BÁO cáo môn học DCS SCADA đề tài hệ thống điều khiển nhà nấu bia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
----------------

BÁO CÁO MÔN HỌC
DCS & SCADA
Đề tài: Hệ thống điều khiển nhà nấu bia

Giảng viên: TS. Đào Quý Thịnh
Nhóm: 18
Thành viên:
Họ và tên

MSSV

Nguyễn Văn Minh

20174064

Nguyễn Nhật Quân

20181705

Vương Đức Trung

20174290

Nguyễn Thế Duy

20173806

Hà Nội, 2/2022


Mục Lục

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHÀ NẤU BIA.......................................................................2
1.1

Thành phần......................................................................................................................................2

1.1.1

Gạo...........................................................................................................................................2

1.1.2

Malt..........................................................................................................................................2

1.1.3

Nấm men..................................................................................................................................3

1.1.4

Hoa hublon...............................................................................................................................3

1.1.5

Nước.........................................................................................................................................4

1.2

Quy trình cơng nghệ........................................................................................................................5

1.2.1

Cơng đoạn nghiền....................................................................................................................5

1.2.2

Cơng đoạn nấu.........................................................................................................................6

1.2.3

Công đoạn lọc..........................................................................................................................7

1.2.4

Công đoạn nấu hoa Houblon..................................................................................................7

1.3

Sơ đồ công nghệ các nồi nấu...........................................................................................................9

1.3.1

Nồi gạo......................................................................................................................................9

1.3.2

Nồi Malt...................................................................................................................................9

1.3.3

Nồi hoa...................................................................................................................................10

1.3.4

Nồi lọc.....................................................................................................................................10

1.4
1.4.1

Lựa chọn thiết bị phần cứng.........................................................................................................11
Động cơ khuấy.......................................................................................................................11

1.4.2 Máy bơm dịch...............................................................................................................................11
1.4.3

Van gia nhiệt..........................................................................................................................11

1.4.4

Van khí nén............................................................................................................................12

1.4.5

Cảm biến nhiệt độ..................................................................................................................12

1.4.6

Cảm biến mức........................................................................................................................13

1.4.7

Lựa chọn PLC........................................................................................................................13

Chương 2: MƠ HÌNH HĨA HÀM TRUYỀN VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CÁC ĐỐI
TƯỢNG.........................................................................................................................................................14
2.1 Mơ hình hố bằng lý thuyết................................................................................................................14
2.2 Thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển nhiệt độ cho các nồi nấu.....................................................16
2.2.1 Nồi Malt........................................................................................................................................16
Chương 3: Lập trình chương trình PLC.....................................................................................................27
3.3 Lập trình tồn bộ chương trình.........................................................................................................39


Chương 4: Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển.................................................................................41
4.1 Sơ đồ hệ thống.....................................................................................................................................41
4.2 Kết nối giao diện với PLC...................................................................................................................42
4.3 Các giao diện và hướng dẫn sử dụng.................................................................................................43
4.3.1 Giao diện đăng nhập....................................................................................................................43
4.3.2 Giao diện chính.............................................................................................................................44
4.3.3 Giao diện nồi gạo..........................................................................................................................45
4.3.4 Giao diện nồi Malt........................................................................................................................46
4.3.5 Giao diện nồi Hoa.........................................................................................................................48
4.3.6 Giao diện nồi lọc...........................................................................................................................49
4.3.7 Giao diện nồi lắng xoáy................................................................................................................50
4.3.8 Giao diện cài đặt tài khoản..........................................................................................................50
Chương 5: Kết quả........................................................................................................................................52

5.1 Giao diện giám sát nồi gạo..................................................................................................................52
5.2 Giao diện giám sát nồi Malt................................................................................................................53
5.3 Kết quả giao diện nồi Hoa......................................................................................................................54
Phụ lục...........................................................................................................................................................55


LỜI CẢM ƠN
Nhóm em xin trân thành cảm ơn sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của TS. Đào Quý
Thịnh trong suốt quá trình thực hiện báo cáo đã hỗ trợ nhóm đưa ra kế hoạch, nhận xét
thiếu sót, định hướng phương án thực hiện, nhờ đó mà nhóm đã hoàn thành đề tài một
cách thuận lợi nhất. Thời gian được làm báo cáo cùng thầy đã giúp cho nhóm học hỏi
thêm được rất nhiều kiến thức không chỉ là kiến thức về chuyên ngành mà còn là sự kết
hợp với các bộ môn chuyên ngành khác, đồng thời nâng cao khả năng làm việc nhóm, khả
năng phân tích và xử lý bài toán thực tế.
Em xin trân trọng cảm ơn!

