Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển tự động dây truyền công nghệ sản xuất nước hoa quả tại công ty cổ phần xuất nhập khẩu đồng giao tỉnh ninh bình

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường Đại học mỏ - địa chất Hà Nội


Nguyễn Xuân Hiệu

Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển tự
động dây chuyền công nghệ sản xuất nước
hoa quả tại công ty cổ phần xuất nhập khẩu
đồng giao tỉnh ninh bình

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà Nội - 2009


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường Đại học mỏ - địa chất Hà Nội


Nguyễn xuân hiệu

Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển tự
động dây chuyền công nghệ sản xuất nước
hoa quả tại công ty cổ phần xuất nhập khẩu
đồng giao tỉnh ninh bình

Chuyên ngành: Tự động hóa
MÃ số

: 60.52.60

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS Đào Văn Tân

Hà Nội - 2009


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình riêng của tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Xu©n HiƯu


1

Mục lục

Mục lục ............1
Danh mục các bảng4
Danh mục các hình.5
Mở đầu ......8
Chương 1 - Tổng quan về dây chuyền đóng hộp nước hoa
quả ...11
1.1 Giới thiệu chung về công ty ......11

1.2 Tổng quan về dây chuyền đóng hộp nước hoa qu¶ ..............…………….11
1.2.1 Khu vùc chÝch Ðp ..………………………………………………….....13
1.2.2 Khu vùc Decanter …………………………………………………......14
1.2.3 Khuc vùc c« .………………………………………………………......14
1.2.4 Khu vùc thanh trïng .………………………………………………….16
1.2.5 Khu vực rót ....18
1.3 Đánh giá hệ thống dây chuyền sản xuất nước hoa quả .....19
Chương 2 - Khảo sát và đánh giá máy rót thành phẩm của
công ty ..........................................................................................21
2.1 Giới thiệu một số thiết bị của máy rót ..21
2.1.1 Hệ thống điều khiển băng tải và bàn nâng ........22
2.1.2 Cảm biến thùng .23
2.1.3 Cảm biến trọng lượng ............24
2.1.4 Cảm biến hành trình ..26
2.1.5 Cảm biến hành trình piston mở nắp ...................................26
2.1.6 Cảm biếm tiệm cận điện dung OMRON E2K-C........26
2.1.7 Cảm biến nhiệt điện trở E52MY.....27
2.1.8 Giới thiệu một số cơ cấu chấp hành .......28
2.2 Hệ thống van hơi ......................................................................................32


2

2.2.1 Quá trình thanh trùng ............................................................................32
2.2.2 Quá trình rót sản phẩm ..........................................................................33
2.2.3 Thổi sạch nắp và đóng nắp sau khi rót ...................................................34
2.2.4 Quá trình đưa sản phẩm ra ngoài ...........................................................34
2.3 Giới thiệu thiết bị đều khiển PLC và màn hình ®iỊu khiĨn .......................35
2.3.1 Giíi thiƯu PLC SattCon 05 Slimline ......................................................35
2.3.2 Giới thiệu màn hình điều khiển OP45 ...................................................39

Chương 3 - Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát máy
rót thành phẩm dùng phần mềm WinCC ...................................40
3.1 Lựa chọn các thiết bị điều khiển ...............................................................40
3.1.1 Lựa chọn Module nguồn PS-300 ...........................................................40
3.1.2 Lùa chän module CPU ...........................................................................41
3.1.3 Lùa chän module IM (Interface Module) ..............................................41
3.1.4 Lùa chän module vµo/ra sè ....................................................................42
3.1.5 Lùa chọn module vào/ra tương tự ..........................................................43
3.2 Hệ thống điều khiển SCADA ...................................................................46
3.2.1 Định nghĩa SCADA ...............................................................................46
3.2.2 Phân loại hệ thống SCADA ..................................................................46
3.2.3 Những chuẩn đánh giá một hệ SCADA ................................................47
3.2.4 Cấu trúc chung của hệ SCADA ............................................................48
3.3 Mô hình phân cấp chức năng ....................................................................50
3.3.1 Mô hình phân cấp ..................................................................................50
3.3.2 Chức năng nhiệm vụ của từng cấp .........................................................52
3.4 Giới thiệu phần mềm WinCC ...................................................................54
3.4.1 Các bước thao tác căn bản......................................................................55
3.4.2 Soạn thảo hình ảnh của quá trình ..........................................................55
3.4.3 Hiển thị các biến của quá trình ..............................................................55
3.4.4 Thiết lập các thông báo trong hÖ thèng .................................................56


