田洪涛：《现代发酵工艺原理与技术》黄丛生，刘东汉：《基于IPC的啤酒发酵过程控制系统》
下面对各个阶段进行简单地介绍。
（1）麦汁进料过程：在这个过程中。由糖化阶段产生的麦汁原料经由连接管道由糖化罐进入发酵罐中。
（2）自然升温过程：在麦汁进料过程中，随着酵母的加入，酵母菌逐渐开始生长和繁殖。在这个过程中，麦汁在酵母菌的作用下发生化学反应，产生大量的二氧化碳和热量，这就使原料的温度逐渐上升。
（3）还原双乙酰过程:在自然升温发酵过程中，会产生一种双乙酰的化学物质。这种物质对人体健康不利而且会降低啤酒的可口程度，所以在这个过程需要将其去除，增强啤酒的品质。
（4）降温过程：在自然升温和还原双乙酰过程中啤酒发酵已经完成，降温过程其实属于发酵工程的后续过程，其作用是将发酵过程中加入的酵母菌进行沉淀，排出。
（5）低温储酒过程：降温过程完成以后，已经发酵完成的原料继续储存在发酵罐等待过滤，稀释，杀菌等过程的进行。
2啤酒发酵控制系统总体方案设计
2.1控制系统要求分析
2.1.1被控对象
主要控制对象是锥形发酵罐。罐体由上下两部分组成，上部是圆柱体，下部是圆锥体，发酵罐的内层是用不锈钢板焊接而成的，内层与外层中间是保温材料和上中下3段冷却带。
啤酒发酵是一个复杂的生物化学反应过程。在啤酒酵母所含酶的作用下，其主要代谢产物是酒精和二氧化碳。啤酒发酵对象特性是时变的，并且存在滞后性和不确定性随着反应的进行，罐内的温度，压力会逐渐升高。发酵过程中的温度压力直接会影响到啤酒质量和生产效率，因此，对发酵过程中温度，压力进行控制显得十分重要。在啤酒酿造过程中，要对发酵罐内的温度进行实时检测与控制，按照工艺曲线进行，使其在给定温度的±0.5℃范围内。此外，在发酵过程中，还需在各段工艺中实行保压，压力控制精度 0．5％；即要求发酵罐顶部气体压力恒定。
2.1.2控制功能
控制功能主要是对发酵罐温度和压力的控制。为了使罐内酒液循环并有利于不同发酵期的酵母沉淀，一般采用分三段间冷方式，使之形成自上而下的温度梯度。每个发酵罐的温度控制选择了检测发酵罐的上，中，下段的温度，通过上，中，下3段液氨进口的两位式电磁阀VT上，VT中，VT下来实现发酵罐温度控制的方法；压力控制则检测罐内压力并由电磁阀PT来控制。啤酒发酵控制过程原理图如图2-1所示。
薛弘晔：《计算机控制技术》
控制机理：在啤酒发酵期间，当罐内温度低于给定的温度时，则要求关闭液氨的阀门，使之自然发酵升温；当罐内温度高于给定温度时 ，则要求接通液氨的阀门 ，自动地将其打入冷却带循环使之降温 ，直至满足工艺要求为止 。另外，在发酵过程中，还需在工艺中实行保压 ，即要求发酵罐顶部气体压力恒定，保证发酵过程的正确进行。
此外，系统须具有运行参数显示，打印报表，参数设置等功能，支持自动控制或现场手动控制。
2.2控制策略和控制算法
在实际工程应用中，PID控制一直是过程控制的主要手段而得以广泛应用。所以本系统选择单回路PID控制算法对啤酒发酵罐的上，中，下温度进行控制。在实际生产现场中，影响啤酒发酵的不确定因素有很多，配合一些特殊的控制策略，PID控制算法是能够控制精度在±0.5℃范围内的。
工业控制中最常用的控制算法是PID算法，根据偏差的比例（P）,积分（I）,微分（D）的关系进行运算用以输出控制。本系统采用数字PID增量式控制算法 ：
△u(k)=e(k)+e(k-1)+e(k-2)
式中： = (1++)
=-（1+）
=
e(k)=r(k)-y(k)
其中：r(k)为第 k个采样周期的给定温度值 ， y(k)为第 K个采样周期的实测温度值 ，
T为采样周期
针对啤酒发酵过程具有大惯性、时滞性，非线性的特点，本系统采样周期取T =2s，拟定在现场利用凑试法确定PID控制器的控制参数，先比例，后积分，再微分。
温度的设定值，是按比例计算求值。如下图所示，曲线a是温度设定曲线的一部分，t1和t2是曲线的两个端点的横坐标，T1和T2是曲线的两个端点的纵坐标，t是当前的时间，T就是当前的设定温度。用很简单的比例关系式就可以求出当前的设定温度值T。
图2-2 温度设定值曲线图
在计算出温度的设定值之后，就可以根据以下的PID计算式计算出对应的输出值：
为PID回路输出的输出值，为PID回路的增益，为在第n采样时刻的偏差值，
为在n-1采样时刻的偏差值，为采样周期，为积分时间常数，为微分时间常数，P为第n采样时刻的过程变量，为在n-1采样时刻的过程变量值。
PID控制具有原理简单，使用方便，适用性强，鲁棒性强等优点，而增量式算法与位置式算法相比，不需要做累加，对控制量影响较小，易于实现手动到自动的无冲击切换。
针对以上控制算法，利用MATLAB仿真软件对被控对象进行仿真，仿真图见图2-3.
图2-3 MATLAB仿真图
于海生：《计算机控制技术》
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