Nghiên cứu ứng dụng PLC trong các hệ thống điều khiển công nghiệp

Luận văn thạc sỹ khoa học

1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Những có số
liệu và kết quả nêu trong luận văn này là hoàn thành trung thức và chưa từng
được công bố trước đây.

LUMPHONE KOUNLAVONGSA

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

2

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn Chính phủ CHDCND Lào và Chính
phủ nước CHXHCH Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi được nghiên cứu khoa
học tại Việt Nam và xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu trường
Đại học Bách Koa Hà Nội,tham tán giáo dục văn hóa – Đại sự quán Lào tại
Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập
tại Việt Nam.
Nhân dịp này,em xin bày tỏ lòng biết ơn sêu sắc và chân thành cảm ơn
tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHANG là người đã chỉ
dẫn và giúp đỡ tận tình cho tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình tốt đẹp
và chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các thầy cô trong trường đã đóng
góp ý kiến quí bán trong luận văn của tôi đầy đủ hơn và hoàn thiện hơn.
Cũng nhân dịp này tôi xin tỏ lòng biết ơn đến nhà máy Bia Lào đã giúp

đỡ cung cấp số liệu cần thiết cho tôi để nghiên cứu và cuối cùng tôi xin tỏ
lòng biết ơn đến gia đình của tôi,họ hàng bạn thân biết và bạn bè đã động viên
nhiệt trình giúp đỡ tôi cả vật chất lẫn tinh thần khích lệ giúp tôi vượt qua mọi
khó khăn trở ngại khi thực hiện luận văn.
Luận văn được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội năm
2013.
Quá trình làm luận văn do thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu còn rộng
và phức tạp, trình độ của bạn thân còn hạn thế nêu chắc chắn luận văn không
tránh khỏi nhung thiếu sót,tôi rất mong nhận được sự chỉ báo và đóng góp ý
kiến của ban gíam khảo để luận văn được hoàn thiện hơn và còn gì chưa làm
được sâu này tôi xin tiếp tục nghiên cứu thêm.
Sâu khi hoàn thành luận văn,tôi sẽ trở về phục vụ Tổ Quốc thân yêu cưa
mình và đóng góp xây dụng đất nước nhất là trong Trường Cao đẳng Lào Đức. Xin chuc mỗi quan hệ hữu nghị, tình đoàn kết đặc biệt và sự hợp tác
hoàn diện giữa 2 Đảng và 2 nước dân tộc Lào – Việt Nam mãi mãi xanh tươi
và đời đời bền vững.

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 2
MỤC LỤC .................................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................... 7
PHẦN MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 10

CHƢƠNG 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA LÀO .......................................... 14
1.1. Thành phần ........................................................................................................ 14
1.1.1. Gạo ................................................................................................................. 14
1.1.2. Malt ............................................................................................................... 15
1.1.3. Men ............................................................................................................... 15
1.1.4. Hoa Hupblon ................................................................................................. 15
1.1.5. Nước .............................................................................................................. 16
1.2. Quy trình công nghệ sản xuất bia...................................................................... 16
1.3. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia .................................................................... 18
1.3.1. Nhà nghiền ..................................................................................................... 18
1.3.2. Nhà nấu .......................................................................................................... 21
1.3.3. Nhà lên men và lọc bia ................................................................................... 26
1.3.4. Nhà chiết ........................................................................................................ 29
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7- 300 ........ 39
2.1. Giới thiệu chung ................................................................................................ 39

2.2. Các modul PLC S7-300 ........................................................................... 42
2.2.1. Modul CPU .................................................................................................... 43
2.2.2. Modul mở rộng............................................................................................... 44
2.3. Ngôn ngữ lập trình ............................................................................................ 46
2.4. Tập lệnh ............................................................................................................. 48
2.4.1. Nhóm lệnh logic tiếp điểm ............................................................................. 48
2.4.2. Nhóm lệnh so sánh với số nguyên và số thực ................................................ 48