3

3.5 Chương trình điều khiển máy rót nước dứa cô đặc ...................................56
3.5.1 MÃ hoá tín hiệu vào/ra ...........................................................................56
3.5.2 Quá trình rót sản phẩm ..........................................................................58
3.5.3 Chương trình điều khiển rót sản phẩm ..................................................59
Chương 4 - ứng dụng bộ điều khiển PID để ổn định áp suất

máy rót thành phẩm ..........................................................................60
4.1 Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................60
4.2 Mô hình toán học của hệ thống điều khiển ...............................................61
4.2.1 Đối tượng điều khiển .............................................................................61
4.2.2 Khâu PID ...............................................................................................64
4.2.3 Mô hình toán học của van điều khiển ....................................................66
4.2.4 Mô hình toán học của hệ thống điều khiển áp suất ..............................75
Kết luận và kiến nghị ......79
Tài liƯu tham kh¶o …...………………………………………………......…80
Phơ lơc 1 ………………………………………………….....………………81
Phơ lơc 2 …………………………………………………….………………95
Phơ lôc 3…………………………….………………………….......………101


4

Dang mục các bảng
Tên bảng

Trang

Bảng 2.1 Đặc tính kỹ thuật của cảm biến nhiệt điện trở E52MY

28

Bảng 3.1 MÃ hoá tín hiệu vào ra

56

Bảng 4.1 Xác định tham số P, Pi, PID b»ng thùc nghiÖm

77


5

Danh mục các hình
Tên hình

Trang

Hình 1.1. Thiết bị thanh trùng hơi dạng đứng

16

Hình 2.1. Máy rót thành phẩm

21

Hình 2.2. Sơ đồ mạch điện truyền động bàn nâng và băng tải cuốn

22

Hình 2.3. Cấu tạo của bơm thuỷ lực truyền động bàn nâng

22

Hình 2.4. Cấu tạo bàn nâng và băng tải cuốn

23

Hình 2.5. Cảm biến quang điện E3JM

24

Hình 2.6. Mạch ra kiểu Transistor NPN cực thu hở

24

Hình 2.7.Hình dạng và cấu tạo của loadcell KIS-2 của Sweden

25

Hình 2.8. Công tắc giới hạn của OMRON Z-15HW78-B

26

Hình 2.9. Cảm biến hành trình hÃng Honeywell 24CE2-S2

26

Hình 2.10. Cảm biến tiệm cận điện dung của OMRON E2K-C

27

Hình 2.11. Cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở

27

Hình 2.12. Cấu tạo cơ cấu chấp hành

28

Hình 2.13. Ký hiệu và cấu tạo của van logic OR van FESTO

29

Hình 2.14. Van một chiều

29

Hình 2.15. Sơ đồ điều khiển van đảo chiều tác động bằng tay

30

Hình 2.16. Cấu tạo piston tác động kép

31

Hình 2.17. Hệ thống van hơi của máy rót

32

Hình 2.18. Quá trình thanh trùng

32

Hình 2.19. Quá trình rót sản phẩm

33

Hình 2.20. Quá trình vệ sinh nắp sau khi rót

34

Hình 2.21. Quá trình đóng nắp

34


6

Hình 2.22. Một số thiết bị phụ trợ của SattCon 05 Slimline

36

Hình 2.23. Giao diện phần mềm lập trình DOX 10

37

H×nh 2.24. CÊu h×nh cđa PLC SattCon 05 Slimline SDA

37

H×nh 2.25. CÊu h×nh cđa PLC SattCon 05 Slimline SD24D

38

H×nh 2.26. Màn hình điều khiển OP45

39

Hình 3.1. Module nguồn PS 307 5A

40

Hình 3.2. Module CPU 314

41

Hình 3.3. Nguyên tắc lắp đặt các module

42

Hình 3.4. Sơ đồ khối SM 321 DI 16xDC

43

Hình 3.5. Sơ đồ khối SM 322 DO 8xRELAY

43

Hình 3.6. Sơ đồ khối SM 331 AI 2x12bit/331-7KB02-0AB0

43

Hình 3.7. Sơ đồ khối SM 332 A0 2x12bit/332-7KB02-0AB0

43

Hình 3.8. Các thành phần cơ bản của hệ SCADA

48

Hình 3.9. Cấu trúc phần mềm của hệ thống điều khiển và giám sát

49

SCADA
Hình 3.10. Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển

50

giám sát
Hình 4.1. Sơ đồ công nghệ lò hơi

60

Hình 4.2. Sơ đồ công nghệ điều khiển áp suất

61

Hình 4.3. Đồ thị biểu diễm hàm Vd=f(h)

