Nghiên Cứu Điều Khiển Tối Ưu Nhiệt Lượng Cấp Cho Nồi Sôi Hoa Trong Dây Chuyền Nấu Bia

• Tác giả: Trần Trung Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Minh Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Tối Ưu Nhiệt Lượng Trong Dây Chuyền Nấu Bia
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 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
• 1.2. Tổng quan về ngành công nghiệp bia ở Việt Nam
• 1.2.1. Tình hình sản xuất bia ở Việt Nam
• 1.2.2. Định hướng phát triển ngành công nghiệp bia Việt Nam
• 1.3. Vai trò của hệ Nấu trong sản xuất bia và vấn đề điều khiển trong dây chuyền Nấu
• 2. CHƯƠNG 2: NỒI SÔI HOA (HOUBLON) VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH NHIỆT LƯỢNG CUNG CẤP BỞI HƠI QUÁ NHIỆT
• 2.1. Nhiệm vụ, chức năng nồi sôi hoa và mục tiêu đặt ra của bài toán điều khiển
• 2.1.1. Nhiệm vụ và chức năng của nồi sôi hoa
• 2.1.2. Mục tiêu đặt ra của bài toán điều khiển nồi houblon
• 2.2. Phương pháp điều khiển truyền thống và nét mới của đề tài
• 2.2.1. Phương pháp kinh điển điều khiển cấp hơi cho nồi houblon trong các nhà máy bia ở Việt Nam
• 2.2.2. Nét mới của đề tài
• 2.3. Các vấn đề cần xem xét khi xây dựng bài toán điều khiển cho nồi sôi hoa
• 2.3.1. Quá trình cấp nhiệt và trao đổi nhiệt trong nồi houblon
• 2.3.2. Xác định nhiệt lượng cần cấp cho nồi houblon trong suốt thời gian cô dịch
• 2.3.3. Nhận định mô hình hệ thống và phát biểu bài toán
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN VÀ SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Phân tích bài toán
• 3.2. Sách lược điều khiển
• 3.2.1. Lựa chọn đại lượng điều khiển chủ đạo
• 3.2.2. Điều khiển tầng và các vấn đề liên quan
• 3.2.3. Áp dụng điều khiển tầng vào bài toán điều khiển nhiệt lượng
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT LẬP BỘ ĐIỀU KHIỂN TẦNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Thiết lập bộ điều khiển tầng trên nền PLC S7-300 của Siemens
• 4.2. Kết quả đạt được khi áp dụng vào thực tế
• 4.3. Hướng nghiên cứu phát triển đề tài
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Điều Khiển Tối Ưu Nhiệt Lượng Nấu Bia

Ngành công nghiệp bia đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, đòi hỏi chất lượng sản phẩm ngày càng cao. Điều này thúc đẩy việc ứng dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại vào dây chuyền sản xuất. Một trong những khâu quan trọng nhất là dây chuyền nấu bia, nơi các yếu tố như nồng độ dinh dưỡng, độ trong, màu sắc, hương vị và khả năng tạo bọt được quyết định. Việc điều khiển tối ưu nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa (houblon) đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo chất lượng bia thành phẩm. Bài viết này tập trung vào nghiên cứu điều khiển tối ưu nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa tại nhà máy bia Hạ Long – Quảng Ninh, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm. Các yếu tố nguyên liệu đầu vào, công nghệ sản xuất và hệ thống điều khiển đều ảnh hưởng đến chất lượng bia, do đó, việc tối ưu hóa quy trình nấu bia là vô cùng quan trọng.

1.1. Tầm Quan Trọng của Nhiệt Lượng Trong Quá Trình Nấu Bia

Nhiệt lượng là yếu tố then chốt ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trích ly các chất từ hoa houblon vào dịch đường. Kiểm soát chính xác nhiệt lượng giúp đảm bảo chiết xuất tối đa các alpha acid, beta acid và các tinh dầu quan trọng, góp phần tạo nên hương vị đặc trưng và độ đắng mong muốn cho bia. Thiếu nhiệt, quá trình trích ly diễn ra không hiệu quả. Ngược lại, nhiệt độ quá cao có thể làm mất đi các hợp chất thơm quan trọng và tạo ra các hợp chất không mong muốn. Việc điều khiển nhiệt lượng tối ưu đảm bảo sự cân bằng giữa trích ly hiệu quả và bảo toàn hương vị.

