发酵罐温度控制系统的设计
关于发酵罐的控制系统
关于发酵罐的控制系统关于发酵罐的控制系统一 参数控制参数控制1温度控制a 信号输入为4-20mA 电流,对应输出为0-150℃温度℃温度b 输出温度需通过校对调整，输出温度需通过校对调整，可编在程序内，可编在程序内，可编在程序内，也可以做个人机界面，也可以做个人机界面，也可以做个人机界面，使用人调整使用人调整（a+bx ）c 工作温度设定，通过人机界面由使用人输入工作温度设定，通过人机界面由使用人输入d 控制温度设定，分上限和下限，可采用工作温度加偏差温度（如0.5℃、1℃等）由使用人设定，也可以采用直接的温度值由使用人设定，也可以以0.50.5℃的偏℃的偏差直接写入程序差直接写入程序e 控制方式：控制方式：低于下限温度自动启动加热，低于下限温度自动启动加热，低于下限温度自动启动加热，高于上限温度自动启动冷却；高于上限温度自动启动冷却；高于上限温度自动启动冷却；加热和加热和冷却过程需分别由使用人通过人机界面设定参数，冷却过程需分别由使用人通过人机界面设定参数，参数为：参数为：参数为：加热时间加热时间加热时间（热水阀（热水阀开启的时间，范围0-5分钟）和加热间隔时间（可设置为两次加热的间隔时间，也可以设置为热水阀关闭的时间，可以0-10分钟，由于加热过程中，热水进入发酵罐夹套后，入发酵罐夹套后，发酵罐的温度上升要滞后一段时间，发酵罐的温度上升要滞后一段时间，发酵罐的温度上升要滞后一段时间，所以，所以，所以，关闭热水阀后要关闭热水阀后要等一段时间，避免频繁启动而温度波动过大；同理，冷却过程也需要设置“冷却时间”和“冷却间隔时间”却时间”和“冷却间隔时间”2 酸碱度（pH ）控制a 信号输入为4-20mA 电流,对应输出为0-14的pH 值b 输出pH 需通过校对调整，需通过人机界面，使用人调整（a+bx ）c pH 值设定，通过人机界面由使用人输入值设定，通过人机界面由使用人输入d 控制pH 值设定，分上限和下限，分上限和下限，可采用工作可采用工作pH 值加偏差pH 值（如0.1、0.2等）由使用人设定，也可以采用直接的pH 值由使用人设定，值由使用人设定，e 控制方式：低于下限pH 值自动启动加碱，高于上限温度自动启动加酸；加碱和加酸过程需分别由使用人通过人机界面设定参数，和加酸过程需分别由使用人通过人机界面设定参数，参数为：参数为：参数为：加碱时间加碱时间加碱时间（加碱（加碱蠕动泵开启的时间，蠕动泵开启的时间，范围范围0-5分钟）分钟）和加碱间隔时间和加碱间隔时间和加碱间隔时间（可设置为两次加碱的间（可设置为两次加碱的间隔时间，隔时间，也可以设置为加碱蠕动泵也可以设置为加碱蠕动泵也可以设置为加碱蠕动泵 关闭的时间，关闭的时间，可以可以0-10分钟，由于加碱过程中，氨水进入发酵罐后，发酵罐的pH 值上升要滞后一段时间，所以，关闭加碱蠕动泵后要等一段时间，避免频繁启动而pH 值波动过大；同理，加酸过程也需要设置“加酸时间”和“加酸间隔时间”程也需要设置“加酸时间”和“加酸间隔时间”3 溶氧值（Do ）控制a 信号输入为4-20mA 电流,对应输出为0-100的Do 值b 输出Do 需通过校对调整，需通过人机界面，使用人调整（a+bx ）c Do 值设定，通过人机界面由使用人输入值设定，通过人机界面由使用人输入d 控制Do 值设定，分上限和下限，可以采用直接的Do 值由使用人设定，值由使用人设定，e 搅拌电机的转速可设定为手动和自动，手动时由使用人通过人机界面直接输入，自动时则需要设定一个初始值和最低值，然后与溶氧（入，自动时则需要设定一个初始值和最低值，然后与溶氧（Do Do Do）相关联）相关联）相关联f 控制方式：低于下限Do 值自动启动搅拌电机加速，高于上限Do 值自动启动搅拌电机减速；加速和减速过程需分别由使用人通过人机界面设定参数，参数为：加速的速度值（范围可50转/分钟）和加速间隔时间（可设置为0-5分钟，由于加速过后，溶氧的提高要滞后一段时间，所以，关闭加速后要等一段时间，如Do 值符合要求则维持在调整后的转速工作，如Do 值仍偏低，则继续提高一档转速，直至达到最高转速，避免频繁启动而Do 值波动过大）；同理，减速过程也需要设置“减速的速度值”（也可以50转/分钟一档）和“减速间隔时间”，转速减到最低值就不再减速，转速减到最低值就不再减速4 消泡控制a 信号为开关量信号为开关量b 控制参数为自动状态下的消泡剂添加量（以毫升显示，实际对应为1毫升/秒种）和间隔时间（0-5分钟）分钟）c 控制方式为手动/自动切换，手动时钮子开关人工确定添加量，自动时控制蠕动泵的添加时间（添加量）和间隔时间，考虑消泡剂作用的滞后时间动泵的添加时间（添加量）和间隔时间，考虑消泡剂作用的滞后时间 5 补料控制补料控制全部为人工设定，设定参数两个：补料的时间（按绝对时间，即×月×日×时×分）和补料量（以毫升显示，按1毫升/秒种控制），每次可设定3个时间点（即每次进入补料的人机界面可预设定3次补料）次补料）二 报警报警报警可以直接写入报警值，每个参数设一个报警上限值和一个报警下限值报警可以直接写入报警值，每个参数设一个报警上限值和一个报警下限值 三 记录记录采用表格和曲线两种方式，查询和输出的时间段由使用人选择，表格的输出还需要使用人确定时间间隔，默认时间间隔为10分钟，消泡和补料控制不需要曲线输出要曲线输出。
啤酒发酵罐温度控制系统设计
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。