63

Hình 4.4. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển số

64

Hình 4.5. Sơ đồ hệ thống điều khiển PID

65

Hình 4.6. Mô hình toán học bộ điều khiển PID số và liên tục

66

Hình 4.7. Đồ thị áp suất sức cản dòng khí

67


7

Hình 4.8. Đường đặc tính của van tuyến tính và van logarit

70

Hình 4.9. Sơ đồ cấu trúc Matlab của hệ thống áp suất

75

Hình 4.10. Sơ đồ cấu trúc hệ thống van áp suất

75

Hình 4.11. Đặc tính tự nhiên của hệ thống điều khiển áp suất

76

Hình 4.12. Xác định kđt, Ti, TD từ hàm quá độ

76

Hình 4.13 Đặc tính hiệu chỉnh áp suất theo Ziegler-Nichols khi

77

Kp=0.38; Ki=6; Kd=1,5
Hình 4.14. Đặc tính hiệu chỉnh áp suất theo phương pháp Thomas

78

Chen khi Kp=1; Ki=4; Kd=0,1
Phụ lục 1 Chương trình lập trình S7-300

81

Hình PL2.1. Nhận thùng vào vị trí rót

95

Hình PL2.2. Van rót làm việc, trọng lượng tănng dần

95

Hình PL2.3. Mức nâng L2, động cơ bàn nâng làm việc

96

Hình PL2.4. Hệ thống làm việc ở mức L2

96

Hình PL2.5. Hệ thống làm việc ở mức L5

97

Hình PL2.6. Đủ trọng lượng - đèn Filling sáng các van V2, V3 làm

97

việc
Hình PL2.7. Bàn nâng được hạ xuống

98

Hình PL2.8. Sản phẩm được đưa ra ngoài

98

Hình PL2.9. Van đang rót, áp suất hơi không đạt yêu cầu

99

Hình PL2.10. Bảng thông báo gia trị trọng lượng và nhiệt độ

99

Hình PL2.11. Bảng hiển thị quá trình làm việc

100

Phụ lục 3 Cơ cÊu chÊp hµnh

101


8

Mở đầu

1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ
thuật điện tử mà trong đó kỹ thuật số ®ãng vai trß quan träng trong mäi lÜnh
vùc khoa häc, quản lý, công nghiệp tự động hoá. Các nhà máy ứng dụng tự
động hoá cho năng suất cao, điều khiển và giám sát chính xác. Ưu điểm của
hệ thống ứng dụng tự động hoá là giảm được số nhân công lao động do đó
giảm được chi phí sản xuất, làm giảm giá thành sản phẩm. Dây chuyền công
nghệ sản xuất đồ hộp của công ty xuất nhập khẩu Đồng Giao tại tỉnh Ninh
Bình đà lắp đặt hệ thống tự động hoá quá trình. Tuy nhiên hệ thống này chưa
được tự động hoá hoàn toàn, hệ thống đôi lúc làm việc không ổn định và việc
điều khiển giám sát chưa có. Hệ thống làm việc không ổn định gây trì trệ sản
xuất, năng suất giảm làm thiệt hại kinh tế cho nhà máy và phải phụ thuộc vào
các chuyên gia nước ngoài sang xử lý sự cố. Chính vì những lý do trên mà học
viên quyết định chọn đề tài điều khiển giám sát quá trình rót sản phẩm. Đây là
công đoạn cuối cùng trong dây chuyền sản xuất nước hoa quả của nhà máy.
2. Mục đích của đề tài
Khảo sát, nghiên cứu công nghệ sản xuất nước dứa cô đặc tại công ty

cổ phần xuất nhập khẩu Đồng Giao từ đó đưa ra các giải pháp nhằm tăng năng
suất lao động, hạ giá thành sản phẩm với mức độ tự động hoá cao
3. Đối tượng nghiên cứu
Nếu xét cả dây chuyền công nghệ sản xuất nước hoa quả thì rất phức
tạp do có nhiều biến vào và biến ra. Mặt khác công nghệ sản xuất nước ép hoa
quả cũng rất phức tạp. Vì vậy trong luận văn chỉ nghiên cứu máy rót sản phẩm
nước dứa cô đặc.
4. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát và đánh giá dây chuyền sản xuất hiện tại của nhà máy
- Sử dụng PLC SIEMENS S7-300 điều khiển máy rót nước dứa cô đặc


