Thiết kế hệ thống điều khiển giám quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng trên PLC S7-1500 và giám sát bằng WinCC

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội, đời sống người dân ngày càng được nâng cao, việc thay thế các hoạt động thủ công bằng các thiết bị tự động cũng được người dân ứng dụng nhiều trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt. Đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá trình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động và cho ra sản phẩm có chất lượng cao. Sau hơn 20 năm đổi mới, nước ta đã thu được những thành tựu đáng khích lệ trên nhiều lĩnh vực kinh tế, văn hóa, đời sống xã hội . Tốc độ tăng trưởng hàng năm tương đối cao so với khu vực và thế giới, thu hút nhiều vốn đầu tư nước ngoài, FDI hàng năm đều tăng, cơ sở hạ tầng khoa học kỹ thuật có bước tiến rõ rệt. Một trong những phương án đầu tư vào tự động hoá là việc ứng dụng PLC vào các dây chuyền sản xuất. Đối với những tính năng tiện ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộ điều khiển này đang được sử dung rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau. Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ hiện nay đó là ngành sản xuất chế biến sữa tươi, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành sản xuất chế biến sữa là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp. Nhờ mang nhiều chất dinh dưỡng, phần lớn các thành phần tham gia vào cấu trúc của các cơ quan trong cơ thể người và động vật, tỷ lệ các chất hài hòa, giúp cho quá trình tiêu hóa một cách dễ dàng. Sữa trở thành thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao và được ưa chuộng trên toàn thế giới. Có thể nói rất ít loại thực phẩm nào mà toàn diện về các chất như sữa,đặc biệt là trong sản xuất sữa tươi tiệt trùng . CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA TƯƠI TIỆT TRÙNG 1.1 Khảo sát quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng 1.1.1. Lịch sử phát triển Con người bắt đầu sử dụng thường xuyên sữa của các loài động vật có vú trong quá trình thuần hoá chúng, tức từ khi phát minh ra nông nghiệp, hay còn gọi là cuộc cách mạng thời kỳ đồ đá mới. Tiến trình này xảy ra một cách độc lập ở nhiều nơi trên thế giới, trong khoảng 9.000-7.000 năm TCN ở Tây Nam Á cho đến khoảng 3.500-3.000 năm TNC ở Châu Mỹ. Những con vật cho sữa nhiều nhất - trâu bò, cừu và dê - được nuôi đầu tiên ở Tây Nam Á, mặc dù bò nhà có nguồn gốc từ các quần thể bò rừng châu Âu. Việt Nam vốn không có ngành chăn nuôi trâu bò sữa truyền thống nên không có các giống trâu bò sữa chuyên dụng đặc thù nào. Chăn nuôi bò sữa xuất hiện ở Việt Nam từ những năm đầu của thế kỷ XX.  Sữa nhân tạo Sữa nhân tạo là sữa do con người chế biến lại từ sữa tươi. Có nhiều dạng sữa nhân tạo: • Sữa đặc không đường (evaporated) là loại sữa được sấy cho đến khi lượng nước trong sữa bay hơi tới 60%. • Carrageenin (một dạng gôm thực vật) được thêm vào sữa trước khi nó được xử lý để ổn định các protein casein. • Sữa đặc có đường là sữa đã loại bỏ 50% nước và cho thêm 1 lượng đường bằng 44% trọng lượng của sản phẩm cuối cùng. Hàm lượng đường cao sẽ giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn trong sữa đặc. • Sữa bột là loại sữa tươi đã được tách nước hoàn toàn. • Có một số sản phẩm sữa lên men như bơ, kem chua (sour cream) và sữa chua là sản phẩm sữa tươi có thêm vào 1 loại vi khuẩn và được ủ men trong 1 khoảng thời gian nhất định. • Sữa tiệt trùng (UHT) được xử lý ở nhiệt độ cao hơn so với sữa thanh trùng và sau đó được làm mát nhanh, giúp tiêu diệt vi khuẩn và cho phép sản phẩm có hạn sử dụng dài hơn. Thêm vào đó, các sữa có ký hiệu UHT thường được đóng gói trong các loại vật liệu như polyethylene, giấy, nhôm lá có một lớp màng polyethylene. Sau khi mở, nếu để tủ lạnh có thể sử dụng được trong ít nhất 10 ngày. Vị của sữa tiệt trùng ngọt hơn và cũng thường ít béo. Hình 1.1. Dây chuyền sản xuất sữa tươi thực tế 1.1.2. Tổng quan về nguyên liệu  Nguyên liệu chính  Sữa bò: Sữa bò là nguyên liệu chính để sản xuất sữa,được lấy từ các trang trại nuôi bò sữa đạt chuẩn.  Cấu tạo của sữa bò: Sữa chứa rất nhiều thành phần khác nhau,bao gồm protein,lipid,đường lactozo,các chất khoáng,các men và các hoạt chất sinh học khác.Thành phần của sữa thay đổi nhanh chóng trong những ngày đầu tiên sau khi bò tiết sữa. • Nước : Nước là thành phần chủ yếu của sữa và đóng một vai trò quan trọng,là dung môi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ,là môi trường cho các phản ứng sinh hóa.Hàm lượng nước trong sữa chiếm khoảng 86-88%.Phàn lớn lượng nước trong sữa có thể thoát ra ngoài khi đun nóng người ta làm bốc hơi nước ở sữa tươi để chế biến thành sữa đặc,sữa bánh hoặc sữa bột là những sản phẩm dễ vận chuyển và dễ bảo quản hơn sữa tươi. • Mỡ sữa: được tạo thành trong tuyến sữa là sự kết hợp của glyxerin vad axit béo.Nguồn gốc của glyxerin do sự thủy phân của mỡ trong máu và sự hoạt động tổng hợp của tuyến sữa từ các sản phẩm của quá trình oxy hóa glucozo.Có khoảng 25% tổng số axit của sữa bắt nguồn từ axit béo của thức ăn,50% mỡ bắt nguồn từ mỡ sữa của huyết tương.Nhưng axit này chủ yếu là axit béo,axit axetic và butyric sản sinh trong quá trình lên men ở dạ cỏ được tổng hợp axit béo của mỡ sữa,trong đó axit axetic