1.2. Giới Thiệu Nồi Sôi Hoa và Vai Trò Trong Dây Chuyền Sản Xuất Bia

Nồi sôi hoa, hay còn gọi là nồi houblon, là một thiết bị quan trọng trong dây chuyền nấu bia. Chức năng chính của nồi là đun sôi dịch đường cùng với hoa houblon. Quá trình này giúp trích ly các chất tạo vị đắng, hương thơm và màu sắc đặc trưng cho bia. Đồng thời, việc đun sôi cũng giúp khử trùng dịch đường và kết tủa protein, làm tăng độ trong của bia. Quy trình sôi hoa thường kéo dài từ 60 đến 90 phút, đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ và thời gian để đạt được chất lượng bia mong muốn.

II. Thách Thức Điều Khiển Nhiệt Lượng Nồi Sôi Hoa Giải Pháp

Việc điều khiển nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa gặp nhiều thách thức. Phương pháp điều khiển truyền thống thường dựa trên kinh nghiệm và điều chỉnh thủ công, dẫn đến sự không ổn định và khó kiểm soát chất lượng. Sự thay đổi về chất lượng hoa houblon, áp suất hơi, và lưu lượng dịch đường đòi hỏi hệ thống điều khiển phải linh hoạt và thích ứng. Hơn nữa, mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu chi phí sản xuất càng làm tăng thêm độ phức tạp của bài toán điều khiển. Do đó, cần có một hệ thống điều khiển tối ưu để giải quyết các vấn đề này. Tính ổn định của nhiệt độ là yếu tố quan trọng để tạo ra sản phẩm đồng đều.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Trao Đổi Nhiệt Nồi Houblon

Quá trình trao đổi nhiệt trong nồi houblon chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau. Áp suất hơi cung cấp nhiệt là một trong những yếu tố quan trọng nhất. Sự biến động của áp suất hơi có thể dẫn đến sự thay đổi nhiệt lượng cấp vào nồi. Ngoài ra, lưu lượng dịch đường, nhiệt độ đầu vào của dịch đường, và tỷ lệ hoa houblon cũng ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi nhiệt. Việc hiểu rõ các yếu tố này là cần thiết để xây dựng mô hình điều khiển chính xác.

2.2. Khó Khăn Trong Duy Trì Nhiệt Độ Ổn Định Trong Nồi Sôi Hoa

Duy trì nhiệt độ ổn định trong nồi sôi hoa là một thách thức lớn do tính chất phi tuyến và thời gian trễ của quá trình. Sự thay đổi tải (lượng dịch đường và hoa houblon) và các yếu tố nhiễu (áp suất hơi biến động) có thể gây ra sự dao động nhiệt độ. Các phương pháp điều khiển truyền thống thường gặp khó khăn trong việc đối phó với những thay đổi này, dẫn đến sự không ổn định và ảnh hưởng đến chất lượng bia. Các phương pháp điều khiển tiên tiến, như điều khiển PID cải tiến hoặc điều khiển mờ, có thể được áp dụng để giải quyết vấn đề này.

III. Cách Điều Khiển Tối Ưu Nhiệt Lượng Giải Pháp Điều Khiển Tầng

Để giải quyết các thách thức trên, giải pháp điều khiển tầng (Cascade Control) được đề xuất. Điều khiển tầng cho phép kiểm soát nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa một cách chính xác và hiệu quả. Hệ thống bao gồm hai vòng điều khiển: một vòng điều khiển chính (master loop) điều khiển nhiệt độ dịch đường, và một vòng điều khiển phụ (slave loop) điều khiển lưu lượng hơi cấp vào nồi. Vòng điều khiển chính sẽ đặt điểm đặt cho vòng điều khiển phụ, giúp hệ thống thích ứng nhanh chóng với các thay đổi và nhiễu. Việc ứng dụng PLC S7-300 của Siemens giúp triển khai hệ thống một cách dễ dàng và linh hoạt.

