CHƯƠNG 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Với sự phát triển của xã hội ngày nay các hệ thống SCADA tự động hóa trong công nghiệp ngày càng xâm nhập vào đời sống con người nhiều hơn. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu điều khiển ngày càng cao và chất lượng điều khiển hệ thống là rất quan trọng. Ngày nay các hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu, hệ thống điều khiển đa cấp được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp trên toàn thế giới. Trong quy trình sản xuất của nhà máy mía đường thì quá trình bốc hơi nước mía có vị trí quan trọng trong việc tăng năng suất, hiệu suất của toàn bộ hệ thống.
Phần nhiều các nhà máy mía đường ở Việt Nam hiện nay còn sử dụng các trang thiết bị lạc hậu, cũ kỹ dẫn đến hiệu quả kinh tế không cao. Một số nhà máy được trang bị các thiết bị hiện đại nhưng việc cài đặt, điều khiển, kết nối lại do các chuyên gia nước ngoài đảm nhiệm, chi phí rất lớn. Do đó việc người Việt Nam làm chủ được các công nghệ hiện đại, xây dựng hệ thống cho quá trình bốc hơi nước mía nói riêng, cả quy trình sản xuất đường nói chung là rất cần thiết để giảm chi phí, nâng cao hiệu quả kinh tế. Luận văn đưa ra hướng xây dựng hệ thống SCADA cho quá trình bốc hơi nước mía, bao gồm từ việc lựa chọn công nghệ, trang thiết bị, lập trình điều khiển, vận hành và giám sát hệ thống.
Ngoài ra còn việc xây dựng mô hình ứng dụng, giải quyết được các bài toán tự động hóa điều khiển quá trình, nhiệt độ, mực nước, giám sát và điều chỉnh lưu lượng.2 Sự phát triển của công nghiệp đường mía 1. Sự phát triển công nghiệp đường mía trên thế giới Ấn độ là nước đầu tiên trên thế giới biết sản xuất đường từ mía. Vào khoảng năm 398 người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết chế biến mật đường thành tinh thể. Từ đó, kỹ thuật sản xuất đường phát triển sang Ba Tư, Ý, Bồ Đào Nha, đồng thời đưa việc tinh luyện đường thành một ngành công nghệ mới.
Lúc đầu công nghiệp đường còn rất thô sơ, người ta ép mía bằng 2 trục gỗ đứng, lấy sức kéo từ trâu bò, lắng trong bằng vôi, cô đặc ở chảo và kết tinh tự nhiên. Công nghiệp đường tuy có từ lâu đời, nhưng 200 năm gần đây mới được cơ khí hóa. Nhiều thiết bị quan trọng được phát minh vào thế kỷ 19. Năm 1813 Howard phát minh nồi bốc hơi chân không nhưng mới chỉ dùng một nồi nên hiệu quả bốc hơi thấp, đến năm 1843 Rillieux cải tiến thành hệ bốc hơi nhiều nồi, nên có thể tiết kiệm được lượng Trang 12 Luận văn thạc sỹ Phạm Văn Toàn - 11150097 hơi dùng.
Năm 1837 Pouzolat phát minh ra máy ly tâm, nhưng có hệ thống truyền động ở đáy lấy dịch đường ở trên nên thao tác không thuận tiện. Sau đó, năm 1867 Weston cải tiến thành máy ly tâm có hệ thống truyền động ở trên và loại máy này hiện nay đang được sử dụng phổ biến. Đến năm 1878 máy sấy thùng quay xuất hiện, 1884 thiết bị kết tinh làm lạnh ra đời. Trong những năm gần đây ngành đường đã phát triển một cách nhanh chóng, vấn đề cơ khí hóa, liên tục hóa và tự động hóa trên toàn bộ dây chuyền sản xuất được áp dụng rông rãi trong các nhà máy đường.
Tình hình công nghiệp đường mía của nước ta Việt Nam là một quốc gia có truyền thống sản xuất đường mía từ lâu đời. Cùng với sự phát triển của ngành đường trên thế giới, nghề làm đường thủ công ở nước ta cũng phát triển mạnh. Trong thời kỳ Pháp thuộc, ngành đường nước ta phát triển một cách chậm chạp, sản xuất thủ công là chủ yếu. Lúc này ta chỉ có 2 nhà máy đường hiện đại: Hiệp Hòa (miền nam) và Tuy Hòa (miền trung).
