lập trình điều khiển tự động cho máy bốc ghép bia dùng S7-300, chương 3 docx

Chương 3: Quá trình lên men và lọc
bia
Khâu hạ nhiệt
Dịch từ khâu trộn được bơm M5 chuyển đến nhà lên men.
Trước khi đưa vào tank lên men thì dịch phải hạ nhiêt độ xuống
còn 10
0
C nhờ có bộ phận hạ nhiệt.
Hình I.7: Quá trình hạ nhiệt
Bộ phận hạ nhiệt bao gồm :
- Cánh tản nhiệt có nhiệm vụ thoát nhiệt
- Ống dẫn nước lạnh (nước được làm lạnh xuống 2
0
C)
- Ống dẫn dịch
Nguyên lý hoạt động:
Hình I.8: Nguyên lý hoạt động
Van V17
Van V16
Van
Nước nha
Dịch
Cánh tản nhiệt
Nư
ớc

Dựa trên nguyên lý trao đổi năng lượng, nhiệt trong dịch sẽ
truyền qua nước lạnh, cánh tản nhiệt ra ngoài môi trường. Lưu
lượng dịch và nước lạnh sẽ được điều khiển bằng van lưu lượng
V16, V17 đảm bảo dịch ra khỏi bộ phận hạ nhiệt đạt 10

0
C.
Dịch sau khi được hạ nhiệt độ, sẽ được chuyển đến một tank
để trộn men. Sau khi quá trình trộn men kết thúc sẽ được đưa vào
tank lên men. Trong nhà lên men có tổng cộng 12 tank lên men.
Mỗi tank đều có cảm biến nhiệt độ (cặp nhiệt độ) để đo nhiệt độ,
thiết bị điều khiển nhiệt độ.
Quá trình lên men:
Quá trình lên men bia được tóm tắt thành bốn giai đoạn
chính :
- Giai đoạn đầu: Tạo bọt trắng và mịn ở xung quanh bề
mặt dịch lên men, nấm men nẩy chồi và phát triển, giai đoạn này
kéo dài từ 1-5 ngày.
- Giai đoạn hai: Giai đoạn bọt thấp có rất nhiều bọt đặc
trắng, chật, bồng lên một lớp trên bề mặt dịch trong thời gian 1-2
ngày.
- Giai đoạn ba : Giai đoạn bọt cao, quá trình lên men
diễn ra mạnh mẽ nhất, bọt xốp và bồng lên rất cao, bề mặt bọt từ
trắng chuyển sang màu nâu. Giai đoạn này kéo dài 3-4 ngày.
- Giai đoạn cuối: Bọt bệp xuống, bề mặt bọt lên men
phủ lớp màu nâu. Tế bào nấm men tạo thành lớp bông và lắng
xuống đáy thùng. Sản phẩm thu được là bia non tiến hành tiếp quá

trình ủ bia từ 6-10 ngày để nồng độ CO
2
, hàm lượng cồn
diaxentin, độ axit đạt chỉ tiêu yêu cầu.
Làm trong bia
Để đạt được độ trong cần thiết phải tiến hành lọc làm trong
bia. Có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau và nhiều chất trợ lọc

khác nhau. Lọc tách triệt để các phần tử rắn lóng, khuyếch tán
trong bia, lọc loại bỏ hầu hết các vi sinh vật, kể cả nấm men, làm
cho bia có độ trong sáng đúng yêu cầu chất lượng làm ổn định và
gia tăng độ bền vững sinh học, hoá học, nên bia sau khi lọc tinh
có thể để một tháng không cần thanh trùng.
Các quá trình khác
Ngoài ra trong nhà lên men còn có các tank chứa NaOH để
làm vệ sinh cho các tank lên men sau khi kết thúc quá trình lên
men. Kết thúc quá trình hoạt động tại nhà lên men và lọc, dịch sẽ
chuyển thành bia. Sau đó bia được chuyển đến nhà chiết.
I.2.5 Nhà chiết
Quá trình hoạt động của nhà chiết có thể được mô tả bằng
sơ đồ sau:
Rửa
kết
Máy bốc
chai
Chai + kết bẩn
Chai
Kết
Máy bốc chai
vào kết
Chai+kết
thành phẩm
Kết sạch

