Đang tải... (xem toàn văn)
Mô tả quy trình, công nghệ của mô hình nhà máy sản xuất bia bằng việc ứng dụn PLC trong tụ động hóa, điều chỉnh các tham số kỹ thuật trong nhà máy bia. Là đồ án tốt nghiệp của nhóm sinh viên khoa điện trường đại học công nghiệp Hà Nội
TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa điện LI NÓI ĐẦU Đất nước ta đà phát triển, q trình cơng nghiệp hóa – đại hóa diễn mạnh mẽ, hội nhập quốc tế kinh tế có bước tiến vững Cùng với phát triển kinh tế nhu cầu điện không ngừng gia tăng Ngành điện đóng vai trị then chốt kinh tế Mặt khác, việc áp dụng công nghệ nhiều lĩnh vực sản xuất khác dẫn đến đời hàng loạt thiết bị đại, có thiết bị logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller) PLC phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng nhà máy – xí nghiệp Nó thay cho hệ thống điều khiển relay, contactor thông thường cồng kềnh phức tạp Nó làm việc có hiệu với máy làm việc độc lập với hệ thống điều khiển phức tạp có tính tự động hóa cao, dễ lập trình… Hiện nay, với phát triển kinh tế nhu cầu người tăng theo Ngành giải khát ngành phát triển nay, có sản xuất bia Bia loại đồ uống giải khát lên men có ga mà chứa đầy đủ yếu tố dinh dưỡng Điều đặt vấn đề cho ngành sản xuất bia làm để làm nhiều đảm bảo chất lượng để đáp ứng nhu cầu ngày cao người Để tự động hoá trình sản xuất, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng suất lao động, giảm chi phí sản xuất … Chúng em lựa chọn PLC-CPM2A hãng OMRON với ưu điểm kích thước nhỏ gọn, giá thành hạ vận hành đơn giản vào ứng dụng sản xuất bia Trong trình học tập trường Đại học Công nghiệp Hà Nội chúng em thầy cô giáo truyền đạt cho nhiều kiến thức chuyên ngành điện nói chung tự động hóa nói riêng Kiến thức giúp chúng em hiểu biết có tầm nhìn ngành điện §å ¸N TèT NGHIƯP NHãM SV LíP LT C§-§H §IƯN 1-K1 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa điện Để tổng hợp lại kiến thức ngành điện để chuẩn bị cho công việc sau trường đồ án tốt nghiệp mơn PLC chuẩn bị cho tương lai Được hướng dẫn tận tình thầy giáo Bùi Lập Hiến với cố gắng nỗ lực thân chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp thời hạn Song thời gian có hạn kiến thức hạn chế nên đồ án tốt nghiệp chúng em khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em kính mong thầy giáo bạn góp ý để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2009 Nhóm sinh viên: §å ¸N TèT NGHIƯP NHãM SV LíP LT C§-§H §IƯN 1-K1 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa điện MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA I KHÁI NIỆM Bia loại nước uống chứa cồn sản xuất trình lên men đường lơ lửng khơng chưng cất sau lên men Nói cách khác, bia loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp hương vị đặc trưng hoa houblon Đặc biệt CO2 hịa tan bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho q trình tiêu hóa Ngồi bia cịn chứa lượng vitamin phong phú (chủ yếu vitamin nhóm B1, B2, PP…) Nhờ ưu điểm này, bia sử dụng rộng rãi hầu giới với sản lượng ngày tăng Đối với nước ta bia trở thành loại đồ uống quen thuộc ngày tăng số lượng trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn ngành công nghiệp nước ta Quá trình sản xuất bia gọi nấu bia Do thành phần sử dụng để sản xuất bia khác tùy theo khu vực, đặc trưng bia hương vị màu sắc thay đổi khác có khái niệm loại bia hay phân loại bia khác II CÁC LOẠI BIA Có