Giới thiệu dự án

Trong ngành công nghiệp sản xuất bia và đồ uống giải khát, hệ thống lạnh công nghiệp đóng vai trò là "trái tim" vận hành toàn bộ dây chuyền công nghệ vi sinh. Theo các thống kê từ Hiệp hội Bia - Rượu - Nước giải khát Việt Nam (VBA) và Viện Khoa học Lạnh Quốc tế (IIR), hệ thống nhiệt - lạnh chiếm từ 50% đến 65% tổng điện năng tiêu thụ của toàn bộ nhà máy bia quy mô công nghiệp. Việc đảm bảo chế độ nhiệt nghiêm ngặt tại các công đoạn hồ hóa, đun sôi houblon, hạ nhiệt nhanh dịch đường (Wort cooling) từ $100^\circ\text{C}$ xuống $7 - 9^\circ\text{C}$, duy trì lên men chính ở $14^\circ\text{C}$ và bảo quản ổn định tại các bồn lên men (Cylindroconical Tank - CCT) là yếu tố quyết định chất lượng hương vị bia thành phẩm cũng như hiệu suất kinh tế của doanh nghiệp.

Đề tài "Tìm hiểu các hệ thống lạnh. Đi sâu vào phân tích hệ thống lạnh Công ty bia Heineken Việt Nam - Hà Nội" của kỹ sư Tạ Văn Đạo (chuyên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng) tập trung giải quyết bài toán cốt lõi: Phân tích toàn diện chu trình nhiệt động học và thiết kế, chuẩn hóa giải pháp tự động hóa điều khiển hệ thống lạnh trung tâm sử dụng môi chất Amoniac ($\text{NH}_3\text{ - R717}$) kết hợp chất tải lạnh trung gian Glycol tại Nhà máy bia Heineken Hà Nội (quy mô 33 ha tại Thường Tín, Hà Nội).

Hệ thống hướng tới giải quyết các điểm nghẽn kỹ thuật đặc thù:

  • Sự biến thiên phụ tải nhiệt đột ngột trong ngày khi thực hiện các mẻ nấu bia gián đoạn công suất lớn.
  • Nguy cơ ngộ độc và nhiễm mùi vào sản phẩm thực phẩm nếu xảy ra rò rỉ môi chất độc hại $\text{NH}_3$.
  • Tổn thất điện năng khởi động và xung kích dòng điện lớn từ dàn máy nén công suất cao nếu thiếu hệ thống điều khiển liên động tối ưu.

Mục tiêu dự án

  1. Khảo sát và hệ thống hóa lý thuyết: Phân tích các chu trình nhiệt động học, đặc tính nhiệt vật lý của môi chất $\text{NH}_3$ và dung dịch Propylene Glycol trong điều kiện vận hành thực tế.
  2. Khảo sát hiện trạng công nghệ: Đo đạc, phân tích thông số vận hành của cụm 6 máy nén 6KWA, dàn ngưng tụ bay hơi, hệ thống phân phối Glycol tại Nhà máy Bia Heineken Hà Nội.
  3. Thiết kế giải pháp tự động hóa: Xây dựng cấu trúc điều khiển tự động sử dụng PLC Siemens S7-300 (CPU 313C-2 DP) kết hợp hệ thống SCADA WinCC, giám sát đa kênh áp suất, nhiệt độ, lưu lượng và liên động an toàn bảo vệ máy nén.
  4. Tối ưu hóa năng lượng: Thiết lập thuật toán phân cấp tải máy nén, điều khiển chuyển đổi khởi động Sao - Tam giác ($\text{Y}-\Delta$) và cân bằng áp suất hệ thống nhằm giảm 15% đến 20% điện năng tiêu hao.

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

  • Phạm vi: Trạm lạnh trung tâm NH3/Glycol cấp tải cho phân xưởng nấu, hệ thống 20 tank lên men (15 tank dung tích 715 HL, 5 tank dung tích 450 HL và 01 tank mở rộng 2400 HL), cụm lọc màng Membrane và dây chuyền chiết chai tự động KHS (công suất $15.000\text{ chai/giờ}$).
  • Giới hạn: Tập trung vào tầng điều khiển cục bộ và tầng SCADA giám sát phân xưởng lạnh; không can thiệp sâu vào cấu trúc phần mềm MES tổng của tập đoàn Heineken Global.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tại các nhà máy bia quy mô lớn, việc lựa chọn phương thức làm lạnh quyết định trực tiếp tới an toàn vệ sinh thực phẩm (tiêu chuẩn HACCP/ISO 22000:2005) và chi phí vận hành (OPEX). Dưới đây là bảng phân tích so sánh ba phương pháp làm mát công nghiệp phổ biến:

Tiêu chí kỹ thuật / Kinh tế Làm lạnh trực tiếp Freon (R22/R404A) Làm lạnh gián tiếp qua Nước muối (Brine) Làm lạnh gián tiếp $\text{NH}_3$ - Glycol (Heineken Hà Nội)
Hiệu suất sinh lạnh (COP) Trung bình ($2.8 - 3.2$) Thấp ($2.2 - 2.6$) do tổn thất kép Cao ($4.0 - 4.6$) nhờ năng suất lạnh riêng của $\text{NH}_3$ lớn
Hệ số truyền nhiệt riêng $2.500 - 3.000\text{ W/m}^2\text{K}$ $1.800 - 2.200\text{ W/m}^2\text{K}$ $4.500 - 5.200\text{ W/m}^2\text{K}$ (pha $\text{NH}_3$)
Mức độ an toàn thực phẩm Rò rỉ gây ô nhiễm mùi, khó thu hồi Ăn mòn đường ống kim loại mạnh, rã đông nền Tuyệt đối an toàn do Glycol thực phẩm tuần hoàn độc lập
Khả năng tích trữ lạnh Kém, máy nén phải chạy bám tải liên tục Trung bình, dung tích bể muối lớn Xuất sắc, Glycol đóng vai trò đệm nhiệt ổn định
Tác động môi trường (ODP/GWP) $\text{ODP} > 0$, $\text{GWP} > 1800$ (Bị loại trừ theo Montreal) Không ảnh hưởng tầng ozone nhưng dễ rò rỉ rỉ sét $\text{ODP} = 0$, $\text{GWP} < 1$ (Thân thiện sinh thái hoàn toàn)

Phân loại yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must Have (Bắt buộc): Hệ thống liên động ngắt khẩn cấp khi mất áp suất dầu bôi trơn ($\Delta P < 0.15\text{ MPa}$), bảo vệ áp suất ngưng tụ cao ($P_{\text{high}} > 1.6\text{ MPa}$), mạch trễ khởi động liên hoàn tuần tự các máy nén.
  • Should Have (Nên có): Điều khiển luân phiên 6 máy nén và 5 bơm cấp Glycol (1 bơm dự phòng nóng) để đồng đều giờ hoạt động thiết bị; giám sát trực quan SCADA thời gian thực.
  • Could Have (Có thể mở rộng): Tự động điều biến góc nghiêng cánh quạt dàn ngưng tụ theo nhiệt độ bầu ướt môi trường.
  • Won't Have (Chưa thực hiện đợt này): Nhúng thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI/ML) tối ưu hóa dự báo phụ tải tức thời.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc điều khiển tự động hệ thống lạnh Heineken Hà Nội phân cấp theo cấu trúc 3 tầng chuẩn tự động hóa công nghiệp ISA-95:

[ Tầng Giám Sát & Vận Hành ]
[ Tầng Điều Khiển Trung Tâm ]
[ Tầng Thiết Bị Chấp Hành & Cảm Biến ]

Bảng thông số kỹ thuật hệ thống phần cứng và phần mềm

Thành phần thiết bị Model / Mã linh kiện Thông số kỹ thuật danh định Chức năng công nghệ
Bộ điều khiển lập trình Siemens S7-300 (CPU 313C-2 DP) $24\text{V DC}$, 128KB Work Memory, tích hợp Profibus Xử lý logic liên động, giải thuật PID, điều khiển đóng cắt
Phần mềm SCADA SIMATIC WinCC V7.4 SP1 Hỗ trợ 2048 Tags, giao thức OPC / S7 Protocol Giám sát trạng thái, vẽ đồ thị realtime nhiệt độ, cảnh báo lỗi
Cụm máy nén lạnh Mycom / Grasso 6KWA (6 tổ máy) Công suất điện $6 \times 75\text{ kW}$, môi chất R717 Nén môi chất gas $\text{NH}_3$ từ áp suất bay hơi lên áp suất ngưng tụ
Rơle bảo vệ áp suất dầu Danfoss MP55 Tiếp điểm nhiệt trễ $90\text{s}$, dải $\Delta P: 0.2 - 5\text{ bar}$ Ngắt nguồn động cơ máy nén khi thiếu dầu bôi trơn
Rơle áp suất cao/thấp Danfoss KP15 Dual Pressure Dải đo LP: $-0.2 - 7.5\text{ bar}$, HP: $8 - 32\text{ bar}$ Bảo vệ tự động giới hạn vùng an toàn buồng nén
Cảm biến nhiệt độ RTD PT100 (Class A, 3 dây) Dải đo $-50^\circ\text{C} \text{ đến } +150^\circ\text{C}$, sai số $\pm 0.15^\circ\text{C}$ Đo nhiệt độ áo lạnh bồn lên men, dịch đường và tank Glycol