4


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHÀ NẤU BIA
1.1 Thành phần
Nguyên liệu để dùng để sản xuất bia bao gồm: gạo, malt, H2O, men, hoa hupblon.
Trong đó hai nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt và hoa hupblon. Ngồi ra có
thể thay thế malt bằng ngun liệu phụ như một mì, gạo ngơ để giảm chi phí sản xuất. Cho
đến nay bia trên thế giới được sản xuất chủ yếu với công thức cổ điển:
BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯỚC
Việc sản xuất dựa trên nền tảng công nghệ tiên tiến và tuân theo nghiêm ngặt các quy
trình cơng nghệ cũng như các tiêu chuẩn của Việt Nam và thế giới.
1.1.1 Gạo
Chỉ là nguyên liệu phụ chiếm 30% thành phần nguyên liệu sản xuất bia. Đây là nguyên

liệu được sử dụng để thay thế nhằm giảm chi phí sản xuất, cải thiện thành phần dịch chiết,
cải thiện mùi vị bia, và để bảo quản được lâu dài trong quá trình sản xuất người ta thay thế
1 phần malt bằng 1 số loại đại mạch chưa được nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác thay
thế nguyên liệu nảy mầm. Nhờ thế mà ta thu được bia thành phẩm với giá rẻ hơn, chất
lượng bia thành phẩm giảm khơng đáng kể.

Hình 1: Gạo

1.1.2 Malt

5


Là loại hạt ngũ cốc hay thường gọi là lúa mạch. Chiếm 70% thành phần nguyên liệu
sản xuất bia và thường được nhập khẩu từ nước ngồi,malt cịn được dùng để tạo màu cho

Hình 2: Lúa mạch (Malt)

bia.
1.1.3 Nấm men

Nấm men dung trong sản xuất bia có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi
trường nước mạch nhà như loại đường hòa tan, các hợp chất nitơ như axit amin, peptit,
vitamin, và các nguyên tố vi lượng qua màng tế bào. Sau đó hang loạt các phản ứng sinh
hóa mà đặc trưng là q trình trao đổi chất để chuyến hóa các chất này thành những dạng
cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến hành.

Hình 3: Nấm men

1.1.4 Hoa hublon

Là thành phần làm nên hương vị cay, đắng cho bia.

6


1.1.5 Nước

Hình 4: Hoa houblon

Là 1 trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia. Trong thành phần bia nước chiếm
từ 87% đến 90%. Nước được dùng trong tất cả các cơng đoạn sản xuất bia. Vì vậy mà thành
phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm cuối cùng là bia. Vì vậy nước
sản xuất bia đều phải xử lý đạt yêu cầu trước khi đưa vào hệ thống.

Hình 5: Nước

7


1.2 Quy trình cơng nghệ

Hình 6: Quy trình cơng nghệ nấu bia

1.2.1 Công đoạn nghiền
Đây là công đoạn đầu tiên trong quy trình nấu bia, nó thực hiện việc nghiền gạo và malt
để tạo điều kiện cho các enzim hoạt động tốt nhất. Giúp giảm kích thước hạt nguyên liệu,
tăng bề mặt tiếp xúc với nước, làm cho sự xâm nhập của nước
 Mục đích
- Giúp giảm kích thước hạt nguyên liệu , tăng bề mặt tiếp xúc với nước, làm cho sự xâm
nhập của nước vào các thành phần chất nội nhũ nhanh hơn thúc đẩy quá trình đường hóa

và các q trình thủy phân xẩy ra thuận lợi và triệt để hơn.
8


- Có 3 phương pháp nghiền: nghiền ở trạng thái khơ, nghiền có phun ẩm và nghiền cùng
với nước. Ở nhà máy bia sử dụng phương pháp nghiền khô cho các loại malt.
1.2.2 Cơng đoạn nấu