đóng vai trò rất quan trọng. • Lactozo: là loại đường đặc trưng của sữa.Chúng được tạo thành từ glucozo và galactozo.Glucozo trong máu của bò sữa khoảng 50-60 mg%,đóng vai trò quan trọng trong sự tổng hợp đường lactozo của sữa.Lactozo được tạo thành trong tuyến sữa từ D-glucozo dưới sự tham gia của các enzym đầu tiên protein A ( galactozo transferaza) trong tuyến sữa xúc tiến phản ứng giữa UDP-galactozo và các nhân tố khác nhau,đặc biệt là N-acetyl-D-glucosamin tạo thành N-acetyllactosamin và DP protein A có hoạt lực thấp với D-glucozo như là chất nhận nên mặc dù protein A có thể trực tiếp chuyển UDP-Galactozo đến với D-glucozo để tạo thành lactozo nhưng phản ứng dienx ra chậm.Nhờ sự có mặt của protein B ở tuyến sữa,hai loại men này phối hợp với nhau đã làm giảm đáng kể tác động của protein A đối với D-glucozo.Do vậy tốc độ phản ứng sinh tổng hợp lactozo trở nên nhanh chóng đáp ứng số lượng lớn đường lactozo trong sữa bò. • Protein: Có 3 nhóm protein chủ yếu trong sữa là casein,aalbumin và globulin - Cazein: Cazein là thành phần protein chủ yếu và đặc thù của sữa bò,không có trong tự nhiên.Cơ thể tổng hợp cazein ở tuyến sữa diễn ra theo nguyên lý chung của sự tổng hợp của các protein mô bào.Trong quá trình sinh tổng hợp cazein tuyến sữa đã sử dụng hầu hết các axit amin cần thiết và một phần các axit có thể thay thế được trong máu.Tuyến bào cũng có khả năng sinh tổng hợp các axit amin có thể thay thế từ các sản phẩm trao đổi chất lỏng trong cơ thể sống,do sự có mặt của alaminoza và transaminaza. - Albumin: Albumin thường có nhiều trong sữa đầu,vì vậy sữa đầu thường dễ đông đặc hơn khi xử lý ở nhiệt độ 8000C.Alibumin trong sữa có hai nguồn gốc.Tuyến sữa đã sử dụng các axit amin có trong máu để tổng hợp một phần các albumin sữa.Phần còn lại do Albumin từ máu chuyển vào tuyến sữa theo các cơ chế thẩm thấu chủ động. - Globulin: Globulin hầu như xuất thân từ máu do cơ chế thẩm thấu chủ động ngược gradient nồng độ.Tính chất kháng thể của glolubin phụ thuộc vào nguồn sữa đầu . 1.2. Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng 1.3. Lĩnh vực ứng dụng  Lĩnh vực ứng dụng của hệ thống - Hệ thống sản xuất sữa tươi tiệt trùng có thể ứng dụng trong các nhà máy sản xuất nhỏ, vừa và lớn. Từ 145 năm hiểu rõ về bò và sữa FrieslandCampina - tập đoàn sở hữu thương hiệu Cô gái Hà Lan nổi tiếng với “di sản” 145 năm hình thành, phát triển và chắt lọc tinh hoa của ngành công nghiệp sữa lâu đời tại Hà Lan. Tên gọi FrieslandCampina phản ánh lịch sử phát triển của tập đoàn. Friesland là tên một vùng phía Bắc của Hà Lan, nổi tiếng với những đồng cỏ xanh và đàn bò sữa Frisian, giống bò sữa cao sản tốt nhất thế giới. Còn Campina là khu vực nhiều đồng cỏ ở phía Nam của nước này. Nhà máy sản xuất sữa tươi phát triển nhất thế giới đã được ra đời ở Hà Lan. Công xưởng, còn gọi là phức hợp Barbegal thời La Mã, bao gồm các cống nước và cối xay nước đã được dùng để sản xuất đồ ăn vặt với số lượng lớn phục vụ các thủy thủ viễn dương vào thế kỉ II. 1.4. Tính cấp thiết xây dựng hệ thống SCADA cho quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng Xã hội phát triển kéo theo những cải tiến không ngừng về công nghệ và sự ra đời của nhiều giải pháp hiện đại giúp nâng cao chất lượng sống, trong đó có hệ thống điều khiển và giám sát quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng.Với nguồn sữa được cấp từ các trang trại bò sữa đạt chuẩn vào các nhà máy sản xuất chế biến sữa thành các thành phẩm sữa tiệt trùng được bày bán trên thị trường. Quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng được điều khiển tự động cho quá trình chế biến sữa. Và nhu cầu hiện nay thì toàn cầu đều hướng tới sản phẩm sạch và đảm bảo thì sữa tươi tiệt trùng là lựa chọn phù hợp.Nhưng để giảm thiểu chi phí về nhân công và hạn chế sức người mà thay vào đó máy móc thiết bị được điều khiển và giám sát một cách tự động thì ta cần phải cần một hệ thống đáp ứng được những nhu cầu đó.Trước những yêu cầu đó thì hệ thống SCADA là một phương án hữu hiệu cho các nhà máy có thể tận dụng nó. CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA 2.1. Sơ đồ khối hệ thống 2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.1. Sơ đồ khối hệ thống  Chương trình đã soạn thảo Là chương trình(code) đã được soạn thảo trên phần mền hỗ trợ lập trình PLC S7-1500 TIA Portal và dc nạp xuống khối sử lý trung tâm  Khối xử lý trung tâm Gồm có PLC S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP để điều khiển vận hành toàn bộ hệ thống  Khối chấp hành Gồm có: Các cảm biến. Động cơ  Khối giám sát Là khối chứa giao diện đã thiết kế trên WinCC để giám sát 2.1.2. Sơ đồ khối quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng Hình 2.2. Sơ đồ khối hệ thống sản xuất sữa tươi tiệt trùng 2.1.2.1. Nguyên liệu Trong ngành công nghiệp sữa, người ta sử dụng ba nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu.Tại Việt Nam , các nhà máy sản xuất sử dụng nguồn sữa bò là chủ yếu.Thành phần chủ yếu của sữa bò gồm có nước chiếm 87,1% tổng các chất khô chiếm 12,9% trong đó protein chiếm 3,4%,chất béo 3,9%,carbohydrate 4,8% và khoáng 0,8%. Protein chiếm hàm lượng cao nhất trong sữa bò là caxein A,B,Y và K.Chúng tồn tại ở dạng micelle và bị đông tụ ở pH 4,6.Ngoài ra, trong sữa bò còn có các