3.1. Lựa Chọn Đại Lượng Điều Khiển Chủ Đạo Nhiệt Độ Dịch Đường

Nhiệt độ dịch đường là đại lượng điều khiển chủ đạo trong hệ thống. Việc duy trì nhiệt độ dịch đường ổn định ở mức mong muốn (thường là khoảng 100°C) đảm bảo quá trình trích ly và khử trùng diễn ra hiệu quả. Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để đo nhiệt độ dịch đường và cung cấp thông tin phản hồi cho bộ điều khiển chính. Việc lựa chọn cảm biến nhiệt độ phù hợp với độ chính xác cao và thời gian đáp ứng nhanh là rất quan trọng.

3.2. Điều Khiển Lưu Lượng Hơi Vòng Điều Khiển Phụ Hiệu Quả

Lưu lượng hơi cấp vào nồi sôi hoa là đại lượng điều khiển trong vòng điều khiển phụ. Việc điều chỉnh lưu lượng hơi giúp kiểm soát nhiệt lượng cấp vào nồi. Van điều khiển được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng hơi theo tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển phụ. Vòng điều khiển phụ sẽ duy trì lưu lượng hơi ở mức mong muốn do vòng điều khiển chính đặt ra, giúp hệ thống đáp ứng nhanh chóng với các thay đổi về nhiệt độ dịch đường. Bộ điều khiển PID được sử dụng để điều khiển van hơi.

3.3. Ứng Dụng PLC S7 300 Trong Hệ Thống Điều Khiển Tầng Nấu Bia

PLC S7-300 của Siemens là một lựa chọn phù hợp để triển khai hệ thống điều khiển tầng. PLC có khả năng xử lý tín hiệu nhanh chóng, tích hợp các module điều khiển PID, và dễ dàng lập trình. Chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ lập trình LAD hoặc FBD, giúp dễ dàng cấu hình và bảo trì hệ thống. PLC cũng cung cấp khả năng giám sát và thu thập dữ liệu, giúp người vận hành theo dõi và đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống. Việc sử dụng PLC giúp tự động hóa quy trình.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ứng Dụng Thực Tế và Đánh Giá Hiệu Quả

Hệ thống điều khiển tầng được triển khai thực tế tại nhà máy bia Hạ Long – Quảng Ninh. Kết quả cho thấy hệ thống giúp duy trì nhiệt độ dịch đường ổn định hơn so với phương pháp điều khiển truyền thống. Sự ổn định nhiệt độ giúp cải thiện chất lượng bia thành phẩm, đặc biệt là về hương vị và độ đắng. Ngoài ra, hệ thống cũng giúp tiết kiệm năng lượng do giảm thiểu sự dao động nhiệt độ và tối ưu hóa việc sử dụng hơi. So sánh kết quả trước và sau khi triển khai hệ thống điều khiển tối ưu đã chứng minh hiệu quả của giải pháp.

4.1. So Sánh Chất Lượng Bia Trước và Sau Khi Áp Dụng Điều Khiển Tầng

Chất lượng bia được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu như hương vị, độ đắng, màu sắc và độ trong. Kết quả cho thấy bia được sản xuất bằng hệ thống điều khiển tầng có hương vị ổn định hơn và độ đắng đồng đều hơn so với bia được sản xuất bằng phương pháp điều khiển truyền thống. Màu sắc và độ trong của bia cũng được cải thiện, cho thấy sự ổn định của quá trình sôi hoa. Phân tích cảm quan được thực hiện bởi các chuyên gia nếm thử bia.

4.2. Đánh Giá Khả Năng Tiết Kiệm Năng Lượng Của Hệ Thống Điều Khiển Tối Ưu

Hệ thống điều khiển tầng giúp tiết kiệm năng lượng do giảm thiểu sự dao động nhiệt độ và tối ưu hóa việc sử dụng hơi. Lượng hơi tiêu thụ giảm đáng kể so với phương pháp điều khiển truyền thống. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất và giảm thiểu tác động đến môi trường. Số liệu tiêu thụ hơi được thu thập và phân tích để đánh giá khả năng tiết kiệm năng lượng.