Mục đích:

- Trích ly các chất chiết từ malt và gạo và nước
- Góp phần tạo màu cho bia.
- Thủy phân một số chất có phân tử lớn thành các chất phân tử lượng nhỏ để cung cấp
chất dinh dưỡng cho nấm men phát triển. Qúa trình thủy phân này chủ yếu nhờ hệ enzyme
có sẵn trong malt, ngồi ra có thể bổ xung thêm một lượng nhỏ chế phẩm enzyme.


Cách tiến hành:

- Gạo được bơm vào nồi nấu gạo, hỗn hợp gạo nước chiếm thể tích 2/3 nồi nấu. Hỗn hợp
này được tăng nhiệt độ lên khoảng 70-72 độ C và giữ trong thời gian 20 phút để thực hiện
q trình đường hóa, lúc này chủ yếu cho loại đường maltose và dextrin. Tiếp tục tăng nhiệt
độ lên 83-85 độ C và giữ trong thời gian 15 phút để thực hiện quá trình hồ hóa bột gạo .Sau
đó dịch gạo được hạ xuống 72 độ C rồi bổ xung malt lót vào, giữ trong khoảng 15-20 phút
để dịch hóa hồn tồn tinh bột gạo. Sau đó tăng nhiệt độ lên 100 độ C trong 20 phút , rồi cho
nước lạnh vào và hạ nhiệt độ xuống 80 độ C.
- Trong thời gian nấu gạo, tạo dịch malt có nhiệt độ khoảng 52 độ C, giữ ở nhiệt độ này
khoảng 20 phút, sau đó cho dịch gạo vào nồi dịch malt ở 52 độ C tạo ra hỗn hợp nhiệt độ 64
độ C , giữ nhiệt độ này trong khoảng 40 phút sau đó tăng nhiệt độ lên 72 độ C, giữ trong 30

phút . Cuối cùng tăng nhiệt độ lên 76 độ C ,giữ trong 5 phút rồi bơm sang nồi lọc.
- Qúa trình chuyển các thành phần chính của malt hoặc nguyên liệu thay thế thành các
chất hòa tan vào trong nước được gọi là q trình thủy phân. Trong đó quan trọng nhất là
các loại đường và acid amin. Người ta gọi q trình đường hóa thì vẫn chưa đủ, vì khâu này
không chỉ tinh bột biến thành đường mà con protein trong nước nha và tỉ lệ đó sẽ ảnh hưởng
đến chất lượng bia sau này.

9


- Qúa trình thủy phân thủy phân protein và đường hóa phụ thuộc vào nhiều nhân tố, đặc
biệt là nhiệt độ, pH và độ loãng hỗn hợp thủy phân. Người ta dựa vào các nhân tố này để
điều chỉnh quá trình thủy phân theo hướng nấu tốt nhất.
1.2.3 Cơng đoạn lọc
 Mục đích
- Tách pha lỏng ra khỏi hỗn hợp để chuẩn bị cho quá trình tiếp theo, phần rắn phải loại bỏ
ra ngoài.
- Rửa bã để tận thu chất chiết cịn xót lại trong bã. Cách tiến hành - Thiết bị lọc là nồi lọc,
đáy bằng với màng lọc là lớp bã.
- Trước khi tiến hành lọc, thiết bị lọc được rửa thật kĩ bằng nước.
- Sau đó, bơm cháo sang thiết bị lọc bằng bơm li tâm. Trong thời gian bơm cháo, hệ thống
dao cào được hạ thấp và cho quay để dàn đều bã trên mặt đáy sau khi bơm hết qua nồi lọc
thì hệ thống này được nâng lên và để yên khối cháo trong 30 phút để bã kết lắng tạo thành
lớp lọc. Kết lắng đầu tiên là các phần tử nặng nhất, kết lắng cuối cùng là những phần tử
nhẹ nhất, có kích thước nhỏ nhất và lớp này gọi là bùn trên. - Dịch đường xả ra lúc đầu còn
rất đục, ta phải bơm hồi lưu trở lại nồi lọc. Qúa trình bơm hồi lưu kéo dài 15 phút, sau đó
thì dịch đường bắt đầu trong. - Sau khi lọc xong bã malt được rửa bằng nước nóng 75- 78
độ C. Ở nhiệt độ này thích hợp cho việc tiếp tục đường hóa lượng tinh bột đã được hồ hóa
ở giai đoạn đun sôi. - Nếu nhiệt độ của nước rửa thấp hơn thì tốc độ chảy của dịch rửa bã
chậm, kéo dài thời gian lọc và hiệu quả trích ly chất chiết thấp. Nếu nhiệt độ của nước rửa

