啤酒发酵在线控制系统的设计与实现

第２７卷　第１１期　Ｖｏ１．２７　ＮＯ．１　１　计算机工程与设计　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　２００６年６月　Ｊｕｎｅ　２００６　啤酒发酵在线控制系统的设计与实现　崔峰，　张立群，　李秀芳　（山东大学计算机科学与技术学院，山东济南２５００６１）　摘　要：啤酒发酵在线控制系统在相应硬件的基础上，采用Ｂｏｒｌａｎｄ公司的Ｄｅｌｐｈｉ６．０来实现。完成了对现场站数据的采集和　处理：动态显示啤酒发酵过程中进酒时间、温度、压力和液位等的值，并且提供了上述值的历史数据以供查询。实践表明，该　系统能够满足啤酒企业发酵过程的应用。　关键词：啤酒发酵：温度；在线控制系统　中图法分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００．７０２４（２００６）ｌ１．２０８８．０２　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｎｌｉｎｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｂｅｅｒ　ｆｅｒｍｅｎｔ　ＣＵＩ　Ｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ—ｑｕｎ，ＬＩ　Ｘｉｕ—ｆａｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｎｄ　ａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ　２５００６　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎｌｉｎｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｂｅｅｒ　ｆｅｒｍｅｎｔ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　Ｂｏｒｌｎｄ　ａＤｅｌｐｈｉ６．０　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｏｍｅ　ｈａｒｄｗａｒｅｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｌ－　ｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｌｅ　ｉｓ　ｒｏａｌｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ　ａｒｅ　ｓｈｏｗｎ．Ｔｈｅ　ｈｉｓｔｏｒｙ　ｄａｔａ　ｆｏｒ　ｑｕｅｒｙ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｈａｔｔ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓａｔｉｓ￣ｔｈｅ　ｎｅｅｄ　ｏｆｆｅｒｍｅｎｔ　ｏｆｂｅ￣ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｅｅｒ　ｆｅｒｍｅｎｔ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｏｎｌｉｎｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　０引　言　啤酒发酵大罐控温不利，不仅影响生产质量，而且会减慢　发酵速度。目前低温发酵保持曲线（发酵及还原），一般用时　１０－１５天，之所以产生这么大的时间差异，是由多种因素造成　的，如酵母密度及数量、充氧量和季节影响等。这些因素相互　作用时，温度这个参数起了很大的作用。温度参数除了影响　质量，还会影响产量，所以“仿人工调节”控温原理支撑的“精　细调控”模式非常有用…。采用“一罐法”工艺时，从５＂Ｃ降至　组成；现场站通过双口ＲＡＭ连接通讯模块，通讯模块的５ｌ单　片机串口通讯通过４８５转换器连接上位机。如图ｌ所示。　零度及保持零度的过程约用十几天，利用“精细调控”模式，再　配以合理长度的测温传感器，排除因测温传感器过短造成的　降零假象的干挠，缩短这段生产周期也是理所当然的。若精　心运作该模式，每个生产批次缩短数小时，几十个罐一个生产　图ｌ啤酒发酵在线控制系统结构　现场站可以独立完成所有现场工作，用户可自行定义并　设置罐数、采控点数、曲线、温控、压控和调控策略等，并形成　备份文件上传ＰＣ机存档。