Nghiên ứu điều khiển tối ưu nhiệtt lượng cấp cho nồi sôi hoa trong dây chuyền nấu bia nhà máy bia hạ long quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT LƯỢNG CẤP CHO NỒI SÔI HOA TRONG DÂY CHUYỀN NẤU BIA NHÀ MÁY BIA HẠ LONG – QUẢNG NINH TRẦN TRUNG HIẾU HÀ NỘI - 11/2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113923501000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT LƯỢNG CẤP CHO NỒI SÔI HOA TRONG DÂY CHUYỀN NẤU BIA NHÀ MÁY BIA HẠ LONG – QUẢNG NINH NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MÃ SỐ: 1075 TRẦN TRUNG HIẾU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS HOÀNG MINH SƠN HÀ NỘI - 11/2007 Luận văn tốt nghiệp cao học i Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Mục lục Lời cam đoan i Mục lục ii Danh mục bảng số liệu iv Danh mục hình vẽ v Lời nói đầu Chương 1: giới thiệu tổng quan ngành bia việt nam toán điều khiển dây chuyền nấu bia 1.1 Giới thiệu sơ lược ngành bia 1.2 Tổng quan ngành công nghiệp bia Việt Nam 1.2.1 Tình hình sản xuất bia Việt Nam 1.2.2 Định hướng phát triển ngành công nghiệp bia Việt Nam 1.3 Vai trò hệ Nấu sản xuất bia vấn đề điều khiển dây chuyền Nấu 12 Chương 2: nồi sơi hoa (houblon) tốn điều khiển ổn định nhiệt lượng cung cấp nhiệt 21 2.1 Nhiệm vụ, chức nồi sôi hoa mục tiêu đặt toán điều khiển 21 2.1.1 Nhiệm vụ chức nồi sôi hoa 23 2.1.2 Mục tiêu dặt toán điều khiển nồi houblon 24 2.2 Phương pháp điều khiển truyền thống nét đề tài 26 2.2.1 Phương pháp kinh điển điều khiển cấp cho nồi houblon nhà máy bia Việt Nam 26 2.2.2 Nét đề tài 30 2.3 Các vấn đề cần xem xét xây dựng tốn điều khiển cho nồi sơi hoa 36 2.3.1 Quá trình cấp nhiệt trao đổi nhiệt nồi houblon 37 Học viên : Trần trung hiếu lớp cao học điều khiển tự động Luận văn tốt nghiệp cao học 2.3.2 ii Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Xác định nhiệt lượng cần cấp cho nồi houblon suốt thời gian cô dịch 44 2.4 Nhận định mơ hình hệ thống phát biểu toán 56 Chương 3: Phân tích tốn Sách lược điều khiển 59 3.1 Phân tích toán 59 3.2 Sách lược điều khiển 67 3.2.1 Lựa chọn đại lượng điều khiển chủ đạo 67 3.2.2 Điều khiển tầng vấn đề liên quan 68 3.2.3 áp dụng điều khiển tầng vào toán điều khiển nhiệt lượng 70 Chương 4: thiết lập điều khiển tầng kết đạt nhận xét đánh giá 74 4.1 Thiết lập điều khiển tầng PLC S7-300 Siemens 74 4.2 Kết đạt áp dụng vào thực tế 79 4.3 Hướng nghiên cứu phát triển đề tài 81 Kết luận kiến nghị 83 tài liệu tham khảo …………………………………………… 80 phụ Lục………………………………………………………………… Học viên : Trần trung hiếu lớp cao học điều khiển tự động Lời nói đầu Trong năm gần đây, việc áp dụng kỹ thuật điều khiển đại vào thực tiễn sản xuất có nhiều thay đổi tích cực, thuật tốn điều khiển có cấu trúc ngày ứng dụng nhiều điều khiển trung tâm dây chuyền sản xuất, có chức tạo sản phẩm mà chất lượng ngày địi hỏi phải nâng lên nhằm nâng cao sức cạnh tranh sản phẩm thị trường Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào nguyên liệu, vào công nghệ sản xuất mà phụ thuộc nhiều vào hệ thống điều khiển trình sản