V. Triển Vọng Nghiên Cứu Hướng Phát Triển Điều Khiển Nấu Bia Tối Ưu

Nghiên cứu này mở ra nhiều hướng phát triển trong lĩnh vực điều khiển tối ưu quy trình nấu bia. Việc tích hợp các thuật toán điều khiển thông minh, như mạng nơ-ron nhân tạo hoặc logic mờ, có thể giúp hệ thống thích ứng tốt hơn với các điều kiện vận hành khác nhau. Nghiên cứu cũng có thể mở rộng sang các công đoạn khác trong dây chuyền nấu bia, nhằm tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất. Việc ứng dụng IoT trong giám sát và điều khiển từ xa cũng là một hướng đi tiềm năng.

5.1. Tích Hợp Thuật Toán Điều Khiển Thông Minh Cho Nồi Sôi Hoa

Các thuật toán điều khiển thông minh có khả năng học hỏi và thích ứng với các điều kiện vận hành khác nhau. Mạng nơ-ron nhân tạo có thể được sử dụng để dự đoán sự thay đổi nhiệt độ và điều chỉnh lưu lượng hơi một cách chủ động. Logic mờ có thể được sử dụng để xử lý các thông tin không chắc chắn và đưa ra các quyết định điều khiển phù hợp. Việc tích hợp các thuật toán này giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn và ổn định hơn.

5.2. Mở Rộng Nghiên Cứu Sang Các Công Đoạn Khác Trong Dây Chuyền Nấu Bia

Nghiên cứu này có thể được mở rộng sang các công đoạn khác trong dây chuyền nấu bia, như nồi hồ hóa, nồi đường hóa và nồi lọc. Việc tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất giúp cải thiện chất lượng bia thành phẩm và giảm chi phí sản xuất. Mô hình hóa toàn bộ dây chuyền nấu bia là một bước quan trọng trong việc đạt được mục tiêu này. Việc điều khiển tốt các công đoạn khác nhau ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng dịch đường.

VI. Kết Luận Điều Khiển Nhiệt Lượng Nồi Bia Hướng Đi Tương Lai

Nghiên cứu điều khiển tối ưu nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa đã mang lại những kết quả khả quan. Hệ thống điều khiển tầng giúp duy trì nhiệt độ dịch đường ổn định, cải thiện chất lượng bia thành phẩm và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu này đóng góp vào việc nâng cao hiệu quả sản xuất và sức cạnh tranh của ngành công nghiệp bia Việt Nam. Hướng đi tương lai là tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các thuật toán điều khiển thông minh, mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các công đoạn khác trong dây chuyền nấu bia, và ứng dụng IoT trong giám sát và điều khiển từ xa. Tự động hóa ngành bia là một xu thế tất yếu.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả và Đóng Góp của Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã thành công trong việc xây dựng và triển khai hệ thống điều khiển tầng cho nồi sôi hoa. Hệ thống giúp duy trì nhiệt độ ổn định, cải thiện chất lượng bia và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu này cung cấp một giải pháp hiệu quả cho các nhà máy bia muốn nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm. Mô hình điều khiển đã được chứng minh tính hiệu quả trong thực tế.

6.2. Hướng Nghiên Cứu và Ứng Dụng Trong Tương Lai

Trong tương lai, nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tích hợp các thuật toán điều khiển thông minh, mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các công đoạn khác trong dây chuyền nấu bia, và ứng dụng IoT trong giám sát và điều khiển từ xa. Mục tiêu cuối cùng là xây dựng một hệ thống điều khiển tự động hoàn toàn cho dây chuyền nấu bia, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm lên một tầm cao mới. Tối ưu hóa quy trình là chìa khóa để thành công.

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp bia tại Việt Nam đã có sự phát triển nhanh chóng với tốc độ tăng trưởng bình quân từ 8 đến 12% mỗi năm trong những năm gần đây. Việt Nam hiện đứng thứ 8 châu Á về sản lượng sản xuất bia, với năng lực tập trung chủ yếu tại các thành phố lớn như TP. Hồ Chí Minh (chiếm 23,2% tổng năng lực), Hà Nội (13,44%) và Hải Phòng (7,47%). Đặc biệt, nhà máy bia Hạ Long tại Quảng Ninh là một trong những cơ sở sản xuất bia có công suất lớn, ứng dụng công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.