cao thì sẽ hồ hóa tinh bột cịn xót lại trong bã,làm tăng độ nhớt của dịch rửa bã, kéo dài
thời gian rửa bã và đây cũng là nguyên nhân làm đục dịch đường. - Dịch đường trong được
bơm ngay sang thiết bị đun hoa hupblon.
1.2.4 Cơng đoạn nấu hoa Houblon
 Mục đích:

10


- Trích lấy chất đắng, tinh dầu thơm, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa
hupblon và dịch ngọt để biến đổi nó thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu của
hoa.
- Vơ hoạt enzyme, kết tủa protein kém bền nhiệt, làm tang độ bền keo và ổn định thành phần
của dịch đường.
- Thanh trùng dịch đường, góp phần tiêu diệt vi sinh vật cho dịch đường trước khi lên men.
- Hình thành 1 số hợp chất có lợi có bia thành phẩm.
 Cách tiến hành:
- Dịch đường ban đầu và dịch rửa bã được trộn lẫn với nhau trong thiết bị đun hoa, sau đó
bổ sung thêm caramen để tạo màu, CaCl2 để tạo vị.
- Một u cầu ln phải đảm bảo đó là không để nhiệt độ của dịch đường hạ xuống dưới
70oC. Để đảm bảo yêu cầu này ngay từ dịch đường đầu tiên chảy vào nồi đun hoa là phải
cấp hơi vào để nâng nhiệt độ chúng lên. Lúc đầu lượng dịch cịn ít thì lượng hơi cấp vào
cũng thấp. Khi lượng dịch tăng dần thì lượng hơi cấp vào cũng tang dần lên.
- Để dịch đường nguội trong một thời gian dài là điều tối kị trong sản xuất. Vì như vậy sẽ
tạo điều kiện cho Oxi trong khơng khí tiếp xúc với đường, phản ứng Oxi hóa sẽ không tránh
khỏi và như vậy sẽ làm giảm chất lượng của dịch đường. Cường độ đun sôi cũng là yếu tố
quan trọng ảnh hưởng đến quá trình này. Cường độ đun sơi càng mạnh thì lượng protein
biến tính và keo tụ càng nhiều.

11

1.3 Sơ đồ công nghệ các nồi nấu
1.3.1 Nồi gạo
Trong nồi gạo sử dụng động cơ khuấy, bơm ly tâm, van tuyến tính, van khí nén, cảm
biến nhiệt độ và cảm biến mức, mục đích và chi tiết các thiết bị đó sẽ được giới thiệu ở phần
Lựa chọn thiết bị phần cứng (1.4)

Hình 7: Sơ đồ cơng nghệ nồi nấu gạo

1.3.2 Nồi Malt

12


Hình 8: Sơ đồ cơng nghệ nồi Malt

Tương tự nồi gạo, trong nồi malt sử dụng động cơ khuấy, bơm ly tâm, van tuyến tính, van
khí nén, cảm biến nhiệt độ và cảm biến mức, mục đích và chi tiết các thiết bị đó sẽ được
giới thiệu ở phần Lựa chọn thiết bị phần cứng (1.4)
1.3.3 Nồi hoa

