周汝雁[1]2003年在《啤酒酵母扩培过程智能温度控制系统研究与设计》文中指出在啤酒生产过程中,啤酒酵母的良种选育和扩大培养对保持啤酒质量稳定、口味纯正起着决定性的作用。随着我国啤酒生产企业生产规模的日益扩大,以及生产过程自动化水平的不断提高,啤酒酵母的扩培就成为保持菌株纯化繁殖、缩短繁殖时间、满足发酵生产需求的重要环节。本文在分析研究了国内外连续过程控制及控制方法的研究成果基础上,结合啤酒酵母扩培过程的控制要求,根据扩培系统组成和扩培工艺过程特点,对扩培过程温度控制方法进行了多方案分析及仿真研究,针对一种采用国际先进扩培工艺的密闭连续式啤酒酵母扩培系统,研究设计了采用变结构模糊控制方法的智能温度控制系统,应用于YCC-1型啤酒酵母扩培自动控制系统。实现了模糊控制方法在啤酒酵母扩培过程自动控制中的实际工程应用,控制效果良好。在上述研究工作和实际工程应用的基础上,提出了通过建立啤酒酵母扩培过程的人工神经网络模型,对扩培过程进行动态预测的方法,为实现扩培过程智能化程度更高的控制提供了理论模型和控制方法。
刁洪帅[2]2015年在《啤酒酵母扩培工艺温度模糊控制研究》文中进行了进一步梳理啤酒目前已经越来越成为了我们平常生活当中的常见的饮用品。市场对它的需求量很大,啤酒酵母质量的好坏,将直接影响啤酒质量。论文介绍酵母的生产工艺,以及酵母扩大培养的流程。啤酒酵母发酵生产中涉及压力、溶氧、温度、环境等参数,生产过程中必须严格控制这些参数。提出啤酒酵母扩培生产工艺的控制系统设计方案,构建了单回路压力控制系统,含氧量串级控制系统和基于变结构参数自整定模糊PID算法的温度控制系统。系统采用KGY5压力传感器测量压力,并通过调整控制阀来完成单回路压力控制系统的调节。含氧量串级控制系统设计了以溶氧控制为主控制,流量控制为副控制回路的控制系统,通过串级控制完成培养液中含氧量的浓度调整,并有效降低外界干扰对系统的影响。温度对啤酒酵母扩培影响较大,因此温度控制是啤酒生产工艺中最重要的参数。由于温度的时变性、时滞性、非线性特性,而在啤酒酵母发酵要求高精度的温度控制,因此设计了变结构参数自整定模糊PID温度控制系统,解决啤酒酵母扩大培养过程中温度控制存在的时滞性。由于温度对象的复杂性,很难获得一个精确的对象模型,这里采用模糊控制策略的不需要建立被控对象精确数学模型的特点,并根据不同的温度控制阶段要求的控制精度不同,将温度控制分为PID控制阶段和参数自整定模糊PID控制阶段。PID控制阶段主要完成最初阶段的系统的温度快速调整,而参数自整定模糊PID控制完成温度控制后期的温度精确调整,系统中加入参数自整定的功能,可以较有效地解决模糊控制规则表不能在线修改的问题。控制器相互切换,完成了温度控制系统的变结构控制。参数自整定功能可以实现PID的叁个参数在线整定,从而可以很大程度的降低温度的时滞性及非线性对啤酒酵母扩大培养系统的影响,提高温度参数的控制精度。对系统进行硬件设计及组态。选择温度传感器、流量传感器、溶氧传感器及压力传感器的选型,控制器采用工控机。系统采用北京叁维力控软件,对系统进行组态,实现系统的温度、压力等参数在线检测监控。人机界面简洁明了,操作简单,方便现场工人的操作。
陈小波[3]2009年在《基于免疫遗传算法的酵母扩培系统研究》文中提出啤酒行业是我国酿酒工业中最年轻、发展最快的行业。而现在国内一些中小规模啤酒企业的生产状况滞后于啤酒的发展趋势,迫切需要通过自动化技术来提高产品的市场竞争能力。在啤酒生产过程中,啤酒酵母的良种选育和扩大培养对保持啤酒质量稳定、口味纯正起着决定性的作用。因此,提高酵母扩培阶段的自动化水平对啤酒生产企业来说,显得尤为重要。本文以啤酒酵母扩培系统的设计为背景展开研究。首先通过对酵母扩培系统的组成和过程控制要求的分析,对温度控制提出了相应的控制方案,即对每一级扩培分阶段进行控制:降温阶段采用单输入单输出(SISO)模糊控制器,以罐内温度与设定温度的偏差作输入,阀门开度作输出,随着偏差的减小,逐渐减小阀门的开度使温度降至设定值;恒温过程采用广泛应用于工业过程控制系统中的PID控制。