(TIỂU LUẬN) báo cáo môn học DCS SCADA đề tài hệ thống điều khiển nhà nấu bia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN  BÁO CÁO MÔN HỌC DCS & SCADA Đề tài: Hệ thống điều khiển nhà nấu bia Giảng viên: TS Đào Quý Thịnh Nhóm: 18 Thành viên: Họ tên Nguyễn Văn Minh Nguyễn Nhật Quân Vương Đức Trung Nguyễn Thế Duy Hà Nội, 2/2022 Mục Lục LỜI CẢM ƠN .1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHÀ NẤU BIA .2 1.1 Thành phần 1.1.1 Gạo 1.1.2 Malt 1.1.3 Nấm men 1.1.4 Hoa hublon .3 1.1.5 Nước .4 1.2 Quy trình cơng nghệ 1.2.1 Công đoạn nghiền 1.2.2 Công đoạn nấu .6 1.2.3 Công đoạn lọc 1.2.4 Công đoạn nấu hoa Houblon 1.3 Sơ đồ công nghệ nồi nấu 1.3.1 Nồi gạo 1.3.2 Nồi Malt 1.3.3 Nồi hoa 10 1.3.4 Nồi lọc 10 1.4 Lựa chọn thiết bị phần cứng 11 1.4.1 Động khuấy 11 1.4.2 Máy bơm dịch 11 1.4.3 Van gia nhiệt 11 1.4.4 Van khí nén 12 1.4.5 Cảm biến nhiệt độ 12 1.4.6 Cảm biến mức 13 1.4.7 Lựa chọn PLC 13 Chương 2: MƠ HÌNH HĨA HÀM TRUYỀN VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CÁC ĐỐI TƯỢNG 14 2.1 Mơ hình hố lý thuyết 14 2.2 Thiết kế điều khiển PID điều khiển nhiệt độ cho nồi nấu 16 2.2.1 Nồi Malt 16 Chương 3: Lập trình chương trình PLC 27 3.3 Lập trình tồn chương trình 39 Chương 4: Thiết kế giao diện giám sát điều khiển 41 4.1 Sơ đồ hệ thống 41 4.2 Kết nối giao diện với PLC 42 4.3 Các giao diện hướng dẫn sử dụng 43 4.3.1 Giao diện đăng nhập 43 4.3.2 Giao diện 44 4.3.3 Giao diện nồi gạo 45 4.3.4 Giao diện nồi Malt 46 4.3.5 Giao diện nồi Hoa 48 4.3.6 Giao diện nồi lọc 49 4.3.7 Giao diện nồi lắng xoáy 50 4.3.8 Giao diện cài đặt tài khoản 50 Chương 5: Kết 52 5.1 Giao diện giám sát nồi gạo 52 5.2 Giao diện giám sát nồi Malt 53 5.3 Kết giao diện nồi Hoa 54 Phụ lục 55 LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin trân thành cảm ơn hướng dẫn bảo tận tình TS Đào Quý Thịnh suốt trình thực báo cáo hỗ trợ nhóm đưa kế hoạch, nhận xét thiếu sót, định hướng phương án thực hiện, nhờ mà nhóm hồn thành đề tài cách thuận lợi Thời gian làm báo cáo thầy giúp cho nhóm học hỏi thêm nhiều kiến thức không kiến thức chuyên ngành mà kết hợp với môn chuyên ngành khác, đồng thời nâng cao khả làm việc nhóm, khả phân tích xử lý tốn thực tế Em xin trân trọng cảm ơn! CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHÀ NẤU BIA 1.1 Thành phần Nguyên liệu để dùng để sản xuất bia bao gồm: gạo, malt, H2O, men, hoa hupblon Trong hai ngun liệu dùng để sản xuất bia malt hoa hupblon Ngoài thay malt nguyên liệu phụ mì, gạo ngơ để giảm chi phí sản xuất Cho đến bia giới sản xuất chủ yếu với công thức cổ điển: BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯỚC Việc sản xuất dựa tảng công nghệ tiên tiến tuân theo nghiêm ngặt quy trình cơng nghệ tiêu chuẩn Việt Nam giới 1.1.1 Gạo Chỉ nguyên liệu phụ chiếm 30% thành phần nguyên liệu sản xuất bia Đây nguyên liệu sử dụng để thay nhằm giảm chi phí sản xuất, cải thiện thành phần dịch chiết, cải thiện mùi vị bia, để bảo quản lâu dài trình sản xuất người ta thay phần malt số loại đại mạch chưa nảy mầm loại ngũ cốc khác thay nguyên liệu nảy mầm Nhờ mà ta thu bia thành phẩm với giá rẻ hơn, chất lượng bia thành phẩm giảm khơng đáng kể Hình 1: Gạo 1.1.2 Malt Là loại hạt ngũ cốc hay thường gọi lúa mạch Chiếm 70% thành phần nguyên liệu sản xuất bia thường nhập từ nước ngồi,malt cịn dùng để