nhiều loại bia khác nhau, loại bia coi thuộc kiểu cụ thể Kiểu bia mác dán miêu tả hương vị tổng thể thông thường nguồn gốc bia, phù hợp với hệ thống tiến hóa qua lần thử sai số qua nhiều kỉ Yếu tố để xác định loại bia công nghệ lên men Phần lớn kiểu bia thuộc hai họ lớn: ale – sử dụng lên men lager – sử dụng lên men chìm Bia có đặc trưng pha trộn ale v lager c gi l bia lai Đồ áN TốT NGHIƯP NHãM SV LíP LT C§-§H §IƯN 1-K1 TRêng đại học công nghiệp hà nội khoa điện Ale: Ale loại bia sản xuất cơng nghệ lên men nổi, thơng thường lên men nhiệt độ cao so với bia lager (15-23 oC) Các men bia ale nhiệt độ tạo lượng đáng kể ester, hương liệu thứ cấp sản phẩm tạo mùi khác Các khác biệt kiểu loại ale nhiều so với loại lager, nhiều loại bia ale khó để phân loại chúng Lager: Công nghệ lên men bia lager lên men chìm, thơng thường lên men nhiệt độ 7-12oC (44-55oF) (“pha lên men”), sau lên men thứ cấp 0-4oC (30-40oF) (“pha lager hóa”) Trong giai đoạn lên men thứ cấp, lager làm chín Các điều kiện lạnh kiềm chế việc sản xuất tự nhiên ester phụ phẩm khác, tạo hương vị “khô lạnh hơn” bia Các công nghệ sản xuất bia lager Gabriel Sedlmayr Anton Dreher khai phá Với việc kiểm sốt q trình lên men hồn thiện hơn, phần lớn cơng nghệ sản xuất bia lager sử dụng thời gian lưu trữ lạnh ngắn, thông thường từ đến tuần Loại bia hỗn hợp: Kiểu bia lai hay bia hỗn hợp sử dụng nguyên liệu công nghệ đại thay (hoặc bổ sung) khía cạnh truyền thống sản xuất bia Mặc dù có số biến thái nguồn khác III CÁC NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA Nguyên liệu dùng để sản xuất bia bao gồm: gạo, malt, H 2O, men, hoa Hupblon, chất phụ gia Trong malt hoa Hupblon hai nguyên liệu dùng để sản xuất bia, có chất lượng cao hãng cung cấp hàng đầu giới Việc sản xuất dựa tảng công nghệ tiên tiến tuân thủ nghiêm ngặt theo quy trình cơng nghệ tiêu chuẩn Việt Nam-Thế giới Gạo Gạo nguyên liệu phụ (chiếm 30%), nguyên liệu dùng để thay nhằm giảm giá thành sản phẩm Gạo mua từ gạo ăn bình thường, đem nghiền nát sau say mịn dạng đưa vào nồi gạo Ở nồi gạo, gạo dạng hoà tan nước 77oC hỗn hợp hồ hố 100 oC Trong q trình hồ hố có bổ sung thêm số hố chất như: CaCl 2, CaSO4 nhằm mục đích cung cấp Ca 2+ để phục vụ cho q trình đường hố sau có bổ sung thêm loại enzym chống cháy có tên thương mại Termamyl để pha loãng dung dịch, chống trường cháy nồi enzym phải enzym chu nhit cao Malt Đồ áN TốT NGHIệP NHóM SV LớP LT CĐ-ĐH ĐIệN 1-K1 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa điện Malt l mt ht ngũ cốc gọi lúa mạch (chiếm 70%) Nó nhập từ nước Anh, Úc, Đan Mạch Chất lượng malt đảm bảo theo tiêu chuẩn tập đoàn Casberg Malt nước gửi mẫu cho phịng thí nghiệm Casberg chất lượng malt kiểm tra Đối với việc hồ tan malt khác với hồ tan gạo malt dễ bị tượng đóng cục malt khuấy trộn dạng phun nước trước cho vào nồi phun Malt dùng để tạo màu cho bia, với malt bình thường khơng đủ độ màu người ta thêm malt “ đen” để tăng độ màu Men Men chất xúc tác có nguồn gốc prơtêin, phân tử có cấu tạo polypeptit Tác dụng xúc tác nhờ q trình lên men Đó q trình xảy thay đổi thành phần hoá học chất gây kết hoạt động vi sinh vật (ví dụ men rượu, nấm vi khuẩn).Trong trường hợp này, chất men vi sinh vật tạo yếu tố hoạt động xúc tác Chất men giữ tính hoạt động khả tác dụng lấy khỏi vi sinh vật Mỗi loại men có hương vị riêng Hoa Hupblon Hoa hupblon dùng để tạo vị đắng cho bia Cây Hupblon