Hình I.9: Sơ đồ hoạt động nhà chiết

a. Máy bốc chai
Hình I.10: Sơ đồ động học máy bốc chai

Robot bốc chai là một robot hai bậc tự do, gồm có hai khớp
tịnh tiến. Hai bậc tự do được truyền động bởi hai động cơ xoay
chiều ba pha, hai động cơ này thực hiện chuyển động cho trục X
và trục Z. Các vị trí duy chuyển được định vị bởi các công tắc
hành trình và thêm các cảm biến quang để tăng thêm độ tin cậy
khi làm việc. Ngoài ra nó còn được cài đặt tọa độ bởi PLC SCL
5/03 của hãng Allen-Bradley
Bộ phận kẹp chai ,chốt định vị được điều khiển bằng khí nén
(xem hình sơ đồ điều khiển khí nén ).
Panel
DH-485
RS-232
ENCODE
I/O
Digital
Scanport
CPU SLC 5/03
Starter
Starter
Starter
Encoder
Encoder
Changer
Changer
Motor Axis-Z
Motor Axis-X
Motor
Bottle+Belt+Conveyor
Z
X

Hình I.11: Sơ đồ điều khiển máy bốc chai
Các thiết bị của máy bốc:
- Một PLC SLC 5/03 của hãng Allen-Bradley (PLC này
được nâng cấp bằng PLC S7-300, CPU 314)
- Hai cử hành trình theo trục X.
- Hai cử hành trình theo trục Z.
- Bộ phận kẹp bằng khí nén.
- Hai mô tơ truyền động theo hai trục X, Z, một động cơ
điều khển
- băng tải kết và băng tải chai.
- Các cảm biến quang học .
- Các bộ tachometer.
- Các bộ khởi động động cơ.
Nguyên lý hoạt động của khâu bốc chai:
Tz2
Chốt định vị
C1
Kết + chai
Cảm biến
quang E1
Ch
ốt định vị
C2
E2
Băng
tải
chai
C
ử hành trình

Tx2
Tx1
Tz1
E3

Hình I.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Trạng thái ban đầu của máy bốc là Tx2, Tz2 có tín hiệu, băng chai
và băng tải kết chạy
- Cảm biến quang E1 thực hiện việc đếm kết, chốt định
vị C2 đóng không cho kết bia chạy qua. Nếu đủ hai kết thì chốt
định vị C1 đóng (hai chốt định vị C1, C2 chặn kết bia ), máy bốc
thực hiện việc bốc kết.
- Máy bốc thực hiện chuyển động tịnh tiến xuống theo
trục Z, cho đến khi cử hành trình Tz1 có tín hiệu, tay kẹp sẽ kẹp
chai. Sau khi kẹp xong, máy thực hiện chuyển động tịnh tiến lên
theo trục Z, cho đến khi Tz2 có tín hiệu. Nếu cảm biến quang E3
mất tín hiệu (có chai kẹp) thì thực hiện tiếp chuyển động theo
chiều X âm cho đến khi Tx1 có tín hiệu, thực hiện chuyển động Z
âm cho đến khi Tz1 có tín hiệu, thực hiện thả chai. Nếu E3 có tín
hiệu ( không có chai ) máy dừng và báo lỗi. Kết thúc chu trình thả
chai máy tự động set về trạng thái ban đầu. Đồng thời cử chặn C2
mở cho đến khi cảm biến E1 có tín hiệu (không có kết) thì cử
chặn C1 mở và C2 đóng. Máy bốc tiếp tục thực hiện chu kỳ hai.

- Cm bin E2 mt tớn hiu (Cú chai trờn bng ti) thỡ
mỏy bc chai s khụng thc hin th chai xung bng ti
Bọỹ kióứm tra aùp
2/3
Van VT1
Hỡnh I.13: S iu khin tay kp mỏy bc

Vic kp chai v th chai c iu khin thụng qua van khớ
nộn VT1 (VT1 l van 5/2 ), v trớ ca van ny c iu khin
bng tớn hiu in. v trớ ang xột thỡ tay kp m, kp thỡ cn
cú tớn hiu iu khin van VT1 v trớ 2.
b. Mỏy ra chai
Dựng dung dch NaOH 2% v nc núng phun xt ra sch
c bờn trong ln bờn ngoi v chai bia v búc nhón, a vo
mỏy chit bia .