tạo màu cho Hình 2: Lúa mạch (Malt) bia 1.1.3 Nấm men Nấm men dung sản xuất bia có khả hấp thụ chất dinh dưỡng mơi trường nước mạch nhà loại đường hịa tan, hợp chất nitơ axit amin, peptit, vitamin, nguyên tố vi lượng qua màng tế bào Sau hang loạt phản ứng sinh hóa mà đặc trưng trình trao đổi chất để chuyến hóa chất thành dạng cần thiết cho trình phát triển lên men nấm men tiến hành Hình 3: Nấm men 1.1.4 Hoa hublon Là thành phần làm nên hương vị cay, đắng cho bia Hình 4: Hoa houblon 1.1.5 Nước Là nguyên liệu để sản xuất bia Trong thành phần bia nước chiếm từ 87% đến 90% Nước dùng tất công đoạn sản xuất bia Vì mà thành phần tính chất nước ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm cuối bia Vì nước sản xuất bia phải xử lý đạt yêu cầu trước đưa vào hệ thống Hình 5: Nước 1.2 Quy trình cơng nghệ Hình 6: Quy trình cơng nghệ nấu bia 1.2.1 Cơng đoạn nghiền Đây công đoạn quy trình nấu bia, thực việc nghiền gạo malt để tạo điều kiện cho enzim hoạt động tốt Giúp giảm kích thước hạt nguyên liệu, tăng bề mặt tiếp xúc với nước, làm cho xâm nhập nước Mục đích - Giúp giảm kích thước hạt nguyên liệu , tăng bề mặt tiếp xúc với nước, làm cho xâm nhập nước vào thành phần chất nội nhũ nhanh thúc đẩy trình đường hóa q trình thủy phân xẩy thuận lợi triệt để - Có phương pháp nghiền: nghiền trạng thái khô, nghiền có phun ẩm nghiền với nước Ở nhà máy bia sử dụng phương pháp nghiền khô cho loại malt 1.2.2 Cơng đoạn nấu Mục đích: - Trích ly chất chiết từ malt gạo nước - Góp phần tạo màu cho bia - Thủy phân số chất có phân tử lớn thành chất phân tử lượng nhỏ để cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men phát triển Qúa trình thủy phân chủ yếu nhờ hệ enzyme có sẵn malt, ngồi bổ xung thêm lượng nhỏ chế phẩm enzyme Cách tiến hành: - Gạo bơm vào nồi nấu gạo, hỗn hợp gạo nước chiếm thể tích 2/3 nồi nấu Hỗn hợp tăng nhiệt độ lên khoảng 70-72 độ C giữ thời gian 20 phút để thực q trình đường hóa, lúc chủ yếu cho loại đường maltose dextrin Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 83-85 độ C giữ thời gian 15 phút để thực trình hồ hóa bột gạo Sau dịch gạo hạ xuống 72 độ C bổ xung malt lót vào, giữ khoảng 15-20 phút để dịch hóa hồn tồn tinh bột gạo Sau tăng nhiệt độ lên 100 độ C 20 phút , cho nước lạnh vào hạ nhiệt độ xuống 80 độ C - Trong thời gian nấu gạo, tạo dịch malt có nhiệt độ khoảng 52 độ C, giữ nhiệt độ khoảng 20 phút, sau cho dịch gạo vào nồi dịch malt 52 độ C tạo hỗn hợp nhiệt độ 64 độ C , giữ nhiệt độ khoảng 40 phút sau tăng nhiệt độ lên 72 độ C, giữ 30 phút Cuối tăng nhiệt độ lên 76 độ C ,giữ phút bơm sang nồi lọc - Qúa trình chuyển thành phần malt nguyên liệu thay thành chất hòa tan vào nước gọi q trình thủy phân Trong quan trọng loại đường acid amin Người ta gọi q trình đường hóa chưa đủ, khâu không tinh bột biến thành đường mà protein nước nha tỉ lệ ảnh hưởng đến chất lượng bia sau - Qúa trình thủy phân thủy phân protein đường hóa phụ thuộc vào nhiều nhân tố, đặc biệt nhiệt độ, pH độ loãng hỗn hợp thủy phân Người ta dựa vào nhân tố để điều chỉnh trình thủy phân theo hướng nấu tốt 1.2.3 Cơng đoạn lọc Mục đích - Tách pha lỏng khỏi hỗn hợp để chuẩn bị cho trình tiếp theo, phần rắn phải loại bỏ - Rửa bã để tận thu chất chiết cịn xót lại bã Cách tiến hành - Thiết bị lọc nồi lọc, đáy với màng lọc lớp bã - Trước tiến hành lọc, thiết bị lọc rửa thật kĩ nước - Sau đó, bơm cháo sang thiết bị lọc bơm li tâm Trong thời gian bơm cháo, hệ thống dao cào hạ thấp cho quay để dàn bã mặt đáy sau bơm hết qua nồi lọc hệ thống nâng lên để yên khối cháo 30 phút để bã kết lắng tạo thành lớp lọc Kết lắng phần tử nặng nhất, kết lắng cuối phần tử nhẹ nhất, có kích thước nhỏ lớp gọi bùn - Dịch đường xả lúc đầu đục, ta phải bơm hồi lưu trở lại nồi lọc Qúa trình bơm hồi lưu kéo dài 15 phút, sau dịch đường bắt đầu - Sau lọc xong bã malt rửa nước nóng 75- 78 độ C Ở nhiệt độ thích hợp cho việc tiếp tục đường hóa lượng tinh bột hồ hóa giai đoạn đun sơi - Nếu nhiệt độ nước rửa thấp tốc độ chảy dịch rửa bã chậm, kéo dài thời gian lọc hiệu trích ly chất chiết thấp Nếu nhiệt độ nước rửa cao hồ hóa tinh bột cịn xót lại bã,làm tăng độ nhớt dịch rửa bã, kéo dài thời gian rửa bã nguyên nhân làm đục dịch đường - Dịch đường bơm sang thiết bị đun hoa hupblon 1.2.4 Cơng đoạn nấu hoa Houblon Mục đích: 10 Hình 46: Giao diện nồi Malt Hình 47: Chi tiết nồi Malt 51 4.3.5 Giao diện nồi Hoa Hình 48: Giao diện nồi Hoa “Quay lại” để quay lại giao diện “Nồi Lắng Xốy” để chuyển sang giao diện “nồi Lắng xoáy”, tương tự “Nồi Lọc” 52 “Chi tiết” để vào xem thông số chi tiết nồi Hoa Giao diện chi tiết nồi Hoa tương tự nồi Gạo nồi Malt 53 Hình 49: Chi tiết nồi hoa 4.3.6 Giao diện nồi lọc “Quay lại” để quay lại giao diện “Nồi Hoa” để chuyển sang giao diện “Nồi Hoa”, tương tự “Nồi Malt” 54 Hình 50: Giao diện nịi lọc Nồi không cần điều khiển nhiệt độ nên thơng tin chi tiết 4.3.7 Giao diện nồi lắng xốy Hình 51: Giao diện nồi lắng xốy “Quay lại” để quay lại giao diện “Nồi Hoa” để chuyển sang giao diện “Nồi Hoa” Nồi không cần điều khiển nhiệt độ nên khơng có thơng tin chi tiết 4.3.8 Giao diện cài đặt tài khoản Giao diện giúp thêm, xố tài khoản đăng xuất kết thúc ca làm việc 55 Hình 52: Giao diện dăng xuất 56 Chương 5: Kết 5.1 Giao diện giám sát nồi gạo Hình 53: Giao diện giám sát nồi gạo Vì theo lý thuyết thời gian mơ lâu nên nhóm em thay đổi mơ hình tốn học thơng số PID để kết nhanh Nhóm vẽ đồ thị gia nhiệt cho nồi 57 gạo, hiển thị nhiệt độ, tốc độ cánh khuấy cảnh báo, thay đổi thông số PID Tương tự cho với nồi Nồi Malt nồi Hoa 58 5.2 Giao diện giám sát nồi Malt Hình 54: Giao diện giám sát nồi Malt 59 5.3 Kết giao diện nồi Hoa Hình 55: Giao diện giám sát nồi hoa 5.4 Kết cảnh báo Khi nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép, có tín hiệu cảnh báo, đồng thời thời gian nội dung cảnh báo gửi sql server Hình 56: Kết cảnh báo 60 Phụ lục Code PLC: Chương trình hàm main : 61 Hình 57: Code PLC 2.Chương trình nồi gạo : 62 3.Chương trình nồi Malt : 63 4.Chương trình nồi hoa : 64 ... giám sát điều khiển 4.1 Sơ đồ hệ thống Hình 39: Sơ đồ khối hệ thống Hình sơ đồ khối kết nối hệ thống giám sát điều khiển, đó: 4.1.1 SQL server MS SQL Server hệ thống quản trị sở liệu quan hệ (RDBMS)... xoáy (Thuật toán điều khiển nhóm em thao khảo tài liệu.) 40 3.2 Lập trình điều khiển PID điều khiển nhiệt độ Hiện phương pháp sử dụng điều khiển PID riêng cho van tuyến tính điều khiển PID mềm xây... phân điều khiển Vì ta chọn điều khiển P cho trình điều khiển nhiệt độ nồi malt Sử dụng phương pháp Ziegler-Nichols để xác định thông số cho điều khiển P nồi malt Tăng hệ số khuếch đại Kp điều khiển