由于酵母扩培过程存在诸多不确定因素,导致PID参数的整定和其控制性能不能令人满意,因此本文引入免疫遗传算法来优化PID参数。仿真结果表明基于免疫遗传算法整定的PID控制效果要优于传统的单纯形法整定的PID控制。在此基础上,分别应用组态王和STEP7对整个系统的软、硬件结构进行了分析和设计。其中,上位机系统为用户提供完整的实时运行状态信息,并接受用户的操作命令;下位机系统完成了数据采集,酵母扩培工艺过程自动控制等功能。整个系统实现了酵母扩培工艺的数字化管理和自动化控制,降低了操作人员的劳动强度,提高了啤酒酵母的品质和经济效益。目前该系统运行稳定,控制效果良好。
肖杰[4]2003年在《啤酒发酵生产过程自动化及优化算法的应用研究》文中指出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空前发展。尽管如此，我国的啤酒生产工业目前还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技术装备落后，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。本文以啤酒发酵过程为工程背景，对啤酒发酵过程的自动化及优化算法在啤酒发酵中的应用技术进行研究，这对利用高新技术提升传统产业的综合技术水平具有现实意义。 本文的创新点和主要工作在于： ·啤酒发酵是个动态过程，必须按一定的工艺要求(发酵过程反应温度曲线)进行控制，以达到产品的质量要求。以前国内有关啤酒发酵的控制类文献研究的是如何通过先进控制方法提高控制精度，使得发酵过程严格按照工艺温度曲线进行，减小误差。而本文首次利用优化算法寻找最优工艺温度曲线。在啤酒发酵过程动力学模型的基础上对过程进行优化。在固定的发酵时间内，利用蚁群算法得到的一系列优化温度曲线中找出一条最优的工艺温度曲线，使得发酵过程最后酒精量达到足够大的值，同时保证副产品浓度最低，而且啤酒没有因为发酵温度过高而变质。 ·当前很多啤酒厂仍然沿用着多年前的自控装置，而这些自控装置随着生产的扩大和自控要求的不断提高，已经无法满足生产的需要。开发一套全新的控制系统，硬件加软件的成本较高。所以很多厂家提出对老系统的扩展改造要求。熟悉老系统的硬件和软件的技术人员已经不多。本课题结合杭州西湖啤酒厂发酵车间改造项目，研究了老系统(SIEMENS S5系列PLC开发)和新系统(SIEMENS S7系列PLC开发)之间的结合问题。摘要在对老系统影响尽量少的要求下，采用适当的通讯方式，并对S5源程序进行修改，圆满完成了系统结合的工作。同时研究了多功能面板，S7一200系列PLC程序开发中的问题，以及工控软件中表格的比较和实现等问题。这些经验是在控制系统实际开发中积累起来的，对相应的工程技术人员有一定的参考价值。
曹吉花[5]2009年在《基于PLC的啤酒生产过程控制研究与实现》文中研究表明啤酒生产是我国的一个传统产业,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的发展。近年来,我国的啤酒需求量日趋增大,随着市场竞争的加剧与消费群体的日益成熟,对啤酒的质量和风味的要求也越来越高。但是我国的啤酒生产工业目前还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技术装备落后,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和国际竞争力是一个刻不容缓的研究课题。为此,本文通过对啤酒生产发酵过程的工艺及关键问题的分析,从硬件、软件两个方面对啤酒生产过程中啤酒发酵自动控制系统进行设计。整个系统采用分级结构。第一级为可编程逻辑控制器(PLC),系统选用SIEMENS S7-200,直接与现场仪器、仪表连接,主要完成对现场数字、模拟信号进行采集和处理以及对执行元件进行实时控制的功能。第二级为工业控制计算机(IPC),本系统选用研华工控机,主要完成控制软件的界面和控制过程数据的监视、管理和记录的功能。PLC主站与子站之间通过PROFIBUS-DP网络连接,PLC与工控机之间通过MPI网连接。PLC组态软件的设计采用SIEMENS PLC自带的编程工具STEP7开发,完成硬件组态和对发酵的过程控制。
