Luận văn: Xây dựng hệ thống SCADA giám sát hệ nấu trong dây chuyền sản xuất bia

Tài liệu Scada: hệ thống điều khiển sản xuất bia tổng hợp lý thuyết và thực hành, phục vụ học tập ngành phục vụ đào tạo và nghiên

• Tác giả: Nguyễn Xuân Hợp
• Người hướng dẫn: PGS. Đinh Văn Nha
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Xây Dựng Hệ Thống Điều Khiển Giám Sát SCADA Hệ Nấu Trong Dây Chuyền Sản Xuất Bia Chất Lượng Cao
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ thống SCADA trong Sản xuất Bia

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là hệ thống điều khiển và giám sát dữ liệu tự động, đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất bia hiện đại. Hệ thống này cho phép giám sát toàn bộ quy trình sản xuất từ khâu lên men đến đóng gói, nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng SCADA giúp các nhà máy bia tối ưu hóa chi phí vận hành, giảm thiểu sai sót thủ công và đảm bảo tính nhất quán của sản phẩm cuối cùng.

1.1. Khái niệm SCADA và vai trò trong ngành bia

SCADA là công nghệ tự động hóa lấy dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị hiện trường, xử lý thông tin và đưa ra các lệnh điều khiển. Trong sản xuất bia, SCADA giám sát nhiệt độ, áp suất, độ pH và nồng độ cồn, giúp duy trì các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men và chế biến.

1.2. Lợi ích của SCADA trong sản xuất bia

Ứng dụng SCADA mang lại nhiều lợi ích: tăng năng suất sản xuất, giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi, cải thiện an toàn lao động, tiết kiệm năng lượng và tài nguyên, đồng thời cho phép theo dõi thời gian thực toàn bộ quy trình.

II. Cấu trúc và Thành phần Hệ thống SCADA

Một hệ thống SCADA hoàn chỉnh trong nhà máy bia bao gồm nhiều thành phần liên kết với nhau. Tầng dữ liệu bao gồm các cảm biến đo lường nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và các thông số hóa học. Tầng điều khiển sử dụng các bộ điều khiển lập trình (PLC) để xử lý thông tin từ cảm biến. Tầng giao diện người dùng cho phép nhân viên giám sát và điều chỉnh quy trình thông qua màn hình HMI (Human Machine Interface) trên máy tính hoặc thiết bị di động.

2.1. Các cảm biến và thiết bị đo lường

Cảm biến nhiệt độ RTD và thermocouple, cảm biến áp suất, cảm biến pH, cảm biến lưu lượng chất lỏng là những thiết bị chính. Chúng giúp theo dõi các tham số quan trọng trong các bể lên men, nồi nấu, bộ lọc và các khâu khác của quy trình sản xuất bia.

2.2. Bộ điều khiển lập trình PLC và SCADA Master

PLC xử lý tín hiệu từ cảm biến và thực thi các chương trình điều khiển tự động. SCADA Master hoặc Supervisory Server tập hợp dữ liệu từ các PLC khác nhau, lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, và cung cấp giao diện quan sát cho người vận hành.

III. Ứng dụng SCADA trong các Quy trình Sản xuất Bia

SCADA được áp dụng toàn diện trong các giai đoạn sản xuất bia. Trong giai đoạn lên men, hệ thống điều khiển nhiệt độ bể lên men ở mức tối ưu (thường 15-20°C cho lager hoặc 18-25°C cho ale). Tại khâu nấu, SCADA quản lý chu trình nấu, điều chỉnh nhiệt độ và thời gian theo công thức đặc biệt. Trong giai đoạn lọc lạnh, hệ thống đảm bảo tốc độ lọc và độ sạch của sản phẩm. Các thông tin này được ghi lại để kiểm soát chất lượng.

3.1. Điều khiển quy trình lên men

SCADA duy trì nhiệt độ lên men chính xác bằng cách kích hoạt hệ thống làm lạnh hoặc sưởi ấm tự động. Hệ thống cũng giám sát mức độ lên men qua áp suất CO2 và mật độ chất lỏng, đảm bảo chất lượng bia ổn định.

3.2. Tối ưu hóa khâu nấu và lọc

Trong giai đoạn nấu, SCADA kiểm soát tỷ lệ nguyên liệu, thời gian nấu, và nhiệt độ. Ở khâu lọc, nó điều chỉnh áp suất và lưu lượng để đạt hiệu suất cao, giảm hao hụt và duy trì độ sáng của bia.