loại dây leo, thích hợp khí hậu ơn đới, trồng nhiều Anh, Mỹ Có loại Hupblon là: Hupblon bittermiss Hupblon Aroma Cả loại phải bảo quản nhiệt độ 10oC để giảm độ mát - axit Trên Hupblon người ta thường dùng hoa để tạo vị đắng cho bia hoa Hupblon có vị đắng nhiều H2O Nước tham gia trực tiếp vào quy trình cơng nghệ (như ngâm đại mạch, nấu malt, lọc dịch nha, lên men, cơng đoạn chiết rót…), tạo nên sản phẩm cuối Có thể nói nước ngun liệu để sản xuất bia bia hàm lượng nước chiếm 90-92% trọng lượng bia Thành phần hàm lượng chúng ảnh hưởng lớn đến q trình cơng nghệ chất lượng bia thành phần Nước công nghệ sử dụng quy trình nấu malt, nấu gạo, rửa bã, ngâm đại mạch IV CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA Bao gồm có phân xưởng chính: + Phân xng nu + Phõn xng lờn men Đồ áN TốT NGHIƯP NHãM SV LíP LT C§-§H §IƯN 1-K1 TRêng đại học công nghiệp hà nội khoa điện + Phõn xưởng chiết Phân xưởng nấu • Ngun liệu chính: Malt & gạo • Làm nguyên liệu • Cân • Nghiền • Hồ hoá • Đường hoá • Lọc dịch đường • Houblon hố Phân xưởng lên men • Lắng trong: sau kết thúc trình đun sôi, nước nha bơm sang lắng cặn nhằm mục đích tách cặn tủa nóng • Làm lạnh dịch nha: mục đích đưa nhiệt độ nhiệt độ thích hợp cho q trình lên men • Nhân men giống: nhằm chuẩn bị lượng men giống ban đầu cần thiết Đồng thời hoạt hố tính nấm men • Lên men chính: nhằm chuyển hố đường dịch nha thành ethanol, carbondioxit với sản phẩm phụ sản phẩm trung gian từ trình trao đổi chất nấm men • Lên men phụ: mục đích chuyển phần đường cịn sót lại sau q trình lên men để tạo thành CO2 sản phẩm khác Phân xưởng chiết Chuyển két lên băng tải • Gắp chai • Rửa chai • Kiểm tra chai • Chiết đóng nắp • Kiểm tra thể tích bia • Thanh trùng V CÁC THIẾT BỊ TRONG SẢN XUẤT BIA • Máy nghiền bao gồm: + Máy nghiền gạo + Mỏy nghin Malt ã Ni bao gm: Đồ áN TèT NGHIƯP NHãM SV LíP LT C§-§H §IƯN 1-K1 TRờng đại học công nghiệp hà nội ã ã ã • • • khoa ®iƯn + Nồi + Nồi hồ hoá + Nồi đường hoá + Nồi nấu hoa Động khuấy Thùng lọc đáy thùng lọc đáy nghiêng Thùng lọc bã hoa Thùng lắng Đường ống dẫn Động bơm cháo CHƯƠNG II GIỚI THIỆU PLC – CPM2A CỦA HÃNG OMRON I CÁC THAM SỐ CHUNG Giới thiệu PLC-CPM2A 1.1 Cấu trúc PLC (Programmable Logic Controller – goi tắt PLC) Về PLC chia làm phần sau: • Phần giao diện đầu vào (Input) • Phần giao diện đầu (Output) • Bộ xử lý trung tâm (CPU) • Bộ nhớ liệu chương trình (Memory) • Nguồn cung cấp cho hệ thống (Power Supply) Đồ áN TốT NGHIệP NHóM SV LớP LT CĐ-ĐH ĐIệN 1-K1 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa ®iƯn Hình 1: Sơ đồ cấu trúc PLC Nguồn cung cấp (Power Supply) biến đổi điện cung cấp từ bên ngồi thành mức thích hợp cho mạch điện tử bên PLC (thông thường 220VAC – 5VDC 12 VDC) Phần giao diện đầu vào biến đổi đại lượng điện đầu vào thành mức tín hiệu số (digital) cấp vào cho CPU xử lý Bộ nhớ (Memory) lưu chương trình điều khiển lập người dùng liệu khác cờ, ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra… Nội dung nhớ mã hoá dạng mã nhị phân Bộ xử lý trung tâm (CPU) thực thi lệnh chương trình lưu nhớ, xử lý đầu vào đưa kết xuất điều khiển cho phần giao diện đầu (Output) Phần giao diện đầu thực biến đổi lệnh điều khiển mức tín hiệu số bên PLC thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngồi đóng mở rơle, biến đổi tuyến tính số - tương tự… Thơng thường PLC có kiến trúc kiểu module hố với thành phần đặt module