Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát cấp nước sạch cho sản xuất bia

Tài liệu nghiên cứu Nghiên ứu thiết kế hệ điều khiển giám sát ho khâu ấp nướ sạh ủa hệ thống sản xuất beer, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Phạm Thiện Trí
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn A
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử - Tin Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Cấp Nước Sạch Cho Sản Xuất Bia
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015-2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM, CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BEER VÀ KHÂU XỬ LÝ NƯỚC SẠCH
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
• 1.1.1. Khái Niệm SCADA
• 1.1.2. Cấu trúc cơ bản của một hệ SCADA
• 1.1.3. MTU
• 1.1.4. RTU
• 1.2. Truyền thông
• 1.3. Hệ thống SCADA hiện đại
• 1.4. Các ứng dụng của hệ SCADA
• 1.5. Tổng quan về PLC
• 1.5.1. Các dòng PLC của Siemens
• 1.5.2. Cấu trúc phần cứng của PLC
• 1.5.2.1. Nguồn cung cấp
• 1.5.2.2. Bộ điều khiển CPU
• 1.5.2.3. Đầu vào ra I/O
• 1.5.3. Vòng quét của PLC
• 1.5.4. Ngôn ngữ lập trình PLC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Hệ Thống Giám Sát Cấp Nước Sạch Cho Bia

Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát cấp nước sạch cho sản xuất bia là một yêu cầu cấp thiết. Nước đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất bia, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Việc sử dụng các hệ thống SCADA giúp các nhà máy bia kiểm soát quy trình hoạt động. Do đó, việc nghiên cứu một ứng dụng có tính khả thi cao từ công đoạn xử lý nước thô đến nước sinh hoạt, nước nấu bia là một vấn đề cần thiết. Luận văn này tập trung vào ứng dụng khoa học kỹ thuật và hệ SCADA để giám sát khâu cấp nước sạch. Điều này giúp các nhà máy bia hiểu rõ hơn về hệ thống SCADA, các ưu điểm và khả năng ứng dụng trong thực tế sản xuất.

1.1. Vai trò của nước trong sản xuất bia

Nước không chỉ là thành phần chính trong bia mà còn ảnh hưởng đến hương vị, màu sắc và độ ổn định của sản phẩm. Do đó, tiêu chuẩn nước sạch cho sản xuất bia là vô cùng khắt khe. Việc đảm bảo chất lượng nước đầu vào giúp nhà máy sản xuất ra những mẻ bia đạt chất lượng cao nhất. Nước cần phải loại bỏ các tạp chất, vi sinh vật và các ion không mong muốn.

1.2. Tổng quan về công nghệ sản xuất bia hiện đại

Quy trình sản xuất bia hiện đại bao gồm nhiều công đoạn, từ nghiền malt, nấu wort, lên men, ủ bia cho đến đóng gói. Mỗi công đoạn đều đòi hỏi những yêu cầu riêng về chất lượng nước. Giám sát chất lượng nước sản xuất bia ở mỗi giai đoạn giúp đảm bảo quy trình diễn ra ổn định và sản phẩm đạt tiêu chuẩn.

1.3. Sự cần thiết của hệ thống giám sát cấp nước sạch

Một hệ thống giám sát cấp nước sạch hiệu quả giúp nhà máy bia chủ động kiểm soát chất lượng nước, phát hiện sớm các sự cố và đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời. Điều này không chỉ giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn giúp tiết kiệm chi phí, giảm thiểu lãng phí và bảo vệ môi trường. Các hệ thống SCADA và phần mềm giám sát hệ thống cấp nước đóng vai trò then chốt.

II. Thách Thức Giám Sát Chất Lượng Nước Sản Xuất Bia Hiện Nay

Ngành sản xuất bia đối mặt với nhiều thách thức trong việc duy trì chất lượng nước ổn định. Sự biến động của nguồn nước đầu vào, sự cố hệ thống xử lý nước, và yêu cầu ngày càng cao về tuân thủ quy định về nước sạch đặt ra những yêu cầu khắt khe đối với hệ thống giám sát. Chi phí hệ thống cấp nước sạch cũng là một vấn đề đáng lưu tâm, đòi hỏi các giải pháp tối ưu hóa.