9

- Thiết kế được bộ điều khiển mờ để ổn ®Þnh nhiƯt ®é khi thanh trïng
- ThiÕt kÕ giao diƯn giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu hoạt động
của máy rót sử dụng phần mềm WinCC (Windown Control Center). Đưa ra
cảnh báo tình trạng hoạt động của các thiết bị trong hệ thống.
5. Phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng: PLC S7-300 (CPU 314), các module SM 321, SM 322, và
module AI SM 331 chuyên dụng có khả năng ®äc trùc tiÕp tÝn hiƯu tõ c¶m
biÕn nh­ Thermocoup, PT.
- Phương tiện điều khiển: OP (Operation Panel), tuy nhiên được thay
thế bằng PC (Personal Computer) với hệ điều hành Windows XP
- Giao tiếp máy tính thông qua phần mềm WinCC của công ty
SIEMENS
- Chương trình điều khiển: soạn thảo bằng phần mềm Step7 của
SIEMENS
6. Phương pháp nghiên cứu
- Từ các dây chuyền công nghệ thực tế và lý thuyết điều khiển logic

tiến hành thiết kế hệ thống điều khiển tự động bằng PLC S7-300.
- Mô phỏng và hiệu chỉnh thiết kế trên phần mềm simulation PLC của
Siemens.
- Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển để ổn định nhiệt độ lò nhiệt.
- Giám sát hệ thống bằng phần mềm Win CC 6.0.
7. ý nghÜa khoa häc vµ ý nghÜa thùc tiƠn
øng dụng PLC Siemens họ S7-300 kết hợp với phần mềm WinCC để
xây dựng chương trình điều khiển, giám sát máy rót tại công ty cổ phần xuất
khẩu Đồng Giao tỉnh Ninh Bình làm tăng năng suất của nhà máy, nâng cao
chất lượng sản phẩm, giảm được chi phí lao động do đó làm giảm giá thành
sản phẩm tăng tính cạnh tranh thị trường. Việc đưa thiết bị PLC của Siemens


10

vào hệ thống giúp nhà máy chủ động hơn trong việc thay đổi công nghệ, mà
không còn phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp dây chuyên công nghệ.
8. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm 4 chương trình bày trong 100 trang với 53 hình, với 3
bảng.
Luận văn Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển tự động dây
chuyền công nghệ sản xuất nước hoa quả tại công ty cổ phần xuất nhập khẩu
Đồng Giao tỉnh Ninh Bình" được hoàn thành với sự nỗ lực nghiêm túc của bản
thân, sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn và các bạn đồng nghiệp.
Tôi xin trân trọng cảm ơm thầy giáo PGS.TS Đào Văn Tân đà hướng
dẫn, định hướng cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ, công nhân viên Công ty cổ
phần xuất nhập khẩu Đồng Giao về sự giúp đỡ trong quá trình tìm hiểu, thu
thập số liệu từ thực tế của dây chuyền.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo Bộ môn Tự

Động Hóa xí nghiệp Mỏ và Dầu khí, Khoa Cơ - Điện, Trường Đại học Mỏ Địa chất đà tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong công tác nghiên cứu.Với
thời gian và kiến thức có hạn chắc chắn luận văn sẽ còn nhiều thiếu sót, kính
mong thầy cô và các bạn đồng nghiệp góp ý để luận văn được hoàn thiƯn h¬n


11

Chương 1
Tổng quan về dây chuyền đóng hộp Nước hoa quả

1.1 Giới thiệu chung về công ty
Công ty cổ phần xuất nhập khẩu Đồng Giao tiền thân là nông trường
quốc doanh Đồng Giao, được hình thành và thành lập ngày 26 tháng 12 năm
1995 có tổng diện tích đất tự nhiên là 5500 ha, trong đó có 2300 ha là đất
nông nghiệp. Công ty cổ phần xuất nhập khẩu Đồng Giao nằm ngay bên cạnh
đường quốc lộ 1A và ở phía Tây Nam tỉnh Ninh Bình
Nhiệm vụ sản xuất và ngành nghề kinh doanh chủ yếu của công ty:
Trồng trọt các loại rau quả như: Dứa, Lạc Tiên, Dưa Chuột, Vải, Ngô và các
loại rau quả khác. Chế biến rau quả dưới dạng: đồ hộp, đông lạnh, cô đặc,
nước, kinh doanh xuất nhập khẩu các loại vật tư, nguyên nhiên liệu phục vụ
cho sản xuất nông nghiệp và chế biến rau quả.
Quy mô của Công ty:
- Sản xuất nông phẩm: rau quả phục cho việc chế biến của Công ty
- Khu chÕ biÕn: gåm 4 d©y chun chÕ biÕn n»m trong 4ha
+ Dây chuyền đồ hộp
+ Dây chuyền nước dứa cô đặc
+ Dây chuyền đông lạnh IQF
+ Dây chuyền nước quả tự nhiên đóng hộp
1.2 Tổng quan về dây chuyền đóng hộp nước hoa quả
Dứa sau khi thu hoạch sẽ được đưa về kho sau đó được đổ vào bể đựng

