Như đã trình bày ở trên, nhiệm vụ điều khiển trong nồi hồ hóa - đường hóa là điều khiển ổn định nhiệt độ khối dịch trong nồi theo biểu đồ nhiệt độ.
Trước khi lựa chọn giải pháp điều khiển ta xem xét quá trình cấp nhiệt cho nồi hồ hóa - đường hóa.
Quá trình cấp nhiệt và trao đổi nhiệt trong nồi hồ hóa (đường hóa) Sơ đồ quá trình cấp nhiệt nồi hồ hóa (đường hóa) cho trên hình 2.1.
Nguồn nhiệt là hơi nóng được đưa vào các ống hình bán nguyệt được hàn ở đáy hay thân thiết bị. Nhiệt truyền từ hơi nóng qua vỏ nồi và truyền đến khối dịch. Cánh khuấy có tác dụng làm đều nhiệt độ của khối dịch trong nồi.
Lượng hơi nóng đưa vào vùng truyền nhiệt được thay đổi thông qua các van.
Tdich TH1, H
2
TH
Hình 2.1 Sơ đồ cấp nhiệt nồi hồ hóa
Phân tích lựa chọn giải pháp điều khiển Xác định các biến quá trình
Xét quá trình trao đổi nhiệt của nồi hồ hóa (đường hóa), có thể thấy quá trình trên gồm các biến quá trình sau: nhiệt độ dịch trong nồi (Tdich), nhiệt độ hơi nóng vào (TH1), nhiệt độ nước ngưng (TH2), lưu lượng hơi vào (ωH), nhiệt độ môi trường (Tmt)
Ta có thể nhận thấy ngay rằng quá trình trên có hai biến ra là Tdich và TH2. Tuy nhiên từ yêu cầu công nghệ ta thấy ngay rằng biến duy nhất cần điều khiển ở đây là nhiệt độ của khối dịch trong nồi. Nhiệt độ ra của dòng ra nhiệt TH2 là biến ra không cần điều khiển. Hai biến vào là nhiệt độ TH1 và lưu lượng ωH của hơi vào, trong đó dễ dàng nhận thấy biến điều khiển tiềm năng ở đây là lưu lượng hơi ωH, còn TH2, Tmt coi là nhiễu quá trình.
H
1
TH
2
TH
Tdich
Tmt
Hình 2.2. Các biến quá trình nhiệt Lựa chọn sách lược điều khiển
Đại lượng cần điều khiển ở đây là nhiệt độ của dịch hèm trong nồi. Ta cần phải điều khiển nhiệt độ này theo một biểu đồ định trước. Trên biểu đồ nhiệt độ (hình 1.2 và hình 1.3) ta nhận thấy có hai quá trình:
- Quá trình ngâm ủ: duy trì nhiệt độ khối dịch tại một nhiệt độ cố định.
- Quá trình gia nhiệt: tăng đều nhiệt độ khối dịch từ nhiệt độ mong muốn này đến nhiệt độ mong muốn khác.
Nhận định về đối tượng điều khiển thì đây là một quá trình nhiệt xảy ra tương đối dài. Không đòi hỏi chất lượng điều khiển quá cao. Do đó ta lựa chọn sách lược điều khiển đơn giản để giải quyết bài toán, nhưng vẫn phải đảm bảo khả năng bám theo giá trị đặt, trong quá trình giữ nhiệt không có sai lệch tĩnh.
* Sách lược điều khiển phản hồi cho quá trình ổn định nhiệt nồi hồ hóa, đường hóa:
Ta coi quá trình như một hộp đen với biến vào điều khiển là ωH và biến ra cần điều khiển là Tdich. Để thực hiện theo sách lược điều khiển này ta cần sử dụng một can nhiệt (Pt100) có dải đo từ 0-150oC để đo nhiệt độ khối dịch, từ đó lấy thông tin về bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ so sánh với giá trị đặt từ, đó đưa ra tín hiệu điều khiển để điều khiển lưu lượng hơi cấp, lưu lượng được thay đổi qua một van tuyến tính. Sơ đồ nguyên lý của điều khiển phản hồi cho trên hình 2.3.
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của điều khiển phản hồi
Ưu điểm của điều khiển phản hồi mang lại là ta có thể điều khiển nó mà không cần biết quá rõ về đối tượng, loại bỏ được nhiễu bất định. Tuy nhiên do đại lượng cần điều khiển là nhiệt độ thường có quán tính lớn nên chất lượng điều khiển bị hạn chế.
Ta có sơ đồ P&ID cho sách lược điều khiển phản hồi như hình 2.4
Tdich H
2
TH
TSP
1
TH
Hình 2.4 Lưu đồ P&ID điều khiển phản hồi nồi hồ hóa
Nồi nấu gạo (hồ hoá): Nồi hồ hoá có nhiệm vụ ủ và gia nhiệt cho dung dịch bột gạo để nấu thành cháo, mục đích là nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biến tinh bột thành trạng thái hoà tan trong dung dịch.
Nồi nấu malt (đường hoá): Thực hiện quá trình ngâm ủ malt và dịch cháo, hỗn hợp này sẽ thuỷ phân dịch thành đường maltoza và các dextrin bậc thấp. Sau đó tạo ra một lượng đường glucoza.
Nhiệm vụ điều khiển ở đây là điều khiển ổn định nhiệt độ của toàn bộ khối dịch hỗn hợp của nguyên liệu và nước nấu bám theo một biểu đồ nhiệt độ nấu cho mỗi loại nguyên liệu gạo hay malt. Biểu đồ này là khác nhau đối với mỗi loại bia và đối với mỗi công nghệ sản xuất.
Hình 2.5 Sơ đồ của nồi hồ hóa, nồi đường hóa