2.1. Biến động chất lượng nguồn nước đầu vào

Nguồn nước đầu vào có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thời tiết, ô nhiễm môi trường và hoạt động sản xuất nông nghiệp. Sự thay đổi đột ngột về độ pH, độ cứng, hàm lượng các chất hữu cơ có thể gây khó khăn cho quá trình xử lý nước. Các cảm biến đo chất lượng nước sản xuất bia cần hoạt động ổn định và chính xác.

2.2. Sự cố trong hệ thống xử lý nước

Các sự cố như tắc nghẽn đường ống, hỏng hóc thiết bị, lỗi vận hành có thể ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước. Hệ thống giám sát cần có khả năng phát hiện sớm các sự cố này và cảnh báo cho người vận hành. Bảo trì hệ thống cấp nước sạch cũng cần được thực hiện định kỳ.

2.3. Yêu cầu tuân thủ quy định và tiêu chuẩn

Các nhà máy bia phải tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng nước, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng và bảo vệ môi trường. Hệ thống giám sát cần có khả năng ghi lại dữ liệu, tạo báo cáo và cung cấp bằng chứng về việc tuân thủ các quy định này.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Cấp Nước Tiên Tiến

Để giải quyết các thách thức trên, cần áp dụng các phương pháp thiết kế hệ thống giám sát cấp nước tiên tiến. Việc lựa chọn các công nghệ lọc nước cho ngành bia phù hợp, tích hợp các cảm biến chất lượng nước, và sử dụng các hệ thống SCADA giám sát cấp nước hiện đại là vô cùng quan trọng. Tối ưu hóa hệ thống cấp nước sạch giúp tiết kiệm chi phí và đảm bảo hiệu quả.

3.1. Lựa chọn công nghệ xử lý và lọc nước phù hợp

Các công nghệ xử lý nước như lọc cát, lọc than hoạt tính, khử trùng bằng UV, nước RO trong sản xuất bia, và nước khử khoáng cho sản xuất bia cần được lựa chọn dựa trên đặc tính của nguồn nước đầu vào và yêu cầu về chất lượng nước thành phẩm. Cần xem xét chi phí đầu tư, chi phí vận hành và hiệu quả xử lý của từng công nghệ.

3.2. Tích hợp cảm biến chất lượng nước trực tuyến

Việc tích hợp các cảm biến chất lượng nước trực tuyến giúp theo dõi liên tục các thông số quan trọng như độ pH, độ dẫn điện, độ đục, hàm lượng clo dư, và hàm lượng các chất hữu cơ. Dữ liệu từ cảm biến giúp người vận hành nắm bắt tình hình và đưa ra các quyết định kịp thời.

3.3. Xây dựng hệ thống SCADA giám sát và điều khiển

Hệ thống SCADA giúp thu thập, xử lý và hiển thị dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị điều khiển. Người vận hành có thể giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống, điều khiển các thiết bị từ xa và nhận cảnh báo khi có sự cố. Hệ thống quản lý nước thông minh cần được tích hợp.

IV. Ứng Dụng IoT AI Giám Sát Chất Lượng Nước Sản Xuất Bia

Việc ứng dụng IoT trong giám sát chất lượng nước mở ra nhiều cơ hội để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống giám sát. Phần mềm giám sát thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, kết hợp với trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích, dự đoán và đưa ra các khuyến nghị. Giải pháp cấp nước bền vững cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.

4.1. Kết nối cảm biến và thiết bị qua mạng IoT

Các cảm biến và thiết bị điều khiển có thể được kết nối với nhau thông qua mạng IoT, cho phép thu thập dữ liệu từ xa và điều khiển các thiết bị một cách linh hoạt. Dữ liệu có thể được lưu trữ trên đám mây và truy cập từ bất kỳ đâu.

4.2. Phân tích dữ liệu bằng AI và machine learning

AI và machine learning có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu từ các cảm biến, phát hiện các mẫu bất thường và dự đoán các sự cố có thể xảy ra. AI cũng có thể giúp tối ưu hóa quá trình xử lý nước, giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả.

4.3. Năng lượng tái tạo trong hệ thống cấp nước

Năng lượng tái tạo trong hệ thống cấp nước giúp giảm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường. Các nhà máy bia có thể sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng gió hoặc các nguồn năng lượng tái tạo khác để cung cấp điện cho hệ thống xử lý nước.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Đánh Giá Hiệu Quả Hệ Thống Giám Sát

Nghiên cứu này tập trung vào đánh giá hiệu quả của hệ thống giám sát cấp nước sạch cho nhà máy bia. Việc so sánh các chỉ số chất lượng nước trước và sau khi áp dụng hệ thống, đánh giá khả năng phát hiện và xử lý sự cố, và tính toán tiết kiệm nước trong sản xuất bia là những yếu tố quan trọng.

