Điều khiển và giám sát quy trình sản xuất rượu nho trên WinCC và STEP7300

Hệ thu thập và điều khiển dữ liệu: sử dụng phần mềm Wincc7.4, Step7 300. Tự động hóa quá trình Công Nghệ : Sử dụng phần mềm WinCC7.4, Step7300 Mô tả quá trình sản xuất rượu nho, Điều khiển và Giám sát Quy trình sản xuất rượu nho

MỤC LỤC Chƣơng 1: Tổng quan dây chuyền sản xuất rƣợu nho 1.1 Công nghệ sản xuất dây chuyền rượu nho 1.1.1 Tìm hiểu rượu vang 1.1.2 Nguyên liệu 1.1.3 Phân loại, rửa 1.1.4 Nghiền, xé tách cuống 1.1.5 Sunfit hóa lần 1.1.6 Xử lý nhiệt 1.1.7 Quá trình ép tách bã 1.1.8 Sunfit hóa lần 1.1.9 Lắng cặn 1.1.10 Lên men 1.1.11 Làm 1.1.12 Tàng trữ 1.1.13 Lọc 1.1.14 Chiết rót thùng Chƣơng 2: Hệ thống SCADA 2.1 Khái niệm: 2.2 Thành phần chính: 2.3 Ứng dụng hệ thống SCADA thực tế: 10 2.4 Phần mềm WinCC điều khiển PLC S7-300 11 2.4.1 Phần mềm WinCC v7.4 11 2.4.2 Bộ điều khiển PLC s7-300 11 2.4.3 CPU S7-300 11 2.4.4 Các module mở rộng 13 2.4.5 Kết nối 14 2.4.6 Ngơn ngữ lập trình 15 2.5 Thiết kế sơ cho hệ thống sản xuất rượu nho 16 2.5.1 Yêu cầu công nghệ: 16 2.5.2 Sơ đồ mạch động lực 17 2.5.3 Sơ đồ kết nối phần cứng 18 2.6 Tính chọn thiết bị 19 2.6.1 Băng tải nguyên liệu 19 2.6.2 Bơm hút 20 2.6.3 Bơm nước 22 2.6.4 Máy nghiền 23 2.6.5 Cảm biến 24 2.6.6 Van 25 2.6.7 PLC 27 2.6.8 Nút ấn 30 2.7 Lập trình cho điều khiển thiết kế giao diện giám sát cho hệ thống 32 2.7.1 Lập trình điều khiển LADDER với S7 300 32 2.7.2 Set giao diện PG/PC 32 2.7.3 Cách tạo chương trình ứng dụng với STEP 33 2.7.4 Thiết lập phần cứng cho trạm 34 2.7.5 Soạn thảo chương trình cho khối logic 39 Chƣơng 3: Chƣơng trình điều khiển WinCC 41 3.1 Bảng địa 41 3.2 Chương trình điều khiển 42 3.3 WinCC 57 3.3.1 Bảng tag địa 57 3.3.2 Giao diện điều khiển 57 3.3.3 Lưu đồ thuật toán 58 LỜI NĨI ĐẦU Bài tập lớn mơn Hệ Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển Số tập quan trọng chúng em học tập trường kiến thức tìm hiểu trình học tập, để phục vụ cho nhu cầu cơng việc sau trường thúc đẩy q trình cơng nghiệp hóa đại hóa nói chung ngành tự động hóa nói riêng Để hồn thành tốt tập chúng em xin bày tỏ lòng cảm ơn đến thầy khoa Điện trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian ngồi ghế nhà trường, để giúp chúng em hoàn thành tốt tập lớn Nhóm em trân trọng cảm ơn chân thành đến thầy giáo Th.S Phạm Văn Hùng Th.S Trần Đức Hiệp tận tình bảo, giúp đỡ, cung cấp tài liệu tham khảo cho bọn em nghiên học tập để hoàn thiện tốt tập lớn Nhóm sinh viên em xin cảm ơn thầy cô! Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2018 Chƣơng 1: Tổng quan dây chuyền sản xuất rƣợu nho 1.1 Công nghệ sản xuất dây chuyền rƣợu nho 1.1.1 Tìm hiểu rƣợu vang  Định nghĩa: - Rượu nho sản phẩm lên men thông qua chưng cất từ dịch nho số phụ gia khác - Từ năm 1973, rượu nho định nghĩa loại đồ uống lên men từ phần hoàn toàn từ nho ép từ dịch nho, trở nên phổ biến giới Để đáp ứng nhu cầu thị trường, việc sản xuất rượu nho theo dây chuyền trở nên cấp thiết Nồng độ cồn quy định rượu vang khơng thấp 8,5% (v/v)  Tình hình sản xuất rượu vang thếgiới Hình1.1 Tình hình tiêu thụ rượu vang giới  Quy trình sản xuất rượu vang 1.1.2 Nguyên liệu a Nguyên liệu - Nho : sử dụng giống nho đỏ b Nguyên liệu phụ - Đường saccharose dùng để bổ sung vào môi trường lên men, nhằm điều chỉnh độ đường đến hàm lượng cần thiết cho trình lên men rượu vang - Nấm men saccharomyces cerevicisiae 1.1.3 Phân loại, rửa - Phân loại - Mục đích: loại hư hỏng q trình chín, dập nát trình vận chuyển - Tiến hành: nho phân loại thủ công Sau phân loại, nho cho vào khay thành cao, khay chứa 60 ÷ 80kg để khơng bị vỡ để nơi thống mát Sau nho vận chuyển đến phân xưởng để làm rượu - Rửa - Mục đích: làm tạp chất, thuốc trừ sâu, vi sinh bám bề mặt nho - Tiến hành: nho xếp vào băng tải, vào máy rửa phun, khơng khí quạt gió thổi vào bồn ngâm ngun liệu giúp cho nước nguyên liệu đảo trộn làm tạp chất bám nho Giai đoạn phải thực nhanh để tránh làm chất hồ tan có nho vào nước rửa 1.1.4 Nghiền, xé tách cuống - Tách cuống Loại bỏ cuống khỏi nho Yếu tố ảnh hưởng: độ chín nho Nho chín dễ tách cuống - Nghiền Mục đích: làm giảm kích thước nho, giải phóng dịch nho, loại bỏ cuống hạt khỏi dịch 1.1.5 Sunfit hóa lần    Mục đích: Tiêu diệt ức chế vi sinh vật nguyên liệu Làm chậm trình oxy hóa Điều chỉnh pH pH tối ưu trình lên men Hóa chất sử dụng: : K2S2O5 dạng rắn pha thành dung dịch muối 10% 1.1.6 Xử lý nhiệt - Mục đích : q trình xử lý nhiệt áp dụng cho sản xuất vang đỏ nhằm mục đích trích ly triệt để chất hồ tan vào dịch nước nho đỏ, đặc biệt hợp chất polyphenol, chất màu có nguyên liệu, cải thiện độ chất lượng, giá trị cảm quan sản phẩm - Biến đổi: trích ly chất hòa tan vào dịch nho - Tiến hành : đun nóng giữ nhiệt 70°C 20 phút 1.1.7 Q trình ép tách bã - Mục đích: tận thu chất chiết có bã - Biến đổi: Các chất hòa tan bị tách khỏi tế bào để vào dịch nho, diện tích tiếp xúc với khơng khí tăng lên, làm tăng khả bị oxy hố dịch nho Vì vậy, sau ép, ta phải tiến hành q trình sunphit hóa - Tiến hành: hỗn hợp dịch bã nho sau nghiền xé, tách cuống qua thiết bị ép Dưới áp lực, dịch nho bị tách khỏi tế bào chảy qua lỗ lưới bên để ngồi, bã nho tháo sau mẻ ép - Yếu tố ảnh hưởng: kích thước nguyên liệu sau nghiền: nho nghiền kỹ hiệu suất ep cao 1.1.8 Sunfit hóa lần - Mục đích: q trình sunphit hóa lần có mục đích giống lần 1, ngồi mục đích lắng cặn trước lên men - Tiến hành: hỗn hợp dịch nho bơm qua bồn sunphit hoá Lượng SO2được sử dụng 160 mg/lít nho đỏ - Hóa chất sử dụng : K2S2O5 