Chương 1: giới thiệu tổng quan về ngành bia ở việt nam và bài toán điều khiển trong dây chuyền nấu bia .1 Giới thiệu sơ lược về ngành bia.2 Tổng quan về ngành công nghiệp bia ở Việt Nam .1 Tình hình sản xuất bia ở Việt Nam .2 Định hướng phát triển ngành công nghiệp bia Việt Nam.3 Vai trò của hệ Nấu trong sản xuất bia và vấn đề điều khiển trong dây chuyền Nấu. 12 Chương 2: nồi sôi hoa (houblon) và bài toán điều khiển ổn định nhiệt lượng cung cấp bởi hơi quá nhiệt .1 Nhiệm vụ, chức năng nồi sôi hoa và mục tiêu đặt ra của bài toán điều khiển .1 Nhiệm vụ và chức năng của nồi sôi hoa .2 Mục tiêu dặt ra của bài toán điều khiển nồi houblon .2 Phương pháp điều khiển truyền thống và nét mới của đề tài .1 Phương pháp kinh điển điều khiển cấp hơi cho nồi houblon trong các nhà máy bia ở Việt Nam .2 Nét mới của đề tài .3 Các vấn đề cần xem xét khi xây dựng bài toán điều khiển cho nồi sôi hoa .1 Quá trình cấp nhiệt và trao đổi nhiệt trong nồi houblon. 37 Học viên : Trần trung hiếu lớp cao học điều khiển tự động Luận văn tốt nghiệp cao học ii Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2.2 Xác định nhiệt lượng cần cấp cho nồi houblon trong suốt thời gian cô dịch .4 Nhận định mô hình hệ thống và phát biểu bài toán. 56 Chương 3: Phân tích bài toán và Sách lược điều khiển .1 Phân tích bài toán .2 Sách lược điều khiển .1 Lựa chọn đại lượng điều khiển chủ đạo .2 Điều khiển tầng và các vấn đề liên quan.3 áp dụng điều khiển tầng vào bài toán điều khiển nhiệt lượng.
70 Chương 4: thiết lập bộ điều khiển tầng kết quả đạt được và nhận xét đánh giá .1 Thiết lập bộ điều khiển tầng trên nền PLC S7-300 của Siemens .2 Kết quả đạt được khi áp dụng vào thực tế .3 Hướng nghiên cứu phát triển đề tài. 81 Kết luận và kiến nghị. 83 tài liệu tham khảo ……………………………………………. Học viên : Trần trung hiếu lớp cao học điều khiển tự động Lời nói đầu Trong những năm gần đây, việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại vào thực tiễn sản xuất đã có nhiều những thay đổi tích cực, các thuật toán điều khiển có cấu trúc ngày càng được ứng dụng nhiều trong các bộ điều khiển trung tâm của các dây chuyền sản xuất, có chức năng tạo ra các sản phẩm mà chất lượng của nó ngày càng đòi hỏi phải được nâng lên nhằm nâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường.
