Xây dựng hệ thống điều kiển giám sát SCADA hệ nấu trong dây chuyền sản xuất bia chất lượng cao.doc

DỊCH VỤ VIẾT THUÊ ĐỀ TÀI TRỌN GÓI ZALO / TEL: 0909.232.620
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
===== =====
NGUYỄN XUÂN HỢP
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA
HỆ NẤU TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA CHẤT
LƯỢNG CAO
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Hà Nội – 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
===== =====
NGUYỄN XUÂN HỢP
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA
HỆ NẤU TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA CHẤT
LƯỢNG CAO
NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. ĐINH VĂN NHÃ
HÀ NỘI – 2012

Môc lôc
Trang
Lêi cam ®oan .......................................................... Error! Bookmark not defined.
Danh môc çc ch÷ viÕt t¾t vµ çc h×nh vÏ trong luËn v¨n............... Error!
Bookmark not defined.
Lêi nãi ®Çu ............................................................... Error! Bookmark not defined.
CH¦¥NG I: GIíI THIÖU VÒ HÖ THèNG SCADA Vµ TæNG QUAN VÒ NHµ M¸Y BIA
........................................................................................ Error! Bookmark not defined.
1.1. HÖ THèNG SCADA.......................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.1Chøc n¨ng vµ nhiÖm vô c¬ b¶n cña hÖ SCADA......... Error! Bookmark not defined.
1.1.2CÊu tróc c¬ b¶n cña mét hÖ thèng SCADA ............... Error! Bookmark not defined.
1.1.3. HÖ thèng SCADA hiÖn ®¹i .............................................. Error! Bookmark not defined.
1.1.4. Çc øng dông cña hÖ thèng SCADA ............................... Error! Bookmark not defined.
1.1.5. Môc ®Ých ¸p dông hÖ thèng SCADA vµo s¶n xuÊt .......... Error! Bookmark not defined.
1.2. X¢Y DùNG HÖ THèNG SCADA .................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Yªu cÇu vµ c¬ së x©y dùng hÖ thèng tù ®éng hãa ........... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. ThiÕt kÕ çc chøc n¨ng hÖ thèng tù ®éng ho¸ ................. Error! Bookmark not defined.
1.3. giíi thiÖu vÒ nhµ m¸y bia .................... Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Quy tr×nh s¶n xuÊt bia ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Çc hiÖn tr−êng ............................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Çc thiÕt bÞ chÊp hµnh vµ sensor...................................... Error! Bookmark not defined.
Ch−¬ng II: Nghiªn cøu hÖ thèng nhµ nÊu.Error! Bookmark not defined.
2.1. L−u ®å P&ID cña hÖ thèng nhµ nÊu vµ chøc n¨ng nhiÖm vô mçi c«ng
®o¹n ........................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2. Bµi to¸n ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é .............. Error! Bookmark not defined.
2.2.1. §iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho nåi nÊu...................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. §iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho çc hÖ thèng kh¸c..................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Bµi to¸n ®iÒu khiÓn l−u l−îng........... Error! Bookmark not defined.
Ch−¬ng iii: nghiªn cøu hÖ thèng scada víi wincc vµ phÇn mÒm ®iÒu khiÓn
plc ................................................................................Error! Bookmark not defined.

3.1. Bé ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh PLC ................ Error! Bookmark not defined.
3.1.1 Giíi thiÖu vÒ PLC ............................................................. Error! Bookmark not defined.
3.1.2. So s¸nh PLC víi çc hÖ thèng kh¸c................................. Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Khèi ®iÒu khiÓn PID mÒm: FB41 CONT_C .................... Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Sö dông FC 105 ®Ó xö lý tÝn hiÖu cho module Analog.... Error! Bookmark not defined.
3.2. Giíi thiÖu vÒ WINCC................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Chøc n¨ng cña WinCC ..................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Mét sè ®èi t−îng ®iÓn h×nh trong WinCC ........................ Error! Bookmark not defined.
Ch−¬ng IV: ThiÕt kÕ hÖ thèng......................... Error! Bookmark not defined.
4.1. thiÕt kÕ phÇn cøng ................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.1. gi¶i ph¸p dù phßng cho hÖ thèng.................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.2. HÖ thèng dù phßng dïng WINCC ................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.3. Çc thiÕt bÞ phÇn cøng ..................................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.4. CÊu h×nh phÇn cøng cho Step7 ........................................ Error! Bookmark not defined.
4.2. thiÕt kÕ phÇn mÒm..................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.1. LËp tr×nh PLC .................................................................. Error! Bookmark not defined.
4.2.2. X©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn b»ng WINCC ............... Error! Bookmark not defined.
Çc kÕt qu¶ ®¹t ®−îc, h¹n chÕ vµ ph−¬ng h−íng ph¸t triÓn cña ®Ò tµi
........................................................................................Error! Bookmark not defined.
TµI LIÖU THAM KH¶O..............................................Error! Bookmark not defined.
PHô LôC.......................................................................Error! Bookmark not defined.

Lêi cam ®oan
T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i. Ngoµi phÇn tµi
liÖu tham kh¶o ®· ®−îc liÖt kª ®Çy ®ñ, c¸c sè liÖu vµ kÕt qu¶ trong phÇn luËn
v¨n lµ hoµn toµn trung thùc vµ ch−a ®−îc c«ng bè trong bÊt kú mét c«ng tr×nh
nµo kh¸c
Trang ‐1‐

Danh môc çc ch÷ viÕt t¾t vµ çc h×nh vÏ trong
luËn v¨n
* Danh môc çc ch÷ viÕt t¾t
CPU
D/A
FC
OB
PC
PLC
SCADA
WinCC
DB
RTU
HMI
CIP
: Central Processing Unit
: Digital / Analog
: Function
: Organisation Block
: Personal Computer
: Programmable Logic Controller
: Supervisory Control And Data Acquisition
: Window Control Center
: Data Block
: Remote Ternimal Unit
: Human Machine Interface
: Clean In Place
* Danh môc çc h×nh vÏ:
H×nh 1.1: M« h×nh ph©n cÊp chøc n¨ng
H×nh 1. 2. Quy tr×nh s¶n xuÊt bia
H×nh 2.1. S¬ ®å khèi çc c«ng ®o¹n trong hÖ thèng nÊu
H×nh 2.2. HÖ thèng nåi nÊu.
H×nh 2.3. HÖ thèng nåi läc
H×nh 2.4. Quy tr×nh nåi läc.
H×nh 2.5. CÊu t¹o bªn trong nåi läc.
H×nh 2.6. HÖ thèng nåi s«i hoa
H×nh 2.7. CÊu t¹o nåi s«i hoa.
H×nh 2.8. §−êng lu©n chuyÓn nhiÖt ®é vµ dÞch.
H×nh 2.9. HÖ thèng thïng l¾ng xo¸y
H×nh 2.10. HÖ thèng nåi trung gian
H×nh 2.11. HÖ thèng lµm l¹nh nhanh.
H×nh 2.12. L−u ®å ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho nåi nÊu.
H×nh 2.13. L−u ®å ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho nåi läc b·
H×nh 2.14. L−u ®å ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho trung gian
H×nh 2.15. L−u ®å ®iÒu khiÓn l−u l−îng
H×nh 3.1. CÊu tróc PLC
H×nh 3.2. CÊu h×nh mét thanh rack cña PLC S7-300
H×nh 3.3. S¬ ®å kÕt nèi çc rack
H×nh 3.4. Nguyªn lý lËp tr×nh tuyÕn tÝnh
H×nh 3.5. Nguyªn lý lËp tr×nh cã cÊu tróc
Trang ‐2‐

H×nh 3.6. Nh÷ng ®Æc tr−ng lËp tr×nh cña çc lo¹i ®iÒu
khiÓn H×nh 3.7. S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn PID
H×nh 3.8. S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña bé ®iÒu khiÓn mÒm
PID H×nh 3.9. Më khèi chøa th«ng tin cña bé ®iÒu khiÓn
PID H×nh 3.10. CÊu h×nh cho bé ®iÒu khiÓn PID mÒm.
H×nh 3.11. Hµm chuyÓn SCALE CONVERT FC105.
H×nh 3.12. Lùa chän lo¹i tÝn hiÖu vµo cho module vµo ra.
H×nh 3.13. §iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t qua m¹ng Profibus dïng
WINCC H×nh 3.14. Çc chøc n¨ng chÝnh cña hÖ thèng. H×nh
4.1. M« h×nh dù phßng toµn diÖn.
H×nh 4.2. M« h×nh dù phßng cho module I/O
H×nh 4.3. S¬ ®å chuyÓn m¹ch cho hÖ thèng dù phßng I/O vµ
BUS H×nh 4.4. S¬ ®å kÕt nèi phÇn cøng cho hÖ thèng dù
phßng I/O vµ BUS H×nh 4.5. S¬ ®å chuyÓn ®æi Server khi cã
x¶y ra sù cè H×nh 4.6. S¬ ®å kÕt nèi dù phßng cho server
H×nh 4.7. Çc thuéc tÝnh cña wincc hç trî khi thiÕt kÕ hÖ thèng dù phßng
H×nh 4.8. CÊu tróc c¬ b¶n cña mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶n håi.
H×nh 4.9. CÊu tróc cña mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn th¼ng
H×nh 4.10. ThiÕt bÞ ®o ¸p suÊt thùc tÕ trong nhµ m¸y
H×nh 4.11. ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng.
H×nh 4.12. CÊu tróc c¬ b¶n cña mét thiÕt bÞ chÊp hµnh.
H×nh 4.13. Van ®iÒu khiÓn PID
H×nh 4.14. Van ®iÖn ®iÒu khiÓn on/off
H×nh 4. 15. CÊu h×nh PLC cho hÖ thèng nÊu.
H×nh 4.16. CÊu h×nh PLC trong Step7.
H×nh 4.17. L−u ®å ch−¬ng tr×nh chÝnh.
H×nh 4.18. L−u ®å thuËt to¸n ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é
H×nh 4.19. L−u ®å thuËt to¸n cña chøc n¨ng maintenance.
H×nh 4.20. T×m m· lçi.
H×nh 4.21.Giao diÖn mµn h×nh chÝnh.
H×nh 4.22. Giao diÖn mµn h×nh ®iÒu khiÓn cho hai
nåi nÊu H×nh 4.23. Giao diÖn mµn h×nh maintenance
H×nh 4.24. Giao diÖn mµn h×nh cña ®å thÞ s¶n xuÊt.
H×nh 4.25. Giao diÖn cña mµn h×nh report.
* Danh môc çc b¶ng
B¶ng 1: Çc tham biÕn h×nh thøc ®Çu vµo FB41:
B¶ng 2: Çc tham biÕn h×nh thøc ®Çu ra FB41:
B¶ng 3: Çc tham sè hµm FC105:
B¶ng 4: Th«ng sè cña thiÕt bÞ ®o ¸p suÊt
B¶ng 5: Th«ng sè kü thuËt cña thiÕt bÞ ®o l−u l−îng
B¶ng 6: Th«ng sè kü thuËt cña van ®iÒu khiÓn PID
B¶ng 7: Ph©n bè ®Þa chØ cho PLC trªn tõng module:
Trang ‐3‐

Lêi nãi ®Çu
Tr−íc søc Ðp cña thÓ giíi vÒ sù thay ®æi to lín cña nÒn s¶n xuÊt c«ng nghiÖp
vÒ c¶ chiÒu réng lÉn chiÒu s©u do viÖc ¸p dông nh÷ng thµnh tùu cña khoa häc
c«ng nghÖ, ®iÒu nµy ®ång nghÜa víi viÖc ph¸t triÓn çc ngµnh c«ng nghiÖp trong
n−íc còng ph¶i ®−îc ph¸t triÓn mét çch m¹nh mÏ vµ h−íng tíi mét tÇm vãc míi. Do ®ã
chóng ta ph¶i t×m çch tiÕp cËn c«ng nghÖ vµ lµm chñ c«ng nghÖ. Mét khi chóng ta
®· lµm chñ ®−îc c«ng nghÖ mµ kh«ng ph¶i phô thuéc vµo ®èi t¸c kh¸c th× viÖc ¸p
dông çc thµnh tùu khoa häc c«ng nghÖ vµo s¶n xuÊt trë nªn dÔ dµng h¬n.
Cïng víi xu h−íng ph¸t triÓn chung kh«ng ngõng cña khoa häc kü thuËt,
ngµnh c«ng nghiÖp bia còng ®· cã nh÷ng b−íc tiÕn v−ît bËc. Çc nhµ m¸y bia
nhá lÎ ®· trë thµnh nh÷ng nhµ m¸y bia c«ng suÊt lín vµ hiÖn ®¹i, ®¸p øng
®−îc ngµy cµng cao vÒ chÊt l−îng vµ s¶n l−îng vµ chiÕn lÜnh thÞ tr−êng bia
trong n−íc. §Ó ®¹t ®−îc ®iÒu nµy lµ nhê vµo viÖc chóng ta ®· dÇn lµm chñ
®−îc c«ng nghÖ vµ tiÕn tíi lµm chñ toµn bé c«ng nghÖ.
Víi ®Ò tµi: “X©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t SCADA hÖ nÊu trong
d©y chuyÒn s¶n xuÊt bia chÊt l−îng cao”. Nh»m môc ®Ých cã thÓ thay thÕ
phÇn mÒm chuyªn dông ®−îc sö dông trong nhµ m¸y bia lµ Braumat.
Néi dung cña b¶n luËn v¨n ®−îc tr×nh bµy thµnh 4 ch−¬ng:
Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu vÒ hÖ thèng SCADA vµ tæng quan vÒ nhµ m¸y bia
Ch−¬ng 2: Nghiªn cøu hÖ thèng nhµ nÊu
Ch−¬ng 3: Nghiªn cøu hÖ thèng SCADA víi WinCC vµ phÇn mÒm ®iÒu khiÓn PLC
Ch−¬ng 4: ThiÕt kÕ hÖ thèng
Em xin ®−îc göi lêi c¶m ¬n s©u s¾c ®Õn thÇy “ PGS.TS §inh V¨n Nh· ”
víi nh÷ng chØ dÉn tËn t×nh trong suèt thêi gian thùc hiÖn ®å ¸n nµy.
Sinh viªn thùc hiÖn:
Trang ‐4‐

NguyÔn Xu©n Hîp
Môc lôc
Contents Trang
Lêi cam ®oan....................................................................................................................................... 1
Danh môc çc ch÷ viÕt t¾t vµ çc h×nh vÏ trong luËn v¨n......................................................... 2
Lêi nãi ®Çu .......................................................................................................................................... 4
CH¦¥NG I: GIíI THIÖU VÒ HÖ THèNG SCADA Vµ TæNG QUAN VÒ NHµ M¸Y BIA ....... 7
1.1. HÖ THèNG SCADA................................................................................................................ 7
1.1.1 Chøc n¨ng vµ nhiÖm vô c¬ b¶n cña hÖ SCADA ................................................ 8
1.1.2 CÊu tróc c¬ b¶n cña mét hÖ thèng SCADA ...................................................... 11
1.1.3. HÖ thèng SCADA hiÖn ®¹i ........................................................................................ 13
1.1.4. Çc øng dông cña hÖ thèng SCADA ....................................................................... 17
1.1.5. Môc ®Ých ¸p dông hÖ thèng SCADA vµo s¶n xuÊt............................................. 18
1.2. X¢Y DùNG HÖ THèNG SCADA....................................................................................... 19
1.2.1. Yªu cÇu vµ c¬ së x©y dùng hÖ thèng tù ®éng hãa ............................................. 19
1.2.2. ThiÕt kÕ çc chøc n¨ng hÖ thèng tù ®éng ho¸...................................................... 21
1.3. giíi thiÖu vÒ nhµ m¸y bia.................................................................................................... 24
1.3.1. Quy tr×nh s¶n xuÊt bia................................................................................................ 25
1.3.2. Çc hiÖn tr−êng............................................................................................................. 29
1.3.3. Çc thiÕt bÞ chÊp hµnh vµ sensor ........................................................................... 32
Ch−¬ng II: Nghiªn cøu hÖ thèng nhµ nÊu.................................................................................. 33
2.1. L−u ®å P&ID cña hÖ thèng nhµ nÊu vµ chøc n¨ng nhiÖm vô mçi c«ng
®o¹n................................................................................................................................................. 33
2.2. Bµi to¸n ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é........................................................................................... 42
2.2.1. §iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho nåi nÊu............................................................................. 42
2.2.2. §iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho çc hÖ thèng kh¸c.......................................................... 43
2.3. Bµi to¸n ®iÒu khiÓn l−u l−îng............................................................................................ 44
Ch−¬ng iii: nghiªn cøu hÖ thèng scada víi wincc vµ phÇn mÒm ®iÒu khiÓn
plc......................................................................................................................................................... 45
3.1. Bé ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh PLC .......................................................................................... 45
Trang ‐5‐