5.1. So sánh chất lượng nước trước và sau khi áp dụng hệ thống

Việc so sánh các chỉ số chất lượng nước như độ pH, độ đục, hàm lượng clo dư trước và sau khi áp dụng hệ thống giám sát giúp đánh giá khả năng cải thiện chất lượng nước của hệ thống.

5.2. Đánh giá khả năng phát hiện và xử lý sự cố

Hệ thống giám sát cần có khả năng phát hiện sớm các sự cố như rò rỉ đường ống, hỏng hóc thiết bị và đưa ra cảnh báo cho người vận hành. Khả năng xử lý sự cố nhanh chóng giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến chất lượng nước.

5.3. Tính toán hiệu quả tiết kiệm nước và chi phí

Việc áp dụng hệ thống giám sát giúp tối ưu hóa quá trình sử dụng nước, giảm thiểu lãng phí và tiết kiệm chi phí. Cần tính toán cụ thể lượng nước tiết kiệm được và chi phí giảm thiểu sau khi áp dụng hệ thống.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Hệ Thống Giám Sát Cấp Nước

Nghiên cứu này đã trình bày một phương pháp thiết kế hệ thống xử lý nước cho sản xuất bia hiệu quả, ứng dụng các công nghệ tiên tiến như IoT và AI. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp cấp nước bền vững, xử lý nước thải sản xuất bia, và tích hợp hệ thống giám sát với các hệ thống quản lý khác trong nhà máy.

6.1. Tổng kết các kết quả đạt được và hạn chế

Cần tổng kết lại các kết quả đạt được trong nghiên cứu, đồng thời chỉ ra những hạn chế và thách thức còn tồn tại để định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo.

6.2. Đề xuất hướng phát triển hệ thống trong tương lai

Trong tương lai, cần tập trung vào việc phát triển các hệ thống giám sát thông minh hơn, có khả năng tự học và tự điều chỉnh để thích ứng với các điều kiện thay đổi.

6.3. Các giải pháp cấp nước bền vững và tiết kiệm chi phí

Việc tìm kiếm các giải pháp cấp nước bền vững, sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và áp dụng các công nghệ tiết kiệm nước là vô cùng quan trọng để đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành sản xuất bia.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, việc ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát tự động trong sản xuất đóng vai trò then chốt nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm. Đặc biệt, trong ngành sản xuất Beer, khâu cấp nước sạch là một trong những bước quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Theo báo cáo ngành, tỷ lệ thất thoát nguyên liệu và năng lượng trong các nhà máy sản xuất Beer truyền thống có thể lên đến 15-20%, gây lãng phí lớn và ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế. Do đó, việc thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho khâu cấp nước sạch nhằm tối ưu hóa quy trình, giảm thiểu rủi ro và nâng cao độ tin cậy là mục tiêu cấp thiết.

Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển giám sát cho khâu cấp nước sạch trong dây chuyền sản xuất Beer tại một nhà máy quy mô công nghiệp. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát công nghệ xử lý nước, lựa chọn thiết bị đo và điều khiển phù hợp, đồng thời xây dựng giải pháp truyền thông và cấu hình phần cứng hệ thống. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng 2 năm, từ 2015 đến 2017, tại một nhà máy sản xuất Beer ở Việt Nam.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện các chỉ số vận hành như độ ổn định hệ thống, giảm thiểu sự cố, nâng cao chất lượng nước cấp với độ chính xác đo lường trên 95%, đồng thời giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì khoảng 10-15%. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ tự động hóa trong ngành sản xuất thực phẩm, đặc biệt là sản xuất Beer, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng và an toàn vệ sinh thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết hệ thống điều khiển giám sát SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) và công nghệ PLC (Programmable Logic Controller). SCADA là hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa, cho phép giám sát và điều khiển các thiết bị công nghiệp qua mạng truyền thông. PLC là bộ điều khiển lập trình được sử dụng phổ biến trong tự động hóa công nghiệp, có khả năng xử lý tín hiệu số và analog, điều khiển các thiết bị đầu cuối.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng bao gồm:

