云南小曲白酒发酵自动控制系统

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

摘要

我国的小曲白酒生产具有悠久的历史。以其清香幽雅，入口绵甜的特点，在消费者

中拥有着良好的口碑和广阔的市场前景。传统的白酒酿造主要分为糖化、发酵、蒸馏三大工艺流程，基于目前云南小曲白酒酿造控制系统进展情况，本研究以小曲白酒发酵为主要研究对象。

在分析了国内外白酒发酵控制技术，结合小曲白酒传统酿造工艺，认真总结部分发酵参数。设计了以西门子PLC为控制核心，关系型数据库和Wincc为组态软件的小曲白酒发酵工艺自动控制系统。实现了发酵工艺过程中各类电气设备科学合理的控制。同时可以通过软件编程实现实时监控各个发酵过程的运行。此次小曲白酒发酵工艺自动控制系统主要分为三层结构分别为应用层、中间层、现场层；确定了系统控制参数和控制任务，通过应用控制理论设计了白酒发酵温度PID模糊复合控制器并进行了实际测试。

研究表明：采用发酵控制手段后,(1)由于发酵过程通过温度PID模糊复合控制，发酵罐底部温度在发酵第2天达到高峰期约为30℃后，开始平缓降低至25±1℃直至发酵周期结束，较传统发酵（温度波动±6℃）有了显著改善；(2)发酵罐中心温度达到最高发酵温度39.3℃后，温度下降较传统区更为平缓，在同一段时间内，受控区下降平缓，置信度较传统区有显著地提高，这就使得发酵有效时间得到增加，有利于出酒率提高和酒品质的改善；(3)在整个发酵周期中的最高温度值比传统区值有了一定的降低。由于当温度较高时，相关微生物会失去活性（如酵母菌），甚至大量死亡。因此，受控发酵时的温度更适合罐内微生物的生长代谢。在上述发酵实验过程结束后，经白酒蒸馏过程，出酒率达到55% v/v左右，各项理化指标均达到云南小曲清香型白酒标准。

关键词:西门子PLC；小曲白酒发酵；模糊控制系统；组态软件；自动控制系统

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

Research ditty Fen liquor fermentation automatic control system

Directed by

Abstract

Our ditty liquor production has a long history . Its fragrance and elegant , mellow entrance features , has a good reputation and broad market prospects among consumers. The traditional liquor brewing divided into mashing , distillation , fermentation of the three processes, Yunnan ditty based on the current progress of the control system of liquor brewing , fermentation liquor ditty this study as the main object of study .

In the analysis of the domestic and foreign liquor fermentation control technology, combined with traditional ditty liquor brewing process , conscientiously sum up part of the fermentation parameters . Designed with Siemens PLC as the control center for the relational database and configuration software Wincc ditty liquor fermentation process automatic control system. During the fermentation process to achieve a reasonable control of various types of electrical equipment science. And can run real-time monitoring of various fermentation processes through software programming. The ditty liquor fermentation process automatic control system consists of three layers namely the application layer, an intermediate layer , the field level ; determine the control parameters and system control tasks , through the application of control theory liquor fermentation temperature PID controller and fuzzy composite carried out the actual test.

Research shows that : After using fermentation control means ( 1 ) Due to the fermentation process by PID temperature control fuzzy composite , after the peak of about 30 ℃ temperature at the bottom of the fermentation tank fermentation to achieve the first two days , began to slow down to 25 ± 1 ℃ until fermentation end of the cycle than traditional fermentation ( temperature fluctuation ± 6 ℃) have been significantly improved; ( 2 ) the maximum core temperature of the fermentation tank fermentation temperature 39.3 ℃ , the

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temperature drop is more gentle than traditional district , in the same period of time, controlled region down gently than traditional confidence region significantly improved , which makes the fermentation times are effective , is advantageous to increase the rate of liquor and improve the quality of the wine ; ( 3 ) the maximum temperature throughout the fermentation cycle than the conventional area With a decrease in value when the temperature is high, the loss of activity of the relevant microorganisms (e.g., yeast ) , or even a large number of deaths. Therefore , temperature-controlled fermentation tank is more suitable for the growth and metabolism of microorganisms . After completion of the fermentation experiment by liquor distillation process , the liquor rate of 55% v / v or so, the physical and chemical indicators have reached Yunnan ditty Fen liquor standards.

Key Words：Siemens PLC; ditty liquor fermentation; fuzzy control system; configuration

software; automatic control system

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

目 录

摘要 ........................................................... i 1 绪论 ......................................................... 1

1.1 课题研究背景 ...................................................... 1 1.2国内外研究状况 ..................................................... 2

1.2.1酿酒行业国内发展情况 ......................................... 2 1.2.2酿酒行业国外发展情况 ......................................... 3 1.3 本文主要研究工作 .................................................. 4

1.3.1课题主要研究内容 ............................................. 4

2 小曲白酒酿造控制系统方案设计 ................................. 5

2.1白酒发酵工艺控制系统概况 ........................................... 5

2.1.1发酵系统网络结构 ............................................. 6 2.2主要测控工艺 ....................................................... 7

2.2.1 发酵 ......................................................... 7 2.2.2糖化 ......................................................... 7 2.2.3 蒸馏 ......................................................... 8 2.3 控制系统功能 ...................................................... 8

3发酵控制系统的硬件设计 ...................................... 20

3.1发酵罐关键参数监控 ................................................ 21

3.1.1温度控制方法 ................................................ 21 3.1.2 PH控制方法 ................................................. 23 3.1.3 压强控制方法 ................................................ 25 3.1.4 系统整体控制 ................................................ 25 3.1.5通信控制 .................................................... 25 3.1.6 上位机配置 .................................................. 26 3.2 PLC 的选型与硬件配置 ............................................. 27

3.2.1 PLC主要工作流程 ............................................ 27 3.2.2 PLC用户扫描工作过程 ........................................ 27

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3.2.3 PLC选型 .................................................... 28 3.2.4 S7-200 SMART系列 PLC特点 ................................... 29 3.3传感器的选择 ...................................................... 33

3.3.1温度传感器 .................................................. 34 3.3.2 pH 值传感器 ................................................. 34 3.3.3 压强传感器 .................................................. 35 3.4工业级交换机的选择 ................................................ 35

4 白酒发酵温度模糊控制设计 .................................... 39

4.1 白酒发酵温度参数特性 ............................................. 40 4.2 模糊控制理论 ..................................................... 40

4.2.1模糊控制的特点 .............................................. 41 4.2.2 模糊控制基本结构 ............................................ 41 4.2.3模糊控制算法 ................................................ 42 4.3 PID闭环控制 .................................................. 43 4.4 PID模糊复合控制器原理 ........................................... 44

4.4.1温度，PH值控制算法实现 ...................................... 46 4.4.2复合型模糊 PID 控制器 ....................................... 47

5 上位机监控软件设计 .......................................... 49

5.1.1 WINCC组态系统 .............................................. 49 5.2.1 STEP7 简介 .................................................. 51 5.2.2 后台数据库管理 .............................................. 53

6系统验证分析 ................................................ 55 7总结 ........................................................ 58

7.1 系统优势 ......................................................... 58 7.2 建议与改进 ....................................................... 59

附 录 Ⅰ ...................................................... 62 附 录 Ⅱ ...................................................... 71

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致谢 .......................................................... 82

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1 绪论

1.1 课题研究背景

据史料记载，白酒发酵技术在我国拥有悠久的历史。酒文化成为中华民族特殊的文化传承形式，在我国传统文化中占有重要的历史地位。全国各个地方都拥有自己独特的酒文化。目前，中国还是传统农业大国，当前的政治、经济活动的进步都必须以农业发展为基础。酒绝大多数是以富含淀粉类的粮食作物酿造的，酿酒技术的进步依托于当今农业经济技术发展，成为现代农业经济的一部分[1]。

从古代到本世纪四十年代，白酒的生产都是人工操作，劳动强度非常大，固态发酵入窖和出窖等酿酒工作都是靠人力。发酵的控制参数由经验来判断。不但劳动强度大，还由于操作失误，时间掌握不准确等人为因素而影响发酵过程的顺利进行，甚至使发酵品质发生改变，致使出酒率下降。

本研究以小曲白酒发酵工艺的自动控制技术为研究对象，白酒发酵过程是一个非线性的、复杂的和不确定性的生化反应过程。目前大多数发酵过程的控制策略都是基于离线分析的数据信息做出的，由于无法进行数据实时采集，误差较大。本文通过对发酵过程各参数进行实时监测分析，操作者可得到当前发酵状态的参数信息，然后根据这些信息来调整发酵条件，以此来控制发酵过程[2]。随着科学技术的发展，为了保持稳定的发酵水平，现代发酵工业需要有稳定的、实时性的测控系统，来改善提高发酵生产效率和稳定性。

系统基于西门子PLC控制技术为核心；对发酵罐内的温度、压强，pH值等参数采集后，经过现场总线，传输至数据库保存分析，同时反馈至控制器控制相关电气设备，确保发酵罐内发酵参数稳定,从而实现发酵自动控制。

发酵自动化控制的实现提高控制精度、保证白酒品质，降低劳动强度，提高卫生等级具有重要意义，也是未来大规模白酒酿造技术的发展趋势。

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1.2国内外研究状况

1.2.1酿酒行业国内发展情况

我国目前白酒酿造情况主要体现在白酒生产设施较为简陋，大部分酿造过程依靠人工操作，劳动强度大，生产效率低，工作环境恶劣，基于传统土罐发酵出酒率偏低等缺点[1]，本文研究采用当今先进的控制技术来解决以上问题。

图1-1传统地锅蒸馏 图1-2冷却器

Fig1-1 Traditionally pot distillation Fig1-2 Coolers

随着科技的迅猛发展，如今的自动控制及信息化手段都大大的提高，为传统工业发展注入了活力。通过对小曲酒生产实践的不断总结，结合现代化的技术条件，使白酒生产工艺和设备得到进一步改进和完善。当今工序采用了先进的自动控制手段，使白酒发酵批量化，标准化。在减少人工的同时，白酒中的异味和有害成分也得到控制，从而大大提高白酒质量和经济效益[3]。

中国酿酒高级工程师张良在对白酒发酵研究时，提出温度控制对白酒发酵过程的影响。通过控制外部电气设备来调节温度得出结论：发酵初期温度不能上升较快，尽量减缓上升时间，中期不要降温太快，后期保证温度缓慢降低[4]。

杭州电子科技大学陈乔教授针对发酵罐温度对象模型难以精确建立及发酵过程中干扰的不可预测性,提出了一种快速抗干扰的预测控制策略[5]。

1992 年，沈阳药科大学就研制出了发酵过程计算机控制系统，系统采用 PID 控制算法，以 TP801B 单片机为主机。可对发酵罐的温度和 pH两个参数进行自动控制。但是由于汇编语言的编写难度较大，过程复杂，不能很好的进行推广。

温州学院董玲娇生物发酵温度提供了一种新的仿人智能控制算法，它根据温度变化e和温度误差变化e来进行直觉推理，在线确定控制策略，从而获得良好的控制效果[7]。

我国劲酒集团沈永祥高级工程师，结合目前先进的机械化，自动化技术，将白酒酿

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造生产线。成功的实现机械化、数字化生产。人均产出比大大提高，减小了劳动强度，提高了经济效益，规范了生产过程，减少了人为失误造成的损失。同时很好的解决了白酒生产的卫生问题。

目前，我国对白酒发酵工艺自动控制系统的也做了大量科研论证，也进行了一些可行的实践工作。但在由于云南小曲白酒酿造方式独特，加之观念落后，小曲白酒酿制主要还是粗放式的生产流程，消耗了大量人力和物力，未能实现信息化和自动化生产，极大地制约省内白酒行业的发展。 1.2.2酿酒行业国外发展情况

随着目前科技的进步，许多先进的控制技术在酿酒方面得到广泛的应用，这些控制系统一般采用闭环，反馈控制。随着过程控制的复杂性增强、控制参数不断增加，先进 PID模糊复合控制，神经网络模糊控制等现代控制方法已应用到白酒发酵自动控制系统中，在投入实际生产运营后取得良好的效果。

图1-3现代化制酒设备 图1-4现代化制酒现场

Fig1-3 Modern winemaking equipment Fig1-4 Modern wine scene

Liu教授等人为了提高高负荷条件下的消化器自动控制能力，将有机物负荷作为被控变量，选择输出气流量和设定值的差异、产气率作为监测参数构建二维模糊控制器对发酵系统进行了参数控制，实验表明采用模糊控制理论对高负荷消化器的发酵过程进行控制，控制精度高，系统稳定性好[2]。

日本清酒的酿酒技术是源于中国，并在此基础上进行了工艺的改进，形成了独特的风格特色[3]。进入新世纪以来，在本国先进的电子技术支持下，加强工艺改进。用更细致、精巧控制方法创造出了符合清酒酿造的工艺。

俄罗斯的伏特加酒厂在酿造领域率先投入使用新式酿酒工艺。实现工业化，批量化生产。减少了人工参与，提高了卫生等级，保证了白酒口感的一致性[3]。同时也为企业创造了可观的经济效益。在整个白酒酿造业起到了一个模范作用。

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综上所述，国外相关学者结合本国白酒风格和酿制工艺，科学合理的设计出白酒酿造系统。我国云南小曲白酒酿制工艺复杂，各项酿造参数和工艺与国外有较大区别，本文通过科学研究酿造过程，设计控制手段来实现云南小曲白酒酿制的信息化和工业化。 为云南酿酒企业提高生产效率、利润率、卫生等级具有很好的研究价值。

1.3 本文主要研究工作

本论文的主要研究工作是根据云南特色小曲白酒发酵实际要求，结合目前国内外较为成熟的白酒的生产经验，在安全可靠的基础上尽量采用新工艺、新技术、新设备和先进合理的技术经济指标。努力提高机械化、自动化程度，以减轻劳动强度，改善劳动条件，提高经济效益，降低能耗，力求达到投资少、质量好、收益快、成本低的要求。 1.3.1课题主要研究内容

此次主要研究白酒发酵系统，本文主要内容如下：

（1）结合目前白酒发酵过程中的控制问题，通过论证自动控制系统白酒发酵的实际意义，分析了当前我国白酒发酵行业的现状，结合云南特色小曲白酒发酵工艺特性，提出相应的解决方案；

（2）控制系统硬件设计，包括白酒发酵系统的传感器的选型及功能模块的配置，设计了硬件控制线路；

（3）对白酒发酵过程的温度，PH值，压力，湿度等参数进行了分析，利用模糊控制理论，对温度模糊控制器进行了PID复合设计，制定了模糊控制规则表。通过实验分析研究，从而得出了最佳发酵控制流程工艺；

（4）发酵控制系统软件设计，包括上位机软件设计和下位机逻辑控制程序设计。上位机程序包括，人机交互界面、I/O接口分配、数据库后台设计、数据分析研究和触发报警设置等。下位机软件设计使用STEP7的结构化编程方法进行编程，设计了数据采集、处理与控制等程序块；

（5）对整体发酵控制系统进行了调试和实验运行，实验运行结果表明本控制系统的各项控制指标满足发酵实际控制工艺要求，达到预期的目的。

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2 小曲白酒酿造控制系统方案设计

2.1白酒发酵工艺控制系统概况

云南特色小曲白酒固态发酵是一个多菌种协同发酵的过程，其主要有酵母菌、霉菌和细菌等微生物。在整个发酵过程中这些微生物相互作用、相互影响，因此在发酵过程中微生物的种类和数量都处在一个动态变化过程中[6]。在实际生产中，由于客观条件的，很难对整个发酵过程中微生物的种类和数量进行连续地测定[6]。

随着当今控制技术的迅猛发展，各类产品功能日益完善，系统基于西门子PLC控制技术为核心；对发酵罐内的温度、压强，PH值等参数采集后，经过现场总线，传输至数据库保存分析，同时反馈至控制器保存分析并控制相关电气设备，确保发酵罐内发酵参数稳定,从而实现发酵自动控制。

图2-1 白酒发酵监控系统结构

Fig2-1 Wine fermentation monitoring system

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2.1.1发酵系统网络结构 1现场控制层

整个酒厂的控制系统分成三层网络结构，首先是现场控制层，主要由各种传感器以及传感器网关组成，包括温度传感器、PH值传感器、压强传感器等。即测控设备对各个酿造过程参数的采集与信号传输。它是整个酿造现场自动化网的最底层，