IV. Những Thách thức và Hướng phát triển Tương lai

Mặc dù SCADA mang lại nhiều lợi ích, việc triển khai vẫn đối mặt với thách thức về bảo mật dữ liệu, tương thích giữa các hệ thống cũ và mới, cũng như chi phí đầu tư ban đầu. Trong tương lai, tích hợp AI và machine learning sẽ giúp dự đoán sự cố, tối ưu hóa công thức và nâng cao hiệu suất. IoT (Internet of Things) sẽ cho phép kết nối các nhà máy phân tán, chia sẻ dữ liệu và kinh nghiệm trên toàn bộ chuỗi cung ứng.

4.1. Các thách thức hiện tại

Bảo mật mạng là mối quan tâm hàng đầu khi SCADA kết nối internet. Chi phí nâng cấp hệ thống cũ lên công nghệ mới rất cao. Cần đào tạo nhân sự để vận hành và bảo trì các hệ thống tiên tiến.

4.2. Triển vọng phát triển với AI và IoT

Kết hợp AI giúp dự báo lỗi, tối ưu công thức nấu độc đáo, và cải thiện kiểm soát chất lượng. IoT cho phép theo dõi sản xuất từ xa, chia sẻ dữ liệu giữa các nhà máy, tạo nên hệ sinh thái sản xuất thông minh và linh hoạt hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu vẻ hệ thống SCADA và tổng quan về nhà máy bia Chương 2: Nghiên cứu hệ thống nhà nấu Chương 3: Nghiên cứu hệ thống SCADA với WisCC và phần mềm điều khiển PLC Chương 4: Thiết kế hệ thống, Em xia duoc gi lời cảm ơn sâu sắc đến thấy “ PGS.TS Đính Van Nha ” với những chỉ dẫn tận tình trong suốt thời gian thực hiện đổ ẩn này. Sinh viên thực hiện: Trang -4- Tĩnh 3. Những đạc trưng lập trình của các loại điền khiển Hình 3. Sơ đỏ khối của hệ thấng điều khiển PID Tình 3.

Sơ đồ khối tổng quái của bộ điều khiển mém PID Hình 3. Mở khối chứa thông tỉn của bộ điều khiển PID Tĩnh 3. Cấu hình cho bộ điều khiển FID mềm. Hàm chuyển SCAI.

Lựa chọn loại tín hiệu vào cho module vio ra. Diều khiển và giầm sất qua mang Profibus dig WINCC Tĩình 3. Các chức năng chính của hệ thống. Mô hình dự phòng toàn điện.

Mô hình dự phòng cho raodulc 1/O Hinh 4,3. Sơ đồ chuyển mạch cho hệ thống dự phòng I/O và BUS Tĩnh 4. Sơ đồ kết nối phần cứng cho hệ thống dự phòng I/O và BUS Tình 4. Sơ đổ chuyển đổi Server khi cổ xây ra sự cố Hình 4.

Sơ đỗ kết nối dự phòng cho server Tĩnh 4. Cáo thuộc tính của winec hả trợ khi thiết kế hệ thống dự phòng Hình 4. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển phản hồi. Cấu trúc của một hệ thống điều khiển thắng Tình 4.

Thiết bị đo áp suất thực tế trong nbii may Hình 4. Thiết bị đo lưu lượn; Tĩnh 4. Cấu trúc cơ bản của mội thiết bị chấp hành. Van điều khiển PID Hình 4.

Van điện điểu khiển on/off Tĩnh 4. Cấu hình PT. cho hệ thống nấu. Cấu hình PLC trong Sep7.

Lưu đề chương trình chính. Tam đề thuật toán điều khiển nhiệt độ Hinh 4. Lun dé thnat todn cha chite nang maintenance.Giao diện màn hình chính. Giao diện màn hình điều khiển cho hai nói nấu Hình 4.

Giao diện màn hình maintcnancc Hình 4. Giao diện màn hình của đó thị sân xuất. Giao điện của màn hình report * Danh mục các bảng Bảng I: Các tham biến hình thức đầu vào FB41: Bảng 2- Các tham biến hình thức đâu ra FB41: Bang 3: Céc tham số hầm FCI05: Bảng 4: Thông số của thiết bị do áp suất Bảng 5: Thông số kỹ thuật của thiết bị đo Lưu lượng Bảng 6: Thông số kỹ thuật của van điều khiển PID Bảng 7: Phân bổ địa chỉ cho PLC trên timg module: Trang -8- 3. BO DIEU KHIEN KHA TRINH PLC ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.1 Giới thiệu về PLC.

si soi Error! Bookmark not defined. So sánh PLC với các hệ thống khác. Errort Bookmark not defined. Khối điều khiển PID mém: FBI CONT_C Frrart Rookmark not defined.3, Sử dụng FC 105 để xử lý tín inéu cho module Analog .Errort Bookmark not defined.