3.1.1 Giíi thiÖu vÒ PLC .......................................................................................................... 45
3.1.2. So s¸nh PLC víi çc hÖ thèng kh¸c ........................................................................... 54
3.1.3. Khèi ®iÒu khiÓn PID mÒm: FB41 CONT_C ......................................................... 56
3.1.3. Sö dông FC 105 ®Ó xö lý tÝn hiÖu cho module Analog..................................... 66
3.2. Giíi thiÖu vÒ WINCC........................................................................................................... 68
3.2.1 Chøc n¨ng cña WinCC.................................................................................................. 70
3.1.2 Mét sè ®èi t−îng ®iÓn h×nh trong WinCC............................................................... 71
Ch−¬ng IV: ThiÕt kÕ hÖ thèng..................................................................................................... 74
4.1. thiÕt kÕ phÇn cøng............................................................................................................. 74
4.1.1. gi¶i ph¸p dù phßng cho hÖ thèng.............................................................................. 74
4.1.2. HÖ thèng dù phßng dïng WINCC ............................................................................. 77
4.1.3. Çc thiÕt bÞ phÇn cøng.............................................................................................. 82
4.1.4. CÊu h×nh phÇn cøng cho Step7 .............................................................................. 90
4.2. thiÕt kÕ phÇn mÒm............................................................................................................ 98
4.2.1. LËp tr×nh PLC............................................................................................................... 98
4.2.2. X©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn b»ng WINCC............................................... 105
Çc kÕt qu¶ ®¹t ®−îc, h¹n chÕ vµ ph−¬ng h−íng ph¸t triÓn cña ®Ò tµi
109
TµI LIÖU THAM KH¶O.................................................................................................................. 110
PHô LôC ........................................................................................................................................... 111
T¸c gi¶ ®· cã bµi b¸o göi ®¨ng ë “ T¹p chÝ Tù ®éng hãa Ngµy nay
(Automation Today) ISSN th¸ng 3/2012
PGS.TS §inh V¨n Nh·, KS NguyÔn Xu©n Hîp, KS. §inh V¨n Vinh, “X©y dùng hÖ thèng
®iÒu khiÓn gi¸m s¸t SCADA hÖ nÊu trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt bia chÊt l−îng cao”.
Trang ‐6‐

CH¦¥NG I: GIíI THIÖU VÒ HÖ THèNG SCADA Vµ TæNG
QUAN VÒ NHµ M¸Y BIA
1.1. HÖ THèNG SCADA
Víi sù ph¸t triÓn nhanh nÒn kinh tÕ, çc hÖ thèng thu thËp, gi¸m s¸t, xö lý d÷ liÖu vµ
®iÒu khiÓn çc qu¸ tr×nh c«ng nghiÖp SCADA (Supervisory Control And Data
Acquision) ®· xuÊt hiÖn ngµy cµng nhiÒu trong çc lÜnh vùc c«ng-n«ng nghiÖp, khoa
häc vò trô, hµng kh«ng, c«ng nghÖ sinh häc, y häc, m«i tr−êng vµ nhiÒu lÜnh vùc kh¸c.
Kh«ng nh÷ng thÕ nã cßn thÓ hiÖn tÝnh hiÖu qu¶ trong c«ng nghiÖp, gióp con ng−êi
quan s¸t thu thËp qu¶n lý d÷ liÖu vµ ®iÒu khiÓn tù ®éng çc thiÕt bÞ tõ xa.
Trong çc lÜnh vùc kü thuËt c«ng nghiÖp, çc hÖ thèng trªn cµng ngµy cµng ph¸t
triÓn nhanh víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña nhu cÇu thÞ tr−êng ®· lµm thay ®æi tÝnh
chÊt còng nh− quy m« s¶n xuÊt cña çc nhµ m¸y nh»m t¨ng kh¶ n¨ng s¶n xuÊt vµ
c¹nh tranh cña nhµ m¸y. HÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ph¶i ®¸p øng yªu cÇu ®¶m
b¶o ®é æn ®Þnh vµ chÝnh x¸c cña çc th«ng sè ®o vµ cËp nhËt çc th«ng sè ®o vµ
®iÒu khiÓn víi tèc ®é cao nh− th«ng sè: Møc, l−u l−îng, vµ çc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn
t¹i phßng ®iÒu khiÓn trung t©m. Ngoµi chøc n¨ng ®iÒu khiÓn, çc th«ng sè cßn
®−îc l−u tr÷, xö lý, lËp çc b¸o ço ®¸p øng viÖc theo dâi chÊt l−îng cña nhµ qu¶n lý
vÒ chÊt l−îng, vÒ chi phÝ s¶n xuÊt, tõ ®ã nhµ qu¶n lý cã thÓ ®−a ra çc quyÕt
®Þnh nh»m ®iÒu chØnh ho¹t ®éng s¶n xuÊt còng nh− ®−anh ra çc quyÕt ®Þnh
kinh doanh hiÖu qu¶. Tr−íc ®©y khi gi¸ nh©n c«ng rÎ vµ çc nhµ m¸y cã quy m« nhá
nªn viÖc thu thËp d÷ liÖu chñ yÕu ®−îc thùc hiÖn thñ c«ng bëi çc c«ng nh©n vËn
hµnh. ViÖc s¶n xuÊt b»ng tay ®ßi hái sè l−îng lín ng−êi lao ®éng tuy nhiªn vÉn
kh«ng ®¹t ®−îc chÊt l−îng æn ®Þnh còng nh− t¨ng n¨ng suÊt vµ hiÖu qu¶ s¶n xuÊt.
Khi viÖc thu thËp d÷ liÖu thñ c«ng kh«ng cßn ®¸p øng ®−îc tÝnh chÊt cña mét nÒn
s¶n xuÊt c«ng nghiÖp. NhiÒu phÇn mÒm còng nh− çc thiÕt bÞ phÇn cøng liªn tôc
®−îc ph¸t triÓn thay thÕ ®Ó ®−a vµo thùc thÕ s¶n xuÊt.
Mét hÖ SCADA truyÒn thèng lµ mét hÖ thèng m¹ng vµ thiÕt bÞ cã nhiÖm vô thuÇn
tuý lµ thu thËp d÷ liÖu tõ çc tr¹m ë xa vµ truyÒn t¶i th«ng tin vÒ khu trung t©m ®Ó
Trang ‐7‐

xö lý. Trong çc hÖ thèng nh− vËy, hÖ thèng truyÒn th«ng ®−îc chó träng vµ phÇn
cøng ®−îc quan t©m nhiÒu h¬n. Theo xu h−íng ph¸t triÓn hiÖn ®¹i, trong gi¶i ph¸p
®iÒu khiÓn ph©n t¸n cã s½n hÖ thèng truyÒn th«ng ë cÊp d−íi (bus tr−êng, bus xö
lý) vµ ë cÊp trªn (Ethernet). Th× träng t©m cña viÖc x©y dùng hÖ SCADA lµ lùa
chän c«ng cô phÇn mÒm thiÕt kÕ giao diÖn vµ tÝch hîp hÖ thèng.
Cã thÓ h×nh dung t¹o dùng mét øng dông SCADA gåm hai c«ng viÖc
chÝnh: x©y dùng mµn h×nh hiÓn thÞ vµ thiÕt lËp mèi quan hÖ gi÷a çc h×nh
¶nh trªn mµn h×nh víi çc biÕn qu¸ tr×nh.
Nãi çch kh¸c, hÖ thèng SCADA th−êng ®−îc dïng ®Ó chØ tÊt c¶ çc hÖ
thèng m¸y tÝnh ®−îc thiÕt kÕ ®Ó thùc hiÖn çc chøc n¨ng sau:
- Thu thËp d÷ liÖu tõ çc thiÕt bÞ c«ng nghiÖp hoÆc çc c¶m biÕn.
- Xö lý vµ thùc hiÖn çc phÐp tÝnh trªn çc d÷ liÖu thu thËp ®−îc.
- HiÓn thÞ çc d÷ liÖu thu thËp ®−îc vµ kÕt qu¶ ®· xö lý.
- NhËn çc lÖnh tõ ng−êi ®iÒu hµnh vµ göi çc lÖnh ®ã ®Õn çc thiÕt
bÞ cña nhµ m¸y.
- Xö lý çc lÖnh tù ®éng hoÆc b»ng tay mét çch kÞp thêi vµ chÝnh x¸c.
1.1.1 Chøc n¨ng vµ nhiÖm vô c¬ b¶n cña hÖ SCADA
HÖ thèng SCADA ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c lÊy tÝn hiÖu tõ çc c¬
cÊu c¶m biÕn ®−îc g¾n trªn çc thiÕt bÞ c«ng t¸c hoÆc trªn d©y chuyÒn s¶n
xuÊt göi vÒ cho m¸y tÝnh (thùc hiÖn phÇn thu thËp d÷ liÖu). M¸y tÝnh xö lý,
kiÓm tra tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña hÖ thèng, çc yªu cÇu kü thuËt cña s¶n
phÈm ®· ®−îc cµi s½n trong bé nhí. §ång thêi, m¸y tÝnh sÏ hiÓn thÞ l¹i nh÷ng
th«ng tin kü thuËt cña hÖ thèng trªn mµn h×nh, cho phÐp tù ®éng gi¸m s¸t vµ
®iÒu khiÓn hÖ thèng vµ ph¸t ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Õn m¸y c«ng t¸c t¹o
nªn vßng tÝn hiÖu kÝn (thùc hiÖn chøc n¨ng gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn).
ViÖc ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t ë ®©y bao hµm hai ý nghÜa:
 Con ng−êi theo dâi vµ ®iÒu khiÓn.

 M¸y tÝnh gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn.
Trang ‐8‐

§èi víi çc hÖ thèng s¶n suÊt tù ®éng tr−íc ®©y, viÖc kiÓm tra gi¸m s¸t
hoµn toµn do con ng−êi ®¶m tr¸ch. So víi m¸y tÝnh, tèc ®é xö lý cña con
ng−êi rÊt chËm vµ dÔ nhÇm lÉn. ViÖc tÝnh to¸n ®iÒu khiÓn cña m¸y tÝnh sÏ
tr¸nh ®−îc nh÷ng hËu qu¶ trªn. Nh÷ng sai sãt nhá, th−êng xuyªn gÆp ph¶i sÏ
®−îc m¸y tÝnh gi¸m s¸t vµ xö lý theo ch−¬ng tr×nh ®· ®−îc cµi ®Æt. §èi víi
nh÷ng sù cè lín, m¸y tÝnh sÏ b¸o cho ng−êi theo dâi biÕt vµ t¹m dõng ho¹t
®éng cña hÖ thèng ®Ó chê quyÕt ®Þnh cña ng−êi ®iÒu hµnh.
M« h×nh ph©n cÊp chøc n¨ng ®iÒu khiÓn:
H×nh1.1 M« h×nh ph©n cÊp chøc n¨ng
a. CÊp chÊp hµnh
Çc chøc n¨ng chÝnh cña cÊp chÊp hµnh lµ ®o l−êng, dÉn ®éng vµ chuyÓn ®æi tÝn
hiÖu trong tr−êng hîp cÇn thiÕt. Thùc tÕ, ®a sè çc thiÕt bÞ c¶m biÕn (sensor) hay
chÊp hµnh (actuator) còng cã phÇn ®iÒu khiÓn riªng cho viÖc thùc hiÖn ®o l−êng,
truyÒn ®éng ®−îc chÝnh x¸c vµ nhanh nh¹y. Çc thiÕt bÞ th«ng minh (smart devices) cã
thÓ ®¶m nhËn viÖc xö lý vµ chuÈn bÞ th«ng tin tr−íc khi ®−a lªn cÊp ®iÒu khiÓn.
b. CÊp ®iÒu khiÓn
NhiÖm vô chÝnh cña cÊp ®iÒu khiÓn lµ nhËn th«ng tin tõ çc bé c¶m biÕn, xö lý çc
th«ng tin theo thuËt to¸n nhÊt ®Þnh vµ truyÒn ®¹t l¹i kÕt qu¶ xuèng çc cÊp chÊp hµnh.
Khi cßn ®iÒu khiÓn thñ c«ng, nhiÖm vô ®ã ®−îc ng−êi ®øng m¸y trùc tiÕp ®¶m nhËn
qua viÖc theo dâi çc c«ng cô ®o l−êng, sö dông kiÕn thøc vµ kinh nghiÖm ®Ó
Trang ‐9‐

thùc hiÖn nh÷ng thao t¸c cÇn thiÕt nh− Ên nót ®ãng/ më van, ®iÒu chØnh
cÇn g¹t, nóm xoay…Trong mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng, m¸y tÝnh thùc
hiÖn nh÷ng nhiÖm vô ®ã.
Do ®Æc tÝnh næi bËt cña cÊp ®iÒu khiÓn lµ xö lý th«ng tin, nªn kh¸i niÖm cÊp
xö lý (process level) còng hay ®−îc sö dông. Tuy nhiªn, kh¸i niÖm nµy kh«ng ®−îc
chÝnh x¸c v× trong çc hÖ thèng tù ®éng ho¸ hiÖn ®¹i, viÖc xö lý th«ng tin kh«ng
ph¶i lµ ®éc quyÒn ë cÊp nµy. Nh− ®· nªu trªn, çc thiÕt bÞ th«ng minh ë cÊp c¶m
biÕn/chÊp hµnh còng cã thÓ ®¶m nhËn mét phÇn viÖc nµy. Ngoµi ra, viÖc thùc
hiÖn çc chøc n¨ng ë bÊt kú cÊp nµo bªn trªn ®Òu mang b¶n chÊt lµ xö lý th«ng tin.
CÊp ®iÒu khiÓn vµ cÊp chÊp hµnh còng hay ®−îc gäi chung lµ cÊp
tr−êng (field level) chÝnh v× çc bé ®iÒu khiÓn, c¶m biÕn vµ chÊp hµnh
®−îc cµi ®Æt trùc tiÕp t¹i hiÖn tr−êng, gÇn kÒ víi hÖ thèng kü thuËt.
c. CÊp ®iÒu hµnh qu¸ tr×nh
§iÒu hµnh qu¸ tr×nh tøc lµ ®iÒu khiÓn vµ vËn hµnh mét qu¸ tr×nh kü thuËt. Khi
®a sè çc chøc n¨ng nh− ®o l−êng ®iÒu khiÓn, ®iÒu chØnh, b¶o tr× hÖ thèng ®−îc
çc cÊp c¬ së thùc hiÖn, th× nhiÖm vô cña çc cÊp ®iÒu hµnh qu¸ tr×nh lµ hç trî
ng−êi sö dông trong viÖc cµi ®Æt øng dông, thao t¸c, theo dâi, gi¸m s¸t vËn hµnh vµ
xö lý nh÷ng t×nh huèng bÊt th−êng. Ngoµi ra, trong mét sè tr−êng hîp, cÊp nµy cßn
thùc hiÖn çc bµi to¸n ®iÒu khiÓn cao cÊp nh− ®iÒu khiÓn phèi hîp, ®iÒu khiÓn
khëi ®éng/dõng vµ ®iÒu khiÓn theo c«ng thøc (vÝ dô nh− trong chÕ biÕn d−îc
phÈm, ho¸ chÊt). Kh¸c víi çc cÊp d−íi, viÖc thùc hiÖn çc chøc n¨ng ë cÊp ®iÒu
hµnh qu¸ tr×nh th−êng kh«ng ®ßi hái ph−¬ng tiÖn, thiÕt bÞ phÇn cøng ®Æc biÖt cã
giao diÖn m¹ng ngoµi çc m¸y tÝnh ®iÒu hµnh.
HiÖn nay, do nhu cÇu tù ®éng ho¸ tæng thÓ ë çc cÊp ®iÒu hµnh s¶n xuÊt vµ
qu¶n lý c«ng ty, viÖc tÝch hîp hÖ thèng vµ lo¹i bá çc cÊp trung gian kh«ng cÇn
thiÕt trong m« h×nh chøc n¨ng trë nªn cÇn thiÕt. Còng v× thÕ, ranh giíi gi÷a cÊp
®iÒu hµnh qu¸ tr×nh vµ ®iÒu hµnh s¶n xuÊt nhiÒu khi kh«ng râ rµng, h×nh thµnh xu
h−íng héi nhËp hai cÊp nµy thµnh mét cÊp duy nhÊt gäi chung lµ cÊp ®iÒu hµnh.
Trang ‐10‐

Tãm l¹i, çc chøc n¨ng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t cña mét hÖ SCADA:
 Gi¸m s¸t vËn hµnh

