1
Mục lục
Mục lục 1
Phần mở đầu 8
1. Lý do chọn đề tài 8
2. Mục đích 9
3. Nội dung thực hiện 9
Chơng 1: Giới thiệu về quy trình công nghệ sản xuất
Bia 9
Chơng 2: Tổng quan về thiết bị điều khiển PLC 9
Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC 9
Chơng 3 : Khái quát về hệ SCADA và phần mềm WinCC 9
Chơng 4: Chơng trình lập trình điều khiển, giám sát
cho lò nhiệt trong nhà máy bia sử dụng PLCS7-300 9
4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn 9
5. Hớng phát triển của đề tài 10
6. Phơng pháp thực hiện 10
PHầN NộI DUNG 11
Chơng 1 11
Giới thiệu Về QUI TRìNH CÔNG NGHệ SảN XUấT BIA 11
1.1. Thành phần 11
1.1.1. Gạo 11
1.1.2. Malt 11
1.1.3. Men 12
1.1.4. Hoa Hupblon 12
1.1.5. Nớc 12
1.2. Quy trình công nghệ sản xuất Bia 13
Hình 1.1: Quy trình công nghệ sản xuất Bia 13
2
1.3. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia 15
Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Bia 15

g) Máy bốc chai 33
Chơng 2 34
tổng quan về thiết bị điều khiển PLC S7-300 34
2.1. Giới thiệu chung 34
Hình 2.1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC 35
2.2. Các modul PLC S7-300 37
Hình 2.2 : Cấu hình một thanh rack các modul của một trạm PLC S7-300 37
2.2.1. Modul CPU 37
Hình 2.3: Một số CPU của PLC S7-300 38
2.2.2. Modul mở rộng 38
Hình 2.4 : Một số modul mở rộng của PLC S7-300 40
2.3. Ngôn ngữ lập trình 41
2.4. Tập lệnh 42
2.4.1. Nhóm lệnh logic tiếp điểm 42
2.5. Bộ nhớ 49
2.5.1. Vùng nhớ chơng trình 49
2.5.2. Vùng nhớ hệ thống 49
2.5.3. Vùng nhớ dữ liệu 50
Hình 2.5: Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU 51
2.6. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modul mở rộng 51
Hình 2.6: Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modul mở rộng 52
2.7. Bộ thời gian (Timer) 52
2.8. Bộ đếm (Counter) 53
2.9. Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC 54
2.9.1. Xác định quy trình công nghệ 54
2.9.2. Xác định ngõ vào, ngõ ra 54
2.9.3. Viết chơng trình 54
2.9.4. Nạp chơng trình vào bộ nhớ 54
2.9.5. Chạy chơng trình 55
2.10. Truyền thông giữa PLC và PC 55

Hình 3.1: Cấu hình của một hệ SCADA điển hình 68
5
3.2. Tổng quan v ph n m m thiết kế WinCC 68
3.2.1. Giới thiệu chung 68
Hình 3.2: Đặc tính mở của phần mềm WinCC 69
3.2.2. Các đặc điểm chính 70
3.2.3. Các cấu hình hệ thống cơ bản 71
3.2.4. Các chức năng SCADA cơ bản 72
3.2.5. Các chức năng cơ bản 73
3.3. Truyền thông trong môi trờng WinCC 76
3.3.1. Bản chất truyền thông giữa máy tính (PC) và PLC 76
Hình 3.3: Bản chất của quá trình truyền thông trong WinCC 76
3.3.2. Hàm truyền thông cơ bản 78
3.4. Cài đặt phần mềm 79
3.5. Thiết kế giao diện 79
Hình 3.4: Biêủ tợng của WinCC 79
Hình 3.5: Tạo một Project mới 80
Hình 3.6: Các cách kết nối giữa PC và PLC 80
Hình 3.7: Chọn kết nối giữa một PC và một PLC 81
Hình 3.8: Đa các th viện vào dự án 81
Hình 3.9: Chọn kiểu màn hình HMI 82
Hình 3.10: Lựa chọn thiết bị cần lập trình 82
Hình 3.11: Màn hình giao diện của WinCC 83
Hình 3.12: Cửa sổ khai báo các trờng của Project 84
Hình 3.13: Cách lấy thanh công cụ 84
Hình 3.14: Thanh công cụ 85
Hình 3.15: Các cách kết nối 85
Hình 3.16: Thông tin kết nối 86
Chơng 4 87
CHƯƠNG TRìNH LậP TRìNH ĐIềU KHIểN, GIáM SáT CHO Lò