Chất lượng sản phẩm không những phụ thuộc vào nguyên liệu, vào công nghệ sản xuất mà còn phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống điều khiển quá trình sản xuất. Xét riêng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, cụ thể hơn là ngành công nghiệp sản xuất bia, một ngành mà theo báo cáo của bộ công nghiệp trình Thủ Tướng về việc điều chỉnh, bổ sung Quy hoạch tổng thể phát triển nghành Bia – Rượu – NGK Việt Nam đến năm 2010: “mục tiêu cho đến năm 2010, xây dựng nghành bia - rượu - NGK thành một nghành kinh tế mạnh, khuyến khích sử dụng nguyên liệu trong nước, phát triển sản suất các sản phẩm chất lượng cao, có uy tín, thương hiệu hàng hóa mạnh trên thị trường” thì việc nâng cao chất lượng sản phẩm với tỷ lệ nội địa hoá cao là một nhu cầu rất lớn đối với những doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực này. Nhu cầu ấy không chỉ đến từ các doanh nghiệp chuẩn bị đi vào hoạt động mà còn đến từ các doanh nghiệp đã đi vào hoạt động đang sở hữu các hệ thống điều khiển cũ mà chủ yếu là điều khiển theo kinh nghiệm và độc lập các tham số hệ thống, nay muốn nâng cấp hệ thống điều khiển của mình cho phù hợp hơn với yêu cầu của thị trường. Nhu cầu đó đòi hỏi các đơn vị trong nước làm phần mềm cho ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành sản xuất bia nói riêng cần tìm đến các giải pháp tổng thể hơn trong điều khiển hệ thống sản xuất nhằm nâng cao hơn nữa chất lượng của sản phẩm, các giải pháp ấy cần xuất phát từ sự chủ động của bản thân các đơn vị này, điều đó sẽ mang lại hiệu quả cao cho các doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ hơn là việc sử dụng ngay hệ thống phần mềm điều khiển chuyên dụng nhập ngoại có giá thành rất cao, đồng bộ từ phần mềm khung đến triển khai điều khiển chi tiết các thành phần, một hệ thống mà không nhiều doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực này có khả năng trang bị.
Trong phạm vi bài viết này, tác giả muốn bàn về vấn đề thiết kế hệ thống điều khiển một khâu trong dây chuyền Nấu bia ở nhà máy bia Hạ Long – Quảng Ninh, một nhà máy được lắp đặt chế tạo bởi công ty Cơ nhiệt điện lạnh Bách Khoa – Polyco kết hợp cùng Công ty Cơ điện đo lường tự động hoá DKNEC. Cụ thể hơn đó là hệ thống điều khiển tối ưu nhiệt lượng cho nồi sôi hoa (houblon), một khâu rất quan trọng trong sản xuất có chức năng tạo nên hương vị, màu cũng như độ bọt cho bia thành phẩm. Luận văn có nội dung chính sau: - Nhận định bài toán điều khiển dựa trên các yêu cầu thực tế về chất lượng của hệ thống. - Nghiên cứu sách lược điều khiển phù hợp khả dĩ áp dụng được vào điều khiển hệ thống giúp nâng cao chất lượng điều khiển đồng thời tiết kiệm được năng lượng sử dụng.
- Cài đặt thuật toán điều khiển trên S7-300 và áp dụng vào thực tế sản xuất. - áp dụng vào thực tế sản xuất và kết quả thực nghiệm. Luận văn được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cùng rất nhiều sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy thầy giáo PGS.TS Hoàng Minh Sơn, bộ môn Điều khiển tự động trực thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Vì lý do thời gian cũng như kiến thức còn nhiều hạn chế, luận văn không tránh khỏi có những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và bạn đọc.
Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2007 Học viên: Trần Trung Hiếu Ch-¬ng 1: giới thiệu tổng quan về ngành bia ở việt nam và bài toán điều khiển trong dây chuyền nấu bia 1.1 Giới thiệu sơ lược về ngành bia Ngành công nghiệp sản xuất bia có lịch sử phát triển lâu đời. Từ cách đây 5000 năm, người Sumérien và người Assyrien là những cư dân đầu tiên biết làm ra và sử dụng một loại đồ uống lên men từ các hạt ngũ cốc nảy mầm và được người Hy Lạp gọi là "beer". Cho đến ngày nay, bia đã trở thành một loại đồ uống không thể thiếu được trong cuộc sống của con người hiện đại do bia là loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có độ cồn thấp với hương thơm đặc trưng của malt đại mạch, hoa houblon và các sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men. Hiện nay, ngành công nghiệp bia phát triển rất nhanh, đem lại nguồn thu nhập t−ơng đối cao cho ngành kinh doanh bia và các dịch vụ, sản phẩm phụ đi kèm.