• MTU (Master Terminal Unit): trung tâm điều khiển của hệ SCADA.
• RTU (Remote Terminal Unit): thiết bị đầu cuối thu thập và truyền dữ liệu.
• Vòng quét PLC (Scan Cycle): chu trình đọc tín hiệu đầu vào, xử lý chương trình và xuất tín hiệu đầu ra.
• Giao thức truyền thông Profibus, RS-485: chuẩn truyền thông công nghiệp đảm bảo kết nối ổn định giữa PLC và các thiết bị ngoại vi.
• Cảm biến mực nước LMT 121, cảm biến lưu lượng MAG 1100: thiết bị đo lường chính xác trong hệ thống cấp nước.
• Biến tần Danfoss VLT® Automation Drive FC 302: thiết bị điều chỉnh tốc độ động cơ điện, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả vận hành.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát thực tế tại nhà máy sản xuất Beer, tài liệu kỹ thuật của các thiết bị tự động hóa, và các tiêu chuẩn công nghiệp liên quan. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 15 thiết bị cảm biến và điều khiển được lựa chọn để khảo nghiệm trong hệ thống.

Phương pháp phân tích sử dụng kết hợp mô phỏng phần mềm WinCC và lập trình PLC S7-300 để thiết kế và kiểm thử hệ thống điều khiển. Việc lựa chọn phương pháp phân tích dựa trên khả năng mô phỏng chính xác các tín hiệu analog và số, đồng thời đảm bảo tính khả thi trong ứng dụng thực tế.

Timeline nghiên cứu được chia thành ba giai đoạn chính:

• Giai đoạn 1 (6 tháng): khảo sát và lựa chọn thiết bị, phân tích yêu cầu hệ thống.
• Giai đoạn 2 (12 tháng): thiết kế phần cứng, lập trình PLC và cấu hình hệ thống SCADA.
• Giai đoạn 3 (6 tháng): thử nghiệm, hiệu chỉnh và đánh giá hiệu quả vận hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả truyền thông Profibus và RS-485: Hệ thống truyền thông Profibus cho phép kết nối ổn định với tốc độ truyền 1.5 Mbit/s, khoảng cách truyền lên đến 200m, đảm bảo độ tin cậy trên 98%. RS-485 được sử dụng cho các thiết bị cảm biến với khoảng cách truyền 1200m, độ trễ thấp, phù hợp với môi trường công nghiệp Beer.

2. Độ chính xác cảm biến mực nước và lưu lượng: Cảm biến mực nước LMT 121 đạt độ chính xác ±1mm, chịu được áp suất lên đến 40 bar và nhiệt độ từ -20 đến 85°C. Cảm biến lưu lượng MAG 1100 có sai số dưới 0.5%, áp suất làm việc 40 bar, nhiệt độ hoạt động từ -20 đến 150°C, phù hợp với yêu cầu cấp nước sạch trong sản xuất Beer.

3. Hiệu quả biến tần Danfoss FC 302: Biến tần giúp điều chỉnh tốc độ động cơ bơm nước, tiết kiệm năng lượng khoảng 15-20% so với vận hành không điều khiển. Công suất biến tần lựa chọn phù hợp với động cơ 3 pha, điện áp 380V, công suất 4MW, đáp ứng nhu cầu vận hành liên tục và ổn định.

4. Tính ổn định và an toàn hệ thống: Hệ thống điều khiển giám sát PLC kết hợp SCADA giúp giảm thiểu sự cố vận hành xuống dưới 2% trong thời gian thử nghiệm 6 tháng. Các cảnh báo và báo động được xử lý kịp thời, nâng cao độ an toàn và giảm thiểu thời gian bảo trì.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiệu quả trên là do việc lựa chọn thiết bị phù hợp với đặc thù môi trường sản xuất Beer, đồng thời áp dụng các chuẩn truyền thông công nghiệp hiện đại như Profibus và RS-485. So sánh với các nghiên cứu trong ngành tự động hóa thực phẩm, kết quả này tương đồng với mức độ tin cậy và hiệu quả năng lượng được báo cáo.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mức tiêu thụ năng lượng trước và sau khi sử dụng biến tần, bảng thống kê độ chính xác cảm biến và biểu đồ tần suất sự cố hệ thống trong quá trình vận hành. Những kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho khâu cấp nước sạch trong sản xuất Beer.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống SCADA tích hợp PLC: Động từ hành động "triển khai" nhằm nâng cao độ chính xác giám sát mực nước và lưu lượng, giảm thiểu sự cố xuống dưới 2% trong vòng 12 tháng, do bộ phận kỹ thuật nhà máy thực hiện.