xuất Xét riêng lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, cụ thể ngành công nghiệp sản xuất bia, ngành mà theo báo cáo cơng nghiệp trình Thủ Tướng việc điều chỉnh, bổ sung Quy hoạch tổng thể phát triển nghành Bia – Rượu – NGK Việt Nam đến năm 2010: “mục tiêu năm 2010, xây dựng nghành bia - rượu - NGK thành nghành kinh tế mạnh, khuyến khích sử dụng nguyên liệu nước, phát triển sản suất sản phẩm chất lượng cao, có uy tín, thương hiệu hàng hóa mạnh thị trường” việc nâng cao chất lượng sản phẩm với tỷ lệ nội địa hoá cao nhu cầu lớn doanh nghiệp hoạt động lĩnh vực Nhu cầu không đến từ doanh nghiệp chuẩn bị vào hoạt động mà đến từ doanh nghiệp vào hoạt động sở hữu hệ thống điều khiển cũ mà chủ yếu điều khiển theo kinh nghiệm độc lập tham số hệ thống, muốn nâng cấp hệ thống điều khiển cho phù hợp với u cầu thị trường Nhu cầu địi hỏi đơn vị nước làm phần mềm cho ngành cơng nghiệp thực phẩm nói chung ngành sản xuất bia nói riêng cần tìm đến giải pháp tổng thể điều khiển hệ thống sản xuất nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giải pháp cần xuất phát từ chủ động thân đơn vị này, điều mang lại hiệu cao cho doanh nghiệp sản xuất vừa nhỏ việc sử dụng hệ thống phần mềm điều khiển chuyên dụng nhập ngoại có giá thành cao, đồng từ phần mềm khung đến triển khai điều khiển chi tiết thành phần, hệ thống mà không nhiều doanh nghiệp hoạt động lĩnh vực có khả trang bị Trong phạm vi viết này, tác giả muốn bàn vấn đề thiết kế hệ thống điều khiển khâu dây chuyền Nấu bia nhà máy bia Hạ Long – Quảng Ninh, nhà máy lắp đặt chế tạo công ty Cơ nhiệt điện lạnh Bách Khoa – Polyco kết hợp Công ty Cơ điện đo lường tự động hoá DKNEC Cụ thể hệ thống điều khiển tối ưu nhiệt lượng cho nồi sôi hoa (houblon), khâu quan trọng sản xuất có chức tạo nên hương vị, màu độ bọt cho bia thành phẩm Luận văn có nội dung sau: - Nhận định toán điều khiển dựa yêu cầu thực tế chất lượng hệ thống - Nghiên cứu sách lược điều khiển phù hợp áp dụng vào điều khiển hệ thống giúp nâng cao chất lượng điều khiển đồng thời tiết kiệm lượng sử dụng - Cài đặt thuật toán điều khiển S7-300 áp dụng vào thực tế sản xuất - áp dụng vào thực tế sản xuất kết thực nghiệm Luận văn hoàn thành với nỗ lực thân nhiều giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy thầy giáo PGS.TS Hồng Minh Sơn, mơn Điều khiển tự động trực thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Vì lý thời gian kiến thức nhiều hạn chế, luận văn khơng tránh khỏi có thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy cô giáo bạn đọc Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2007 Học viên: Trần Trung Hiếu Ch-¬ng 1: giới thiệu tổng quan ngành bia việt nam toán điều khiển dây chuyền nấu bia 1.1 Giới thiệu sơ lược ngành bia Ngành công nghiệp sản xuất bia có lịch sử phát triển lâu đời Từ cách 5000 năm, người Sumérien người Assyrien cư dân biết làm sử dụng loại đồ uống lên men từ hạt ngũ cốc nảy mầm người Hy Lạp gọi "beer" Cho đến ngày nay, bia trở thành loại đồ uống thiếu sống người đại bia loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có độ cồn thấp với hương thơm đặc trưng malt đại mạch, hoa houblon sản phẩm tạo trình lên men Hiện nay, ngành công nghiệp bia phát triển nhanh, đem lại nguồn thu nhập t−ơng đối cao cho ngành kinh doanh bia dịch vụ, sản phẩm phụ kèm Một số n−ớc Châu Âu có khí hậu lạnh, nh−ng lại khu vực có truyền thống sản xuất bia, ngành công nghiệp bia khu vực phát triển mạnh, tiêu biểu nhu cầu tiêu thụ bia số n−ớc khu vực cao so với tiêu thụ bia giới, thống kê bình quân mức tiêu thụ bia số n−ớc Châu Âu: Cộng hịa Séc 160 lít/ng−ời/năm Cộng hịa liên bang Đức 127 lít/ng−ời/năm Đan Mạch 125 lít/ng−ời/năm Bỉ, Hà Lan 120 đến 160 lít/ng−ời/năm phổ biến 80 lít/ng−ời/năm Châu khu vực có ngành cơng nghiệp bia phát triển muộn Châu Âu Nh−ng khu vực có dân số đơng thị tr−ờng trẻ mức tiêu thụ bia ngày tăng Sản xuất tiêu thụ bia năm số n−ớc khu vực tr−ớc thấp, nh−ng đến tăng tr−ởng nhanh, bình qn 6,5%/năm, ví dụ: Thái Lan có mức tăng bình quân cao 26,5%/năm, tiếp đến Philipin 22,2%/năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm Trung Quốc có mức tăng tr−ởng 20%/năm Nhìn chung ngành cơng nghiệp sản xuất bia giới phát triển cách nhanh chóng, đặc biệt nước phát triển nước có nhu cầu tiêu dùng cao, mức tiêu thụ bình qn đầu người lên tới 100 lít/người/năm 1.2 Tổng quan ngành công nghiệp bia Việt Nam 1.2.1 Tình hình sản xuất bia Việt Nam Trong năm năm gần đây, tác động yếu tố tốc độ tăng GDP, tăng dân số, thị hóa, du lịch, tốc độ đầu tư, xắp xếp tổ chức sản xuất… nghành công nghiệp bia Việt Nam có tốc độ tăng trưởng cao, bình quân – 12 %/năm Do yêu cầu ngày cao chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm phát triển mạnh mẽ doanh nghiệp sản xuất bia lớn, có trình độ quản lý, cơng nghệ, thiết bị đại, có thương hiệu uy tín vươn lên chiếm lĩnh thị trường nên số sở sản xuất bia nhỏ không tiêu thụ bc phải đóng cửa sáp nhập Hiện nay, nước có khoảng 326 sở sản xuất bia xu hướng đầu tư công nghệ, trang thiết bị đại nâng cao chất lượng sản phẩm mục tiêu hầu hết doanh nghiệp lĩnh vực Về sản lượng sản xuất bia, Việt Nam đứng hàng thứ Châu sau Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, ấn Độ, đứng hàng thứ sau Thái Lan Philippines khu vực Đông Nam Năng lực sản xuất bia tập trung chủ yếu tỉnh thành phố trực thuộc Trung ương như: TP Hồ Chí Minh chiếm: 23,2% tổng lực sản bia toàn quốc, TP Hà Nội: 13,44%, TP Hải Phòng: 7,47%; tỉnh Hà Tây: 6,1%; Tiền Giang: 3,79%; Huế: 3,05%; Đà Nẵng: 2,83% Các nhà máy bia phân bố 49 tỉnh thành 64 tỉnh thành nước tập trung tập trung chủ yếu khu vực Đông Nam Bộ, đồng Sông Hồng, Trung Bộ Nam Trung Bộ Các khu vực Tây Nguyên, Đồng Bằng Sông Cửu Long, Trung du miền núi phía Bắc, lực sản xuất bia mức thấp Đến (Tính đến năm 2005), có 15 tỉnh khơng có sở sản xuất bia bao gồm: An Giang, Bạc Liêu, Bến Tre, Bình Phước, Đắc Lắc, Đắc Nơng, Đồng Tháp, Gia Lai, Hậu Giang, Kiên Giang, Lai Châu, Long An, Ninh Thuận, Trà Vinh, Tuyên Quang Các nhà máy bia liên doanh với hãng bia nước ngày mở rộng phát triển