发酵罐温度控制系统讲解
题目：发酵罐温度控制系统设计课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室：Array注：成绩：平时40% 论文质量40% 答辩20% 以百分制计算摘要本题要设计的是温度控制系统，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；比较机构目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1 概述 (2)2.2 系统组成总体结构 (2)2.3 传感器选择 (2)第3章电路设计 (4)3.1 传感器电路 (4)3.2 比较机构电路 (7)3.3 PID调节器并联实现电路 (7)3.4 V/I转换电路 (8)3.5 直流稳压电源电路 (9)第4章仿真与分析 (10)4.1 传感器电路仿真 (10)4.2 PID控制器电路 (11)4.3 V/I转换电路 (12)第5章课程设计总结 (14)参考文献 (15)附录Ⅰ (16)附录Ⅱ (18)附录Ⅲ (20)第1章绪论在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。
其中，温度控制也越来越重要。
在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉、发酵罐和锅炉中的温度进行检测和控制。
本次课设要求设计发酵罐的温度控制系统。
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：它会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制，除这些直接影响外；温度还对发酵液的理化性质产生影响，如发酵液的粘度；基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率。
发酵罐温度单回路控制系统
1.概述发酵工程是应用生物（主要是微生物）为工业大规模生产服务的一门工程技术，也称微生物工程。
发酵工程是包括微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。
现代发酵工程不但应用于生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且还可以生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。
发酵反应器（发酵罐）是发酵企业中最重要的设备。
发酵罐式必须具有适宜于微生物生长和形成产物的各种条件，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高产量。
例如，发酵罐的结构应尽可能简单，便于灭菌和清洗；循环冷却装置维持适宜的培养温度；由于发酵时采用的菌种不同、产物不同或发酵类型不同，培养或发酵条件又各有不同，还要根据发酵工程的特点和要求来设计和选择发酵罐的类型和结构。
通风发酵设备要将空气不断通入发酵液中，供给微生物所需的氧，气泡越小，气泡的表面积越大，氧的溶解速率越快，氧的利用率也越高，产品的产率就越高。
通风发酵罐有鼓泡式、气升式、机械搅拌式、溢流喷射自吸式等多种类型。
机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂常用的类型之一，它是利用机械搅拌器的作用，使空气和賿液充分混合促使氧在賿液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气，同时强化热量传递。
无论是微生物发酵、酶催化或动物植物细胞培养的微生物工程工厂都应用此类设备，占目前发酵罐总数的70%～80%，常用语抗生素、氨基酸、有机酸和酶的发酵生产。
机械搅拌通风发酵罐是属于一种搅拌釜式反应器，除用作化学反应和生物反应器外搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸传热等操作。
搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。
加班容器包括筒体、换热原件及内构件、搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。
1.1温度对发酵的影响微生物药品发酵所用的菌体绝大多数十中温菌，如丝状真菌、放线菌和一般细菌。
啤酒发酵自动控制系统的设计
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。
啤酒发酵过程温度控制的设计
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。
发酵罐温度控制系统课程设计
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。
过程控制课程设计——啤酒发酵罐温度控制系统
内蒙古科技大学信息工程学院过程控制课程设计报告题目：啤酒发酵罐的温度控制系统设计学生姓名：***学号：**********专业：测控技术及仪器班级：09测控2班指导教师：***前言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。