loại protein khác như B lagtoglobulin, a-lactalbumin ,peptone proteose,… Chúng được gọi là protein hòa tan vfa không bị đông tụ ở pH 4,6. Thành phần chất báo chủ yếu là triglyceride. Các hợp chất béo khác như diglyceride,monoglyceride,…chỉ chiếm một hàm lượng rất nhỏ. Thành phần carbohydrate trong sữa là đường latozo.Nó tồn tại ở hai dạng a-lactozo monohydrate và 8-lactozo anhydrous.Chất khoáng trong sữa tồn tại ở dạng hòa tan hoặc dạng keo ( kết hợp với casein). Chiếm hàm lượng cao nhất là calcium,photpho,magnesium. Bên cạnh đó còn có các nguyên liệu phụ khác như chất béo, hương vị và chất nhũ hóa,… 2.1.2.2. Chuẩn hóa Chuẩn hóa là quá trình hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa. Tùy theo quy định của mỗi quốc gia và cơ sở sản xuất mà hàm lượng chất béo có trong sữa tiệt trùng sẽ khác nhau.Thông thường chất béo trong sản phẩm là 3.5%. Nếu nguyên liệu sữa tươi có hàm lượng béo cao hơn so với yêu cầu của sản phẩm thì người ta sẽ tách boét chất béo ra khỏi nguyên liệu.Ngược lại nếu nguyên liệu sữa tươi có hàm lượng chất béo thấp hơn so với yêu cầu của sản phẩm thì người ta sẽ bổ sung ở dạng cream hoặc AMF.Trong trường hợp hàm lượng chất béo trong sữa tươi cao hơn sữa thành phần ta sử dụng hệ thống chuẩn hóa sữa gồm thiết bị truyền nhiệt,thiết bị ly tâm,các dụng cụ đo tỉ trọng và lưu lượng dòng chảy,các van và hộp điều khiển. Nguyên lý hoạt động của hệ thống chuẩn hóa như sau: Đầu tiên sũa tươi sẽ được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt để làm tăng nhiệt độ của sữa lên đến 55-650C,sau đó sữa được đưa vào thiết bị ly tâm để phân riêng thành hai dòng sản phẩm bao gồm sữa gầy (0,1% béo) là dòng sản phẩm có tỷ trọng cao và cream (40% béo) là dòng sản phẩm có tỷ trọng thấp.Cuối cùng một phần cream sẽ được phối trộn lại với dòng sữa gầy để tạo ra sản phẩm có hàm lượng chất béo đúng theo yêu cầu.Các dụng cụ đo tỉ trọng và lưu lượng dòng chảy sẽ được kết nối với chương trình phần mềm để xử lý số liệu,nhờ đó quá trình chuẩn hóa được thực hiện và điều khiển hoàn toàn tự động. Hình 2.3. Quá trình ly tâm sữa 2.1.2.3. Tiệt trùng Quá trình tiệt trùng sữa gồm hai giai đoạn là gia nhiệt và làm nguội. - Gia nhiệt có nhiều phương pháp để gia nhiệt sữa tươi.Trong quy trình này,chúng ta sử dụng kết hợp hai phương pháp để làm tăng nhiệt độ của sữa ,gia nhiệt trực tiếp (trộn sữa với hơi nước) và gia nhiệt gián tiếp (Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng). - Làm nguội sữa sẽ được làm nguội qua hai giai đoạn: làm nguội sơ bộ trong môi trường chân không và làm nguội về nhiệt độ theo yêu cầu khi kết thúc qua strinhf tiệt trùng bằng cách sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng. - Nguyên lý hoạt động của hệ thống tiệt trùng như sau,đầu tiên sữa sẽ được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng để gia nhiệt lên tới nhiệt độ nhất định.Sau đó sữa sẽ được bơm vào thiết bị gia nhiệt trực tiếp.Ngươi ta sẽ phối trộn sữa với hơi nước để nhiệt độ hỗn hợp đạt 147 độ C.Tiếp theo hỗn hợp sữa và hơi nước sẽ đi vào một ống dẫn cách nhiệt ,thời gian lưu của sữa trong đường ống là 3-5 giây.Kế tiếp hỗn hợp sữa và hơi swex đi vào thiết bị làm nguội sơ bộ trong môi trường chân khong để đạt được nhiệt độ yêu cầu nhằm mục đích chuẩn bị cho quá trình tiếp theo trong quy trình sản xuất. 2.1.2.4. Đồng hóa Quá trình đồng hóa xé nhỏ các hạt cầu béo và phân bố chúng thật đều trong hệ nhũ tương,do đó hạn chế hiện tượng tách pha và kéo dài thời gian bảo quản saen phẩm .Ngoài ra quá trình đồng hóa còn được hoàn thiện sản phảm làm tăng độ đồng nhất của sữa tiệt trùng. Các thiết bị đồng hóa áp lực cao với hai cấp hoạt động.Sữa sẽ đuowxjc một bơm pittong đưa vào thiết bị đồng hóa.Bơm sẽ tăng áp lực cho sữa lên đến 300-400atm tại khe hẹp của khe hẹp thứ nhất.Sau khi rời khe hẹp thứ nhất,sữa tiếp tục đi vào khe hẹp thứ hai rồi thoát ra khỏi thiết bị đồng hóa.Nhiệt độ của sữa trước khi vào thiết bị đồng hóa dao động trong khoảng 80-82 độ C. 2.1.2.5. Làm nguội Quá trình làm nguội nhằm mục đích chuẩn bị cho quy trình chiết rót sữa ,sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng hoặc ống lồng ống.Tác nhân làm nguội là nước và glycol.Sữa sau quá trình làm nguội sẽ được đưa vào bồn vô trùng và chờ chiết rót. 2.1.2.6. Hoàn thiện Hoàn thiện sản phẩm sữa tiệt trùng bao gồm một số công đoạn như in ngày sản xuất lên bao bì,đóng block sữa,…Quá trình sử dụng các thiết bị in ngày sản xuất lên bao bì,đóng block sữa ,… đều được thực hiện theo phương pháp liên tục và tự động hóa. 2.1.2.7. Sản phẩm sữa tươi tiệt trùng Chất lượng sữa tiệt trùng được đánh giá qua ba nhóm chỉ tiêu như chỉ tiêu cảm quan,chỉ tiêu hóa lý và chỉ tiêu vi sinh. Chỉ tiêu cảm quan gồm màu sắc,trạng thái,mùi vị. Chỉ tiêu hóa lý gồm có tổng lượng chất khô,chất béo,độ chua,thành phần dinh dưỡng,… Chỉ tiêu vi sinh tổng ố vi khuẩn hiếu khí,nấm sợi,nấm men,… Sữa tươi tiệt trùng được bảo quản nơi thoáng mát và ở nhiệt độ phòng. 