TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO CUỐI KỲ 20212 Môn: DCS SCADA Đề tài: Thiết kế hệ thống DCS cho nhà máy nấu bia Nhóm 16: Giảng viên hướng dẫn: TS. Đào Quý Thịnh Hà Nội, T72022 MỤC LỤC Contents DANH MỤC HÌNH VẼ 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN BIA 5 1.1. Khái niệm và các thành phần 5 1.1.1. Khái niệm 5 1.1.2. Giới thiệu các thành phần 6 1.2. Quy trình công nghệ 12 1.2.1. Các công đoạn nấu bia 12 1.2.2. Sơ đồ công nghệ các nồi nấu 16 2 Tổng quan về phần cứng và phần mềm 19 2.1 Các thiết bị phần cứng 19 2.1.1. Động cơ khuấy 19 2.1.2. Máy bơm dịch 19 2.1.3. Van gia nhiệt 20 2.1.4. Van khí nén 21 2.1.5. Cảm biến nhiệt độ 22 2.1.6. Cảm biến mức 23 2.2 Tổng quan về phần mềm 26 2.2.1. Các phần mềm cần thiết 26 2.2.2. Quy trình kết nối các phần mềm 27 3. Thiết kế chi tiết 28 3.1 Lập trình PLC 28 3.1.1 Viết chương trình chính cho công nghệ 28 3.1.2 Viết chương trình cho nồi gạo 31 3.1.3 Viết chương trình cho các nồi khác 37 3.1.4 Kiểm tra hoạt động của chương trình 45 3.2 Thiết kế giao diện trên TIA Portal V16 45 3.2.2 Đăng nhập 48 3.3 Gửi dữ liệu lên SQL server 54 3.3.1 Thiết lập cấu hình cho SQL server 54 3.3.2 Kết nối SQL server với TIA Portal 61 3.4 Xuất file Excel tại Wincc 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Gạo 7 Hình 1.2. Malt 8 Hình 1.3. Men bia 9 Hình 1.4. Hoa hupblon 10 Hình 1.5. Quy trình công nghệ nấu bia 12 Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ nồi gạo 16 Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ nồi malt 17 Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ nồi hoa 17 Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ nồi lọc 18 Hình 1.10. Động cơ khuấy HPS 500 19 Hình 1.11. Bơm ly tâm 20 Hình 1.12. Van gia nhiệt 21 Hình 1.13. Van khí nén 22 Hình 1.14. Cảm biến nhiệt độ 22 Hình 1.15. Cảm biến mức 23 Hình 3.1. Màn hình đăng nhập 47 Hình 3.2. Giao diện GạoMalt 48 Hình 3.3. Giao diện nồi lọc 48 Hình 3.4. Giao diện sôi hoa 49 Hình 3.5. Giao diện lắng xoáy 49 Hình 3.6. Giao diện xuất lưu trữ dữ liệu 50 Hình 3.7. Xuất dữ liệu trên Excel 50 Hình 3.8. Lưu trữ dữ liệu 51 Hình 3.9. Đồ thị trend 52 Hình 3.10. Màn hình cảnh báo 53 Hình 3.11. Dữ liệu trên SQL server 53 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 1. Bảng giá trị hoa hupblon 11 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN BIA 1.1. Khái niệm và các thành phần 1.1.1. Khái niệm Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men. Nói cách khác, bia là loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp và có hương vị đặc trưng của hoa houblon. Đặc biệt CO2 hòa tan trong bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho quá trình tiêu hóa, ngoài ra trong bia còn chứa một lượng vitamin khá phong phú (chủ yếu các vitamin nhóm B như vitamin B1, B2, PP, …). Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng. Đối với nước ta bia đã trở thành loại đồ uống quen thuộc với sản lượng ngày càng tăng và đã trở ngành công nghiệp thực phẩm mũi nhọn trong ngành công nghiệp nước ta. Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia. Do các thành phần sử dụng để sản xuất bia có khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và màu sắc cũng thay đổi rất khác nhau và do đó có khái niệm loại bia hay các sự phân loại khác. 1.1.2. Giới thiệu các thành phần Nguyên liệu để dùng để sản xuất bia bao gồm: gạo, malt, H2O, men, hoa hupblon. Trong đó hai nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt và hoa hupblon. Ngoài ra có thể thay thế malt bằng nguyên liệu phụ như một mì, gạo ngô để giảm chi phí sản xuất. Cho đến nay bia trên thế giới được sản xuất chủ yếu với công thức cổ điển: BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯỚC Việc sản xuất dựa trên nền tảng công nghệ tiên tiến và tuân theo nghiêm ngặt các quy trình công nghệ cũng như các tiêu chuẩn của Việt Nam và thế giới. Gạo Chỉ là nguyên liệu phụ chiếm 30% thành phần nguyên liệu sản xuất bia. Đây là nguyên liệu được sử dụng để thay thế nhằm giảm chi phí sản xuất, cải thiện thành phần dịch chiết, cải thiện mùi vị bia, và để bảo quản được lâu dài trong quá trình sản xuất người ta thay thế 1 phần malt bằng 1 số loại đại mạch chưa được nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác thay thế nguyên liệu nảy mầm. Nhờ thế mà ta thu được bia thành phẩm với giá rẻ hơn, chất lượng bia thành phẩm giảm không đáng kể. Do nước ta là 1 nước nông nghiệp nên gạo là nông sản phổ biến và giá thành rẻ, thành phần hóa học tương ứng với thành phần hóa học của malt, nên người ta thường chọn gạo làm thành phần thay thế 1 lượng malt. Yêu cầu về chất lượng gạo: Đồng nhất về kích thước, màu sắc, không có hạt mốc, mối mọt, không có mùi hôi, không cát sạn. Độ ẩm: 12% đến 14%. Độ hòa tan: 80% đến 85%. Hình 1.1. Gạo Malt Là loại hạt ngũ cốc hay thường gọi là lúa mạch. Chiếm 70% thành phần nguyên liệu sản xuất bia và thường được nhập khẩu từ nước ngoài có dạng hạt sau khi nghiền. Malt còn được dùng để tạo màu cho bia, với malt bình thường không đủ độ màu vì thế người ta thêm malt “đen” để tăng độ màu cho Bia. Yêu cầu chất lượng malt: Độ ẩm 56% Độ hòa tan chất khô xay nhuyễn >80% Chênh lệch : xay nhuyễn xay khô 1.21.5% Protein tổng 9.510% Cỡ hạt > 2.5mm là lớn hơn 85% Cỡ hạt < 2.5mm là bé hơn 1% Độ trong 2.5 EBC Thời gian đường hóa hoàn toàn ở 70oC là 15 phút Tốc độ lọc bình thường PH từ 56 Độ màu 34 EBC Hình 1.2. Malt Nấm men Nấm men dùng trong sản xuất bia có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nhà như loại đường hòa tan, các hợp chất nitơ như axit amin, peptit, vitamin, và các nguyên tố vi lượng qua màng tế bào. Sau đó hang loạt các phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyến hóa các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến hành. Căn cứ vào đặc điểm trên và 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 Yêu cầu chất lượng nấm men: Thuần khiết và 1 đời men giống có thể dùng được trong 610 chù kì lên men. Tỉ lệ tế bào này chồi 1520%. Tỉ lệ men chết dưới 5%. Tế bào to khỏe, hình dáng đặc trưng. Men giống không nhiễm vi sinh vật. Men khô được hoạt hóa trong thiết bị có hoạt hóa chứa dịch nha ở 14oC. Hình 1.3. Men bia Hoa Hupblon Là thành phần làm nên hương vị cay, đắng cho bia. Được nhập khẩu từ nước ngoài và bảo quản ở nhiệt độ dưới 10oC để giảm sự mất axit. Có 2 loại hoa Hupblon là Aroma và Bittermiss. Hình 1.4. Hoa hupblon Hiện nay nhà máy sử dụng 2 loại hoa chính là hoa viên và hoa cao có những chỉ tiêu sau: Hoa viên: Màu xanh lá mạ hơi vàng. Thơm đặc trưng, không hắc, dễ nhận mùi. Đắng dịu.