另外，现场站还能显示设置曲线及　实控曲线。　上位机主要是监控管理型功能，也提供一个高等级操作　平台，实质是通过指令启动现场站相应功能，不直接提供现场　运行功能。上位机主要工作：　批次就抢出一罐的生产周期，这将给啤酒企业带来很大的经　济效益。　１系统的硬件实现　上位机与６个现场站构成设备系统，两者之间由波士　ＲＳ－２３２／ＲＳ４８５转换器连接，构成总线结构。现场站可由已模　块化的各部件组成各种款式。模块化的各部件主要有信号采　集盒、执行阀驱动盒、主机笼、彩色液晶显示器及触摸键盘４　（１）将现场站采控数据取上来送显示，存数据库、组织曲　线、打印报表及曲线等。　（２）在上位机平台完成一些对现场站的操作指令，主要　有：①备份、修改现场站基本设置参数；②实时操作“进酒时　间”、“手／自动转换”、“手动开阀（阀位）”、“复位”、“时钟”、“选　择曲线”、“曲线转段”和“删设罐”等；⑧当一罐啤酒生产结束　种模块，这４种模块完全达到产品化要求。现场站提供通讯　模块与总线连接，通讯模块由双口ＲＡＭ和ＭＣＳ５１单片机等　收稿日期：２００５－０４．１８。　作者简介：崔峰（１９７５一），女，山东莱芜人，硕士研究生，研究方向为数据库理论和应用：　张立群，男，副教授，研究方向为数据库理论和应　用、工作流；李秀芳，女，硕士，讲师。　・——２０８８・——　维普资讯 http://www.cqvip.com

时，可以将记录曲线另外登记成后台文档，便于管理部门做历　史判读。　２系统的软件环境　为了提高系统的可靠性，系统选用基于ＮＴ构架的Ｗｉｎ—　ｄｏｗｓ２０００Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ作为操作系统。Ｄｅｌｐｈｉ是Ｂｏｒｌａｎｄ公司一　种优秀的ｗｉｎｄｏｗｓ开发工具，良好的人机界面可以给在线控　制带来极大的方便，有利于快速直观的了解啤酒大罐的温度、　压力和液位等的动态变化。本系统采用的是Ｄｅｌｐｈｉ６．０。本系　统采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ来管理数据库。ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ是一　种关系数据库管理系统。他建立在成熟和强大的关系模型上。　ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ全面的数据完整性保护，无论是复杂的事务支持和　高级安全性，还是以用户数据库隐式部分支持用户的商业规　划对象、数据完整性、保护性都使用，本系统采用的ＳＱＬ　Ｓｅｒ－　ｖｅｒ７．０。　３系统的软件设计　系统软件需要完成将现场站采控的数据，如酒温、压力和　液位等的实时显示和动态变化。当一罐啤酒结束时，还要将　其记录曲线另外登记成后台文档，便于管理部门做历史判读　和分析　。因此，设计的系统软件结构如图２所示。　啤酒发酵在线控制　图２功能模块　３．１通讯模块　上位机与６个现场站之间以主从形式通讯，一次通讯量　为ｌ　Ｋ字节，由于多方用４８５总线连结，故信息通讯表现为唱　票方式，上位机与各个现场站的相关关系由传送信息中命令　字自行确认ｍ。根据命令字，通讯过程为：　（１）打开通讯端口。　ｈＣｏｍｍ：＝ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ（ＰＣｈａｒ（＇ｃｏｒｎ２’），ＧＥＮＥＲＩＣ　ＲＥＡＤ　ｏｒ　ＧＥＮＥＲＩＣＷＲＩＴＥ，０，ｎｉｌ，ＯＰＥＮ＿＿ＥＸＩＳＴＩＮＧ，０，０）；　（２）关闭通讯端口。　ＣｌｏｓｅＨａｎｄｌｅ（ｈＣｏｍｍ）；　（３）数据采集。　ｆｏｒ　ｉＳｔａｔｉｏｎ：＝１　ｔｏ　６　ｄｏ　ｂｅｇｉｎ　ｉｆ　ＳｔａｔｉｏｎＤｅｆｉｎｅｄ［ｉＳｔａｔｉｏｎ］＝１　ｔｈｅｎ　ｂｅｇｉｎ　ｔａｋｅｌｋ＿ｌｆａｇ：＝Ｆａｌｓｅ；／／先置取ｌ　ｋ数据的标志为假，由下面　取数过程Ｕｐｌｏａｄ决定真假　Ｕｐｌｏａｄ（ｉＳｔａｔｉｏｎ）；　ｉｆｔａｋｅｌｋ＿ｌｆａｇ＝劬ｌｅ　ｈｔｅｎ／／取ｌｋ数据正确　ｂｅｇｉｎ　Ｕｎｚｉｐ（ｉｓｔａｔｉｏｎ）；／／解包　ＥｒｒｏｒＤｅｔｅｃｔ（ｉｓｔａｔｉｏｎ）；／／故障诊断　ｅｎｄ；　ｅｎｄ；　ｅｎｄ；　（４）采集数据处理。采集来的数据受到各种干扰，为了保　证数据准确性，并且不影响数据动态显示，需要进行滤波。这　个问题可以采用Ｗｉｎｄｏｗｓ的多线程技术来解决。线程是一种　操作系统对象，它表示在进程中代码的一条执行路径。