2. Lắp đặt biến tần điều khiển động cơ bơm: Động từ "lắp đặt" để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ ít nhất 15% trong 6 tháng, do phòng bảo trì và vận hành phối hợp thực hiện.

3. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì: Động từ "đào tạo" nhằm nâng cao kỹ năng vận hành hệ thống tự động, giảm thiểu lỗi vận hành, hoàn thành trong 3 tháng, do phòng nhân sự và kỹ thuật phối hợp tổ chức.

4. Xây dựng quy trình bảo trì định kỳ: Động từ "xây dựng" để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, kéo dài tuổi thọ thiết bị, thực hiện liên tục hàng năm, do phòng kỹ thuật chịu trách nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư tự động hóa công nghiệp: Nắm bắt kiến thức về thiết kế hệ thống điều khiển giám sát SCADA và PLC trong ngành sản xuất thực phẩm, áp dụng vào các dự án tương tự.

2. Quản lý nhà máy sản xuất Beer: Hiểu rõ về quy trình cấp nước sạch và các giải pháp tự động hóa giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí vận hành.

3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điều khiển: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, thiết kế phần cứng và lập trình PLC, SCADA trong thực tế công nghiệp.

4. Nhà cung cấp thiết bị tự động hóa: Cập nhật các tiêu chuẩn kỹ thuật, yêu cầu thiết bị và xu hướng ứng dụng trong ngành sản xuất Beer để phát triển sản phẩm phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống SCADA là gì và vai trò trong sản xuất Beer?
   SCADA là hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa, giúp giám sát và điều khiển các thiết bị trong dây chuyền sản xuất Beer, nâng cao hiệu quả và độ ổn định vận hành.

2. Tại sao cần sử dụng PLC trong hệ thống điều khiển?
   PLC có khả năng xử lý tín hiệu số và analog, lập trình linh hoạt, giúp tự động hóa các quy trình phức tạp, giảm thiểu lỗi vận hành và tăng độ tin cậy hệ thống.

3. Lựa chọn biến tần như thế nào cho động cơ bơm nước?
   Biến tần được chọn dựa trên công suất động cơ, điện áp cấp, yêu cầu điều chỉnh tốc độ và khả năng tương thích với hệ thống truyền thông, ví dụ biến tần Danfoss FC 302 phù hợp với động cơ 4MW, 380V.

4. Cảm biến mực nước LMT 121 có ưu điểm gì?
   Cảm biến LMT 121 sử dụng công nghệ đo dung tích cao tần, chịu được áp suất 40 bar, nhiệt độ -20 đến 85°C, chống bám bẩn, phù hợp môi trường nước sạch trong sản xuất Beer.

5. Hệ thống truyền thông Profibus có ưu điểm gì?
   Profibus hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao 1.5 Mbit/s, khoảng cách truyền xa đến 200m, độ tin cậy cao, phù hợp kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi trong nhà máy.

Kết luận

• Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho khâu cấp nước sạch trong sản xuất Beer giúp nâng cao độ chính xác và ổn định vận hành.
• Lựa chọn thiết bị cảm biến, biến tần và PLC phù hợp với đặc thù công nghiệp Beer là yếu tố then chốt.
• Hệ thống truyền thông Profibus và RS-485 đảm bảo kết nối ổn định, giảm thiểu sự cố.
• Giải pháp thiết kế góp phần tiết kiệm năng lượng khoảng 15-20% và giảm chi phí bảo trì 10-15%.
• Tiếp tục triển khai thử nghiệm thực tế và mở rộng ứng dụng cho các khâu khác trong dây chuyền sản xuất Beer.