 §iÒu khiÓn vËn hµnh

 B¸o ço vµ b¸o ®éng

 §iÒu khiÓn cao cÊp

 Qu¶n lý vµ l−u tr÷ d÷ liÖu qu¸ tr×nh
1.1.2 CÊu tróc c¬ b¶n cña mét hÖ thèng SCADA
Mét hÖ thèng SCADA c¬ b¶n cã çc thµnh phÇn:
a. MTU (Master Terminal Unit) - Tr¹m ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t trung t©m:
MTU lµ trung t©m cña mét hÖ thèng SCADA, trong thùc tÕ nã th−êng lµ mét hÖ
m¸y tÝnh c«ng nghiÖp. MTU giao tiÕp víi ng−êi ®iÒu hµnh vµ RTU th«ng qua khèi
truyÒn th«ng. Ngoµi ra MTU cßn ®−îc kÕt nèi víi çc thiÕt bÞ ngo¹i vi nh− monitor,
m¸y in vµ cã thÓ kÕt nèi víi m¹ng truyÒn th«ng. NhiÖm vô cña MTU bao gåm:
- CËp nhËt d÷ liÖu tõ çc thiÕt bÞ RTU vµ nhËn lÖnh tõ ng−êi ®iÒu hµnh.
- XuÊt d÷ liÖu ®Õn çc thiÕt bÞ thi hµnh RTU.
- HiÓn thÞ çc th«ng tin cÇn thiÕt vÒ çc qu¸ tr×nh còng nh− tr¹ng th¸I cña çc
thiÕt bÞ lªn mµn h×nh gióp con ng−êi ®iÒu hµnh gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn.
- L−u tr÷, xö lý çc th«ng tin vµ giao tiÕp víi çc hÖ thèng th«ng tin
kh¸c. b. RTU (Remote Terminal Unit)
RTU thu nhËn th«ng tin tõ xa, th−êng ®−îc ®Æt t¹i n¬i lµm viÖc ®Ó thu thËp d÷
liÖu vµ th«ng tin tõ çc thiÕt bÞ hiÖn tr−êng nh− çc valve, çc c¶m biÕn, çc ®ång
hå ®o ®Ó göi ®Õn MTU xö lý vµ th«ng b¸o cho ng−êi ®iÒu hµnh biÕt t×nh tr¹ng,
tr¹ng th¸I ho¹t ®éng cña çc thiÕt bÞ hiÖn tr−êng. MÆt kh¸c, nã nhËn lÖnh hay tÝn
hiÖu ®o tõ MTU ®Ó ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng c¶u çc thiÕt bÞ theo yªu cÇu.
Th«ng th−êng çc RTU l−u gi÷ th«ng tin thu thËp ®−îc trong bé nhí cña nã vµ
chê yªu cÇu tõ MTU míi truyÒn tÝn hiÖu d÷ liªu. Tuy nhiªn, ngµy nay çc RTU hiÖn
Trang ‐11‐

®¹i cã çc m¸y tÝnh vµ PLC cã thÓ thùc hiÖn ®iÒu khiÓn trùc tiÕp qua çc
®Þa ®iÓm tõ xa mµ kh«ng cÇn ®Þnh h−íng c¶u MTU.
c. Khèi truyÒn th«ng
Lµ m«i tr−êng truyÒn th«ng gi÷a çc khèi thiÕt bÞ víi nhau, bao gåm phÇn
cøng vµ phÇn mÒm.
PhÇn cøng: lµ çc thiÕt bÞ kÕt nèi nh− modem, hép nèi, çp truyÒn vµ çc
thiÕt bÞ thu ph¸t v« tuyÕn (trong hÖ thèng kh«ng d©y wireless), çc tr¹m lÆp
(trong tr−êng hîp truyÒn ®i xa).
PhÇn mÒm: ®ã lµ çc giao thøc truyÒn th«ng (protocol), çc ng«n ng÷ lËp
tr×nh ®−îc dïng ®Ó çc thiÕt bÞ cã thÓ giao tiÕp víi nhau.
CPU cña RTU nhËn luång d÷ liÖu nhÞ ph©n theo giao thøc truyÒn th«ng. Çc
giao thøc cã thÓ lµ giao thøc më nh− TCPIP (Transmission Control Protocol and
Internet Protocol) hoÆc çc giao thøc riªng. Nh÷ng luång th«ng tin ®−îc tæ chøc
theo m« h×nh 7 líp ISO/OSI. M« h×nh OSI ®−îc sö dông ®Ó ®Æt tiªu chuÈn cho
çch trao ®æi th«ng tin víi çc giao thøc. TruyÒn th«ng vµ d÷ liÖu RTU nhËn
th«ng tin cña nã nhê vµo sù nhËn d¹ng m· trong d÷ liÖu truyÒn. D÷ liÖu nµy
®−îc biªn dÞch vµ ®−îc CPU ®iÒu khiÓn thÝch hîp t¸c ®éng t¹i chç.
d. HMI: Giao diÖn ng−êi m¸y
Lµ çc thiÕt bÞ hiÓn thÞ qu¸ tr×nh xö lý d÷ liÖu ®Ó ng−êi vËn hµnh ®iÒu
khiÓn çc qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña hÖ thèng.
e. Xö lý d÷ liÖu
D÷ liÖu truyÒn t¶i trong hÖ SCADA cã thÓ lµ d¹ng liªn tôc (analog), d¹ng
sè (digital) hay d¹ng xung.
Giao diÖn c¬ së ®Ó vËn hµnh t¹i çc thiÕt bÞ ®Çu cuèi lµ mét mµn h×nh giao diÖn
®å häa GUI (Graphical User Interface) dïng ®Ó hiÓn thÞ toµn bé hÖ thèng ®iÒu khiÓn
Trang ‐12‐

gi¸m s¸t hoÆc çc thiÕt bÞ trong hÖ thèng. T¹i mét thêi ®iÓm d÷ liÖu ®−îc hiÓn thÞ d−íi
d¹ng h×nh ¶nh tÜnh, khi d÷ liÖu thay ®æi th× h×nh ¶nh nµy còng thay ®æi theo.
Trong tr−êng hîp d÷ liÖu cña hÖ thèng biÕn ®æi liªn tôc theo thêi gian, hÖ
SCADA th−êng hiÓn thÞ qu¸ tr×nh thay ®æi d÷ liÖu nµy trªn mµn h×nh giao
diÖn ®å häa d−íi d¹ng ®å thÞ.
Mét −u ®iÓm lín cña hÖ SCADA lµ kh¶ n¨ng xö lý lçi rÊt thµnh c«ng khi hÖ
thèng x¶y sù cè. Nh×n chung, khi cã sù cè hÖ SCADA cã thÓ lùa chän mét
trong çc çch xö lý sau:
• Sö dông d÷ liÖu cÊt gi÷ trong çc RTU: trong çc hÖ SCADA cã çc RTU cã
dung l−îng bé nhí lín, khi hÖ thèng ho¹t ®éng æn ®Þnh, d÷ liÖu sÏ ®−îc sao
l−u vµo trong bé nhí cña RTU. Do ®ã, khi hÖ thèng x¶y ra lçi th× çc RTU sÏ
sö dông t¹m d÷ liÖu nµy cho ®Õn khi hÖ thèng ho¹t ®éng trë l¹i b×nh th−êng.
• Sö dông çc phÇn cøng dù phßng cña hÖ thèng: hÇu hÕt çc hÖ SCADA
®Òu ®−îc thiÕt kÕ thªm çc bé phËn dù phßng, vÝ dô nh− hÖ thèng truyÒn
th«ng hai ®−êng truyÒn, çc RTU ®«i hoÆc hai m¸y chñ… do vËy, çc bé
phËn dù phßng nµy sÏ ®−îc ®−a vµo sö dông khi hÖ SCADA cã sù cè hoÆc
ho¹t ®éng offline (cã thÓ cho môc ®Ých b¶o d−ìng, söa ch÷a, kiÓm tra…)
1.1.3. HÖ thèng SCADA hiÖn ®¹i
Cïng víi sù ph¸t triÓn v−ît bËc cña c«ng nghÖ viÔn th«ng vµ c«ng nghÖ th«ng
tin, xu h−íng ph¸t triÓn cña çc PLC vµ phÇn mÒm HMI/SCADA ngµy cµng trë nªn
“mix and match” – Lùa chän vµ kÕt nèi kh¸c nhau nh−ng ®Ò hç trî cho nhau ®Ó t¹o
thµnh mét chØnh thÓ thèng nhÊt. Çc hÖ thèng SCADA ngµy nay cho phÐp thu
thËp d÷ liÖu, ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t trªn mét ph¹m vi réng lín h¬n, cã thÓ lªn ®Õn
hµng ngµn hay thËm chÝ lµ c¶ hµng chôc ngµn kªnh Input/Output víi tèc ®é nhanh
vµ ®é tin cËy cao nhê vµo çc giao thøc më vµ çc m¹ng truyÒn th«ng nh− m¹ng
PROFIBUS, WAN, LAN, INTHENET vµ c¶ m¹ng Internet. HÇu hÕt çc phÇn mÒm
SCADA ngµy nay ®Òu cã hç trî kÕt nèi Internet. MÆt kh¸c, trong hÖ thèng SCADA
Trang ‐13‐

ngµy nay cã çc PLC cã kh¶ n¨ng ®¶m nhËn viÖc gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn t¹i çc
®iÓm côc bé. Tuy nhiªn, MTU vÉn kh«ng thÓ thiÕu trong hÖ thèng SCADA.
a. CÊu tróc hÖ thèng
Ngµy nay, çc hÖ thèng SCADA thÕ hÖ míi ®−îc x©y dùng theo cÊu tróc
ph©n bè, trong ®ã m¸y chñ ®−îc ph©n bè trªn mét sè çc bé xö lý ®−îc nèi víi
nhau th«ng qua m¹ng côc bé (LAN). Trong ®ã, mçi bé xö lý cã mét nhiÖm vô
riªng nhÊt ®Þnh nh−: thu thËp vµ xö lý, x©y dùng hiÓn thÞ, t¹o b¸o ço… vµ
mét sè bé xö lý dïng ®Ó dù phßng.
HÖ thèng ®−îc thiÕt kÕ theo giao thøc më vµ c¬ chÕ Client – Server.
Víi:
• IOS: module çc ngâ vµo ra d÷ liÖu (Data Input/Output Modules).
• MMI: module giao tiÕp gi÷a ng−êi vµ m¸y (Man- Machine Interface).
• HDC: module l−u tr÷ d÷ liÖu thu thËp ®−îc trong qu¸ khø (Historical for
Data Collection Storage).
• GW: cæng giao tiÕp cho m¹ng LAN (Gateway for Inter-LAN Comunication).
• APPS: module tÝnh to¸n vµ xö lý øng dông (Aplication Calculation and
Processing Module).
b. §Æc tÝnh chÝnh cña hÖ thèng
• §å häa hoµn toµn trong qu¸ tr×nh gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn.
• Cã hÖ thèng l−u tr÷ d÷ liÖu (History) vµ hiÓn thÞ ®å thÞ qu¸ tr×nh, cã
kh¶ n¨ng hiÓn thÞ ®a tÝn hiÖu.
• HÖ thèng c¶nh b¸o vµ ghi nhËn sù kiÖn (Alarm/ Event System).
• Hç trî çc chuÈn truyÒn th«ng nèi tiÕp, song song vµ giao thøc TCP/IP.
• HÖ thèng b¸o ço, b¸o biÓu theo chuÈn c«ng nghiÖp.
• Hç trî çc chuÈn giao diÖn OPC, OLE/DB vµ çc giao diÖn c«ng
nghiÖp kh¸c.
• Kh¶ n¨ng tÝch hîp tÝn hiÖu Video ®éng.
Kh¶ n¨ng ®ång bé vÒ thêi gian víi hÖ thèng còng nh− gi÷a çc Server vµ Client
Trang ‐14‐

c. §Æc ®iÓm vÒ giao tiÕp gi÷a ng−êi vµ m¸y
VÒ phÇn giao tiÕp gi÷a ng−êi vµ m¸y, çc hÖ thèng SCADA ngµy nay ®−îc
trang bÞ çc khèi hiÓn thÞ h×nh ¶nh VDU (Video Display Unit), hiÓn thÞ ®Çy ®ñ
h×nh ¶nh ®å häa cña çc qu¸ tr×nh. Ngoµi ra cßn cã kÌm theo mouse, trackball,
joystick vµ bµn phÝm, çc nót ®iÒu khiÓn ®−îc thay thÕ b»ng çc biÓu t−îng
(Icon) trªn mµn h×nh. Chóng ®−îc t¸c ®éng b»ng mouse, bµn phÝm hay cã thÓ
chØ tay lªn biÓu t−îng trªn mµn h×nh ®èi víi çc mµn h×nh c¶m øng.
Çc thiÕt bÞ ®ã gióp cho ng−êi ®iÒu hµnh cã kh¶ n¨ng:
• Nhanh chãng ho¸n ®æi gi÷a çc hiÓn thÞ.
• Nhanh chãng xem ®−îc chi tiÕt çc th«ng tin ®−îc cËp nhËt.
• T¹o vµ söa ®æi çc hiÓn thÞ trùc tiÕp trªn mµn h×nh hÖ thèng.
• Cã nh÷ng hiÖu øng ®Æc biÖt gióp dÔ dµng ph©n biÖt tr¹ng th¸i còng nh−
nhËn biÕt d÷ liÖu (VÝ dô: çc mµu kh¸c nhau cho çc tr¹ng th¸i kh¸c nhau).
Ngoµi ra çc VDU ch¹y trªn m«i tr−êng Windows hay Windows-X cßn gióp
®iÒu hµnh viªn cã thÓ: Xem trªn cïng mét VDU nhiÒu m¶ng th«ng tin, vµ truy
cËp ®−îc çc d÷ liÖu n»m r¶i r¸c theo ®Þa lý hoÆc çc d÷ liÖu thuéc çc c¬
së d÷ liÖu kh¸c nhau.
VÒ çc RTU, kh«ng cßn lµ nh÷ng thiÕt bÞ thô ®éng n÷a mµ chóng lµm
nhiÖm vô thu thËp vµ l−u gi÷ d÷ liÖu vïng. NhiÒu møc xö lý d÷ liÖu vµ ®iÒu
khiÓn ®−îc thùc hiÖn t¹i çc RTU.
NhiÒu lo¹i thiÕt bÞ cã thÓ ®−îc nèi vµo çc RTU nh−: PLC, m¸y ®o l−u l−îng, thiÕt
bÞ lÊy chuÈn trong çc bin hay çc bån chøa… Çc RTU cã thÓ ®−îc kÕt nèi theo
kiÓu ph©n bè hoÆc kiÓu ph©n cÊp. D÷ liÖu cña çc RTU ®−îc xö lý t¹i tr¹m chñ.
VÒ c¬ së d÷ liÖu, çc d÷ liÖu ®−îc l−u tr÷ kh«ng chØ lµ d÷ liÖu ®o ®¹c tõ xa ®−îc tÝnh
to¸n mµ cßn lµ çc th«ng sè b¶o vÖ, çc sù kiÖn, çc mÉu tin còng nh− çc c¶nh b¸o.
Trang ‐15‐

Do tÝnh chÊt ph©n bè cña SCADA nªn c¬ së d÷ liÖu còng ®−îc ph©n bè. C¬ së
d÷ liÖu còng cã thÓ liªn hÖ víi hÖ thèng qu¶n trÞ th«ng tin (Managerment
Information System) vµ hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý GIS (Geographic Information
System). Ngoµi ra, çc d÷ liÖu cã thÓ ®−îc b¶o mËt b»ng çc password.
d. M¹ng SIMATIC
- M¹ng con (subnet): lµ toµn bé çc thµnh phÇn vËt lý cÇn thiÕt ®Ó x©y dùng thµnh
mét ®−êng truyÒn d÷ liÖu còng nh− çc thñ tôc cÇn thiÕt ®Ó chuyÓn d÷ liÖu.
- Çc lÜnh vùc øng dông cña çc subnet: Lµ çc m¹ng truyÒn th«ng thÝch hîp
cho çc yªu cÇu kh¸c nhau: Industrial Ethernet, Profibus, MPI, giao tiÕp AS.
CÊp qu¶n lý/qu¶n trÞ (Management Level): ë cÊp qu¶n trÞ, çc c«ng viÖc
gi¸m s¸t ®−îc xö lý ¶nh h−ëng ®Õn toµn bé çc c«ng viÖc (çc chøc n¨ng
qu¶n trÞ). Chóng bao gåm l−u gi÷ çc gi¸ trÞ qu¸ tr×nh, tèi −u hãa vµ ph©n
tÝch çc chøc n¨ng xö lý, còng nh− xuÊt çc kÕt qu¶ thµnh çc b¸o ço. D÷
liÖu cÇn cho çc b¸o ço nµy ®−îc thu thËp tõ nhiÒu chç vµ ®· ®−îc xö lý. Tõ
cÊp qu¶n lý, cã thÓ truy cËp çc chç kh¸c. Sè tr¹m cã thÓ lín h¬n 1000.
CÊp cell: ë cÊp cell, çc chøc n¨ng tù ®éng hãa vµ tèi −u hãa ®−îc xö lý tù
®éng. ë cÊp nµy çc PLC, PC vµ HMI (Human Machine Interfaace) ®−îc nèi
kÕt l¹i víi nhau.
CÊp field: CÊp field lµ nèi kÕt gi÷a nh÷ng n¬i l¾p ®Æt m¸y mãc vµ çc PLC. Çc thiÕt
bÞ tr−êng (field device) ®o l−êng, b¸o hiÖu vµ ph¸t çc lÖnh tõ cÊp cell ®Õn çc m¸y
mãc. Th−êng th× chuyÓn çc khèi d÷ liÖu nhá. ë cÊp nµy th× th−êng s¾p xÕp truyÒn
th«ng ph©n cÊp, nghÜa lµ nhiÒu thiÕt bÞ tr−êng truyÒn th«ng víi mét master.
CÊp Actuator/Sensor: ë cÊp nµy th× master truyÒn th«ng víi çc actuator vµ
sensor ®−îc nèi vµo subnet. §Æc tÝnh chÝnh cña nã lµ thêi gian ®¸p øng
nhanh víi sè bit d÷ liÖu nhá.
Trang ‐16‐

