(TIỂU LUẬN) báo cáo GIỮA kì DCS SCADA đề tài thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống rửa nồi nấu CIP nhà máy bia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO GIỮA KÌ DCS & SCADA Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống rửa nồi nấu CIP nhà máy bia Giáo viên hướng dẫn : T.S Đào Quý Thịnh Sinh viên thực : Phạm Hữu Thanh Phạm Thái Hoàng Nguyễn Tiên Thành Nguyễn Văn Trụ MỤC LỤC MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA I Khái niệm bia quy trình cơng nghệ để sản xuất bia Khái niệm .4 Quy trình công nghệ sản xuất bia 2.1 Các nguyên liệu: II Qui trình cơng nghệ 10 Công đoạn nghiền 10 Công đoạn nấu 11 Quá trình lọc dung dịch sau nấu 11 Q trình Houblon hóa 12 Quá trình lành lạnh dịch đường 12 Công đoạn lên men 12 Quá trình lọc 13 Q trình đóng chai 14 III Sơ đồ công nghệ nồi nấu 14 IV Các thiết bị sử dụng 16 V Thiết kế chương trình, giao diện, sở liệu 20 Danh mục Hình ảnh Hình 1: Malt Hình 2: Hoa Hupblon Hình 3: Gạo Hình 4: Nấm men .9 Hình 5: Quy trình cơng nghệ nấu bia 10 Hình 6: Quá trình lên men bia nhà máy heniken 13 Hình 7: Sơ đồ cơng nghệ nồi gạo 14 Hình 8: Sơ đồ công nghệ nồi malt 15 Hình 9: Sơ đồ công nghệ nồi hoa 15 Hình 10: Sơ đồ công nghệ nồi lọc 16 Hình 11: Bơm mã hiệu SUDMO KRP 50/127-1.510 17 Hình 12: Động khuấy mã hiệu 3Pgear Motor 18 Hình 13: Van inox 316L khí nén 18 Hình 14: Cảm biến IFM LMT 102 19 Hình 15: PLC S7-1200 19 Hình 16: Sơ đồ ghép nối thiết bị 20 Hình 17: Lưu đồ trình cip nồi nấu 21 Hình 18: Lưu đồ trình CIP vào tanks nguồn 22 Hình 19: Lưu đồ kiểm tra lấy nước CIP từ tanks hồi 23 Hình 20: Lưu đồ trình CIP nồi gạo 24 Hình 21: Lưu đồ chương trình thực CIP nước nồi Gạo 25 Hình 22: Thực tráng nước lần nồi Gạo 26 Hình 23: Lưu đồ thuật toán thực CIP xút nồi Gạo 27 Hình 24: Lưu trình tráng nước lần 28 Hình 25: Lưu đồ trình CIP Acid nồi Gạo 29 Hình 26: Lưu đồ trình tráng nước lần nồi Gạo 30 Hình 27: Giao diện đăng nhập 31 Hình 28: Giao diện chung 32 Hình 29: Hệ thống CIP Tank nguồn 32 Hình 30: Communitcation Settings 33 Hình 31: Lịch sử vận hành 33 Hình 32: Test I/O 34 Hình 33: Hệ thống cảnh báo 34 Hình 34: Hệ thống kết nối đc với SQL 35 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA I Khái niệm bia quy trình cơng nghệ để sản xuất bia Khái niệm Bia loại nước uống chứa cồn sản xuất trình lên men đường lơ lửng mơi trường lỏng khơng chưng cất sau lên men Nói cách khác, bia loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp có hương vị đặc trưng hoa houblon Đặc biệt CO hòa tan bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho trình tiêu hóa, ngồi bia cịn chứa lượng vitamin phong phú (chủ yếu vitamin nhóm B vitamin B 1, 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 với sản lượng ngày tăng trở ngành công nghiệp thực phẩm mũi nhọn ngành cơng nghiệp nước ta Q trình sản xuất bia gọi nấu bia Do thành phần sử dụng để sản xuất bia có khác biệt tùy theo khu vực, đặc trưng bia hương vị màu sắc thay đổi khác có khái niệm loại bia hay phân loại khác Bia đồ uống lâu đời mà loài người tạo ra, có niên đại từ thiên niên kỷ TCN ghi chép lại thư tịch cổ Ai Cập cổ đại Lưỡng Hà (Mesopotamia) Quy trình cơng nghệ sản xuất bia 2.1 Các nguyên liệu: Những nguyên liệu thượng hạng chưa làm loại