Trong dây chuyền sản xuất bia, hệ thống nấu đóng vai trò then chốt quyết định đến chất lượng cuối cùng của bia, đặc biệt là nồi sôi hoa (houblon) – nơi tạo nên hương vị, màu sắc và độ bọt đặc trưng cho sản phẩm. Bài toán điều khiển tối ưu nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa nhằm đảm bảo ổn định tốc độ bay hơi, duy trì nhiệt độ sôi và độ đường của dịch nha theo yêu cầu công nghệ, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và tiết kiệm năng lượng.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển tối ưu nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa tại nhà máy bia Hạ Long, với phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích quá trình truyền nhiệt, xác định nhiệt lượng cần cấp, xây dựng thuật toán điều khiển và áp dụng thực tế trên nền tảng PLC S7-300 của Siemens. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hiện đại hóa công nghệ sản xuất bia, nâng cao hiệu quả sản xuất và tăng sức cạnh tranh của ngành bia Việt Nam trên thị trường trong nước và quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình điều khiển tự động hiện đại, trong đó nổi bật là:

• Lý thuyết điều khiển nhiệt lượng: Tập trung vào việc ổn định nhiệt lượng cấp vào hệ thống, dựa trên các đại lượng đo như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng hơi và nhiệt độ nước ngưng để tính toán và điều chỉnh nhiệt lượng truyền vào nồi sôi hoa.
• Mô hình điều khiển tầng (hierarchical control): Áp dụng điều khiển tầng nhằm phân chia bài toán điều khiển thành các tầng nhỏ hơn, giúp tối ưu hóa hiệu quả điều khiển và dễ dàng điều chỉnh các tham số trong quá trình vận hành.
• Khái niệm về truyền nhiệt và trao đổi nhiệt trong hệ thống hơi quá nhiệt: Phân tích quá trình truyền nhiệt từ hơi quá nhiệt sang dịch nha trong nồi sôi hoa, bao gồm các yếu tố như hiệu suất trao đổi nhiệt, tổn thất nhiệt ra môi trường và ảnh hưởng của tuần hoàn cưỡng bức dịch.

Các khái niệm chính bao gồm: nhiệt lượng cấp, tốc độ bay hơi, độ đường (Platon), áp suất hơi bão hòa, lưu lượng hơi, nhiệt độ nước ngưng, và hiệu suất trao đổi nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ thực tế vận hành dây chuyền nấu bia tại nhà máy bia Hạ Long, kết hợp với các số liệu kỹ thuật về thiết bị, thông số công nghệ và các phép đo trực tiếp từ hệ thống điều khiển.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích mô hình vật lý và công nghệ: Xác định các đại lượng đầu vào, đầu ra và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt và bay hơi trong nồi sôi hoa.
• Thiết kế thuật toán điều khiển tối ưu: Xây dựng thuật toán điều khiển dựa trên các đại lượng đo nhiệt độ, áp suất, lưu lượng hơi và nhiệt độ nước ngưng nhằm ổn định nhiệt lượng cấp vào nồi.
• Cài đặt và thử nghiệm trên PLC S7-300: Triển khai thuật toán điều khiển trên nền tảng PLC Siemens S7-300, thực hiện kiểm tra và hiệu chỉnh trong điều kiện thực tế sản xuất.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ đầu năm đến cuối năm 2007, bao gồm giai đoạn khảo sát, thiết kế, cài đặt và thử nghiệm thực tế.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ hệ thống nồi sôi hoa tại nhà máy bia Hạ Long, với các phép đo liên tục trong nhiều mẻ nấu nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ổn định nhiệt lượng cấp giúp duy trì tốc độ bay hơi ổn định
   Qua thực nghiệm, hệ thống điều khiển mới giữ được nhiệt lượng cấp ổn định trong suốt quá trình bay hơi 80 phút, giúp duy trì tốc độ bay hơi ổn định ở mức 8% lượng nước ban đầu cần bay hơi. So với phương pháp truyền thống, độ lệch nhiệt lượng giảm khoảng 15%, góp phần nâng cao chất lượng dịch nha.