dứa và đưa lên bể rửa. ở bể rửa dứa sẽ được rửa sạch nhờ sự bơm nước tuần
hoàn dội vào quả dứa, mặt khác nhờ bơm thổi khí đẩy dứa từ dưới lên băng tải.
Băng tải đưa dứa lên máy phân loại, từ máy phân loại dứa sẽ được phân thành
hai loại là quả to và quả nhỏ. Sau đó dứa được băng tải chuyển sang máy gọt
vỏ và đục lõi. Lúc này công nhân sẽ làm việc gọt đục dứa, đồng thời cũng loại
bỏ những quả dứa bị hư hỏng. Dứa được gọt vỏ và đục lỗ xong sÏ r¬i xuèng


12

băng tải. Công nhân sẽ đưa dứa đến bàn và làm công việc gọt đầu dứa và trổ
mắt dứa tại đây. Tiếp đó dứa được đưa tới máy cắt khoanh, từ máy cắt khoanh
dứa lại được băng tải đưa đến máy đóng hộp.
Trước khi được đưa vào máy đóng hộp thì hộp sẽ được băng tải đưa vào
chiết định lượng để đóng dứa vào hộp. Sau khi dứa được đưa vào hộp thì hộp
sẽ theo băng tải ra ngoài để công nhân kiểm tra trọng lượng, nếu thiếu trọng
lượng họ sẽ đóng thêm dứa cho đủ. Khi dứa đà đủ trọng lượng công nhân sẽ
chuyển hộp sang băng tải để đưa hộp sang máy rót dịch. Rót dịch xong hộp sẽ
được băng tải đưa đến máy ghép mì. Máy ghép mì sẽ đóng kín nắp hộp, sau
đó hộp được đưa ra băng tải để đưa đến máy thanh trùng. Khi thanh trùng
xong thì hộp được thổi khô và được chuyển đến kho bảo quản. Sau đó hộp
được dán tem và in hạn sử dụng rồi chuyển về kho để tiêu thụ :
Sơ đồ tổng quan công nghệ sản xuất nước dứa cô đặc của nhà máy:
Khu vực
chích ép

Khu vực
decanter

Khu vực

Cô

Khu vùc
Thanh trïng

Khu vùc
rãt


13

1.2.1 Khu vực chích ép
1.2.1.1 Sơ đồ công nghệ
Dứa nguyên liệu

Băng tải (Belt conveyor)

Bồn rửa quả (Washing)
unit)
Băng tải chải (Brushing)
unit)
Băng tải chọn quả
Vít tải (Incline elevator)

Máy Poly fruit
Vỏ
quả
Vít tải (Screw conveyor)
Máy Polypress

BÃ dứa

Vít tải (Waste
conveyor)

Máy Brown

Bồn chứa

Silo

1.2.1.2 Nguyên lý làm việc
Các giống dứa đều có thể dùng để chế biến nước dứa được, xong dứa
hoa cho sản phẩm có chất lượng tốt (màu vàng đẹp, hương vị thơm ngon) và
tiêu hoa nguyên liệu ít nhất. Không dùng dứa quá chín (đà có mùi rượu) hoặc


14

quá xanh, có thể dùng phối hợp các phế liệu đà loại ra khi cắt gọt trong sản
xuất dứa nước ®­êng ®Ĩ chÕ biÕn n­íc døa. Tr­íc khi chÝch Ðp, dứa cần được
xé tơi quả dứa trên máy ép để tăng hiệu suất ép qua máy poly fruit sản phẩm
nước ép được đưa tới máy Brown, phần bà dứa được vít tải đưa đến máy ép
trục vít sản phẩm nước dứa cũng được đưa về máy Brown, phần còn lại là bÃ
dứa khô được vít tải đưa ra Silo dùng để sản xuất thức ăn gia súc. Máy Brown
dùng để lọc bà thô sau đó nước dứa được đưa tới bể chứa.
1.2.2 Khu vực Decanter
1.2.2.1 Sơ đồ công nghệ
Dịch quả