张光新[6]2002年在《啤酒生产过程的全自动化控制及其应用研究》文中研究表明啤酒生产是我国的一个传统产业，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空前发展，近20年间，我国的啤酒产量已增长了30多倍，为国民经济建设发挥了非常重要的作用。尽管如此，我国的啤酒生产工业目前还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技术装备落后，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和国际竞争力是一个刻不容缓的研究课题。为此，本文以啤酒生产过程为工程背景，对啤酒生产过程的综合自动化及其应用技术进行研究，这对利用高新技术提升传统产业的综合技术水平具有重大的现实意义。 本文的主要工作和创新点在于： ·基于啤酒的生产工艺和控制要求，首先对以啤酒发酵温度为代表的一类大时滞、时变不确定对象的控制问题进行了研究，这是啤酒生产过程中的控制难点，也是控制的核心问题之一。本文先对常规PID反馈控制、预估控制的鲁棒稳定性问题进行了系统的研究和分析，文中提出的基于回路成形思想的PID控制器设计方法、2-DOF预估控制方法以及Smith预估控制系统的鲁棒稳定摄动区间的判定方法具有良好的实用价值。 ·由于在实际应用过程中发现，要获取啤酒发酵温度对象的精确模型还存在理论上和工艺上的限制。因此，采用单一的控制模式或者基于模型的控制策略实现发酵温度的精确控制很难，文中首次提出的M—PID控制技术突破了单一的控制模式，完全不依赖于数学模型，对大时滞、时变对象的控制表现出了很强的鲁棒性，并具有理想的控制品质。目前，M—PID控制已在实际的啤酒生产过程计算机控制系统中取得了非常成功的应用， 摘 要 控制精度达到士0．3℃以内，这对提高啤酒质量、提升啤酒产业的综合自动 化水平具有重要的意义。。 ·针对糊化锅、糖化锅等温度控制对象的特点和要求，本文提出的复 合PID控制技术有效地解诀了糖化过程温度控制的超调与随动跟踪性的问 题，并己转化为实际应用，控制绝对误差小于士0．3℃，响应曲线与设定曲 线之间几乎不存在滞后。 ·导致发酵罐温度控制困难的另一个主要原因就是发酵温度的精确测 量问题。由于发酵温度的变化区间小（一般为一l～15oC范围内）、测温现 场结露严重，采用普通铂电阻的测温误差大且结露会引起性能不稳定，为 此我们专门开发了用干啤酒发酵温度精确测量的SBWJ型啤酒温度变送器， 该变送器具有测量精度高、稳定性好、寿命长并能有效地防止保护套管内 结露的影响，为实现啤酒生产过程全自动化控制解决了发酵温度精确测量 的一个难题。该变送器自研制成功以来，己成功应用了 1000余台，并于 2000年 3月获得国家发明专利（ZL 97105253．0）。 ·针对啤酒生产的测控要求，独立开发了具有自主知识产权的多种专 业的监控软件平台，满足了啤酒生产过程计算机控制的所有特殊要求，所 有监控软件均己在现场都获得非常成功的应用。 根据以上研究成果，目前己成功开发了多种形式的啤酒生产过程的计 算机测控管理系统，该系统集自动控制技术、信息管理技术、网络技术于 一体，选用目前先进的技术装备，具有自动化程度高、工艺调整和优化灵 活、功能完善等特点，能满足啤酒生产过程的各种特殊要求。啤酒生产过 程的全自动化控制系统的成功开发和应用，将对以高新技术来提升啤酒产 业整体技术水平起到示范和带动作用［“’川u］。 迄今为止，各种啤酒生产过程的计算机测控管理系统己推广应用近2（） 套，取得了巨大的社会效益和经济效益。
欧阳金真[7]2011年在《基于西门子BRAUMAT啤酒发酵控制系统的设计》文中研究指明当今,啤酒已经成为我国不可缺少的消费品之一,所以啤酒工业具有非常广阔的发展空间。然而,由于啤酒的生产模型具有非线性、大滞后性和强耦合性等特点,其生产工艺过程是非常复杂的,导致传统的控制方式不能取得较好的控制效果,因此对于改良啤酒控制方案和提高啤酒生产的综合自动化水平是一个具有现实意义的问题。本文选取了啤酒生产中的发酵过程作为研究对象,首先简单的阐述了啤酒工艺和生产控制的国内外发展情况,其中,啤酒生产控制包括控制模型、控制方式、控制算法和控制软件等方面。然后,文中以佛山百威啤酒有限公司发酵二期生产线扩建项目为背景,着重讨论了模糊PID复合控制算法在啤酒发酵控温系统中的应用以及其具体设计。在理论研究方面,本文针对发酵温度具有非线性、大滞后性以及时变性等特点,提出了模糊PID复合控制的算法。文章通过对模糊PID复合控制算法的控制思想和特点的讨论,再结合啤酒发酵温度的实际情况,设计了相应的模糊PID复合控制策略。最后,通过MATLAB仿真,得出相对传统PID控制,这个控制策略能够较好地解决发酵温度的大滞后性和时变性,从而增强了系统的鲁棒性的结论。在实践方面,文中结合项目具体地介绍西门子专门针对食品饮料自动化而开发的BRAUMAT系统,它具有强大的配方、订单批次、上位监控、趋势记录和自动报警功能。该系统的研制可提高啤酒生产的自动化程度,集成各种信息和控制生产工艺,具有可靠性高,性能强大,分散控制,集中监视和管理的特点。该系统采用上、下位微机协调监控的控制方案,由系统工程师站和现场控制站组成,对全厂发酵罐实行全自动控制。另外,系统已经成功的移交到客户,并且已经投入到生产中,根据客户的实际反映,系统具有非常高的稳定性以及良好的操作性。
徐杰[8]2014年在《啤酒酿造过程控制及智能故障诊断》文中进行了进一步梳理现如今,啤酒工业具有非常广阔的发展空间,因为啤酒已经成为我国不可或缺的消费品之一。啤酒工厂的自动化系统和其他的饮料企业一样,具有显着的批次处理控制的特点。其控制系统的难点并非是复杂而又繁琐的逻辑控制,而是在于实时的故障处理和基于批次处理的数据分析管理。本文选取了啤酒生产过程中的酿造工段作为研究对象,首先简单的阐述了啤酒的酿造工艺及其生产控制方法的国内外发展情况,并介绍了西门子BRAUMAT软件在啤酒行业中的优点。然后,文中以百威宿迁项目为背景,着重阐述了BRAUMAT啤酒酿造控制系统的具体设计以及利用神经网络的故障诊断方法。在理论研究方面,本文针对BRAUMAT系统对于复杂故障的诊断率低甚至难以诊断的问题,提出了一种结合神经网络的自适应遗传算法。文章通过对自适应遗传算法的控制思想和特点的讨论,再结合啤酒酿造的实际过程,设计了一种改进的自适应遗传算法。最后,通过MATLAB仿真,得出该算法具有较好的鲁棒性和准确性的结论。在实践方面,文中结合了所经历的实际项目,具体地介绍了西门子专门针对食品饮料行业而开发的BRAUMAT系统,它具有强大的配方设计、订单批次控制、上位机实时监控、趋势曲线记录和自动报警功能。本文基于BRAUMAT软件设计了一套啤酒酿造控制系统,此系统能够大大提高啤酒酿造生产的自动化生产程度。它也能集成各种过程信息和生产方面的工艺信息,具有高可靠性,高性能,分散控制,集控制的特点。该系统由系统工程师站和现场控制站组成,采用上、下位机协同操作并监控的控制方案,对全部酿造工段进行全自动控制。最后,从项目客户的反映情况来看,该系统具有很高的稳定性以及出色的操作性。该系统已经在通过调试后顺利地移交到客户手中,并且已经投入到了实际的生产中。
窦秀华[9]2009年在《啤酒发酵温度SMITH补偿分布式预测控制算法研究》文中研究说明啤酒发酵过程的温度控制系统由于存在大时滞、强耦合、多变量、不确定性等特性,使得它的控制成为当今研究的热点和难点。当今的控制方法往往是针对对象特性的一个和几个方面设计控制器,在实际应用中控制效果不好。本文将分布式预测控制算法应用于啤酒发酵温度控制中,并根据其对象特点,对其加以改进,提出了Smith补偿分布预测算法,仿真效果良好。本文的主要研究内容和成果有如下几个方面:(1)在了解啤酒发酵生产工艺和控制要求前提下,首先对以啤酒发酵温度为代表的过程控制的难点进行了分析,并针对常规PID控制、Smith补偿控制算法在处理大时滞、强耦合、多变量、不确定性对象的控制时效果不好,提出了多变量解耦控制算法的设计方法,并讨论了算法稳定性,通过仿真研究说明该算法的优缺点。