Theo thống kê năm 1939 toàn bộ lượng đường mật tiêu thụ là 100. Sau ngày hòa bình lập lại, dưới sự lãnh đạo của Đảng, lòng nhiệt tình lao động của nhân dân ta cộng với giúp đở của các nước XHCN ngành đường nước ta ngày càng bắt đầu phát triển. Trong những năm 1958 – 1960, chúng ta xây dựng 2 nhà máy đường hiện đại Việt Trì và Sông Lam (350 tấn mía/ngày) và nhà máy đường Vạn Điểm (1.000 tấn mía/ngày) Khi đất nước thống nhất, chúng ta tiếp tục xây dựng thêm một số nhà máy đường hiện đại ở miền Nam như: nhà máy đường Quảng Ngãi (1.500 tấn mía/ngày), Hiệp Hòa (1.500 tấn mía/ngày), nhà máy đường Phan Rang (350 tấn mía/ngày), 2 nhà máy đường tinh luyện Khánh Hội (150 tấn mía/ngày) và Biên Hòa (200 tấn mía/ngày), gần đây ta xây dưng thêm 2 nhà máy đường mới: La Ngà (2.000 tấn mía/ngày), Lam Sơn (1. Vấn đề nâng cao hiệu quả sản xuất đường mía Ngành sản xuất đường cả nước nói chung đang còn gặp nhiều khó khăn.
Năng suất mía đường thấp, người nông dân hầu như không có lãi. Theo đánh giá, sau khi trừ chi phí, người dân chỉ lãi 13. Giá bán sản phẩm thấp, có những thời điểm bán thấp hơn giá thành sản xuất. Lượng đường tồn kho nhiều, chất lượng sản Trang 13 Luận văn thạc sỹ Phạm Văn Toàn - 11150097 phẩm thấp hơn các nước, tiêu thụ đường ngay trên thị trường nội địa gặp nhiều khó khăn.
Nhìn sang các nước có ngành sản xuất đường phát triển như Trung Quốc, Thái Lan thậm chí ngay cả Lào, sản xuất mía đường so với sản xuất trong nước vẫn có nhiều điểm khác biệt. Tại các nước trên, diện tích trồng mía được bố trí quy hoạch tại các vùng đất tốt, chủ động được nước tưới, giá vật tư, phân bón thấp nên chi phí cho sản xuất thấp hơn so với trong nước. Trong khi đó, năng suất mía đạt 100 – 120 tấn/ha, cao gấp 2,5 lần Việt Nam. Đối với công đoạn chế biến, chính phủ các nước đã có chương trình phát triển ngành chế biến mía đường theo hướng đầu tư thiết bị mới, đồng bộ, công nghệ hiện đại nên hiệu suất chế biến cao, chất lượng đường đảm bảo.
Thực tế trong giai đoạn 1998 - 2002, nhiều doanh nghiệp chế biến đường trong nước đã nhập khẩu các dây chuyền thiết bị cũ, lạc hậu từ các nước Ấn Độ, Trung Quốc. Với lợi thế gần như tuyệt đối trong tất cả các khâu từ nguyên liệu, thiết bị, công nghệ sản xuất, mạng lưới kinh doanh… nên việc sản xuất đường các nước hiệu quả hơn sản xuất trong nước và sản phẩm đường của Việt Nam bị cạnh tranh ngay trên sân nhà là tất yếu. Hiện nay Chính phủ đang áp hạn ngạch nhập khẩu đường đồng thời có những chính sách hỗ trợ ngành sản xuất đường trong nước nên các doanh nghiệp sản xuất đường trong nước đang có chỗ đứng. Việc hội nhập ngày càng sâu, rộng vào thị trường thế giới thì việc cạnh tranh bình đẳng giữa doanh nghiệp trong và ngoài nước là không tránh khỏi.