Khuyến khích các nhà máy sản xuất Beer áp dụng hệ thống điều khiển giám sát tự động để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU                         c                     Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển giám sát cho khâu cấp nƣớc sạch của hệ thống sản xuất Beer”                                       Sau thi gian nghiên c  c s ng dn nhit tình ca thy PGS.TS ng và các thy cô trong Vin n, cùng s n lc ca bn nay lun  tt nghip cc hoàn thành. Ni dung lu bao gm: : Tng quan v các h iu khin giám sát, công ngh sn xut Beer và khâu x c sch : Thit k phn cng h thu khin giám sát La chn phn cng PLC và thit k phn mm h thu khin giám sát : Kt lung phát trin Phạm Thiện Trí 1 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH                        Phạm Thiện Trí 2 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH MỤC LỤC . 3 DANH MC TÊN VIT TT. 8  - TNG QUAN V CÁC H U KHIN GIÁM, CÔNG NGH SN XUT BEER VÀ KHÂU X C SCH.

TNG QUAN V H U KHIN GIÁM SÁT. Tng quan v PLC. Cu trúc phn cng ca PLC. Các thành phn chính ca PLC bao gm.

Vòng quét ca PLC. Ngôn ng lp trình PLC. Các dòng PLC ca Siemens. 25 Phạm Thiện Trí 3 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH 1.

27 - THIT K PHN CNG H THU KHIN GIÁM SÁT28 2. YÊU CU CHUNG V THIT K. GII PHÁP THIT K. TÌM HIU CÔNG NGH X C, LA CHN THIT B  U KHIN H THNG.

Tìm hiu công ngh x c. La chn v n  mng lu khin. Bng thng kê s u vào su ra s và tín hiu analog .58 Phạm Thiện Trí 4 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH . Trang giao din khi to.

Màn hình tng quan. Giám sát mc các b c sch, b trung gian 1,2 và b Axit. Giám sát trng thái c. Giám sát ch  ca qut kh CO2 s 1, 2.

Giám sát trng thái cn. Giám sát mc bình Axit. Giám sát trng thái và ch  ci ION1 và ION2. Ch  vn hành ca h thng.

Mô phng WinCC. 87 NG PHÁT TRIN. 88 Phạm Thiện Trí 5 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH DANH MỤC TÊN VIẾT TẮT STT Tên viết tắt Chú thích 1 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 2 MTU Master Terminal Unit 3 RTU Remote Terminal Unit 4 CPU Central Processing Unit 5 TCP/IP Transmission Control Protocol and Internet Protocol 6 OSI Open Systems Interconnection 7 PLC Programmable Logic Controller 8 WAN Wide Area Network 9 LAN Local Area Network 10 IOS Input Output System 11 MMI Man Machine Interface 12 HDC Historical for Data Collection Storage 13 GW Gateway for Inter-LAN Comunication 14 APPS Aplication Calculation and Processing Module 15 OPC OLE for Process Control 16 VDU Video Display Unit 17 GIS Geographic Information System 18 MPI Message Passing Interface 19 DP Distributed I/O 20 PA Process Actumation 21 FDL Fieldbus Data Link 22 FMS Fieldbus Message Specification 23 FBD Function Block Diagram 24 SFC Sequential Function Chart 25 IL Instruction List 26 ST Structured Text 27 CAN Controller Area Network 28 AS-I Actuator Sensor Interface Phạm Thiện Trí 6 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH DANH MỤC CÁC BẢNG Bng 2. Thng kê tín hiu vào s ca h thng x c Bng 2.

Thng kê tín hiu ra s ca h thng x c Bng 2. Thng kê tín hiu analog ca h thng x c Bng 3. Bng thng kê s ng CPU và các Module Bng 3. Bng tr Bng 3.

Bng trng thái ca qut Bng 3. Bng thi ION Bng 3. Bng thông tin vi ION Phạm Thiện Trí 7 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Các dòng PLC ca Siemens Hình 1.

Cu trúc phn cng ca PLC Hình 1. Cu hình loi Fixed I/O Hình 1. Cu hình loi Modular I/O Hình 1. Local và Remote I/O a PLC 1.

Các cp thit b h SCADA Hình 2. Pn thông h u khin giám sát     u ni cm bin báo mc LMT 121 Hình 2. Cm bin báo mc c LMT 121 Hình 2. Cm bing Hình 2.

Mch cm bi u ni Hình 2. B hin th ng MAG 5000 Hình 2. Cm bin áp sut n ba pha ABB  cun dây và dòng stator cu 3 pha Hình 2. Mng lc khng sao  tam giác  Hình 2.

Bin tn FC 302  mch bin tn FC302  u ni bin tn FC 302 Hình 2. Giao din vào ra cho các thit b Phạm Thiện Trí 8 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH 3. Project mi t tên cho Project mi 3. Chèn SIMATIC 300 Station 3.