Chai bẩn được đưa vào máy rửa bằng băng tải đầu vào. Khi
chai đến cửa vào của máy rửa, động cơ chọn lựa sẽ đưa chai vào
hệ thống rọ chai, hệ thống rọ chai được động cơ chính dẫn động
thông qua hộp giảm tốc, sẽ chuyển động theo chu kỳ khép kín hệ
thống rọ sẽ mang chai đi qua các hầm tẩy rửa như : hầm ngâm
nước nóng, hầm xút, và các vòi phun.
Nhờ hệ thống vòi phun xút và nước nóng với áp suất lớn,
nên chai ra khỏi máy rửa theo cửa ra chai hầu hết đều rất sạch và
được băng tải đưa vào máy chiết bia .
Quá trình hoạt động của máy diễn ra như sau:
Chai sẽ được ngâm vào bể chứa nước nóng 35
0
C để thấm
ướt nhãn trên vỏ chai nhằm loại bỏ nhãn. Sau đó chai tiếp tục
được rửa bằng vòi phun nước nóng.
Hình I.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy rửa chai
Kế đến là chai được ngâm vào trong một bể chứa dung dịch
NaOH có nhiệt độ là 75
0
C. Sau khi ngân sút kết thúc, chai được
Ngâm

n
ư
ớ
c nóng
Ngâm NaOH
2%
Phun nước
nóng
Phun nước
sạch
Ngâm
nướcnóng
Ngâm NaOH
2%
Phun nước
nóng
Phun nước
sạch

qua vòi phun nhằm loại bỏ hoàn toàn nhãn trên chai bia. Nhãn bia
được lấy đi và đưa ra ngoài nhờ một băng tải, trên băng tải này có
trang bị một bàn chải xoay để làm sạch các nhãn bám trên băng
tải này. Chai tiếp tục đưa lên phía trên của máy rửa cao áp, máy
rửa này có nhiệm vụ rửa sạch cả bề mặt bên trong lẫn bên ngoài
chai nhờ vào một dãy các vòi phun cao áp đặt kế tiếp nhau. Kết
thúc bằng vòi phun nước sạch có nhiệt độ bình thường.
c. Máy chiết
Công suất của máy chiết bia là 15000 chai/h, quá trình chiết
hoạt động theo nguyên tắc chiết đẳng áp.
Hình I.15: Hoạt động của cơ cấu nâng chai bằng cam và con lăn

Cơ cấu cam cố định với thân máy, còn các con lăn chuyển
động xoay tròn. Khi con lăn quay, kết hợp cùng với cơ cấu cam
thực hiện nâng chai tiếp xúc với đầu chiết bia
Cơ cấu cam
Đường chai vào
Đầu
chiết

Nguyờn lý lm vic:
- Chu k 1: Nh cú trc vớt dn hng chai m chai i
ỳng vo v trớ cn chit. C cu cam nõng v chai vo ỳng v trớ
ca u chit, lỳc ny ng ng ỏp ngc chiu c thụng
gia chai v thựng tr bia v do chờnh lch ỏp sut gia thựng v
chai m khớ CO
2
i vo trong chai theo ng.
- Chu k 2: Lỳc ny ng ng ỏp m ra thụng khớ
ra ngoi, khớ CO
2
vo thi ht khụng khớ trong chai. ng
ng úng li, trong chai cũn CO
2
n khi no ỏp sut trong chai
bng ỏp sut trong thựng thỡ bia chy vo chai.
Chai õaợ chióỳt
xong
Chai õang chióỳt
Chai bừt õỏửu
chióỳt
Chai rọựng