Bộ phận gia nhiệt lần 1

Tank chứa 1

Máy ly tâm nằm ngang

Vít tải thải bÃ

Tank chứa 2

Nước dứa (dịch quả) từ bể chứa được bơm ly tâm bơm vào 4 ống nhỏ
qua bộ phận gia nhiệt lần 1 vào bể chứa 1. Dịch quả đi qua bộ phận gia nhiệt ở
nhiệt độ khoảng (600-800C) để tạo kết tủa, dịch quả được đưa vào máy ly tâm
nằm ngang loại bỏ các hạt thịt quả có đường kính nhỏ, dịch quả được đưa vào
bể chứa 2
1.2.3 Khu vực cô
Cô đặc là quá trình bốc hơi của sản phẩm bằng cách đun sôi. Mục đích
của quá trình cô đặc là tăng nồng độ chất khô trong sản phẩm, làm tăng độ


15

sinh năng lượng của sản phẩm, đồng thời kéo dài được thời gian bảo quản ( vì
hạn chế vi sinh vËt ph¸t triĨn do Ýt n­íc, ¸p st thÈm thÊu cao)
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc thực phẩm:
- Khi tiến hành một quá trình cô đặc thực phẩm người ta đun nóng
khối lượng thực phẩm tới nhiệt độ sôi. Nước trong sản phẩm bốc hơi cho đến
khi nồng độ chất khô đà đạt đến nhiệt độ yêu cầu thì ngưng quá trình cô đặcvà
cho sản phảm ra khỏi thiết bị.
- Nhiệt độ sôi của sản phẩm phụ thuộc vào áp suất hơi trên bề mặt,

nồng độ chất khô và tính chất vật lý, hoá học của sản phẩm.
- Khi áp suất hơi trên bề mặt của sản phẩm càng thấp thì nhiệt độ sôi
của sản phẩm càng thấp. Vì vậy việc tạo độ chân không trong thiết bị cô đặc
sẽ giảm được nhiệt độ sôi của sản phẩm. Hay nói cách khác là điều chỉnh
nhiệt độ sôi bằng cách thay đổi nhiệt độ chân không.
1.2.3.1. Sơ đồ công nghệ
Bán thành phẩm sau
tâm ly
Bồn cân bằng

Bộ gia nhiƯt tr­íc khi
c«
HiƯu øng c« thø nhÊt

HiƯu øng c« thø hai

Bộ làm mát

Tank chứa 3, 4, 5

Aroma


16

1.2.4 Khu vực thanh trùng
1.2.4.1 Sơ đồ công nghệ

Bán thành phẩm
Bồn cân bằng

Bộ gia nhiệt

Làm mát bằng nước
Làm mát bằng nước
đá

Hình 1.1. Thiết bị thanh trùng hơi dạng đứng
Thiết bị thanh trùng cao áp Stockautovab 1100-4BV dùng để thanh
trùng các thiết bị rau quả, đồ uống. Thời gian thanh trùng tuỳ thuộc vào loại
sản phẩm và cỡ lon định thanh trùng vào khoảng (90100)phút/mẻ. Công suất
cho hệ thống thanh trùng:
+ Khoảng 2520lon/mẻ cho cỡ lon 150z, (73x113)mm


17

+ Khoảng 2040 lon/mẻ cho cỡ lon 200z, (84x113)mm
+ Khoảng 1416 lon/ mẻ cho cỡ lon 300z, (99x113)mm
Quy trình xử lý:
- Tiếp nhận sản phẩm
- Thiết bị thanh trùng này có thể chứa lon, trong đó lon được đựng trên
các tấm đựng bồn thùng chứa lon dày 3mm
- Cửa Bayonet của thanh trùng được đóng lại đảm bảo không bị mở ra
bất ngờ
- Xả nước vào trong nồi thanh trùng để bắt đầu thanh trùng một mẻ
mới, lượng nước này phải được tăng lên để đủ nước cho việc vận hành của hệ
thống tuần hoàn nước, hệ thống phun và bơm tuần hoàn nước
- Gia nhiệt với áp suất đối áp: trong quá trình thanh trùng nước được
tuần hoàn rất nhanh bên trong thùng thông qua đường ống. Nước được tuần

hoàn bởi một bơm mạnh được đặt bên trong vỏ chứa và nằm phía ngoài thùng
thanh trùng, kết hợp với hệ thống đường ống tuần hoàn vì vậy nước trong
thùng chứa được gia nhiệt độ thanh trùng đà đặt trước. Nước tuần hoàn được
đặt phân bổ lên bồn thùng chứa lon đảm bảo cho việc gia nhiệt nhanh chóng.
áp suất đối áp được sinh ra bởi một lượng khí nén và được điều khiển chính
xác bơm vào trong thùng thanh trùng cho đến khi đạt được áp suất đặt trước.
Vì vậy việc kiểm soát là hoàn toàn tự động, tuỳ thuộc vào nhiệt độ, áp suất đÃ
được lập trình trong PLC. Trong thực tế thời gian này được sử dụng để tạo áp
suất đối áp
- Thời gian thanh trùng: sau khi đà đạt đến nhiệt độ thanh trùng mong
muốn, nhiệt độ này được điều khiển tự động cùng với áp suất đối áp, tuỳ thuộc
vào chương trình đà lập trình mà duy trì trong một thời gian đà định sẵn để
thực hiện công việc thanh trùng. Nước quá nhiệt độ liên tục tuần hoàn trong
quá trình thanh trùng xung quanh các lon nhiệt độ và có hiệu suất cao nhất để
đảm bảo việc phân phối đủ nhiệt năng và nhiệt độ bên trong sản phẩm.