Hình 9: Sơ đồ công nghệ nồi Hoa

Trong nồi hoa sử dụng động cơ khuấy, bơm ly tâm, van tuyến tính, van khí nén , mục đích
và chi tiết các thiết bị đó sẽ được giới thiệu ở phần Lựa chọn thiết bị phần cứng (1.4)
1.3.4 Nồi lọc

13

Hình 10: Sơ đồ cơng nghệ nồi lọc

Trong nồi lọc sử dụng động cơ khuấy, bơm ly tâm, van tuyến tính, van khí nén, cảm
biến nhiệt độ và cảm biến mức, mục đích và chi tiết các thiết bị đó sẽ được giới thiệu ở phần
Lựa chọn thiết bị phần cứng (1.4)
1.4 Lựa chọn thiết bị phần cứng
1.4.1 Động cơ khuấy
- Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt
- Mục đích : Khuấy hỗn hợp cháo yến
mạch trong nồi gạo
- Thơng số kỹ thuật chính:
+ Điện áp 380V
+ Cơng suất 3.7KW 5HP
+ Tần số 50Hz
+ Có đi kèm hộp giảm tốc

Hình 11: Động cơ khuấy

1.4.2 Máy bơm dịch
- Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt, Lọc Mục đích: Bơm hỗn hợp cháo yến mạch từ nồi
gạo sang nồi malt và bơm nước cho nồi gạo, malt, lọc.
- Loại : PENTAX CM 32-160A
- Số liệu kĩ thuật :
+ Điện áp 380V / 50Hz
+ Công suất 3 kW, 7.4A - Lưu lượng: 20 m3 /h
+ Khối lượng: 42 kg
+ Áp suất: 0.5 bar đến 2.5 bar
+ Đường ống vào 50mm, đường ống ra 32mm
+ Lưu lượng: 0-270 m3/h

Hình 12: Máy bơm dịch

1.4.3 Van gia nhiệt
- Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt, Hoa
14


- Mục đích : Van cấp hơi nước để gia nhiệt cho q trình
đun sơi hỗn hợp trong nồi gạo
- Loại : Van cầu điều khiển bằng khí nén KFM Germany
- Số liệu kĩ thuật :
+ Cỡ 1’’ đến 20 ‘’
+ Nhiệt độ làm việc : -50oC đến 700oC
+ Áp suất làm việc : 0,8bar đến 8bar
+ Dòng vào : 4mA đến 20mA

Hình 13: Van gia nhiệt

1.4.4 Van khí nén
- Vị trí: Dùng ở nồi Gạo, Malt, Lọc, Hoa
- Mục đích: Đưa hỗn hợp cháo yến mạch từ nồi gạo sang nồi
malt
- Loại: Van bướm điều khiển bằng khí nén CCO4
- Số liệu kĩ thuật :
+ Cỡ 1’’ đên 6’’
+ Nhiệt độ làm việc : 0oC đến 150oC
+ Lưu lượng : 60 đến 875l/ phút
+ Dòng vào : 4mA đến 20mA

Hình 14: Van khí nén

1.4.5 Cảm biến nhiệt độ
- Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt
- Mục đích : Đo nhiệt độ ở nồi gạo và nồi malt để gửi tín
hiệu về bộ điều khiển
- Loại : TFP-160
Số liệu kĩ thuật :
+ Điện áp làm việc : 18VDC đến 32 VDC
+ Đầu ra tương tự : 4mA đến 20mA
+ Dải đo : -250oC đến 550oC

Hình 15: Cảm biến nhiệt độ

15


1.4.6 Cảm biến mức
-

Vị trí : Dùng ở nồi Gạo, Malt

-

Mục đích : Xác định mức chất lỏng ở nồi gạo và

nồi malt để gửi tín hiệu về bộ điều khiển
-

Loại: IFM LMT121

- Số liệu kĩ thuật :
+Điện áp : 18VDC đến 30VDC
+Tín hiệu ra : chuyển đổi 2 kiểu tín hiệu open/close
+Dịng ra : 50mA
+Thời gian đáp ứng: < 0.5s

Hình 16: Cảm biến mức

1.4.7 Lựa chọn PLC
Do có tổng 3 tín hiệu đầu vào là analog, cịn lại là tín hiệu Digital nên nhóm em đã
chọn PLC S7-1500 1512C – 1 PN
+ Có 5 cổng vào analog, 2 cổng ra analog
+ 32 cổng vào, ra digital
Model mở rộng AQ8 2xU/I ST_1 có 2 cổng ra analog.