Chai chuỏứn bở
õoùng nừp
Trucỷ vờt dỏựn hổồùng
chai
Hỡnh I.16: Hot ng ca mỏy chit bia
- Chu k 3: Bia t ng chy vo chai theo ỳng nh
mc do cõn bng ỏp sut. Lỳc ny CO
2
khụng to ỏp sut ngc
chiu c do ú bia ngng chy vo chai. Quỏ trỡnh chic mt

chai bia kết thúc một khi chai quay đến vị trí đóng cưỡng bức vòi
chiếc.
- Chu kỳ 4: Phải mở cửa với thời gian nhất định để áp
suất trong chai bia cân bằng với áp suất bên ngoài. Rồi mới đưa
chai bia ra khỏi chụp chai, điều này nhằm mục đích tránh trào bia
khi mở đột ngột đầu chụp chai.
d. Máy đóng nắp chai
Yêu cầu kỹ thuật :
- Để bia không bị giảm chất lượng thì thời gian từ khi
bia được rót đến lúc đóng nắp xong không được quá 5 giây.
- Nắp phải được đóng kín không được làm thất thoát
CO
2
và nhiểm khuẩn.
- Không được gây mẻ miệng chai.
Thùng chứa
n
ắp chai
Cơ cấu dẫn

hướng nắp chai
Đóng
nắp
chai

Chai
vào
Chai
ra
Hình I.17 : Nguyên lý hoạt động máy đóng nắp
Nguyên lý hoạt động :
Hình I.18: Hình chiều bằnghoạt động máy đóng nắp chai
- Nắp chai từ thùng chứa xuống đầu đóng nắp chai nhờ
có cơ cấu dẫn hướng nắp chai.
- Khi chai vào đúng vị trí đóng nắp (nhờ cảm biến
quang phát hiện), sẽ có trục chuyển động tịnh tiến dọc để đóng
nắp chai.
- Chai sau khi được đóng nắp sẽ tiếp tục theo băng tải đi
vào máy thanh trùng
e. Máy thanh trùng
Công dụng :
Đình chỉ sự hoạt động của nấm lên men bia, tiêu diệt các vi
sinh vật còn sót lại trong bia (do công nghệ sản xuất ). Để làm
tăng thời gian bảo quản bia, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

Hình I.19: Sơ đồ hoạt động máy thanh trùng
Yêu cầu kỹ thuật:
- Đảm bảo đúng nhiệt độ yêu cầu ở từng khoang thanh trùng.
- Thời gian chai lưu lại trong mỗi khoan
- Tốc độ chai chạy tùy theo lượng chai có trong máy mà biến

tần sẽ điều chỉnh tốc độ của băng tải để đưa chai ra ngoài theo
đúng tiến độ
Nguyên lý hoạt động:
- Ngăn 1 (Heating 1) : ở ngăn này chai từ máy chiết đi vào,
nên chai được giữ ở nhiệt độ bình thường (nhiệt độ đặt là 28
0
C).
Chai tiếp tục đi vào ngăn hai nhờ băng tải.
- Ngăn 2 (Heating 2) :tại ngăn này chai được gia nhiệt, nhiệt
độ trong ngăn được tăng nhiệt đến 40
0
C. Tốc độ chai chạy qua
ngăn này phụ thuộc vào nhiệt độ trong ngăn. Nếu nhiệt độ đặt cao
thì chai sẽ chạy nhanh để đảm bảo nhiệt độ trong chai không vượt
quá mức cho phép. Tốc độ chai được điều khiển bởi các động cơ
xoay chiều và biến tần VLT series 5004, VLT 3004.

- Ngăn 3 ( Heating 3 ) : trong ngăn tiếp tục gia nhiệt lên đến
52
0
C, nhờ nhiệt trong ngăn mà nhiệt độ trong chai tăng lên
khoảng 50
0
C. Với nhiệt độ này, tốc độ chai đi qua ngăn chậm để
đảm bảo nhiệt độ của chai. Kết thúc ngăn này chai sẽ được hạ
nhiệt.
- Ngăn 4 : ngăn tiếp tục được gia nhiệt, nhiệt độ trong ngăn
được tăng lên 68
0
C. Tốc độ chai đi qua ngăn này là tương đối

chậm để đảm bảo nhiệt độ trong chai là 68
0
C và diệt khuẩn an
toàn. Nhiệm vụ của ngăn này là “tiền diệt khuẩn ” vì ở nhiệt độ
này sẽ hạn chế được sự hoạt động, phát triển của các vi sinh vật
còn sót lại.
- Ngăn 5 : nhiệt độ trong ngăn được hạ xuống 64
0
C, đây là
giai đoạn diệt khuẩn toàn bộ.
- Ngăn 6 ( Cooling 1 ) : Chai được hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ
52
0
C
- Ngăn 7 ( Cooling 2 ) : Chai được hạ xuống nhiệt độ 42
0
C
- Ngăn 8 ( Cooling 3) : Chai đưa về nhiệt độ bình thường (
thông thường là 28
0
C).
-
-
Hình I.20: Bố trí nhiệt độ trong các ngăn
Nhiệt cung cấp cho quá trình thanh trùng được cung cấp nhờ
hơi nước nóng ở nhà nhiệt. Hơi nước nóng sẽ được thổi vào bộ
28
0
C
40