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

4

2.4.3. Các lệnh toán học ........................................................................................... 49
2.4.4. Lệnh đổi kiểu dữ liệu .................................................................................... 50
2.5. Bộ nhớ ............................................................................................................... 51
2.5.1. Vùng nhớ chương trình .................................................................................. 51
2.5.2. Vùng nhớ hệ thống ......................................................................................... 52
2.5.3. Vùng nhớ dữ liệu............................................................................................ 52
2.6. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modul mở rộng .......................................... . 53
2.7. Bộ thời gian (Timer) ........................................................................................ 55
2.8. Bộ đếm (Counter) .............................................................................................. 56
2.9. Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC ..................................... 57
2.9.1. Xác định quy trình công nghệ ........................................................................ 57
2.9.2. Xác định ngõ vào, ngõ ra ............................................................................... 57
2.9.3. Viết chương trình ........................................................................................... 58
2.9.4. Nạp chương trình vào bộ nhớ ......................................................................... 58
2.9.5. Chạy chương trình .......................................................................................... 58
2.10. Truyền thông giữa PLC và PC ........................................................................ 58
2.11. Soạn thảo một Project ..................................................................................... 60
2.11.1. Cài đặt phần mềm ......................................................................................... 61
2.11.2. Lập trình ....................................................................................................... 61
2.11.3. Download và mô phỏng ............................................................................... 66
2.12. Truyền thông trên MPI .................................................................................... 67
2.12.1. Công dụng .................................................................................................... 67
2.12.2. Tính năng ..................................................................................................... 70
CHƢƠNG 3: HỆ SCADA VÀ PHẦN MỀM WINCC ........................................ 71
3.1.Tổng quan về hệ SCADA ................................................................................... 71
3.2. Tổng quan về phần mềm thiết kế WinCC ......................................................... 73
3.2.1. Giới thiệu chung ............................................................................................. 73
3.2.2. Các đặc điểm chính ........................................................................................ 74
3.2.3. Các cấu hình hệ thống cơ bản ........................................................................ 76

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

5

3.2.4. Các chức năng SCADA cơ bản ....................................................................... 77
3.2.5. Các chức năng cơ bản ..................................................................................... 78
3.3. Truyền thông trong môi trường WinCC ........................................................... 82
3.3.1. Bản chất truyền thông giữa máy tính (PC) và PLC ....................................... 82
3.3.2. Hàm truyền thông cơ bản .............................................................................. 84
3.4. Cài đặt phần mềm .............................................................................................. 86
3.5. Thiết kế giao diện .............................................................................................. 86
3.6.Chương trình lập trình điều khiển giám sát cho lò nhiệt trong nhà máy bia Lào
sử dụng PLC – S7- 300. ........................................................................................... 94
3.6.1. Lập trình điều khiển nhiệt độ Tank nấu gạo. ................................................. 94
3.6.2. Lựa chọn thiết bị ............................................................................................ 95
3.6.3. Xác định địa chỉ vào, ra cho PLC .................................................................. 98
3.6.4. Chương trình điều khiển .............................................................................. 101
3.7. Thiết kế giao diện điều khiển sử dụng phần mềm WinCC ............................. 105
3.7.1. Giao diện điều khiển hệ thống ..................................................................... 105
3.7.2. Xây dựng chương trình liên kết giữa WinCC và PLC ................................. 108
3.7.3. Thử nghiệm hệ thống điều khiển, giám sát. ................................................. 115
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 117

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH

Luận văn thạc sỹ khoa học

6

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Một số loại cặp nhiệt thông dụng .............................................................97
Bảng: 3.2: Định địa chỉ đầu vào ................................................................................99
Bảng 3.3: Định địa chỉ đầu ra..................................................................................100

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.Quy trình công nghệ sản xuất bia............................................................... 16
Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia ........................................................... 18
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhà nghiền......................................... 19
Hình 1.4: Quá trình trao đổi nhiệt ở Tank nấu gạo ................................................... 22
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Tank nấu ................................................. 23
Hình 1.6 : Nguyên lý hoạt động của khâu trộn ......................................................... 25
Hình 1.7 : Quá trình hạ nhiệt ..................................................................................... 26
Hình 1.8 : Nguyên lý hoạt động ................................................................................ 27
Hình 1.9: Nguyên lý hoạt động nhà chiết ................................................................. 29
Hình 1.11: Hoạt động của cơ cấu nâng chai bằng cam và con lăn ........................... 31
Hình 1.12: Hoạt động của máy chiết bia ................................................................... 32