Hình 4.18: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho Timer 104
Hình 4.19: Tạo Tag cho Timer 104
Hình 4.20: Đặt tên cho Button_6 104
Hình 4.21: Đặt tên cho Button_6 105
7
4.3. Thử nghiệm hệ thống điều khiển, giám sát 105
Kết luận 106
Tài liệu tham khảo 107
Danh mục bảng
Bảng 4.1: Một số loại cặp nhiệt thông dụng Error: Reference source not found
8
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 lợng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trờng.
Ngay từ khi mới ra đời PLC đã trở thành cơ sở trong công nghiệp tự động
hoá, đặc trng của PLC là sử dụng vi xử lý để xử lý thông tin, các nối ghép logic
cần thiết trong quá trình điều khiển đợc xử lý bằng phần mềm do ngời sử dụng
lập nên và cài vào. Do đó, ngời ta có thể giải quyết nhiều bài toán về tự động hoá
khác nhau trên cùng một bộ điều khiển mà hầu nh không cần phải biến đổi gì
ngoài việc nạp chơng trình khác nhau. PLC giám sát thờng 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 chơng 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 đợc
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 u thế tuyệt đối về khả năng linh
động và khả năng giải quyết những bài toán tự động hoá phức tạp .


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 đợc ứng dụng rất thành công đem lại hiệu quả công
10
việc rất cao. Một trong những phơng án tốt nhất và đợc 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 lợng
của dây truyền sản xuất Bia là một điều tất yếu hiện nay.
#$%&'()*
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 đợc 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.
+,-&'&
Trong quá trình làm đồ án sử dụng những phơng pháp sau:
Phơng pháp nghiên cứu lý luận
Phơng pháp nghiên cứu thực tiễn
Phơng pháp thống kê toán học
Phơng pháp chuyên gia
Phơng pháp thực nghiệm
Tuy nhiên, PLC là một lĩnh vực mới đối với sinh viên đang còn ngồi trên
ghế nhà trờng cũng nh thời gian nghiên cứu tơng đối ngắn, nên mặc dù đợc thầy
giáo hớng dẫn tận tình và sự nỗ lực của bản thân nhng không thể tránh khỏi
những sai sót.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo.(/$0cùng các thầy
trong bộ môn đã tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.
Sinh viên thực hiện
,12.3$4
11

4
nhằm mục đích cung cấp Ca
2+
để phục vụ cho quá trình đờng hoá sau này
và có bổ sung thêm 1 loại enzym chống cháy có tên thơng mại là Termamyl để
pha loãng dung dịch, chống trờng hợp cháy nồi và enzym này phải là enzym chịu
nhiệt cao.
1.1.2. Malt
Là loại hạt ngũ cốc hay thờng gọi là lúa mạch (chiếm 70% thành phần
nguyên liệu sản xuất bia). Nó đợc nhập từ các nớc Anh, úc, Đan Mạch. Chất l-
12
ợng malt đợc đảm bảo theo tiêu chuẩn quy định đối với nguyên liệu sản xuất bia.
Malt dạng hạt sau khi xay đợc hoà tan bằng nớc ở 37
0
C và cho vào nồi malt (tank
nấu malt). Đối với việc hoà tan malt khác với hoà tan gạo vì malt dễ bị hiện tợng
đóng cục hơn do đó malt đợc khuấy trộn dới dạng phun nớc trớc khi cho vào nồi
phun.
Malt còn đợc dùng để tạo màu cho bia, với malt bình thờng không đủ độ
màu vì thế ngời 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 rợu, nấm hoặc vi khuẩn).Trong những trờng hợp này, những
chất men do vi sinh vật tạo ra là những yếu tố xúc tác. Chất men vẫn giữ đợc khả
năng hoạt động và tác dụng của nó khi lấy nó ra khỏi vi sinh vật. Mỗi loại men
có một hơng vị riêng.
1.1.4. Hoa Hupblon