在酿造车间基于监测系统，实时监测对各个工作区（泡粮，蒸粮，摊粮，糖化，发酵）的运行情况。在泡粮，蒸粮，摊粮阶段时，经过水平网带机，提升网带机依次自动进入下一步过程。利用检测技术实时检测各项指标变化反馈于各项电气设备实现各种物理动作。在完成糖化阶段后，通过混合绞龙加入酒曲，在经过水平网带机，提升网带机自动进入槽车准备发酵。

根据酒厂的工艺特点，按功能划分原则，工程设置了多个个现场PLC控制站，控制站采集（1）发酵过程的参数，包括温度、压力、PH值、液位、流量等；（2） 现场各类电气设备的状态量，包括变频器频率及转速、各电磁阀的开闭状态、加料机或泵等动力设备的运行状态。 2中间层

中间层：即PLC控制系统的内部网络层，包括控制站，操作站，历史服务器，网络打印机等等。

中间层的基本功能如下 :

（1） 现场控制层将采集到的数据传输至操作站；

（2）现场层各个PLC控制子站可相互通信，用于满足发酵现场大规模协制； （3）上位机经过数据分析可以向现场PLC控制子站发出控制指令或组态数据； （4）保持各操作站之间数据的一致性；

在从现场层得到采集的数据后通过酿制车间控制器进入工业级PC数据库对比分析，同时与各个操作站组成C/S数据交换模式，使各PC可以与PLC交换数据，并基于最佳控制工艺利用PLC控制各种电气设备的运转，例如利用PLC及其控制的外围相关电气设备（搅拌机，热电偶，加湿器，进气通风机，进料出料阀门等电气设备）对糖化床进行进料，搅拌，摊平厚度，升温，降温；加湿和除湿等一系列操作，控制各项参数保持实验理想值。

在此工作层系统将通过工业以太网或现场总线通讯，将各个车间控制系统与成

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

套的系统纳入主系统中进行监控，是各控制系统形成全厂综合自动化控制系统整体，实现全厂生产的全面自动化控制与全厂信息综合管理[7]。

针对酒厂的控制特点，中控室设置冗余结构S7-400PLC控制器，包括电源模块、CPU模块、通信模块等冗余配置，控制网络结构冗余配置；另外在中间层还需设置关系型数据库服务器、历史库服务器、视频服务器、WEB服务器、工程师站、操作员站、防火墙、网关、路由器[8]。 3 应用层

应用层：即PLC控制系统的外部网络层，包括不同的PLC或DCS系统，OPC服务器等等。其功能包括：（1）可从运行有关系型数据库的服务器上获取发酵系统过程参数和系统运行信息，同时向下传送上层管理计算机的控制指令和生产指导信息；（2）发酵现场内多组装置或生产过程的管理数据通信；（3）发酵过程各子系统间的协制与调度管理；（4）综合管理，工厂级数据调度，统计与决策。

运用层为酒厂的信息化系统，包括原料仓库管理、贮酒仓库管理、成本核算管理、车间生产过程及产品品质监控、产品质量追溯、远程视频监控等。

2.2主要测控工艺

根据白酒生产工艺要求，必须实时监控的白酒糖化，发酵，蒸馏三大主要工艺流程。 2.2.1 发酵

发酵是指物料醅入窖经过一段时间后出窖前的过程[9]。白酒发酵过程中，温度是非常重要的影响因素，而热主要是由微生物在发酵过程中繁殖代谢以及由此而引起的复杂的生化学反应而产生的。一般情况下，固态法发酵过程中，温度的变化与淀粉的生化反应具备一定的比例关系，每分解1%的物料淀粉，罐内温度将随之升高约2℃。因此，发酵温度的变化直接影响白酒品质和出酒率[10]。在实际生产中，又受到诸多因素的影响，因此，必须通过运用现代控制手段，科学调节发酵过程中温度的变化。发酵时温度的变化趋势，是判断糖化好坏，发酵正常与否，原料蒸煮是否达标的重要依据之一。

发酵过程时，由于生化反应产生大量气体，造成发酵罐内的压强升高，对罐内微生物有一定的影响，同时，压强过高对发酵罐安全也有一定影响。 2.2.2糖化

将糊精→+麦芽糖，麦芽糖→+葡萄糖的过程称作是糖化。糖化过程的温度，PH值直接影响着淀粉的分解程度。因此，糖化控制手段的好坏，对白酒质量的出酒率，白酒

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品质等指标有较大的影响。糖化过程伴随着温度成比例升高的过程。固体白酒发酵时的糖化床容积大，温度参数具有较大的惯性滞后特点，利用传统模糊控制效果并不理想[11]。目前对糖化温度的控制多采用模糊控制算法或与 PID 相关的改进的控制算法[10]。本次研究提出的复合控制算法，将很好的解决此类控制问题。 2.2.3 蒸馏

蒸馏时蒸汽气压、流酒温度的不同，风味也不同。“缓汽蒸酒、大气追尾”的蒸汽控制，会使酒内酯类、高级醇等香味成分保留在酒中，酒的质量、口感提高，而且增加出酒。流酒温度在25-35℃时，即可排醛、除硫化物，又可有效地减少低沸点的香味物质（如乙酸乙酯）的流失[11]。随着当今传感器技术的发展，对温度的监测可以达到很高的精度，通过控制系统对温度进行监控，从而实现蒸馏的科学控制。

由于目前白酒酿造实验只进行到发酵阶段，发酵系统整体运行稳定可靠，并已经得到相关发酵参数，现已经实际投入生产并达到预期经济效益。因此，本文主要基于发酵工艺来开展自动控制系统的设计研究。

2.3 控制系统功能

根据白酒发酵系统要求，控制系统应具备以下功能： （1）发酵状态参数采集与处理

发酵监测系统可实时发酵状态的变化情况，数据通过PLC的模拟输入I/O口对传感器的输出信号进行获取、转换处理。

发酵参数获取是测控系统的首要任务。发酵罐内的检测参数主要有温度、压强、pH值、湿度等，这些参数在微生物生长过程中由于相互作用，会对发酵参数产生不同的影响，同时发酵的不同阶段也需要有与微生物生长代谢相适应的不同环境，所以发酵过程中环境参数具有时变性，耦合性和不确定性的特点[12]。发酵过程参数的获取一般通过相关传感器的检测，输出检测电平信号，通过PLC的模拟输入模块读入测控系统。 （2）逻辑自动控制

发酵系统通过分析数据后，输出控制信号来驱动相关电气设备。通过对发酵参数的检测，发酵系统会做出控制决策，并通过PLC的输出模块输出控制信号、来控制执外围电气设备的动作。输出的控制信号有开关信号、电压幅度信号、PWM激励信号等[13]。 （3）发酵过程实时监测与管理

管理者在上位机上可以观察发酵过程中的各项动态信息，实现远程监控生产、发酵

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参数设定与修改、手动/自动控制工作方式切换、实时数据查询等功能[14]。 （4）发酵过程分析、打印和故障报警

西门子Wincc组态软件可将监测数据存储于数据库中，可随时调取发酵周期参数，根据用户需要生成报表和打印，分析个发酵罐，糖化床和蒸馏器中记录的各项数据，并对发酵周期内产生的数据运用相关软件和算法进行分析解读，从而得到最佳的工艺技术指标。当白酒发酵参数的实际测量值超出设定值的上下限时，系统将自动报警，提示操作人员排除故障[16]。

2.4 PLC控制系统功能及选型原则

整条生产线采用成熟的机电一体技术，能24小时稳定运行。多道工序实现全自动化运转。最大限度提高生产效率，减轻操作人员劳动强度。

整套控制系统能对现场的每一个设备进行控制。为了安全方面的考虑，在本套系统中配有视频监控系统，如在控制室要对现场某一设备进行操作时，则会自动显示出当前要操作设备组的监控视频，以便操作者能看清当前设备的运行状态，和现场有无人员。能避免意外事故的发生。在生产过程中发生各种紧急情况时，系统能快速准确的对设备进行必要的保护，同时能将设备情况以文本形式告知现场人员，以便能及时有效的得到解决。

系统还能对现场发生特殊情况进行处理。如在生产过程中突然停电，系统将能自动记住当前的生产进程，以及保存生产时所设定的各项参数，在恢复供电时能继续断电之前的生产状态。

整套系统中电气元器件采用国际著名品牌，PLC、触摸屏、变频器等重要元件均采用西门子品牌，国标电线电缆。现场仪表和传感器为国内外知名品牌。

1.3各工段控制概述

泡粮系统在现场有机械手动按钮开关和触摸屏操作两种操作方式。自动控制时所有操作均由PLC接收现场传感器的信号经逻缉运算处理后再执行动作。手动操作则由现场工人通过现场的机械按钮进行，系统同时具备能在控制室进行操作。

蒸粮系统和泡粮系统一样具有现场有机械手动按钮开关和触摸屏操作两种操作方式。自动控制时能通过一键启动完成对蒸粮所有的工序进行全自动操作，能自动排泡粮水，上压过程进行比例进汽，自动进闷粮水，自动排闷粮水，自动复蒸等工序。实时反映蒸锅中的压力、温度、工作流程中进行的时间等，能轻松的设定各流程的时间、压力

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等。蒸锅进水采用高精度的电磁流量计计算，使各锅粮食的蒸煮始终品质稳定一致。摊凉机的传送和加曲机采用变频调速，始终保持同步运转。并在输送过程中进行不断翻动搅拌，使曲粉和粮食充分的混合均匀。摊凉机风机的运转控制是随在线温度的检测结果传送到PLC分析处理后得到的。能稳定保持加曲的合适温度。

粮食的蒸煮采用旋转高压球锅。粮食蒸煮均匀，蒸汽采用比例调节阀控制，根据工艺及环境可随时修改蒸煮的压力。高温、高压蒸煮大幅度的降低能耗，缩短蒸煮时间，提高产能。设备的传送部件采用变频控制，降低了能耗，减少设备启动对电网的冲击，有效的延长设备的使用寿命。

加完曲的熟粮接下来会输送到糖化箱。糖化箱的操控在现场有手动按钮和触摸屏，同样在控制室也能对其进行操控。糖化箱能自动进料、自动出料、温度和湿度的自动控制，糖化箱的内外空气的交换。

糖化好的粮食在发酵之前和吊过酒的酒糟按比例进行混合叫做粮糟混合。在粮糟混合中先要对酒糟在线输送中进行冷却叫做凉糟。凉糟机的控制和摊凉机的控制是一样的。凉糟机输出的酒糟将和糖化输出的粮食进行混合，在输送线上系统会自动检测两种物料的到位情况，在混合时如果有一方的物料没有到位，则到位的一方将会自动停止输送，等待另一方的物料输送到位后再进行同步输送并混合。混合的粮糟在进入槽车之前还需要再次进行冷却到入槽温度。这样在输送线上连结了冷风机。冷风机的控制基本上是和摊凉机是一样的。只是冷却的进风不是自然风而是由冷媒提供的冷风。使混合的粮糟在入槽车之前便能降到工艺要求的温度。以便槽车能直接进入恒温发酵间。

在槽车中发酵好的酒醅通过叉车运到酒甑系统进行蒸酒。酒甑系统因动作是不连惯的，所以一般是以现场控制为主。但是同样具备能在控制室。槽车通过槽车翻转机将酒醅倒入上料提升机的料斗，经上料系统和双关节布料绞龙送入甑锅。采用双关节布料可以实出料口到达甑锅平面的任一点上，使用灵活、轻松。蒸完的酒糟直接倒入下面料斗通过出糟绞龙输送到留糟或丢糟输送机。最大程度上减轻了工人的劳动强度。原酒首先接入接酒桶内，通过流量计量系统计量后再通过管道输送到原酒库，减少中间运送环节，使原酒品质不受外界的影响。

自动化系统的使用能降低成本，提高效率。摆脱人的生理，不必人工干预。使得智能化、自动化生产成为可能。生产流程一致，品质稳定。自动化植根于生产流程正规化(没有正规化，就没有自动化) 这可以把整个公司的文化从传统思维提升到系统化、

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正规化的方向。对于传统产业来说是脱胎换骨的重大时机点。

二、各工段具体控制方案 2.1泡粮桶的控制

粮食经提升机送入在线计量流量称后进入刮板输送机，如进粮重量达到称重系统的设定量，则给出信号使粮仓停止粮食提升。刮板输送线在每个泡粮桶的上方有气动闸阀控制。系统能自动检测下面的泡粮桶是否需要进粮。泡粮桶的进水由气动蝶阀控制，进水量由液位检测器控制。泡粮水的加热采用水、汽混合的方式进入到各个泡粮桶，改变了传统的先蒸汽加热冷水、再泡粮的工艺模式，最大程度上降低了蒸汽的用量。节约了能源。泡粮桶的出料由电动蝶阀控制。系统能具备现场的操控和控制室的操控。现场原料的用量能在控制室的上位机上读取，并能记录到公司的ERP系统中。

2.2蒸粮的自动控制

粮食通过打开电动蝶阀流入蒸锅内。盖好锅盖后通过一键启动便能实现全自动的蒸粮过程。在蒸粮过程中所有动作（如：进汽、进水 、排汽、排水，蒸锅的翻转等）都能自动完成。

蒸锅的蒸煮采用下进汽的方式，进汽阀门采用气动调节阀，能使压力上升均匀、稳定。在保压过程中能使蒸锅内的压力始终保持在工艺技术要求的数据上。蒸锅的压力控制是由压力传感器和二次仪表的组合方式控制的。近距离的通信，采用专线、专表的方式，使数据更精确。压力值的设定、修改方便，简单易懂。同时各蒸锅的实时压力值能在中控室的上位机读取，能有效的监控到现场生产情况。

蒸锅进水采进气动蝶阀，计量采用高精度的电磁流量计。流量计配合二次仪表使用，具有精度高、反应快。设定、修改方便，简单易懂。

蒸锅的排水采用气动蝶阀，排水时由上进汽（角座阀）加压的方式使水从排水阀压出，排水的同时进行探测，一旦没水便会自动关闭上进汽和排水阀，减少蒸汽的用量。

排汽由上排汽阀（角座阀）和排水阀同时打开来完成，打开排水阀是将蒸锅的多余的水排出，上排汽阀是对蒸锅进行泄压。

蒸锅自动运行中各种时间的设定可以由现场的触摸屏来完成，在触摸屏上能显示各种信息（蒸锅的工作状况，动作信息，参数设定，故障报警等）。

蒸锅可以由现场和控制来控制。现场的控制可以由自动系统进行全自动的运行来完成。也可以通过手动控制来完成，手动控制全面包涵了自动控制的全部功能，在

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以后的调试和维修中是非常实用的。同时在特殊的情况下也能使生产继续完成下去。

2.3接粮输送机的控制

接粮输送机也是可以由控制室和现场直接控制的。蒸粮完成后蒸锅内蒸好的粮直接倒入接粮输送机中，接粮输送机采用变频器控制调速，当工作模式选为自动时，只要其中有一口锅倒粮接粮输送机便能同步自动启动。如在手动工作模式则必须先启动接粮输送机才能开始倒粮。在接粮输送机后面的输送带的工作状况是和接粮输送机是同步进行的。

2.4 摊凉机的控制

摊凉机是用来冷却刚蒸煮完后温度很高的粮食。摊凉机的控制可以由控制室和现场直接来控制，自动控制时根据摊凉机各段检测的温度和各段设定的温度来控制风机的运行和停止的数量，并能根据检测到的温度来自动调节变频器以控制摊凉机的运转速度。在手动模式下可以人为选择风机的运行和停止的数量。

2.5 加曲机的控制

加曲机是在摊凉机的后段，在粮食冷却到合造的温度后通过变频器的调速来定量加曲，系统中能实现控制和现场的控制，自动控制时是由系统自动启动运行的，手动控制则是由人为来控制运行和停止的。

2.6 移动板链的控制

加完曲的粮食经充分混合后通过板链输送到移动板链。移动板链能实现控制和现场的控制。自动控制时是由系统自动判断下面的各糖化箱的位置，进行自动控制移动输送带的位置，并判断移动输送带的正反运转。手动控制则是由人为来控制运行和停止的。

在蒸粮控制部分各传送部分都具有联锁功能，部分双向动转部件具有互锁功能，所有信息均能在控制室的上位机上和现场的触摸屏上显示。

2.7 糖化箱的控制

移动糖化床主要用于小曲清香型白酒生产线中，经蒸粮、加曲后进入移动糖化床摊平培菌约24时出料、出料后再与酒糟混合入窖池发酵。 2.7.1移动糖化床的控制要求

1）进料斗：进料斗用于暂存一定量的物料满足移动进料时物料的高度调节； 2）电动升降闸门：用于调节进料的厚度；升降闸门电气设点动控制、有上下限位

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控制装置；

3）链板输送机（移动床）：机尾端进料机头端出料，电机变频调速，现场设起动运行和点动运行按钮。

4）自动测温装置：在长14米*宽3米糖化箱中分三段检测培菌曲料的温度显示和控制，测量范围0～50℃

5）电动升降出料闸门：用于移动糖床出料时闸门上升打开，进料时闸门下降关闭。 6）出料斗：出料斗内部配套有双向螺旋机便于料斗中间位置出料，出料斗中间位置配有气动出料阀、曲料在培菌期间需关闭出料阀不漏风，出料时打开，

7）糖化箱保温棚：保温棚设有三个入口门，和一个废气排风机，正常生产时三个入口门需关闭，废气排风机什么时间开和关由生产工艺人员决定。

2.7.2 移动糖化床的进料控制要求

根据年产5000吨白酒生产能力，设计5个移动糖化床为水平布置，在5个移动床进料斗上方辅有一条导轨，便于一台移动链板机分别向5台移动糖化进料，注：移动链板机控制为可逆正反转运行，进料设有现场人工按钮点动控制操作方式，和PLC可编程序自动进料控制方式。

2.7.3空调系统控制要求

空调间：安装制冷机及辅机冷媒水泵、冷却水泵、屋顶冷却塔，风机，混合式冷热两用散热器，蒸汽阀和其它控制阀，配电及自控设施。

车间现场：5个移动床的进风和回风气动风阀（带输出信号）以及5个移动床蒸汽电磁阀，

以上根据情况纳入可编程序控制。 2.8粮糟混合的控制

粮糟混合是用吊过酒的酒糟和糖化后的粮食进行充分混合再次进行发酵。 2.8.1留糟输送机的控制

酒糟经出糟绞龙输送到留糟输送机。留糟输送机能实现控制和现场的控制。当自动控制时能和后端的凉糟机同步运行，并能检测糖化箱的输出是否同步运行。手动控制则是由人为来控制运行和停止的。

2.8.2常温凉糟机的控制

常温凉糟机是将刚出完酒的酒糟进行在线输送和冷却的设备。常温凉糟机能实现中

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央控制和现场的控制。自动控制时根据凉糟机各段检测的温度和各段设定的温度来控制风机的运行和停止的数量，并能根据检测到的温度来自动调节变频器以控制凉糟机的运转速度。在手动模式下可以人为选择风机的运行和停止的数量。

2.8.3粮糟混合机的控制

粮糟混合机是混合糖化箱输送出来的新粮食和凉糟机输送过来的酒糟按比例进行混合的设备。粮糟混合机能实现控制和现场的控制。自动控制时会自动检测糖化好的粮食和冷却好的酒糟有没有全部到达混合机上，如在生产中有一方没有到达混合机位，则已到达的一方将会自动停止输送，等待另一方的到来，当双方都到达后才启动混合机运行，并再次同时进行输送供料。在手动模式下可以人为选择运行和停止。

2.8.4冷风机的控制

冷风机是把粮糟混合好的物料在入槽车之前再一次进行降温，以利于发酵。冷风机能实现控制和现场的控制。自动控制时根据冷风机各段检测的温度和各段设定的温度来控制风机的运行和停止的数量，并能根据检测到的温度来自动调节变频器以控制冷风机的运转速度。在手动模式下可以人为选择风机的运行和停止的数量。

2.8.5入槽绞龙的控制

入槽绞龙是接冷风机之后的准备入槽车的设备，入槽绞龙的自动控制是和冷风机同步动作的，如在手动控制模式下则是可以单独运行和停止的。入槽绞龙是具备双工位工作的，这样在物料入槽车时更换槽车是不需要停止生产线的运行。

2.9 酒甑操控的控制

酒甑部分设备因不是连续工作的。控制是以现场的控制为主。控制是可以对其进行全面的操控。

2.9.2翻转机的控制

翻转机的运转是通过点动来动作的，在上、下极限位置有限位开关来控制。翻转机在转动到一定的角度时会通过气动微动开关来控制翻转机两端的气撑来锁住和释放槽车。

2.9.3上粮系统的控制

上粮系统是短提升机、长提升机和双关节布料绞龙组成。现场的控制为3 条一键联动或单个分开控制两种方式。同时在控制室也能对其进行控制。

2.9.4酒甑的控制

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酒甑锅的控制是由点动控钮来控制的，同时和酒甑盖具备联锁功能。酒甑的进汽是由手动阀来控制的。根据现场生产的情况开闭阀的大小的控制。在控制室上位机同样能实现对酒甑系统的控制。

2.9.5出渣系统的控制

酒甑的出渣和凉渣在现场分为手动和自动控制两种方式，自动控制当启动了出渣时，出渣输送部分运转。凉渣机会根据检测到的温度和设定的温度自动启动风机的数量，以合适的温度入槽。手动控制时则人为单一的启动各单组部分。同样能实现控制室对现场的控制。

2.9.6接酒桶的控制

接酒桶采用了计量设备对各甑的出酒进行计量，并实时转送给控制室的上位机上，及时的录入公司的ERP系统。

三、控制系统方案 3.1控制系统配置

采用集散控制模式，控制室用以对现场其他控制设备进行数据收集、程序的上下载等，实现数据的收集、报表的生成、控制室的控制、报警等功能。任一台上位机电脑对现场所有设备能进行各项操控。能采集现场的各类数据，对现场各设备的运行能进行全面的监控。

控制室操控系统采用强大的人机对话功能，当对现场任何一设备进行操作时，系统都能自动显示对应设备工位上的现场监控视频，以便操作者能确认当前要操作的设备的工作状态，以及可能造成对现场操作人员的伤害等。

按工段共设置了13台现场PLC控制站，分别为泡粮1组、泡粮2组、蒸粮平台1、蒸粮平台2、摊粮加曲、糖化箱1、糖化箱2、糖化箱3、空调系统、粮槽混合、酒甄平台1、酒甄平台2、酒甄平台3；每个PLC控制站均配置有电源模块、CPU、I/O模块及交换机；整个控制网络采用冗余环网的拓扑结构，任何一台PLC控制站发生故障均不影响其它PLC控制站的运行，保证了网络的高可靠性。

管理层在硬件方面由两台上位机（操作员站）、一台打印机及一台交换机构成，其中一台上位机兼做工程师站；软件方面配置组态王6.55无限点运行版两套及PLC软件一套；

任意一台操作员站均可任意浏览全厂或分工段的工艺流程图，各动力设备及仪表的

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信号均可实时在流程图上显现；任意一台操作员站均可对全厂动力设备或执行元件实现自动控制或远程人工干预控制；

3.2 PLC控制系统功能

控制系统采用最先进的电脑系统组成。具有操作方便简单、安全可靠、人机互动灵活。能实现全部设备联动式自动化控制，全自动马达保护、参数设定及故障报警和生产报表的自动生成。最大程度上降低能耗，提高生产率，增强安全系数，提高规范化管理能力。

控制系统主要功能

1）实时数据检测：通过上位机能监视各个马达，排风机，水阀，调节阀，传感器，称重仪表的运行情况，和主要的运行参数。如水阀的开停状态，称重仪表的示数，和摊粮机温度。可以根据实时数据分析设备运行状态，做出报警提示，事故信号和预告信号驱动声响报警发出不同的声音报警。为设备的安全稳定运行提供了可靠的依据。

2）对设备的运行进行全自动管理：根据生产的具体情况可以设定不同的运行方式，由电脑控制设备的运行，例如温度达到一定的高度由电脑控制某个排风机的启、停。设备运行时由计算机分析设备的运行情况，如某一参数不在安全运行范围内有计算机发出报警，并做出相应的处理。

3）安全稳定组态软件：采用组态软件用于画面编程，数据生成。能24小时稳定运行，易于操作维护，动画效果美观大方。能动态的显示各设备的运行情况。 4）强大的报表功能：能查询出各个设备的不同时段的运行状态，和设备操作记录，对一些必要的运行参数可以定期打印报表以达到检测的目的。

5）操作权限：具有操作权限等级管理，当输入正确操作口令和监护口令才有权进行操作控制，参数修改，并将信息给予记录。并具有记录操作修改人，操作修改内容的功能。

6）主控系统的故障诊断：对计算机站控制系统的各个设备进行状态检查，通过在线自诊断确定故障发生的部位，并发出报警信号，检查、诊断的结果可显示、打印出来。

四、信息化方案

信息化系统包括：原料仓库管理、贮酒仓库管理、成本核算管理、车间生产过程及产品品质监控、产品质量追溯、远程视频监控等

信息化系统在硬件方面配置若干台管理员操作站；软件方面则根据以上管理功

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能及客户需求定制化开发。

4.1车间生产过程及产品品质监测系统

曲药是白酒发酵中最重要的糖化发酵剂，由于制曲的原料不同、曲坯形状、大小不同、培养环境条件不同，微生物的种类、数量也有所不同，所积累酶的种类和含量、曲香味也不同。从而在酿酒生产过程中，造成酒中香味成份的不同，最终形成酒体的不同风格。制曲过程中，由于制曲温度较高，会出现高温下“美拉德”反应。由于“美拉德”的非酶褐变，受温度影响，不同温度条件下，“美拉德”反应的程度不一样，曲的香味也不一样。温度越高，曲香气越重；温度较低，曲香味就淡。采用高温曲酿酒，酒香就浓郁些；而用低温曲酿酒，酒的香气就淡些。所以，酒厂非常关注制曲过程中温度的波动。酒厂一直通过传统的工业温度计进行定期的温度测量，并依赖于纸质的文档统计、汇总。原始的监测工具和手段耗费了大量的人力物力，尤其无法保证数据的准确性。

在自动控制系统的基础上，将影响白酒品质的温度信号采集进工业实时数据库，并采用关系型数据进行数据抽取，通过定制化开发的数据分析模型软件可发现各种温度因素的变化对产品品质影响的关系，最终展现出的报表、图表、曲线供相关部门存档、监测，当温度出现较大波动时，还可进行短信报警。该解决方案信息化手段可从根本上解决了糖化、发酵在温度监测环节的生产问题和管理问题，极大了降低了酒厂的作业成本，提升了管理水平，增强了企业的核心竞争力。

产品品质监测系统的功能还包括：环境监测、远程数据传输、智能控制、基于网页的数据监测和数据管理功能、超限报警、工作流管理。在环境参数采集部分，用户可以自定义采集间隔，采集设备根据采集间隔定时采集数据，并通过传输设备将数据传输到远端。智能控制部分可根据环境参数自动控制现场设备（比如风机、空调等设备）的开启和关闭。在远程监测部分，用户利用网页方式可随时随地的了解远端数据。采用网页的访问方式可以较好的解决跨平台的问题，减少安装、使用方面的操作成本和维护成本，降低平台门槛。数据汇总后可在酒厂的相关部门间进行流转、审查、存档等工作。

4.2产品追溯系统

产品追溯利用先进的互联网技术和工具，通过普通数码、一维条码、二维码、RFID标签等方式对单个产品赋予“身份证”，实现一件一码，对产品的生产、仓储、分销、物流、运输、市场巡检及消费都等环节进行数据采集跟踪，实现产品生产环节、销售环节、流通环节、服务环节的全生命周期管理。

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针对同一批产品，产品追溯系统会自动采集与该产品生产密切相关过程热工参数、当班值日记录、人工干预及操作记录（时间、时长、操作方向等等）等数据，并与该批次产品的“身份证”在系统中建立对应关系。当产品质量出现问题时，只要扫描该产品的“身份证”并通过分析即可发现问题出现在哪一个环节。

4.3原料仓库管理及贮酒仓库管理

仓库管理软件能实现如下功能：代替手工填写手工计划书、入库单等大量重复繁琐的劳动，如数据的存储、查询、统计、汇总、分析、报表等，管理工作完全由计算机取而代之，各级管理人员能够快速、便捷和准确地进行数据查询、数据统计、提供报表等。能随时掌握现有的库存项目情况，制定合理的库存管理计划，灵活地把握库存、采购、存储、质检等一系列的管理，动态进行库存跟踪管理，合理保留库存，减少库存积压。库存控制能够对现有的库存项目进行动态统计，从而为每一个库存项目指定安全库存量和经济定购量，当库存减少到用户定义的安全存量时，系统能指示出来，并根据需要自动创建采购申请和采购单。

系统开发采用自顶向下层次化、模块化结构设计方法。根据所定义的数据类型，在保持各功能模块的相对的原则下划分个模块的功能。通过对系统的总体分析，依照自顶向下和模块化原则将此系统分为五个主要模块：日常处理模块、查询统计模块、计算最优量模块、基本信息模块和系统维护模块。

日常处理模块：此模块包括仓库的入库和出库管理，可以添加、删除、打印入库单和出库单，在新增入库单和出库单时，系统会根据货物的最高限量和最低限量给出提示，对仓库货物进行监控。另外，在填写新增入库单时可以参考由计算最优量模块所计算出的上月最优量来进行当月的入库，这样可以减少货物库存的积压量，降低仓库的存储成本，增加企业的利润。

查询统计模块：系统的查询功能是非常强大的，系统的用户可以进行单据的查询和库存的查询，根据输入的条件，对货物的出入库单据和库存信息进行简单的查询，还可以进行月汇总。

计算最优量模块：根据存储论的相关知识，结合该企业的实际情况，可以计算出企业本月各种货物的最优量。在计算最优量时需要你用到汇总单和货物信息表，计算出的最优值包括最优订货量和订货周期，并把所得到的最优量存入最优存储表中，为企业下月货物的入库提供有力数据，使得货物在库存数量上得到好的控制，减少企业库存货物

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的积压量，降低企业在仓库管理中的成本。

基本信息模块：此模块主要包括货物信息、库存状况、用户信息、供应商信息和领料人信息，用户成功登录系统后，对以上信息进行录入管理，根据不同用户的不同操作权限的设置，一些用户可以对以上基本信息进行修改、删除等功能。在此模块中还可以查看所有货物的库存状况。

系统维护模块：包括用户管理，密码管理，查看日志，系统初始化以及数据的备份与还原，可以根据需要对整个数据库进行备份，以确保数据的安全性；在用户管理中管理员可以给不同用户设置不同的权限；密码管理中用户可以修改自己的登录密码；设置查看日志功能可以更进一步增强系统的安全性。

4.4 成本核算管理

完整的成本管理制度应包括成本计划管理、成本控制管理、成本核算管理、费用报销管理四个主要方面。

成本计划管理：应编制公司年度成本计划，以主要产品的单位成本计划和车间及部门的成本计划为重点编制季度成本计划；成本计划的编制工作应由财务总监负责组织，以财务部门为主，其他部门（销售、生产、技术、计划、供应、劳资）给予配合参与制定；根据年度、季度成本计划制定计划期内降低成本的主要措施。

成本控制管理：根据指定的成本计划确定企业目标成本，将目标成本层层分解，按照分解目标制定“目标责任成本表”；事项成本定额管理。在生产（如产品在各车间、各工序流转制造过程）、技术（如产品设计、研发过程）、采购（原材料供应工程）等的全过程中开展有效的成本控制。定期召开成本分析会，分析成本升降原因，总结经验教训，找出偏差，制定改进措施。在成本分析会后，编制成本偏差分析报告，提交管理层。

成本核算管理：建立和健全符合成本核算要求，讲求实效的原始记录制度。根据企业组织生产划分的实际情况正确选择成本计算方法。建立定额用料制度，控制材料物资的使用。计入成本的材料，是否有耗用人、发料人和材料管理部门共同签定的领料单或限额领料单；正确划分应计入成本和不应计入成本的费用界限；正确划清成本费用支出与福利性支出的界限；正确划清生产性支出与营业外支出的界限；正确划清各种成本与费用的用途界限；正确划清完工产品与产品之间的界限；对发生的制造费用制定分摊标准；严格遵守成本费用的开支范围。

成本考核管理：建立公司成本考核指标并把它列入各部门考核表中；在公司内部定

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期进行成本分析，以各责任者为成本考核对象，来考核其工作业绩。

4.5 视频监控系统

根据厂区地域特点和安全防范技术现行规范的要求设计视频监控系统，视频监控系统采用高清数字摄像机（0TVL 1/3” SONY CCD红外防水筒形网络摄像机；防水等级IP66），通过不受距离的光纤传输送入中心控制室的交换机；视频服务器配置了视频设备厂家提供的专业的监控平台管理软件，实现了接入管理，并管理流媒体模块及流存储模块的工作策略。 视频服务器负责将视频信息转换为数字信号，供平台调用。 视频管理主机控制各个接入设备，并对拼接屏主机的显示进行操作。系统配置的磁盘阵列可实现对现场所有视频摄像头24小时不间断录像存储3个月。

视频监控摄像头按功能划分主要分布在制酒生产车间、发酵、锅炉间、原料仓库、成品仓库、办公及场内。生产过程中会在车间中产生大量弱酸性蒸汽，对金属制品有较大的腐蚀，因此应选用防腐蚀护罩来对设备进行保护，延长使用寿命，减少故障发生几率。酒库内储存大量成品酒液，酒精属于易挥发，可燃易爆液体，每层酒库有两个楼梯通道，设计在酒库走廊、楼梯入口位置使用防爆高清摄像机进行监控。

3发酵控制系统的硬件设计

结合白酒发酵过程的特点，科学合理的设计发酵系统的信号特征，完成控制要求和体系结构。根据发酵系统的层次性和功能可分割性，发酵过程测控系统主要由工艺参数检测系统设计和自动控制系统设计。

表3-1 发酵罐配置表

Tab 3-1 Fermenter configuration 序号 1 2 3 4 5 6 7 8

控制内容 物料发酵温度 发酵PH值 罐内压强值 液位值

循环水阀门启停 阀门手自动指示 循环水运行指示 阀门故障指示

数量 3 2 2 1 4 3 3 3

I/O类型 AI AI AI AI DO DI DI DI

量程 -10——100℃ 0——14 100—200kpa 0—3

检测/控制电气 热电偶 ±0.1℃ PH值变送器 压力变送器 液位变送器 电动机 旋钮 常开触点 继电器

各类传感器将采集到的电平信号传送至智能仪表接收并进行显示，然后智能仪表将采集的信号传送给PLC的输入端，按照用户程序的控制要求进行命令输出的模拟信号和数字信号共同实现对相关电气设备等的控制，最终实现对各湿度、温度、pH 值和压强

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等参数的。

3.1发酵罐关键参数监控

发酵罐内条件的控制精度将直接影响小曲白酒品质的高低、出酒率的多少。因此，需要实时检测发酵罐内各项参数，严格按照白酒发酵最佳工艺来控制发酵条件，包括发酵罐内料液配比物料的、温度、液位、pH 值、压强等参数。 3.1.1温度控制方法

固态发酵期间，发酵罐内温度最佳状态为“前缓、中挺、后缓落”趋势，要防止发酵前期糖化过快、升温过猛[2]。当温度达到一定程度时，超出酵母发育最适温度，酵母容易衰老，发酵力降低，酵母死亡率升高，而产酸菌等杂菌开始大量活动，从而降低出酒率,同时导致酒体发酸，影响风味[3]。因此在发酵过程中，合理控制发酵温度，从而保证固态白酒的产量和质量。

白酒发酵罐内温度信号的检测采用铂电阻PTl00，具有温度响应特性好、成本低、

检测精度高、性能稳定可靠的特点，工作温度范围-200℃—+500℃。可用于在酿造车间各发酵罐温度监测系统，实时监测白酒的发酵的情况。

图 3-1 白酒固态发酵罐原理图

Fig 3-1 Solid-state fermentation liquor schematics

在发酵过程中，酵母等微生物需要在最佳的温度下进行生化反应，由于在发酵前期，发酵罐内的生化反应并不会马上开始，所以产生的热量还很少，所以需要人为来增加发酵温度，这可通过加热器或加热水来完成；在白酒发酵中后期，罐内微生物已经充分发酵并产生大量热量，不利于微生物的生长，此时需加循环冷却水来调节罐内发酵温度，

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

使罐温降低到发酵适宜温度。对于不同的发酵过程，发酵工艺，温度控制的方式也不同。

图3-2 发酵罐温度控制原理结构

Fig 3-2 Fermentation temperature control principle structure

用如图3-1的控制办法温度控制设备为进循环水的电磁阀和水槽加热模块，当温度高时通过开冷却水电磁阀，通过冷却水环绕发酵罐进行降温，当温度低时通过开加热模块开关，使水槽内的水温升高然后循环升温。发酵罐温度变化控制过程中，为避免电磁阀和加热模块频繁的开启，闭合损坏器件，在满足温度控制精度的情况下，设置了偏差最大值,如图3-2所示,当温度偏差大于2℃时，控制器动作，当偏差小于2℃时，“控制器无动作”图3-2中，S为设定值，P为测量值，Tl为加热控制周期，T2为冷却控制周期。

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

表 3-2循环冷却水控制要求表

Tab3-2 Table circulating cooling water control requirements

控制对象

电动机规格 控制方式 输入点数 输出点数

工作条件

1号发酵罐冷却水电磁阀 Y90L-4，Pe=1.5KW，Ie=3.7A ne=1400r/m 操作板按钮启动停止控制

输入点：2点，电磁阀开（S10）、电磁阀（S11）强电输入：1点，泵启动（K2） 输出点：1点，泵启动（K2） 冷却水电磁阀打开（S10=1,S11=1） 温度上下限未到达（S52=0） 紧急停止未动作

表 3-3 循环加热水控制要求

Tab3-2 Circulating heating water control requirements

控制对象

电动机规格 控制方式 输入点数 输出点数

工作条件

1号发酵罐加热水电磁阀 Y90L-4，Pe=1.5KW，Ie=3.7A ne=1400r/m 操作板按钮启动停止控制

输入点：2点，电磁阀开（S20）、电磁阀（S21）强电输入：1点，泵启动（K3） 输出点：1点，泵启动（K3） 冷却水电磁阀打开（S20=1,S21=1） 温度上下限未到达（S52=0） 紧急停止未动作

为了防治电气设备的频繁开关而损毁设备，系统采取每5min采集1次数据；同时，

将采集来的各项数据与设置数据进行对比。设定数据分为4段：升温、保持、1降温、2降温。其对应的温度范围分别为：18℃ ～22℃ ，23℃ ～27℃ ，28℃ ～30℃ ，30℃ ～35℃ 。温度区间取至专家传统经验工艺[17]。

如所测发酵温度t在“降温”范围内，PLC输出口IR1200输出24V直流电压。通过外围电路，使继电器常开触点闭合，使交流接触器线圈通电常开触点闭合。电磁阀电源接通，电磁阀打开，水泵开始工作，冷却水开始环绕发酵罐[5]。如果所测温度在“保持”范围内，控制系统不动作。 3.1.2 PH控制方法

pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行[7]。因此，发酵过程中的pH

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

值必须控制在合理范围内来保证发酵的正常进行。

基于PLC的PH值传感器进行采集。PH值传感器可以配合Vernier 的 LabPro数据采集器经USB或串口连接传输至PC电脑。HG406 PH值传感器是高智能化在线连续监测仪，由传感器和二次表两部分组成。可配三复合或两复合电极，以满足各种使用场所。配上纯水和超纯水电极，可适用于电导率小于3μs/cm的水质（如化学补给水、饱和蒸气、凝结水等）的pH值测量[6]。

图3-3 发酵PH值控制原理图

Fig3-3 PH value of the control schematics fermentation

白酒发酵生产是一个酸性反应过程，在发酵过程中，通过加碱中和的办法来调节PH值。从控制模式上看，发酵液的PH值也是一个大滞后、大惯性的控制对象。在同一发酵时期菌体生命力不同，其产酸率也不一样。因此PH控制模式还必须适应发酵液中PH变化能力的需要。根据实际需要，采用时间比例滴加方式,当判断PH低于工艺设定值0.5以上时，自动开阀加碱。设S为PH给定值，P为PH的采样值，控制流程如图3-3

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

所示。

3.1.3 压强控制方法

发酵压强控制系统采用模拟、数字双传感器和模拟、数字双闭环反馈控制方案。在发酵罐的罐顶，罐中，和罐底设置3个压强检测接口，并保证安装密闭。数据实时传输至PLC控制系统，系统分析数据后，反馈至增/泄压阀门来调节罐内的压强大小，从而达到控制目的。

3.1.4 系统整体控制

白酒发酵温度，PH值，压力闭环控制系统结构由三部分组成：一是信息采集及信号输入部分，它包括发酵罐内温度、压力信息采集等；二是信息交换与分析，主要功能是将传感器采集的信息转化成模拟量输入西门子EM331模块，通过该模块将其转换成 PLC 可以识别信号进行处理，数据处理后输出控制指令；三是输出及控制部分，调温系统、压力调节系统，PH值调节系统等，使白酒发酵过程能按照既定控制方案运行。

按照功能模块可以分为：传感器，电磁阀，变频器等如图3-4。温度和压力控制包括循环水升降温控制，增减压控制，PH调节控制。实现定时定量定量控制，基于通信系统来完成数据的传输和管理。

图3-4 PLC控制系统图

Fig3-4 PLC control system diagram

3.1.5通信控制

通信控制实现对发酵罐运行过程信息的传递。上位机系统选用了工业PC，主要用于输入数据、观察分析数据，基于数据库存储数据。由于Visual Basic 6.0界面开发友好灵活，同时提供串行通信控件MSCOMM，因此采用VB6.0为开发工具实现PLC与计算机的串行通信[20]。西门子公司S7-200PLC的串行通信可通过CPU模块集成的点到点通

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信接口（简称PII）或EM277通信处理器扩展模块运行。PII接口的物理特性为RS-485，可直接用2芯双绞线与RS-485通信设备连接，无需要额外的硬件与软件。在控制现场，PII一般采用主从通信方式，通信波特率可为9.6Kbit/s、19.2Kbit/s与187.5Kbit/s,传输距离可达50m，PLC根据传入数据执行程序，达到控制的目的。 3.1.6 上位机配置

根据白酒发酵工艺自动控制系统规模要求，本系统硬件设计中上位机选用西门子工控机SIMATIC IPC7D。

SIMATIC IPC7D 技术指标 SIMATIC IPC7D SIMATIC IPC7D

设计19寸机架式标准4U处理器Pentium Dual Core G850 2C/2T 2.90GHz 安装用于伸缩导轨，可以进行水平和垂直安装，19寸支架可以外部拆卸；使用立式套件（可选），可以转换为立式PC。Core i5-2400 4C/4T 3.10GHz

Core i7-2600 4C/4T 3.40GHz

主存储器 至少1*1GB DDR 3 1333SDRAM 最多4*4 GB DDR 3 1333SDRAM

可扩展性 4x PCI, 1x PCIe x16, 1x PCIe x16 1x PCIe x8 硬盘内部安装500G或者1TB HDD最大可做RAID 5 3*1TB 内部安装500G或者1TB HDD最大可做

RAID 5 3*1TB 接口 2x Gbit Ethernet (RJ45), 1x DisplayPort, 1x DVI-I, 8x USB 2.0 back, 2x USB 2.0 front, 1x USB 2.0 internal, 1x serial (COM1), 2x PS/2, audio

光驱DVD-ROM。

图3-5 西门子SIMATIC IPC7D工控机

Fig 3-5 SIMATIC IPC7D IPC

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3.2 PLC 的选型与硬件配置

图3-6 PLC的基本组成

Fig 3-6 Basic components of the PLC

3.2.1 PLC主要工作流程

PLC的工作过程一般分为输入刷新、程序执行、指令输出三个阶段。

1．输入刷新阶段：PLC以扫描工作方式，输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入映像寄存器中。

2．程序执行阶段：PLC按顺序对程序进行串行扫描处理，并分别从输入映像寄存器和输出映像寄存器中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像区中保存。

3．输出刷新阶段：在执行完用户所有程序后，PLC将运算的输出结果送至输出映像寄存器中。

3.2.2 PLC用户扫描工作过程

由于操作系统与系统软件之间的差异，PLC的工作过程与通用计算机有很大的不同，概括的说，PLC的扫描过程可以分为输入采样、内部处理、通信服务、输入处理、程序运行、输出处理。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。

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图 3.7 PLC采用循环扫描工作

Fig3.7 PLC cyclic scanning

3.2.3 PLC选型

正确合理的选择 PLC 首先必须满足控制系统所需功能，同时也要兼顾控制系统性价比，提高经济效益。PLC 的选型主要从以下方面功能选择：机型选择、CPU型号、电源模块、信号板模块、扩展模块等的选择。应根据发酵系统特点和控制任务进行选择。 选择PLC主要是确定PLC生产厂家、型号。PLC的选择必须按照现场控制的要求，用户许可时，设计者可以考虑自己的综合习惯、产品的一致性、编程器等设备的通用性、技术服务等方面的因素。

就PLC的可靠性而言，只要是国外的大公司的产品基本都不存在什么问题。就使用性能而言，日本的PLC有性价比优势，入门也容易，适合单机控制。而欧美生产的PLC开放性较好、功能完善、可为网络控制提供一定的便利。此外，产品的技术服务、价格等也是选择PLC所必须考虑的问题。

PLC的组成模块尽可能统一，它不仅有利于采购，减少备件，还可提高部件的互换性，为设计、调试与维修提供帮助。

根据白酒发酵工艺控制要求，系统需要对发酵罐内物料液位、温度、pH 值、压强等发酵相关参数进行实时采集、反馈、处理与控制；通过逻辑控制对所有白酒发酵电气设备进行顺序控制，逻辑控制。包括设备启动、运行、停止等大量开关量的控制和运动控制。通过对白酒发酵工艺流程及其自动控制任务进行分析，在系统设计中选用 SIMATIC S7-200 SMART系列PLC。

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3.2.4 S7-200 SMART系列 PLC特点

表3-4 S7-200 SMART功能模块

Tab 3-4 S7-200 SMART Function Module 标准型，继电器输出型

CPU-SR20/SR40/SR60 以太网接口 I/O模块扩展

标准型，晶体管输出型 CPU-ST40/ST60 RS485串口 信号板扩展

经济型，继电器输出型 CPU-CR40 高速计数 高速脉冲输出

S7-200 SMART是西门子公司最新推出的一款高性价比的PLC，较老款S7-200扫描速度更快，可以进行3轴运动控制。 CPU模块本体集成1个以太网接口和1个RS485 接口，通过扩展CM01 信号板，其通信端口数量最多可增至3个。基本满足发酵过程中自动化设备连接触摸屏、变频器等第三方设备的需求。为机器使用者带来完美的小型自动化解决方案，覆盖用户对于人机交互、自动化控制以及驱动的全方位需求。该解决方案有利于用户提升机器设备的性能，降低开发成本，大幅缩短机器设备的上市时间，真正有效地提高用户的市场竞争力。

SIMATIC S7- 200微型PLC在实时模式下具有速度快，具有通讯功能和较高的生产力的特点。一致的模块化设计促进了低性能定制产品的创造和可扩展性的解决方案。来自西门子的S7 - 200微型PLC可以被当作的微型PLC解决方案或与其他控制器相结合使用。

表3-5 S7-200 SMART各型号功能介绍

Tab 3-5 S7-200 SMART models Features

型号 高速计数 脉冲输出 通信端口 最大开关量 最大模拟量

CR40 2 4 0 ——

148

168

SR20

SR40

SR60

2-3 188 24

168

188

ST40

ST60

4路30KHz 4路60KHz

3路100KHz

3.2.5 数字量输入/输出硬件接线 1. 数字量输入

白酒发酵工艺自动控制系统中数字量输入主要包括发酵罐、蒸馏器、空调系统和增减压系统等的手自动信号、故障信号、运行信号等。使用SIMATIC数字量输入模块EM DI08具体的接线如图3-3 所示。

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图3-10 数字量输入模块的端子接线图

Figure 3-10 Digital input module terminal wiring diagram

2 数字量输出 白酒发酵工艺自动控制系统中数字量输入主要包括发酵罐、蒸馏器、空调系统和增减压系统等的液位、温度、pH 和压强等参数的控制等。使用SIMATIC数字量

输出模块EMDR08，具 体的接线如图 3-11 所示。

图3-11 数字量输出模块的端子接线图

Figure 3-11 Terminal wiring diagramDigital Output Module

CPU：简单自动化任务用的小型CPU－如果您想变更为一个非常经济地执行简单自动化任务的有效解决方案，这是最好的小型设备。还可以在扩展的温度范围内使用。

更复杂任务用的CPU 222可扩展的小型CPU－更复杂的机器和小型系统解决方案用的能够胜任的紧凑型封装。更高通讯和计算要求用 CPU－为要求速度和特殊通讯能力的复杂任务用的高性能 CPU。简单驱动任务用的 CPU－方便地实施简单驱动任务用的CPU

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224版本－有两个接口，两个模拟输入和一个模拟输出，以及两个100 kHz脉冲输出和2个高速200kHz 计数器。较大技术性工作用的高性能CPU－用于具有已扩展输入和输出以及两个RS485接口的复杂的自动化任务的多功能高性能CPU。

信号模块：它提供了一个可扩展以满足您的需求模块的模块化系统。扩展模块有4/ 4至32/32的I / O，从4/ 0，8 / 0，0 /4至4 / 1个I / O的模拟模块，以及开关负载用的性能模块：5A DC 或者 10A 继电器热电阻模块EM231 RTD（模拟模块）

热电阻模块：EM231是一个采用标准电阻温度检测器的高精度温度传感器。它们可以与CPU222，224和226配套使用。热电阻模块应安装在低温度波动的位置处，从而确保最高的准确度和可重复性。

两个或四个温度检测器用模拟输入 全部电阻温度检测器必须为相同类型 在墙或者DIN导轨上直接安装

通讯信号模块：通过有线或无线网络的调制解调器，在世界上几乎任何地方均可以访问S7- 200 CPU。

远程服务：现代通讯选项有助于避免昂贵的服务电话。只需两个调制解调器即可实现远程使用完整的功能，如程序转移、状态或控制；各种通讯工具都集成在一起作为标准功能。本地调制解调器可作为外置调制解调器使用。远程控制：您可以通过调制解调器呼叫消息和实测值，以及定义新的设定点或命令。在这种情况下，一个基站S7- 200可以控制几乎无限数量的远程站点。可以自由选择数据传输的协议，例如：文字信息直接到手机上，错误信息到传真机或Modbus RTU。

通过EM277通讯模块可以运行222以上所有CPU，作为PROFIBUS DP网络上的标准从站，传输速率高达12 Mbit/s。S7- 200对更高水平PROFIBUS DP控制水平的开放特点，确保您可以将单台机器集成到生产线中。使用EM 277扩展模块，您可以实现配备了S7-200的单独机器的PROFIBUS能力。

功能强大的AS-Interface连接

在AS- Interface网络上CP243-2将从CPU从222上升到功能强大的主站。根据新的AS- V2.1接口规范，可以最多连接62个站，甚至易于集成的模拟传感器。使用AS-Interface，可以在最高配置中最多连接248个DI+186 DO。最大 62站的数量最多可以包括31个模拟模块。方便AS-Interface接口向导支持从站和读/写入数据的配置。

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内置的RS485接口可以工作在数据传输速率高达187.5 kbit / s的情况下工作，其功能如下：

作为一个最大拥有126个站点的系统总线。在这种容量中，可以连网编程设备，SIMATIC HMI产品和SIMATIC CPU，没有任何问题。

集成的PPI协议用于纯的S7- 200支持来自一个端口多台主机的网络。在西门子其他器件（SIMATIC S7-300/400和SIMATIC HMI等）组成的网络中，将S7- 200 CPU集成为MPI的从站。

在Freeport模式（高达115.2kbaud）中，采用用户特定的协议（例如ASCII协议）这意味着SIMATIC S7 -200对连接的任何设备都是开放的，例如，它可以连接一个调制解调器，条码扫描仪，PC，非西门子PLC等等。通过驱动器用的USS协议，最多可以控制32台西门子变频器，无需额外的硬件。

包括在该包中的Modbus RTU库还可以作为主站或从站连接到一个Modbus RTU网络。 带有PC Access的OPC驱动器

PC Access是S7- 200和所连接PC之间数据交换的理想基础-与通讯链路选择无关（PPI，调制解调器，以太网/IT CP）。作为一个OPC服务器，PC ACCESS使您可以使用Microsoft Excel写或读S7- 200数据，或任何其它OPC客户端应用程序。

作为一个OPC客户端，它可用于 ProTool Pro，WinCC flexibleRT，Win CC等使用高达8个连接的容量，可以从一个位置实现配置、编程和监控，节省了时间和金钱。通过FTP，HTTP，Java和电子邮件方式允许将PLC连接到不同计算机的简单的通用连接，Internet Technology模块CP243-1 IT还为您提供快速访问功能。以太网模块CP243-1可以通过以太网快速访问S7 - 200的过程数据，进行归档或进一步处理。STEP 7-Micro/WIN的配置支持确保简单的调试和方便的诊断方案。 控制器用软件

工程软件STEP 7-Micro/WIN

STEP 7-Micro/WIN编程软件的特点是节省时间和功能强大的工具－这意味着在您日常的日常工作中极大的成本节约。编程软件的运行与标准的Windows应用程序相同。Micro/WIN包含了对整个S7- 200系列控制器进行编程所需的全部工具。您手头有功能强大的SIMATIC指令集，可以按照IEC 1131进行编程。趋势图和向导等诸多功能使编

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程变得更加容易。STEP 7 Micro/WIN还用于在Micro Panel产品系列中配置文本显示。人机界面软件WinCC flexible Micro

WinCC flexible Micro是实惠的工程包，专门设计用于配置与SIMATIC S7 – 200相关的操作员控制面板：OP 73micro 和 TP 177micro。下面是重点：通过用户友好界面简单而快速配置，预设计的图形对象和智能工具，以及多语言能力。下载需要S7-200 PC/PPI电缆。与使用紧凑型、标准或者高级版本的WinCC flexible一样容易。 通讯软件PC Access

7-200 PC Access是用于S7- 200目标系统的OPC服务器。它支持通过Visual Basic，Visual C++ 和 Excel等标准Windows应用程序对来自SIMATIC S7-200自动化系统中的数据进行经济而渐进的处理和可视化。S7-200 PC Access经过OPC基金会的认证，可用于所有OPC标准客户端。

作为OPC服务器，该工具提供了通过任何OPC客户端读和写S7- 200数据的能力。它作为一个OPC客户端，可与人机界面软件包配套使用。一种可对多达8个连接进行可视化的接口，通过PC Access支持节约时间和成本的配置、编程和监控。

还通过不同的扩展模块提供快速访问。CP 243-1 IT互联网模块通过FTP简单而全面地将PLC连接到不同的计算机上。CP 243-1以太网模块支持快速访问S7- 200存储和处理用数据。而且STEP7-Micro/WIN的配置支持，确保调试简单，诊断方便。

3.3

传感器的选择

根据控制系统需求合理科学选择传感器，是系统建立时首先考虑的问题。当传感器

选定后，与之相配套的测量方法和检测设备也就可以确定了。因此，测量数据的是否准确，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理[24]。

发酵系统的温度传感器，主要用于各罐体内物料发酵温度的实时检测；液位传感器用于各罐体内物料液位的检测；罐内物料发酵pH 值传感器用于各罐体内物料 pH 值的检测；压力传感器用于各罐体内压力大小的检测。各种传感器将检测到的非电量的白酒发酵工艺参数转化为电平信号通过智能仪表采集传送给 PLC 输入端，按照用户程序对

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

现场执行机构进行控制，实现自动控制。

3.3.1温度传感器

在白酒发酵工艺过程中，温度合适是保证白酒微生物生存及代谢的重要参数之一，

温度控制是发酵保证酒品质、出酒率的关键。本发酵系统罐内发酵温度为 25±1℃，温度虽然不高，但对温度传感器测量精度、灵敏度较高；本系统是白酒发酵形式，发酵罐需全密封，所以温度传感器应选取内插式传感器，插深由发酵罐体高度，半径确定。

在国际工业测温领域上，应用比较普遍的接触式温度传感器有：热电偶，热电阻。常用的热电阻温度计中，标准铂电阻温度计（Pt100）的准确度最高，已作为国际温标中 961.78℃以下内插式标注温度计。

与热电偶相比，热电阻测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。经比较本系统采用 WZP-131 PT100 铂式热电阻温度传感器，其测温元件为标准 Pt100 铂电阻。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。WZP-131 PT100 铂式温度传感器的技术参数如下： 测量范围（℃）：-200—500℃ 误差范围（℃）±0.1℃ 类型：铂热电阻；

分度号：PT100； 图3-12 pt100热电阻

热响应时间：2（s）。 Figure 3-12 pt100 RTD 3.3.2 pH 值传感器

白酒系统发酵过程 pH 由7.5降至6.0，发酵过程中维持在 6.5~7 之间。根据测量灵敏度的要求，本系统选择HG406型pH传感器，具有操作简单、境适应性强、线性度好等特点。HG406 PH传感器技术参数如下： 工作温度：0~99.9℃ 分度值：0.1℃；

pH 值：0~14PH 分度值：0.01pH； 精度：0.1%。

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图3-13 PH值传感器

Figure 3-13 PH value of the sensor

3.3.3 压强传感器

在白酒工业发酵过程中，发酵液液面高度带来的压强对工程发酵的影响不可忽视。液面压强可以通过改变气体的溶解扩散，改变发酵菌的外形，生理状态，改变细胞代谢等影响发酵过程[28]。当发酵液面液面高度超过发酵菌的临界高度后，盲目的按照传统方法来开展发酵工艺的放大工作，会导致巨大的能量损耗及发酵产能的大幅降低。在大规模发酵工艺的放大过程中，要注意发酵菌的临界压强对发酵的影响，最好是有层次的分阶段。控制好发酵压强的大小，才能更好的进行白酒发酵。

本发酵系统采用西门子SITRANS P紧凑型压力传感器，SITRANS P紧凑型是一款用于测量绝对和相对压力的模拟变送器，特别针对食品/制药和生物技术行业的要求而开发的。依据EHEDG、FDA 和 GMP建议的卫生型设计，不锈钢连接件和外壳，Ex保护符合ATEX的 IIG EEx ib T6 精度 ≤0.2%

长期稳定度 ≤0.2% 12months

量程 0-160mbar(0-inchH2O)至0-40bar(0-580psi)

3.5 温度数据采集器的设计

针对目前常用的数据采集系统优缺点，并结合小曲白酒发酵温度监测需求，本课题提出新型温度数据采集器的设计方法，该数据采集器以ATC2051单片机为核心，采用了温度传感器DS18B20，可同时采集32路温度数据，具有很好的兼容性和扩展性。在制备的样机进行试验，结果表明：使用该采集器和配套软件可实现PC机与单片机的通信，能实时监测同一发酵槽的4个不同测试点的分层温度，测温精度±0.5℃，经蒸馏后白酒出酒率达到60.3%，各项理化指标均达到小曲清香型白酒标准，成功获取了小曲白酒发酵各阶段的温度数据，该采集器达到课题设计的预期目标。

针对目前常用的数据采集系统优缺点，并结合小曲白酒发酵温度监测需求后，提出新型温度数据采集器的设计方法，该数据采集器是对传统的单片机采集系统的改进，能提供电压型、电阻型、I2C及单总线四种传感器接口形式，可同时采集多达32路温度数据；具有很好的兼容性和扩展性，是酒厂对温度等环境数据进行实时监测与控制的理想选择。

本设计以ATC2051单片机为核心，采用了温度传感器DS18B20，实现了对小曲白

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酒发酵过程中的温度的智能化监控，并提供完善的人机交互界面及PC机与单片机通信接口。该数据采集器由PC机与单片机控制模块（ATC2051）、温度等参数显示模块、多接口通信模块和信号调理等模块组成。ATC2051单片机控制模块首先将温度传感器所采集到的模拟信号经过信号调理模块进行放大隔离和模/数转换，然后进入到单片机控制模块经由TXD/RXD端口进行数据传输，最后再通过多接口通信模块进行数据的收发功能，其特点在于采用PC机与单片机通信，远程接口可同时兼容RS-485、RS-422A 和RS-232三种形式。系统总体结构图如图1所示。

图1 系统总体结构图 Fig.1 System structure diagram

数据采集器硬件电路设计

单片机模块主要是控制温湿度传感器进行数据采集处理，实时PC显示及数据通信，对单片机的端口需求较少，并考虑系统对本模块体积限定等诸多因数，系统选用ATMEL公司推出的ATC2051，它是目前比较主流的单片机芯片，20个引脚，其中包括15个I/O口，复位和外部时钟驱动端，一个全双工串行通信端口，五个中断源等，128Byte的内部RAM，2KByte的内部ROM空间[2]。 系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器，这样就可以大大减少系统硬件部分的复杂度。

温度采样模块

系统的信号采集模块采用DALLAS公司的温度传感器DS18B20，该传感器可把温度信号直接转换成串行数字信号供PC机处理。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行数，所以在一条总线上可挂接任意多个DS18B20芯片。从DS18B20读出的信息或写入DS1820的信息，仅需要一根口线(单线接口)。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源[3]。DS18B20提供九位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。支持“一线总线”接口，在-10～+85℃范围内，测

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温分辨率可达 0.0625℃。

信号调理模块

对于数据采集和控制系统来说，信号调理尤为重要。信号调理模块电路的作用就是利用放大电路、隔离滤波电路、多路转换及变送器调理等，将信号采集模块的非电量微弱信号调理成可以测量的数字信号，使得数据采集系统的可读性能得到极大地改善。

多接口通信模块

为了使数据采集器具有更好的兼容性和适用性，该数据采集器在系统设计过程中具备RS-485和RS-232C两种标准串行总线接口形式。由于单片机C2051串行口为TTL电平，系统采用了MAX232、MAX485等电平转换芯片来进行电平转换[4]。并将可用的I/O引脚用插针引出，预留出特定的传感器接口，满足检测系统多种参数检测的要求，同时增强了系统的可扩展性。

数据采集器电路图和PCB图

该数据采集器的工作原理：温度传感器DS18B20将小曲白酒发酵槽车温度信号直接转换成数字信号传给ATC2051处理器处理，ATC2051处理器对接收到的数据进行处理，控制LED显示、温度显示和报警器工作，从而实现系统的自动温度控制等功能。利用电路辅助设计软件Protel 99SE，其电路原理图如图2所示。

图2 采集器原理图

Fig.2 Schematic diagram of acquisition

PCB图

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实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路（PCB）板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。因此，在设计PCB板的时候，应特别注意电磁兼容性设计、地线设计、去耦电容配置等几个方面[5]。最终设计的PCB图如图3所示。

图3 采集器PCB图

Fig.3 PCB diagram of acquisition

3.4工业级交换机的选择

本系统的白酒发酵过程中，温度传感器、pH 传感器、压强传感器所测量的数据需要集中通过工业级交换机与PLC 之间进行连接，并通过交换机将数据反馈至应用层。 本文选取西门子的SCALANCE X-204网管型交换机。用于现场层到整个控制网络化的应用。由于配置组态及远程诊断功能都集成在了STEP 7工程软件中，白酒发酵系统的可用性水平得到了提高。具有高防护等级的设备无需安装在控制柜中。对于有硬实时要求和最大化有效性要求的发酵控制网络可利用对应的等时同步交换机(SCALANCE X-204)。

SCALANCE X-204交换机可用于配置实时和等时同步实时网络，一个网络就可以承受大量的实时数据通讯和标准数据通讯(TCP/IP)，从而避免了双重基础架构的需要。具有50 台交换机的情况下，高速冗余功能实现了极快的恢复响应时间( 低于0.3 秒)。可组建环形冗余结

