1) Tự động húa cụng đoạn nghiền liệu
a) Nguyờn lý chung hoạt động nhà nghiền
Nghiền gạo: Mục đớch của việc nghiền gạo là nghiền gạo thành dạng bột mịn, phỏ vỡ cấu trỳc vững chắc của cỏc hạt tinh bột cú trong hạt gạo. thiết bị thụng dụng để nghiền gạo là mỏy nghiền bỳa.
Nghiền malt: Mục đớch của quỏ trỡnh nghiền malt là đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bề mặt tiếp xỳc với nước, làm cho sự xõm nhập của nước vào cỏc thành phần chất của nội nhũ nhanh hơn, thỳc đẩy quỏ trỡnh đường húa và cỏc quỏ trỡnh thủy phõn khỏc nhanh và triệt để hơn.Yờu cấu của quỏ trỡnh nghiền malt là vỏ càng nguyờn vẹn càng tốt, vỏ tỏch ra khỏi nội nhũ, lượng tấm thụ nhỏ.
- Trong dõy chuyền sản xuất này, chọn thiết bị nghiền trục, nghiền theo phương phỏp nghiền ướt, sử dụng mỏy nghiền cú 2 cặp rulo. Malt được chuyển xuống mỏy nghiền và được phun nước 65oC, nghiền xong lại bổ sung nước để hỗn dịch đạt nhiệt độ 45oC và đạt tỉ lệ bột malt/nước = ẳ, dịch sữa malt này được bơm chuyển vào cỏc nồi nấu.
Hỡnh 2.27: Sơ đồ nguyờn lý hoạt động thiết bị nhà nghiền
Bờn trong mỗi tank đều cú hai cảm biến để bỏo mức nguyờn liệu (mức cao nhất và thấp nhất ). Mỏy nghiền gạo gồm cú một động cơ xoay chiều (trạng thỏi hoạt động của động cơ được giỏm sỏt bằng cảm biến). Mỏy nghiền malt gồm một động cơ điều khiển hai lụ nghiền. Cỏc van trong hỡnh vẽ đúng mở được điều khiển bằng tớn hiệu điện. Trước khi thực hiện cụng đoạn nghiền, gạo và malt được sàng kỹ bằng mỏy sàng trước khi cho vào hai tank dự trữ, nhằm loại bỏ cỏc vật liệu cứng như cỏt, sạn…Quy trỡnh thực hiện tại nhà nghiền như sau (thực hiện khi nguyờn liệu đầy đủ trong cỏc thựng):
- Nghiền gạo
+ Van V2, V7 đúng Cảm biến mức trong thựng chứa gạo sẽ bỏo mức gạo, nếu mức gạo trong thựng nằm trong phạm vi cho phộp thỡ hệ thống làm việc (nếu khụng đủ lượng gạo băng tải liệu hoạt động để cấp liệu).
+ Van V3 đúng van V1 mở, gạo sẽ vào cõn nếu khối lượng gạo đạt mức yờu cầu thỡ van V1 đúng van V3 mở mỏy nghiền hoạt động. Đồng thời van V4 mở để cho nước trộn cựng với gạo
+ Van V6 mở (van V7 đúng) mỏy bơm M2 sẽ đẩy nguyờn liệu sang nồi nấu gạo
- Nghiền malt
+ Van V1, V6 đúng Cảm biến mức trong thựng chứa malt sẽ bỏo mức malt, nếu mức malt trong thựng nằm trong phạm vi cho phộp thỡ hệ thống làm việc (nếu khụng đủ lượng malt băng tải liệu hoạt động để cấp liệu)
+ Van V3 đúng van V2 mở, malt sẽ vào cõn nếu khối lượng malt đạt mức yờu cầu thỡ van V1 đúng van V3 mở mỏy nghiền hoạt động. Đồng thời van V4 mở để cho nước trộn cựng với malt
+ Van V7 mở (van V6 đúng) mỏy bơm M2 sẽ đẩy nguyờn liệu sang nồi nấu
malt
- Làm vệ sinh
Quỏ trỡnh làm vệ sinh mỏy thực hiện khi kết thỳc một mẻ nấu, cụng đoạn làm vệ sinh được tiến hành như sau:
Mỏy ngừng hoạt động, cỏc van V1, V2, V3, V4 đúng.