như: Tiger, Heiniken, Halida, Foster, Carlsberg, Sanmiguel, Huda… hầu hết nhà máy bia đạt công suất thiết kế xin cấp phép nâng công suất nhà máy xây dựng nhà máy Về trình độ cơng nghệ, thiết bị: Những nhà máy có cơng suất trăm triệu lít/năm có thiết bị đại, tiên tiến, nhập từ nước có cơng nghiệp phát triển Các nhà máy bia công suất 20 triệu lít đầu tư chiều sâu đổi thiết bị tiếp thu công nghệ tiên tiến vào sản xuất Điều đáng mừng xây dựng, lắp đặt hoàn chỉnh số nhà máy bia cơng suất lên tới 50 triệu lít/năm, sản xuất bia có chất lượng cao hồn tồn băng nội lực Việt Nam Về chủng loại sản phẩm, thị trường có 03 loại chủng loại sản phẩm bia chủ yếu bia chai, bia lon, bia bia tươi bắt đầu xuất chiếm thị phần tương đối nhỏ chủ yếu Thành Phố lớn Hà Nội TP Hồ Chí Minh Trong sản phẩm này, sản phẩm bia chai nhà máy bia Sài Gòn xuất mang lại nhiều lợi ích kinh tế bước khẳng định thương hiệu ngành bia Việt Nam Theo báo cáo công nghiệp trình Thủ Tướng việc điều chỉnh, bổ sung Quy hoạch tổng thể phát triển nghành Bia – Rượu – Nước giải khát (NGK) Việt Nam đến năm 2010, mục tiêu năm 2010, xây dựng nghành bia - rượu NGK thành nghành kinh tế mạnh, khuyến khích sử dụng nguyên liệu nước, phát triển sản suất sản phẩm chất lượng cao, có uy tín, thương hiệu hàng hóa mạnh thị trường 1.2.2 Định hướng phát triển ngành công nghiệp bia Việt Nam Theo báo cáo Bộ cơng nghiệp trình Thủ t−ớng việc điều chỉnh, bổ sung Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Bia - R−ợu - NGK Việt Nam đến năm 2010, mục tiêu năm 2010, xây dựng ngành Bia - R−ợu - NGK thành ngành kinh tế mạnh, khuyến khích sử dụng nguyên liệu n−ớc, phát triển sản xuất sản phẩm chất l−ợng cao, có uy tín, th−ơng hiệu hàng hóa mạnh thị tr−ờng Để đạt đ−ợc điều này, định h−ớng phát triển ngành đến năm 2010 nêu rõ: - Hiện đại hóa cơng nghệ, b−ớc thay cơng nghệ, thiết bị lạc hậu có cơng nghệ thiết bị đại, tiên tiến đảm bảo tiêu chuẩn chất l−ợng, vệ sinh an tồn thực phẩm, mơi tr−ờng Ưu tiên sử dụng thiết bị n−ớc t−ơng đ−ơng chất l−ợng thiết bị nhập - Tập trung đầu t− nhà máy có cơng suất lớn, phát huy tối đa lực sản xuất thiết bị công nghệ tiên tiến, đại - Quy hoạch xây dựng phịng thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu ứng dụng, triển khai thực gắn với việc ứng dụng khoa học, công nghệ vào sản xuất Do tác động yếu tố như: Tốc độ tăng GDP, tăng dân số, thị hố, hội nhập, du lịch, đầu tư… Thúc đẩy nhu cầu tiêu dùng ngày cao sản phẩm bia, nước giải khát Thực tế sản xuất bia, nước giải khát vượt qua tiêu quy hoạch giai đoạn 2005 – 2010, sản xuất rượu không đạt tiêu đề Những doanh nghiệp sản xuất kinh doanh có hiệu quả, sản phẩm có chất lượng uy tín thị trường, kể doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngồi, sản xuất hết cơng suất đầu tư nhà máy mới, huy động nguồn vốn thành phần kinh tế để tham gia đầu tư, đẩy mạnh cổ phần hoá, phát hành trái phiếu… Để chuẩn bị tốt cho việc hội nhập kinh tế khu vực quốc tế, đòi hỏi doanh nghiệp nước phải quy hoạch xếp, tổ chức quản lý lại ngành, liên