在每　一个Ｗｉｎ３２应用程序中都至少有一个主线程，但可以在任何　地方创建多个附属线程，它们在后台进行其它各种类型的处　理。　Ｄｅｌｐｈｉ把有关线程的ＡＰＩ封装在ＴＴｈｒｅａｄ这个ＯｂｊｅｃｔＰａｓ－　ｃａｌ的对象中　。ＴＴｈｒｅａｄ类是一个抽象类，不能创建ＴＴｈｒｅａｄ　的实例，而只能创建其派生类的实例。在程序中，新创建的线　程对象如下：　ＴＧｅｔＤａｔａ＝ｃｌａｓｓ（ＴＩ］ｂｒｅａｄ）　Ｐｒｉｖａｔｅ／／ｐｒｉｖａｔｅ　ｄｅｃｌａｒａｔｉｏｎｓ　ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　Ｅｘｅｃｕｔｅ；ｏｖｅｒｒｉｄｅ；　ｅｎｄ；　可以看出，派生类中惟一必须覆盖的方法是Ｅｘｅｃｕｔｅ。于　要在子线程ＴｇｅｔＤａｔａＴｈｒｅａｄ中完成数据滤波，可以如下定义　Ｅｘｅｃｕｔｅ：　ｂｅｇｉｎ　ＦｒｅｅＯｎＴｅｒｍｉｎａｔｅ：＝Ｔｒｕｅ；　ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｔｉｍｅ：＝ｓｔｒｔｏｄａｔｅｔｉｍｅ（’２００４．０１—０１　０１：００：００’）　Ｗｈｉｌｅ　ｎｏｔ　Ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ　ｄｏ　ｂｅｇｉｎ　ＧｅｔＤａｔａ１；／／从下位机取采控数据函数ＴＧｅｔＤａｔａ．ＧｅｔＤａｔａ１　ｅｎｄ；　ｎｅｄ　３．２数据模块　（１）数据存取。在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台中，ＡＤＯ目前已经成为标　准的数据存取技术，该系统就是采用ＡＤＯ来存取数据。要建　立一个ＡＤＯ应用，首先需要在Ｆｏｒｍ或ＤａｔａＭｏｄｕｌｅ中放一个　ＡＤＯｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ控件，他允许通过ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｉｎｇ属性定义与　数据库联接　’。　第１步是设置ＡＤＯＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ的ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＳｔｒｉｎｇ。构造　ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＳｔｒｉｎｇ时，使用微软提供的联接串编辑器。选择ｂｕｉｌｄ　按钮，出现数据联接属性设置对话框，在ｐｒｏｖｉｄｅｒ页可以选择　使用的驱动程式，当确定使用的驱动程序后，可以选择下一　步，确定具体要联接的数据库，需要注意的是，选择不同的驱　动程序，在这一页需要确定的参数是不同的。当确定这里的　各个参数后，可以用测试联接按钮来测试数据库是否可以联　接，从而确定给定的联接参数是否正确。设置完成后Ｃｏｎｎｅｃ—　ｔｉｏｎＳｔｒｉｎｇ中的各项参数为：　Ｐｒｏｖｉｄｅｒ＝ＳＱＬＯＬＥＤＢ．１；Ｐｅｒｓｉｓｔ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｌｎｆｏ＝Ｆａｌｓｅ；Ｕｓｅｒ　ＩＤ＝　ｓａ；Ｉｎｉｔｉａｌ　Ｃａｔａｌｏｇ＝ＰＣＰＦＫ；Ｄａｔａ　Ｓｏｕｒｃｅ＝ＰＦＫＳＥＲＶＥＲ　＿当完成联接串后，就可以设置ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ为ｔｒｕｅ，使ａｄｏｃｏｎ—　ｎｅｃｔｉｏｎ与数据库真正的联接。　（下转第２０９９页）　・——２０８９・——　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＺＮ５３：　ＤＪＮＺ　Ｒ４．ＺＮ５３　ＬＪＭＰ　ＷＤ０Ｇ　ＤＪＮＺ　Ｒ３．ＺＮ５２　ＤＪＮＺ　Ｒ２，ＺＮ５１　３结束语　Ｃ　Ｅ　ＲＯ，槲８Ｈ，Ｚ２３００　本控制器可以自适应不同类型的多种遥控器产品，已经　ＬＪＭＰ　００２ＢＨ　被成功地使用。同样地，该控制器可以应用在工业设备中，在　Ｚ２３００：Ｌ脚　Ｚｌ　１００　高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅安　Ｚ３００１：　：键值比较处理　全可靠而且还能有效地隔离电气干扰。　ＭＯＶ　Ａ．ＲＯ　ＭＯＶ　Ｒ１．Ａ　参考文献：　Ｚ３００２：　［１】　余永权．Ｆｌａｓｈ单片机原理及应用【Ｍ】．北京：电子工业出版社，　ＭＯＶ　Ａ，＠Ｒ０　１９９７．　