0
C
52
0
C
68
0
C
62
0
C
52
0
C
42
0
C
28
0
C

trao đổi nhiệt giữa nước với hơi nước nóng. Nhiệt độ nước được
đảm bảo yêu cầu nhờ các bơm để tăng giảm tốc độ trao đổi nhiệt.
Nước được gia nhiệt sẽ được phun vào trong ngăn, nhiệt độ ngăn
tăng lên là nhờ quá trình trao đổi nhiệt giữa nước nóng với không
khí trong ngăn.
Vì do yêu cầu nhiệt độ trong ngăn phải đảm bảo chính xác
so với nhiệt độ đặt nên trong mỗi ngăn đều có các quạt thông gió,
các quạt này đảm bảo nhiệt độ trong ngăn không tăng đột ngột.
Khi nhiệt độ trong ngăn vượt quá nhiệt độ đặt thì quạt sẽ hoạt

động cho đến khi nhiệt độ trong ngăn thấp hơn nhiệt độ đặt 5% .
f. Máy dán nhãn
Nguyên lý hoạt động
Chai từ băng tải đi vào, bàn xoay I có nhiệm vụ đưa chai
vào bàn xoay II. Bàn xoay II mang chai chạy theo đường tròn, lúc
đó bàn thoa keo IV sẽ quay tròn, thực hiện việc lấy nhãn tai hộp
chứa nhãn và dán vào chai. Sự ăn khớp giữa chai vào nhãn giống
với sự ăn khớp của bánh răng. Sau khi được dán nhãn xong chai
tiếp ttục theo bàn xoay III ra ngoài băng tải
Bàn xoay
chai
Băng tải
I
IV
II

cäng tàõc
nháûn biãút
chai vaìo âuí
Cå cáúu
chènh
hæåïng
chai
Hình I.21 Nguyên lý hoạt động của máy dán nhãn
g. Máy in ngày sản xuất
Hình I.22: Nguyên lý hoạt động của máy in ngày sản xuất
Chai chạy trên băng tải chai, khi cảm biến quang mất tín
hiệu (tức là có chai đi qua vị trí in ngày) thì máy in phun thực
hiện in ngày sản xuất lên chai. Với vị trí vòi phun đã định vị sao
cho phun đúng cổ chai

f. Máy bốc chai
Hướng
đi chai
Máy in
phun
C
ảm biến
quang
B
ăng t ải chai

Hình I.23: Cơ cấu dẫn hướng chai
Chai bia sau khi thanh trùng xong, băng tải sẽ chuyển chai
bia sang máy bốc, khi đến gần máy bốc sẽ có một cơ cấu dồn chai
và dẫn hướng chai (xem hình vẽ). Khi băng tải chạy sẽ dồn chai
bia vào cơ cấu dẫn hướng chai, cơ cấu này có nhiệm vụ tách
thành bốn hàng chai. Sau đó có cơ cấu ép chai xít lại với nhau.
Một đầu kia sẽ bị chặn lại không cho chai bia chạy tiếp, lúc này
các hàng bia ở phía sau sẽ tự động sắp xếp lại.
Có 4 công tắc được bố trí thẳng hàng, và nằm đúng vị trí
dãy thứ 11. Khi bốn công tắc này đóng (tức là đã đủ 10 dãy bia,
có 40 chai) và đồng thời hai kết không đã vào đúng vị trí trên
băng tải kết thì máy bốc sẽ thực hiện việc bốc chai.
Nguyên lý hoạt động và kết cấu của máy bốc chai vào kết
giống như máy bốc chai ra khỏi kết. Tuy nhiên các yêu cầu an
toàn ở máy bốc chai ra khỏi kết cao hơn nhiều.