1 引言

　　近10年來，雖然我國(guó)的啤酒裝備配套水平有很大提高，但和國(guó)外相比，由于起步較晚，尤其是成套設(shè)備，差距較大。自動(dòng)化程度低，因而產(chǎn)品效率較低，生產(chǎn)質(zhì)量也不高，啤酒能耗較大，這都是我國(guó)啤酒工業(yè)急待解決的問題。本論文經(jīng)過認(rèn)真調(diào)研、分析，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外較先進(jìn)的啤酒發(fā)酵工藝控制系統(tǒng)進(jìn)行了綜合比較與評(píng)價(jià)，同時(shí)，又充分考慮企業(yè)的綜合實(shí)力、現(xiàn)狀與發(fā)展等因素，此控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選定IPC——PLC DCS即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與可編程序控制系統(tǒng)。IPC（Inter-Process Communication，進(jìn)程間通信）IPC （ Instruction per Clock 及CPU每一時(shí)鐘周期內(nèi)所執(zhí)行的指令多少） IPC代表了一款處理器的設(shè)計(jì)架構(gòu)，一旦該處理器設(shè)計(jì)完成之后，IPC值就不會(huì)再改變了。在這里，IPC值的高低起到了決定性的作用，而頻率似乎不再高于一切。實(shí)際上是頻率和IPC在真正影響CPU性能。準(zhǔn)確的CPU性能判斷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是：CPU性能=IPC（CPU每一時(shí)鐘周期內(nèi)所執(zhí)行的指令多少）×頻率（MHz時(shí)鐘速度），這個(gè)公式初由英特爾提出并被業(yè)界廣泛認(rèn)可。

　　IPC（Inter-Process Communication）是共享"命名管道"的資源，它是為了讓進(jìn)程間通信而開放的命名管道，通過提供可信任的用戶名和口令，連接雙方可以建立安全的通道并以此通道進(jìn)行加密數(shù)據(jù)的交換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的訪問。IPC是NT/2000的一項(xiàng)新功能，它有一個(gè)特點(diǎn)，即在同一時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)IP之間只允許建立一個(gè)連接。NT/2000在提供了ipc功能的同時(shí)，在初次安裝系統(tǒng)時(shí)還打開了默認(rèn)共享，即所有的邏輯共享（c,d,e……）和系統(tǒng)目錄winnt或windows（admin）共享。所有的這些，微軟的初衷都是為了方便管理員的管理，但在有意無意中，導(dǎo)致了系統(tǒng)安全性的降低。

　　2 啤酒發(fā)酵工藝控制

　　2.1啤酒發(fā)酵工藝曲線

　　啤酒發(fā)酵的工藝曲線對(duì)質(zhì)量有直接影響。啤酒口味和實(shí)際要求的不同，啤酒的發(fā)酵工藝曲線也就不同，但是對(duì)于確定好的啤酒發(fā)酵工藝，就應(yīng)嚴(yán)格按照工藝曲線去控制溫度和壓力等。啤酒發(fā)酵工藝曲線如圖1—1所示。

　　2.2 啤酒發(fā)酵溫度控制

　　在啤酒發(fā)酵過程中，酵母的發(fā)酵性能受發(fā)酵溫度的影響。由于發(fā)酵中有熱量釋放出來，因而使發(fā)酵中的麥汁溫度上升，同時(shí)促使酶反應(yīng)加速。酵母的發(fā)酵性能必須限定在一定范圍內(nèi)，這就是實(shí)際發(fā)酵操作中的控制工作。啤酒溫度控制原理如圖1—2。

　　3 IPC-PLC DCS 的設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)為上下兩級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。具體構(gòu)成如圖1—3所示。

　　主要包括以下幾方面：

　?。?）上、下位計(jì)算機(jī)：控制上位機(jī)采用兩臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，由于控制對(duì)象較多，并兼顧今后系統(tǒng)升級(jí)的需要，所以，下位機(jī)采用四臺(tái)中型PLC。

　　（2）接口硬件包括：開關(guān)量的I/O 采用PLC的DI、DO模塊；溫度、壓力、液位采用A/D轉(zhuǎn)換模塊；上下位機(jī)通信采用RS—232接口。下位機(jī)配置如圖1-4所示。

　?。?）顯示系統(tǒng)，包括大型模擬屏，以及上位機(jī)彩色監(jiān)視器。

　　4 控制算法的設(shè)計(jì)

　　啤酒生產(chǎn)發(fā)酵過程的控制算法很多，比較常用的是PID控制算法。在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，PID參數(shù)整定與自整定的方法也很多，但往往難以實(shí)施或不太理想，常規(guī)PID控制器參數(shù)常常整定不良，性能欠佳，對(duì)運(yùn)行工況適應(yīng)性差。本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1—5。

　　它主要包括四個(gè)部分：

　?。?）傳統(tǒng)PID控制結(jié)構(gòu) 由PID控制器和廣義被控對(duì)象構(gòu)成一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，只是此時(shí)的PID參數(shù)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在線修改。

　?。?）模糊量化模塊 對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行歸檔模糊化和歸一化處理。

　?。?）辨識(shí)網(wǎng)絡(luò)NN1 它主要用于建立被控系統(tǒng)的辨識(shí)模型，為NN2提供必要的信息。

　?。?）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)NN2 根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，調(diào)節(jié)PID控制器的參數(shù)以期達(dá)到某種性能指標(biāo)的。

　　5 仿真實(shí)驗(yàn)

　　考慮到啤酒發(fā)酵過程中的諸多因素，即被控對(duì)象是參數(shù)時(shí)變的非線性系統(tǒng)。針對(duì)以上提出的自學(xué)習(xí)控制算法，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行仿真。仿真圖見圖1-6。通過與圖1-1進(jìn)行比較可以看出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊PID控制系統(tǒng)能通過在線學(xué)習(xí)，不斷改善對(duì)系統(tǒng)的控制性能，具有較高的擬人智能性。目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接 口。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。

　　6 結(jié) 論

　　本控制系統(tǒng)應(yīng)用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊PID控制算法，使IPC-PLC分布式控制系統(tǒng)具有良好的執(zhí)行，且抗干擾能力強(qiáng)，使溫度曲線得到較好的擬和，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用取得了令人滿意的效果。