2.2. Bảng tín hiệu thông số đo lường, điều khiển, giám sát, cảnh báo TT Thông số Vị trí Dải đo Đo lường Điều khiển Giám sát Cảnh báo 1 Nhiệt Độ Thiết bị tiệt trùng 147*C + PID + + 2 Áp suất Đường ống 0 đến 500 mpa + + + + 3 Nhiệt độ Bể chứa 0=>30 + PID + + 4 Nhiệt độ nồi hơi Nồi hơi 300 độ C + + + + 2.3. Lựa chọn phần cứng hệ SCADA 2.3.1. Giới thiệu về PLC S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP Hình 2.4. PLC S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP Thông số kĩ thuật của PLC S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP: -SIMATIC S7-1500, CPU 1516-3 PN/DP -Bộ nhớ làm việc:300Kb cho chương trình và 1,5Mb cho dữ liệu -Tốc độ xử lý: 0,04us -Timer/Counter:2048/2048 -Vùng nhớ :16Kb - Truyền thông: Ethernet,Profibus,HMI Tính năng nổi bật của PLC S7-1500 CPU 1212C DC/DC/DC: - Bộ điều khiển mở rộng từ S7 với phương án mở rộng cơ bản: + 1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB). + 2 mô đun tín hiệu (SM). + Có thể có lớn nhất 3 modun truyền thông (CM). + Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn: - Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC. - Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở. - Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo. - Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s. - Hỗ trợ 16 kết nối ethernet TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol. + Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình: - 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz. - 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive). - Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ… - 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality). + Thiết kế linh hoạt: - Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà không thay đổi kích thước hệ điều khiển. - Mỗi CPU có thể kết nối 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra. - Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU. - 3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, vd module RS232 hay RS485 50KB work memory, 2MB load memory. - Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay khi cập nhật firmware. 2.3.2. Băng tải Ưu điểm của băng tải: Băng tải có tốc độ vận chuyển trung bình khá nhanh, khoảng 25-100m/phút • Đáp ứng hiệu suất làm việc khá cao: 30-150m3/giờ • Có thể được tích hợp nhiều công nghệ hiện đại, giúp đẩy nhanh quy trình sản xuất, giải phóng sức nhân công và đem lại tính chính xác, hiệu quả cao Hình 2.5. Băng tải *Cấu tạo của băng tải -Kích thước: W250xL850xH300mm. -Dây băng PVC, màu xanh, dầy 2mm. -Động cơ giảm tốc 25W/220V. -Bộ điều khiển tốc độ vô cấp. -Senser quang phát hiện sản phẩm. -Khung bằng nhôm định hình 20x40. -Truyền động nhông xích. -Tấm đỡ dây băng và hộp xích bằng SUS. -Con lăn đỡ dây băng và rulo kéo bằng SUS. 2.3.3. Động cơ băng tải Em chọn dùng động cơ 3 pha trong bài do nó có những ưu điểm với thiết kế tối ưu, động cơ mang đủ công suất ghi trên nhãn, mômen động cơ khỏe so với nhiều động cơ khác cùng loại, chế tạo phù hợp với tiêu chuẩn IEC, quản lý chất lượng tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001 : 2008 Hình 2.6. Động cơ điện 3 pha 3K250M2 2.3.4. Van điện từ 24V Van điện từ thường có 2 kiểu hoạt động: - Van điện từ thường đóng, khi cấp điện thì cửa van mới mở, bình thường van đóng hoàn toàn. Phù hợp với các nghành công nghiệp dân dụng, điện dân dụng. - Van điện từ thường mở, khi cấp điện thì cửa van đóng, bình thường van mở hoàn toàn. Phù hợp với các hệ thống đặc biệt, hệ thống xứ lý nước của 1 nhà máy. Trong hệ thống ta dùng van bi inox tay tròn cho phần điều khiển chiết rót sữa thành phẩm. Hình 2.7. Van bi inox tay tròn 2.3.5. Cảm biến quang phát hiện vật E18-DNK80 Hình 2.8. Cảm biến quang phát hiện vật E18-DNK80 Đây là cảm biến quang thu và phát hồng ngoại. Khoảng cách phát hiện có thể chỉnh theo yêu cầu. Cảm biến có khảng cách phát hiện và giao thoa ánh sáng nhìn thấy được, rẻ, dễ dàng lắp đặt, sử dụng cho các đặc tính Robot tránh vật cản, và lắp đặt trên các dây chuyền phát hiện và đấm sản phẩm… Đặc tính kỹ thuật: • Điện áp: 5VDC. • Dòng điện: The 100Ma. • Sn :3-80CM. • Kích thước: • Đường kính: 17MM. • Chiều dài cảm biến: 45MM. • Chiều dài dây cáp: 45CM. 2.3.6. Nút ấn Nút ấn là một loại công tắc đơn giản điều khiển hoạt động của máy hoặc một số loại quá trình. Hầu hết, các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại. Hình dạng của nút ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng. Tất cả phụ thuộc vào thiết kế cá nhân. Nút ấn có 2 loại chính là nút nhấn thường mở hoặc nút nhấn thường đóng.Trong hệ thống sản xuất sữa tươi tiệt trùng ta dùng các nút ấn là các nút ấn đơn để điều khiển. Hình 2.9. Nút ấn - Loại: Nút ấn, đèn báo, công tắc. - Hình dáng: Tròn, Vuông, Hình chữ nhật. - Nguồn cấp đèn: 5 VDC/VAC, 12 ± 5% VAC/VDC, 24 ± 5% VAC/VDC, 100~110 VAC/VDC, 200~220 VAC/VDC. - Tiếp điểm: 1a, 1b, 1a1b, 2a, 2b. - Cấp bảo vệ: IP40, IP66. 2.3.7. Máy bơm nước Mô hình sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha có thông số kỹ thuật cơ bản như sau Công suất : 0.75 kW. Tần số : 50 Hz Điện áp : 220V (Đấu tam giác), 380V (Đấu sao). Cường độ dòng điện : 3.2 A (Đấu tam giác), 1.6 A (Đấu sao). Tốc độ : 2850 RPM Hình 2.10. Máy bơm nước 2.3.8. Tay kẹp khí nén Hình 2.11. Tay kẹp khí nén Đặc tính kỹ thuật: -Tay kẹp dạng thẳng vuông góc, -Đường kính pít tông: 32mm -Đầu ren cấp khí M5 -Áp lực làm việc: 0,5-0,6Mpa -Lực kẹp:67-140N 2.4. Sơ đồ ghép nối phần cứng Hình 2.12. Sơ đồ ghép nối phần cứng 2.5. Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển 2.5.1. Sơ đồ mạch động lực