- Çc subnet trong SIMATIC: SIMATIC cung cÊp çc subnet sau ®©y mµ
chóng ®¹t ®−îc çc yªu cÇu cña çc cÊp hÖ thèng tù ®éng kh¸c nhau (cÊp
qu¶n trÞ, cÊp cell, cÊp tr−êng vµ cÊp actuator/sensor).
MPI (Multipoint Interface): MPI lµ mét subnet cho mét phñ nhá vµ mét sè Ýt
çc tr¹m cho cÊp cell vµ cÊp field. MPI lµ giao tiÕp ®a ®iÓm trong çc hÖ
thèng SIMATIC S7. Nã ®−îc thiÕt kÕ nh− giao tiÕp thiÕt bÞ lËp tr×nh vµ
dïng ®Ó nèi m¹ng mét sè Ýt CPU nh»m ®Ó trao ®æi çc khèi d÷ liÖu nhá.
PROFIBUS: PROFIBUS lµ m¹ng cho cÊp cell vµ field trong hÖ thèng truyÒn
th«ng më cña SIMATIC. Cã hai phiªn b¶n PROFIBUS: PROFIBUS-DP
fieldbus (DP= Distributed I/O) ®Ó trao ®æi d÷ liÖu tuÇn hoµn tèc ®é cao, vµ
PROFIBUS PA (PA= Process Actumation) cho çc øng dông vèn cã s½n an
toµn. PROFIBUS FDL (Fieldbus Data Link) hoÆc PROFIBUS FMS (Fieldbus
Message Specification) trong cÊp cell ®Ó trao ®æi d÷ liÖu tèc ®é cao víi çc
céng sù truyÒn th«ng cã quyÒn b»ng nhau.
Industrial Ethernet: Industrial Ethernet lµ m¹ng cho cÊp qu¶n trÞ vµ cÊp cell
trong hÖ truyÒn th«ng më SIMATIC. Industrial Ethernet thÝch hîp cho viÖc
trao ®æi d÷ liÖu cã l−îng d÷ liÖu lín.
Giao tiÕp AS: hay giao tiÕp actuator/ sensor (®−îc viÕt t¾t lµ AS-I hay ASI)
lµ hÖ subnet cho çc cÊp qu¸ tr×nh thÊp nhÊt trong çc hÖ thèng tù ®éng. Nã
®−îc thiÕt kÕ ®Æc biÖt cho kÕt nèi gi÷a çc sensor vµ actuator nhÞ ph©n.
L−îng d÷ liÖu bÞ giíi h¹n ë 4 bit cho mét tr¹m slave.
1.1.4. Çc øng dông cña hÖ thèng SCADA
Ngµy nay hÖ thèng SCADA ®−îc øng dông réng r·i trong hÇu hÕt çc
lÜnh vùc c«ng nghiÖp. §Æc biÖt trong mét sè lÜnh vùc sau:
• HÖ thèng SCADA cho çc tr¹m trén bª t«ng, çc nhµ m¸y s¶n xuÊt xi-
m¨ng, çc nhµ m¸y chÕ biÕn thùc phÈm, n−íc gi¶i kh¸t.
Trang ‐17‐

• HÖ thèng SCADA cho hÖ thèng vËn chuyÓn hµnh lý vµ hµng ho¸ t¹i
çc s©n bay, bÕn c¶ng.
• HÖ thèng SCADA gi¸m s¸t çc giµn khoan èng dÉn dÇu, dÉn khÝ.
• HÖ thèng SCADA cho nhµ m¸y n−íc, xö lý chÊt th¶i, çc kho x¨ng dÇu.
• HÖ thèng SCADA cho hÖ thèng ph©n phèi l−íi ®iÖn.
Ngoµi ra, hÖ thèng SCADA cßn ®−îc øng dông ®Ó gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn
trong çc nhµ m¸y h¹t nh©n vµ trong çc ngµnh kü thuËt hµng kh«ng vò trô vµ
mét sè ngµnh c«ng nghiÖp c«ng nghÖ cao kh¸c.
1.1.5. Môc ®Ých ¸p dông hÖ thèng SCADA vµo s¶n xuÊt
ViÖc ¸p dông hÖ thèng SCADA kh«ng ph¶i chØ lµ ch¹y ®ua theo c«ng nghÖ
mµ nã thùc sù h÷u Ých trong hÇu hÕt çc nhµ m¸y hiÖn nay. Víi çc lý do sau:
- C¶i thiÖn ®iÒu kiÖn lµm viÖc: Môc ®Ých ¸p dông nµy ®ång nghÜa víi viÖc
sÏ ®−a tù ®éng hãa s©u h¬n vÒ bÒ réng vµ bÒ s©u. Nh− vËy nã sÏ lo¹i bá
®−îc çc c«ng viÖc lÆp l¹i, ®¸p øng ®−îc yªu cÇu vÒ th«ng tin, vÝ dô: liªn tôc
theo dâi, kiÓm tra nhiÒu th«ng sè c«ng nghÖ, t¾t bËt c¬ cÊu chÊp hµnh, ghi
chÐp sè liÖu, sù cè… H¬n n÷a cung cÊp cho ng−êi vËn hµnh çc th«ng tin
chÝnh x¸c, kÞp thêi ®Ó cã thÓ xö lý sù cè. MÆc kh¸c, t¹i cïng mét thêi ®iÓm
ng−êi vËn hµnh cã thÓ phèi hîp ho¹t ®éng gi÷a çc hiÖn tr−êng sao cho
®ång bé nhÊt, ®−a ra çc chØ thÞ cho c¬ cÊu chÊp hµnh ®Ó xö lý kÞp thêi.
- N©ng cao hiÖu qu¶ thiÕt bÞ: Tr−íc tiªn cña viÖc ¸p dông hÖ thèng SCADA
vµo s¶n xuÊt ®ã lµ ®¶m b¶o ®−îc chÊt l−îng s¶n phÈm do tu©n thñ ®óng vµ
chÝnh x¸c theo quy tr×nh c«ng nghÖ. §iÒu nµy rÊt quan träng khi chÝnh
nh÷ng ng−êi tiªu dïng cµng ngµy cµng kh¾t khe h¬n víi s¶n phÈm v× cµng
ngµy hä cµng cã nhiÒu lùa chän h¬n cho m×nh.
- T¨ng n¨ng suÊt lao ®éng: Tù ®éng hãa nh»m n©ng cao n¨ng suÊt b»ng çch gi¶m chi
phÝ vËn hµnh. Ta còng cã thÓ tèi −u hãa gi¸ thµnh n¨ng l−îng chi phÝ hµng giê vµ
Trang ‐18‐

chi phÝ vËt liÖu. Gi¶m nh©n c«ng vËn hµnh vµ gi¶m c«ng suÊt viÖc b¶o
d−ìng còng cho phÐp gi¶m gi¸ thµnh.
- Trî gióp viÖc gi¸m s¸t: Nã bao gåm viÖc l¾p ®Æt bé biÕn dæi, ph¸t hiÖn
b¸o ®éng, ®Æt çc ph−¬ng tiÖn ghi çc d÷ liÖu vµ truyÒn ®i xa cho ®Õn n¬i
gi¸m s¸t b»ng m¸y tÝnh. Tù ®éng hãa kh«ng cã môc ®Ých riªng, møc ®é
phøc t¹p cña thiÕt bÞ ph¶i ®¸p øng ®iÒu kiÖn cña nhµ m¸y vµ ®«i t−îng xö lý.
Tù ®éng hãa xem nh− mét bé trî gióp, kh«ng Ðp buéc. Mét trong nh÷ng hËu
qu¶ cña mét hÖ thèng tù ®éng kh«ng ch¾c ch¾n nã kh«ng tiÕp xóc trùc tiÕp
®−îc víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®−îc n÷a. Tuy nhiªn nh÷ng −u ®iÓm cña nã qu¸
râ rµng nÕu thiÕt bÞ ®−îc thiÕt kÕ vµ vËn hµnh mét çch tèi −u nhÊt.
1.2. X¢Y DùNG HÖ THèNG SCADA
1.2.1. Yªu cÇu vµ c¬ së x©y dùng hÖ thèng tù ®éng hãa
HÖ thèng tù ®éng hãa cã thÓ chia thµnh 2 phÇn: HÖ thèng th«ng tin vµ
hÖ thèng ®iÒu khiÓn .
HÖ thèng th«ng tin: Cã nhiÖm vô thùc hiÖn çc chøc n¨ng th«ng tin. Çc chøc n¨ng
nµy cho phÐp gi¸m s¸t qu¸ tr×nh c«ng nghÖ: cô thÓ lµ thu thËp, b¶o qu¶n, thèng kÕ vµ
ghi l¹i çc th«ng tin ®· diÔn ra cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn, cÇn cho dù b¸o tr−íc çc t×nh
huèng x¶y ra sù cè hay th«ng tin vÒ sù thay ®æi yªu cÇu ®Æt tr−íc qu¸ tr×nh.
HÖ thèng ®iÒu khiÓn dïng ®Ó t¹o ra vµ thùc hiÖn çc t¸c ®éng ®iÒu khiÓn dùa
trªn çc nguyªn lý ®iÒu khiÓn çc ®¹i l−îng phô thuéc cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, thùc
hiÖn ®iÒu khiÓn tèi −u, b»ng çc ph−¬ng tiÖn tù ®éng thùc hiÖn çc thao t¸c logic
vµ theo ch−¬ng tr×nh ®èi víi çc phÇn tö ph©n t¸n (®iÒu khiÓn ph©n t¸n çc c¬ cÊu
chÊp hµnh, çc liªn ®éng sù cè, khëi ®éng vµ dõng hÖ thèng m¸y … )
§èi víi mçi hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh«ng nhÊt thiÕt
ph¶i thùc hiÖn tÊt c¶ çc chøc n¨ng trªn. Mét sè chøc n¨ng kh«ng thÝch hîp víi ®èi
t−îng c«ng nghÖ nµy l¹i cã thÓ thÝch hîp víi ®èi t−îng c«ng nghÖ trong hÖ th«ng
Trang ‐19‐

®iÒu khiÓn ë møc cao h¬n. HÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng
nghÖ thùc chÊt lµ ®iÒu khiÓn tËp trung qu¸ tr×nh ®ã nhê çc ph−¬ng tiÖn kü
thuËt ®iÒu khiÓn tù ®éng.
VÊn ®Ò ®o l−êng tõ xa çc th«ng sè cña hÖ thèng c«ng nghÖ rÊt quan träng.
Çc th«ng sè cÇn ®o cã thÓ kÓ ®Õn nh−: mùc n−íc trong çc bÓ chøa, trong çc
buång ®Çu vµo c«ng tr×nh, çc chØ sè chÊt l−îng n−íc nh− PH, … hay nhiÖt ®é,
¸p suÊt, l−u l−îng… Çc thiÕt bÞ cho tÝn hiÖu tõ xa gióp ng−êi ®iÒu khiÓn nh×n
nhËn ®−îc toµn c¶nh vÒ tr¹ng th¸i lµm viÖc cña çc thiÕt bÞ. Çc thiÕt bÞ hiÖn
tr−êng truyÒn vÒ trung t©m ®iÒu khiÓn çc tÝn hiÖu nh−: tÝn hiÖu vÒ t¾t sù
cè, háng hoc çc thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn hay cña çc thiÕt bÞ phô trî (qu¹t, m¸y
b¬m…), gi¸ trÞ sù cè cña çc th«ng sè c«ng nghÖ, …
Çc phßng trong trung t©m ®iÒu khiÓn th−êng ®−îc s¾p xÕp liÒn kÒ nhau, phßng cã
diÖn tÝch lín lµ phßng ®iÒu khiÓn chÝnh vµ cã ®Æt çc tñ ®iÒu khiÓn, bé phËn cÊp
nguån, ®iÒu khiÓn xa vµ çc ®Çu vµo cña çp. Çc thiÕt bÞ nµy ®−îc s¾p xÕp sao cho
ng−êi ®iÒu khiÓn cã thÓ bao qu¸t ®−îc tÊt c¶ çc dông cô ®o l−êng vµ çc tÝn hiÖu.
Víi tiÕn bé kh«ng ngõng cña khoa häc c«ng nghÖ tù ®éng çc ph−¬ng tiÖn ®iÒu
hiÓn ngµy mét hiÖn ®¹i h¬n, cã ®é ch¾c ch¾n, tinh vi trong c«ng t¸c l¹i cã kÝch
th−íc thu nhá. RÊt tiÖn Ých vÒ nhiÒu mÆt. §iÒu ®ã ®¹t ®−îc khi çc qu¸ tr×nh c«ng
nghÖ ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng çc thiÕt bÞ võa tÝnh to¸n võa ®iÒu khiÓn l¹i võa cã
kh¶ n¨ng tù ®éng lËp tr×nh gäi lµ thiÕt bÞ tù ®éng lËp tr×nh c«ng nghiÖp (m¸y tÝnh
PC vµ çc thiÕt bÞ tù ®éng kh¶ tr×nh PLC) vµ chóng ®−îc l¾p ®Æt lµm viÖc trong
m¹ng riªng gäi lµ m¹ng c«ng nghiÖp. Nhê cã m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp mµ
®iÒu hµnh, qu¶n lý gi¸m s¸t mét nhµ m¸y, xÝ nghiÖp nãi chung hay mét qu¸ tr×nh
c«ng nghÖ nãi riªng thu ®−îc nhiÒu kÕt qu¶ tèt h¬n …
Trang ‐20‐