近年来，国外的各大啤酒生产厂家纷纷进军中国市场，凭借技术优势与国内的啤酒生产厂家争夺市场份额。
国内的啤酒行业迫切要求进行技术改造，提高生产率，保证产品质量，以确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。
啤酒的发酵过程是一个微生物代谢过程。
它通过多种酵母的多种酶解作用，将可发酵的糖类转化为酒精和CO2,以及其他一些影响质量和口味的代谢物。
在发酵期间，工艺上主要控制的变量是温度、糖度和时间。
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我国大部分啤酒生产厂家目前仍然采用常规仪表进行控制，人工监控各种参数，人为因素较多。
这种人工控制方式很难保证生产工艺的正确执行，导致啤酒质量不稳定，波动性大且不利于扩大再生产规模。
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。
1 工艺过程概述1．1啤酒生产工艺过程啤酒生产过程主要包括糖化、发酵以及过滤分装三个环节。
1.1.1糖化糖化过程是把生产啤酒的主要原料与温水混合，利用麦芽的水解酶把淀粉、蛋白质等分解成可溶性低分子糖类、氨基酸、脉、肤等物质，形成啤酒发酵原液-麦汁。
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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。
1.2.4温度影响发酵液的物理性质............................... 错误!未定义书签。
1.3、影响发酵温度变化的因素：....................................... 错误!未定义书签。
1.4发酵热的测定.................................................................. 错误!未定义书签。
1.5最适温度的选择与发酵温度的控制.............................. 错误!未定义书签。
1.5.1温度的选择 (VII)2 培养基温度控制系统的设计.................................................... 错误!未定义书签。
2.1总体设计方案 (VII)2.1.1 系统总框图 (VII)2．2硬件设计................................................................................................... V III2.2.1温度采集电路.................................................................................. V III2.2.2 PLC与计算机的通信......................................................................... I X2.3软件部分 (X)3总结............................................................................................. 错误!未定义书签。
参考文献：............................................................................................................... X III前言计算机控制技术以自动控制理论和计算机技术为基础，自动控制理论的发展给计算机控制系统增添了理论工具，而计算机技术的发展为新型控制规律的实现、构建高性能的计算机控制技术提供了物质基础，而两者的结合极大地推动了计算机控制技术的发展。
本课程设计主题以啤酒厂发酵罐培养基温度控制系统的设计为例，具体实现培养基温度的控制以及原理，要求了解发酵罐温度控制的工艺背景、设计控制方案。
1 工艺过程概述1.1.1 发酵培养基培养基（Medium）是供微生物、植物和动物组织生长和维持用的人工配制的养料，一般都含有水、氮源、无机盐（包括微量元素）、碳源、生长因子（维生素、氨基酸、碱基、抗菌素、色素、激素和血清等）等。
培养基由于配制的原料不同，使用要求不同，而贮存保管方面也稍有不同。
一般培养基在受热、吸潮后，易被细菌污染或分解变质，因此一般培养基必须防潮、避光、阴凉处保存。
对一些需严格灭菌的培养基（如组织培养基），较长时间的贮存，必须放在3-6℃的冰箱内。
由于液体培养基不易长期保管，均改制成粉末。
1.1.2工艺背景啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品--啤酒。
啤酒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。
发酵过程中的温度的变化直接影响到啤酒质量和生产的效率。
因此，对发酵过程中的温度进行控制显得十分重要。
啤酒发酵的全过程分成多个阶段，各个阶段都有对应的温度曲线。
为了使啤酒有更好的品质，需要让发酵罐的温度根据工艺温度曲线变化。