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội, đời sống người dân ngày càng được nângcao, việc thay thế các hoạt động thủ công bằng các thiết bị tự động cũng được ngườidân ứng dụng nhiều trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt

Đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá trìnhnày phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản xuất tựđộng hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động vàcho ra sản phẩm có chất lượng cao Sau hơn 20 năm đổi mới, nước ta đã thu được những thành tựu đáng khích lệ trên nhiều lĩnh vực kinh tế, văn hóa, đời sống xã hội Tốc

độ tăng trưởng hàng năm tương đối cao so với khu vực và thế giới, thu hút nhiều vốn đầu

tư nước ngoài, FDI hàng năm đều tăng, cơ sở hạ tầng khoa học kỹ thuật có bước tiến rõ rệt Một trong những phương án đầu tư vào tự động hoá là việc ứng dụng PLC vàocác dây chuyền sản xuất Đối với những tính năng tiện ích của hệ thống PLC nênhiện nay bộ điều khiển này đang được sử dung rất nhiều trong các lĩnh vực khácnhau Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ hiện nay đó là ngành sảnxuất chế biến sữa tươi, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành sản xuất chế biếnsữa là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp Nhờ mang nhiều chất dinh dưỡng, phần lớn các thành phần tham gia vào cấu trúc của các cơ quan trong cơ thể người và động vật, tỷ lệ các chất hài hòa, giúp cho quá trình tiêu hóa một cách dễ dàng Sữa trở thành thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao và được ưa chuộng trên toàn thế giới.

Có thể nói rất ít loại thực phẩm nào mà toàn diện về các chất như sữa,đặc biệt là trongsản xuất sữa tươi tiệt trùng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA TƯƠI TIỆT TRÙNG 1.1 Khảo sát quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng

1.1.1 Lịch sử phát triển

Con người bắt đầu sử dụng thường xuyên sữa của các loài động vật có vú trong quá trình thuần hoá chúng, tức từ khi phát minh ra nông nghiệp, hay còn gọi là cuộc cách mạng thời kỳ đồ đá mới Tiến trình này xảy ra một cách độc lập ở nhiều nơi trên thế giới, trong khoảng 9.000-7.000 năm TCN ở Tây Nam Á cho đến khoảng 3.500-3.000 năm TNC ở Châu Mỹ Những con vật cho sữa nhiều nhất - trâu bò, cừu và dê - được nuôi đầu tiên ở Tây Nam Á, mặc dù bò nhà có nguồn gốc từ các quần thể bò rừng châu Âu.

 Việt Nam vốn không có ngành chăn nuôi trâu bò sữa truyền thống nên không có các giống trâu bò sữa chuyên dụng đặc thù nào Chăn nuôi bò sữa xuất hiện ở Việt Nam từ những năm đầu của thế kỷ XX.

 Sữa nhân tạo

Sữa nhân tạo là sữa do con người chế biến lại từ sữa tươi Có nhiều dạng sữa nhân tạo:

 Sữa đặc không đường (evaporated) là loại sữa được sấy cho đến khi lượng nước trong sữa bay hơi tới 60%.

 Carrageenin (một dạng gôm thực vật) được thêm vào sữa trước khi nó được xử lý để ổn định các protein casein.

 Sữa đặc có đường là sữa đã loại bỏ 50% nước và cho thêm 1 lượng đường bằng 44% trọng lượng của sản phẩm cuối cùng Hàm lượng đường cao sẽ giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn trong sữa đặc.

  Sữa bột là loại sữa tươi đã được tách nước hoàn toàn.

 Có một số sản phẩm sữa lên men như bơ, kem chua (sour cream) và sữa chua là sản phẩm sữa tươi có thêm vào 1 loại vi khuẩn và được ủ men trong 1 khoảng thời gian nhất định.

 Sữa tiệt trùng (UHT) được xử lý ở nhiệt độ cao hơn so với sữa thanh trùng và sau đó được làm mát nhanh, giúp tiêu diệt vi khuẩn và cho phép sản phẩm có hạn sử dụng dài hơn Thêm vào đó, các sữa có ký hiệu UHT thường được đóng gói trong các loại vật liệu như polyethylene, giấy, nhôm lá có một lớp màng polyethylene Sau khi mở, nếu để tủ lạnh có thể sử dụng được trong ít nhất 10 ngày Vị của sữa tiệt trùng ngọt hơn và cũng thường ít béo.

Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất sữa tươi thực tế

1.1.2 Tổng quan về nguyên liệu

 Nguyên liệu chính

 Sữa bò: Sữa bò là nguyên liệu chính để sản xuất sữa,được lấy từ các trangtrại nuôi bò sữa đạt chuẩn

 Cấu tạo của sữa bò:

Sữa chứa rất nhiều thành phần khác nhau,bao gồm protein,lipid,đườnglactozo,các chất khoáng,các men và các hoạt chất sinh học khác.Thành

phần của sữa thay đổi nhanh chóng trong những ngày đầu tiên sau khi bòtiết sữa.

• Nước : Nước là thành phần chủ yếu của sữa và đóng một vai trò quan trọng,làdung môi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ,là môi trường cho các phản ứng sinhhóa.Hàm lượng nước trong sữa chiếm khoảng 86-88%.Phàn lớn lượng nước trongsữa có thể thoát ra ngoài khi đun nóng người ta làm bốc hơi nước ở sữa tươi để chếbiến thành sữa đặc,sữa bánh hoặc sữa bột là những sản phẩm dễ vận chuyển và dễbảo quản hơn sữa tươi

• Mỡ sữa: được tạo thành trong tuyến sữa là sự kết hợp của glyxerin vad axitbéo.Nguồn gốc của glyxerin do sự thủy phân của mỡ trong máu và sự hoạt động tổnghợp của tuyến sữa từ các sản phẩm của quá trình oxy hóa glucozo.Có khoảng 25%tổng số axit của sữa bắt nguồn từ axit béo của thức ăn,50% mỡ bắt nguồn từ mỡ sữacủa huyết tương.Nhưng axit này chủ yếu là axit béo,axit axetic và butyric sản sinhtrong quá trình lên men ở dạ cỏ được tổng hợp axit béo của mỡ sữa,trong đó axitaxetic đóng vai trò rất quan trọng

• Lactozo: là loại đường đặc trưng của sữa.Chúng được tạo thành từ glucozo vàgalactozo.Glucozo trong máu của bò sữa khoảng 50-60 mg%,đóng vai trò quan trọngtrong sự tổng hợp đường lactozo của sữa.Lactozo được tạo thành trong tuyến sữa từD-glucozo dưới sự tham gia của các enzym đầu tiên protein A ( galactozotransferaza) trong tuyến sữa xúc tiến phản ứng giữa UDP-galactozo và các nhân tốkhác nhau,đặc biệt là N-acetyl-D-glucosamin tạo thành N-acetyllactosamin và DPprotein A có hoạt lực thấp với D-glucozo như là chất nhận nên mặc dù protein A cóthể trực tiếp chuyển UDP-Galactozo đến với D-glucozo để tạo thành lactozo nhưngphản ứng dienx ra chậm.Nhờ sự có mặt của protein B ở tuyến sữa,hai loại men nàyphối hợp với nhau đã làm giảm đáng kể tác động của protein A đối với D-glucozo.Do

vậy tốc độ phản ứng sinh tổng hợp lactozo trở nên nhanh chóng đáp ứng số lượng lớnđường lactozo trong sữa bò.