2. Cải tiến bộ gia nhiệt trung tâm tăng hiệu suất trao đổi nhiệt lên 20%
   Thiết kế bộ gia nhiệt trung tâm mới với ống inox đường kính nhỏ hơn và bổ sung bơm tuần hoàn cưỡng bức giúp tăng tốc độ tuần hoàn dịch lên 1,5 lần, giảm hiện tượng đóng cặn và khí không ngưng, từ đó tăng hiệu suất trao đổi nhiệt lên khoảng 20% so với thiết kế cũ.

3. Giảm tổn thất nhiệt ra môi trường khoảng 10%
   Việc cải tiến kết cấu nồi và cách nhiệt hiệu quả hơn đã làm giảm tổn thất nhiệt ra môi trường, góp phần tiết kiệm năng lượng cho nhà máy. Các phép đo nhiệt độ vỏ nồi và môi trường cho thấy nhiệt độ bề mặt giảm trung bình 5°C so với trước khi cải tiến.

4. Thuật toán điều khiển trên PLC S7-300 hoạt động ổn định, dễ dàng hiệu chỉnh
   Hệ thống điều khiển được cài đặt trên PLC S7-300 cho phép giám sát liên tục các đại lượng quá trình, điều chỉnh van cấp hơi và bơm tuần hoàn theo thời gian thực, giúp vận hành linh hoạt và nâng cao độ chính xác điều khiển.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc điều khiển ổn định nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng dịch nha, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bia thành phẩm. Việc áp dụng thuật toán điều khiển dựa trên các đại lượng nhiệt độ, áp suất và lưu lượng hơi giúp khắc phục các hạn chế của phương pháp truyền thống chỉ dựa vào điều khiển nhiệt độ trung bình hoặc áp suất hơi.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành công nghiệp bia tại các nước phát triển, phương pháp điều khiển kết hợp cải tiến cơ khí và điều khiển tự động này tương đương hoặc vượt trội về hiệu suất và độ ổn định. Việc sử dụng bơm tuần hoàn cưỡng bức và bộ gia nhiệt trung tâm cải tiến giúp tăng diện tích trao đổi nhiệt và giảm hiện tượng đóng cặn, điều mà nhiều nhà máy bia lớn trên thế giới cũng đang áp dụng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ nhiệt độ và lưu lượng hơi theo thời gian, bảng so sánh hiệu suất trao đổi nhiệt trước và sau cải tiến, cũng như biểu đồ thể tích dịch và độ đường trong quá trình bay hơi.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi hệ thống điều khiển tối ưu nhiệt lượng cho nồi sôi hoa tại các nhà máy bia trong nước
   Động từ hành động: Áp dụng; Target metric: Tăng độ ổn định nhiệt lượng cấp; Timeline: 1-2 năm; Chủ thể: Các doanh nghiệp sản xuất bia và đơn vị tư vấn công nghệ.

2. Nâng cấp bộ gia nhiệt trung tâm theo thiết kế cải tiến với bơm tuần hoàn cưỡng bức
   Động từ hành động: Cải tiến; Target metric: Tăng hiệu suất trao đổi nhiệt 20%; Timeline: 6-12 tháng; Chủ thể: Bộ phận kỹ thuật và bảo trì nhà máy.

3. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì về hệ thống điều khiển tự động và công nghệ mới
   Động từ hành động: Đào tạo; Target metric: Nâng cao năng lực vận hành; Timeline: 3-6 tháng; Chủ thể: Ban quản lý nhà máy và các trung tâm đào tạo kỹ thuật.

4. Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo sớm các hiện tượng đóng cặn và giảm hiệu suất trao đổi nhiệt
   Động từ hành động: Phát triển; Target metric: Giảm thời gian ngừng máy do sự cố; Timeline: 1 năm; Chủ thể: Phòng kỹ thuật và công nghệ thông tin.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các doanh nghiệp sản xuất bia trong nước
   Lợi ích: Nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả sản xuất. Use case: Áp dụng hệ thống điều khiển tối ưu cho dây chuyền nấu bia.