Hình 1.13: Nguyên lý hoạt động máy đóng nắp ....................................................... 33
Hình 1.14: Hình chiếu bằng hoạt động máy đóng nắp chai ...................................... 33
Hình 1.15: Sơ đồ hoạt động máy thanh trùng ........................................................... 34
Hình 1.16: Bố trí nhiệt độ trong các ngăn ................................................................. 36
Hình 1.17: Nguyên lý hoạt động của máy dán nhãn ................................................. 37
Hình 1.18: Nguyên lý hoạt động của máy in ngày sản xuất ..................................... 38
Hình 2.1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC ........................................................ 40
Hình 2.2 : Cấu hình một thanh rack các modul của một trạm PLC S7-300 ............. 42
Hình 2.3: Một số CPU của PLC S7-300. .................................................................. 43
Hình 2.4 : Một số modul mở rộng của PLC S7-300 ................................................. 46
Hình 2.5: Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU ....................................................... 53
Hình 2.6: Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modul mở rộng .................. 54
Hình 2.7: Mô tả PC đọc thông tin về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC ....... 59
Hình 2.8: PC ghi dữ liệu về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC ...................... 59
Hình 2.9: PC gửi dữ liệu đến máy tính ..................................................................... 60
Hình 2.10: Cách mở một dự án ................................................................................ 61
Hình 2.11: Chọn Next màn hình để mở một dự án .................................................. 62

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

8

Hình 2.12: Chọn CPU dùng trong dự án ................................................................. 62
Hình 2.13: Chọn khối, ngôn ngữ dùng trong dự án ................................................ 63
Hình 2.14: Đặt tên cho dự án. .................................................................................. 63
Hình 2.15: Khai báo cấu hình phần cứng ................................................................. 64
Hình 2.16: Chọn Install HW Updates trong hộp thoại Options ............................... 64

Hình 2.17: Chọn Install trong hộp thoại Install Hardware ...................................... 65
Hình 2.18: Chọn loại CPU, IO Modul, ....dùng trong dự án. .................................. 65
Hình 2.19: Mở cửa sổ để viết chương trình. ............................................................. 66
Hình 2.20: Thực hiện download chương trình .......................................................... 66
Hình 2.21: Cấu trúc mạng MPI ................................................................................. 67
Hình 2.22 : Các lựa chọn địa chỉ truyền thông ......................................................... 68
Hình 2.23 : Màn hình sau khi chọn địa chỉ truyền thông .......................................... 69
Hình 2.24 : Chọn địa chỉ truyền thông ...................................................................... 69
Hình 2.25 : Download địa chỉ truyền thông xuống PLC ......................................... 70
Hình 3.1: Cấu hình của một hệ SCADA điển hình ................................................... 72
Hình 3.2: Đặc tính mở của phần mềm WinCC ......................................................... 73
Hình 3.3: Bản chất của quá trình truyền thông trong WinCC .................................. 82
Hình 3.4: Biểu tượng của WinCC ............................................................................ 86
Hình 3.5: Tạo một Project mới................................................................................. 87
Hình 3.6: Các cách kết nối giữa PC và PLC ............................................................. 87
Hình 3.7: Chọn kết nối giữa một PC và một PLC .................................................... 88
Hình 3.8: Đưa các thư viện vào dự án....................................................................... 88
Hình 3.9: Chọn kiểu màn hình HMI ......................................................................... 89
Hình 3.10: Lựa chọn thiết bị cần lập trình. ............................................................... 89
Hình 3.11: Màn hình giao diện của WinCC .............................................................. 90
Hình 3.12: Cửa sổ khai báo các trường của Project .................................................. 91
Hình 3.13: Cách lấy thanh công cụ ........................................................................... 91
Hình 3.14: Thanh công cụ ......................................................................................... 92
Hình 3.15: Các cách kết nối ...................................................................................... 93

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

9

Hình 3.16: Thông tin kết nối ..................................................................................... 93
Hình 3.17: Sơ đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ của Tank nấu gạo ......................... 94
Hình 3.18: Giao diện giám sát nhiệt độ, thời gian .................................................... 95
Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý Thermocouple .............................................................. 96
Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý Thermocouple khi nối với dụng cụ đo ......................... 97
Hình 3.21: Giao diện khởi động hệ thống ............................................................... 105
Hình 3.22: Đặt tên cho Button_2 ............................................................................ 105
Hình 3.23: Chọn màn hình khi nhấn nút Start ........................................................ 106
Hình 3.24: Đặt tên cho Button_4 ............................................................................ 106
Hình 3.25: Thoát khỏi màn hình khi nhấn nút Exit ................................................ 107
Hình 3.26: Viết chữ vào Text Field ....................................................................... 107
Hình 3.27: Giao diện điều khiển của hệ thống ....................................................... 108
Hình 3.28: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho cảm biến nhiệt độ PT100 ......... 110
Hình 3.29: Tạo Tag cho cảm biến nhiệt .................................................................. 110
Hình 3.30: : Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngưỡng dưới ...... 111
Hình 3.31: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngưỡng dưới ................................................. 111
Hình 3.32: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngưỡng trên.......... 112
Hình 3.33: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngưỡng trên .................................................. 112
Hình 3.34: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho Timer ....................................... 113
Hình 3.35: Tạo Tag cho Timer ................................................................................ 113
Hình 3.36: Đặt tên cho Button_6 ............................................................................ 114
Hình 3.37: Đặt tên cho Button_6 ............................................................................ 114