ＤＥＣ　Ｒｌ　［２】　何立民．单片机应用系统设计【Ｍ】．北京：北京航空航天大学出　ＭＯＶ　４９Ｈ，＠Ｒｌ　版社，１９９０．　Ｃ　Ｅ　Ａ，４９Ｈ，Ｚ３ｏｏ３　【３】　李洪明．漫谈红外遥控【Ｊ】．电子世界，２０００，（１）：５３．　ＩＮＣ　３ｌＨ　高建荣．基于单片机控制红外线遥控的编码实现［Ｊ］．计算机工　ＬＪＭＰ　Ｚｌ０００　程与设计，２００４，２５（１１）：２１０５．２１０７．　Ｚ３００３：　【５５】　刘晓明，安敏，王军．两种红外解码技术的探讨【Ｊ】．测控技术，　Ｃ　Ｅ　Ｒｌ，＃３ＢＨ，Ｚ３００２　２００１，２０（１２）：５１－５２．　Ｌ　讧Ｐ　Ｚ３Ｏｏｏ　［６】　肖圣兵，仲兴荣，徐清源．一种红外遥控信号的解码方法［Ｊ］．苏州　ＬＪⅣ　ＷＤＯＧ　大学学报（自然科学），２００２，ｌ８（２）：ｌｏ４．１０５．　（上接第２０８９页）　第２步设置ＡＤＯｑｕｅｒｙ或ＡＤＯＴａｂｌｅ，对于ＡＤＯｑｕｅｒｙ，需　运行数据、历史曲线以及报警信息转存到数据库当中，该数据文　要将ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ属性设置为ＡＤＯｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，而对于ＡＤＯ．　件为５分钟１次记录的ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ数据库数据组成，为独立于系　Ｔａｂｌｅ，需要将ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ属性设置为ＡＤＯｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；将Ｔａｂｌｅ．　统之外的文件；数据库提供９０天的循环记录的历史数据，有曲　Ｄｉｒｅｃｔ属性设置为Ｆａｌｓｅ。这样可以把ＡＤＯｑｕｅｒｙ和ＡＤＯＴａｂｌｅ　线和表格两种显示方式，以在企业局域网中长久的存放和查阅。　连接到刚才的ＡＤＯｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，以便通过ＡＤＯｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ去实　现对数据库的存取，而不是直接去对数据库进行存取。便于　４结束语　对数据的统一管理。　啤酒发酵在线控制系统，在以上硬件的基础上，完成了前　（２）动态显示。通过以上的数据存取，需要动态显示的数　面所述的软件功能以后，已经基本实现了啤酒发酵在线控制。　据经过处理以后存储在数据库中，所以动态显示单元首先要　通过对历史数据的查询和分析，可以很方便的了解啤酒在发　从数据库文件中读取已存储的进酒时间、温度、压力和液位相　酵过程中的温度、压力和液位等参数的变化趋势。在今后的　对应的数值，然后再利用Ｄｅｌｐｈｉ提供的绘图功能以及非可视　工作中，将进一步对该系统提供的啤酒发酵模型进行研究，提　化控件Ｔｒｉｍｅｒ，就可以在Ｔｌｍａｇｅ对象上实现动态显示，如图３　高模型的准确性，并在此基础上进一步完善控制算法模块，从　所示。使用Ｔｉｍｅｒ可以在指定的时间间隔有规律地触发一个　而逐步建立一种智能化的啤酒发酵自动控制系统。　事件ＯｎＴｉｍｅｒ，程序定义ＲｅｆｒｅｓｈＴｉｍｅｒ为Ｔｒｉｍｅｒ类，并且定义　ＲｅｆｒｅｓｈＴｉｍｅｒ．ｉｎｔｅｒｖａｌ：－２０００，即每２秒刷新一次画面。　参考文献：　（３）历史数据查询。在系统运行的过程中，会把以前的　【１】　于仁生．关于啤酒大罐现场分析及采控理论综述【Ｊ】．中国啤酒，　２００２。３（２）：１２０－１２２．　［２】　宋学平，王杰，赵武．火力发电厂化水检测系统的研究与开发［Ｊ］．　计算机测量与控制２００４，ｌ２（１）：３５．３６．　［３】　范逸之，陈立元．Ｄｅｌｐｈｉ与ＲＳ．２３２串行通信控制【Ｍ】．北京：清　华大学出版社，２００２．６４．６５．　［４】　赖胜，王永，孙德敏，等．营养液成分在线检测系统的设计与实　现［Ｊ］．计算机工程，２００４，３０（２１）：１４６．１４８．　【５】ＭａｒｃｏＣａｎｔｕ．Ｄｅｌｐｈｉ５从入门到精通【Ｍ】．北京：电子工业出版　社。２０００．１２６．　图３温度压力液位动态显示　【６】　Ａｄｖａｎｃｔｅｃｈ　ｃｏｒｐ　ａｄｖａｎｃｔｅｃｈ’Ｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｇｕｉｄｅ［ｚ】．２００３．２５６．２５７．　－——２０９９－——