啤酒发酵计算机控制系统硬件设计与实现 第3页3啤酒发酵控制系统方案综述
3.1方案构想
方案一：采用单片机80C51实现啤酒发酵控制系统
本系统采用单片机80C51作为微处理器，通过温度传感器LM35对发酵罐内温度进行采样，信号放大后 ，经 A／D转换送单 片机 80C51中进行 判断和运算。再通过集成转化电路 AD694进行 v／i转换 ，从而得到 4～20 mA的电流信号并自动地调节阀门的开度 ，实现发酵罐温度的控制。同时通过键盘还可以对控制温度进行设定和修改 ，发酵罐的温度可以通过液晶实时显示。硬件原理框图如图3-1所示。
该方案的特点是随着芯片技术及单片机功能的不断发展和成熟，单片机具有体积小、价格低、重量轻的优势，但编程复杂，开发困难，在工业现场抗干扰能力不好。可文护性较差：一旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件，最简单的方法是更换整个系统，这样文修成本增加了。可扩展性较低：由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的，所以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都要重新设计。这样对于增加功能的开发成本和周期都会增加。
图3-1 方案一硬件原理框图
方案二：采用工业控制机IPC实现啤酒发酵控制系统
本系统控制主机采用康拓 IPC一8500工业控制机 ，并配有模拟量输入，输出通道设计。该方案硬件原理框图如图3-2所示。
该方案具有可靠性高，实时响应处理，组态灵活，易于扩展，具有自生成和自开发能力，丰富的数字量，模拟量，能适应恶劣的工业现场环境等特点，但已较为落伍，目前除了在工厂中作为监控机并不直接参与控制的场合大量使用外，在工业现场已很少采用。一旦工控机系统出现故障，必须经专业人员进行文修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于缺乏合适的调试工具，要找出故障原因也很困难。
邓荣：《基于AT89C52单片机的啤酒发酵温度控制系统》薛弘晔：《计算机控制技术》
方案三：采用计算机控制系统实现啤酒发酵控制系统
本系统采用计算机控制系统中的集散控制系统（DCS）作为控制理念。集散控制系统是利用计算机技术对啤酒发酵这一生产过程进行集中监视，操作，管理和分散控制的一种新型控制技术。其显著特点是分散控制、集中管理、危险分散、可靠性高。它由计算机技术，信号处理技术，测量控制技术，通信网络技术和人机接口技术相互发展而综合产生。分散过程控制装置，控制器，人机界面和通信网络构成了DCS系统的基本组成。啤酒发酵过程生产过程中现场环境的比较复杂，干扰大，采用集散控制系统可以对啤酒发酵过程中的温度，压力因素通过下位机进行分散控制，再通过上位机集中管理监控. 该方案硬件原理框图如图3-3所示。
. 系统可实现智能化的控制模式，操作简捷方便、界面友好美观。操作员站监视，控制整个生产过程；工程师站进行组态修改，办公楼各个管理层通过IE浏览器了解现场情况，查询和统计生产数据。
系统的实现功能：
（1） 实时监控功能 操作员不仅可以通过美观的界面监视、控制自己的工艺流程，而且可以浏览相关过程的生产状况。实时查看各个采集点的运行值及工艺参数设定。
（2） 数据记录功能 各个工艺数据的实时趋势曲线、历史趋势曲线记录。
(3） 报警功能 为了保证温度设定值正常，设有温度的上下限报警，为了保证罐内压力恒定，设有压力的上下限报警。报警记录可查阅。
（4） 打印报表功能 连接打印机生成统计报表。
（5） 远程浏览和通信功能。
3.2方案比较及选用依据
综合三个方案进行比较，方案一和方案二都显得较为落伍，控制过程简单，操作性能差，生产过程数据不能进行有效地保存和分析，控制精度和灵活性也欠佳，很容易出现质量的问题，不太适应现代工业生产过程控制与管理。而方案三技术先进，具有可靠性高，环境适应性强，性价比高，实时性强，功能完善，通用性好便于扩展，安装调试简单，人机交互友好等优势，所以选用方案三作为具体研究实施的方案。
4啤酒发酵控制系统硬件设计
集散控制系统（DCS）对于一个规模庞大，结构复杂，功能全面的现代化生产过程控制系统来说，具有硬件积木化，软件模块化的突出特点。DCS采用积木化的硬件组装结构，使得系统配置灵活，方便扩大或缩小系统规模而不影响整体系统，有利于企业分批投资，逐渐形成一个在功能和结构上从简单到复杂，从低级到高级的现代化管理系统。它还为用户丰富的软件控制模块，用户只需根据需要选用即可，大大减少了开发的工作量。
集散控制系统（DCS）体系结构通常分为3级：第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级，各级之间由通信网络连接。
（1）分散过程控制级 此级是直接面向生产过程的，是DCS的基础，它直接完成生产过程的数据采集，调节控制，顺序控制等功能，其过程输入为面向传感器的信号，如热电偶，热电阻，变送器（温度，压力，液位）及开关量信号，其输出是驱动执行机构。
（2）集中操作监控级 这一级以操作监视为主要任务，兼有部分管理功能。它面向操作员和就控制系统工程师，配备有功能强的计算机及外部设备（如CRT显示器，打印设备和键盘），以及需要较大存储空间支持。
（3）综合信息管理级 这一级由管理计算机，办公自动化系统等组成，从而实现整个企业的综合信息管理。
针对啤酒生产过程，采用PC-PLC主从式结构，总体系统工程规划图如下（图4-1）：
许立梓，程良伦：《工业控制机及其网络控制系统》赵众，冯晓东，孙康：《集散控制系统原理及其应用》
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