PLC固態(tài)發(fā)酵裝置與控制研發(fā)

2.23萬字
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摘要 近些年來由于能源危機(jī)與環(huán)境問題日益嚴(yán)重，同時(shí)也由于液態(tài)發(fā)酵消耗大量的能源，以及存在環(huán)境污染、產(chǎn)量低和發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)等問題，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)再次引起了人們的注意。固態(tài)發(fā)酵行業(yè)正面臨著日益激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)，各種現(xiàn)代化的大型固態(tài)發(fā)酵設(shè)備的研究與開發(fā)不斷涌現(xiàn)，因此，對(duì)以計(jì)算機(jī)為核心的管控一體化的固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)有著強(qiáng)烈的需求。本文對(duì)固態(tài)發(fā)酵的設(shè)備以及工藝參數(shù)進(jìn)行了分析，并根據(jù)固態(tài)發(fā)酵罐的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)。固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)的下位機(jī)以S7-300PLC為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)固態(tài)發(fā)酵過程的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)與控制。固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)具有慣性大、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重和非線性的特點(diǎn)，對(duì)準(zhǔn)確控制發(fā)酵溫度、濕度和pH值等工藝參數(shù)帶來一定的難度，常規(guī)控制方法很難達(dá)到良好的控制效果，因此，需要研究一套采用現(xiàn)代檢測(cè)手段與智能控制方法的控制系統(tǒng)對(duì)固態(tài)發(fā)酵進(jìn)行控制，以達(dá)到最佳的控制效果。本文引入模糊控制技術(shù)，將模糊控制與傳統(tǒng)的PID控制結(jié)合，設(shè)計(jì)出固態(tài)發(fā)酵的溫度模糊PID控制器。此控制器能達(dá)到良好的控制效果，是一種較為理想的控制方案。
關(guān)鍵詞 固態(tài)發(fā)酵、模糊PID算法、溫度控制、PLC

Research and Development of Solid-state Fermentation Device and Control Technology Based on PLC
Abstract In recent years, due to the energy crisis and the increasingly serious environmental problems, but also due to the liquid fermentation consume a lot of energy, and the presence of environmental pollution, low yields and long fermentation time and other issues, solid state fermentation technology has once again aroused people’s attention. Solid-state fermentation industry is facing increasing fierce global competition, research and development of a large variety of modern solid-state fermentation equipment continue to emerge, therefore, in order to control the computer as the core of an integrated solid-state fermentation control system has a strong demand. In this paper, solid-state fermentation equipment and process parameters were analyzed, and based on solid-state fermentation characteristics designed solid-state fermentation control system. Lower machine control system with solid-state fermentation based on S7-300 PLC, solid-state fermentation process parameters to detect and control. Solid-state fermentation system with inertia, hysteresis and non-linear characteristics of sever, for accurate control of the fermentation temperature, humidity and other process parameters and pH bring some difficulty, conventional control method is difficult to achieve good control effect, therefore, need to be studied a modern means of detection and control system for intelligent control method for controlling solid-state fermentation to achieve the best control effect. This paper introduces the fuzzy control technology, fuzzy control and combined with traditional PID control, fuzzy design solid-state fermentation temperature PID controller. This controller can achieve good control requirements, is an ideal control scheme.
Key words Solid-state fermentation、Fuzzy PID algorithm、Temperature control、PLC

目錄
第一章 緒論 1
1.1 固態(tài)發(fā)酵概述 1
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2
1.3 課題背景及研究意義 4
1.4 本課題研究?jī)?nèi)容 4
1.5 本章小結(jié) 5
第二章 固態(tài)發(fā)酵設(shè)備及其工藝參數(shù) 6
2.1 固態(tài)發(fā)酵設(shè)備 6
2.1.1 淺盤發(fā)酵器 6
2.1.2 箱式發(fā)酵裝置 7
2.1.3 轉(zhuǎn)鼓式發(fā)酵器 7
2.1.4 攪拌式發(fā)酵反應(yīng)器 8
2.2 固態(tài)發(fā)酵的環(huán)境參數(shù) 8
2.3 主要環(huán)境參數(shù)對(duì)微生物發(fā)酵過程的影響 10
2.3.1 溫度對(duì)發(fā)酵過程的影響 10
2.3.2 酸堿度對(duì)發(fā)酵過程的影響 10
2.3.3 菌體濃度對(duì)發(fā)酵過程的影響 11
2.3.4 濕度對(duì)發(fā)酵過程的影響 11
2.3.5 含氧量對(duì)發(fā)酵過程的影響 11
2.4 本章小結(jié) 12
第三章 固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)各參數(shù)控制方法研究 13
3.1 固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)主要環(huán)境參數(shù)控制方法 13
3.2 固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)溫度控制方法研究 14
3.2.1 固態(tài)發(fā)酵溫度特性 14
3.2.2 固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)溫度控制方法探討 15
3.2.3 固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)溫度模糊PID控制器的設(shè)計(jì) 17
3.3 本章小結(jié) 27
第四章 固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28
4.1 固態(tài)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 28
4.2 固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 30
4.3 傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型 31
4.3.1 溫濕度傳感器 31
4.3.2 壓力傳感器 32
4.3.3 氧氣與二氧化碳傳感器 32
4.3.4 電機(jī) 32
4.4 固態(tài)發(fā)酵工藝流程控制分析 33
4.5 本章小結(jié) 34
第五章 固態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 35
5.1 下位機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境 35
5.2 下位機(jī)軟件總體設(shè)計(jì) 36
5.3 接種子程序設(shè)計(jì) 38
5.4 發(fā)酵子程序設(shè)計(jì) 40
5.5 本章小結(jié) 43
第六章 論文總結(jié)與展望 44
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46