Đến lúc đó khó khăn cho doanh nghiệp trong nước sẽ tăng lên gấp bội. Xu thế chung các doanh nghiệp không đổi mới sẽ bị tụt hậu sau thậm chí sẽ bị đào thải. Vấn đề đặt ra là làm thể nào để nâng cao sức cạnh tranh của ngành sản xuất đường trong nước, để người nông dân trồng mía và cả các nhà sản xuất đường đều có lợi nhuận, đảm bảo đầu tư xã hội có hiệu quả. Để giải quyết được điều đó cần phải có chiến lược đầu tư đúng đắn trong các công đoạn nguyên liệu, chế biến và tiêu thụ sản phẩm.
Trong công đoạn chế biến, vấn đề của các nhà máy đường là thiết bị cũ và không đồng bộ. Ví dụ nhà máy đường Sông Lam được thành lập từ những thập kỷ 60 của thế kỷ trước. Nhà máy đường Sông Con được lắp mới từ năm 2000 – 2001 nhưng thiết bị cũng không phải là tiên tiến, hiện đại và không đồng bộ. Mặc dù đội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật của 2 nhà máy trên được đánh giá cao nhưng lực bất tòng tâm.
Trong khi đó nhà máy đường Tate&Lyle được xây dựng từ năm 1998, thiết bị đồng Trang 14 Luận văn thạc sỹ Phạm Văn Toàn - 11150097 bộ, hiện đại vào loại nhất cả nước. Nhà máy này tự động hóa hầu như tất cả các công đoạn. Công ty lại áp dụng các chương trình quản lý chất lượng ISO, HACCP nên đội ngũ cán bộ công nhân viên vận hành chuyên nghiệp, tính kỷ luật rất cao. Để sản xuất hiệu quả, sản phẩm có tính cạnh tranh trên thị trường, các doanh nghiệp cần có phương án đầu tư thay đổi thiết bị công nghệ.
Với những công nghệ sản xuất cũ, không phù hợp sản xuất sản phẩm kém hoặc thiếu tính cạnh tranh cần mạnh dạn loại bỏ, đầu tư thay thế. Các doanh nghiệp cần phải xác định để sản xuất sản phẩm chất lượng, đạt hiệu quả sản xuất, sản phẩm có tính cạnh tranh trên thị trường thì yếu tố thiết bị, công nghệ cần được chú trọng.3 Ứng dụng công nghệ hiện đại và tự động hóa các quá trình sản xuất đường mía Như vậy việc ứng dụng các công nghệ, trang thiết bị hiện đại có ý nghĩa to lớn đối với sự tồn tại của công nghiệp đường mía. Hiện nay trên thế giới có nhiều giải pháp được đưa ra nhằm hiện đại hóa toàn bộ quy trình sản xuất đường mía. Ví dụ: tự động hóa tích hợp toàn diện (TIA)/ Năng lượng tích hợp toàn diện (TIP)/ Hệ điều khiển quá trình PCS7, Mô-đun Tự động hóa, Hệ truyền động cho máy li tâm, Thiết bị đo lường, và các giải pháp chuyên biệt cho nhà đường, và mô hình PCS7 cho điều khiển nồi nấu mẻ, đây là các giải pháp và công nghệ cho ngành công nghiệp đường của Siemens.
Trong phạm vi quá trình bốc hơi nước mía thì việc thay thế các thiết bị lạc hậu, hiệu năng thấp bằng thiết bị hiện đại, mức độ tự động hóa dễ dàng là một bước tiến trong việc tăng năng suất, giảm chi phí sản xuất đường. Quá trình bốc hơi sử dụng các thiết bị cũ như ống trùm, thiết bị cô đặc tuần hoàn với nhiều nhược điểm được thay thế bằng thiết bị bốc hơi dạng tấm với những ưu điểm như: hệ thống lắp đặt nhỏ gọn, hiệu suất cao, ít mất đường, màu đường đẹp 1.4 Tình hình nghiên cứu Các nhà máy sản suất mía đường trên thế giới chẳng hạn như Pháp, Nam Phi… sử dụng công nghệ bốc hơi dạng tấm. Việc làm này mang lại hiệu quả kinh tế rất cao. Hiện tại các nhà máy sản xuất mía đường ở Việt Nam đại đa số là bốc hơi dạng ống chùm, bán tự động chẳng hạn : nhà máy đường Biên Hòa 2 tại Tây Ninh, nhà máy đường KPC ở Phú Yên.