Van V5 mở để cho dịch CIP vào trong mỏy nghiền (hai lụ nghiền) làm vệ sinh. Dịch CIP chớnh là dung dịch sỳt (NaOH) nồng độ loóng cú tỏc dụng tẩy rửa.
Van V6, V 7 mở và bơm M2 hoạt động để bơm dịch CIP sang hai tank nấu gạo và malt, thực hiện làm vệ sinh nhà nấu.
Quỏ trỡnh nghiền gạo và malt được thực hiện riờng biệt, sau khi nghiền gạo hoàn thành thỡ mới nghiền malt hay ngược lại.
b) Thiết bị và tự động húa nhà nghiền
*) Cỏc thiết bị đo lường điều khiển tự động húa
(Cụm nhập nguyờn liệu malt,gạo trước xi-lụ)
Số lượng Miờu tả
1 Hệ thống đập bụi cho gạo malt
1 Phễu chứa malt gạo
2 Thang nõng gầu tải gạo
6 xớch tải malt,gạo
1 Sàng dung loại bỏ tạp chất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1 Cõn điện tử nhập malt gạo vào Silo
Cụm cỏc xi lụ gạo/malt
Số lượng Miờu tả
1 xi-lụ gạo dung tớch 1000 m3
Cụm vận chuyển nguyờn liệu malt sau xilụ
Số lượng Miờu tả
1 Cõn điện tử từ Silo vào nhà nấu
1 Gầu nõng tải malt
3 Băng tải gạo
2 Sàng rung lạo bỏ tạp chất
Cụm vận chuyển nguyờn liệu gạo sau xilụ
Số lượng Miờu tả
1 Cõn điện tử từ Silo vào nhà nấu
4 Băng tải gạo
1 đập bụi
2 Sàng rung loại bỏ tạp chất
Hệ thống xử lý nguyờn liệu nằm trong hệ thống mạng tự động, được điều khiển tại phũng điều khiển trung tõm của hệ nấu. Cỏc thiết bị đo, bỏo như: bỏo mức cao, bỏo mức thấp, cõn,... và cỏc tớn hiệu bỏo trạng thỏi của thiết bị được truyền về cỏc module quản lý từ xa. Từ module này truyền tớn hiệu lờn thiết bị điều khiển trung tõm PLC S7-300 qua bus truyền thụng profibus. Từ đú, cỏc trạng thỏi, thụng số của cỏc thiết bị được hiển thị trực quan lờn phần mềm giao diện ở cỏc mỏy tớnh Server, Client. Từ mỏy tớnh, người vận hành dễ dàng điều khiển chạy/dừng cỏc động cơ, đúng/mở cỏc van. Hệ thống được điều khiển tự động. Hệ thống xay nghiền được thiết kế điều khiển liờn động với hệ thống nấu và hệ thống nghiền malt ướt.
*) Sơ đồ nguyờn lý hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển được thiết kế với hệ thống điều khiển “Win CC 5.0” dựa trờn hệ điều hành “Windows Server 2003”. Phần điện và cỏc tủ điều khiển động cơ được sử dụng như một kết hợp điều khiển chung. Để vận hành và quan sỏt toàn bộ nhà mỏy, hệ thống điều khiển này bao gồm 2 mỏy tớnh cỏ nhõn PC .