1.2温度对发酵的影响温度对发酵过程的影响是多方面的，它会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制除这些直接影响外，温度还对发酵液的理化性质产生影响，如发酵液的粘度。
基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率。
某些基质的分解和吸收速率等，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。
1.2.1温度影响微生物细胞生长随着温度的上升，细胞的生长繁殖加快。
这是由于生长代谢以及繁殖都是酶参加的。
根据酶促反应的动力学来看，温度升高，反应速度加快，呼吸强度增加，最终导致细胞生长繁殖加快。
但随着温度的上升，酶失活的速度也越大，使衰老提前，发酵周期缩短，这对发酵生产是极为不利的。
1.2.2温度影响产物的生成量1.2.3温度影响生物合成的方向1.2.4温度影响发酵液的物理性质温度除了影响发酵过程中各种反应速率外，还可以通过改变发酵液的物理性质间接影响微生物的生物合成。
1.3影响发酵温度变化的因素：发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。
是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。
生物热主要是培养基中碳水化合物、脂肪、蛋白质等物质被分解为CO2、NH3时释放出的大量能量。
主要用于合成高能化合物，供微生物生命代谢活动及热能散发。
菌体在生长繁殖过程中，释放出大量热量。
生物热的大小与菌种遗传特性、菌龄有关，还与营养基质有关。
在相同条件下，培养基成分越丰富，产生的生物热也就越大。
1.4发酵热的测定通过测量一定时间冷却水的流量和冷却水的进、出口温度，由下式计算出发酵热：Q发酵=G.CW .（t2-t1）/V (1-1)式中：G——冷却水的流量(kg/h)；CW——水的比热[kJ／(kg•℃)]；t2 t1——分别为冷却水的进、出口温度(℃)； V--发酵液的体积(m3)。
通过发酵罐温度的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自动控制装置,测定温度随时间上升的速率，按下式计算发酵热：Q发酵=(Ml Cl+M2c2).S (1-2)M l 一系统中发酵液的质量(kg)；M2一发酵罐的质量(kg)；C l —发酵液的比热[kJ／(kg•℃)]；C2—发酵罐材料的比热[kJ／(kg•℃))；S—温度上升速率(℃／h)。
1.5最适温度的选择与发酵温度的控制1.5.1温度的选择最适温度是一种相对概念，是指在该温度下最适于菌的生长或发酵产物的生成。
选择最适温度应该考虑微生物生长的最适温度和产物合成的最适温度。
最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件和菌体生长阶段有关。
工业上使用大体积发酵罐的发酵过程，一般不须要加热，因为释放的发酵热常常超过微生物的最适培养温度，所以需要冷却的情况较多。
2发酵罐温度控制系统的设计2.1总体设计方案发酵罐的温度控制选择了检测发酵罐的上、中、下段温度的方法，通过上、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，其原理图如图1所示。
图1 发酵罐控制过程原理图2.1.1 系统总框图设计在本设计中采用闭环控制系统，温度采集电路从发酵罐中采集温度，通过模拟量控制模块，把采集的模拟信号转换成对应的数值信号送入PLC中，与给定的温度信号进行比较，经过PID运算后，通过输出差值信号来调节电磁阀的开关状态，从而来控制进入发酵罐冷却夹套中液氨的多少来调节发酵罐的温度。
图2是发酵罐温度控制系统总框图。
图2 发酵罐温度控制系统总框图2．2硬件设计2.2.1温度采集电路图3是实际的测量电路。
图中，AD581输出一个标准的+10V电压，RP1用于调零，RP2用于调满刻度。
AD590输出电流在R1和RP1上产生压降，该电压经过运算放大（R2+RP2）/（R1+RP1）倍后输出。
调整过程分别在0℃（冰水混合物中）和100℃（沸水中）两点温度进行，通过运算放大器A放大使输出灵敏度为100mV/℃，即在0℃时，调整RP1时输出0V，在100℃时，调整RP2使输出为10V。
15V图3 温度采集电路2.2.2 PLC 与计算机的通信设计系统中，采用一台PC 机和多台PLC组成控制系统，计算机实行图形显示数据处理打印报表以及中文显示等功能，PLC 则执行控制功能。
图4是FX2N PLC 与计算机连接图。
转换器计算机图4 PLC 与计算机连接图2.3软件部分图5 是发酵罐控制过程的程序流程图。
本设计选择FX2N-4AD模块，并且选择通道和相应的量程。
序的作用是选择通道一、A/D转换和将转换的数据放在地址D201中。
A/D采样时间是选用了15s，这是根据采样定理确定的，并参考了工程手册上的参数设定。
罐状态操作包括：温度控制自动调谐程序、长定时子程序和各阶段温度控制。
图6是长定时子程序:图5 发酵罐控制过程程序流程图图6 长定时程序流程图各阶段温度控制分为：（1）进料阶段，温度保持在8℃，流程图如图7所示:图7 进料阶段流程图（2）还原双乙酰阶段，温度保持在12℃，流程图如图8所示:图8 还原双乙酰阶段流程图（3）停留观察，温度保持在6℃，流程图如图9所示；具体停留观察阶段设定为10个小时，用于检测发酵液体内的化学物质含量，并将发酵液中的酵母排出。