• Protein: Có 3 nhóm protein chủ yếu trong sữa là casein,aalbumin và globulin

- Cazein: Cazein là thành phần protein chủ yếu và đặc thù của sữa bò,không cótrong tự nhiên.Cơ thể tổng hợp cazein ở tuyến sữa diễn ra theo nguyên lýchung của sự tổng hợp của các protein mô bào.Trong quá trình sinh tổng hợpcazein tuyến sữa đã sử dụng hầu hết các axit amin cần thiết và một phần cácaxit có thể thay thế được trong máu.Tuyến bào cũng có khả năng sinh tổnghợp các axit amin có thể thay thế từ các sản phẩm trao đổi chất lỏng trong cơthể sống,do sự có mặt của alaminoza và transaminaza

- Albumin: Albumin thường có nhiều trong sữa đầu,vì vậy sữa đầu thường dễđông đặc hơn khi xử lý ở nhiệt độ 8000C.Alibumin trong sữa có hai nguồngốc.Tuyến sữa đã sử dụng các axit amin có trong máu để tổng hợp một phầncác albumin sữa.Phần còn lại do Albumin từ máu chuyển vào tuyến sữa theocác cơ chế thẩm thấu chủ động

- Globulin: Globulin hầu như xuất thân từ máu do cơ chế thẩm thấu chủ độngngược gradient nồng độ.Tính chất kháng thể của glolubin phụ thuộc vàonguồn sữa đầu

1.2 Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng

1.3 Lĩnh vực ứng dụng

 Lĩnh vực ứng dụng của hệ thống

- Hệ thống sản xuất sữa tươi tiệt trùng có thể ứng dụng trong các nhà máy sảnxuất nhỏ, vừa và lớn

Từ 145 năm hiểu rõ về bò và sữa

FrieslandCampina - tập đoàn sở hữu thương hiệu Cô gái Hà Lan nổi tiếng với “di sản” 145 năm hình thành, phát triển và chắt lọc tinh hoa của ngành công nghiệp sữa lâu đời tại Hà Lan Tên gọi FrieslandCampina phản ánh lịch sử phát triển của tập đoàn Friesland là tên một vùng phía Bắc của Hà Lan, nổi tiếng với những đồng cỏ xanh và đàn bò sữa Frisian, giống bò sữa cao sản tốt nhất thế giới Còn Campina là khu vực nhiều đồng cỏ ở phía Nam của nước này.

Nhà máy sản xuất sữa tươi phát triển nhất thế giới đã được ra đời ở Hà Lan Công xưởng, còn gọi là phức hợp Barbegal thời La Mã, bao gồm các cống nước và

cối xay nước đã được dùng để sản xuất đồ ăn vặt với số lượng lớn phục vụ các thủy thủ viễn dương vào thế kỉ II.

1.4 Tính cấp thiết xây dựng hệ thống SCADA cho quy trình sản xuất sữa

tươi tiệt trùng

Xã hội phát triển kéo theo những cải tiến không ngừng về công nghệ và sự ra đời của nhiều giải pháp hiện đại giúp nâng cao chất lượng sống, trong đó có hệ thống điều khiển và giám sát quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng.Với nguồn sữa được cấp từ các trang trại bò sữa đạt chuẩn vào các nhà máy sản xuất chế biến sữa thành các thành phẩm sữa tiệt trùng được bày bán trên thị trường Quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng được điều khiển tự động cho quá trình chế biến sữa Và nhu cầu hiện nay thì toàn cầu đều hướng tới sản phẩm sạch và đảm bảo thì sữa tươi tiệt trùng là lựa chọn phù hợp.Nhưng

để giảm thiểu chi phí về nhân công và hạn chế sức người mà thay vào đó máy móc thiết

bị được điều khiển và giám sát một cách tự động thì ta cần phải cần một hệ thống đáp ứng được những nhu cầu đó.Trước những yêu cầu đó thì hệ thống SCADA là một phương án hữu hiệu cho các nhà máy có thể tận dụng nó.

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA 2.1 Sơ đồ khối hệ thống

2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống

 Chương trình đã soạn thảo

Là chương trình(code) đã được soạn thảo trên phần mền hỗ trợ lập trình PLC S7-1500 TIA Portal và dc nạp xuống khối sử lý trung tâm

 Khối xử lý trung tâm

Gồm có PLC S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP để điều khiển vận hành toàn bộ hệ thống

Là khối chứa giao diện đã thiết kế trên WinCC để giám sát

2.1.2 Sơ đồ khối quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống sản xuất sữa tươi tiệt trùng 2.1.2.1 Nguyên liệu

Trong ngành công nghiệp sữa, người ta sử dụng ba nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu.Tại Việt Nam , các nhà máy sản xuất sử dụng nguồn sữa bò là chủ yếu.Thành phần chủ yếu của sữa bò gồm có nước chiếm 87,1% tổng các chất khô chiếm 12,9% trong đó protein chiếm 3,4%,chất béo 3,9%,carbohydrate 4,8% và khoáng 0,8%.

Protein chiếm hàm lượng cao nhất trong sữa bò là caxein A,B,Y và K.Chúng tồn tại ở dạng micelle và bị đông tụ ở pH 4,6.Ngoài ra, trong sữa bò còn có các loại protein khác như B lagtoglobulin, a-lactalbumin ,peptone proteose,… Chúng được gọi là protein hòa tan vfa không bị đông tụ ở pH 4,6.

Thành phần chất báo chủ yếu là triglyceride Các hợp chất béo khác như

diglyceride,monoglyceride,…chỉ chiếm một hàm lượng rất nhỏ.

Thành phần carbohydrate trong sữa là đường latozo.Nó tồn tại ở hai dạng a-lactozo monohydrate và 8-lactozo anhydrous.Chất khoáng trong sữa tồn tại ở dạng hòa tan hoặc dạng keo ( kết hợp với casein).