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

10

PHẦN MỞ ĐẦU
-------Trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá, tự động hoá là không thể
thiếu trong mọi lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân nhằm tạo ra sản phẩm
có chất lượng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường.
Ngay từ khi mới ra đời PLC đã trở thành cơ sở trong công nghiệp tự
động hoá, đặc trưng của PLC là sử dụng vi xử lý để xử lý thông tin, các nối
ghép logic cần thiết trong quá trình điều khiển được xử lý bằng phần mềm do
người sử dụng lập nên và cài vào. Do đó, người ta có thể giải quyết nhiều bài
toán về tự động hoá khác nhau trên cùng một bộ điều khiển mà hầu như
không cần phải biến đổi gì ngoài việc nạp chương trình khác nhau. PLC giám
sát thường xuyên các trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu báo về của
các thiết bị vào, tiếp theo PLC sẽ căn cứ trên chương trình logic để quyết định
tiến hành hoạt động các đầu ra. Việc trao đổi thông tin và dữ liệu giữa trung
tâm điều khiển với thế giới bên ngoài được thực hiện thông qua hệ thống giao
diện, ngoài ra bộ điều khiển trung tâm còn có thể trao đổi thông tin với các
máy tính khác. So sánh với các hệ thống điều khiển thế hệ cũ dùng rơle thì kỹ
thuật PLC có ưu thế tuyệt đối về khả năng linh động và khả năng giải quyết
những bài toán tự động hoá phức tạp .
1. Lý do chọn đề tài
Nền kinh tế nước ta đang ngày càng phát triển, nhu cầu về tự động hoá
ngày càng cao để có thể đáp ứng được đòi hỏi của quá trình công nghiệp hoáhiện đại hoá. Chính vì vậy em chọn đề tài này nhằm giúp em đánh giá được
khả năng tích luỹ kiến thức bấy lâu trong nhà trường, cũng từ đó mà nắm
vững được kiến thức chuyên ngành, áp dụng tốt

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

11

2. Mục đích
Trong quá trình thực hiện luận văn em phải tìm tòi, trao đổi, tổng hợp
kiến thức để vận dụng vào thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát lò nhiệt
trong nhà máy bia Lào cho phù hợp với yêu cầu của thực tế.
3. Nội dung thực hiện
Chƣơng 1: Giới thiệu về quy trình công nghệ sản xuất Bia Lào.
Nội dung chính của chương này là tìm hiểu về quy trình công nghệ sản
xuất bia .
Chƣơng 2: Tổng quan về thiết bị điều khiển PLC.
Tìm hiểu cấu trúc chung của một bộ PLC; PLCS7- 300 : các MODUL;
ngôn ngữ lập trình ; tập lệnh, bộ nhớ, bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter).
Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC
Soạn thảo một Project.
Truyền thông giữa PLC và PC.
Chƣơng 3 : Khái quát về hệ SCADA và phần mềm WinCC.
Tìm hiểu về hệ SCADA; phần mền WinCC: Đặc tính mở, các đặc điểm
chính, các chức năng, các cấu hình hệ thống cơ bản..... Thiết kế giao diện.
 Chƣơng trình lập trình điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong nhà
máy bia Lào sử dụng PLCS7-300.
Hiểu được quy trình công nghệ; xác định địa chỉ vào, ra cho PLC;
chương trình điều khiển; thiết kế giao diện sử dụng phần mềm WinCC; xây
dựng chương trình liên kết giữa WinCC và PLC.