pha thành dung dịch muối 10% - Thời gian tiến hành 12h 1.1.9 Lắng cặn - Mục đích: tách cặn khỏi dịch nho trong, giúp hạn chế việc tắc nghẽn màng lọc trình lọc, nâng cao chất lượng dịch nho trước lên men - Biến đổi: sau 12h sunphit, hóa chất khơng hòa tan lơ lửng dịch nho bị tách lắng xuống Phần cặn lắng xuống chia làm lớp: - Lớp cặn nhẹ nằm trên, chủ yếu hợp chất pectin Lớp cặn nhẹ giữ lại lên men để thu sản phẩm vang có chất lượng cao thực nghiệm cho thấy dịch nho tách cặn kỹ khơng cho sản phẩm có hương vị tốt - Lớp cặn nặng nằm gồm cuống dập, vỏ nho hạt nho bị tách khỏi dịch nho trước lên men - Tiến hành: dịch nho bơm nhẹ nhàng vào bồn lên men, tránh làm xáo động lớp cặn nặng lớp cặn nặng bị hút theo dịch nho 1.1.10 Lên men - Mục đích: chuyển hóa đường thành cồn, CO2 số sản phẩm trao đổi khác - Thời gian lên men: phụ thuộc nồng độ đường ban đầu nhiệt độ lên men - Nhiệt độ : - Tốc độ lên men: Tùy thuộc vào chủng nấm men - Nhiệt độ thấp giữ hương thơm tốt 1.1.11 Làm - Mục đích: tách bã, xác nấm men khỏi rượu vang non, làm rượu 1.1.12 Tàng trữ - Mục đích: cho q trình lên men phụ xảy ra, nâng cao chất lượng, ổn định (màu sắc, độ trong, mùi, vị, độ bền keo…) cho sản phẩm - Tiến hành: dịch sau lên men cho qua thùng gỗ sồi để tàng trữ thời gian Trong trình tàng trữ, rượu vang bị thất ta phải châm đầy theo chu kỳ lần/1 tuần Nhiệt độ tàng trữ 150 1.1.13 Lọc Mục đích: loại bỏ cặn tạo q trình tàng trữ, nhằm hồn thiện sản phẩm trước vào q trình chiết rót - Tiến hành: rượu sau tàng trữ đưa qua thiết bị lọc đĩa, gồm đĩa xếp song song nối với qua trục thẳng đứng, đĩa có phủ lớp chất trợ lọc 1.1.14 Chiết rót thùng Mục đích: chiết vào thùng để kiểm sốt lưu lượng vào thùng tiện cho đóng gói vận chuyển Chƣơng 2: Hệ thống SCADA 2.1 Khái niệm: - SCADA– Supervisory Control And Data Acquisition hệ thống quản lý tự động hóa cơng nghiệp với chức điều khiển giám sát thu thập liệu Khởi nguồn hệ thống SCADA thiết bị nhập, xuất liệu sử dụng để kiểm sốt từ xa hoạt động cơng nghiệp - Năm 1970, khái niệm “SCADA” hình thành, mà vi xử lý điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller) phát triển, từ giúp nâng cao khả quản lý kiểm sốt quy trình tự động hóa doanh nghiệp - Trong năm 1980 1990, hệ thống SCADA cải tiến với việc sử dụng mạng cục LAN (Local Area Network), cho phép hệ thống SCADA kết nối với nhau, tiền đề cho phát triển phần mềm giao diện người - máy máy tính (PC - based HMI software) - Đến năm 1990 đầu 2000, sở liệu (CSDL) sử dụng ngôn ngữ truy vấn cấu trúc (SQL) trở thành tiêu chuẩn cho CSDL công nghệ thơng tin Tuy nhiên, nhiều nhà lập trình SCADA không ứng dụng phương pháp này, khiến công nghệ SCADA có bước lùi giai đoạn Nhưng sau thời kì này, tiêu chuẩn cơng nghệ thông tin đại phương pháp ngôn ngữ SQL ứng dụng vào hệ thống SCADA, hệ thống trở nên hiệu quả, an toàn, ổn định suất 2.2 Thành phần chính: Mọi hệ thống SCADA có bốn thành phần sau: Giao diện q trình: bao gồm cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi cấu chấp hành  Trạm thu thập liệu trung gian: khối thiết bị đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controllers) có chức giao tiếp với thiết bị chấp hành  Hệ thống truyền thông: bao gồm mạng truyền thông công nghiệp, thiết bị viễn thông thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức truyền liệu cấp trường đến khối điều khiển máy chủ  Hệ thống điều khiển giám sát: gồm phần mềm giao diện người-máy HMI (Human Machine Interface)  2.3 Ứng dụng hệ thống SCADA thực tế: Với chế hoạt động trên, hệ thống SCADA cho phép doanh nghiệp thu thập, quản lý liệu, tương tác kiểm soát hoạt động loại máy móc, thiết bị van, máy bơm hay động cơ, lưu trữ thơng tin vào tệp tin máy chủ Nhờ tính ưu việt, hệ thống SCADA ứng dụng nhiều ngành công nghiệp đại lượng, thực phẩm, dầu khí, vận tải, xử lý nước rác thải, v.v với số ưu bật như: Nâng cao suất: nhờ trình phân tích quy trình sản xuất, nhà quản lý dùng thơng tin để gia tăng hiệu sản xuất cải tiến kỹ thuật  Cải thiện chất lƣợng sản phẩm: thông qua việc phân tích hoạt động, nhà quản lý tìm cách hạn chế, ngăn chặn sai sót q trình sản xuất  Giảm chi phí vận hành bảo trì: hệ thống SCADA lắp đặt, doanh nghiệp không cần nhiều nhân cho việc quản lý giám sát thiết bị trường đặt vị trí xa Bên cạnh đó, doanh nghiệp khơng trả cho chuyến kiểm tra, bảo trì xa, nên, chi phí bảo trì giảm bớt  Bảo toàn vốn đầu tƣ: chủ nhà máy đầu tư nâng cấp hoạt động sản xuất, họ cần đảm bảo nâng cấp có tính sử dụng lâu dài Một hệ thống  10 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 3.3 WinCC 3.3.1 Bảng tag địa 3.3.2 Giao diện điều khiển 57 3.3.3 Lƣu đồ thuật toán Begin Đặt thông số Băng tải hoạt động đưa nguyên liệu vào bồn Bơm nguyên liệu sau nghiền nước vào bồn ủ Đủ số cân bồn Hết thời gian ủ Chuyển nguyên liệu vào bồn chứa trộn Hết thời gian nghiền Bơm thành phẩm vào thùng, đếm thùng end 58 ... Tổng quan dây chuyền sản xuất rƣợu nho 1.1 Công nghệ sản xuất dây chuyền rƣợu nho 1.1.1 Tìm hiểu rƣợu vang  Định nghĩa: - Rượu nho sản phẩm lên men thông qua chưng cất từ dịch nho số phụ gia khác... quy định rượu vang không thấp 8,5% (v/v)  Tình hình sản xuất rượu vang thếgiới Hình1.1 Tình hình tiêu thụ rượu vang giới  Quy trình sản xuất rượu vang 1.1.2 Nguyên liệu a Nguyên liệu - Nho : sử... khác - Từ năm 1973, rượu nho định nghĩa loại đồ uống lên men từ phần hoàn toàn từ nho ép từ dịch nho, trở nên phổ biến giới Để đáp ứng nhu cầu thị trường, việc sản xuất rượu nho theo dây chuyền