Một số n−ớc Châu Âu có khí hậu lạnh, nh−ng lại là khu vực có truyền thống sản xuất bia, ngành công nghiệp bia ở khu vực này phát triển rất mạnh, tiêu biểu là nhu cầu tiêu thụ bia của một số n−ớc trong khu vực rất cao so với tiêu thụ bia trên thế giới, thống kê bình quân mức tiêu thụ bia hiện nay ở một số n−ớc Châu Âu: Cộng hòa Séc 160 lít/ng−ời/năm. Cộng hòa liên bang Đức 127 lít/ng−ời/năm. Đan Mạch 125 lít/ng−ời/năm. Bỉ, Hà Lan là 120 đến 160 lít/ng−ời/năm và phổ biến là 80 lít/ng−ời/năm.
Châu á là khu vực có ngành công nghiệp bia phát triển muộn hơn Châu Âu. Nh−ng khu vực này có dân số đông và là thị tr−ờng trẻ cho nên mức tiêu thụ bia đang ngày càng tăng. Sản xuất và tiêu thụ bia hằng năm của một số n−ớc trong khu vực tr−ớc kia thấp, nh−ng đến nay đã tăng tr−ởng khá nhanh, bình quân 6,5%/năm, ví dụ: Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là Philipin 22,2%/năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm. Trung Quốc có mức tăng tr−ởng trên 20%/năm.
Nhìn chung ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới hiện nay đang phát triển một cách nhanh chóng, đặc biệt ở các nước đang phát triển. ở những nước có nhu cầu tiêu dùng cao, mức tiêu thụ bình quân đầu người lên tới 100 lít/người/năm.2 Tổng quan về ngành công nghiệp bia ở Việt Nam 1.1 Tình hình sản xuất bia ở Việt Nam Trong năm năm gần đây, do tác động của những yếu tố chính như tốc độ tăng GDP, tăng dân số, đô thị hóa, du lịch, tốc độ đầu tư, xắp xếp tổ chức sản xuất… nghành công nghiệp bia Việt Nam đã có tốc độ tăng trưởng cao, bình quân 8 – 12 %/năm. Do yêu cầu ngày càng cao về chất lượng, vệ sinh an toàn thực phẩm và sự phát triển mạnh mẽ của các doanh nghiệp sản xuất bia lớn, có trình độ quản lý, công nghệ, thiết bị hiện đại, có thương hiệu uy tín đã vươn lên chiếm lĩnh thị trường nên một số cơ sở sản xuất bia nhỏ không tiêu thụ được buôc phải đóng cửa hoặc sáp nhập. Hiện nay, trên cả nước có khoảng 326 cơ sở sản xuất bia và xu hướng đầu tư công nghệ, trang thiết bị hiện đại nâng cao chất lượng sản phẩm đang là mục tiêu của hầu hết các doanh nghiệp trong lĩnh vực này.
Về sản lượng sản xuất bia, Việt Nam đứng hàng thứ 8 ở Châu á sau Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, ấn Độ,. và đứng hàng thứ 3 sau Thái Lan. Philippines tại khu vực Đông Nam á. Năng lực sản xuất bia tập trung chủ yếu tại những tỉnh thành phố trực thuộc Trung ương như: TP.
Hồ Chí Minh chiếm: 23,2% tổng năng lực sản bia toàn quốc, TP. Hà Nội: 13,44%, TP. Hải Phòng: 7,47%; tỉnh Hà Tây: 6,1%; Tiền Giang: 3,79%; Huế: 3,05%; Đà Nẵng: 2,83%. Các nhà máy bia được phân bố tại 49 tỉnh thành trên 64 tỉnh thành của cả nước tập trung tập trung chủ yếu tại khu vực Đông Nam Bộ, đồng bằng Sông Hồng, Trung Bộ và Nam Trung Bộ.
Các khu vực Tây Nguyên, Đồng Bằng Sông Cửu Long, Trung du miền núi phía Bắc, năng lực sản xuất bia ở mức thấp. Đến nay (Tính đến năm 2005), có 15 tỉnh không có cơ sở sản xuất bia bao gồm: An Giang, Bạc Liêu, Bến Tre, Bình Phước, Đắc Lắc, Đắc Nông, Đồng Tháp, Gia Lai, Hậu Giang, Kiên Giang, Lai Châu, Long An, Ninh Thuận, Trà Vinh, Tuyên Quang.