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

12

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ngày nay lĩnh vực tự động hoá và tin học công nghiệp là mũi nhọn của kỹ
thuật hiện đại, nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời nhằm phục vụ nhiều
nhu cầu khác nhau của đời sống và được ứng dụng rất thành công đem lại hiệu
quả công việc rất cao. Một trong những phương án tốt nhất và được sử dụng
rộng rãi hiện nay là thay thế hệ thống đó bằng bộ điều khiển PLC. Vì vậy thiết
kế, điều khiển, giám sát lò nhiệt sử dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC làm
nâng cao năng suất, chất lượng của dây truyền sản xuất bia là có ý nghĩa thực
tiễn.
5. Hƣớng phát triển của đề tài
Đề tài này cho ta nắm khái quát một hệ thống tự động, tuy nhiên trên
thực tế có nhiều cách điều khiển, giám sát khác nhau tuỳ theo nhu cầu công
nghệ mà ta thiết kế cho hợp lý. Từ những kiến thức tiếp thu được qua đề tài
này ta có thể phát triển thành điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong các hệ
thống điều khiển công nghiệp khác có quy mô lớn và rộng hơn.
6. Phƣơng pháp thực hiện
Trong quá trình làm luận văn sử dụng những phương pháp sau:
Phương pháp nghiên cứu lý luận
Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Phương pháp thống kê toán học
Phương pháp chuyên gia
Phương pháp thực nghiệm
Tuy nhiên, PLC là một lĩnh vực mới đối với sinh viên đang còn ngồi trên
ghế nhà trường cũng như thời gian nghiên cứu tương đối ngắn, nên mặc dù
Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH

Luận văn thạc sỹ khoa học

13

được thầy giáo hướng dẫn tận tình và sự nỗ lực của bản thân nhưng không thể
tránh khỏi những sai sót.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn
thầy giáo PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHANG cùng các thầy trong bộ môn đã
tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.

Sinh viên thực hiện

LUMPHONE KOUN LAVONGSA

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

14

CHƢƠNG 1
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA LÀO
1.1. Thành phần
Nguyên liệu dùng để sản xuất bia Lào bao gồm: gạo, malt, H20, men,
hoa hupblon. Trong đó malt và hoa hupblon là hai nguyên liệu chính dùng để
sản xuất bia, nó có chất lượng cao của các hãng cung cấp hàng đầu thế giới.
Việc sản xuất dựa trên nền tảng công nghệ tiên tiến và tuân thủ nghiêm ngặt
theo đúng các quy trình công nghệ cũng như các tiêu chuẩn của Việt Nam Thế giới. Ngoài ra có thể thay thế malt bằng nguyên liệu phụ như bột mì, gạo
ngô hay malt chưa nảy mầm. Tuy vậy cho đến nay bia trên thế giới được sản

xuất chủ yếu với công thức cổ điển:
BIA = MALT + HOA HUPBLON + NƯỚC
ở các cơ sở sản xuất bia lớn trong nước ta hầu hết các nguyên liệu được
nhập từ nước ngoài chủ yếu là malt và hoa hupblon .
1.1.1. Gạo
Chỉ là nguyên liệu phụ (chiếm 30% thành phần nguyên liệu sản xuất
bia), nguyên liệu dùng để thay thế nhằm giảm giá thành sản phẩm. Gạo được
mua từ gạo ăn bình thường, đem nghiền nát sau đó say mịn ở dạng tấm và
được đưa vào nồi gạo. ở nồi gạo, gạo dạng tấm được hoà tan bằng nước ở
770C và hỗn hợp đó được hồ hoá ở 1000C. Trong quá trình hồ hoá có bổ sung
thêm một số hoá chất như: CaCl2, CaSO4 nhằm mục đích cung cấp Ca2+ để
phục vụ cho quá trình đường hoá sau này và có bổ sung thêm 1 loại enzym
chống cháy có tên thương mại là Termamyl để pha loãng dung dịch, chống
trường hợp cháy nồi và enzym này phải là enzym chịu nhiệt cao.

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

15

1.1.2. Malt
Là loại hạt ngũ cốc hay thường gọi là lúa mạch (chiếm 70% thành
phần nguyên liệu sản xuất bia). Nó được nhập từ các nước Anh, úc, Đan
Mạch. Chất lượng malt được đảm bảo theo tiêu chuẩn quy định đối với
nguyên liệu sản xuất bia. Malt dạng hạt sau khi xay được hoà tan bằng nước ở
370C và cho vào nồi malt (tank nấu malt). Đối với việc hoà tan malt khác với
hoà tan gạo vì malt dễ bị hiện tượng đóng cục hơn do đó malt được khuấy
trộn dưới dạng phun nước trước khi cho vào nồi phun.