GIỚI THIỆU VỀ WINCC. - ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.1 Chức năng của WinCC .-Errart Bookmark not defined.2 Một số đối tượng điển hình trong WinOC Errart Bookmark not defined. CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.1, THIẾT KE PHAN CONG.

ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. Giải pháp dự phòng cho hệ thống Errort Bookmark not defined. 1ê thống dự phòng đùng WINCC.IErrart Bookmark noi defined, 4. Cức thiết bị phần cứng Errort Bookmark not defined.

Cau hinh phan ermg cho Step? frrar! Bookmark not defined. THIẾT KẾ PHAN MEM.-ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.1, Lap tinh PLC.Errort Bookmark not defined. Xây dụng phần mêm diều khiée bing WINCC Errort Bookmark not defined. CÁC QUÁ ĐẠT ĐƯỢC, HẠN CHẾ VÀ PHƯỜNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỂ TÀI ERROR! BOOEMARK NOT DEFINED.

TẢI LIỆU THAM KHẢO. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. PHULUC ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. Những đạc trưng lập trình của các loại điền khiển Hình 3.

Sơ đỏ khối của hệ thấng điều khiển PID Tình 3. Sơ đồ khối tổng quái của bộ điều khiển mém PID Hình 3. Mở khối chứa thông tỉn của bộ điều khiển PID Tĩnh 3. Cấu hình cho bộ điều khiển FID mềm.

Hàm chuyển SCAI. Lựa chọn loại tín hiệu vào cho module vio ra. Diều khiển và giầm sất qua mang Profibus dig WINCC Tĩình 3. Các chức năng chính của hệ thống.

Mô hình dự phòng toàn điện. Mô hình dự phòng cho raodulc 1/O Hinh 4,3. Sơ đồ chuyển mạch cho hệ thống dự phòng I/O và BUS Tĩnh 4. Sơ đồ kết nối phần cứng cho hệ thống dự phòng I/O và BUS Tình 4.

Sơ đổ chuyển đổi Server khi cổ xây ra sự cố Hình 4. Sơ đỗ kết nối dự phòng cho server Tĩnh 4. Cáo thuộc tính của winec hả trợ khi thiết kế hệ thống dự phòng Hình 4. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển phản hồi.

Cấu trúc của một hệ thống điều khiển thắng Tình 4. Thiết bị đo áp suất thực tế trong nbii may Hình 4. Thiết bị đo lưu lượn; Tĩnh 4. Cấu trúc cơ bản của mội thiết bị chấp hành.

Van điều khiển PID Hình 4. Van điện điểu khiển on/off Tĩnh 4. Cấu hình PT. cho hệ thống nấu.

Cấu hình PLC trong Sep7. Lưu đề chương trình chính. Tam đề thuật toán điều khiển nhiệt độ Hinh 4. Lun dé thnat todn cha chite nang maintenance.Giao diện màn hình chính.

Giao diện màn hình điều khiển cho hai nói nấu Hình 4. Giao diện màn hình maintcnancc Hình 4. Giao diện màn hình của đó thị sân xuất. Giao điện của màn hình report * Danh mục các bảng Bảng I: Các tham biến hình thức đầu vào FB41: Bảng 2- Các tham biến hình thức đâu ra FB41: Bang 3: Céc tham số hầm FCI05: Bảng 4: Thông số của thiết bị do áp suất Bảng 5: Thông số kỹ thuật của thiết bị đo Lưu lượng Bảng 6: Thông số kỹ thuật của van điều khiển PID Bảng 7: Phân bổ địa chỉ cho PLC trên timg module: Trang -8- DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC HÌNH VÉ TRONG LUẬN VĂN * Danh mục các chữ viết tắt CPU : Central Processing Unit D/A Digital / Analog FC Function OB : Organisation Block PC : Personal Computer FLC : Programmable Logic Controller SCADA Supervisory Control And Dala Acquisition ‘WinCC : Window Control Center DB : Data Block RIU : Remote Ternimal Unit HMI Homan Machine Interface CIP : Clean Tn Place * Danh mục các hành vẽ: Tinh 1.1: Mô hình phân cấp chức năng Tĩnh L.

Qny trình sẵn xuất bia Hình 2. Sơ đồ khối các công doạn trong hệ thống nấu Hình 2. Hệ thống nói nấu Tinh 2. I1ệ thống nổi lọc Hình 2.