riêng ghép với tạo thành hệ thống PLC hoàn chỉnh Riêng loại Micro PLC CPM1A CPM2A loại tích hợp sẵn tồn thành phần 1.2 Hoạt động PLC Hình lưu đồ thực bên PLC, phần quan trọng thực chương trình cập nhật đầu vào Quá trình thực liên tục khơng ngừng theo vịng kín gi l scan hay cycle hoc sweep Phn Đồ áN TèT NGHIƯP NHãM SV LíP LT C§-§H §IƯN 1-K1 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa điện thc chương trình gọi program scan thị bỏ qua PLC chuyển sang chế độ PROGRAM Hình 2: Lưu đồ thực PLC 1.3 Các bit đầu vào PLC tín hiệu điện bên ngồi Hình 3: Các bit đầu vào Các bít PLC phản ánh trạng thái đóng mở cơng tắc điện bên ngồi hình Khi trạng thái khố đầu vào thay đổi (đóng/mở) Trạng thái bit tương ứng thay đổi tương ứng (1/10) Các bit PLC tổ chức thành word; ví dụ hình, khoá đầu vào nối tương ứng với word 000 1.4 Các bit đầu PLC thit b in bờn ngoi Đồ áN TốT NGHIệP NHóM SV LớP LT CĐ-ĐH ĐIệN 1-K1 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa điện Hỡnh 4: Cỏc bit đầu thiết bị điện bên ngồi Trên hình ví dụ bit điều khiển đầu PLC Các bit word 010 (từ 010.00 đến 010.15) điều khiển bật tắt đèn tương ứng với trạng thái (“1” “0”) 1.5 Các địa nhớ CPM2A Các địa dạng bit PLC biểu dạng sau: Hình 5: Các địa nhớ Trong tiền tố ký hiệu loại địa nhớ Ví dụ: SR cho Special Relay, LR cho Link Relay, IR cho Internal Relay,… Riêng Internal Relay bit vào I/O khơng cần có tiền tố IR tham chiếu Special Relay thường coi Internal Relay khơng cần có tiền tố Ví dụ: 000.00 bit thứ word 000 000.01 bit th hai ca word 000 Đồ áN TốT NGHIƯP NHãM SV LíP LT C§-§H §IƯN 1-K1 10 TRêng đại học công nghiệp hà nội khoa điện Nguyờn lý làm việc: cấp điện vào cuộn hút van, van mở cho nước chạy qua van cấp nước cho nồi nấu Khi không cấp điện vào van, van đóng lại, nước khơng cấp vào nồi + V2: loại van điện từ dùng để cấp liệu Gạo vào nồi nấu Nguyên lý làm việc: cấp điện vào cuộn hút van, van mở cho Gạo chạy qua van cấp Gạo vào nồi nấu Khi không cấp điện vào van, van đóng lại, Gạo khơng cấp vào nồi nấu + V3: loại van điện từ dùng để cấp liệu Malt lot vào nồi nấu Nguyên lý làm việc: cấp điện vào cuộn hút van, van mở cho Malt lot chạy qua van cấp Malt lot vào nồi nấu Khi không cấp điện vào van, van đóng lại, Malt lot khơng cấp vào nồi nấu + V4: loại van điện từ dùng để chuyển cháo sang nồi Malt kết thúc trình nấu Nguyên lý làm việc: cấp điện vào cuộn hút van, van mở cho cháo nồi nấu chạy qua sang nồi Malt để thực q trình nấu Khi khơng cấp điện vào van, van đóng lại, cháo khơng chuyển sang nồi nấu Các loại cảm biến + S1: can nhiệt Có chức đo nhiệt độ + S2, S3: loại cảm biến mức - S2 phát mức cao ngắt van V1, V2, V3 để dừng cấp nguyên liệu vào nồi - S3 phát mức thấp ngắt động khuấy van V4 Động M: động khuấy Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nấu bia phải trải qua nhiều công đoạn khác nhau, thời gian hạn chế chúng em xin trình bày chi tiết cơng đoạn q trình hồ hố kết thúc q trình hồ hố cháo bơm sang nồi Malt để thực tiếp trình quy trình sản xuất bia Giai đoạn chuẩn bị nấu: Malt, gạo nghiền nhỏ chuẩn bị cho vào nồi thc hin quỏ trỡnh h hoỏ Đồ áN TốT NGHIƯP NHãM SV LíP LT C§-§H §IƯN 1-K1 21 TRêng đại học công nghiệp hà nội khoa điện Quỏ trỡnh hồ hoá: Trước nhập liệu bột gạo, cho nước vào trước khoảng 18hl (khoảng phút) nhằm chống cháy Malt ( lúc cánh khuấy nồi bắt đầu hoạt động ) Sau cho lượng malt vào, chia làm hai