2. Các kỹ sư và chuyên gia điều khiển tự động
   Lợi ích: Tham khảo mô hình điều khiển nhiệt lượng phức tạp trong công nghiệp thực phẩm. Use case: Phát triển và cải tiến hệ thống điều khiển tương tự trong các ngành công nghiệp khác.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, điều khiển tự động
   Lợi ích: Hiểu rõ bài toán điều khiển trong dây chuyền sản xuất bia, áp dụng lý thuyết vào thực tiễn. Use case: Tham khảo để phát triển đề tài nghiên cứu hoặc luận văn.

4. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách trong ngành công nghiệp thực phẩm
   Lợi ích: Đánh giá hiệu quả đầu tư công nghệ và đề xuất chính sách hỗ trợ hiện đại hóa ngành bia. Use case: Xây dựng kế hoạch phát triển ngành công nghiệp bia bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần điều khiển ổn định nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa?
   Điều khiển ổn định nhiệt lượng giúp duy trì tốc độ bay hơi và nhiệt độ sôi ổn định, đảm bảo chất lượng dịch nha, từ đó tạo ra bia có hương vị, màu sắc và độ bọt đồng đều, đáp ứng yêu cầu công nghệ.

2. Phương pháp điều khiển mới khác gì so với phương pháp truyền thống?
   Phương pháp mới sử dụng các thiết bị đo đa dạng (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng hơi, nhiệt độ nước ngưng) kết hợp với bơm tuần hoàn cưỡng bức và thuật toán điều khiển tối ưu, trong khi phương pháp truyền thống chỉ dựa vào điều khiển nhiệt độ trung bình hoặc áp suất hơi, thiếu chính xác và hiệu quả.

3. Làm thế nào để xác định nhiệt lượng cần cấp cho nồi sôi hoa?
   Nhiệt lượng được tính dựa trên các đại lượng đo thực tế như nhiệt độ hơi, áp suất hơi, lưu lượng hơi cấp và nhiệt độ nước ngưng, kết hợp với độ đường ban đầu và độ đường mong muốn của dịch nha, cùng với thời gian bay hơi theo yêu cầu công nghệ.

4. Việc cải tiến bộ gia nhiệt trung tâm có tác động như thế nào đến hiệu suất sản xuất?
   Cải tiến giúp tăng hiệu suất trao đổi nhiệt lên khoảng 20%, giảm hiện tượng đóng cặn và khí không ngưng, từ đó nâng cao hiệu quả truyền nhiệt, giảm tổn thất năng lượng và tăng chất lượng sản phẩm.

5. Hệ thống điều khiển được triển khai trên nền tảng nào và có ưu điểm gì?
   Hệ thống được cài đặt trên PLC Siemens S7-300, cho phép điều khiển chính xác, giám sát liên tục và dễ dàng hiệu chỉnh, phù hợp với yêu cầu vận hành thực tế của nhà máy bia hiện đại.

Kết luận

• Đã thiết kế và triển khai thành công hệ thống điều khiển tối ưu nhiệt lượng cấp cho nồi sôi hoa tại nhà máy bia Hạ Long, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và tiết kiệm năng lượng.
• Cải tiến bộ gia nhiệt trung tâm với bơm tuần hoàn cưỡng bức giúp tăng hiệu suất trao đổi nhiệt lên 20% và giảm hiện tượng đóng cặn.
• Thuật toán điều khiển dựa trên các đại lượng nhiệt độ, áp suất và lưu lượng hơi cho phép duy trì ổn định nhiệt lượng cấp trong suốt quá trình bay hơi.
• Hệ thống điều khiển được cài đặt trên PLC S7-300 hoạt động ổn định, dễ dàng vận hành và hiệu chỉnh trong thực tế sản xuất.
• Đề xuất mở rộng áp dụng hệ thống tại các nhà máy bia trong nước, đồng thời đào tạo nhân viên và phát triển hệ thống giám sát nâng cao.

Next steps: Triển khai áp dụng rộng rãi, tiếp tục nghiên cứu nâng cao thuật toán điều khiển và cải tiến thiết bị cơ khí.

Call-to-action: Các doanh nghiệp và chuyên gia trong ngành bia nên xem xét áp dụng giải pháp điều khiển tối ưu này để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.