bia ngon, loại bia ngon chắn phải làm từ nguyên liệu ngon, thượng hạng Vì để sản xuất loại bia ngon việc lựa chọn nguyên liệu làm bia ưu tiên số Nhất bia thủ cơng việc lựa chọn nguyên liệu quan trọng mang đậm dấu ấn cá nhân đặc điểm vùng miền Nguyên liệu để dùng để sản xuất bia bao gồm: gạo, malt, H2O, men, hoa hupblon Trong malt hoa hupblon hai nguyên liệu dùng để sản xuất bia Việc sản xuất dựa tảng công nghệ tiên tiến tuân nghiêm ngặt theo quy trình cơng nghệ tiêu chuẩn Việt Nam giới Ngồi thay malt ngun liệu phụ mì, gạo ngơ hay malt chưa nảy mầm Tuy bia giới sản xuất chủ yếu vớicông thức cổ điện : BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯỚC 1.Nước - Nước chiếm 85 – 90% bia thành phẩm (tùy thuộc loại bia), bên cạnh đó, nước cịn mơi trường xảy phản ứng sinh hóa trình nấu, phản ứng trình lên men trình trao đổi nhiệt sản xuất - Đối với sản xuất bia công nghiệp, nước dùng để nấu bia thường nước RO (nước lọc phương pháp thẩm thấu ngược) pha với tỉ lệ nước sản xuất đầu vào để đảm bảo độ tinh khiết nước cung cấp đủ số ion khoáng để giúp men bia phát triển Trong sản xuất bia thủ cơng, khơng có q nhiều điều kiện để đo đầy đủ tiêu nước giống sản xuất công nghiệp, nhiên, nước để sản xuất bia thủ công phải đạt vài tiêu chí như: Nước để nấu bia nước bắt buộc phải đạt tiêu chuẩn nước uống Không sử dụng nước cứng (hàm lượng Ca2+, Mg2+ cao) để nấu bia, đặc biệt với dòng bia Lager Pilsner thường sử dụng nước mềm Đối với nơi sản xuất bia thủ cơng sử dụng nước máy, thường phải để thùng trữ vài ngày để giảm bớt lượng Clo tự (thường có q trình khử trùng nước) Vì Clo tự phản ứng với số vật chất hữu bia tạo hương vị không mong muốn - Nước dùng tất cơng 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 Malt đại mạch - 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 bia - Là loại malt phổ biến loại malt nấu bia Đại mạch dễ nảy mầm tạo lượng lớn enzyme Hydrolase tự nhiên Nó có thành phần hóa học hợp lí với hàm lượng tinh bột protein vừa phải để tạo điều kiện cho nấm men phát triển thuận lợi phát triển hương vị bia tốt - Malt đại mạch hạt đại mạch nảy mầm điều kiện nhân tạo, nguyên liệu truyền thống, thiết yếu thiếu công nghệ sản xuất bia Qua trình nảy mầm lượng lớn enzyme xuất tích trữ hạt đại mạch như: enzyme amylase, enzyme protease Nhóm enzyme xúc tác cho q trình oxy hóa khử Hạt đại mạch hoạt tính giảm thiểu, giai đoạn đầu việc tạo malt chúng tăng cường hoạt động nhanh, trình sấy malt chúng bị phá hủy Các enzyme nhân tố thực việc chuyển chất thành phần hạt đại mạch thành nguồn dinh dưỡng mà nấm men sử dụng để tạo thành sản phẩm bia Hình Malt Hoa Hupblon - Hoa houblon nguyên liệu nguồn ngun liệu khơng thể thay cơng nghệ sản xuất bia góp phần tạo mùi thơm, vị đặc trưng cho bia, houblon làm bia nhờ khả tạo bọt kết tủa protein, tăng độ bền sinh học bia nhờ chất kháng khuẩn, tăng khả giữ bọt cho bia thành phẩm - Hoa houblon giúp tạo độ đắng dịu, tạo hương thơm đặc trưng, hỗ trợ tạo bọt, tăng kết dính độ cân bia Giống hoa bia có nhiều loại, nhiên xếp vào hai nhóm nhóm hoa đắng (hàm lượng alpha acid cao) nhóm hoa thơm (tỉ lệ tinh dầu cao) Các dạng hoa bia đắng dùng để sản xuất houblon dạng cao đơn tạo vị đắng cho bia Hình Hoa Hupblon 