Lên men phụ
CO
2
Men
sữa
Bão hòa CO
2
Nấm men
sữa
Rửa bã
Nước
Bia
hơi
CO
2
13
=>(?@ABCDE
H×nh 1.1: Quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt Bia.
14
Trên thực tế, sản xuất bia có thể điều khiển theo một trong 3 hình thức nh sau:
+ Bằng tay
+ Bán tự động
+ Tự động hoàn toàn
Khi nền kinh tế phát triển dẫn tới đời sống ngời dân ngày càng phát triển,
cũng từ đó các yêu cầu của ngời tiêu thụ càng khắt khe hơn, không những yêu
cầu về giá cả mà còn cả về chất lợng sản phẩm. Chất lợng 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 lợng công nhân mà còn đảm
bảo hệ thống làm việc chính xác với các yêu cầu về thời gian, nhiệt độ một

sạn
Quy trình thực hiện tại nhà nghiền nh sau (thực hiện khi nguyên liệu đầy
đủ trong các thùng):
17
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 lợng gạo
băng tải liệu hoạt động để cấp liệu)
Van V3 đóng van V1 mở, gạo sẽ vào cân nếu khối lợng gạo đạt mức yêu
cầu thì van V1 đóng van V3 mở máy nghiền hoạt động. Đồng thời van V4 mở
để cho nớc 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 l-
ợng malt băng tải liệu hoạt động để cấp liệu)
Van V3 đóng van V2 mở, malt sẽ vào cân nếu khối lợng malt đạt mức yêu
cầu thì van V1 đóng van V3 mở máy nghiền hoạt động. Đồng thời van V4 mở
để cho nớc 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 đợc tiến hành nh sau:
Máy ngừng hoạt động, các van V1, V2, V3, V4 đóng
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

Nguyên liệu sẽ đợc duy trì ở mức nhiệt độ không đổi trong thời gian nhất
định và sau đó sẽ tháo ở đờng nguyên liệu ra.
Hơi nớc nóng sau khi trao đổi nhiệt sẽ ngng tụ và đợc đa trả về nơi gia
nhiệt.
Sau khi tháo hết nguyên liệu, tank nấu sẽ đợc làm sạch.
a) Sơ đồ nguyên lý hoạt động của tank nấu
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 nớc nóng.
Van 11
20
b) Nguyên lý hoạt động tank nấu nh sau:
Hoạt động đồng bộ cùng với quá trình nghiền, khi bắt đầu nghiền lò sẽ đ-
ợc gia nhiệt. Nguyên liệu từ nhà nghiền sẽ đợc bơm M2 chuyển sang, khi
nguyên liệu vợt quá mức thấp thì động cơ M

2

bắt đầu hoạt động. Van V8 mở để
tăng lợng nớc vào tank lợng nớc và nguyên liệu sẽ đợc pha trộn theo đúng tỷ lệ
đã quy định.Thì van V12 mở hơi nớc 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


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 nớc dịch.
22
d) Sơ đồ hoạt động của khâu trộn gạo, malt và hupblon nh sau:
Hình 1.6 : Nguyên lý hoạt động của khâu trộn
*) Các thiết bị tank trộn
Các van V13, V14, V15
Bơm M4, M5
Cảm biến báo mức L

3
23
*) Nguyên lý hoạt động
Van V13, V14 ( van V15 đóng ) đồng thời mở cảm biến báo mức thấp L3
có tín hiệu, động cơ M4 quay tốc độ chậm cho đến khi nguyên liệu vào đầy.
Cảm biến báo mức cao L4 có tín hiệu van V13, V14 đóng đồng thời động cơ M4
chuyển sang chế độ quay nhanh sau thời gian định trớc. Sau thời gian này, động
cơ M4 chuyển sang chế độ quay chậm van V15 mở, bơm M5 hoạt động chuyển
dịch sang nhà lên men. Kết thúc chu kỳ trộn.
1.3.3. Nhà lên men và lọc bia
a) Khâu hạ nhiệt
Dịch từ khâu trộn đợc bơm M5 chuyển đến nhà lên men. Trớc khi đa vào
tank lên men thì dịch phải hạ nhiêt độ xuống còn 10
0
C nhờ có bộ phận hạ nhiệt.
Hình 1.7 : Quá trình hạ nhiệt
Bộ phận hạ nhiệt bao gồm :
Cánh tản nhiệt có nhiệm vụ thoát nhiệt.
ống dẫn nớc lạnh (nớc đợc làm lạnh xuống 2
0

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 đợc là
bia non tiến hành tiếp quá trình ủ bia từ 6-10 ngày để nồng độ CO
2
, hàm lợng
cồn diaxentin, độ axit đạt chỉ tiêu yêu cầu.
d) Làm trong bia
Để đợc bia có độ trong cần thiết phải tiến hành lọc và làm trong. 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 lợng 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.
25
e) 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 đợc chuyển
đến nhà chiết.
1.3.4. Nhà chiết
Quá trình hoạt động của nhà chiết có thể đợc mô tả bằng sơ đồ sau:
Hình 1.9: Nguyên lý hoạt động nhà chiết

Máy bốc
chai vào két
Chai
Máy rửa
chai
Chai Bia