lần Lần thứ cho vào khoảng phút giúp cho hồ hoá tinh bột dễ dàng Sau xuống malt lót xong tiến hành nhập gạo Gạo nước xuống lúc với áp lực mạnh nhằm hoà tan bột gạo nước, tránh tượng gạo bị vón cục Thời gian để xuống hết gạo khoảng 12 phút nhiệt độ nồi gạo sau xong công đoạn pha bột gạo, nhiệt độ khoảng 46oC Nâng dần nhiệt độ khoảng 72oC khoảng thời gian 11 phút Trong khoảng thời gian hạt tinh bột bắt đầu hút nước trương nở lên, làm tăng độ nhớt dịch bột Giữ nhiệt độ 72 oC khoảng thời gian 10 phút để tác động lên phân tử amylose amylopectin Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 83 oC vòng 13 phút giữ nhiệt độ phút để tiếp tục hồ hoá tinh bột Thêm nước để hạ nhiệt độ xuống 72 oC khoảng phút Khi thời gian hạ nhiệt độ xuống phút( khoảng 72oC) đồng thời xuống malt lót lần thứ hai Tiếp theo nâng nhiệt độ lên 100oC thời gian 30 phút( nhiệt độ nồi gạo lên 88oC nồi Malt bắt đầu hoạt động) giữ nhiệt độ khoảng 15 phút để hồ hố hồn tồn tinh bột tạo điều kiện thuận lợi cho trình đường hố q trình lọc sau Kết thúc q trình tinh bột hồ hố hồn tồn (gọi cháo) chuyển sang nồi Malt để thực hiên q trình q trình đường hố Hình 15: Gin nu bia Đồ áN TốT NGHIệP NHóM SV LớP LT CĐ-ĐH ĐIệN 1-K1 22 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa điện II THUT TON V CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM Thuật tốn cơng nghệ: Bắt đầu Van V1 mở cấp nước vào nồi phút - Động M quay, Cánh khuấy hoạt động - Van V0 mở bắt đầu gia nhiệt Van mở cấp Malt lot lần vào phút - Van V1 van V2 mở lúc cấp Gạo Nước 12 phút - Van V0 gia nhiệt, lúc nhiệt độ 46o C -Van V0 ogia nhiệt lên 72oC khoang 11 phút - Đến 72 C giữ nhiệt độ 10 phút - Van V0 gia nhiệt lên 83oC khoảng 13 phút - Giữ nhiệt độ phút - Van V1 mở thêm nước để hạ nhiệt độ xuống 72o C khoảng phút - Khi phúto van V3 mở cho Malt lot lần vào nồi - Giữ nhiệt độ 72 C 25 phút - Van V0 gia nhiệt lên 100oC otrong khoảng 30 phút - Khi nhiệt độ nồi gạo lên 88 C→ nồi Malt bắt đầu hoạt động - Giữ nhiệt độ 100o C 15 phút Van V4 mở để chuyển cháo sang nồi Malt Kết thúc Hình 16: Thuật toỏn cụng ngh Đồ áN TốT NGHIệP NHóM SV LớP LT CĐ-ĐH ĐIệN 1-K1 23 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa điện Bng quy nh cỏc u vào/ra Đầu vào 000.00 000.01 000.02 000.03 002 Đầu 010.00 010.01 010.02 010.03 010.04 01005 Ký hiệu Start (ON) Stop (OFF) S3 S2 S1 Chức Khởi động hệ thống Dừng hệ thống Báo mức thấp Báo mức cao Cảm biến nhiệt V1 M V0 V3 V2 V4 Van cấp Nước Động khuấy Van cấp Van cấp Malt lot Van cấp Gạo Van chuyển cháo Sơ đồ đấu dây Hình 17: Sơ đồ ghép nối PLC Đồ áN TốT NGHIệP NHóM SV LớP LT CĐ-ĐH ĐIệN 1-K1 24 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa ®iƯn Chương trình lập trình cho PLC CPM2A §å ¸N TèT NGHIƯP NHãM SV LíP LT C§-§H §IƯN 1-K1 25 ... CHƯƠNG III ỨNG DỤNG PLC CPM2A VÀO CÔNG NGHỆ SN XUT BIA Đồ áN TốT NGHIệP NHóM SV LớP LT CĐ-ĐH ĐIệN 1-K1 19 TRờng đại học công nghiệp hà nội khoa điện I Mễ T BI TON NU BIA Mơ hình cơng nghệ q trình... ta bia trở thành loại đồ uống quen thuộc ngày tăng số lượng trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn ngành cơng nghiệp nước ta Q trình sản xuất bia gọi nấu bia Do thành phần sử dụng để sản xuất bia. .. ngun liệu để sản xuất bia bia hàm lượng nước chiếm 90-92% trọng lượng bia Thành phần hàm lượng chúng ảnh hưởng lớn đến q trình cơng nghệ chất lượng bia thành phần Nước công nghệ sử dụng quy trình