Hỡnh 2.28. Sơ đồ nguyờn lý hệ thống điều khiển điện khu vực xay nghiền, nấu
Số lượng và thụng số kỹ thuật của cỏc thiết bị điều khiển
Bộ điều khiển: PLC S7-300 CPU 315-2DP
Gồm 2 trạm: Trạm ET200M và 1 trạm là màn hỡnh điều khiển
Mỏy tớnh điều khiển:
SEVER
Mỏy Dell cụng nghiệp
Intel (R) Pentium (R) 4 CPU 2.8 256 Ram
ổ đĩa cứng 80GB 1 ổ đĩa DVD+ ổ ghi 1 màn hỡnh LCD 19 inch Windows Server 2000 SP4
1 Win CC Version 5.1 cú LISENCE
Kết nối truyền thụng SIMATIC NET PC V6.0 PROFIBUS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phần mềm SIMATIC S7 V5.3 cú LICENSE CLIENT
Mỏy Dell cụng nghiệp
Intel (R) Pentium (R) 4 CPU 2.8 2MB Ram
Ổđĩa cứng 80GB 1 ổ đĩa DVD+ ổ ghi 1 màn hỡnh LCD 19 inch Windows Server 2000 SP4
1 Win CC client Version 5.1 cú LISENCE
Kết nối truyền thụng SIMATIC NET PC V6.0 PROFIBUS
Win CC Server Win CC Client PLC S7-300 ET200 PC-panel
*) Khả năng hoạt động của hệ
- Khả năng điều khiển, vận hành
Khu vực xử lý nguyờn liệu bao gồm cú cỏc động cơ cụng suất cỏc loại. Cỏc động cơ cụng suất nhỏ được khởi động theo phương phỏp trực tiếp bằng thiết bị đúng cắt và bảo vệ động cơ. Cỏc động cơ cỏnh khế ở đỏy silụ sử dụng cỏc biến tần cụng suất nhỏ điều khiển một mặt tiết kiệm năng lượng, mặt khỏc cũn cú thể khống chế lưu lượng xuống nguyờn liệu và phối trộn nguyờn liệu giữa cỏc silụ một cỏch linh động. Cỏc động cơ cụng suất lớn được khởi động theo phương phỏp khởi động mềm hoặc khởi động sao/tam giỏc. Tất cả cỏc động cơ này được điều khiển từ bộ điều khiển trung tõm hệ nấu, thụng qua trạm ET200 cho khu vực động lực hệ xay nghiền. Tớn hiệu điều khiển 24VDC từ PLC được chuyển đổi thành tớn hiệu 220VAC qua relay trung gian để điều khiển cho cỏc Contactor khởi động cho động cơ. Với cỏc động cơ dựng khởi động mềm thỡ điều khiển trực tiếp từ ET200 bằng tớn hiệu 24VDC. Cỏc băng tải,vớt tải được bảo vệ an toàn bằng cụng tắc hành trỡnh chống kẹt và proximity bỏo trạng thỏi quay. Toàn bộ thiết bị động lực được đặt tại phũng điều khiển trung tõm khu vực nhà nấu. Hệ thống động lực đặt trong tủ module, phần điều khiển chung với phần điều khiển nhà nấu. Cỏc van khớ nộn được điều khiển thụng qua cỏc block van điện từ khớ nộn và cú sensor để bỏo trạng thỏi của van. Toàn bộ cỏc block van điện từ khớ nộn được đặt trong tủ Inox tại hiện trường khu vực xay nghiền. Tại tủ hiện trường này cú Mụ đun ET200 cho khu vực xay nghiền. Tớn hiệu điều khiển van điện từ điều khiển trực tiếp cho cỏc van điện từ khớ nộn. Cỏc thiết bị đo bỏo khu vực xay nghiền cũng được kết nối vào hệ thống tại trạm ET200 khu vực xay nghiền. Tất cả cỏc động cơ, cỏc thiết bị đo, bỏo,... số lượng đầy đủ để đỏp ứng cho cụng nghệ.
- Khả năng quản lý, sản xuất
Toàn bộ quỏ trỡnh trờn được điều khiển tự động trờn mỏy tớnh, tại phũng điều khiển trung tõm hệ nấu. Người vận hành sẽ điều, giỏm sỏt khu vực này một cỏch trực quan trờn phần mềm giao diện trờn mỏy tớnh mà khụng phải thao tỏc ở hiện trường. Cỏc chế độ bỏo lỗi, bỏo sự cố của cỏc động cơ, cỏc sự cố của cỏc gàu tải được bỏo về mỏy tớnh, chế độ hoạt động của cỏc động cơ được ràng buộc bởi cỏc tớn hiệu đo, bỏo tại hiện trường và khúa liờn động với nhau bằng phần mềm. Trạng thỏi, số liệu, cỏc giỏ trị và cỏc thụng số đều được hiển thị và lưu trữ, thống kờ trờn mỏy tớnh theo mẻ nấu và theo đồ thị quỏ trỡnh, chuyển dữ liệu và thụng tin cho quy trỡnh sau đú - quy trỡnh nấu bia tại khu vực nhà nấu theo yờu cầu cụng nghệ, đảm bảo quỏ trỡnh sản xuất là liờn tục. Hệ xay nghiền cú thể được điều khiển và giỏm sỏt trờn toàn bộ hai mỏy tớnh của hệ thống. Ngoài ra màn hinh PC panel để điều khiển riờng cho khu vực cấp malt gạo vào Silochứa.