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 Gạo - - Nấm men Nấm men loài nấm đơn bào, Kích thước đường kính tế bào men vào khoảng 1/100 mm Chúng phân bố rộng rãi thiên nhiên, đặc biệt chúng có nhiều vùng đất trồng nho nơi trồng hoa Nhiều lồi có khả lên men rượu bia từ lâu người biết sử dụng chúng để sản xuất rượu bia Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô tế bào, nên nhiều loại sử dụng để sản xuất protein Ứng dụng công nghệ sản xuất lên men khác bánh mì Nấm men dùng sản xuất bia có khả hấp thụ chất dinh dưỡng môi trường nước mạch nhà loại đường hòa 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 q trình trao đổi chất để chuyến hóa chất thành dạng cần thiết cho trình phát triển lên men nấm men tiến hành Căn vào đặc điểm kết hợp với điều kiện khách quan, nhà máy chọn sử dụng nấm men chìm Saccharomyces để sử dụng lên men bia cho nhà máy Trong công nghệ sản xuất bia, ngồi ngun liệu khơng thể thiếu trình bày trên, người ta cịn phải dùng đến ngun liệu hóa chất phụ Tùy theo yêu cầu công nghệ mà sử dụng chất với hàm lượng khác Tuy nhiên, ta gọi chung nhóm nguyên liệu chất phụ gia chia thành nhóm - Nhóm phụ gia gián tiếp: Bao gồm tất hóa chất sử dụng qui trình cơng nghệ, song khơng phép có thành phần sản phẩm Ví dụ: loại bột trợ lọc, hóa chất dùng vệ sinh thiết bị, vệ sinh thiết bị, vê sinh phân xưởng H2SO4, NaOH, KMNO4,… - Nhóm phụ gia trực tiếp: gồm tất nguyên liệu hóa chất phép có mặt thành phần sản phẩm với kiểm sốt chặt chẽ hàm lượng cho phép Ví dụ: nhóm hóa chất sử lí độ cứng, điều chỉnh độ kiềm nước nấu bia CaCl2, Na2SO4, HCl….Nhóm hóa chất đưa vào ngăn chặn q trình oxy hóa thành phần acid ascobic, H2O2 - Hình Nấm men II Qui trình cơng nghệ Hình 5: Quy trình cơng nghệ nấu bia Các cơng đoạn nấu bia: Công 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 Quá trình sản xuất bia bắt đầu với ngũ cốc, thường lúa mạch (đôi lúa mì, lúa 10 Hình 23: Lưu đồ thuật tốn thực CIP xút nồi Gạo 27 Hình 24: Lưu trình tráng nước lần 28 Hình 25: Lưu đồ trình CIP Acid nồi Gạo Hình 26: Lưu đồ trình tráng nước lần nồi Gạo 3 Thiết kế giao diện Giao diện đăng nhập có nút chức Đang nhập , Thay đổi ,Thoát Remember để nhớ tài khoản đăng nhập trước đó.Nếu người dùng muốn thay đổi tên mật cần nhập xác tên mật cũ sau nhấn nút Thay đổi Nhập tên mật nhấn lưu.Thay đổi hồn thành Hình 27: Giao diện đăng nhập Hình 28: Giao diện chung Giao diên chung CIP Main hình chung điều hướng tới chức khác giao diện giám sát Systerms, Settings communication , History lịch sử vận hành hệ thơng CIP, Report ,TestI/O , cảnh báo,Cancel Hình 29: Hệ thống CIP Tank nguồn Màn hình giám sát Tank Nguồn bao gồm :  Bảng điều khiển : gồm nút Start, Stop, Reset, Auto, Manual, Run(báo hệ thống vận hành)  Giao diện : thời gian thực hệ thống , Người vận hành hệ thống  Trạng thái : gồm ô nhập liệu số lần CIP Số lần tráng nước nóng, nút Setup để điều hướng tới bảng cài đặt mẻ chi tiết  Trạng thái báo hiệu :hiển thị thông tin trạng thái qua StatusStrip thông báo trạng thái kết nối với PLC , người vận hành, version giao diện Hình 30: Hệ thống CIP Tank gạo Màn hình giám sát Tank gạo bao gồm:  Bảng điều khiển: gồm chức Start, Stop ,Auto, Manual, Reset, Run , CIP_Malt, CIP_Loc,CIP_Hoa, CIP_Lang, Trang Thai,Exit ,Back  Giao