18

- Làm mát: khi kết thúc thời gian thanh trùng, việc cung cấp hơi nước
sẽ tự động ngừng lại và được thay thế bằng việc bơm nước lạnh vào trong hệ
thống tuần hoàn nước của hệ thống thanh trùng để làm mát các lon đà thanh
trùng. Trong giai đoạn đầu tiên của quá trình làm mát nước được bơm vào
gián đoạn để tránh việc thay đổi đột ngột nhiệt độ làm vỡ chai thuỷ tinh hoặc
loại bao bì dễ vỡ khác. áp suất đối áp được duy trì bằng việc bơm một lượng
khí nén vừa đủ. Nước làm mát được chảy xuống thùng thanh trùng cho tới
cuối quá trình làm mát, thời gian này tuỳ thuộc vào cách lập trình
- Xả nước: Sau khi kết thúc quá trình với một lượng nước cao quá mức,
để mở cửa thiết bị sẽ phải xả nước qua đường ống của hệ thống xả. Sau đó cửa
thanh trùng Bayonet được mở khoá và 4 thùng chứa lon được lấy ra ngoài. Sau

đó thiết bị thanh trùng sẵn sàng tiếp nhận sản phẩm cho một mẻ mới.
- Hệ thống điều khiển chương trình Stock kiểu E (PLC): tất cả các pha
của quy trình xứ lý nhiệt đều được lập trình phù hợp với loại sản phẩm
1.2.5 Khu vực rót
1.2.4.1 Giới thiệu thiết bị
Hệ thống máy rót gồm hai máy: Máy rót I và máy rót II. Theo nguyên
tắc hai máy có thể hoạt động đồng thời xong do lưu lượng dòng dịch khống
chế chỉ 1500l/h do đó chỉ một máy làm việc, một máy chờ.
Cấu tạo bao gồm:
+ Hệ thống van đóng mở bằng khí nÐn: V1, V2, V3, V4, V5, V6. V7
+ Hai ®éng cơ: M2 chạy tiến và lùi cho băng tải.
M3 bơm dầu thủy lực có nhiệm vụ nâng hạ bàn cân.
+ Cảm biến trọng lượng.
+ Hai cảm quang nhận thùng để điều khiển bẳn tải vào thùng và ra
thùng.
Yêu cầu của hệ thống trước khi rót:
+ áp suất hơi phải đạt 2,8  3 bar.


19

+ áp suất khí phải đạt: 6 bar.
+ Nhiệt độ thanh trùng nắp phải đạt 1200 145C.
Trong quá trình rót phải đảm bảo:
+ áp suất hơi: 2,8 3 bar.
+ ¸p suÊt khÝ: 6 bar
+ ¸p suÊt s¶n phÈm: 1,8 bar
Nguyên lý rót: khi đưa thùng vào vị trí của cảm biến nhận thùng G1,
băng tải làm việc đưa thùng vào vị trí rót. Nếu đủ điều kiện áp suất hơi, áp
suất khí thì van rót được mở, sản phẩm được rót vào túi. Trong quá trình rót

