基于嵌入式啤酒發(fā)酵控制器的研究.pdf

1、在我國(guó)的食品工業(yè)中,啤酒工業(yè)是一個(gè)非常重要的產(chǎn)業(yè)部門。伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展和人民生活水平不斷提高,啤酒工業(yè)的發(fā)展異軍突起。發(fā)酵過(guò)程是啤酒工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一,因而啤酒發(fā)酵過(guò)程的控制至關(guān)重要。隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和深入應(yīng)用,啤酒生產(chǎn)的自動(dòng)化水平如何進(jìn)行提高就成為了一個(gè)非常好的研究課題。本文針對(duì)已有的自動(dòng)控制理論進(jìn)行了分析、研究和比較,并且以啤酒發(fā)酵過(guò)程為工程背景,針對(duì)啤酒發(fā)酵過(guò)程中所存在的大時(shí)滯、時(shí)變性等特點(diǎn),運(yùn)用了雙自由

2、度Smith預(yù)估器控制,使整個(gè)系統(tǒng)具備較強(qiáng)的魯棒性；為提高整個(gè)過(guò)程的控制精度及速度,硬件運(yùn)用了性能/價(jià)格比高、可靠實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)。
　　 本文中啤酒發(fā)酵的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng),上位機(jī)采用PC機(jī)集中監(jiān)視、管理；下位機(jī)基于ARM處理器LPC2200的嵌入式系統(tǒng)啤酒發(fā)酵控制系統(tǒng),它具備極低的功耗、獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)、有多個(gè)定時(shí)器,并且?guī)в蠥/D轉(zhuǎn)換等等,從而精簡(jiǎn)了外部設(shè)備,能夠提高控制的精度及速度,并且在LPC2200

3、內(nèi)采用雙自由度Smith預(yù)估器控制控制策略,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的準(zhǔn)確控制,從而提高啤酒發(fā)酵的自動(dòng)化控制水平。
　　 啤酒發(fā)酵過(guò)程中,溫度變化是主要因素。因此,啤酒發(fā)酵過(guò)程溫度控制的好壞將直接影響啤酒質(zhì)量。發(fā)酵過(guò)程具有大慣性、大時(shí)滯、非線性等特點(diǎn)。用傳統(tǒng)Smith預(yù)估器難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)、準(zhǔn)確地跟蹤工藝曲線的要求,并且當(dāng)對(duì)象發(fā)生改變時(shí),系統(tǒng)不穩(wěn)定。針對(duì)啤酒發(fā)酵溫度控制過(guò)程中的難點(diǎn),本文引入了雙自由度Smith預(yù)估器控制算法,系統(tǒng)具備了較強(qiáng)的適應(yīng)

4、能力和抗干擾能力。
　　 上位機(jī)界面的實(shí)現(xiàn)采用西門子研發(fā)軟件WinCC。它提供了友好的人機(jī)界面和方便的操作方式,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)管理及傳送、工藝參數(shù)及發(fā)酵罐溫度曲線的顯示(打印)、顯示示意圖模塊、數(shù)據(jù)維護(hù)等等。上位機(jī)與下位機(jī)通信系統(tǒng)采用RS485傳輸標(biāo)準(zhǔn)。
　　 基于嵌入式的啤酒發(fā)酵控制系統(tǒng),不僅可以獲得良好得監(jiān)控效果,而且具備維護(hù)性好、便于擴(kuò)展、可靠性高、成本比較低等特點(diǎn),可以滿足啤酒發(fā)酵工業(yè)的需求,提高了啤酒發(fā)酵控制的自