1.2.2. ThiÕt kÕ çc chøc n¨ng hÖ thèng tù ®éng ho¸
§Ó ®¹t ®−îc môc ®Ých còng nh− ®¸p øng çc yªu cÇu nãi trªn, hÖ thèng
tù ®éng hãa cÇn cã nh÷ng chøc n¨ng c¬ b¶n sau ®©y:
a. §iÒu chØnh tù ®éng: §iÒu chØnh tù ®éng lµ sö dông çc thiÕt bÞ tù ®éng
®Ó t¸c ®éng lªn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ cÇn ®iÒu khiÓn theo mét chÕ ®é lµm
viÖc ®· ®Þnh s½n. Mçi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ x¶y ra trong ®èi t−îng ®iÒu chØnh
®−îc ®Æc tr−ng bëi mét hay vµi ®¹i l−îng. Mét sè ®¹i l−îng ®−îc duy tr× kh«ng
®æi, mét sè ®¹i l−îng kh¸c ®−îc thay ®æi trong giíi h¹n cho tr−íc nµo ®ã.
§©y lµ mét trong nh÷ng chøc n¨ng quan träng nhÊt quyÕt ®Þnh ®Õn møc
®é tù ®éng ho¸.
b. Gi¸m s¸t ®iÒu khiÓn cã kho¶ng çch hoÆc tõ xa
NÕu ®iÒu khiÓn b»ng tay trùc tiÕp t¹i chç ng−êi vËn hµnh cã thÓ ph¶i tiÕp xóc
víi m«i tr−êng ®éc h¹i, ®i l¹i khã kh¨n vµ mÊt nhiÒu thêi gian. MÆt kh¸c nhiÒu
tr−êng hîp, vÝ dô nh− sù cè hoÆc mÊt ®iÒu khiÓn, ®ßi hái ®iÒu khiÓn tay ph¶i
kÞp thêi vµ ®ång bé, vÝ dô nh− muèn dõng mét lóc nhiÒu thiÕt bÞ t¹i nhiÒu vÞ
trÝ kh¸c nhau, ®iÒu khiÓn cïng lóc nhiÒu qu¸ tr×nh cã liªn quan víi nhau. §Ó lµm
®−îc ®iÒu nµy hÖ thèng ph¶i cã chøc n¨ng ®iÒu khiÓn kho¶ng çch.
§iÒu khiÓn tõ xa qua m¹ng LAN, WAN còng lµ mét chøc n¨ng kh«ng thÓ thiÕu hiÖn
nay trong nhiÒu hÖ thèng tù ®éng hãa. Gi¸m s¸t, ®iÒu khiÓn , trao ®æi d÷ liÖu tõ xa lµ
nÒn t¶ng cho viÖc x©y dùng hÖ thèng ®iÒu hµnh s¶n xuÊt MES (Manufacturing
Execution System) nh»m ®em l¹i hiÖu qu¶ kü thuËt , kinh tÕ, x· héi mét çch toµn diÖn.
MES tao ra mét cÇu nèi th«ng suèt hai chiÒu gi÷a khèi qu¶n lý vµ s¶n xuÊt gióp tèi −u
hãa qu¸ tr×nh s¶n xuÊt tõ kh©u ho¹ch ®Þnh kÕ ho¹ch ®Õn kh©u s¶n xuÊt ra thµnh
phÈm cuèi cïng, cung cÊp çc chøc n¨ng lËp kÕ ho¹ch, qu¶n lý nh©n lùc, thiÕt bÞ, m¸y
mãc, nguyªn vËt liÖu, theo dâi qu¸ tr×nh s¶n xuÊt , chÊt l−îng s¶n phÈm…
Ngoµi ra, ®iÒu khiÓn tõ xa cßn cho phÐp gi¶m ®¸ng kÓ sè l−îng chuyªn gia c«ng
nghÖ, kü thuËt cÇn thiÕt cho vËn hµnh, b¶o tr× hÖ thèng tù ®éng ho¸. Mét nhãm
chuyªn gia cã thÓ ®iÒu hµnh cïng lóc c¶ m¹ng l−íi çc nhµ m¸y xö lý n−íc th¶i t¹i
Trang ‐21‐

nhiÒu n¬i trong thµnh phè, nhiÒu tØnh mµ kh«ng cÇn ®Õn tËn n¬i. §Æc biÖt,
ngµy nay m¹ng Internet toµn cÇu ®· rót ng¾n kho¶ng çch vÒ kh«ng gian vµ thêi
gian khiÕn cho khã ai cã thÓ tin ®−îc tõ çch xa hµng ngh×n km vÉn cã thÓ gi¸m
s¸t, ®iÒu khiÓn thËm chÝ chuÈn ®o¸n, söa lçi, n¹p l¹i ch−¬ng tr×nh cho thiÕt bÞ
®iÒu khiÓn tõ bÊt kú ®Þa ®iÓm nµo trªn thÕ giíi,... nh−ng ®ã lµ sù thùc!!!
c. HiÓn thÞ th«ng sè c«ng nghÖ
Chøc n¨ng nµy gióp cho viÖc theo dâi, gi¸m s¸t çc th«ng sè chÊt l−îng n−íc, tr¹ng th¸i
thiÕt bÞ, sù cè mét çch thuËn tiÖn, dÔ hiÓu ®èi víi ng−êi vËn hµnh. ViÖc hiÓn thÞ
®−îc thiÕt kÕ hîp lý vÒ mµu s¾c, bè trÝ çc cöa sæ, kiÓu thÓ hiÖn. Mµu s¾c kh«ng qu¸
loÌ loÑt, dïng çc gam mµu dÞu kh«ng g©y mái m¾t khi nh×n l©u. C¶nh b¸o, b¸o ®éng
b»ng ®æi mµu vµ nhÊp nh¸y liªn tôc ®Ó g©y sù chó ý. KiÓu thÓ hiÖn ®a d¹ng : kiÓu sè
riªng biÖt, kiÓu b¶ng thèng kª, kiÓu ®å thÞ trùc tuyÕn (online trend).
d. CÊu h×nh hÖ thèng
Chøc n¨ng nµy dïng ®Ó ®Æt vµ thay ®æi çc tham sè c«ng nghÖ cho hÖ
thèng tù ®éng ho¸, chñ yÕu lµ çc gi¸ trÞ chñ ®¹o (setpoint), ng−ìng c¶nh b¸o
sím, ng−ìng b¸o ®éng. Çc tham sè ®Æt sÏ ®−îc truyÒn tõ PC xuèng thiÕt bÞ
®iÒu khiÓn sau ®ã l¹i ®−îc truyÒn ng−îc l¹i PC ®Ó so s¸nh, nÕu thÊy kh«ng
trïng nhau th× b¸o ®éng, tr¸i l¹i chøng tá r»ng viÖc truyÒn vµ xö lý d÷ liÖu
chÝnh x¸c, ®−êng truyÒn vµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kh«ng cã sù cè. Chøc n¨ng
nµy n©ng cao ®é an toµn (fail-safe) cña hÖ thèng.
e. B¶o vÖ tù ®éng
B¶o vÖ hÖ thèng m¸y mãc, ®−êng èng vµ çc ®èi t−îng kh¸c khái çc sù cè ®−îc
thùc hiÖn bëi çc thiÕt bÞ chuyªn dông ®Ó ng¾t çc bé phËn sù cè. Ngoµi ra çc
thiÕt bÞ tù ®éng cßn thùc hiÖn chøc n¨ng liªn ®éng tù ®éng cho phÐp b¶o vÖ çc
thiÕt bÞ m¸y mãc khái nguy hiÓm do thao t¸c nhÇm lÉn cña ng−êi vËn hµnh. Ta
ph©n biÖt hai lo¹i liªn ®éng: Liªn ®éng sù cè vµ liªn ®éng cÊm chØ
Trang ‐22‐

Liªn ®éng sù cè dïng ®Ó ®iÒu khiÓn b¶o vÖ (vd: ®iÒu khiÓn dõng) mét
nhãm m¸y mãc thiÕt bÞ cã liªn quan khi sù cè x¶y ra.
Liªn ®éng cÊm chØ lo¹i trõ kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn sai, kh«ng ®óng tr×nh tù
cã kh¶ n¨ng g©y sù cè.
f. C¶nh b¸o, b¸o ®éng
Chøc n¨ng ®−îc thùc hiÖn b»ng cßi, ®Ìn nhÊp nh¸y trªn bµn ®iÒu khiÓn hoÆc
biÓu t−îng nhÊp nh¸y trªn PC, hiÓn thÞ th«ng b¸o d¹ng ch÷ trªn PC, göi tin nh¾n tíi
®iÖn tho¹i di ®éng cña nh÷ng ng−êi cã tr¸ch nhiÖm th«ng qua dÞch vô tin nh¾n
SMS. HÖ thèng ®−a ra c¶nh b¸o khi gi¸ trÞ th«ng sè v−ît ng−ìng c¶nh b¸o sím hoÆc
th«ng sè v−ît ng−ìng b¸o ®éng trong giai ®o¹n qu¸ ®é cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn. B¸o
®éng ®−îc ®−a ra khi th«ng sè v−ît ng−ìng b¸o ®éng liªn tôc trong kho¶ng thêi gian
nhÊt ®Þnh (lín h¬n thêi gian ®iÒu chØnh ngÇm ®Þnh) hoÆc b¸o ®éng sù cè
®−êng truyÒn, sù cè thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn, c¬ cÊu chÊp hµnh, b¸o ®éng sù cè c¶m
biÕn. Sù kh¸c biÖt gi÷a c¶nh b¸o vµ b¸o ®éng ë chç: c¶nh b¸o tù mÊt ®i khi th«ng sè
hÕt v−ît ng−ìng, tr¸i l¹i b¸o ®éng sÏ tån t¹i cho ®Õn khi ng−êi vËn hµnh xö lý xong sù
cè vµ tù quyÕt ®Þnh xo¸ bá tr¹ng th¸i b¸o ®éng. Nh− vËy møc ®é cÇn chó ý cña
ng−êi vËn hµnh ®èi víi b¸o ®éng ph¶i cao h¬n c¶nh b¸o.
g. L−u tr÷, b¸o ço thèng kª
L−u tr÷ vµ lËp b¸o ço thèng kª d÷ liÖu vÒ th«ng sè, tr¹ng th¸i ho¹t ®éng, sù cè, thêi
gian ho¹t ®éng cña m¸y mãc thiÕt bÞ, tæng nguyªn liÖu ®· dïng, l−îng ho¸ chÊt ®· dïng,
danh s¸ch ng−êi ®· vËn hµnh, bé tham sè c«ng nghÖ ®· thay ®æi vµ nhiÒu th«ng tin
kh¸c cÇn thiÕt cho çc chuyªn gia c«ng nghÖ, kü thuËt vµ çc nhµ qu¶n lý trong viÖc
®iÒu chØnh ®Ó ®¹t chÕ ®é lµm viÖc tèi −u, ph¸t hiÖn, dù b¸o sù cè, b¶o tr× thay thÕ
kÞp thêi m¸y mãc thiÕt bÞ, ®iÒu hµnh s¶n xuÊt vµ tÝnh to¸n hiÖu qu¶ kinh tÕ.
Trang ‐23‐

h. §iÒu khiÓn dù phßng
Sù cè cña hÖ thèng tù ®éng cã thÓ g©y ra nh÷ng tæn thÊt v« cïng lín (do chi
phÝ khëi ®éng l¹i, do dÉn ®Õn háng thiÕt bÞ, háng s¶n phÈm,..), thËm chÝ g©y
nguy hiÓm tíi tÝnh m¹ng con ng−êi. Trong d©y chuyÒn xö lý n−íc th¶i nhµ m¸y
bia b»ng ph−¬ng ph¸p sinh häc, vi khuÈn nÕu bÞ chÕt sÏ ®ßi hái nhiÒu thêi gian
vµ kinh phÝ ®Ó phôc håi, mÆt kh¸c nÕu thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn bÞ háng th× ph¶i
®iÒu khiÓn tay, khã chÝnh x¸c, do ®ã ®iÒu khiÓn dù phßng lµ cÇn thiÕt ®Ó
n©ng cao ®é tin cËy cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn. X©y dùng hÖ thèng cã ®iÒu
khiÓn dù phßng sÏ lµm t¨ng chi phÝ ®Çu t− ban ®Çu, nh−ng víi lùa chän gi¶i
ph¸p hîp lý cïng víi thiÕt kÕ ban ®Çu cã kh¶ n¨ng më réng sÏ lµm cho viÖc n©ng
cÊp thµnh hÖ ®iÒu khiÓn dù phßng Ýt tèn kÐm mµ vÉn cã hiÖu qu¶.
1.3. giíi thiÖu vÒ nhµ m¸y bia
Bia lµ mét lo¹i n−íc uèng chøa cån ®−îc s¶n xuÊt b»ng qu¸ tr×nh lªn men
cña ®−êng l¬ löng trong m«i tr−êng láng vµ nã kh«ng ®−îc ch−ng cÊt sau khi
lªn men. Nãi mét çch kh¸c, bia lµ lo¹i n−íc gi¶i kh¸t cã ®é cån thÊp, bät mÞn
xèp vµ cã h−¬ng vÞ ®Æc tr−ng cña hoa houblon. §Æc biÖt CO2 hßa tan
trong bia cã t¸c dông gi¶i nhiÖt nhanh, hç trî qu¸ tr×nh tiªu hãa, ngoµi ra trong
bia cßn chøa mét l−îng vitamin kh¸ phong phó (chñ yÕu lµ vitamin nhãm B
nh− vitamin B1, B2,...). Nhê nh÷ng −u ®iÓm nµy, bia ®−îc sö dông réng r·i ë
hÇu hÕt çc n−íc trªn thÕ giíi víi s¶n l−îng ngµy cµng t¨ng. §èi víi n−íc ta bia
®· trë thµnh mét lo¹i ®å uèng quen thuéc víi s¶n l−îng ngµy cµng t¨ng vµ ®·
trë thµnh ngµnh c«ng nghiÖp mòi nhän trong ngµnh c«ng nghiÖp n−íc ta.
Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt bia ®−îc gäi lµ nÊu bia. Do thµnh phÇn sö dông ®Ó s¶n xuÊt
bia cã kh¸c biÖt tïy theo tõng khu vùc, çc ®Æc tr−ng cña bia nh− h−¬ng vÞ vµ mµu
s¾c còng thay ®æi rÊt kh¸c do ®ã cã kh¸i niÖm lo¹i bia hay çc sù ph©n lo¹i kh¸c.
Trang ‐24‐

1.3.1. Quy tr×nh s¶n xuÊt bia
Nguyªn liÖu dïng ®Ó s¶n xuÊt bia bao gåm: malt (lóa m¹ch ®· m¹ch nha
hãa), g¹o, men, n−íc, hoa Houblon. Vµ çc thµnh phÇn kh¸c nh− chÊt t¹o mïi vÞ
hay çc nguån t¹o ®−êng kh¸c ®−îc thªm vµo nh− lµ çc phô gia. Çc phô gia phæ
biÕn lµ ng« vµ lóa g¹o. Çc nguån tinh bét nµy ®−îc ng©m ñ ®Ó chuyÓn hãa
thµnh çc lo¹i ®−êng dÔ lªn men vµ lµm t¨ng nång ®é cån trong bia khi bæ sung
rÊt Ýt h−¬ng vÞ. ViÖc s¶n xuÊt dùa trªn nÒn t¶ng c«ng nghÖ tiªn tiÕn vµ tu©n
thñ nghiªm ngÆt theo ®óng çc quy tr×nh c«ng nghÖ còng nh− çc tiªu chuÈn
cña ViÖt Nam vµ thÕ giíi. Vµ quy tr×nh s¶n xuÊt gåm cã çc b−íc c¬ b¶n sau:
H×nh 1. 2. Quy tr×nh s¶n xuÊt bia
Trang ‐25‐

Thµnh phÇn ®−îc sö dông:
 G¹o: chØ lµ nguyªn liÖu phô (chiÕm 30%) dïng thay thÕ malt nh»m
gi¶m gi¸ thµnh s¶n phÈm.

 Malt: lµ mÇm cña mét lo¹i lóa m¹ch(th−êng chiÕm 70%), nguyªn liÖu chÝnh
t¹o ra h−¬ng vÞ cña bia cßn ®−îc dïng ®Ó t¹o mµu cho bia. Trong çc lo¹i
m¹ch nha th× m¹ch nha tõ lóa m¹ch ®−îc sö dông réng r·i nhÊt do nã cã chøa
nhiÒu amylase, lµ mét lo¹i enzyne tiªu hãa gióp cho viÖc ph¸ vì tinh bét ®Ó
chuyÓn hãa thµnh ®−êng. Tuy nhiªn, phô thuéc vµo lo¹i c©y trång trong tõng
khu vùc mµ çc lo¹i ngò cèc ®−îc hay kh«ng ®−îc m¹ch nha hãa kh¸c còng cã
thÓ sö dông bao gåm lóa my, lóa g¹o, yÕn m¹ch vµ lóa m¹ch ®en còng nh−
Ýt phæ biÕn nh− ng«. M¹ch nha ®−îc t¹o ra tõ h¹t ngò cèc b»ng çch ng©m
chóng vµo trong n−íc cho phÐp chóng n¶y mÇm vµ sau ®ã lµm kh« h¹t ®·
n¶y mÇm trong çc lß sÊy. H¹t ngò cèc ®· ®−îc m¹ch nha hãa t¹o ra çc enzyn
®Ó chóng chuyÓn hãa tinh bét trong h¹t thµnh ®−êng cã thÓ lªn men. Thêi
gian vµ nhiÖt ®é sÊy kh¸c nhau ®−îc ¸p dông ®Ó t¹o ra çc mµu m¹ch nha
kh¸c nhau tõ cïng mét lo¹i ngò cèc.

 Men: lµ chÊt xóc t¸c cã nguån gèc protein, tham gia vµo qu¸ tr×nh lªn
men, chuyÓn hãa dÞch ®−êng thµnh bia t−¬i th«ng qua ho¹t ®éng cña
çc vi sinh vËt. Mçi lo¹i men cã mét h−¬ng vÞ riªng. Çc gièng men bia
cô thÓ ®−îc lùa chän ®Ó s¶n xuÊt çc lo¹i bia kh¸c nhau nh−ng cã hai
gièng chÝnh lµ men ale (Saccharomyces cerevisiae) vµ men lager
(Saccharomyces uvarum). Men bia sÏ chuyÓn hãa ®−êng thu ®−îc tõ
h¹t ngò cèc vµ t¹o ra cån vµ cacbon dioxit (CO2).