Khái niệm và các thành phần
Khái niệm
Bia là loại nước uống có cồn được sản xuất qua quá trình lên men đường trong môi trường lỏng, không chưng cất, với độ cồn thấp và hương vị đặc trưng từ hoa houblon CO2 hòa tan trong bia giúp giải nhiệt nhanh và hỗ trợ tiêu hóa, đồng thời cung cấp nhiều vitamin nhóm B như B1, B2, và PP Nhờ những lợi ích này, bia trở thành thức uống phổ biến trên toàn cầu, với sản lượng ngày càng tăng Tại Việt Nam, bia đã trở thành đồ uống quen thuộc và góp phần quan trọng vào ngành công nghiệp thực phẩm.
Quá trình sản xuất bia, hay còn gọi là nấu bia, sử dụng các thành phần khác nhau tùy theo khu vực, dẫn đến sự đa dạng về hương vị và màu sắc của bia Vì vậy, bia được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên những đặc trưng này.
Giới thiệu các thành phần
Nguyên liệu chính để sản xuất bia bao gồm gạo, malt, nước (H2O), men và hoa houblon Trong đó, malt và hoa houblon là hai thành phần quan trọng nhất Để giảm chi phí sản xuất, có thể thay thế malt bằng các nguyên liệu phụ như mì, gạo hoặc ngô Tính đến hiện tại, bia trên thế giới chủ yếu được sản xuất theo công thức cổ điển.
BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯỚC
Sản xuất dựa trên công nghệ tiên tiến, tuân thủ nghiêm ngặt quy trình công nghệ và tiêu chuẩn quốc gia cũng như quốc tế.
Nguyên liệu phụ chiếm 30% trong sản xuất bia, được sử dụng để giảm chi phí và cải thiện chất lượng Việc thay thế một phần malt bằng đại mạch chưa nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác giúp tăng cường hương vị và kéo dài thời gian bảo quản bia Nhờ đó, bia thành phẩm có giá thành rẻ hơn mà chất lượng vẫn không bị giảm sút đáng kể.
Việt Nam là một quốc gia nông nghiệp, do đó gạo trở thành nông sản phổ biến với giá thành thấp Gạo có thành phần hóa học tương tự như malt, vì vậy thường được sử dụng như một thành phần thay thế cho một lượng malt trong sản xuất.
Yêu cầu về chất lượng gạo:
-Đồng nhất về kích thước, màu sắc, không có hạt mốc, mối mọt, không có mùi hôi, không cát sạn
Malt, hay còn gọi là lúa mạch, là loại hạt ngũ cốc chiếm 70% nguyên liệu sản xuất bia và thường được nhập khẩu dưới dạng hạt đã nghiền Ngoài vai trò chính trong sản xuất, malt còn được sử dụng để tạo màu cho bia; tuy nhiên, malt thông thường không đủ độ màu, vì vậy người ta thường thêm malt "đen" để tăng cường độ màu sắc cho sản phẩm.
Yêu cầu chất lượng malt:
-Độ hòa tan/ chất khô xay nhuyễn >80%
-Chênh lệch : xay nhuyễn/ xay khô 1.2-1.5%
-Cỡ hạt > 2.5mm là lớn hơn 85%
-Cỡ hạt < 2.5mm là bé hơn 1%
-Thời gian đường hóa hoàn toàn ở 70 o C là 15 phút
-Tốc độ lọc bình thường
Nấm men dùng trong sản xuất bia, đặc biệt là Saccharomyces, có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng từ môi trường nước mạch, bao gồm đường hòa tan, axit amin, peptit, vitamin và nguyên tố vi lượng qua màng tế bào Quá trình trao đổi chất diễn ra sau đó giúp chuyển hóa những chất này thành dạng cần thiết cho sự phát triển và lên men của nấm men Dựa vào những đặc điểm này, nhà máy đã quyết định sử dụng nấm men chìm Saccharomyces để lên men bia.