Loadcell cân trọng lượng theo nguyên lý cộng dồn. Có bốn mức nâng của bàn
nâng: khi trọng lượng đạt 35kg thì bàn nâng sẽ nâng thùng lên vị trí L2, khi
trọng lượng đạt 60kg thì thùng được nâng lên vị trí L3, khi thùng đạt 100kg
thùng được nâng lên vị trí L4, khi trọng lượng thùng đạt 150kg thùng được
nâng lên vị trí L5 và rót cho đến khi trọng lượng đạt 250kg thì dừng rót, đèn
Filling sáng báo đầy cho phép ccông nhân vận hành máy kia.
1.3 Đánh giá hệ thống dây chuyền sản xuất nước hoa quả
Toàn bộ dây chuyền công nghệ sản xuất nước dứa cô đặc của công ty
cổ phần xuất khẩu Đồng Giao được lắp đặt năm 2002 do tập đoàn Tetra Pak
lắp đặt và đào tạo công nhân vận hành. Tuy nhiên hệ thống này chưa được tự
động hoá hoàn toàn, hệ thống đôi lúc làm việc không ổn định và việc điều
khiển giám sát ở dạng màn hình text nên không thể quan sát được các thiết bị
hoạt động được. Hệ thống làm việc không ổn định gây trì trệ sản xuất, năng
suất giảm làm thiệt hại kinh tế cho nhà máy và phải phụ thuộc vào các chuyên
gia nước ngoài sang xử lý sự cố. Nếu xét toàn bộ dây chuyền sản xuất nước
dứa cô đặc rất phức tạp và cần nhiều thời gian để nghiên cứu sâu, tìm hiểu sâu
về công nghệ thực phẩm và thiết bị. Vì những lý do đó mà học viên chỉ nghiên
cứu cụ thể đối tượng là máy rót thành phẩm vào túi PE, đây là công đoạn cuối


20

cùng trong dây chuyền công nghệ. Hệ thống máy rót này khi gặp sự cố gây
thiệt hại to lớn cho nhà máy khi vào mùa sản xuất do phụ thuộc quá nhiều vào
chuyên gia của Thái Lan hoặc của ấn Độ sang khắc phục sự cố. Hệ thống máy
rót này còn tồn tại một số vấn đề sau:
- Hệ thống sử dụng hai PLC hÃng ABB của Thuỵ Điển, đây là dòng
PLC rất hiếm trên thị trường Việt Nam. Phần mềm để lập trình cho PLC này
cũng rất hiếm ở Việt Nam, thường phải bỏ một số tiền không nhỏ để có phần
mềm có bản quyền. Chính vì lý do này nên bên tập đoàn Tetra Pak không

cung cấp phần mềm cho công ty, đây chính là yếu tố để công ty phụ thuộc vào
bên cung cấp thiết bị. Mặt khác với số lượng đầu vào và đầu ra không nhiỊu
mµ sư dơng hai PLC lµ SDA vµ SDA24D sÏ không linh hoạt nhất là một trong
hai PLC bị sự cố. Điều này sẽ rất đơn giản nếu ta dùng một CPU S7-300 của
Siemens còn số đầu vào và đầu ra t chän.
- HƯ thèng van khÝ nÐn sư dơng để đóng mở hơi nóng trong quá trình
rót và vệ sinh thường xuyên bị hỏng hoặc làm việc không ổn định. Vấn đề này
gây khó khăn đối với kỹ sư trong nhà máy, vì hoạt động của các van còn phụ
thuộc vào hành trình của piston, của các cảm biến Muốn khắc phục được
bắt buộc phải có phần mềm của PLC thì mới can thiệp được.
- Hệ thống hơi trong nhà máy được sử dụng cho rất nhiều công đoạn
sản xuất. Vì vậy áp suất thường xuyên làm ảnh hưởng đến các khâu sản xuất,
đặc biệt ảnh hưởng lớn đến quá trình rót sản phẩm.


21

Chương 2
Khảo sát và đánh giá máy rót thành phẩm của
công ty
2.1 Giới thiệu một số thiết bị của máy rót

Hình 2.1. Máy rót thành phẩm
Máy rót thành phẩm là công đoạn cuối cùng trong dây chuyền công
nghệ sản xuất nước hoa quả của công ty CPXNK Đồng Giao. Trong công
nghệ của nhà máy, sản phẩm được rót vào túi kim loại nên có ưu điểm nhẹ,
truyền nhiệt tốt, có độ bền cơ học cao, nhược điểm của túi kim loại là độ bền
hoá học kém. Ngoài ra còn một loại túi nũa là túi trùng hợp có độ bền cao và
khắc phục được nhược điểm của túi kim loại là độ bền hoá hoạ cao. Hiện nay
trên thế giới ®ang thay thÕ dÇn tói ®ùng thủ tØnh b»ng tói kim loại hoặc túi

trùng hợp.


22

2.1.1 Hệ thống điều khiển băng tải và bàn nâng
2.1.1.1 Sơ đồ mạch điện động lực

Hình 2.2. Sơ đồ mạch điện truyền động bàn nâng và băng tải cuốn
Hai động cơ M2 và M3 truyền động cho bàn nâng và truyền động cho
băng tải cuốn. Động cơ M2 có đảo chiều quay để cho băng tải chạy tiến, lùi
cho thùng đi vào hoặc đi ra.

Hình 2.3. Cấu tạo của bơm thuỷ lực truyền động bàn nâng