2) Tự động húa nhà nấu
a) Nguyờn lý hoạt động chung của tank nấu
Nhà nấu gồm cú hai tank lớn, trong đú một tank để nấu gạo và một tank
để nấu malt. Gạo và malt từ nhà nghiền sẽ được đưa đến hai tank này cú pha trộn với nước nhờ bơm M2, quỏ trỡnh bơm nhiờn liệu kết thỳc khi cảm biến bỏo mức đầy trong tank cú tớn hiệu. Nhiệt để cung cấp cho nhà nấu là hơi nước núng được gia nhiệt tại khu vực cung cấp nhiệt và CO2. Quy trỡnh nấu đũi hỏi yờu cầu kỹ thuật về thụng số nhiệt độ là rất cao, độ chớnh xỏc nhiệt độ trong tank nấu là yếu tố gúp phần quyết định chất lượng sản phẩm bia.
Quỏ trỡnh trao đổi nhiệt nhờ hệ thống ống dẫn hơi nước núng, nguyờn liệu đi từ trờn xuống và hơi nước núng đi theo chiều ngược lại từ dưới lờn. Quỏ trỡnh trao đổi nhiệt diễn ra như sau:
Nguyờn liệu từ nhà nghiền đưa sang tank nấu nhờ bơm M2. Nguyờn liệu
đi từ trờn xuống cũn hơi nước núng cung cấp nhiệt cho nguyờn liệu. Nguyờn
liệu sẽ được duy trỡ ở mức nhiệt độ khụng đổi trong thời gian nhất định và sau đú sẽ thỏo ở đường nguyờn liệu ra. Hơi nước núng sau khi trao đổi nhiệt sẽ ngưng tụvà được đưa trả về nơi gia nhiệt. Sau khi thỏo hết nguyờn liệu, tank nấu sẽ được làm sạch.
*) Sơ đồnguyờn lý hoạt động của tank nấu
Cỏc thiết bị trong tank nấu :
ả ến bỏo mứ ứ ấp và mứ
Cú 5 van điện V8, V9, V10, V11 , V12
Hai mụtơ bơm M3, M’
2
Một đồng hồbỏo nhiệt độhơi nước núng.
- Nguyờn lý hoạt động tank nấu như sau:
Hoạt động đồng bộ cựng với quỏ trỡnh nghiền, khi bắt đầu nghiền lũ sẽ được gia nhiệt. Nguyờn liệu từ nhà nghiền sẽ được bơm M2 chuyển sang, khi
nguyờn liệu vượt quỏ mức thấp thỡ động cơ M’2 bắt đầu hoạt động. Van V8 mở để tăng lượng nước vào tank lượng nước và nguyờn liệu sẽ được pha trộn theo (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đỳng tỷ lệ đó quy định.Thỡ van V12 mở hơi nước núng theo hệ thống ống đi vào tank, quỏ trỡnh gia nhiệt bắt đầu. Cho đến khi nguyờn liệu vào đầy tank, cảm biến bỏo mức cao L1 cú tớn hiệu thỡ động cơ M’2ngừng hoạt động đồng thời sẽ
tạm dừng hoạt động nghiền nguyờn liệu cần nấu và sẽ chuyển sang nghiền
nguyờn liệu khỏc, bơm M2 (bơm nguyờn liệu từ nhà nghiền ) dừng hoạt động
đồng thời van V9 đúng. Quỏ trỡnh nấu bắt đầu, hơi nước núng cung cấp nhiệt
cho nhà nấu. Cỏc cảm biến nhiệt độ cú nhiệm vụ đo (cỏc thụng số nhiệt độ và
khối lượng được thể hiện trờn panel điều khiển ).
Nhiệt độ trong tank nấu, cú cảm biến nhiệt độđểtheo dừi nhiệt độ từ tank nấu nhằm tăng sự đồng đều nhiệt độtrong tank. Quỏ trỡnh nấu kết thỳc, van V12 đúng, van V10 mởđồng thời bơm M3 hoạt động đểthỏo nguyờn liệu.
- Quỏ trỡnh làm vệ sinh tank nấu.