Methodology (Phương pháp triển khai)

Dự án áp dụng phương pháp phát triển kỹ thuật công nghiệp V-Model chuẩn hóa:

  1. Khảo sát và lập chỉ mục yêu cầu: Thu thập dữ liệu vận hành thực tế tại trạm lạnh Heineken từ 06/04/2021.
  2. Thiết kế kỹ thuật: Tính toán phụ tải nhiệt, vẽ sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển $24\text{V DC}$ cách ly qua biến áp an toàn.
  3. Lập trình và cấu hình: Viết mã điều khiển trên STEP 7 (TIA Portal) và giao diện HMI/SCADA trên WinCC.
  4. Kiểm thử mô phỏng (Commissioning): Thử nghiệm logic liên động an toàn không tải và có tải trước ngày 03/07/2021.

Implementation và kết quả

Development Process & Control Logic

Quy trình điều khiển hệ thống tập trung vào việc quản lý logic khởi động an toàn cho máy nén: đảm bảo điều kiện bơm dầu có áp lực $\rightarrow$ bật bơm nước dàn ngưng và quạt ngưng tụ $\rightarrow$ mở van cấp dịch $\rightarrow$ khởi động động cơ theo sơ đồ Đổi nối Sao - Tam giác ($\text{Y}-\Delta$) để giảm dòng khởi động từ $6 - 7 I_{\text{đm}}$ xuống còn $2 - 2.5 I_{\text{đm}}$.

Dưới đây là khối logic điều khiển trích xuất từ chương trình PLC Siemens S7-300 viết bằng ngôn ngữ SCL/Structured Text nhằm quản lý máy nén lạnh và liên động an toàn:

// KHỐI ĐIỀU KHIỂN VÀ LIÊN ĐỘNG BẢO VỆ MÁY NÉN LẠNH NH3 (FB100)
FUNCTION_BLOCK FB_Compressor_Control
VAR_INPUT
    b_Start_Cmd       : BOOL;    // Lệnh khởi động từ SCADA
    b_Stop_Cmd        : BOOL;    // Lệnh dừng từ SCADA
    b_Emergency_Stop  : BOOL;    // Nút dừng khẩn cấp E-Stop
    b_High_Press_Trip : BOOL;    // Tín hiệu ngắt áp suất cao Danfoss KP15 (NC)
    b_Low_Press_Trip  : BOOL;    // Tín hiệu ngắt áp suất hút thấp (NC)
    b_Oil_Diff_Trip   : BOOL;    // Tín hiệu bảo vệ áp suất dầu Danfoss MP55 (NC)
    b_Overload_Relay  : BOOL;    // Rơle nhiệt bảo vệ quá dòng (NC)
    r_Glycol_Temp_PV  : REAL;    // Nhiệt độ Glycol đo từ PT100 (°C)
    r_Glycol_Temp_SP  : REAL;    // Nhiệt độ Glycol cài đặt (-4.0°C)
END_VAR

VAR_OUTPUT
    b_Contactor_Main  : BOOL;    // Contactor chính (K_Main)
    b_Contactor_Star  : BOOL;    // Contactor Sao (K_Star)
    b_Contactor_Delta : BOOL;    // Contactor Tam giác (K_Delta)
    b_Unloader_Valve  : BOOL;    // Van điện từ giảm tải Bypass
    b_Alarm_Status    : BOOL;    // Cảnh báo sự cố hệ thống
END_VAR

VAR
    i_State           : INT := 0;// 0: Dừng, 1: Giảm tải & Khởi động Sao, 2: Chạy Tam giác, 99: Lỗi
    t_Star_Delta_Tmr  : TON;     // Bộ định thời chuyển mạch Sao - Tam giác (5s)
    t_Oil_Delay_Tmr   : TON;     // Bộ định thời bỏ qua áp suất dầu lúc khởi động (90s)
END_VAR

BEGIN
    // 1. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN AN TOÀN LIÊN ĐỘNG
    IF b_Emergency_Stop OR (NOT b_High_Press_Trip) OR (NOT b_Overload_Relay) THEN
        i_State := 99; // Chuyển sang trạng thái sự cố
    END_IF;

    // 2. MÁY TRẠNG THÁI VẬN HÀNH (FINITE STATE MACHINE)
    CASE i_State OF
        0: // Trạng thái sẵn sàng / Chờ lệnh
            b_Contactor_Main  := FALSE;
            b_Contactor_Star  := FALSE;
            b_Contactor_Delta := FALSE;
            b_Unloader_Valve  := TRUE;  // Luôn mở van bypass xả áp buồng nén
            b_Alarm_Status    := FALSE;
            
            IF b_Start_Cmd AND (r_Glycol_Temp_PV > (r_Glycol_Temp_SP + 0.5)) THEN
                i_State := 1;
            END_IF;

        1: // Khởi động động cơ nén ở chế độ Sao (Y) có giảm tải
            b_Contactor_Main  := TRUE;
            b_Contactor_Star  := TRUE;
            b_Contactor_Delta := FALSE;
            b_Unloader_Valve  := TRUE;  // Mở van giảm tải giảm mômen cản
            
            // Định thời chuyển mạch 5 giây
            t_Star_Delta_Tmr(IN := TRUE, PT := T#5S);
            IF t_Star_Delta_Tmr.Q THEN
                t_Star_Delta_Tmr(IN := FALSE);
                b_Contactor_Star := FALSE; // Ngắt tiếp điểm Sao
                i_State := 2;              // Chuyển sang Tam giác
            END_IF;

        2: // Chế độ vận hành đầy tải bình thường (Delta)
            b_Contactor_Main  := TRUE;
            b_Contactor_Delta := TRUE;
            b_Unloader_Valve  := FALSE; // Đóng van bypass để máy nén sinh công
            
            // Giám sát áp suất dầu sau 90 giây chạy ổn định
            t_Oil_Delay_Tmr(IN := TRUE, PT := T#90S);
            IF t_Oil_Delay_Tmr.Q AND (NOT b_Oil_Diff_Trip) THEN
                i_State := 99; // Áp suất dầu tụt -> Dừng sự cố
            END_IF;

            IF b_Stop_Cmd OR (r_Glycol_Temp_PV <= r_Glycol_Temp_SP) THEN
                i_State := 0; // Đạt nhiệt độ yêu cầu -> Dừng máy nén
            END_IF;

        99: // Trạng thái Trip sự cố an toàn
            b_Contactor_Main  := FALSE;
            b_Contactor_Star  := FALSE;
            b_Contactor_Delta := FALSE;
            b_Unloader_Valve  := TRUE;
            b_Alarm_Status    := TRUE;
            
            IF NOT b_Emergency_Stop AND b_High_Press_Trip AND b_Overload_Relay THEN
                IF b_Stop_Cmd THEN // Reset lỗi bằng lệnh dừng
                    i_State := 0;
                END_IF;
            END_IF;
    END_CASE;
END_FUNCTION_BLOCK

Testing và validation

Quá trình kiểm thử và tích hợp được thực nghiệm trực tiếp trên hệ thống trạm lạnh qua các kịch bản phụ tải thực tế:

Nhiệt độ (°C)
  • Kiểm tra chức năng liên động an toàn: Khi giả lập ngắt tiếp điểm rơle áp suất dầu Danfoss MP55, PLC xuất tín hiệu ngắt toàn bộ Contactor máy nén trong vòng $0.08\text{ giây}$, ngăn chặn hoàn toàn nguy cơ cháy bó cốt máy nén.
  • Độ ổn định nhiệt độ chất tải lạnh Glycol: Duy trì nhiệt độ tank cấp lạnh ổn định ở mức $-4.0^\circ\text{C} \pm 0.3^\circ\text{C}$ (so với mức dao động trước cải tạo là $\pm 1.5^\circ\text{C}$).
  • Kiểm nghiệm hạ nhiệt nhanh dịch đường: Thực nghiệm làm mát $250\text{ HL}$ dịch đường mout từ nhiệt độ $100^\circ\text{C}$ xuống $8^\circ\text{C}$ thông qua bộ trao đổi nhiệt bản mỏng PHE (Plate Heat Exchanger) với thời gian trung bình $42\text{ phút/mẻ}$, đáp ứng chỉ tiêu chất lượng khắt khe của Heineken Global.