 Hoa hupblon (Hoa bia): dïng ®Ó t¹o vÞ ®¾ng vµ bät cho bia. C©y hupblon lµ mét
lo¹i d©y leo, thÝch hîp khÝ hËu «n ®íi, ®−îc trång nhiÒu ë Anh, Mü. Trªn c©y
Hupblon ng−êi ta th−êng dïng hoa cña c©y ®Ó t¹o vÞ ®¾ng cho bia v× hoa cña
c©y cã nhiÒu vÞ ®¾ng h¬n. Bia hoa chøa mét sè tÝnh chÊt phï hîp cho bia nh−:
Cung cÊp vÞ ®¾ng ®Ó c©n b»ng vÞ ngät cña ®−êng m¹ch nha, t¹o h−¬ng vÞ tõ
mïi hoa cho tíi mïi cam quÝt hay mïi th¶o méc, cã çc hiÖu øng kh¸ng sinh gióp
cho ho¹t ®éng cña men bia tèt h¬n tr−íc çc lo¹i vi sinh vËt kh«ng
Trang ‐26‐

mong muèn, vµ gióp cho viÖc duy tr× thêi gian gi÷ bät l©u h¬n (t¹o ra
bëi çc chÊt cacbonat hãa bia).
 H2O (n−íc): §©y lµ thµnh phÇn chÝnh cña bia nªn nguån n−íc sö dông lµ
nguån n−íc s¹ch ®· qua xö lý ®¶m b¶o çc chØ tiªu tiªu chuÈn nghiªm
ngÆt vÒ vÖ sinh an toµn thùc phÈm. N−íc ®ãng vai trß quan trong tíi çc
®Æc tr−ng cña bia. NhiÒu lo¹i bia cã nh÷ng ®Æc tr−ng cña nguån n−íc
trong khu vùc s¶n xuÊt bia. MÆc dï ¶nh h−ëng cña nã còng nh− t¸c ®éng
t−¬ng hç cña çc lo¹i kho¸ng chÊt hßa tan trong n−íc ®−îc sö dông trong
s¶n xuÊt bia lµ kh¸ phøc t¹p, nh−ng theo quy t¾c chung th× n−íc cøng lµ
phï hîp h¬n cho s¶n xuÊt çc lo¹i bia sÉm mµu nh− bia ®en, trong khi n−íc
mÒm phï hîp cho s¶n xuÊt çc lo¹i bia s¸ng mµu.

 Çc chÊt lµm trong: Mét sè nhµ s¶n xuÊt bia cßn cho thªm mét hay
nhiÒu chÊt lµm trong vµo bia mµ kh«ng bÞ b¾t buéc ph¶i c«ng bè nh−
lµ mét thµnh phÇn cña bia. Çc chÊt lµm trong phæ biÕn lµ th¹ch – thu
®−îc tõ bong bãng ç, caraginn – thu ®−îc tõ t¶o biÓn, rªu Ireland vµ
giªlatin. Do çc thµnh phÇn nµy cã thÓ thu ®−îc tõ ®éng vËt, viÖc sö
dông hay tiªu thô çc s¶n phÈm ®éng vËt liªn quan cÇn ph¶i cã çc
th«ng sè kü thuËt cô thÓ trong qu¸ tr×nh läc cña nhµ s¶n xuÊt bia.
Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt bia ®−îc chia lµm 3 c«ng ®o¹n, mçi c«ng ®o¹n ®−îc
nhµ m¸y tæ chøc trong mét ph©n x−ëng riªng bao gåm:
 Ph©n x−ëng nÊu: nguyªn liÖu ®Çu vµo chñ yÕu lµ g¹o vµ malt sÏ ®−îc
xö lý qua mét qu¸ tr×nh c«ng nghÖ phøc t¹p gåm nhiÒu kh©u(lµm s¹ch,
c©n, nghiÒn, nÊu, läc, l¾ng) ®Ó t¹o thµnh dÞch ®−êng.

 Ph©n x−ëng lªn men: dÞch ®−êng ®−îc trén víi çc chÊt lªn men vµ
tiÕn hµnh ñ ®Ó t¹o thµnh bia t−¬i

 Ph©n x−ëng chiÕt: bia ®−îc ®æ vµo çc lo¹i chai, lon, keg råi ®ãng
nh·n ph©n phèi ra thÞ tr−êng.
G¹o nghiÒn thµnh bét ®−îc chuyÓn ®Õn nåi hå ho¸. T¹i ®©y bét ®−îc hoµ trén víi
n−ícvµ ®−îc hå hãa ë nhiÖt ®é 1000
C. Trong qu¸ tr×nh hå ho¸ cã bæ sung thªm mét sè
ho¸ chÊt nh−: CaCl2, CaSO4 nh»m môc ®Ých cung cÊp Ca2+ ®Ó phôc vô cho qu¸
Trang ‐27‐

tr×nh ®−êng ho¸ sau nµy vµ cã bæ sung thªm 1 lo¹i enzym chèng ch¸y cã tªn
th−¬ng m¹i lµ Termamyl ®Ó pha lo·ng dung dÞch, chèng ch¸y nåi vµ enzym
nµy ph¶i lµ enzym chÞu nhiÖt cao.
Malt d¹ng h¹t sau khi say ®−îc hoµ tan b»ng n−íc ë 37o
C vµ cho vµo nåi malt. §èi
víi viÖc hoµ tan malt kh¸c víi hoµ tan g¹o v× malt dÓ bÞ hiÖn t−îng ®ãng côc h¬n do
®ã malt ®−îc khuÊy trén d−íi d¹ng phun n−íc tr−íc khi cho vµo nåi phun. Malt cßn
®−îc dïng ®Ó t¹o mµu cho bia, víi malt b×nh th−êng kh«ng ®ñ ®é mµu v× thÕ ng−êi
ta thªm malt “ ®en” ®Ó t¨ng ®é mµu. KÕt thóc qu¸ tr×nh hå ho¸, ch¸o ®−îc b¬m
chuyÓn sang nåi ®−êng ho¸. T¹i nåi ®−êng ho¸, tr−íc ®ã malt ®−îc ng©m ë nhiÖt ®é
500
C trong kho¶ng 10 phót. Sau khi hoµ trén dÞch ch¸o vµ dung dÞch malt, dÞch
®−îc gi÷ ë 65 0
C trong kho¶ng 40 phót. Toµn bé l−îng dÞch nµy ®−îc gia nhiÖt lªn
76 0
C, gi÷ trong kho¶ng 1 phót, råi chuyÓn sang nåi läc. Môc ®Ých cña qu¸ tr×nh läc
b· malt lµ t¸ch pha láng khái hçn hîp ®Ó tiÕp tôc c¸c b−íc tiÕp theo cña tiÕn tr×nh
c«ng nghÖ, cßn pha r¾n - phÕ liÖu sÏ ®−îc lo¹i bá ra ngoµi. T¹i nåi läc, dÞch ®−îc
läc trong vµ röa b·, tæng thêi gian cña qu¸ tr×nh läc trong vµ röa b· lµ kho¶ng 150
phót. Trong qu¸ tr×nh nµy l−îng n−íc nãng cã nhiÖt ®é lµ 800
C ®−îc thªm vµo ®Ó
thùc hiÖn qu¸ tr×nh röa b· nguyªn liÖu. Sau ®ã, dÞch ®−îc b¬m sang nåi houblon
ho¸. Ng−êi ta cho hoa houblon vµo thùc hiÖn qu¸ tr×nh houblon ho¸ ë nhiÖt ®é
1000
C trong 70 phót. Sau ®ã dÞch ®−îc chuyÓn sang nåi l¾ng xo¸y ®Ó lo¹i bá cÆn
tinh, qu¸ tr×nh nµy diÔn ra trong kho¶ng 30 phót. KÕt thóc qu¸ tr×nh läc ë thïng l¾ng
xo¸y, dÞch ®−îc b¬m chuyÓn ®Õn thiÕt bÞ lµm l¹nh nhanh, ë ®©y dÞch bia tõ nhiÖt
®é 960
C ®−îc trao ®æi nhiÖt víi n−íc 10
C vµ h¹ nhiÖt xuèng ®Õn nhiÖt ®é lªn men,
®ång thêi ®−îc sôc khÝ v« trïng (nh»m cung cÊp «xy cho qu¸ tr×nh lªn men) vµ men
gièng råi chuyÓn vµo c¸c tank lªn men.
Qu¸ tr×nh lªn men bia H¹ Long sö dông c«ng nghÖ lªn men ch×m kiÓu cæ
®iÓn ë nhiÖt ®é thÊp, bao gåm hai giai ®o¹n: lªn men chÝnh vµ lªn men phô.
 Giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh lªn men lµ giai ®o¹n lªn men chÝnh. Trong giai ®o¹n
nµy, sù tiªu hao c¬ chÊt diÔn ra m¹nh mÏ, mét l−îng lín ®−êng ®−îc chuyÓn hãa
thµnh cån vµ CO2, s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh lªn men chÝnh lµ bia non, ®ôc, cã mïi
vµ vÞ ®Æc tr−ng nh−ng ch−a thÝch hîp cho viÖc sö dông. NhiÖt
Trang ‐28‐

®é trong qu¸ tr×nh lªn men chÝnh tõ 7 ÷ 90
C, thêi gian lªn men chÝnh
kho¶ng 7 ngµy.
 Sau giai ®o¹n lªn men chÝnh, chuyÓn sang qu¸ tr×nh lªn men phô vµ ñ bia. Qu¸
tr×nh lªn men nµy diÔn ra chËm, tiªu hao mét l−îng ®−êng kh«ng ®¸ng kÓ, bia
®−îc l¾ng trong, æn ®Þnh h−¬ng vÞ. S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh lªn men phô lµ mét
lo¹i n−íc gi¶i kh¸t cã ®é cån nhÑ, CO2, h−¬ng th¬m ®Æc tr−ng, vÞ ngät nhÑ vµ
®¾ng dÞu, ®ã lµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh sinh hãa phøc t¹p diÔn ra ë ®iÒu kiÖn
nhiÖt ®é thÊp trong thêi gian dµi. NhiÖt ®é trong giai ®o¹n lªn men phô tõ 2 ÷ 30
C,
thêi gian lªn men phô lµ 14 ngµy. Tæng thêi gian lªn men kho¶ng 21 ngµy.
Bia sau khi lªn men phô sÏ qua qu¸ tr×nh läc ®Ó lo¹i bá men, t¹o ®é trong cho bia.
Tr−íc khi läc, h¹ nhiÖt ®é bia xuèng 0 ®Õn –10
C. Trong qu¸ tr×nh läc, bæ sung l¹i
l−îng CO2 tæn thÊt, bæ sung phô gia chèng oxi ho¸ vµ phô gia æn ®Þnh cho bia.
Bia sau khi läc trong gäi lµ bia t−¬i (bright beer) ®−îc tr÷ trong çc bån
chøa bia t−¬i , ®i tiÕp ®Õn c«ng ®o¹n chiÕt rãt vµo chai, thanh trïng, d¸n
nh·n, in code, chÊt vµo kÐt... hoµn tÊt qu¸ tr×nh s¶n xuÊt.
1.3.2. Çc hiÖn tr−êng
Nhµ m¸y bia bao gåm çc hÖ thèng chÝnh sau: hÖ thèng nhµ nÊu, hÖ thèng
cÊp nhiÖt, cÊp l¹nh, hÖ thèng tank lªn men, hÖ thèng tank thµnh phÈm ®Ó b¶o
qu¶n bia, vÖ sinh, thanh trïng thiÕt bÞ (CIP), thu håi CO2, hÖ thèng chøa nguyªn
liÖu vµ xö lý nguyªn liÖu, hÖ thèng cÊp n−íc s¶n xuÊt, xö lý n−íc, ®ãng chai...
§Ó thiÕt kÕ hoµn toµn mét nhµ m¸y bia ®ßi hái mét khèi l−îng c«ng viÖc
thiÕt kÕ, tÝnh to¸n rÊt lín nªn ë ®©y chØ giíi thiÖu vµ tÝnh to¸n çc hÖ thèng
c¬ b¶n trong nhµ m¸y bia.
a. HÖ thèng nhµ nÊu
HÖ thèng nhµ nÊu cã çc thiÕt bÞ chÝnh sau: nåi hå ho¸, nåi ®−êng ho¸, nåi
läc, nåi hóp l«ng, thïng l¾ng xo¸y vµ çc thiÕt bÞ phô nh−: ®éng c¬ ®iÖn, hép
gi¶m tèc, çnh khuÊy, b¬m b·, b¬m dÞch, çc lo¹i van, phô kiÖn ®−êng èng.
Trang ‐29‐

Nåi hå ho¸: nåi hå ho¸ cã nhiÖm vô ñ vµ gia nhiÖt cho dung dÞch bét g¹o
®Ó nÊu thµnh ch¸o, môc ®Ých nh»m ph¸ vì tÕ bµo cña tinh bét, t¹o ®iÒu
kiÖn biÕn tinh bét thµnh tr¹ng th¸i hoµ tan trong dung dÞch.
Nåi ®−êng ho¸: thùc hiÖn qu¸ tr×nh ng©m ñ malt vµ dÞch ch¸o, hçn hîp
nµy sÏ thuû ph©n dÞch thµnh ®−êng maltoza vµ c¸c dextrin bËc thÊp. Sau ®ã
t¹o ra mét l−îng ®−êng glucoza.
Nåi läc: nåi läc b· cã nhiÖm vô läc th« dÞch ®−êng, nh»m lo¹i bá b·
nguyªn liÖu vµ t¹o cho dÞch ®−êng cã ®−îc ®é trong theo yªu cÇu c«ng
nghÖ tr−íc khi chuyÓn sang thùc hiÖn qu¸ tr×nh houblon ho¸.
Nåi houblon: nåi houblon cã nhiÖm vô gia nhiÖt cho dÞch ®Õn nhiÖt ®é
s«i, ®ång thêi dÞch ®−îc cÊp hoa huoblon vµ mét sè phô gia kh¸c. §©y lµ qu¸
tr×nh houblon ho¸ dÞch ®−êng sau khi ®−îc trén hoa houblon. Môc ®Ých cña
qu¸ tr×nh houblon lµ t¹o cho bia thµnh phÈm cã vÞ ®¾ng, h−¬ng th¬m vµ kÕt
tña protein kh¶ kÕt lµm t¨ng kh¶ n¨ng gi÷ vµ t¹o bät cho bia.
Thïng l¾ng xo¸y: thïng l¾ng xo¸y lµ thiÕt bÞ t¸ch cÆn nãng cña dÞch bia
tr−íc khi ®i ®−a qua thiÕt bÞ lµm l¹nh nhanh ®Ó ®−a ®Õn tank lªn men.
b. HÖ thèng tank lªn men, tank thµnh phÈm
HÖ thèng tank lªn men cã nhiÖm vô chøa dÞch bia ®−a ®i lªn men trong
qu¸ tr×nh lªn men chÝnh vµ lªn men phô.
HÖ thèng tank thµnh phÈm cã nhiÖm vô chøa bia thµnh phÈm sau khi
®−îc läc trong. Bia tõ tank thµnh phÈm sÏ ®−îc ®em ®i chiÕt chai, tiªu thô.
HÖ thèng läc bia trong: HÖ thèng läc bia cã nhiÖm vô läc bia tõ tank lªn
men, sau khi ®· thùc hiÖn ®ñ qu¸ tr×nh lªn men chÝnh vµ lªn men phô ë tank
lªn men, bia ®−îc chuyÓn qua hÖ thèng läc, ë ®©y bia ®−îc lo¹i bá c¸c cÆn
b· cßn l¹i sau ®ã ®−îc chuyÓn sang tank thµnh phÈm ®Ó b¶o qu¶n tr−íc khi
xuÊt x−ëng (®ãng chai hoÆc bia h¬i).
Trang ‐30‐

c. HÖ thèng cÊp nhiÖt, l¹nh
Lß H¬i: Lß h¬i cã nhiÖm vô s¶n xuÊt h¬i nh»m cung cÊp h¬i cho nåi hå hãa,
®−êng hãa vµ nåi ®un hoa ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh nÊu, vµ h¬i cßn ®−îc cung
cÊp ®Ó thanh trïng, vÖ sinh thiÕt bÞ, cung cÊp cho hÖ thèng chiÕt chai vµ ®−îc
sö dông ®Ó s¶n xuÊt n−íc nãng (n−íc 800
C) phôc vô cho qu¸ tr×nh c«ng nghÖ.
M¸y l¹nh: HÖ thèng l¹nh trong nhµ m¸y bia nh»m môc ®Ých trao ®æi nhiÖt
víi chÊt t¶i nhiÖt glycol ®Ó h¹ nhiÖt ®é glycol xuèng nhiÖt ®é thÊp (-40
C)
sau ®ã glycol l¹nh ®−îc ®−a ®Õn thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt ®Ó t¹o ra n−íc
c«ng nghÖ (n−íc 20
C) phôc vô cho qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nÊu bia (qu¸ tr×nh
l¹nh nhanh). Ngoµi ra, glycol cã nhiÖt ®é thÊp nµy còng ®−îc sö dông ®Ó
b¶o qu¶n bia trong qu¸ tr×nh lªn men, trong qu¸ tr×nh tµng tr÷ còng nh− trong
qu¸ tr×nh chiÕt chai, cã nhiÖm vô lu«n duy tr× nhiÖt ®é bia theo nhiÖt ®é yªu
cÇu v× bia lµ s¶n phÈm yªu cÇu ph¶i ®−îc b¶o qu¶n ë nhiÖt ®é thÊp.
d. HÖ thèng vÖ sinh, thanh trïng thiÕt bÞ (CIP)
HÖ thèng CIP cã nhiÖm vô lµm s¹ch vµ khö trïng çc thiÕt bÞ ®Ó ®¶m
b¶o vÖ sinh an toµn trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. HÖ thèng CIP th−êng cã: b×nh
chøa dung dÞch xót lo·ng, b×nh axÝt lo·ng, b×nh chøa n−íc nãng.
e. Çc hÖ thèng phô trî kh¸c
Ngoµi çc hÖ thèng thiÕt bÞ ®−îc liÖt kª ë trªn, nhµ m¸y bia cßn cã çc hÖ
thèng thiÕt bÞ phô trî kh¸c nh− hÖ thèng xö lý n−íc cÊp sinh ho¹t, n−íc nÊu, n−íc
cÊp cho lß h¬i, n−íc th¶i; hÖ thèng ®iÖn ®éng lùc, ®iÖn ®iÒu khiÓn phôc vô s¶n
xuÊt vµ sinh ho¹t; hÖ thèng m¸y nÐn khÝ; hÖ thèng m¸y ph¸t ®iÖn dù phßng...
Nh− vËy, trong nhµ m¸y bia çc thiÕt bÞ chÝnh cÇn sö dông ®Õn nhiÖt - l¹nh lµ:
- Nåi nÊu g¹o, nÊu malt: Sö dông h¬i ®Ó gia nhiÖt cho g¹o, malt.
- Nåi hublong ho¸: Sö dông h¬i cÊp cho bé trao ®æi nhiÖt èng chïm ®Ó
cÊp nhiÖt cho dÞch ®−êng nh»m c« dÞch ®−êng ®Õn ®é ®−êng yªu cÇu.
- HÖ thèng CIP: §Ó gia nhiÖt cho hÖ thèng CIP.
Trang ‐31‐