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构，或通过SCALANCE X-200IRT 交换机为两个子网( 如环网) 提供冗余连接。 传输速率 10/100Mbit/s

电气 4*RJ45接口（10/100Mbit/s，TP） 电压 2*24V DC 电流消耗 215mA

Figure 3-14 Industrial Switches

3-1图图3-14 工控交换机

4 白酒发酵温度模糊控制设计

白酒发酵过程具有高度的非线性，时变性和不确定性等特点，同时生化过程影响因

素众多。数据准确性较差，一些重要的过程变量不能在线测量，使得经典控制方法在生化过程优化控制的应用中很难取得良好的控制效果[29]。

针对云南小曲白酒发酵，提出一种新的控制方法。将模糊控制和PID控制相结合，以实现发酵过程的闭环控制，同时也可减少人工和提高卫生等级。给出了系统的整体结构和模糊控制单元的硬件实现电路及其软件设计思路。实验运行结果表明,该系统时效性好、控制精度较高、鲁棒性，较好地解决了白酒发酵过程温度控制问题。

目前小规模的应用于白酒工业规模发酵，取得了显著的社会效益和经济效益,具有

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

很好的发展和应用前景。

本章针对小曲白酒的发酵过程控制进行了分析，采用模糊理论，对发酵过程发酵温度的优化控制进行了研究，在实际应用中获得良好效果。

4.1 白酒发酵温度参数特性

发酵罐体内物料（玉米，高粱，大米等粮食作物）温度是发酵过程中的最关键因素之一，且复杂多变，很难控制。主要表现如下：

（1）非线性系统：发酵罐内物料的成分、浓度、密度等指标为不均匀的混沌状态。随机出现的各种不确定因素将增大准确建模的难度，是严格非线性系统。

（2）温度分布不均衡：发酵罐内温度的分布是不均衡的。由于发酵罐内物料时的位置不同（罐底，罐中，罐面），导致在罐内散热情况不同。

（3）在白酒发酵的不同时期，工艺时发酵罐内物料的吸散热能力和化学成分差别较大。 （4）由于热传导的延时，水循环泵系统开启后，发酵罐发酵温度需经过一段时间延迟后才会缓慢上升，反之亦然。

因此，白酒发酵罐的温度控制系统是一个非线性，时变性和不确定性的复杂系统。并且发酵罐内充满了大量不确定因素[34]。因此，传统方法很难构建白酒控制发酵系统的精确数学模型。

4.2 模糊控制理论

模糊控制又称模糊逻辑控制是近代控制理论中建立在模糊集合论基础上的一种基

于“专家知识”、采用语言规则与模糊推理的一种人工智能控制策略。利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的[31]。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想[30]。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得为力了。因此便尝试着以模糊数学来处理这些控制问题。

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4.2.1模糊控制的特点

（1）模糊控制不需要被控对象的数学模型模糊控制是以人对被控对象的控制经验为依据而设计的人类智慧的智能控制方控制器。故无需知道被控对象的数学模型。 （2）模糊控制是一种反映方法。模糊控制采用人类思维中的模糊量。如“高、“中、“低、“大、“小等，控制量由模糊推理导出。这些模糊量和模糊推理是人类智能活动的体现。

（3）模糊控制易于被人们接受。模糊控制的核心是控制规则，模糊控制规则是用语言来表示的，如“今天气温高，则今天天气暖和”，易于被一般人接受。 （4）构造容易。模糊控制规则易于软件实现。

（5）鲁棒性和适应性好。通过专家经验设计的模糊规则可以对复杂的对象进行有效的控制。

4.2.2 模糊控制基本结构

模糊控制器FC(fuzzy controller)是一种近年来发展和应用最普遍的新型控制

器，其优点是不要求提供受控对象的数学模型，根据人工控制规则来设计控制决策表

[32]

。

模糊控制与PID控制有着密切的联系，事实上，模糊控制在很多情况下被称作为非线性PID控制。

模糊推理系统的基本结构由四个重要部件组成（见图4-2）：知识库、推理机制、模糊化输入接口与去模糊化输出接口。知识库又包含模糊if-then规则库和数据库。规则库（rule base）中的模糊规则定义和体现了与领域问题有关的专家经验或知识，而数据库则定义模糊规则中用到的隶属函数[33]。模糊规则的形式一般为if A is a then B is b其中A与B都是语言变量（linguistic variable）而a和b则是由隶属函数映射到的语言值（linguistic values）。例如“if H 很适应 then 结构很合理”这样一条模糊规则中，建筑高度“H”与“结构”都是语言变量，而“很适应”与

“很合理”分别是它们的语言值，在数据库中都有相应的隶属函数加以定义。推理机制

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（decision-making unit）按照这些规则和所给的事实（例如针对某一拟定方案）执行推理过程，求得合理的输出或结论（例如方案的评价值）[34]。模糊输入接口将明确的输入转换为对应隶属函数的模糊语言值，而去模糊输出接口则将模糊的 计算结果转换为明确的输出[35]。

图4-2模糊控制原理图

Figure 4-2 Structure Fuzzy Control System

4.2.3模糊控制算法

模糊控制算法：模糊控制是通过计算机完成人们用自然语言所描述的控制活动,模糊控制有许多良好的特性,它不需要事先知道对象的数学模型,具有系统响应快、超调小、过渡过程时间短等优点[36]（公式4-1）。在模糊逻辑中，if-then关系可用条件和结论的叉积表示，叉积的隶属函数是条件和结论隶属函数的最小值，所有规则由or算子联接起来即可得到总的模糊关系。通过模糊化、模糊推理和解模糊的过程，最终可以得到系统的模糊控制输出表[37]。从而实现输出控制。

图4-2 模糊控制系统结构图

Figure 4-2 Structure Fuzzy Control System

M(t)Kc[e(t)1t1de(t)e(t)dt]MOT10TDdt

式 4-1 PID调节器的输入，输出函数关系式

M(t)--调节输出；e（t）--误差比例；Kc--比例积分增益；TI--积分时间常数；TD--微分时间常数；Mo--初始值。

其中E和△E是经过模糊量化后得到的量化输入，而C是模糊控制算法得出的模糊

控制输出量，C经过模糊量化得到实际输出U。针对单变量发酵温度控制系统，模糊控制器由两个输入和两个输出变量组成,输入变量分别为发酵罐内温度的偏差E和偏差变化率△E，偏差E取值为NB、NS、O、PS、PB,偏差变化率△E取值为NB、NS、O、PS、PB ，输出语言变量为PID整定参数KP和Ki,它的取值为O、PS、PM、PB，系统的模糊规则如表4-1所示

[38]

。

表4-1模糊规则表

Table 4-1 fuzzy rule table

42

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4.3 PID闭环控制

但是温度系统是大惯性系统、大滞后、升温单向性特点，只用模糊控制器不可避免地出现系统的超调，环境温度、增减/温材料、电网系统电压波动等因素都影响着发酵控制过程，难以建立精确的数学模型并且响应时间缓慢，当温度给定值变化时需要较长时间才能能达到稳定，不能很好地满足发酵过程中的控制系统要求

[39]

。

因此需要应用模糊算法解决发酵过程中温度控制问题。为了提高系统的动态特性和提高系统的轨迹精度，提出一种模糊参数自适应PID控制算法,用模糊自适应PID控制器来控制伺服系统，从而使速度响应具有超调小，响应速度快、适应性强及受对象参数变化影响小等性能,系统取得较好的动静态性能[40]。

模糊自适应PID控制器是模糊控制器与传统PID控制器的结合，它的设计思想是先找出PID 3个参数与偏差e和△e偏差变化率之间的模糊关系,在运行中通过不断检测e和ec,再根据模糊控制原理对3个参数进行在线整定,传统PID控制器在获得新的C，U后，对控制空调系统输出控制量，选择模糊PID控制器的输入量为期望值与实际输出的偏差e和偏差变化率△e(E和△E分别是e和△e经过输入量化后的语言变量）[42]。输出量为PID的修正量。

PID控制器具有模糊控制器类似于常规的作用。根据线性控制理论,此类模糊控制器有可能获得良好的动态特性。为了减少白酒发酵系统响应过程的超调量和震荡，保证

43

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

图4-3 温差论域的模糊分布函数图 图4-4 输出频率增量的模糊分布函数

系统的稳定性， 发罐内温度模糊控制器的输入变量为温差 E 和误差变化率EC，其输出 变量为频率增量Δu。误差论域 E、EC 均取为 E={-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}其语言值采用 NB(负大) 、NM(负中) 、NS(负大) 、ZO(零)、PS(正小)、PM(正中)和 PB(正大) 共七个模糊区域来描述[43]。其模糊分布见图 4-3。

其中，隶属度函数均为三角形分布，输出频率增量的论域为Δu={ -9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7，8，9}其语言值取用 NL(负很大) 、NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB、PL( 正很大) 共九个模糊子集来描述, 其分布如图 4-4所示。

当小曲白酒发酵罐温度偏差E为最大，罐内温度误差变化率△E为最小时,系统全功率加热；当E为N时,发酵系统停止加热[46]；当E为PB，△E也为PB ，即温度不高的情况下，但发酵罐内的温升很快时，为防止发酵罐内温度的出现超调，采用较小功率缓慢加热。另外，当控制温度达到预定温度时，理论上发酵系统应停止加热,但考虑到系统在环境中的热量损失，仍采用小功率加热,以保证系统的稳态控制精度[43]。

4.4 PID模糊复合控制器原理

小区域白酒发酵试验数据表明,在物料在发酵阶段，将发酵温度控制在25-30℃可以获得稳定的出酒率和较高的品质。发酵温度过低时，罐内微生物活性降低，罐需发酵缓慢需要增温；当发酵温度过高时，也会极大影响罐内微生物发酵活性，证明罐内生化反应迅速，需要立刻降温。此选择温度偏差E和偏差变化率EC作为模糊控制器的两个输入变量,选择冷却水的流速为输出变量,其语言变量为U。

根据听取专家、酒厂技术人员经验,可以将温度偏差E划分为8个模糊子区域:{NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB}，即{负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正

44

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

大},区分了NO和PO，提高了发酵系统的控制稳态精度;发酵发酵温度偏差变化率EC和循环冷却/加热水控制量U分别划分为7个模糊子空间:{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB},即{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，选取E和EC的论:{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，l，2，3，4，5，6}；U的论域:{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，l，2，3，4，5，6，7}[47]。发酵温度偏差E和偏差变化率EC及模糊控制量U的隶属度赋值表分别见表4-2，4-3，4-4。

表4-2误差E额隶属度赋值表

Table 4-2 Error E Amount membership assignment table PB PM PS ZE NM NS NB

-6 0 0 0 0 0 0.2 1.0

-5 0 0 0 0 0 0.7 0.8

-4 0 0 0 0 0.1 1.0 0.4

-3 0 0 0 0 0.5 0.7 1.0

-2 0 0 0 0 1.0 0.2 0

-1 0 0 0 0 0.8 0 0

0 0 0 0.3 1.0 0.3 0 0

1 0 0 0.8 0.6 0 0 0

2 0 0.2 1.0 0.1 0 0 0

3 0.1 1.0 0.1 0 0 0 0

4 0.4 0.7 0.1 0 0 0 0

5 0.8 0.7 0 0 0 0 0

6 1.0 0.2 0 0 0 0 0

表4-3误 差EC额隶属度赋值表

Table 4-3 error EC membership quota assignment table PB PM PS ZE NM NS NB

-6 0 0 0 0 0 0.2 1.0

-5 0 0 0 0 0 0.7 0.8

-4 0 0 0 0 0.1 1.0 0.4

-3 0 0 0 0 0.7 0.7 1.0

-2 0 0 0 0 1.0 0.2 0

-1 0 0 0 0 0.5 0.9 0

0 0 0 0.9 1.0 0 0 0

1 0 0 1.0 0.5 0 0 0

2 0 0.2 1.0 0.1 0 0 0

3 0.1 0.7 0.7 0 0 0 0

4 0.4 1.0 0.2 0 0 0 0

5 0.8 0.7 0 0 0 0 0

6 1.0 0.2 0 0 0 0 0

表4-4控制量U隶属度赋值表

Table 4-4 control the amount of U membership assignment table PB PM PS

-6 0 0 0

-5 0 0 0

-4 0 0 0

-3 0 0 0

-2 0 0 0

-1 0 0 0

0 0 0 0.4

45

1 0 0 1.0

2 0 0.2 0.8

3 0.1 0.7 0.4

4 0.4 1.0 0.1

5 0.8 0.7 0

6 1.0 0.2 0

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ZE NM NS NB

0 0 0 1.0

0 0 0.2 0.8

0 0 0.7 0.4

0 0.4 1.0 0.1

0 0.8 0.7 0

0.5 1.0 0.2 0

1.0 0.4 0 0

0.5 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

4.4.1温度，PH值控制算法实现

温度控制

由于白酒发酵温度是个变化值，系统通过调节电磁阀和水泵来控制冷却水进出速度。电磁阀运作采用增量PID控制算法,式4-1，4-2，4-3为PID控制算法，控制算法流程如图4-5所示。 PH控制

pH值的控制方法，根据控制算法，在主程序中以中调用FCS功能完成系统pH值控制。

式(4-1)

Tk1TDP(k1)Kp{E(k1)}[E(k1)E(k2)]}E(j)TIj0T

式(4-2)

P(k)p(k1)Kp[E(k)E(k1)]KIE(K)KD[E(k)2E(k1)E(k2)]

式(4-3)

P(k)P(k)P(k1)

式中，P(k)为第k次采样PID输出,P(k-1)为第k-1次采样输出，P(k)为控制增量。

压强控制

本课题的罐内压强需要保持恒定，控制采用由通气阀增压，减压的控制方式。即当PLC S7-200 smart检测到罐内压强变化信号时,其会自动开启通气阀，向发酵罐内通入/ 释放气体。

46

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图4-5 循环水流速控制算法流程

Figure 4-5 circulating water flow control algorithm flow

4.4.2复合型模糊 PID 控制器

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图4-6复合模糊系统PID控制原理图

Figure 4-6 composite fuzzy PID control system schematics

其中参数 A 为模糊控制与 PID 控制的比例权重，由实际温度与设定温度的偏差来控制。当 A=0时，发酵罐内温度完全由模糊控制器控制；当 A=1 时，由 PID 控制； 而在一般情况下，二者共同作用[49]。A 的大小调节规则为：当偏差较大时，A值偏小；当偏差较小时，A值偏大。

图4-7 白酒发酵模糊PID闭环控制系统图

Figure 4-7 fermented liquor fuzzy PID closed-loop control system of FIG.

对于此发酵系统的被控对象图4-7，采用S函数实现的比例权重自调整模糊PID复

合控制器的控制效果与固定权重控制器的效果进行对比，阶跃响应仿真结果如图所示，图中两条虚线是权重固定的情况，分别是以PID控制为主和以模糊控制为主时的阶跃响应曲线，而实线是权重自调整控制器的仿真结果[43]。显然，由于充分结合了模糊控制与PID控制方法的优点，权重自调整模糊PID复合控制器的控制效果更好。

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5 上位机监控软件设计

5.1.1 WINCC组态系统

本发酵系统借助于西门子公司的WINCC组态软件作为监控界面的设计工具，WINCC做为上位机组态软件，实现了信息管理人机交换。整个发酵控制系统在实际应用中，针对酿造工艺要求操作及运行中存在的问题，不断进行改进、完善、实现整个系统的运行可靠，操作简单方便，实用性强，提高了工作的效率，各项功能达到了设计的要求。

采用了SIMATIC WinCC编程软件，管理员在非常友好的界面下进行组态、编程、和数据管理，形成了我们所需要的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、趋势曲线等。WINCC通过对发酵罐内传感器所采集数据的显示，管理者可以在远程观察、分析白酒发酵过程中的实时变化趋势以及当前时刻各项发酵的参数测量值。

图5-1发酵综合信息发酵画面

Figure 5-1 fermentation fermentation integrated information screen

图5-2主控制器设置界面 图5-3系统参数设置界面

Figure 5-2 Host Controller Figure 5-3 system parameter setting interface

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Interface Settings

图 5-4 传感器通道注册界面

Figure 5-3 fermentation system monitoring screen buttons

图 5-5 发酵报警监控画面

Figure 5-2 fermentation alarm monitoring screen

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5.2.1 STEP7 简介

STEP7软件可以用于SIMATIC S7系列PLC、它以PLC的用户程序编辑功能为主，可用于PLC用户程序的编辑与监控。软件可以使用SIMATIC与IEC61131-3两种指令系统编程。SIMATIC系统的功能较丰富，可实现全部功能，其程序编辑可用梯形图（LAD）、指令表（STL）逻辑功能块图（FBD）3种编程语言，并能进行相互转换。

图5-6 STEP7操作界面

Figure 5-2 STEP7 interface

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图5-7 STEP7基本操作流程

Figure 5-7 STEP7 basic operating procedures

由图 5-7可以看出，在设计白酒发酵控制系统时，可采用先设计硬件组态，后编写

程序的方式。也可以优先先编写控制程序，然后在设计硬件组态的方式。如果编写的控制程序较复杂，使用的输入、输出量较多，则最好先设计硬件组态再编写程序。

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5.2.2 后台数据库管理

发酵系统的数据都由SQL数据库来记录分析，实时记录了整个发酵周期的发酵参数。白酒酿造自动控制系统将检测到的发酵参数如温度、液位、pH 和 ORP 等参数传输至SQL数据库中，并与系统外围电气设备的数据源建立数据连接，以保证控制数据的采集。

图5-8 后台数据库界面

Figure 5-4 backend database interface

图 5-9 I/O参数设定 图5-10 数据连接添加

Figure 5-5 I/O parameter setting Figure 5-6 Adding a data connection

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图5-11权限管理

Figure 5-7 Rights Management

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6系统验证分析

发酵系统的仿真基于Matlab的Simulink环境。Matlab7提供了基本的仿真模块库Simulink以及系统仿真采用Matlab的Simulink仿真环境。Matlab 7提供了基本的仿真模块库Simulink，以由仿真结果如图6-1。常规发酵过程中的PID控制曲线不平稳，系统过渡时间较长，系统控制品质较差；而模糊PID控制的响应输出很快，过渡时间短，过渡过程平稳，系统的超调小，跟踪性能好[50]。说明模糊PID控制能够满足控制要求，输出能很快跟踪输入变化，控制效果比传统PID控制的效果好。

图6-1 模糊PID复合控制器阶跃响应仿真曲图

Figure 6-1 fuzzy PID controller step response simulation of complex song

从控制效果图上可以看出,模糊PID控制器与普通PID控制器比较,控制效果大为改善,减小了发酵系统的超调,缩短了空调系统的调节时间。

表6-1比例权重的模糊控制器的模糊控制规则表

Table 6-1 fuzzy controller proportional weights E A

NB ZO

NM PS

NS PM

ZO PB

PS PM

PM PS

PB ZO

控制调节 PID 控制与模糊控制比例权重的系数也由模糊控制器来完成[9]表6-1, 经实际观测,仿真结果与发酵罐内中的实际温度变化有较好的一致性, 可反映发酵系统中的温度变化情况。

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图6-2传统发酵区1发酵趋势图

Figure 6-2 Trend of fermentation temperature zone 1

图6-3受控发酵区1发酵趋势图

Figure 6-3 Trend of fermentation temperature zone 1

小曲白酒酿造控制系统经过任务分析、原理图规划、硬件设计和选择﹑软件编译﹑设备安装与调试。通过一个酿造周期（约12天）可靠性验证，控制系统对糖化床、发酵罐、蒸馏器内的各项参数（温度、PH值、压强）实现稳定的数据检测、状态显示。通过分析研究各项发酵参数后，PLC发出控制指令，对所有白酒酿造现场各项电气设备的正常运转以及设备之间的动作顺序控制。

白酒酿造控制系统于2013年8月21日正式运行，通过整个酿造周期的检测。情况如图6-2 、6-3 所示。（蓝色罐心温度、红色罐上层温度、黄色罐下层温度、绿色外罐

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壁温度、粉红色发酵室温）观察曲线图数据发现，与传统酿造工艺相比较，设计的控制系统在发酵周期内连续运行，各项酿造主要参数记录稳定准确。系统运行平稳、安全可靠、抗干扰能力强、出酒率较传统酿造方法有了较大提升，并且酒品也得到保证。

表6-2 系统运行参数分析

Table 6-2 system operating parameters analysis

罐内温度波动（底部，侧壁） 罐内温度波动（中心）

入窖最高温度 发酵持续时间

传统区

（无基准值）±6℃

下降陡峭

41.3℃ 6天

受控区

21±1℃ 下降平缓

39.3℃

9天

如以上图6-2、6-3，表6-2所示，整个白酒发酵周期中温度变化有着明显的差异。

在传统发酵区，（1）发酵底部温度波动剧烈，约为±5℃，且波动时间贯穿整个发酵周期。由于发酵罐内每种微生物都有其适宜的生长温度范围（酵母最佳温度约21-25℃），然而发酵过程中温度变化的差异，必然会导致整个发酵罐内的生长环境发生变化，使微生物种类和数量发生变化，从而影响固态白酒的产量和质量。（2）发酵罐中心温度变化较为平缓，在发酵周期的前2-3天，中心温度一直处于上升，在到达约41.4℃时开始缓慢降温，直至发酵周期结束降至最低。

采用发酵控制手段后，（1）由于发酵过程通过温度PID模糊复合控制，发酵罐底部温度在发酵第2天达到高峰期约为30℃后，开始平缓降低至25±1℃直至发酵周期结束，较传统发酵（温度波动±5℃）有了显著改善。（2）发酵罐中心温度达到最高发酵温度39.1℃后，温度下降较传统区更为平缓，（图6-4）在同一段时间内，受控区较平缓，这就使得发酵有效时间得到增加，有利于出酒率提高和酒品质的改善。（3）在整个发酵周期中的最高温度值比传统区值有了一定的降低，由于在温度较高时，相关微生物会失去活性（如酵母菌），甚至大量死亡。此项数据表明，受控发酵时的温度更适合罐内微生物的生长代谢。

实验结果表明，发酵物料入罐时的温度都为23.3℃。传统发酵时中心最高温度达到41.4℃，而受控发酵中心温度为39.3℃，较传统有一定降低。发酵温度有效值持续整个发酵周期；发酵槽中间层受环境温度影响较小，上部和下部发酵层受环境温度影响相对较大。控制手段满足设计之初的控制要求，温度变化趋近前缓、中挺、后缓落的最佳温度变化趋势。运用PID模糊复合控制进行设计。经过现场实际应用测试，温度控制器可以实现对云南小曲白酒酿造工艺过程中发酵温度的良好控制，使各类发酵微生物都

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能够发挥各自最大的活性，满足白酒发酵工艺要求，从而提高了酒品和出酒率，提高了酒厂的经济效益。

在上述酿造过程结束后，经白酒蒸馏过程，出酒率达到55%v/v左右，各项理化指标均达到云南小曲清香型白酒标准，证明本次试验基本达到预期效果。同时也得到了传统发酵和新式发酵状态下各项数据，为后期分析最佳工艺提供了科学依据。

通过 PID 控制与模糊控制相结合对空调系统功率的调节, 再通过对复合模糊PID 控制器中模糊有更快的动态响应、更小的超调量, 使发酵系统体现出节能与精确两大优势，该技术已应用于定时控温发酵罐、糖化箱中，运行稳定正常，达到控制预期目标，获得了良好的社会效益和经济效益。

7总结

7.1 系统优势

本文利用西门子 PLC为核心，结合云南特色小曲白酒酿造工艺过程及参数检测控制特点，设计以西门子S7系列为核心的白酒发酵过程测控系统，应用模糊控制理论,提出了PID模糊复合控制方法,设计出了模糊控制器,实现对发酵过程参数的实时监测与自动控制，系统运行高效稳定，在现代自动化白酒生产中具有广阔的应用价值。

发酵系统采用集散控制模式，控制室用以对现场其他控制设备进行数据收集、程序的上下载等，实现数据的收集、报表的生成、控制室的控制、报警等功能。上位机根据权限对现场所有设备能进行各项操控。能采集现场的各类数据，对现场各设备的运行能进行全面的监控。

白酒生产自动化生产线特点：物流模式从平面物流改成了立体物流，节省空间，提升效率；粮食蒸煮由常压改为低压蒸煮，节能降耗；整个酿酒生产过程从粮食输送开始，至泡粮、蒸煮、糖化、发酵、蒸酒整条生产线实现了全自动化，信息化。节省人工、减轻工人劳动强度，提高劳动生产率。

在分析了白酒发酵温度等参数特性的基础上，通过 PID 控制与模糊控制相结合进行调节，从而达到控制目的。经过现场实际应用测试，复合模糊PID 控制器中模糊有更快的动态响应、更小的超调量, 使发酵系统体现出节能与精确两大优势。从发酵实验控制的情况来看，运用这种控制方法基本可以达到预期控制效果,发酵罐内的温度波动在1℃左右。现已应用于定时控温发酵罐、糖化箱中，运行良好，获得了良好的社会效益和经济效益。实现了发酵罐温度良好控制的目的，在当今白酒大规模发酵具有良好的

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实际应用前景。

7.2 建议与改进

1.白酒发酵时生化反应复杂，对温度有影响的因子较多，此次设计PID模糊控制器，在实际发酵控制中存在一定控制误差。必须一步完善模糊隶属函数和模糊控制规则建立的新方法，提高模糊控制的精度。将会实现更好的控制效果。

2.白酒发酵控制系统集成的合理性直接影响发酵过程测控系统的性能，需进一步研究系统集成的优化方法，提高系统的集成度和可靠性。

3.在系统现场运行时发现，由于白酒发酵过程中会产生大量的水蒸气，酒精等挥发性气体。对电气设备，线路，控制器，PC都会有较大的氧化腐蚀作用。同时由于酒精属于易燃易爆液体，所以对控制系统的安全性有较高的要求。因此必须对控制系统加强安全措施。例如线路的抗腐蚀，电气设备加装防护罩等。

4.由于发酵厂房中使用了一定数量的大功率电气设备，这些设备在运转时会对信号的采集产生干扰（如电磁干扰、高频干扰、同频干扰，噪声干扰、开关干扰等），这些对信号的传输造成先关误差，从而影响系统的稳定性，精确性，可靠性。所以必须对信号采集端，传输线，接收端进行抗噪保护。在设计时应该尽量远离干扰源、添加屏蔽层、采用抗干扰性强的主控设备等措施解决相关问题。

5.由于初期设计的发酵罐体积较大，导致在发酵过程中，罐心温度不能很好的与外界进行热交换，影响了整体发酵效果。应该降低物料厚度，科学设计发酵罐容量、形状、循环水管路。做到发酵罐整体无盲区温度控制。

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[30] 郭立楠. 基于S7-400和WinCC的玻璃镀膜控制系统[D]. 安徽理工大学, 2012. [31] 朱守荣. 基于SQL Server 2000的酒店客房管理系统[D]. 吉林大学, 2012. [32] 赵阳. 基于SQL注入的数据安全测评技术研究[D]. 沈阳工业大学, 2012.

[33] 卞鸿波，张西中，周彬，等. 基于Step7FB的信号断线保护程序设计[J]. 工业控制计算机. 2013(02): 39-40.

[34] 杨力，李月恒，于智. 基于WinCC V6.2的VB脚本操作自定义SQL数据库[J]. 工业控制计算机. 2010(09): 7-8.

[35] 刘朝勇. 基于WINCC6.0和STEP7的直流调速系统的设计和实现[J]. 电气自动化. 2012(04): 39-41.

60

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

[36] 朱凌云，林琳. 基于WINCC的PLC控制系统仿真平台设计[J]. 实验室研究与探索. 2010(05): 49-53. [37] 梁林娜. 基于WinCC的环形炉监控系统设计[D]. 重庆大学, 2013. [38] 蒋炯炜. 基于WinCC的配料控制系统设计[D]. 沈阳工业大学, 2012. [39] 季建功. 基于WinCC污水处理集散控制系统的设计[D]. 北京工业大学, 2008.

[40] 张乐，吴波，叶雯，等. 基于光纤光栅法布里-珀罗腔锁频原理的高灵敏度光纤振动传感器[J]. 光学学报. 2011(04): 96-100.

[41] 甘贤雪. 基于金属纳米材料及酶构建电致化学发光适配体传感器的研究[D]. 西南大学, 2013. [42] 徐清皓. 基于适体的无标记生物传感器的研究[D]. 上海师范大学, 2013. [43] 邓万友. 基于网络环境的选课系统的研究及实现[D]. 大庆石油学院, 2003.

[44] 马伟. 基于无线传感器网络的室内定位系统节点的设计与实现[D]. 电子科技大学, 2013.

[45] 毛琳. 基于现代时间序列的多传感器信息融合Kalman滤波器与Wiener滤波器[D]. 黑龙江大学, 2005. [46] 木索尼. 基于选择条件树结构的SQL注入攻击检测与防御方法研究[D]. 中南大学, 2012. [47] 黎艳. 几种全文数据库的个性化服务[J]. 现代情报. 2007(01): 67-69.

[48] 刘宇驰，云敏. 酱香型白酒酿造过程主要影响因素的分析[J]. 酿酒科技. 2011(08): 65-67. [49] 李娟. 利用TPI软件构建“艺术设计专题”数据库的探索与实践[J]. 图书馆学研究. 2010(12): 39-42. [50] 刘丽. 面向对象数据库模型、存储及查询优化的研究[D]. 山东科技大学, 2004. [51] 田伟. 模型驱动的web应用SQL注入安全漏洞渗透测试研究[D]. 南开大学, 2012. [52] 任超. 如何应用PLC控制交流变频调速控制系统[J]. 电子制作. 2013(04): 12-13.

61

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

附 录 Ⅰ

62

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

附录图2 温度PID控制程序OB1

63

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

附录图3 部分主程序

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

65

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

66

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

附录图4 PWM控制程序OB1 67

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

附录图5 温度PID控制程序SBR0

附录图6 温度PID控制程序SBR1

68

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

附录图7 温度PID控制程序INT0

69

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

模块号

CPU 224 EM235

AQW0

1号罐输出

EUV-10A

D-A

AIW0

输入变量

I0.0 I0.1 I0.2 ....

输出变量

.... Q0.0 Q0.1 Q0.2 ....

内存变量 信号名称

.... .... C0 T101 T102 M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 VW56 VW76 VD100 VD104 VD108 VD112 VD116

1号罐启动 1号罐停止 1号罐复位 .... 循环水电磁阀 给风电磁阀 排液电磁阀

.... 运行计数器 运行控制计时器 运行控制计时器

运行标致 控温标致 排气标致 结束标致 TD 200数据 TD 200数据 PID过程变量 PID设定值 PID输出值 PID增益Kc PID采样时间 1号热敏电阻

有效状态

上升沿有效 上升沿有效 上升沿有效 .... 1有效 1有效 1有效 .... 计数值 计时状态 计时状态 1有效 1有效 1有效 1有效 数据 数据 数据 数据 数据 数据 数据 PT100数据

说明

按钮 按钮 按钮 .... 电磁阀 电磁阀 电磁阀 .... 计数器 计时器 计时器 标致寄存器 标致寄存器 标致寄存器 标致寄存器 数据寄存器 数据寄存器 数据寄存器 数据寄存器 数据寄存器 数据寄存器 数据寄存器

A-D

附录表1发酵罐温度PID控制的内存变量分配表

70

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

附 录 Ⅱ

1.0系统初始化模块

Sub Main()

Dim File_System As String Dim sql As String

Dim rs As ADODB.Recordset If App.PrevInstance Then

MsgBox \"系统正在运行！\ End End If

Open App.Path & \"\\db.udl\" For Input As #1 Input #1, a, b, c Close #1

conn = c '生成数据库连接字符串 SystemUser = False

'Call cerate_db '如系统第一次运行则生成数据库 'Call CheckComm '检查通讯口设置 'Load frmStup

'If Not CheckComm() Then '检查主机是否配置了足够的通信串口，防止温度采集通讯混乱

' MsgBox \"系统通信口设置有误，系统不能正常运行！\App.Title

' End 'End If

'Unload frmStup

File_System = Dir(App.Path + \"\\system.ini\") If File_System = \"\" Then

MsgBox \"系统第一次运行，请先设置通讯口！\App.Title

frmStup.Show Else

DisplayPort = ReadINI(\"DisplayPort\") MasterPort(0) = ReadINI(\"Master1Port\") MasterPort(1) = ReadINI(\"Master2Port\")

Refresh_Time = Val(ReadINI(\"Refresh_Time\")) End If

sql = \"select * from sysobjects\" Set rs = ExeSQL(sql) frmLogin.Show End Sub

71

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

2.0系统登录

Private Sub cmdok_Click()

If txtUserName = \"\" Then

txtPassword.Text = RC4(txtPassword.Text, \"the flow system\")

If txtPassword.Text = txtpwd.Text Then Load frmTool frmTool.Show Unload Me Exit Sub Else

MsgBox \"用户工号不能为空！\系统提示\"

txtPassword.Text = \"\" Exit Sub End If End If

If txtPassword = \"\" Then

MsgBox \"密码不能为空！\系统提示\" Exit Sub End If

'Adodc1.ConnectionString = conn Adodc1.CommandType = adCmdText

Adodc1.RecordSource = \"select * from User_Login where 用户工号= '\" & Val(Trim(txtUserName.Text)) & \"'\" Adodc1.Refresh

If Adodc1.Recordset.RecordCount = 0 Then

MsgBox \"用户工号\" + txtUserName.Text + \"不存在，请重新输入！\vbExclamation + vbOKOnly, \"系统提示\" Exit Sub Else

Adodc1.Recordset.MoveFirst End If

'检查正确的密码

If Trim(txtPassword) = Trim(Adodc1.Recordset(\"登录密码\").Value) Then '将代码放在这里传递 '成功到 calling 函数 '设置全局变量时最容易的 LoginSucceeded = True

UserId = Val(Trim(txtUserName.Text))

UserTypeId = Adodc1.Recordset(\"类型编号\").Value Adodc1.Recordset(\"登录标记\").Value = 1

72

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

Adodc1.Recordset.Update

Adodc1.Refresh

Adodc1.CommandType = adCmdText

Adodc1.RecordSource = \"select * from User_login where 用户工号= '\" & UserId & \"'\"

Adodc1.Refresh

Adodc1.Recordset.MoveFirst

frmMain.sbStatusBar.Panels(2).Text = \"当前操作员： \" & Adodc1.Recordset(\"用户姓名\").Value

Adodc1.RecordSource = \"select * from User_Type where 类型编号= '\" & UserTypeId & \"'\"

Adodc1.Refresh

Adodc1.Recordset.MoveFirst

frmMain.sbStatusBar.Panels(3).Text = \"用户类型： \" & Adodc1.Recordset(\"权限类别\").Value frmMain.Show Unload Me Else

MsgBox \"无效的密码，请重试!\登录\" txtPassword.SetFocus SendKeys \"{Home}+{End}\" End If

End Sub

3.0添加权限模块

3.1模块初始化

Private Sub Form_Load()

Me.Adodc1.ConnectionString = conn addtype = True

End Sub

3.2 添加权限

'添加

Private Sub cmdok_Click() Dim lxbh As Integer

If Me.Text1.Text = \"\" Then

MsgBox \"权限类别不能为空！\系统提示：\"

Me.Text1.SetFocus Exit Sub

73

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

End If

If Len(Trim(Text1.Text)) > 20 Then

MsgBox \"输入的权限类别太长！最长不能超过20字符！\vbExclamation + vbOKOnly, \"系统提示：\"

Me.Text1.SetFocus Exit Sub End If

Me.Adodc1.CommandType = adCmdText

Adodc1.RecordSource = \"select * from User_Type order by 类型编号 desc\"

Adodc1.Refresh

If Adodc1.Recordset.RecordCount > 0 Then

lxbh = Adodc1.Recordset.Fields(\"类型编号\") + 1 Else

lxbh = 1 End If

Me.Adodc1.CommandType = adCmdText '判断所添加权限是否已存在

Me.Adodc1.RecordSource = \"select * from User_Type where 权限类别='\" & Trim(Me.Text1.Text) & \"'\"

Me.Adodc1.Refresh

If Me.Adodc1.Recordset.RecordCount <> 0 Then MsgBox \"权限类别：‘\" + Trim(Me.Text1.Text) + \"’已存在！请重新定义！\系统提示：\"

Me.Text1.Text = \"\" Me.Text1.SetFocus Exit Sub End If

Me.Adodc1.CommandType = adCmdTable Me.Adodc1.RecordSource = \"User_Type\" Me.Adodc1.Refresh

Me.Adodc1.Recordset.AddNew

Adodc1.Recordset.Fields(0) = lxbh

Adodc1.Recordset.Fields(1) = Trim(Text1.Text) For i = 2 To 13

Adodc1.Recordset.Fields(i) = Val(Check1(i - 2).Value) Next i

Me.Adodc1.Recordset.Update 'Exit Sub

Me.Adodc1.Refresh Dim aa As String

aa = MsgBox(\"添加成功！是否需要继续添加？\vbQuestion + vbYesNo, \"询问：\")

74

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

If aa = vbNo Then

Unload Me Exit Sub End If

Me.Text1.Text = \"\" Me.Text1.SetFocus Call cmdnone_Click End Sub

4.0传感器注册

4.1初始化

Private Sub Form_Load() On Error GoTo errmsg

'sql = \"select distinct 安装位置 from Sensor\" 'Set rs = ExeSQL(sql)

'If Not rs.BOF And Not rs.EOF Then ' For i = 0 To rs.RecordCount - 1

' Combo2.AddItem Trim(rs.Fields(\"安装位置\")) ' rs.MoveNext ' Next i 'End If

Open App.Path & \"\\db.udl\" For Input As #1 Input #1, a, b, c Close #1 conn = c

Combo1.AddItem \" \ For i = 1 To 32

Combo1.AddItem \"通道\" & i Next i

Combo1.Text = Combo1.List(0) For i = 1 To 8

Combo3.AddItem \"工作区\" & i Next i

Combo3.Text = Combo3.List(0)

sql = \"select * from sensor\" Set rs = ExeSQL(sql) Exit Sub errmsg:

Call gError_Proc(Me.Name & \"Form_load\")

75

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

End Sub

4.2添加修改

Private Sub Command1_Click()

On Error GoTo errmsg

Dim rs As ADODB.Recordset Dim rs1 As ADODB.Recordset Dim sql As String

If Combo1.Text = \" \" Then

MsgBox \"请选择通道！\ Combo1.SetFocus Exit Sub End If

sql = \"select * from Sensor where 安装位置=\" & Combo2.ListIndex + 1 & \" and 通道=\" & Combo1.ListIndex & \" and 工作区='\" & Combo3.Text & \"'\" Set rs1 = ExeSQL(sql)

If rs1.BOF And rs1.EOF Then

sql = \"select * from Sensor where 通道=\" & Combo1.ListIndex Set rs = ExeSQL(sql)

If Not rs.BOF And Not rs.EOF Then

MsgBox \"“\" & Combo1.Text & \"”已注册到“\" & Trim(rs.Fields(\"工作区\")) & \"”的“位置\" & rs.Fields(\"安装位置\") & \"”,不能重复注册！\vbInformation, App.Title Combo1.SetFocus Exit Sub End If

sql = \"select * from Sensor where 安装位置=\" & Combo2.ListIndex + 1 & \" and 工作区='\" & Combo3.Text & \"'\" Set rs = ExeSQL(sql)

If Not rs.BOF And Not rs.EOF Then MsgBox \"“\" & Trim(rs.Fields(\"工作区\")) & \"”的“位置\" & rs.Fields(\"安装位置\") & \"”\" & Combo2.Text & \"已注册为“通道\" & rs.Fields(\"通道\") & \"”,不能重复注册！\ Combo2.SetFocus Exit Sub End If End If

If Not rs1.BOF And Not rs1.EOF Then

rs1.Fields(\"工作区\") = Combo3.Text rs1.Fields(\"通道\") = Combo1.ListIndex

rs1.Fields(\"安装位置\") = Combo2.ListIndex + 1

76

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

Else

rs1.AddNew

rs1.Fields(\"工作区\") = Combo3.Text rs1.Fields(\"通道\") = Combo1.ListIndex

rs1.Fields(\"安装位置\") = Combo2.ListIndex + 1 End If rs1.Update Combo3_Click

MsgBox \"添加\\修改成功\ Exit Sub errmsg:

Call gError_Proc(Me.Name & \"Command1_Click\") End Sub

4.3删除注册

Private Sub Command2_Click() On Error GoTo errmsg

Dim rs As ADODB.Recordset Dim sql As String

If Combo1.Text = \" \" Then

MsgBox \"请选择通道！\ Combo1.SetFocus Exit Sub End If

sql = \"select * from Sensor where 安装位置=\" & Combo2.ListIndex + 1 & \" and 通道=\" & Combo1.ListIndex & \" and 工作区='\" & Combo3.Text & \"'\" Set rs = ExeSQL(sql)

If rs.BOF And rs.EOF Then

MsgBox \"“\" & Combo1.Text & \"”未注册到“\" & Combo3.Text & \"”的“\" & Combo2.Text & \"”不能删除！\ Exit Sub Else

rs.Delete End If

Combo3_Click

MsgBox Combo1.Text & \"注册信息删除成功！\ Exit Sub errmsg:

Call gError_Proc(Me.Name & \"Command2_Click\") End Sub

77

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

5.0监视模块

Private Sub Form_Load()

On Error GoTo errmsg Call ResizeInit(Me)

Time_Count = Refresh_Time Call Timer1_Timer 'ShowStatus Time_Count = 0

Timer1.Interval = 1000 Timer1.Enabled = True

Adodc1.ConnectionString = conn For i = 0 To 31

LED1(i).Caption = \"\" Next i

'If Not SystemUser Then mnu_xf.Visible = False

Me.Winsock1.Protocol = sckUDPProtocol '通信协议为UDP方式 Me.Winsock1.LocalPort = 1311 '设置接受端口为1311 Me.Winsock1.Bind 1310 '绑定监听端口为1310 Exit Sub errmsg:

Call gError_Proc(Me.Name & \"Form_Load\") End Sub

6.0 读取温度值

Function ReadTmp(PortNum As Integer) As Double '读取温度值 On Error GoTo errmsg Dim Data As String Dim instring As String Dim Tmp_WH As Long Dim Tmp_WL As Long Dim Tmp As Double For i = 1 To 3

If mscComm.CommPort <> Val(PortNum) Then

If mscComm.PortOpen Then mscComm.PortOpen = False mscComm.CommPort = Val(PortNum)

If Not mscComm.PortOpen Then mscComm.PortOpen = True End If

mscComm.InputMode = comInputModeBinary '设置返回接收二进制方式 mscComm.Settings = \"2400,N,8,1\" '波特率2400b/s，无校验，8个数据位，一个停止位

78

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

mscComm.OutBufferCount = 0 '清空发送缓冲区

mscComm.InBufferCount = 0 '清空接收缓冲区

If mscComm.PortOpen = False Then mscComm.PortOpen = True End If

If Not mscComm.PortOpen Then Exit Function

mscComm.Output = Chr$(ComandTmp) '发送询问温度命令 Call Sleep(100) b = 0

timtext.Interval = 500 '500ms定时 Do

DoEvents

Loop Until b = 1 Or mscComm.InBufferCount >= 2 '等待接受 If i = 3 Then

mscComm.PortOpen = False ReadTmp = -60 Exit Function End If

If mscComm.InBufferCount > 0 Then i = 3

ElseIf b = 1 Then Call Sleep(100) End If Next i

instring = mscComm.Input

mscComm.OutBufferCount = 0 '清空发送缓冲区 mscComm.InBufferCount = 0 '清空接收缓冲区 If LenB(instring) >= 2 Then

Tmp_WL = AscB(LeftB(instring, 1)) '温度低8位 Tmp_WH = AscB(MidB(instring, 2, 1)) '温度高8位 If Tmp_WH >= 240 Then

Tmp = (Not (Tmp_WH) * 256 + Not (Tmp_WL) + 1) / 16 Else

Tmp = (Tmp_WH * 256 + Tmp_WL) / 16 End If

ReadTmp = Format(Tmp, \"00.0\") '温度值保留小数点后一位 End If

Exit Function errmsg:

If Err.Number = 8002 Then Exit Function '无效的端口号

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

Call gError_Proc(Me.Name & \"ReadTMP\")

End Function

传输采集数据

3.1模块初始化

Private Sub Form_Load()

Me.Adodc1.ConnectionString = conn addtype = True

End Sub

3.2 添加权限

'添加

Private Sub cmdok_Click() Dim lxbh As Integer

If Me.Text1.Text = \"\" Then

MsgBox \"权限类别不能为空！\系统提示：\"

Me.Text1.SetFocus Exit Sub End If

If Len(Trim(Text1.Text)) > 20 Then

MsgBox \"输入的权限类别太长！最长不能超过20字符！\vbExclamation + vbOKOnly, \"系统提示：\"

Me.Text1.SetFocus Exit Sub End If

Me.Adodc1.CommandType = adCmdText

Adodc1.RecordSource = \"select * from User_Type order by 类型编号 desc\"

Adodc1.Refresh

If Adodc1.Recordset.RecordCount > 0 Then

lxbh = Adodc1.Recordset.Fields(\"类型编号\") + 1 Else

lxbh = 1 End If

Me.Adodc1.CommandType = adCmdText '判断所添加权限是否已存在

Me.Adodc1.RecordSource = \"select * from User_Type where 权限类别='\" & Trim(Me.Text1.Text) & \"'\"

Me.Adodc1.Refresh

80

白酒发酵自动控制系统的研究与设计

If Me.Adodc1.Recordset.RecordCount <> 0 Then

MsgBox \"权限类别：‘\" + Trim(Me.Text1.Text) + \"’已存在！请重新定义！\系统提示：\"

Me.Text1.Text = \"\" Me.Text1.SetFocus Exit Sub End If

Me.Adodc1.CommandType = adCmdTable Me.Adodc1.RecordSource = \"User_Type\" Me.Adodc1.Refresh

Me.Adodc1.Recordset.AddNew

Adodc1.Recordset.Fields(0) = lxbh

Adodc1.Recordset.Fields(1) = Trim(Text1.Text) For i = 2 To 13

Adodc1.Recordset.Fields(i) = Val(Check1(i - 2).Value) Next i

Me.Adodc1.Recordset.Update 'Exit Sub

Me.Adodc1.Refresh Dim aa As String

aa = MsgBox(\"添加成功！是否需要继续添加？\vbQuestion + vbYesNo, \"询问：\")

If aa = vbNo Then Unload Me Exit Sub End If

Me.Text1.Text = \"\" Me.Text1.SetFocus Call cmdnone_Click End Sub

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白酒发酵自动控制系统的研究与设计

致谢

时光转瞬即逝。还依稀记得当初进学校的忐忑，而如今，我的学生生涯即将结束。在这即将毕业的时刻，首先要感谢导师*****副教授对我的论文耐心指导和生活上的热情关怀。在学习上，使我在专业理论以及实际应用能力上有了较大的进步，同时王老师的治学的一丝不苟、对教学工作的认真负责是我今后工作和学习的楷模。

同时在完成论文之时，非常感谢**老师为本次研究提供了实验场地、硬件设备等各种帮助，保障了本次毕业设计的顺利完成。

论文完成过程中，还得到*****工程师的耐心指导。同时向给予过我耐心教导、热心照顾的老师，同学，朋友表示最衷心的感谢。非常幸运能够在我研究生这个阶段遇到你们，感谢你们伴我走过漫漫求学之路。在你们的鼓励，教诲和帮助下，我将顺利完成我的硕士求学生涯进入社会。

最后，我还要感谢我的父母！在我求学阶段默默的付出艰辛与汗水来保障我的学业顺利，对我的支持和奉献令我永生难忘，在此真诚的道一声“爸，妈您们辛苦了”。在今后的生活工作中我会用我不懈地努力和奋斗，来回报您们曾经的付出。

再一次向所有关心、帮助我的人表示衷心的感谢！

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