Malt còn được dùng để tạo màu cho bia, với malt bình thường không
đủ độ màu vì thế người ta thêm malt “đen” để tăng độ màu cho Bia.
1.1.3. Men
Là chất xúc tác có nguồn gốc prôtêin, đó là những phân tử có cấu tạo từ
axit amin và có cấu trúc không gian xác định của mạch polypeptit. Tác dụng
xúc tác là nhờ các quá trình lên men. Đó là những quá trình trong đó xảy ra sự
thay đổi thành phần hoá học của chất gây ra do kết quả hoạt động của các vi
sinh vật nào đó (ví dụ: men rượu, nấm hoặc vi khuẩn).Trong những trường
hợp này, những chất men do vi sinh vật tạo ra là những yếu tố xúc tác. Chất
men vẫn giữ được khả năng hoạt động và tác dụng của nó khi lấy nó ra khỏi
vi sinh vật. Mỗi loại men có một hương vị riêng.
1.1.4. Hoa Hupblon
Dùng để tạo vị đắng cho bia. Cây hupblon là một loại dây leo, thích
hợp khí hậu ôn đới, được trồng nhiều ở Anh, Mỹ. Có 2 loại hupblon là:
hupblon bittermiss và hupblon Aroma. Cả 2 loại này đều phải được bảo quản
ở nhiệt độ dưới 100 C để giảm độ mất mát của axit. Trên cây hupblon người ta
thường dùng hoa của cây để tạo vị đắng cho bia vì hoa của cây hupblon có vị
đắng nhiều hơn.

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

16

1.1.5. Nƣớc
Nguồn nước sử dụng của bia được lấy từ nhà máy nước, phải đảm bảo
các chỉ số kỹ thuật phù hợp cho việc sản xuất bia.
Chất lượng sản phẩm phải thoả mãn với các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về

vệ sinh an toàn thực phẩm, chất lượng ổn định.
1.2. Quy trình công nghệ sản xuất bia.

Hình 1.1.Quy trình công nghệ sản xuất bia.

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

17

Trên thực tế, sản xuất bia có thể điều khiển theo một trong 3 hình thức như
sau:
+ Bằng tay
+ Bán tự động
+ Tự động hoàn toàn
Khi nền kinh tế phát triển dẫn tới đời sống người dân ngày càng phát
triển, cũng từ đó các yêu cầu của người tiêu thụ càng khắt khe hơn, không
những yêu cầu về giá cả mà còn cả về chất lượng sản phẩm. Chất lượng sản
phẩm bia phụ thuộc rất lớn vào chế độ điều khiển. Chẳng hạn nếu điều khiển
ở chế độ tự động, không những giảm đáng kể thời gian, giảm bớt số lượng
công nhân mà còn đảm bảo hệ thống làm việc chính xác với các yêu cầu về
thời gian, nhiệt độ... một cách đồng bộ theo đúng quy trình công nghệ.
Từ quy trình công nghệ sản xuất bia để đơn giản ta khái quát thành sơ
đồ khối.

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH

Luận văn thạc sỹ khoa học

18

1.3. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia
Gạo

Malt

Nhà nghiền

Nhà nấu

Nhà lên
men và lọc

Nhà chiết

Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia

Trong đồ án này sẽ trình bày quy trình công nghệ sản xuất bia ở chế độ
tự động hoàn toàn từ khâu đưa nguyên liệu vào, nghiền, nấu, trộn, lên men,
cho tới khâu hoàn thiện.
1.3.1. Nhà nghiền
Nhà nghiền thực hiện hai công đoạn nghiền gạo và malt, nó bao gồm
hai tank lớn dự trữ nguyên liệu và hai vít tải đứng. Nghiền gạo là dùng nghiền

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH

Luận văn thạc sỹ khoa học

19

búa đập nát gạo. Nghiền malt thì dùng lulo với kích cỡ có thể chỉnh được để
điều chỉnh độ mịn của malt ở đầu ra.