Kết quả đạt được

Chỉ số hiệu năng (KPI) Mục tiêu ban đầu Kết quả thực tế đạt được Đánh giá mức độ hoàn thành
Hệ số hiệu quả năng lượng (COP) $\ge 3.8$ $4.25$ Vượt $11.8%$ kế hoạch
Dòng khởi động cực đại máy nén $\le 2.5 I_{\text{đm}}$ $2.15 I_{\text{đm}}$ Đạt yêu cầu ổn định lưới điện
Thời gian phản hồi SCADA $< 1.0\text{ s}$ $0.25\text{ s}$ Giao tiếp Profibus-DP thời gian thực
Tỷ lệ thất thoát nhiệt bể Glycol $\le 5%$ $2.8%$ Bảo ôn Polyurethane chuẩn hóa
Tỷ lệ sự cố dừng máy ngoài ý muốn Giảm $80%$ $0\text{ vụ}$ trong quá trình nghiệm thu Hoàn thành xuất sắc

Đổi mới và đóng góp

  1. Chu trình lạnh tầng kép tối ưu hóa: Ứng dụng thành công sự kết hợp giữa chu trình nén hơi $\text{NH}_3$ hiệu suất nhiệt động cực cao ở vòng sơ cấp và mạng phân phối Propylene Glycol thực phẩm an toàn ở vòng thứ cấp. Cấu trúc này triệt tiêu rủi ro nhiễm bẩn hóa chất vào bia thành phẩm, đồng thời tận dụng triệt để hệ số truyền nhiệt vượt trội của $\text{NH}_3$.
  2. Thuật toán điều khiển phân cấp và trễ khởi động thông minh: Thay thế toàn bộ hệ thống tủ rơle thời gian cơ điện truyền thống bằng cấu trúc lập trình PLC Siemens S7-300. Việc cài đặt trễ chuyển mạch Sao - Tam giác $5.0\text{s}$ kết hợp van điện từ giảm tải giúp bảo vệ tuổi thọ cơ khí trục khuỷu máy nén và loại bỏ hoàn toàn hiện tượng sụt áp lưới cục bộ.
  3. Mô hình hóa SCADA giám sát trực quan hóa: Thiết kế giao diện SCADA trên WinCC hỗ trợ cảnh báo sự cố đa cấp độ (Alarm Matrix), lưu trữ đồ thị nhiệt độ (Trend logging) hỗ trợ truy xuất nguồn gốc dữ liệu phục vụ các đợt kiểm toán chứng nhận ISO 9001, ISO 14001 và ISO 22000.
Hệ thống rơle điều khiển truyền thống (Cũ)        Hệ thống Tự Động Hóa PLC S7-300 + WinCC (Mới)

Ứng dụng thực tế và triển khai

Tình huống ứng dụng thực tế (Use Cases)

  • Quy trình hạ nhiệt nhanh dịch đường (Wort Cooling): Dịch mout sau khi tách bã tại nồi lắng xoáy Whirlpool có nhiệt độ $100^\circ\text{C}$ được bơm qua hệ thống trao đổi nhiệt dạng tấm kép (PHE). Giai đoạn 1 hạ nhiệt bằng nước lạnh sinh hoạt xuống $25^\circ\text{C}$; giai đoạn 2 dùng Glycol $-4^\circ\text{C}$ hạ sâu dịch đường về $7 - 9^\circ\text{C}$ để nạp vào tank lên men, đáp ứng môi trường tối ưu cho nấm men thuần chủng phát triển với tỷ lệ men chết dưới $2 - 3%$ (tiêu chuẩn bia Heineken).
  • Kiểm soát áo lạnh bồn lên men CCT: Mỗi tank lên men (715 HL, 2400 HL) trang bị 3 khoang áo lạnh độc lập. Khi quá trình chuyển hóa đường thành cồn sinh nhiệt đẩy nhiệt độ lên quá $14^\circ\text{C}$, PLC tự động kích hoạt van điều khiển điện từ mở tuần hoàn dòng Glycol $-4^\circ\text{C}$ giải nhiệt đối lưu cưỡng bức.
Tank Lên Men CCT (715 HL)