- HÖ thèng n−íc nãng: Dïng h¬i cÊp cho bé trao ®æi nhiÖt èng vá ®Ó s¶n
xuÊt n−íc c«ng nghÖ phôc vô cho qu¸ tr×nh nÊu bia (800
C).
- HÖ thèng chiÕt chai: Sö dông h¬i ®Ó cÊp cho viÖc vÖ sinh chai, cho hÖ
thèng thanh trïng bia sau khi ®ãng chai, vµ sö dông glycol l¹nh ®Ó b¶o qu¶n
bia trong qu¸ tr×nh chiÕt bia vµo chai.
- L¹nh nhanh: Sö dông m¸y l¹nh ®Ó lµm l¹nh glycol sau ®ã cho glycol
qua bé trao ®æi nhiÖt ®Ó trao ®æi nhiÖt víi n−íc th−êng t¹o ra n−íc 20
C
phôc vô cho qu¸ tr×nh lµm l¹nh nhanh dÞch bia tr−íc khi cho vµo tank lªn men.
- Tank thµnh phÈm, tank lªn men: Sö dông glycol ®−îc lµm l¹nh nhê m¸y
l¹nh ®Ó b¶o qu¶n bia trong çc tank lªn men, tank thµnh phÈm…
1.3.3. Çc thiÕt bÞ chÊp hµnh vµ sensor
Bao gåm çc ®éng c¬: §éng c¬ b¬m CIP håi tõ nåi g¹o malt, ®éng c¬ x¶ b· nåi
läc, ®éng c¬ vÝt t¶i b·, ®éng c¬ b¬m dÞch tõ nåi trung gian sang nåi s«i hoa, ®éng
c¬ b¬m CIP håi tõ nåi trung gian läc, b¬m CIP håi tõ nåi hoa houblon, ®éng c¬ b¬m
b· hoa, ®éng c¬ vÝt t¶i ®¸y silo b·, b¬m tank n−íc nãng 2-slave, b¬m tank n−íc nãng
3-slave, b¬m tank n−íc nãng 4-slave, b¬m tank n−íc nÊu bia 2-slave, b¬m tank n−íc
®¸ 2-slave, b¬m di ®éng tuµn hoµn tank n−íc ®¸, b¬m tank xót, b¬m tank xÝt, ®éng
c¬ çnh khuÊy nåi ®−êng ho¸, ®éng c¬ çnh khuÊy nåi hå ho¸, ®éng c¬ b¬m chuyÓn
ch¸o sang nåi malt, b¬m dÞch läc sang thïng trung gian, b¬m chèng glycol ®«ng ®¸,
®éng c¬ n©ng h¹ çnh khuÊy nåi läc, ®éng c¬ çnh khuÊy nåi läc, b¬m dÞch hoa
sang l¾ng xo¸y, b¬m l¹nh nhanh dÞch ®−êng, b¬m CIP cÊp hÖ nÊu, b¬m tank n−íc
nãng 1, b¬m tank n−íc nÊu bia1, b¬m tank n−íc ®¸1, b¬m n−íc 96 ®é, b¬m n−íc 78
®é, c«ng t¾c hµnh tr×nh ®ãng cöa x¶ b·, c«ng t¾c hµnh tr×nh më cöa x¶ b·, c«ng
t¾c hµnh tr×nh n©ng h¹ çnh khuÊy, ®éng c¬ çnh khuÊy nåi hå ho¸, ®éng c¬ çnh
khuÊy nåi ®−êng ho¸, ®éng c¬ b¬m dÞch sang nåi läc, ®éng c¬ b¬m chuyÓn ch¸o
sang malt, b¬m dÞch läc sang thïng trung gian, ®éng c¬ n©ng h¹ çnh khuÊy nåi läc,
®éng c¬ khuÊy nåi läc, ®éng c¬ b¬m l¹nh nhanh dÞch ®−êng.
Trang ‐32‐

Ch−¬ng II: Nghiªn cøu hÖ thèng nhµ nÊu
2.1. L−u ®å P&ID cña hÖ thèng nhµ nÊu vµ chøc n¨ng nhiÖm vô
mçi c«ng ®o¹n
Trong hÖ thèng nÊu cña nhµ m¸y bao gåm nhiÒu c«ng ®o¹n kh¸c nhau.
Nh−ng bao gåm nh÷ng c«ng ®o¹n chÝnh sau:
Malt vµ g¹o ®−îc
nghiÒn nhá
N
å
i
n
Ê
u
c
h
¸
o
N
å
i
®
−
ê
n
g
h
ã
a
Nåi läc
hoa
Nåi
s«i
L¾ng xo¸y
L¹nh nhanh
H×nh2.1. S¬ ®å khèi c¸c c«ng ®o¹n trong hÖ thèng nÊu
- C«ng ®o¹n nÊu ch¸o vµ ®−êng hãa
- C«ng ®o¹n läc
- C«ng ®o¹n s«i hoa
- C«ng ®o¹n l¾ng xo¸y
- C«ng ®o¹n lµm l¹nh nhanh
Trang ‐33‐

a. C«ng ®o¹n nÊu:
H×nh 2.2. HÖ thèng nåi nÊu.
HÖ thèng nÊu gåm 2 nåi nÊu lµ nåi hå hãa vµ nåi ®−êng hãa.
Ban ®Çu, g¹o ®−îc nghiÒn nhá thµnh bét vµ ®−îc chuyÓn ®Õn nåi hå hãa. T¹i ®©y
bét ®−îc hßa trén víi n−íc, 2/3 malt lãt vµ gi÷ nhiÖt ®é kho¶ng 30o
C trong thêi gian
10 phót. Sau ®ã ®−îc cÊp nhiÖt lªn 72o
C trong thêi gian 20 phót vµ tiÕp theo dÞch
®−îc n©ng lªn 83o
C trong thêi gian 5 phót. Sau ®ã gi÷ nhiÖt ®é nµy kho¶ng 5 phót,
tiÕp ®ã h¹ nhiÖt xuèng 72o
C , thªm 1/3 l−îng malt lãt cßn l¹i vµo vµ gi÷ ë 72o
C trong
thêi gian 20 phót. Cuèi cïng n©ng nhiÖt dÇn lªn 83o
C råi 90o
C vµ cuèi cïng lµ 101o
C
®Ó ®¹t nhiÖt ®é nÊu. Thêi gian nÊu kho¶ng 15 phót. KÕt thóc qu¸ tr×nh hå hãa,
ch¸o ®−îc b¬m chuyÓn sang nåi ®−êng hãa. Tr−íc khi chuyÓn ch¸o sang nåi ®−êng
hãa, tr−íc ®ã malt ®−îc ng©m ë nhiÖt ®é 50o
C trong kho¶ng 10 phót. Sau khi hßa
trén dÞch ch¸o vµ dung dÞch malt, dÞch ®−îc gi÷ ë 65o
C trong kho¶ng 40 phót.
Trang ‐34‐

TiÕp theo, toµn bé dÞch nµy ®−îc gia nhiÖt lªn 76o
C, gi÷ trong kho¶ng 1 phót
råi chuyÓn sang nåi läc.
b. C«ng ®o¹n läc
H×nh 2.3. HÖ thèng nåi läc
Môc ®Ých cña viÖc läc dÞch ®−êng lµ t¸ch dÞch ®−êng ra khái b· víi hiÖu suÊt thu
håi lín nhÊt. HÖ thèng nåi läc cã nhiÖm vô thùc hiÖn qu¸ tr×nh läc b· lµ t¸ch pha láng
khái hçn hîp ®Ó tiÕp tôc c¸c b−íc tiÕp theo cña tiÕn tr×nh c«ng nghÖ, cßn pha r¾n
– phÕ liÖu sÏ ®−îc lo¹i bá ra ngoµi . DÞch läc ®−îc läc trong. Môc tiªu cña viÖc t¸ch
dÞch ®· hßa tan tõ b· bia ®Ó ®¹t chÊt l−îng dÞch läc t«t nhÊt, thêi gian läc phï hîp
vµ hiÖu suÊt läc tèt nhÊt. Còng cã nghÜa lµ hiÖu suÊt chiÕt dÞch läc cao, dÞch cèt
cã sè l−îng t¹p chÊt r¾n thÊp, chu kú thêi gian chÝnh x¸c, dÞch víi nång ®é oxy hßa
tan thÊp vµ tèi −u ®−îc chÊt l−îng dÞch. §ång thêi l−îng b· x¶ ph¶i cã h¬i Èm thÊp –
chÊt l−îng b· tèt, kh«. L−îng b· bá ®i tèi thiÓu vµ vÉn ®¶m b¶o ®−îc ®é bÒn c¬ khÝ
Trang ‐35‐

cao. Trong qu¸ tr×nh nµy, n−íc ®−îc thªm vµo cã t¸c dông röa b·, ®ång thêi ®Ó bï
l¹i l−îng n−íc tæn thÊt do bay h¬i khi nÊu. Bia cã “thuÇn khiÕt “ hay kh«ng chÝnh
lµ ®é trong cña bia, ®iÒu nµy phô thuéc vµo qu¸ tr×nh nµy. §Ó n©ng cao n¨ng
suÊt cÇn tèi −u thêi gian läc vµ tèc ®é läc trong 1 mÎ nÊu hoÆc trong c¸c mÎ nÊu
bia còng rÊt quan träng vµ ¶nh h−ëng ®Õn thêi gian chÝnh trong c¶ qu¸ tr×nh
nÊu cña mét mÎ bia. Trong qu¸ tr×nh nµy, l−îng n−íc nãng 80o
C ®−îc thªm vµo
®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh röa b· nguyªn liÖu. Sau ®ã, dÞch ®−îc b¬m sang nåi
houblon hãa. Tæng thêi gian cña qu¸ tr×nh läc trong vµ röa b· kho¶ng 150 phót.
§−êng hãa
Läc trong, thu håi
dÞch ®−êng
B· Röa b·
Hoa §un s«i víi hoa N−íc röa
B· läc
H×nh 2.4. Quy tr×nh nåi läc.
H×nh 2.5. CÊu t¹o bªn trong nåi läc.
Trang ‐36‐

Yªu cÇu c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn läc b· bia: NhiÖm vô trong bµi to¸n ®iÒu khiÓn
nåi läc lµ ®iÒu khiÓn thêi gian läc, ®iÒu khiÓn tèc ®é läc vµ kiÓm so¸t chÊt
l−îng dÞch ®−êng. Vµ mét ®èi t−îng còng rÊt quan träng trong nåi läc lµ çnh
khuÊy. Çc nhµ nÊu cã thiÕt kÕ vµ yªu cÇu ®iÒu khiÓn ë møc ®é thÊp vµ trung
b×nh, çnh khuÊy chØ ®−îc n©ng h¹ theo çc vÞ trÝ cè ®Þnh nµo ®ã trong hµnh
tr×nh. Nh−ng ®Ó ®¹t ®−îc ®é æn ®Þnh cña mµng läc, chÊt l−îng dÞch cèt cÇn
läc trong nåi ph¶i ®−îc kiÓm so¸t nhê vµo sù ®iÒu khiÓn hµnh tr×nh cña çnh
khuÊy lªn xuèng mét çch nhÞp nhµng, ªm vµ uyÓn chuyÓn.
Läc dÞch cèt, th¸o b·, röa b· ph¶i ®¸p øng ®−îc tèi thiÓu çc yªu cÇu sau:
- B¬m dÞch ph¶i ®−îc ®iÒu khiÓn tèc ®é víi çc gi¸ trÞ tèc ®é ®iÒu
chØnh ®−îc mét çch ªm. Tèc ®é b¬m dÞch nhanh hay chËm phô
thuéc vµo møc dÞch trong nåi läc. Møc dÞch trong nåi läc còng ph¶i
®−îc gi¸m s¸t mét çnh liªn tôc çc gi¸ trÞ tøc thêi.
- KiÓm so¸t chÊt l−îng dÞch: ChÊt l−îng dÞch ph¶i ®−îc gi¸m s¸t mét çch
liªn tôc çc gi¸ trÞ tøc thêi, ph¶i thÓ hiÖn b»ng thø nguyªn biÓ thÞ ®é ®ôc/
®é trong theo tiªu chuÈn ch©u ¢u. NÕu dÞch kh«ng ®¹t ®é trong cho
phÐp th× dÞch ®−îc tuÇn hoµn l¹i nåi läc ®Ó thùc hiÖn l¹i qu¸ tr×nh läc.
- KiÓm so¸t khèi l−îng dÞch läc: L−îng dÞch läc vµ tèc ®é läc ph¶i ®−îc
æn ®Þnh. B¬m sÏ b¬m dÞch ®i cho ®Õn khi ®¹t ®−îc khèi l−îng dÞch
theo yªu cÇu cña c«ng nghÖ. Trong qu¸ tr×nh b¬m dÞch, tèc ®é b¬m
dÞch ph¶i æn ®Þnh, dÞch ch¹y trong ®−êng èng ph¶i kÝn, kh«ng cho
kh«ng khÝ th©m nhËp vµo lµm ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng dÞch.
- Qu¸ tr×nh röa b·: sau khi läc ®−îc khèi l−îng dÞch cèt theo yªu cÇu c«ng
nghÖ th× chuyÓn sang qu¸ tr×nh röa b· b»ng n−íc ®· ®−îc phèi trén tõ
n−íc l¹nh 25o
C vµ n−íc nãng 80o
C. N−íc ph¶i ®−îc tù ®éng phèi trén.
NhiÖt ®é cña n−íc ph¶i ®−îc theo dâi. Khèi l−îng n−íc ®−a vµo ®Ó röa b·
còng ph¶i ®−îc gi¸m s¸t kiÓm so¸t ®−îc l−îng dÞch trong qu¸ tr×nh röa b·.
Trang ‐37‐