diện tank gạo 3  Trạng thái báo hiệu :hiển thị thông tin trạng thái qua StatusStrip thông báo trạng thái kết nối với PLC, người vận hành, version giao diện Trong hình giao diện cài đặt mẻ chi tiết gồm có chức sau: Phần thơng tin cài đặt chi tiết: gồm TextBox dùng để điền thông tin cài đặt Mã mẻ, Số lượng mẻ, CIP nước ,CIP axit, CIP xút, Tráng nước  Bảng liệu: liệu lấy từ Data base xuống ListView cập nhật liên tục sau lần tạo , lưu, xóa  Trạng thái:hiển thị thơng tin trạng thái qua StatusStrip thông báo trạng thái kết nối với SQL server , thời gian thực hệ thống, version giao diện  Các nút ấn :Bao gồm Tạo mới, Save,Delete,In  Tạo mới: tạo mẻ để hệ thống hoạt động theo  Save: lưu lại việc tạo , đẩy lên server    Delete: Xóa mã mẻ ,khi gặp vấn đề muốn thay In: Xuất in theo mẫu in ấn cách dễ dàng Hình 30: Communitcation Settings Giao diện Communication:    TextBox: có nhãn Admin, IP PLC, SQL, Excel, Update Các textbox phân quyền sử dụng đối tượng người vận hành admin cơng nhân Nếu Admin cần nhập mật ấn nút Check mật xác cho phép thay đổi địa IP PLC tên server Database ,địa tuyệt đối nơi lưu chữ báo cáo , thời gian update hệ thống cập nhật lên sở liệu Nếu công nhân trường khơng cho phép sửa phần IP PLC SQL , phần lưu trữ file Excel , thời gian update liệu Hình 31:Lịch sử vận hành Giao diện lịch sử vận hành:  Chọn thời gian tìm kiếm lịch sử vận hành: bao gồm báo cáo theo ngày,tháng ,năm, ngày cụ thể mà người vận hành muốn xuất báo cáo  Bảng liệu tìm kiếm : Sau chọn thời gian muốn báo cáo cụ thể liệu hiển thị xem trước liệu  Các nút nhấn bản: bao gồm Tim, excel,Print,Cancel  Tim :để tìm kiếm sau chọn thời gian phù hợp  Excel : xuất báo cáo dạng file Excel  Print: xuất in theo mẫu cụ thể  Cancel: thoát khoi giao diện History Phần liên kết với sở liệu để cập nhật trạng thái vận hành hệ thống CIP Cũng giám sát qua liệu cũ mà hệ thống vận hành trước Ví dụ form mẫu in ấn Ví dụ kết tìm kiếm báo cáo theo năm từ năm 2022 -2023 File excel báo cáo hệ thống báo cáo theo năm 2022-2023 38 Hình 32: Test I/O Hình 33: Hệ thống cảnh báo Nút ấn Alarm sử dụng contextMenuStrip để tạo hiệu ứng menuStrip Ta cần ấn chuột phải xuất AlarmPLC AlarmSQL Hình 34: Cảnh báo kết nối với SQL Báo hiệu cảnh cáo kết nối kết nối với SQL Server với đường dẫn cài đặt phần communication setting Cảnh báo kết nối với SQL Báo hiệu cảnh cáo kết nối kết nối với PLC với địa IP PLC cài đặt phần communication setting Báo cáo toàn hệ thống CIP Màn hình báo cáo bao gồm bảng liệu tìm kiếm mà người dung muốn xuất nút ấn Tìm kiếm, Xuất excel , Thốt Ví dụ kết tìm kiếm báo cáo hệ thống CIP Ví dụ kết xuất file excel báo cáo từ kết tìm kiếm ... mà hệ thống vận hành trước Ví dụ form mẫu in ấn Ví dụ kết tìm kiếm báo cáo theo năm từ năm 2022 -2023 File excel báo cáo hệ thống báo cáo theo năm 2022-2023 38 Hình 32: Test I/O Hình 33: Hệ thống. .. communication setting Cảnh báo kết nối với SQL Báo hiệu cảnh cáo kết nối kết nối với PLC với địa IP PLC cài đặt phần communication setting Báo cáo toàn hệ thống CIP Màn hình báo cáo bao gồm bảng liệu... Hình 33: Hệ thống cảnh báo 34 Hình 34: Hệ thống kết nối đc với SQL 35 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA I Khái niệm bia quy trình cơng nghệ để sản xuất bia Khái