Quy trình nổi lọc.5, Cấu tạo bên trong nổi lọc.6, Hê thểng nổi sôi hoa Hình 2. Cấu tạo nồi sôi hoa.8, Dường luân chuyển nhiệt độ và dịch. Hệ thống thùng lắng xoấy Hình 2. Hệ thống nồi trung gian.

Hệ thống làm lạnh nhanh. Lưu đồ diễn khiển nhiệt độ cho nổi ag Tinh 2. Lưu đề điển khiển nhiệt độ cho nổi lọc bã Tình 2. Iam đề điều khiển nhiệt độ cho Irimg gian Hình 2.15, Luu dé điển khiển lưu lượng Tĩnh 3.

Cấn trúc PT. Cấu hình một thanh rack của PLC 57-300 Tinh 3. Sơ đồ kết nổi các rack Tình 3⁄4, Nguyên lý lập hình tuyến tính Hình 3.5, Nguyên lý lập trình có cấu trúc Trang -2- 3. BO DIEU KHIEN KHA TRINH PLC ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.1 Giới thiệu về PLC.

si soi Error! Bookmark not defined. So sánh PLC với các hệ thống khác. Errort Bookmark not defined. Khối điều khiển PID mém: FBI CONT_C Frrart Rookmark not defined.3, Sử dụng FC 105 để xử lý tín inéu cho module Analog .Errort Bookmark not defined.

GIỚI THIỆU VỀ WINCC. - ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.1 Chức năng của WinCC .-Errart Bookmark not defined.2 Một số đối tượng điển hình trong WinOC Errart Bookmark not defined. CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.1, THIẾT KE PHAN CONG.

ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. Giải pháp dự phòng cho hệ thống Errort Bookmark not defined. 1ê thống dự phòng đùng WINCC.IErrart Bookmark noi defined, 4. Cức thiết bị phần cứng Errort Bookmark not defined.

Cau hinh phan ermg cho Step? frrar! Bookmark not defined. THIẾT KẾ PHAN MEM.-ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.1, Lap tinh PLC.Errort Bookmark not defined. Xây dụng phần mêm diều khiée bing WINCC Errort Bookmark not defined. CÁC QUÁ ĐẠT ĐƯỢC, HẠN CHẾ VÀ PHƯỜNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỂ TÀI ERROR! BOOEMARK NOT DEFINED.

TẢI LIỆU THAM KHẢO. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. PHULUC ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. LOI CAM BOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu cúa riêng tôi.

Ngoài phần tài liệu tham khảo đã dược liệt kê đầy đủ, các số liệu và kết quả trong phần luận van là hoàn toần trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trang -1- LOI CAM BOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu cúa riêng tôi. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã dược liệt kê đầy đủ, các số liệu và kết quả trong phần luận van là hoàn toần trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trang -1- LOI CAM BOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu cúa riêng tôi. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã dược liệt kê đầy đủ, các số liệu và kết quả trong phần luận van là hoàn toần trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trang -1- 'NguyỄn Xuân Hợp MỤC LỤC Contents LOICAM DOAN. DANTTMUC CAC CIT VIET Tắt 'VÀ CÁC TIÌNH VẼ TRONG TUẬN VĂN.

2 LỒI NÓI ĐẦU 4 CHUONGI: GIGI THIEU VỀ HỆ THỐNG SCADA VÀ TONG QUAN VE NHA MAY BIA. HE THONG SCADA. 111 Chức năng và nhiệm vụ ca bản của hé SCADA 8 1.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA " 1. Tle thắng SCADA hiện dại - 13 L 1.

Các ng đụng của hệ thống SCADA 7 1.5, Muc dich dp dung he thing SCADA vio sta xuất 18 12. XÂY DỰNG HỆ THỐNG SCADA - 19 1.1, Yeu chu và cơ sở xây dựng hệ thống tự động hóa. Thiết kế các chức nàng bệ thống tự động hoá. GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY BIA.

Quy trình sẵn xuất bia 1. Các hiện trường, 29 1 3. Các thiết bị chấp hành và sensor + CHUGNG TT: NGHTEN CUU HE THONG NHÀ NẤIT 33 2. LUU ĐỒ P&ID CỦA HE THONG NHA NAU VA CHUC NANG NHIEM VU MGI CONG ĐOẠN 33 3.

BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ AZ 2.1, Digu khiển nhiệt độ cho nồi ni. Điều khiển nhiệt độ cho các bệ thống khá: AB 2. BÀI TOÁN DIỀU KHIỂN LƯU LUGNG .