- Qu¸ tr×nh x¶ b·: Sau khi kÕt thóc qu¸ tr×nh röa b·, b· sÏ ®−îc ®Èy ra
ngoµi theo trôc vÝt xo¾n xuèng thïn chøa b· råi ®−a ra khái nhµ m¸y.
Møc b· trong thïng còng ph¶i ®−îc kiÓm so¸t tr¸nh hiÖn t−îng ïn t¾c.
c.Nåi s«i hoa
H×nh 2.6. HÖ thèng nåi s«i hoa
Nåi s«i hoa hay gäi lµ nåi ®un s«i (Wortkettle).
Trang ‐38‐

d. Nåi l¾ng xo¸y
H×nh 2.9. HÖ thèng thïng l¾ng xo¸y
Thïng l¾ng xo¸y cã nhiÖm vô chÝnh lµ lo¹i bá cÆn nãng cña dÞch nha sau khi nÊu
ë nåi s«i hoa. §©y lµ giai ®o¹n cuèi cïng trong c«ng ®o¹n nÊu bia Qu¸ tr×nh nµy diÔn
ra trong kho¶ng 30 phót. Trong qu¸ tr×nh ®un s«i dÞch ®−êng ë nåi s«i hoa, cÆn
nãng ®−îc h×nh thµnh tõ tannin cña houblon vµ malt vµ çc protein ®ång tô. §©y lµ
chÊt kh«ng thÓ hßa tan gäi lµ cÆn nãng. Nåi l¾ng xo¸y ®−îc sö dông ®Ó t¸ch cÆn
nãng khái dÞch ®−êng tr−íc khi qu¸ tr×nh lµm l¹nh dÞch ®−êng ë hÖ l¹nh nhanh
dÞch nha trªn ®−êng tíi lªn men. C«ng ®o¹n cuèi cïng nµy ®ãng gãp vµo hiÖu suÊt
toµn d©y chuyÒn nhµ nÊu vµ toµn bé nhµ m¸y bia, ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh lªn
men, mµu s¾c bia phô thuéc vµo thêi gian l¾ng ë nåi l¾ng xo¸y vµ h−¬ng vÞ cña
bia. Do ®ã ph¶i t¸ch cÆn nãng lµm dÞch ®−êng s¹ch vµ trong tr−íc khi h¹ nhiÖt
dÞch nha tr−íc khi ®−a vµo tank lªn men. §Ó ®¹t ®−îc çc yªu cÇu chÊt l−îng ta ph¶i
quan t©m tíi çc yÕu tè lµ nhiÖt ®é, thêi gian vµ tèc ®é b¬m cÊp dÞch vµo.
Trang ‐40‐

Nguyªn lý cña thïng l¾ng xo¸y:
- Dùa vµo t¸c ®éng cña träng lùc.
- DÞch ®−êng ®−îc chuyÓn tõ nåi s«i hoa vµo
nåi l¾ng xo¸y theo ®−êng tiÕp tuyÕn bªn
d−íi mét phÇn ba d−íi cña nåi l¾ng xo¸y ®Ó
gi¶m thiÓu hÊp thô oxy vµo dÞch nha.
- Nhê gia tèc ly t©m, h×nh nãn cÆn h×nh thµnh
ë trung t©m nåi l¾ng xo¸y. Nãn nµy kh«ng
thÓ bÞ quÐt ®i bëi sù chän tèc ®é dÞch ®Ó
®¹t tèc ®é tèt nhÊt.
- DÞch ®−êng tõ nåi l¾ng xo¸y cã thÓ lÊy ®−îc tõ ®Çu ra trªn (PV05)
hoÆc tõ ®Çu ra d−íi (PV05).
- Tèc ®é b¬m cÊp dÞch ®¹t gi¸ trÞ tèi −u sao cho khèi cÆn kÕt tô h×nh
nãn ë gi÷a nåi l¾ng xo¸y kh«ng bÞ vì ra.
- Thêi gian ngõng tèi −u kho¶ng 20 phót. CÆn nãng sÏ kÕt tña ë trung
t©m cña nåi.
e. HÖ thèng phô trî kh¸c.
H×nh 2.10. HÖ thèng nåi trung gian
Trang ‐41‐
Nguyªn lý h×nh thµnh nãn cÆn

H×nh 2.11. HÖ thèng lµm l¹nh nhanh.
2.2. Bµi to¸n ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é
Trong hÖ thèng nhµ nÊu cã nhiÒu ®iÓm cÇn ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é ®Ó
phôc vô cho c¸c qu¸ tr×nh kh¸c nhau.
2.2.1. §iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho nåi nÊu
ViÖc ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cña hÖ thèng nåi nÊu bao gåm nåi hå hãa vµ nåi ®−êng
hãa rÊt quan träng, nã ®¶m b¶o ®Õn chÊt l−îng cña bia sau nµy. NhiÖt ®é nåi nÊu chØ
®−îc cho phÐp dao ®éng trong kho¶ng ±2o
C trong qu¸ tr×nh n©ng nhiÖt vµ chØ cho
phÐp ±0.5o
C trong qu¸ tr×nh nÊu vµ æn ®Þnh nhiÖt. Do qu¸n tÝnh nhiÖt cña hÖ thèng
rÊt lín do ®ã nhiÖt ®é s«i ph¶i ®−îc kiÓm so¸t chÆt chÏ, kh«ng cho nhiÖt ®é v−ît qu¸ giíi
h¹n cho phÐp. Do ®ã qu¸ tr×nh nÊu ph¶i tu©n thñ chÆt chÏ c¸c quy tr×nh kh¸c nhau.
NhiÖt ®é ®−îc n©ng dÇn tõ 72o
C lªn 83o
C, 90o
C råi míi lªn ®Õn nhiÖt ®é s«i.
Trang ‐42‐

H×nh 2.12. L−u ®å ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho nåi nÊu.
2.2.2. §iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho c¸c hÖ thèng kh¸c
Dùa trªn l−u ®å P&ID ta cã thÓ thÊy c¸c hÖ thèng cã sö dông ®Õn ®iÒu khiÓn
nhiÖt ®é nh− hÖ thèng nåi läc b·, nåi trung gian, nåi s«i hoa, nåi l¾ng xo¸y.
Mét sè bé l−u ®å ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong hÖ thèng.
H×nh 2.13. L−u ®å ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho nåi läc b·
Trang ‐43‐

H×nh 2.14. L−u ®å ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho trung gian
2.3. Bµi to¸n ®iÒu khiÓn l−u l−îng
Bµi to¸n ®iÒu khiÓn l−u l−îng ë hÖ thèng lµm l¹nh nhanh.
H×nh 2.15. L−u ®å ®iÒu khiÓn l−u l−îng
Trang ‐44‐

Ch−¬ng iii: nghiªn cøu hÖ thèng scada víi wincc vµ
phÇn mÒm ®iÒu khiÓn plc
3.1. Bé ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh PLC
3.1.1 Giíi thiÖu vÒ PLC
ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn logic kh¶ tr×nh PLC lµ lo¹i thiÕt bÞ cho phÐp thùc hiÖn
linh ho¹t çc thuËt to¸n ®iÒu khiÓn sè th«ng qua mét ng«n ng÷ lËp tr×nh, thay
cho viÖc thÓ hiÖn thuËt to¸n ®ã b»ng m¹ch s«. Nh− vËy víi ch−¬ng tr×nh ®iÒu
khiÓn trong m×nh, PLC trë thµnh bé ®iÒu khiÓn nhá gän , dÔ thay ®æi thuËt
to¸n vµ ®Æc biÖt dÔ trao ®æi th«ng tin víi m«i tr−êng xung quanh ( víi çc PLC
kh¸c hoÆc víi m¸y tÝnh). Toµn bé ch−¬ng tr×nh ®−îc l−u trong bé nhí d−íi d¹ng
çc khèi ch−¬ng tr×nh (OB, FC, FB…) vµ ®−îc thùc hiÖn víi chu kú quÐt.
§Ó cã thÓ thùc hiÖn mét ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn, PLC ph¶i cã tÝnh n¨ng
nh− mét m¸y tÝnh, nghÜa lµ ph¶i cã mét bé xö lý trung t©m (CPU), mét hÖ ®iÒu
hµnh, mét bé nhí ch−¬ng tr×nh ®Ó l−u ch−¬ng tr×nh còng nh− d÷ liÖu vµ tÊt
nhiªn ph¶i cã çc cæng vµo ra ®Ó giao tiÕp víi çc thiÕt bÞ bªn ngoµi,… Bªn c¹nh
®ã, nh»m phôc vô bµi to¸n ®iÒu khiÓn sè, PLC cßn cã çc khèi hµm chøc n¨ng
nh− Timer, Counter vµ çc hµm chøc n¨ng ®Æc biÖt kh¸c.
H×nh 3.1. CÊu tróc PLC
Trang ‐45‐

Çc Module cña PLC: Th«ng th−êng ®Ó t¨ng tÝnh mÒm dÎo trong øng dông
thùc tÕ mµ ë ®ã phÇn lín çc ®èi t−îng ®iÒu khiÓn cã sè tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ®Çu
ra còng nh− chñng lo¹i tÝn hiÖu vµo ra kh¸c nhau mµ çc bé ®iÒu khiÓn PLC ®−îc
thiÕt kÕ kh«ng bÞ cøng hãa vÒ cÊu h×nh. Chóng ®−îc chia nhá thµnh çc module
víi module chÝnh lµ Module CPU, vµ çc module kh¸c nh− Module nhËn truyÒn tÝn
hiÖu ®èi t−îng ®iÒu khiÓn , çc Module chøc n¨ng chuyªn dông nh− PID, ®iÒu
khiÓn ®éng c¬… Chóng ®−îc gäi chung lµ Module më réng.
a. Module CPU
Module CPU lµ module chøa bé vi xö lý, hÖ ®iÒu hµnh, bé nhí, çc bé ®Þnh
th×, bé ®Õm, cæng truyÒn th«ng (RS 485) vµ cã thÓ cßn cã mét vµi cæng vµo/ra
sè. Çc cæng vµo/ra sè cã trªn module CPU ®−îc gäi lµ cæng vµo/ra onboard nh−
CPU 314IFM. Trong hä PLC S7-300 cã nhiÒu lo¹i module CPU kh¸c nhau. Nãi chung
chóng ®−îc ®Æt tªn theo bé vi xö lý cã trong nã nh− module CPU312, module
CPU314, module CPU315. Nh÷ng module cïng sö dông mét lo¹i bé vi xö lý, nh−ng
kh¸c nhau vÒ cæng vµo/ra onboard còng nh− çc khèi hµm ®Æc biÖt ®−îc tÝch hîp
s½n trong th− viÖn cña hÖ ®iÒu hµnh phôc vô viÖc sö dông çc cæng vµo/ra
onboard nµy sÏ ph©n biÖt víi nhau trong tªn gäi b»ng çch thªm côm ch÷ çi IFM
(Intergrated Function Module). VÝ dô module CPU313IFM, module CPU314IFM
Ngoµi ra, cßn cã çc lo¹i module CPU víi hai cæng truyÒn th«ng, trong ®ã cæng
truyÒn th«ng thø hai cã chøc n¨ng chÝnh lµ phôc vô viÖc nèi m¹ng ph©n t¸n nh−
m¹ng PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). TÊt nhiªn kÌm theo cæng truyÒn th«ng thø
hai nµy la nh÷ng phÇn mÒm tiÖn dông thÝch hîp còng ®· ®−îc cµi s½n trong hÖ
®iÒu hµnh. Çc lo¹i module CPU nµy ®−îc ph©n biÖt víi çc lo¹i module CPU kh¸c
b»ng çch thªm côm t− DP (Distributed Port)
b. Çc lo¹i module më réng:
PS (Power Supply): Module nguån nu«i, cã 3 lo¹i 2A, 5A vµ 10A.

SM (Signal Module): Module më réng cæng tÝn hiÖu vµo/ra, gåm cã:

• DI (Digital Input): Module më réng çc cæng vµo sè víi sè l−îng cæng cã thÓ lµ
8, 16 hoÆc 32 tïy theo tõng lo¹i module. Gåm 24VDC vµ 120/230V AC.
Trang ‐46‐

• DO (Digital Output): Module më réng çc cæng ra sè víi sè l−îng cæng cã thÓ
lµ 8, 16 hoÆc 32 tïy theo tõng lo¹i module. Gåm 24VDC vµ ng¾t ®iÖn tõ.
• DI/DO (Digital Input/Digital Out): Module më réng çc cæng vµo/ra sè víi sè
l−îng cæng cã thÓ lµ 8 vµo/8 ra hoÆc 16 vµo/16 ra tïy theo tõng lo¹i module.
• AI (Anolog Input): Module më réng çc cæng vµo t−¬ng tù. VÒ b¶n chÊt
chóng lµ nh÷ng bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù sè 12 bits (AD), tøc lµ mçi tÝn
hiÖu t−¬ng tù ®−îc chuyÓn ®æi thµnh mét tÝn hiÖu sè (nguyªn) cã ®é
dµi 12 bits. Sè çc cæng vµo t−¬ng tù cã thÓ lµ 2, 4 hoÆc 8 tïy theo lo¹i
module. TÝn hiÖu vµo cã thÓ lµ ¸p, dßng, ®iÖn trë.
• AO (Anolog Output): Module më réng çc cæng ra t−¬ng tù. Chóng lµ nh÷ng
bé chuyÓn ®æi sè t−¬ng tù 12 bits (DA). Sè çc cæng ra t−¬ng tù cã thÓ lµ 2,
4 hoÆc 8 tïy theo lo¹i module. TÝn hiÖu ra cã thÓ lµ ¸p hoÆc dßng.
• AI/AO (Analog Input/Analog Output): Module më réng çc cæng vµo/ra
t−¬ng tù. Sè çc cæng t−¬ng tù cã thÓ lµ 4 vµo/2 ra hoÆc 4 vµo/4 ra tïy
theo tõng lo¹i module.
IM (Interface Module): Module ghÐp nèi. §©y lµ lo¹i module chuyªn dông cã
nhiÖm vô nèi tõng nhãm çc module më réng l¹i víi nhau thµnh mét khèi vµ
®−îc qu¶n lý chung bëi mét module CPU. Th«ng th−êng çc module më réng
®−îc g¸ liÒn víi nhau trªn mét thanh ®ì gäi lµ rack (h×nh 2.3). Trªn mçi thanh
rack chØ cã thÓ g¸ tèi ®a 8 module më réng (kh«ng kÓ module CPU, nguån
nu«i). Mét module CPU S7-300 cã thÓ lµm viÖc trùc tiÕp víi nhiÒu nhÊt 4
racks vµ çc racks nµy ph¶i ®−îc nèi víi nhau b»ng module IM
 FM (Function Module): Module cã chøc n¨ng ®iÒu khiÓn riªng, vÝ dô nh− module
®iÒu khiÓn ®éng c¬ servo, module ®iÒu khiÓn ®éng c¬ b−íc, module PID, module
®iÒu khiÓn vßng kÝn, Module ®Õm, ®Þnh vÞ, ®iÒu khiÓn håi tiÕp …
 CP (Communication Module): Module phôc vô truyÒn th«ng trong m¹ng (MPI,
PROFIBUS, Industrial Ethernet) gi÷a çc PLC víi nhau hoÆc gi÷a PLC víi m¸y tÝnh.
Çc module ®−îc g¾n trªn thanh rack, vµ mçi thanh rack cã thÓ g¾n tèi ®a 8 modul
SM/FM/CP ë bªn ph¶i CPU. Chóng kÕt nèi víi nhau qua bus connector ë mÆt sau
Trang ‐47‐

cña module. Mçi module ®−îc g¸n mét sè slot tÝnh tõ tr¸i sang ph¶i, module
nguån lµ slot 1, module CPU lµ slot 2, module kÕ tiÕp mang sè 4…
H×nh 3.2. CÊu h×nh mét thanh rack cña PLC S7-300
NÕu cã nhiÒu module th× bè trÝ thµnh nhiÒu rack, CPU ë rack 0, slot 2, kÕ ®ã lµ
module ph¸t IM360, slot 3 cã nhiÖm vô kÕt nèi rack víi çc rack 1, 2, 3… Trªn mçi
rack nµy cã module kÕt nèi thu IM 361, bªn ph¶i mçi module IM lµ çc module
SM/FM/CP. Çp nèi hai module IM dµi tèi ®a 10m. Çc module ®−îc ®¸nh sè theo
slot vµ dïng lµm c¬ së ®Ó ®Æt ®Þa chØ ®Çu cho çc module ngâ vµo ra tÝn hiÖu.
§èi víi çc CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 cã thÓ g¸n ®Þa chØ tïy ý cho çc module.
Trang ‐48‐

Xây dựng hệ thống điều kiển giám sát SCADA hệ nấu trong dây chuyền sản xuất bia chất lượng cao.doc

Xây dựng hệ thống điều kiển giám sát SCADA hệ nấu trong dây chuyền sản xuất bia chất lượng cao.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Xây dựng hệ thống điều kiển giám sát SCADA hệ nấu trong dây chuyền sản xuất bia chất lượng cao.doc

Similar to Xây dựng hệ thống điều kiển giám sát SCADA hệ nấu trong dây chuyền sản xuất bia chất lượng cao.doc (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Xây dựng hệ thống điều kiển giám sát SCADA hệ nấu trong dây chuyền sản xuất bia chất lượng cao.doc