Chiến lược triển khai và hiệu quả đầu tư (ROI)

  • Kế hoạch triển khai: Đấu nối song song tủ điều khiển mới vào hệ thống động lực hiện hữu trong kỳ bảo trì định kỳ của nhà máy, chuyển đổi từng nhánh máy nén trong vòng 72 giờ không làm gián đoạn kế hoạch sản xuất bia.
  • Phân tích kinh tế - kỹ thuật: Nhờ tối ưu hóa chu kỳ đóng cắt 6 máy nén 6KWA và giảm tổn thất nhiệt vòng Glycol, trạm lạnh tiết kiệm trung bình $18.5%$ điện năng tiêu thụ mỗi tháng (tương đương khoảng $32.000\text{ kWh/tháng}$ cho quy mô phân xưởng). Thời gian hoàn vốn đầu tư phần cứng tự động hóa ước tính dưới 18 tháng.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Hạn chế cấu hình phần cứng: CPU 313C-2 DP có dung lượng bộ nhớ làm việc hạn chế (128 KB), không thể tích hợp các thuật toán điều khiển phi tuyến phức tạp hoặc xử lý dữ liệu lớn trực tiếp tại trạm.
  • Giao thức truyền thông: Hệ thống vẫn dựa chủ yếu trên chuẩn trường dây nối cứng Profibus-DP, tốc độ truyền và khả năng mở rộng không linh hoạt bằng chuẩn truyền thông công nghiệp hiện đại PROFINET / Industrial Ethernet.
  • Phương pháp điều khiển: Vẫn sử dụng thuật toán On/Off phân cấp kết hợp PID truyền thống, chưa tích hợp biến tần trung/hạ thế cho toàn bộ 6 đầu máy nén 6KWA do chi phí đầu tư ban đầu cao.

Hướng nâng cấp mở rộng

  1. Nâng cấp phần cứng: Chuyển đổi sang nền tảng PLC thế hệ mới Siemens S7-1500 (CPU 1515-2 PN) hỗ trợ giao thức mạng PROFINET thời gian thực và tích hợp máy chủ OPC UA.
  2. Ứng dụng biến tần trung thế (VFD): Lắp đặt biến tần điều khiển tốc độ vô cấp cho 02 máy nén phụ tải nền, giúp triệt tiêu dòng khởi động và nâng cao COP thêm $12%$.
  3. Ứng dụng AI/Machine Learning: Tích hợp mô hình điều khiển dự báo MPC (Model Predictive Control) nhằm tự động lập lịch bật/tắt tổ máy nén dựa trên kế hoạch nấu bia theo thời gian thực từ hệ thống quản trị sản xuất ERP/MES.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện / Tự động hóa: Cung cấp tài liệu tham khảo hoàn chỉnh từ khảo sát công nghệ thực địa, phân tích nhiệt động lực học đến thiết kế sơ đồ mạch điện động lực và logic lập trình PLC thực tế.
  • Kỹ sư vận hành hệ thống HVACR / Tự động hóa công nghiệp: Cung cấp mẫu mã khối hàm (Function Block) điều khiển máy nén lạnh, phương pháp phối hợp các thiết bị an toàn (Danfoss MP55, KP15) và thiết kế hệ thống SCADA chuẩn công nghiệp.
  • Doanh nghiệp chế biến thực phẩm & đồ uống: Giải pháp tối ưu hóa năng lượng trực tiếp, giảm chi phí OPEX, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm quốc tế ISO 9001, ISO 14001 và ISO 22000.
  • Nhà nghiên cứu & Viện chuyên ngành: Dữ liệu thực nghiệm phong phú về động học nhiệt chu trình $\text{NH}_3$ - Glycol phục vụ các nghiên cứu chuyên sâu về tối ưu hóa năng lượng trong công nghiệp nặng.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật phần cứng tối thiểu để triển khai hệ thống điều khiển này là gì?

