酵是生产高质量啤酒的关键环节。

通过建立模糊控制系统，可以提高发酵过程的自动化程度，减少人工干预，提高生产效率。

二、啤酒发酵过程与控制需求2.1 啤酒发酵过程啤酒发酵过程是指在一定的温度和条件下，酵母菌将发酵糖转化为酒精和二氧化碳的过程。

在发酵过程中，温度、pH值、氧气和二氧化碳含量等参数的控制对于产生优质的啤酒非常重要。

2.2 控制需求分析在啤酒发酵过程中，控制温度、pH值、氧气和二氧化碳含量等参数是确保发酵获得理想结果的重要因素。

因此，设计一个能够准确控制这些参数的模糊控制系统对于提高发酵工艺的稳定性和可靠性至关重要。

三、模糊控制基础知识3.1 模糊控制的概念模糊控制是一种基于模糊集合和模糊逻辑的控制方法，它可以处理不确定性和模糊性问题。

啤酒发酵生产仿真工艺操作一、糊化锅、糖化锅进料:过程正在评分450.001、10.00 点击“设备检查”按钮，检查阀门、仪表及水、电、汽供应是否正常。

2、10.00 打开阀V2，在糊化锅内加工艺水52L。

3、10.00 关闭阀V2，停止加工艺水。

4、10.00 打开阀V8，给糊化锅加热。

5、10.00待加热至45℃，关闭阀V8，停止加热，糊化锅处于保温状态。

6、10.00启动糊化锅搅拌。

7、10.00打开糊化锅进料阀。

8、10.00选择进料量,大米进料量10kg（点击“选择进料量”按钮，输入大米量，然后点击“确定”按钮）。

9、10.00进料。

10、10.00 进料结束后，立即关闭进料阀；然后打开阀V8，给糊化锅加热。

11、10.00 待加热至70℃，关闭阀V8，停止加热，并保温20min；之后打开阀V8，继续给糊化锅加热。

12、10.00待加热至100℃，关闭阀V8，停止加热，并保温40min。

13、10.00打开阀V12，在糖化锅内加工艺水96L14、10.00关闭阀V12，停止加工艺水。

15、10.00打开阀V13，给糖化锅加热。

16、10.00待加热至37℃，关闭阀V13，停止加热，糖化锅处于保温状态。

17、10.00启动糖化锅搅拌。

18、10.00打开糖化锅进料阀。

19、10.00选择进料量，麦芽量为24.5kg（点击“选择进料量”按钮，输入麦芽量，然后点击“确定”按钮）。

20、10.00进料。

21、10.00进料结束后，立即关闭进料阀。

22、10.00停止糖化锅搅拌,静止20min。

23、10.00启动糖化锅搅拌；打开阀V13，给糖化锅加热。

24、10.00待加热至50℃，关闭阀V13，停止加热，糖化锅处于保温状态。

25、10.00停止糖化锅搅拌，保持40min。

质量分控制点：40.00糊化锅加水量控制在52L20.00糊化锅投料时控制温度在45度40.00糊化锅70度恒温20.00糊化锅100度恒温40.00糖化锅加水量控制在96L20.00糖化锅控制温度在37度恒温20.00糖化锅控制温度在50度恒温二、糊化锅、糖化锅排液:过程正在评分260.001、10.00启动糖化锅搅拌。