(2)对分布式预测控制算法进行了理论研究,并通过仿真实例说明了该控制算法的优缺点。(3)针对啤酒发酵温度过程对象的特点,通过机理分析出模型的结构,通过试验辨识出模型结构中的参数值,建立相互耦合的叁输入叁输出的过程对象模型。由于分布式预测控制算法能很好的处理这种模型的控制,它具有比解耦控制更加良好的效果,并在克服模型不确定性方面具有优势,但在处理大时滞对象时该控制算法效果不好,所以本文结合了Smith补偿控制的思想,改进了原有的分布式预测控制算法,提出了啤酒发酵温度分布式预测控制算法,对该算法的实施步骤进行了详细说明,对控制算法的参数选择原则进行了阐述,并对控制算法的鲁棒性进行了研究,提出了稳定性的充要条件。最后对算法进行了仿真研究,通过仿真结果说明该控制方法能很好的克服啤酒发酵温度控制的难点,具有很好的控制效果。
曾少波[10]2010年在《面向对象设计及变参数PID在啤酒生产控制中的应用研究》文中认为随着我国经济的迅猛发展,啤酒工业也得到空前的发展。与10年前相比,我国啤酒产量增长了40多倍,位列世界啤酒生产第一大国。尽管如此,我们与生产强国比还有较大差距。目前国内大多数啤酒生产控制系统,存在自动化水平低,质量控制不稳定,生产效率不高等问题。随着市场竞争加剧,对啤酒生产效率和质量控制的要求也会越来越高。因此利用先进技术来提高啤酒生产过程自动化水平,是提高啤酒生产效率和质量的重要手段。本文以啤酒发酵生产过程为背景,对啤酒发酵生产控制技术进行分析和研究,这对于利用先进技术来提高啤酒企业的生产自动化水平,具有借鉴作用。本文的主要工作:针对啤酒发酵生产工艺和生产控制要求,对啤酒发酵生产控制系统结构、控制程序设计方法和啤酒发酵温度控制方法进行了一些应用研究。在控制系统网络结构方面,本文利用已经成熟的PROFIBUS现场总线技术来组建发酵生产控制网络,其分布、数字、开放的特性,解决了集散型控制系统中存在的不足,提高了控制系统的数据传输性能和维护性能,具有很好的优越性。在控制系统软件编程方面,由于发酵生产流程复杂、设备联锁多,用逻辑设计等传统PLC编程方法设计出来的发酵控制程序存在可读性、复用性较差等不足,本文借鉴面向对象编程的思想,具体分析了发酵生产控制程序的结构化和模块化编程方法,据此设计出了标准化、通用性强的各种标准功能模块,提高了PLC的程序设计质量,为大型程序的集体协同开发提供了基础。啤酒发酵作为啤酒生产过程最重要的环节,发酵温度控制尤为重要。由于啤酒发酵温度控制具有时滞性和时变性的特点,用常规的PID控制难以达到及时、准确的控制要求。针对这一控制难点,本文根据温度偏差e以及e′和e"的变化趋势,来动态调整P、I、D参数和组合,从而设计出了变参数PID控制器。对比常规PID控制,变参数PID控制器对时变大时滞对象有较好的控制效果。
参考文献：
[1]. 啤酒酵母扩培过程智能温度控制系统研究与设计[D]. 周汝雁. 天津大学. 2003
[2]. 啤酒酵母扩培工艺温度模糊控制研究[D]. 刁洪帅. 齐齐哈尔大学. 2015
[3]. 基于免疫遗传算法的酵母扩培系统研究[D]. 陈小波. 中南大学. 2009
[4]. 啤酒发酵生产过程自动化及优化算法的应用研究[D]. 肖杰. 浙江大学. 2003
[5]. 基于PLC的啤酒生产过程控制研究与实现[D]. 曹吉花. 合肥工业大学. 2009
[6]. 啤酒生产过程的全自动化控制及其应用研究[D]. 张光新. 浙江大学. 2002
[7]. 基于西门子BRAUMAT啤酒发酵控制系统的设计[D]. 欧阳金真. 华东理工大学. 2011
[8]. 啤酒酿造过程控制及智能故障诊断[D]. 徐杰. 华东理工大学. 2014
[9]. 啤酒发酵温度SMITH补偿分布式预测控制算法研究[D]. 窦秀华. 青岛科技大学. 2009
[10]. 面向对象设计及变参数PID在啤酒生产控制中的应用研究[D]. 曾少波. 华南理工大学. 2010