Yêu cầu chất lượng nấm men:
-Thuần khiết và 1 đời men giống có thể dùng được trong 6-10 chù kì lên men -Tỉ lệ tế bào này chồi 15-20%.
-Tỉ lệ men chết dưới 5%.
-Tế bào to khỏe, hình dáng đặc trưng.
-Men giống không nhiễm vi sinh vật.
-Men khô được hoạt hóa trong thiết bị có hoạt hóa chứa dịch nha ở 14 o C.
Hoa Hupblon là thành phần chính tạo nên hương vị cay và đắng cho bia, được nhập khẩu từ nước ngoài và cần được bảo quản ở nhiệt độ dưới 10 độ C để giữ được độ axit Có hai loại hoa Hupblon phổ biến là Aroma và Bittermiss.
Hiện nay nhà máy sử dụng 2 loại hoa chính là hoa viên và hoa cao có những chỉ tiêu sau:
-Màu xanh lá mạ hơi vàng
-Thơm đặc trưng, không hắc, dễ nhận mùi
-Viên đơn, không vỡ vụn.
-90 hàm lượng axit đắng 5%, loại viên 45 hàm lượng axit đắng 8%
-Có khả năng kết lắng nhanh khi đun sôi với nước nha, làm trong nước nha, hương thơm rõ rệt có vị đắng dịu
-Dạng keo vàng hổ phách
-Mùi thơm đặc biệt, dễ nhận mùi, dễ bay hơi
-Đắng rõ rệt -Hàm lượng axit đắng 30%.
-Tan hết và tạo kết lắng nhanh khi đun sôi với nước, hương thơm rõ rệt có vị đắng dịu.
Bảng giá trị chất lượng hoa hupblon:
Chỉ số Loại 1 Loại 2 Loại 3
Màu hoa Vàng đến vàng óng Vàng lục Vàng xanh đến vàng
Màu hạt lupulin Vàng, vàng óng ánh Vàng, vàng sẫm Vàng sẫm
Mùi Thơm dễ chịu, đặc trưng Thơm, không có mùi tạp chất khác
Cánh hoa To, đều chắc, không bị rách Cánh có thể bị rách, có chấm đỏ cà phê Rách nhiều, nhiều chấm đỏ cà phê
Bảng 1-1 Bảng giá trị hoa hupblon
Là 1 trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia Trong thành phần bia nước chiếm từ 87% đến 90% Nước được dùng trong tất cả các công đoạn sản xuất bia Vì vậy mà thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm cuối cùng là bia.
Nước sản xuất bia, dù là từ giếng khoan hay hệ thống nước sinh hoạt, đều cần phải được xử lý Yêu cầu về chất lượng nước sẽ khác nhau tùy thuộc vào từng công đoạn trong quy trình sản xuất.
Sự tồn tại của các muối Ca2+ và Mg2+ sẽ quyết định đến độ cứng của nước
Yêu cầu chất lượng nước:
-Trong suốt, không có mùi vị lạ.
-Độ cứng từ mềm đến trung bình: 4-5 o D.
-Hàm lượng muối cacbonat: New Rules
- ở mục Rule Type, chọn Port -> Next
- ở hộp Action chọn Allow the connection -> Next
- ở hộp Name, đặt tên và mô tả cho Rule này => Finish
Hoàn thành mở cổng truy cập qua tường lửa
4.4 Kết nối Database Engine từ máy tính phụ
- ở máy tính phụ, đã cài phần mềm SSMS – SQL Server
Managament Studio và nhập các thông tin như sau: và đây là kết quả, truy cập được Database từ máy tính thứ 2
4.5 Xuất dữ liệu ra file excel Để xuất dữ liệu ra file excel trên máy tính phụ, từ máy tính phụ ta mở ứng dụng Excel
=> Dữ liệu => Tải dữ liệu => Từ cơ sở dữ liệu => Từ cơ sở dữ liệu SQL Server
1 bảng hiện ra, ta sẽ nhập tên server chứa CSDL ta cần xuất excel
Sau đó ta chọn mục cần xuất file Excel, và sẽ được kết quả file Excel như sau:
Để đảm bảo máy tính chính có toàn quyền truy cập vào cơ sở dữ liệu (CSDL), trong khi máy tính phụ chỉ có quyền hạn hạn chế như đọc, xem dữ liệu, xuất báo cáo và tạo sao lưu, cần thiết lập một tài khoản riêng cho máy tính phụ với các quyền này.