Chiếm hàm lượng cao nhất là calcium,photpho,magnesium Bên cạnh đó còn có các nguyên liệu phụ khác như chất béo, hương vị và chất nhũ hóa,…

2.1.2.2 Chuẩn hóa

Chuẩn hóa là quá trình hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa Tùy theo quy định

của mỗi quốc gia và cơ sở sản xuất mà hàm lượng chất béo có trong sữa tiệt trùng sẽ khác nhau.Thông thường chất béo trong sản phẩm là 3.5%.

Nếu nguyên liệu sữa tươi có hàm lượng béo cao hơn so với yêu cầu của sản phẩm thì người ta sẽ tách boét chất béo ra khỏi nguyên liệu.Ngược lại nếu nguyên liệu sữa tươi

có hàm lượng chất béo thấp hơn so với yêu cầu của sản phẩm thì người ta sẽ bổ sung ở dạng cream hoặc AMF.Trong trường hợp hàm lượng chất béo trong sữa tươi cao hơn sữa thành phần ta sử dụng hệ thống chuẩn hóa sữa gồm thiết bị truyền nhiệt,thiết bị ly

tâm,các dụng cụ đo tỉ trọng và lưu lượng dòng chảy,các van và hộp điều khiển.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống chuẩn hóa như sau:

Đầu tiên sũa tươi sẽ được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt để làm tăng nhiệt độ của sữa lên đến 55-65 0 C,sau đó sữa được đưa vào thiết bị ly tâm để phân riêng thành hai dòng sản phẩm bao gồm sữa gầy (0,1% béo) là dòng sản phẩm có tỷ trọng cao và cream (40% béo) là dòng sản phẩm có tỷ trọng thấp.Cuối cùng một phần cream sẽ được phối trộn lại

với dòng sữa gầy để tạo ra sản phẩm có hàm lượng chất béo đúng theo yêu cầu.Các dụng

cụ đo tỉ trọng và lưu lượng dòng chảy sẽ được kết nối với chương trình phần mềm để xử

lý số liệu,nhờ đó quá trình chuẩn hóa được thực hiện và điều khiển hoàn toàn tự động.

Hình 2.3 Quá trình ly tâm sữa 2.1.2.3 Tiệt trùng

Quá trình tiệt trùng sữa gồm hai giai đoạn là gia nhiệt và làm nguội.

- Gia nhiệt có nhiều phương pháp để gia nhiệt sữa tươi.Trong quy trình này,chúng

ta sử dụng kết hợp hai phương pháp để làm tăng nhiệt độ của sữa ,gia nhiệt trực tiếp (trộn sữa với hơi nước) và gia nhiệt gián tiếp (Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng).

- Làm nguội sữa sẽ được làm nguội qua hai giai đoạn: làm nguội sơ bộ trong môi trường chân không và làm nguội về nhiệt độ theo yêu cầu khi kết thúc qua strinhf tiệt trùng bằng cách sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng.

- Nguyên lý hoạt động của hệ thống tiệt trùng như sau,đầu tiên sữa sẽ được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng để gia nhiệt lên tới nhiệt độ nhất định.Sau đó sữa sẽ được bơm vào thiết bị gia nhiệt trực tiếp.Ngươi ta sẽ phối trộn sữa với hơi nước để nhiệt độ hỗn hợp đạt 147 độ C.Tiếp theo hỗn hợp sữa và hơi nước sẽ đi vào một ống dẫn cách nhiệt ,thời gian lưu của sữa trong đường ống là 3-5 giây.Kế tiếp hỗn hợp sữa và hơi swex đi vào thiết bị làm nguội sơ bộ trong môi trường chân khong để đạt được nhiệt độ yêu cầu nhằm mục đích chuẩn bị cho quá trình tiếp theo trong quy trình sản xuất.

2.1.2.4 Đồng hóa

Quá trình đồng hóa xé nhỏ các hạt cầu béo và phân bố chúng thật đều trong

hệ nhũ tương,do đó hạn chế hiện tượng tách pha và kéo dài thời gian bảo quản saen phẩm Ngoài ra quá trình đồng hóa còn được hoàn thiện sản phảm làm tăng

độ đồng nhất của sữa tiệt trùng.

Các thiết bị đồng hóa áp lực cao với hai cấp hoạt động.Sữa sẽ đuowxjc một bơm pittong đưa vào thiết bị đồng hóa.Bơm sẽ tăng áp lực cho sữa lên đến 300- 400atm tại khe hẹp của khe hẹp thứ nhất.Sau khi rời khe hẹp thứ nhất,sữa tiếp tục

đi vào khe hẹp thứ hai rồi thoát ra khỏi thiết bị đồng hóa.Nhiệt độ của sữa trước khi vào thiết bị đồng hóa dao động trong khoảng 80-82 độ C.

2.1.2.5 Làm nguội

Quá trình làm nguội nhằm mục đích chuẩn bị cho quy trình chiết rót sữa ,sử

dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng hoặc ống lồng ống.Tác nhân làm nguội

là nước và glycol.Sữa sau quá trình làm nguội sẽ được đưa vào bồn vô trùng và chờ chiết rót.

2.1.2.6 Hoàn thiện

Hoàn thiện sản phẩm sữa tiệt trùng bao gồm một số công đoạn như in ngày sản xuất lên bao bì,đóng block sữa,…Quá trình sử dụng các thiết bị in ngày sản xuất lên bao bì,đóng block sữa ,… đều được thực hiện theo phương pháp liên tục

và tự động hóa.

2.1.2.7 Sản phẩm sữa tươi tiệt trùng

Chất lượng sữa tiệt trùng được đánh giá qua ba nhóm chỉ tiêu như chỉ tiêu cảm quan,chỉ tiêu hóa lý và chỉ tiêu vi sinh.

Chỉ tiêu cảm quan gồm màu sắc,trạng thái,mùi vị.

Chỉ tiêu hóa lý gồm có tổng lượng chất khô,chất béo,độ chua,thành phần dinh dưỡng,…

Chỉ tiêu vi sinh tổng ố vi khuẩn hiếu khí,nấm sợi,nấm men,…

Sữa tươi tiệt trùng được bảo quản nơi thoáng mát và ở nhiệt độ phòng.

2.2 Bảng tín hiệu thông số đo lường, điều khiển, giám sát, cảnh báo

-Bộ nhớ làm việc:300Kb cho chương trình và 1,5Mb cho dữ liệu

-Tốc độ xử lý: 0,04us

-Timer/Counter:2048/2048

-Vùng nhớ :16Kb

- Truyền thông: Ethernet,Profibus,HMI

Tính năng nổi bật của PLC S7-1500 CPU 1212C DC/DC/DC:

- Bộ điều khiển mở rộng từ S7 với phương án mở rộng cơ bản:

+ 1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB).