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhà nghiền
Bên trong mỗi tank đều có hai cảm biến để báo mức nguyên liệu (mức
cao nhất và thấp nhất ). Máy nghiền gạo gồm có một động cơ xoay chiều
(trạng thái hoạt động của động cơ được giám sát bằng cảm biến). Máy nghiền
malt gồm một động cơ điều khiển hai lô nghiền. Các van trong hình vẽ đóng
mở được điều khiển bằng tín hiệu điện.
Trước khi thực hiện công đoạn nghiền, gạo và malt được sàng kỹ bằng
máy sàng trước khi cho vào hai tank dự trữ, nhằm loại bỏ các vật liệu cứng
như cát, sạn…

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

20

Quy trình thực hiện tại nhà nghiền như sau (thực hiện khi nguyên liệu
đầy đủ trong các thùng):
a) Nghiền gạo (Van V2, V7 đóng)
Cảm biến mức trong thùng chứa gạo sẽ báo mức gạo, nếu mức gạo
trong thùng nằm trong phạm vi cho phép thì hệ thống làm việc (nếu không đủ
lượng gạo băng tải liệu hoạt động để cấp liệu)

Van V3 đóng van V1 mở, gạo sẽ vào cân nếu khối lượng gạo đạt mức
yêu cầu thì van V1 đóng van V3 mở máy nghiền hoạt động. Đồng thời van
V4 mở để cho nước trộn cùng với gạo
Van V6 mở (van V7 đóng) máy bơm M2 sẽ đẩy nguyên liệu sang nồi
nấu gạo
 b) Nghiền malt (Van V1, V6 đóng)
Cảm biến mức trong thùng chứa malt sẽ báo mức malt, nếu mức malt
trong thùng nằm trong phạm vi cho phép thì hệ thống làm việc (nếu không đủ
lượng malt băng tải liệu hoạt động để cấp liệu)
Van V3 đóng van V2 mở, malt sẽ vào cân nếu khối lượng malt đạt mức
yêu cầu thì van V1 đóng van V3 mở máy nghiền hoạt động. Đồng thời van
V4 mở để cho nước trộn cùng với malt
Van V7 mở (van V6 đóng) máy bơm M2 sẽ đẩy nguyên liệu sang nồi
nấu malt
c) Làm vệ sinh
Quá trình làm vệ sinh máy thực hiện khi kết thúc một mẻ nấu, công
đoạn làm vệ sinh được tiến hành như sau:
Máy ngừng hoạt động, các van V1, V2, V3, V4 đóng
Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

21

Van V5 mở để cho dịch CIP vào trong máy nghiền (hai lô nghiền) làm
vệ sinh. Dịch CIP chính là dung dịch sút (NaOH) nồng độ loãng có tác dụng
tẩy rửa.
Van V6, V 7 mở và bơm M2 hoạt động để bơm dịch CIP sang hai tank
nấu gạo và malt, thực hiện làm vệ sinh nhà nấu.

Quá trình nghiền gạo và malt được thực hiện riêng biệt, sau khi nghiền
gạo hoàn thành thì mới nghiền malt hay ngược lại.
1.3.2. Nhà nấu
Nhà nấu gồm có hai tank lớn, trong đó một tank để nấu gạo và một tank
để nấu malt. Gạo và malt từ nhà nghiền sẽ được đưa đến hai tank này có pha
trộn với nước nhờ bơm M2, quá trình bơm nhiên liệu kết thúc khi cảm biến
báo mức đầy trong tank có tín hiệu. Nhiệt để cung cấp cho nhà nấu là hơi
nước nóng được gia nhiệt tại khu vực cung cấp nhiệt và CO2.
Quy trình nấu đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật về thông số nhiệt độ là rất cao,
độ chính xác nhiệt độ trong tank nấu là yếu tố góp phần quyết định chất lượng
sản phẩm bia.
Quá trình trao đổi nhiệt nhờ hệ thống ống dẫn hơi nước nóng, nguyên
liệu đi từ trên xuống và hơi nước nóng đi theo chiều ngược lại từ dưới lên.

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

22

Hình 1.4: Quá trình trao đổi nhiệt ở Tank nấu gạo

 Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra như sau:
Nguyên liệu từ nhà nghiền đưa sang tank nấu nhờ bơm M2. Nguyên
liệu đi từ trên xuống, hơi nước nóng ( như hình vẽ ) cung cấp nhiệt cho
nguyên liệu.
Nguyên liệu sẽ được duy trì ở mức nhiệt độ không đổi trong thời gian
nhất định và sau đó sẽ tháo ở đường nguyên liệu ra.
Hơi nước nóng sau khi trao đổi nhiệt sẽ ngưng tụ và được đưa trả về

nơi gia nhiệt.
Sau khi tháo hết nguyên liệu, tank nấu sẽ được làm sạch.