Hình 17: PLC S7-1500
16


Chương 2: MƠ HÌNH HĨA HÀM TRUYỀN VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
CÁC ĐỐI TƯỢNG
2.1 Mơ hình hố bằng lý thuyết
Mơ hình của hệ thống điều khiển nhiệt độ trong nồi có thể được mơ tả như hình sau:

Hình 18: Mơ hình nồi nấu trong nhà máy
Mơ hình trên mô tả ảnh hưởng của mức độ mở van tới nhiệt độ nước. Các giả thiết
cho mơ hình hệ thống trên:
-

Tỷ trọng nước và nhiệt độ không đổi.

-

Khuấy trộn nước trong nồi là tối ưu.

-

Mức nước được giữ ổn định (lưu lượng vào=Lưu lượng ra).

-

Diện tích mặt cắt ngang các nồi là không đổi.

-

Nhiệt độ nước đầu vào là không đổi.

-

Tổn thất nhiệt với môi trường xung quanh là rất nhỏ.

Phương trình cân bằng vật chất:
dV
=Fi−Fo
dt
17


Trong đó:

Fi là lưu lượng nước vào
Fo là lưu lượng nước ra

Giả sử A là tiết diện bề mặt cắt ngang của nồi, h là chiều cao mức nước có trong nồi.
Suy ra:

V=A.h

Thay vào phương trình cân bằng vật chất ta được:
A.

dh
=Fi−Fo
dt

Phương trình cân bằng năng lượng:
d (m. Cp .T )
=p . Cp . Fi . Ti− p . Cp. Fo .T + Ke .u
dt

Trong đó:

m: Khối lượng nước trong nồi.

Fi: Lưu lượng nước vào.

Cp: Nhiệt năng của nước.

Fo: Lưu lượng nước ra.

𝜌: Mật độ của nước.

Ti :Nhiệt độ nước vào.

T: Nhiệt độ nước trong nồi.

Ke: hệ số khuếch đại nhiệt độ

u :Áp suất hơi đầu ra của van tuyến tính
Ta có: m= 𝜌.A.h
Trong q trình đun nóng, khơng có lưu lượng nước ra, do đó Fo=0, h=const.
Do đó phương trình (3.1) trở thành:
p .Cp . A . h.

 A.h.

d (T )
= p .Cp . Fi .Ti+ Ke . u
dt

d (T )
Ke . u
=Fi . Ti +
dt
p . Cp

(3.2)

18

Giả sử lưu lượng và nhiệt độ vào không đổi: Fi=const; Ti=const.
Thực hiện biến đổi laplace phương trình (3.2) ta có:
A . h . s . T ( s )=

Ke
U (s)
p .Cp

Ke
T
(
s)
p .Cp
'
G ( s) =
=
A
.h.s
U (s)

Suy ra:

Ke

Thay K= p . Cp vào phương trình trên ta được:
A.h

'

G ( s) =

K
s

Vì van điều khiển nhiệt độ có đặc tính của khâu qn tính bậc nhất có trễ, hàm truyền
cho tồn bộ hệ thống điều khiển nhiệt độ nồi là:
G ( s )=

T (s)
K
=
e−t .s
U ( s) s(Ts+1)

(3.5)

Trong thực tế việc xác định các thơng số trên là rất khó, vì vậy chúng em có sử dụng
phương pháp thực nghiệm để xác định chính xác thơng số cho phương trình trên.
2.2 Thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển nhiệt độ cho các nồi nấu
2.2.1 Nồi Malt
2.2.1.1 Quy trình cơng nghệ
 Bước 1
- Thêm nước vào nồi matl (theo quy trình công nghệ)
- Khi nồi gạo bắt đầu sôi, chạy động cơ khuấy với tốc độ 28 rpms.
- Thêm CaCl2
- Thêm matl đã được nghiền và enzyme Cereflo
19