Hệ thống yêu cầu tối thiểu một bộ điều khiển lập trình PLC có hỗ trợ giao thức truyền thông công nghiệp (như Siemens S7-300 CPU 313C-2 DP hoặc tương đương), nguồn cấp an toàn $24\text{V DC}$ qua biến áp cách ly chống nhiễu, các module mở rộng DI/DO, AI đo nhiệt độ PT100 (độ phân giải tối thiểu 13-bit) và trạm máy tính công nghiệp vận hành phần mềm SCADA WinCC.

2. Tại sao nhà máy bia Heineken không làm lạnh trực tiếp dịch đường bằng môi chất $\text{NH}_3$?

Mặc dù $\text{NH}_3$ có hiệu suất nhiệt động rất cao, nhưng đây là môi chất có tính độc, mùi hăng mạnh và có thể gây ngộ độc thực phẩm. Việc sử dụng vòng tuần hoàn dung dịch trung gian Propylene Glycol thực phẩm giúp cách ly hoàn toàn môi chất độc hại khỏi dây chuyền sản xuất bia, đảm bảo an toàn tuyệt đối theo tiêu chuẩn ISO 22000.

3. Hệ thống xử lý sự cố như thế nào khi mất áp lực dầu bôi trơn máy nén?

Rơle vi sai áp suất dầu Danfoss MP55 tích hợp thanh lưỡng kim nhiệt với thời gian trễ $90\text{ giây}$. Khi máy nén khởi động, rơle cho phép máy chạy trong $90\text{s}$ để bơm dầu thiết lập áp suất. Sau thời gian này, nếu độ chênh áp suất dầu $\Delta P < 0.15\text{ MPa}$, tiếp điểm NC sẽ mở ra, PLC lập tức kích hoạt ngắt Contactor chính của máy nén và khóa liên động chống khởi động lại cho đến khi được kỹ thuật viên kiểm tra và reset bằng tay.

4. Chi phí bảo dưỡng định kỳ hệ thống lạnh $\text{NH}_3$ - Glycol gồm những hạng mục nào?

Các hạng mục bảo dưỡng định kỳ bao gồm: kiểm tra độ tinh khiết và bổ sung chất chống ăn mòn cho dung dịch Glycol (mỗi 6 tháng), thay dầu bôi trơn chuyên dụng cho máy nén lạnh $\text{NH}_3$ (sau mỗi $4.000 - 8.000\text{ giờ}$ chạy máy), vệ sinh cặn bám trên dàn ngưng tụ bay hơi, kiểm chuẩn lại các đầu đo áp suất và rơle an toàn Danfoss hàng năm.

5. Khả năng mở rộng công suất của hệ thống khi nhà máy lắp đặt thêm tank lên men mới như thế nào?

Kiến trúc hệ thống sử dụng trạm làm lạnh trung tâm với mạng đường ống Glycol mạch vòng kín song song. Khi bổ sung tank lên men mới (như tank $2400\text{ HL}$ mở rộng), chỉ cần kết nối thêm cụm van điều khiển điện từ vào đường ống góp Glycol chính và khai báo thêm các biến I/O (Tags) tương ứng vào chương trình PLC S7-300 và giao diện SCADA WinCC mà không cần tái cấu trúc toàn bộ hệ thống.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tìm hiểu các hệ thống lạnh. Đi sâu vào phân tích hệ thống lạnh Công ty bia Heineken Việt Nam - Hà Nội" của sinh viên Tạ Văn Đạo đã giải quyết xuất sắc cả hai khía cạnh: Lý luận nhiệt động học chuyên sâu và Thực tiễn ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động hóa. Đề tài đã làm sáng tỏ cấu trúc vận hành của trạm lạnh $\text{NH}_3$ kết hợp mạng phân phối trung gian Glycol tại một trong những nhà máy sản xuất bia hiện đại bậc nhất Việt Nam.

Việc chuẩn hóa giải pháp tự động hóa bằng PLC Siemens S7-300 kết hợp SCADA WinCC không chỉ nâng cao độ tin cậy và an toàn cho cụm 6 máy nén 6KWA mà còn đem lại giá trị kinh tế trực tiếp thông qua việc tiết kiệm điện năng tiêu thụ, đảm bảo chất lượng bia đạt tiêu chuẩn quốc tế nghiêm ngặt của tập đoàn Heineken. Kết quả nghiên cứu là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao cho công tác đào tạo kỹ sư Điện - Tự động hóa cũng như chuyển giao công nghệ cho các nhà máy chế biến thực phẩm và đồ uống hiện đại.