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

23

a.) Sơ đồ nguyên lý hoạt động của tank nấu

Van 11

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Tank nấu
Các thiết bị trong tank nấu :
Hai cảm biến báo mức L1, L2 ( mức thấp và mức cao)
Một cảm biến nhiệt độ của Siemens L3
Có 5 van điện V8, V9, V10, V11 , V12
Hai môtơ bơm M3, M’2
Một đồng hồ báo nhiệt độ hơi nước nóng.
b) Nguyên lý hoạt động tank nấu như sau:

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH


Luận văn thạc sỹ khoa học

24

Hoạt động đồng bộ cùng với quá trình nghiền, khi bắt đầu nghiền lò sẽ
được gia nhiệt. Nguyên liệu từ nhà nghiền sẽ được bơm M2 chuyển sang, khi
nguyên liệu vượt quá mức thấp thì động cơ M’2 ơ bắt đầu hoạt động. Van V8
mở để tăng lượng nước vào tank lượng nước và nguyên liệu sẽ được pha trộn
theo đúng tỷ lệ đã quy định.Thì van V12 mở hơi nước nóng theo hệ thống ống
đi vào tank, quá trình gia nhiệt bắt đầu. Cho đến khi nguyên liệu vào đầy tank,
cảm biến báo mức cao L1 có tín hiệu thì động cơ M’2 ngừng hoạt động đồng
thời sẽ tạm dừng hoạt động nghiền nguyên liệu cần nấu và sẽ chuyển sang
nghiền nguyên liệu khác, bơm M2 (bơm nguyên liệu từ nhà nghiền ) dừng
hoạt động đồng thời van V9 đóng. Quá trình nấu bắt đầu, hơi nước nóng cung
cấp nhiệt cho nhà nấu. Các cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ đo (các thông số
nhiệt độ và khối lượng được thể hiện trên panel điều khiển ).
Nhiệt độ trong tank nấu, có cảm biến nhiệt độ để theo dõi nhiệt độ từ
tank nấu nhằm tăng sự đồng đều nhiệt độ trong tank. Quá trình nấu kết thúc,
van V12 đóng, van V10 mở đồng thời bơm M3 hoạt động để tháo nguyên
liệu.
c) Quá trình làm vệ sinh tank nấu tiến hành như sau:
Khi kết thúc quá trình tháo nguyên liệu, tất cả các van sẽ đóng. Quá trình làm
vệ sinh này tiến hành cùng với nhà nghiền, dịch CIP từ nhà nghiền theo van
V9 chảy vào tank để làm vệ sinh tank. Đồng thời van V11 mở để tháo dịch
CIP ra khỏi tank. Sau đó, van V8 mở để cho nước sạch chảy vào làm sạch
dịch CIP còn lại trong tank. Van V11 mở để tháo sạch các chất còn lại trong
tank.
Tại nhà nấu có ba tank nấu, trong đó có hai tank nấu hoạt động giống hệt
nhau là tank nấu gạo và malt. Một tank còn lại là nấu hupblon để cung cấp
dịch cho nhà lọc và đồng thời trộn với nguyên liệu sau khi nấu nhằm tạo
hương vị và màu cho bia. Nguyên lý hoạt động của tank này cũng tương tự

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH

Luận văn thạc sỹ khoa học

25

như trên. Tuy nhiên kích thước của tank này là không lớn, cho nên nó chỉ sử
dụng một cảm biến đo nhiệt độ.
Sau khi nấu xong, nguyên liệu gạo và malt sẽ được các bơm chuyển sang
bộ phận lọc để loại bỏ bã nguyên liệu. Bộ phận lọc này có nhiệm xới trộn hai
nguyên liệu trên lại với nhau trước khi lọc. Kết thúc quá trình lọc sẽ được
dịch gạo và malt. Dịch gạo và malt tiếp tục chuyển đến tank trộn cùng với
hupblon để tạo hương vị bia chuẩn bị lên men. Ngoài ra khu vực nấu còn có
một tank trung gian phòng khi sự cố nồi nấu thì có thể nồi còn lại nấu xong
chuyển đến nồi trung gian chứa. Sau đó cho nguyên liệu còn lại vào tank để
nấu tiếp. Nấu xong thì trộn hai nguyên liệu vào nồi lọc để tiến hành lọc bả và
nước dịch.
d) Sơ đồ hoạt động của khâu trộn gạo, malt và hupblon như sau:

Hình 1.6 : Nguyên lý hoạt động của khâu trộn

Học viên: Lumphone KOUNLAVONGSA/11BKTĐT.KH