Khi kết thỳc quỏ trỡnh thỏo nguyờn liệu, tất cả cỏc van sẽ đúng. Quỏ trỡnh làm vệsinh này tiến hành cựng với nhà nghiền, dịch CIP (hỗn hợp HCl và NaCl)
từ nhà nghiền theo van V9 chảy vào tank để làm vệ sinh tank. Đồng thời van V11 mở để thỏo dịch CIP ra khỏi tank. Sau đú, van V8 mở để cho nước sạch chảy vào làm sạch dịch CIP cũn lại trong tank. Van V11 mở để thỏo sạch cỏc
chất cũn lại trong tank. Tại nhà nấu cú ba tank nấu, trong đú cú hai tank nấu hoạt
động giống hệt nhau là tank nấu gạo và malt. Một tank cũn lại là nấu hupblon để
cung cấp dịch cho nhà lọc và đồng thời trộn với nguyờn liệu sau khi nấu nhằm tạo hương vị và màu cho bia. Nguyờn lý hoạt động của tank này cũng tương tự như trờn. Tuy nhiờn kớch thước của tank này là khụng lớn, cho nờn nú chỉ sử
dụng một cảm biến đo nhiệt độ. Sau khi nấu xong, nguyờn liệu gạo và malt sẽ được cỏc bơm chuyển sang bộ phận lọc để loại bỏ bó nguyờn liệu. Bộ phận lọc
này cú nhiệm xới trộn hai nguyờn liệu trờn lại với nhau trước khi lọc. Kết thỳc quỏ trỡnh lọc sẽ được dịch gạo và malt. Dịch gạo và malt tiếp tục chuyển đến tank trộn cựng với hupblon để tạo hương vị bia chuẩn bị lờn men. Ngoài ra khu
vực nấu cũn cú một tank trung gian phũng khi sự cố nồi nấu thỡ cú thể nồi cũn
lại nấu xong chuyển đến nồi trung gian chứa. Sau đú cho nguyờn liệu cũn lại vào tank để nấu tiếp. Nấu xong thỡ trộn hai nguyờn liệu vào nồi lọc để tiến hành lọc bảvà nước dịch.
b) Tự động điều khiển nhà nấu (Bia Hương sen)
*) Mụ tả hệ thống điều khiển tự động nhà nấu
Hệ thống điều khiển được thiết kế với hệ thống điều khiển “BREWmaxxđV7 ” dựa trờn hệ điều hành “Windows Server 2003” theo cấu trỳc mạng Server –Client. Bộ điều khiển khả lập trỡnh PLC S7-400 Phần mềm với bản quyền của hóng chuyờn về ngành bia ProleiT – Germany lập trỡnh và điều khiển “BREWmaxxđV7 ” được thiết kế cho quỏ trỡnh điều khiển và giỏm sỏt chuyờn dụng trong ngành bia với tất cả cỏc cụng đoạn trong quỏ trỡnh sản xuất. Với giao diện thõn thiện, màu sắc hài hoà và cỏc cụng cụ chuyờn nghiệp, người vận hành cú thể dễ dàng điều khiển và giỏm sỏt toàn bộ hệ thống sản xuất. Từ hệ thống mỏy tớnh với phần mềm “BREWmaxxđV7 ”, cỏc tham số cụng nghệ được nạp vào và truyền tới bộ điều khiển trung tõm để thực hiện quỏ trỡnh sản xuất. Phần mềm “BREWmaxxđV7 ” hỗ trợ mạnh cụng cụ lập trỡnh mẻ và cỏc thuật toỏn điều khiển riờng trong ngành sản xuất bia. Với phần mềm “BREWmaxxđV7 ” việc sản suất được đồng bộ hoỏ trong suốt quỏ trỡnh sản xuất. Phần mềm “BREWmaxxđV7 ” lưu trữ được dữ liệu cỏc mẻ nấu gần như vụ hạn khi ổ cứng cũn dung lượng.
Để vận hành và quan sỏt toàn bộ nhà mỏy, hệ thống điều khiển này bao
gồm 3 mỏy tớnh cỏ nhõn PC với chuột và bàn phớm. Phần mềm chuẩn bị đặc biệt được chia thành một phần mềm hệ thống “BREWmaxxđ ” và phần mềm cho người sử dụng. Phần mềm này được thiết kế và phỏt triển để đỏp ứng yờu cầu của cỏc nhà mỏy bia. Nú là nền tảng cho mỗi hệ thống điều khiển của chỳng tụi.