SIMATIC 300 Station Hình 3. Cu hình phn cng PLC cho h thng x c  khâu x c sch  thun x c nu  thut toán cn x c mm Hình 3. Giao din lp trình PLC S7-300 Hình 3. Giao din Project trong PLC S7-300 Hình 3.

Lu khing LAD Hình 3. Lp trình tín hiu analog dng STL  mt s loi truyn thông trong công nghip Hình 3. Cng PROFIBUS ca PLC S7 300 Hình 3. Màn hình khi to Hình 3.

Trang màn hình tng quan h thng Hình 3. Bình axit i ION1 và ION2 Hình 3. Giao din chính WinCC Hình 3. Giao din màn hình chính Hình 3.

H thng x c mm Hình 3. Giao din tng quan h thng x c Hình 3. H thc sch Hình 3. H thng x lý c nu Hình 3.

H thng x c mm Hình 3. Project khâu x c Hình 3. Màn hình khi to h thng giám sát khâu cc sch Phạm Thiện Trí 9 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH Hình 3. Màn hình tng quanh thng giám sát khâu cc sch u khin và giám sát h thng x c sch Hình 3.

u khin và giám sát  Hình 3. u khin và giám sát   Phạm Thiện Trí 10 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM, CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BEER VÀ KHÂU XỬ LÝ NƢỚC SẠCH 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 1. Khái Niệm SCADA là mt h thng thu thp d liu khin các quá trình t i vn hành có th nhn biu khin hong các thit b thông qua máy tính và mng truy ch tt c các h thc thit k  thc hin các ch * Thu thp d liu t các thit thit b công nghip hoc các cm bin.

* X lý và thc hin các phép tính trên các d liu thu thc. * Hin th các d liu thu thc và kt qu  lý. * Nhn các lnh t u hành và gi các ln các thit b ca nhà máy. * X lý các lu khin t ng hoc bng tay mt cách kp thi và chính xác.

Cấu trúc cơ bản của một hệ SCADA Mt h thn có các thành phn chính là: MTU, RTU và thành phn truyn thông. MTU MTU là trung tâm ca mt h thng SCADA, trong thc t ng là mt h máy tính công nghip. MTU giao tip vu hành và RTU thông qua khi truyc kt ni vi các thit b ngo máy in và có th kt ni vi mng truyn thông. Nhim v ca MTU bao gm: * Cp nht d liu t các thit b RTU và nhn lnh t u hành.

* Xut d lin các thit b thi hành RTU. * Hin th các thông tin cn thit v ng thái ca các thit b u khin. , x lý các thông tin và giao tip vi các h thng thông tin khác. RTU  Phạm Thiện Trí 11 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH     và    1.

Truyền thông    c  trao    ,   ,   ,     /     1. Hệ thống SCADA hiện đại   trên      Internet.    Phạm Thiện Trí 12 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH . Cấu trúc hệ thống    hu    Server.

Các đặc tính chính của hệ thống      . Đặc điểm về giao tiếp giữa ngƣời và máy  ,       Phạm Thiện Trí 13 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH       ác màu khác nhau  - -X c em trên cùng   nhau. Các ứng dụng của hệ SCADA   * -    bay.         g các Phạm Thiện Trí 14 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH  1.

Tổng quan về PLC B u khin PLC hi  c s dng r   u khin công nghip, d dàng l thc hin các ch u khin, làm gim thiu vic ni dây phn cu khin bu PLC xut hi thay th các h thu khin bi s phát trin ca công ngh  c ng dng trong các ng dng phc tp, không ch  các ng d mà còn thc hin các ch thm, tính toán, so sánh và x lý các tín hiu . Mt s sn phm PLC cc th hin qua hình 1. Các dòng PLC ca Siemens m ca PLC bao gm: * Gim vic ni dây phn cng: So sánh vi h thc thit k  làm mt ch   t thì PLC ch quan tâm t  u ra, các ch  u khic thc hin bng lp trình thì cu trúc mt b u khin PLC s n và d thc hi  t nhiu, nht là trong nhng bài toán c  i yêu c u khin. Phạm Thiện Trí 15 Khóa 2015-2017 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ KTĐK&TĐH *  nh ca h thng: Cu khin cc vit, kim tra và d  xum trong b nh nên s không xy ra các li logic do ni dây.