+ 2 mô đun tín hiệu (SM).

+ Có thể có lớn nhất 3 modun truyền thông (CM).

+ Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:

- Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC.

- Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở.

- Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo.

- Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s.

- Hỗ trợ 16 kết nối ethernet TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol.

+ Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:

- 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz.

- 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive).

- Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…

- 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển tune functionality).

(auto-+ Thiết kế linh hoạt:

- Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà không thay đổi kích thước hệ điều khiển.

- Mỗi CPU có thể kết nối 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra.

- Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU.

- 3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, vd module RS232 hay RS485 50KB work memory, 2MB load memory.

- Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay khi cập nhật firmware.

2.3.2 Băng tải

Ưu điểm của băng tải:

Băng tải  có tốc độ vận chuyển trung bình khá nhanh, khoảng 25-100m/phút

 Đáp ứng hiệu suất làm việc khá cao: 30-150m3/giờ

 Có thể được tích hợp nhiều công nghệ hiện đại, giúp đẩy nhanh quy trìnhsản xuất, giải phóng sức nhân công và đem lại tính chính xác, hiệu quả cao

-Bộ điều khiển tốc độ vô cấp.

-Senser quang phát hiện sản phẩm.

-Khung bằng nhôm định hình 20x40.

-Truyền động nhông xích.

-Tấm đỡ dây băng và hộp xích bằng SUS.

- Con lăn đỡ dây băng và rulo kéo bằng SUS.

2.3.3 Động cơ băng tải

Em chọn dùng động cơ 3 pha trong bài do nó có những ưu điểm với thiết kế

tối ưu, động cơ mang đủ công suất ghi trên nhãn, mômen động cơ khỏe so với nhiều động cơ khác cùng loại, chế tạo phù hợp với tiêu chuẩn IEC, quản lý chất lượng tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001 : 2008

Hình 2.6 Động cơ điện 3 pha 3K250M2

2.3.4 Van điện từ 24V

Van điện từ thường có 2 kiểu hoạt động:

- Van điện từ thường đóng, khi cấp điện thì cửa van mới mở, bình thường van đóng hoàn toàn Phù hợp với các nghành công nghiệp dân dụng, điện dân dụng.

- Van điện từ thường mở, khi cấp điện thì cửa van đóng, bình thường van mở hoàn toàn Phù hợp với các hệ thống đặc biệt, hệ thống xứ lý nước của 1 nhà máy Trong hệ thống

ta dùng van bi inox tay tròn cho phần điều khiển chiết rót sữa thành phẩm.

Hình 2.7 Van bi inox tay tròn

2.3.5 Cảm biến quang phát hiện vật E18-DNK80

Hình 2.8 Cảm biến quang phát hiện vật E18-DNK80

Đây là cảm biến quang thu và phát hồng ngoại Khoảng cách phát hiện có thể chỉnh theo yêu cầu Cảm biến có khảng cách phát hiện và giao thoa ánh sáng nhìn thấy được, rẻ,

dễ dàng lắp đặt, sử dụng cho các đặc tính Robot tránh vật cản, và lắp đặt trên các dây chuyền phát hiện và đấm sản phẩm…

 Chiều dài cảm biến: 45MM.

 Chiều dài dây cáp: 45CM

2.3.6 Nút ấn

Nút ấn là một loại công tắc đơn giản điều khiển hoạt động của máy hoặc một số loại quá trình Hầu hết, các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại Hình dạng của nút ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất cả phụ thuộc vào thiết kế cá nhân Nút ấn có 2 loại chính là nút nhấn thường mở hoặc nút nhấn thường đóng.Trong hệ thống sản xuất sữa tươi tiệt trùng ta dùng các nút ấn là các nút ấn đơn để điều khiển.

- Tiếp điểm: 1a, 1b, 1a1b, 2a, 2b.

- Cấp bảo vệ: IP40, IP66.

2.3.7 Máy bơm nước

Mô hình sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha có thông số kỹ thuật cơ bản như sau

Cường độ dòng điện : 3.2 A (Đấu tam giác), 1.6 A (Đấu sao).

2.4 Sơ đồ ghép nối phần cứng

Hình 2.12 Sơ đồ ghép nối phần cứng

2.5 Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển

2.5.1 Sơ đồ mạch động lực

Hình 2.13 Sơ đồ mạch động lực

2.5.1 Sơ đồ mạch điều khiển

Hình 2.14 Sơ đồ mạch điều khiển

2.6 Lưu đồ P&ID

Hình 2.15 Sơ đồ P&ID hệ thống điều khiển nhiệt độ

Trong đó:

 FT: Cảm biến lưu lượng,đo dòng lưu lượng vào

 TT: Cảm biến nhiệt độ, đo nhiệt độ ra

 TC: Bộ điều khiển nhiệt độ, so sánh tín hiệu đo với tín hiệu đặt

 Xsp: Sản phẩm tín hiệu đặt

2.7 Tính chọn các thiết bị sử dụng trong hệ thống

2.7.1 Máy bơm

- Chọn contactor với thông số sau :

- Chọn role nhiệt với thông số sau :

J: mật độ dòng điện cho phép (A/mm2)

- Đồng (4-6) vì động cơ hoạt động cở chế độ dài hạn lên ta chon J= 4

- Chọn role nhiệt với thông số sau :

J: mật độ dòng điện cho phép (A/mm2)

- Đồng (4-6) vì động cơ hoạt động cở chế độ dài hạn lên ta chon J= 4

- Nhôm (2.5 – 4.5)

Chọn tiết diện dây dẫn 1 mm2

2.7.3 Máy đồng hóa

a.Chọn động cơ

Động cơ điện được chọn cho máy đồng hóa có công suất là 3 Kw

Chọn tiết diện dây dẫn:

S=I đm

4 ≈ 1 ,34 (mm2

)

J: mật độ dòng điện cho phép (A/mm2)

- Đồng (4-6) vì động cơ hoạt động cở chế độ dài hạn lên ta chon J= 4

Chọn role nhiệt với các thông số sau:

Chọn tiết diện dây dẫn:

Lựa chọn rơ le bảo vệ mất pha 600PSR của hãng Selec

Hình 2.16 Role bảo vệ mất pha 600PSR

Thông số kĩ thuật role bảo vệ mất pha 600PSR

Hiển thị Analog,1 Led chỉ thị trạng thái ngõ ra