 Bước 2
- Tăng nhiệt độ lên 40ºC (trong khoảng thời gian 10-15 phút) -Giữ nhiệt
độ ở 40ºC trong 10 phút ,tốc độ khuấy 14rpms
- Bơm cháo yến mạch lần 1 (trong khoảng 5 phút), sau đó, tăng nhiệt độ lên 52ºC.
- Giữ nhiệt độ ở 52ºC trong 30 phút, tốc độ khuấy 14rpms. Đo độ pH( pH= 5.4-5.6), thêm
axit lactic nếu không đủ.
- Bơm cháo yến mạch lần 2 (trong khoảng 5 phút), sau đó, tăng nhiệt độ đến 64ºC
- Giữ nhiệt độ ở 64ºC trong 40 phút. Đo độ pH (pH=5.4-5.6), thêm axit lactic nếu không
đủ.
- Tăng nhiệt độ lên 74ºC (trong khoảng thời gian 15-20 phút), tốc độ khuấy 28rpms.
- Giữ nhiệt độ ở 74ºC trong 40 phút, tốc độ khuấy 14rpms.
- Kiểm tra dung dịch đường hóa bằng iot-Tăng nhiệt độ lên 76ºC.
 Bước 3
- Sau khi nhiệt độ đã đủ 76ºC, đóng van hơi nước, và bơm dung dịch đến nồi lọc.
 Bước 4
- Sau khi bơm hết dung dịch trong nồi matl, thêm nước 76-80ºC để làm sạch nồi matl, bơm
để đẩy nước đến nồi lọc. Sau đó tiến hành CIP nồi matl.
2.2.1.2. Mơ hình hố bằng thực nghiệm
Sử dụng Matlab Simulink để nhận dạng mơ hình hệ thống, chúng em làm thí nghiệm
trong vòng hở theo các bước sau đây:
-

Đặt hệ thống ở chế độ làm việc bằng tay và đưa dần hệ thống tới điểm làm việc ổn
định, giả sử đầu ra của nồi ổn định tại y(t)=y(0) cho 1 đầu vào không đổi u(t)=u.

-

Ở thời điểm đầu, thay đổi đầu vào nồi bằng tín hiệu bậc thang u từ 0 đến vô cùng.

-

Ghi đầu ra nồi cho đến điểm làm việc ổn định mới.

-

Tính thơng số mơ hình.
20


Xác định thơng số mơ hình bằng phương pháp kẻ tiếp tuyến:

Hình 19: Xác định thơng số mơ hình nồi Malt
Từ đồ thị (Hình 1-4) ta xác định được các thông số như sau:
- Thời gian trễ t = 15s
- Hệ số khuếch đại K’ = 0.013
- Hằng số thời gian: T=10s
Vì tín hiệu vào mức mở van là 60% nên ta có:
K=

K ' 0.013
=
=0.000217
60
60

Thử lại các thơng số mơ hình vừa xác định với matlab simulink:

Hình 20: Mơ hình của nồi Malt trên matlab simulink
21

Kết quả mơ phỏng ta có được đồ thị đáp ứng như sau:

Hình 21: So sánh đồ thị nhận dạng và thực tế của nồi Malt
*Nhận xét: Từ đồ thị (Hình 1-6) ta có thể thấy đáp ứng q độ của mơ hình nhận
dạng bám sát với đáp ứng q độ của mơ hình thực tế của nồi malt. Vì vậy các thơng số mơ
hình thu được sau khi nhận dạng hệ thống hồn tồn có thể sử dụng để mơ phỏng hệ thống
nồi malt.
Ta có mơ hình hàm truyền nồi malt:
G ( s )=

0.000217 −15 s
e
s (10 s +1)

2.2.1.3. Thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển nhiệt độ nồi malt
Do nồi malt là hệ thống không ổn định, chứa nhiễu đo, có một biến điều khiển (áp
suất hơi sau van tuyến tính) và một biến cần điều khiển (nhiệt độ nước trong nồi).Vì vậy ta
chọn sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn cho hệ thống nồi malt.
 Lựa chọn bộ điều khiển:
+ Trong mơ hình hàm truyền nồi malt có thành phần tích phân nên ta sẽ khơng sử dụng
khâu tích phân trong bộ điều khiển.
22