- Từ máy tính chính, sử dụng SSMS, đăng nhập vào CSDL bằng tài khoản chính: DCS
- Chọn Security => chuột phải vào Logins => New Login
- Đặt tên ở mục Login Name là slave, chọn SQL Server authentication để tăng tính bảo mật:
In the User Mapping section, select the database that the User slave has access to, specifically DCSBTL Then, in the lower table, choose the db backupoperator and db datareader roles to grant the User slave backup and read-only permissions.
Sau đó chọn OK để hoàn thành
ta sẽ sử dụng User slave để đăng nhập vào SSMS trên máy tính phụ, và kết quả ta thấy như sau:
6 Sao lưu và khôi phục dữ liệu
Việc sao lưu và lưu trữ dữ liệu từ các thiết bị vật lý như ổ cứng PC và bộ nhớ ngoài đang dần được thay thế bởi giải pháp lưu trữ đám mây, nhờ vào những ưu điểm vượt trội như khả năng truy cập mọi lúc mọi nơi khi có internet, tính bảo mật cao, không bị giới hạn về dung lượng và thời gian lưu trữ Trong số các dịch vụ lưu trữ đám mây, Azure đã trở thành một cái tên quen thuộc Để phục vụ cho nhu cầu sao lưu, lưu trữ và khôi phục dữ liệu cơ sở dữ liệu, chúng ta có thể sử dụng dịch vụ Azure Blob Storage.
Azure Blob Storage là giải pháp lưu trữ file theo kiểu thư mục, trong đó mỗi đối tượng lưu trữ được gọi là một blob Mỗi blob được tổ chức trong một container, tương tự như file nằm trong thư mục (được gọi là Storage container) Các container này có thể được sắp xếp trong các thư mục cha khác, và tất cả đều nằm trong một Storage Account.
Để thiết lập sao lưu cơ sở dữ liệu từ SSMS, bạn có thể sử dụng Backup Wizard hoặc nhấp chuột phải vào tên cơ sở dữ liệu mà bạn muốn sao lưu, sau đó chọn "Tasks".
Để sao lưu dữ liệu, bạn cần mở cửa sổ Back Up và thiết lập vị trí lưu trữ là địa chỉ của Azure Storage Container (ASC) đã được cấu hình trước cho cá nhân hoặc tổ chức Sau khi hoàn tất, hãy nhấn nút để xác nhận.
Sau khi sao lưu, ở tài khoản ASC sẽ hiển thị như sau, ta có thể thấy, dữ liệu đã được sao lưu lên ASC:
Dữ liệu đã được sao lưu và lưu trữ tại ASC Để khôi phục dữ liệu từ SSMS, chúng ta cần thực hiện các bước cụ thể sau đây.
Cửa sổ lựa chọn hiện ra, ta chọn nơi có chứa file sao lưu, chọn file được sao lưu vào mốc thời gian chúng ta cần :
Ta chọn vị trí file khôi phục từ ASC, nhấn OK => dữ liệu được sao lưu mới nhất đã được khôi phục.
Máy tính phụ được sử dụng để xem dữ liệu, tạo sao lưu và xuất báo cáo Để thực hiện việc sao lưu, cần có tài khoản truy cập ASC Do đó, từ tài khoản chính ASC với quyền truy cập đầy đủ, chúng ta sẽ cấp quyền cho người quản lý máy tính phụ để họ có thể thực hiện các công việc này.
Trong các công ty, tất cả nhân viên sẽ được đưa vào hệ thống quản trị nhân sự với email và ID được quản lý chung Điều này cho phép cấp quyền cho người phụ trách thông qua tính năng Select members bằng email của tổ chức.
Và quyền hạn của user đó được mô tả như sau: