【摘要】：隨著化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,發(fā)酵產(chǎn)品的需求不斷增加,所以其生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品品種也相應(yīng)的迅速擴(kuò)大,不僅對(duì)葡萄酒這樣的發(fā)酵產(chǎn)品的品質(zhì)要求越來(lái)越高,而且對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)采取在線監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制的需求也變得越發(fā)強(qiáng)烈。因此,設(shè)計(jì)研究與這個(gè)復(fù)雜過(guò)程相符合的過(guò)程控制技術(shù),對(duì)于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和提升產(chǎn)品品質(zhì)有著非常重要的作用。本研究以葡萄酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)為研究對(duì)象,在總結(jié)現(xiàn)有葡萄酒發(fā)酵溫度控制方式以及控制網(wǎng)絡(luò)組成的基礎(chǔ)上,提出了將PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),采用總線控制的方式構(gòu)建葡萄酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)的方法。PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)的通訊實(shí)時(shí)性以及傳輸速度方面要優(yōu)于傳統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò),并且在安全性方面也有保障,是葡萄酒溫度控制網(wǎng)絡(luò)的首選。同時(shí),本文還對(duì)PROFINET總線下控制系統(tǒng)的硬件選型以及PLC的通訊方式進(jìn)行了深入研究。硬件方面主要選擇S7-300系列PLC(配置了PS307電源模塊、CPU313C-2DP、SM321/SM322 DI/DO, SM331/SM332 AI/AO等功能模塊)、WZP-230PT100鉑式熱電阻溫度傳感器、宇電AI-518人工智能溫控器和IE/PBLINKPN10網(wǎng)關(guān),基本可以滿足葡萄酒發(fā)酵溫度的控制要求。采用STEP7軟件對(duì)PLC以及各硬件進(jìn)行組態(tài),選擇OPC服務(wù)器方式作為PLC的通訊方式,最終完成整個(gè)葡萄酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在溫度控制理論方面,針對(duì)發(fā)酵溫度具有大時(shí)滯性、時(shí)變性、以及耦合性等特點(diǎn),在分析了傳統(tǒng)PID、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制方法在發(fā)酵溫度控制方面的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了使用人工蜂群與傳統(tǒng)PID控制方式相結(jié)合的控制理論,并且同繼電反饋法以及模糊控制等參數(shù)整定方法進(jìn)行了仿真對(duì)比分析,證明了人工蜂群優(yōu)化PID參數(shù)的可行性和強(qiáng)大優(yōu)勢(shì),完全可以作為發(fā)酵溫度控制方法使用在葡萄酒發(fā)酵的溫度控制系統(tǒng)中。
[Abstract]:With the rapid development of chemical industry, food industry, pharmaceutical industry and other related industries, the demand for fermented products is increasing, so its production scale and product varieties are also expanding rapidly. Not only the quality of fermented products such as wine is required higher and higher, but also the demand for online monitoring and automatic control of fermentation production is becoming stronger and stronger. Therefore, the design and research of process control technology consistent with this complex process plays a very important role in expanding the production scale and improving the product quality. In this study, the wine fermentation temperature control system is taken as the research object. On the basis of summing up the existing wine fermentation temperature control methods and the composition of the control network, PROFINET Industrial Ethernet is proposed as the basic network. The method of constructing wine fermentation temperature control system by bus control. The communication real-time and transmission speed of PROFINET industrial Ethernet is better than that of traditional control network, and it is also guaranteed in security. It is the first choice of wine temperature control network. At the same time, the hardware selection of the control system under PROFINET bus and the communication mode of PLC are also studied in this paper. In the aspect of hardware, we mainly choose S7 / 300 series PLC (equipped with PS307 power module, CPU313C-2DP,SM321/SM322 DI/DO, SM331/SM332 AI/AO and other functional modules), WZP-230PT100 platinum thermoelectric resistance temperature sensor, Yudian AI-518 artificial intelligence thermocontroller and IE/PBLINKPN10 gateway can basically meet the requirements of wine fermentation temperature control. STEP7 software is used to configure PLC and each hardware, and OPC server mode is selected as the communication mode of PLC. Finally, the whole wine fermentation temperature control system is designed. In the theory of temperature control, the traditional PID, fuzzy control is analyzed in view of the characteristics of fermentation temperature, such as large time delay, time variation and coupling. On the basis of the advantages and disadvantages of neural network and other control methods in fermentation temperature control, a control theory combining artificial bee colony with traditional PID control method is put forward. The simulation and comparison with relay feedback method and fuzzy control method are carried out to prove the feasibility and strong advantages of artificial bee colony in optimizing PID parameters. It can be used as a fermentation temperature control method in the temperature control system of wine fermentation.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TS262.6;TP18

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本文編號(hào)：2488338