+ Hàm truyền nồi malt có dạng khâu qn tính bậc nhất có trễ, đáp ứng đối tượng đi tới
ổn định mà khơng dao động. Ngồi ra, q trình tăng giảm nhiệt độ có tính qn tính, chịu
ảnh hưởng từ nhiễu đo, do đó ta khơng cần sử dụng khâu vi phân trong bộ điều khiển.
Vì vậy ta chọn bộ điều khiển P cho quá trình điều khiển nhiệt độ nồi malt.

Sử dụng phương pháp Ziegler-Nichols 2 để xác định thông số cho bộ điều khiển P của
nồi malt.
Tăng hệ số khuếch đại Kp của bộ điều khiển P từ 0 đến Kth ta thu được đồ thị sau:

Hình 22: Tín hiệu ra của bộ điều khiển khi Kp=Kth
Từ đồ thị trên ta có: Kth=364, Tth=96
Theo Ziegler-Nichols 2 ta có bộ điều khiển P với:
Kp=182

23


Hình 23: Mơ hình bộ điều khiển P và nồi Malt trên matlab simulink
Sử dụng Matlab Simulink xây dựng mô hình nồi malt với bộ điều khiển P như hình ta thu
được đồ thị đáp ứng của nồi malt cùng tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển như hình 1-

9:
Hình 24: Đáp ứng quá độ của nồi Malt và tín hiệu điều khiển
Kết luận: Sử dụng bộ điều khiển P xác định bằng phương pháp Ziegler-Nichols 2 ta thấy tín
hiệu ra bám tới tín hiệu chủ đạo mà khơng dao động, q trình đi đến ổn định nhanh.
Tuy cịn tồn tại sai lệch tĩnh nhưng nằm trong giới hạn cho phép (khoảng 0.3˚C).
24


2.2.2 Nồi gạo
2.2.2.1 Quy trình cơng nghệ


Bước 1:

-

Cấp nước vào nồi cháo theo quy trình cơng nghệ.

-

Bật cánh khuấy 28 vịng/phút.

-

Cho malt lót + CaSO4 .

-

Đổ gạo đã nghiền vào, trộn đều rồi cho enzym Termamyl.



Bước 2:

-

Nâng nhiệt nồi cháo lên 860C ( khoảng 20 phút).

-

Giữ nhiệt độ 860C trong 30 phút (tốc độ cánh khuấy 14 vòng/phút). Trong thời gian
này hịa bột malt lót với nước để bổ sung.

-

Hạ nhiệt độ xuống 720C (trong khoảng 10 phút) bằng cách cho bột malt lót đã hịa
nước ở trên và cấp thêm nước.

-

Giữ nhiệt độ 720C trong 20 phút (tốc độ cánh khuấy 14 vòng/phút).

-

Nâng nhiệt độ nồi cháo lên 1000C (khoảng 25-30 phút). (tốc độ cánh khuấy 28
vòng/phút).

-

Giữ nhiệt độ 1000C trong 30 phút (tốc độ cánh khuấy 14 vòng/phút).
 Bước 3:
-

Bơm cháo sang nồi malt (2 giai đoạn : giai đoạn nâng nhiệt nồi malt lên 520C và
lên 640C) : tắt hơi nồi cháo, tăng tốc độ cánh khuấy lên 28 vòng/phút, mở van từ
nồi gạo sang nồi malt, bật bơm.



Bước 4:

- Sau khi bơm cháo sang nồi malt, cấp nước nóng 76-80oC tráng nồi cháo, bơm đẩy
sang nồi malt rồi tiến hành CIP nước nóng nồi cháo.
2.2.2.2. Thiết kế bộ điều khiển PID điều khiển nhiệt độ nồi Gạo

+ Sử dụng phương pháp thực nghiệm tương tự nồi Malt, ta có mơ hình nồi gạo là:

25