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

I.2.5 Nhà chiết Quá trình hoạt động của nhà chiết có thể được mô tả bằng sơ đồ sau: Rửa kết Máy bốc chai Chai + kết bẩn Chai Kết Máy bốc chai vào kết Chai+kết thành phẩm Kết sạch... H

Chương 3: Quá trình lên men và lọc

bia

Khâu hạ nhiệt

Dịch từ khâu trộn được bơm M5 chuyển đến nhà lên men Trước khi đưa vào tank lên men thì dịch phải hạ nhiêt độ xuống còn 100C nhờ có bộ phận hạ nhiệt

Hình I.7: Quá trình hạ nhiệt

Bộ phận hạ nhiệt bao gồm :

- Cánh tản nhiệt có nhiệm vụ thoát nhiệt

- Ống dẫn nước lạnh (nước được làm lạnh xuống 20C)

- Ống dẫn dịch

Nguyên lý hoạt động:

Hình I.8: Nguyên lý hoạt động

Van V17

Van V16

Van

Nước nha

Dịch

Cánh tản nhiệt Nước

Dựa trên nguyên lý trao đổi năng lượng, nhiệt trong dịch sẽ truyền qua nước lạnh, cánh tản nhiệt ra ngoài môi trường Lưu lượng dịch và nước lạnh sẽ được điều khiển bằng van lưu lượng V16, V17 đảm bảo dịch ra khỏi bộ phận hạ nhiệt đạt 100C

Dịch sau khi được hạ nhiệt độ, sẽ được chuyển đến một tank

để trộn men Sau khi quá trình trộn men kết thúc sẽ được đưa vào tank lên men Trong nhà lên men có tổng cộng 12 tank lên men Mỗi tank đều có cảm biến nhiệt độ (cặp nhiệt độ) để đo nhiệt độ, thiết bị điều khiển nhiệt độ

Quá trình lên men:

Quá trình lên men bia được tóm tắt thành bốn giai đoạn chính :

- Giai đoạn đầu: Tạo bọt trắng và mịn ở xung quanh bề mặt dịch lên men, nấm men nẩy chồi và phát triển, giai đoạn này kéo dài từ 1-5 ngày

- Giai đoạn hai: Giai đoạn bọt thấp có rất nhiều bọt đặc trắng, chật, bồng lên một lớp trên bề mặt dịch trong thời gian 1-2 ngày

- Giai đoạn ba : Giai đoạn bọt cao, quá trình lên men diễn ra mạnh mẽ nhất, bọt xốp và bồng lên rất cao, bề mặt bọt từ trắng chuyển sang màu nâu Giai đoạn này kéo dài 3-4 ngày

- Giai đoạn cuối: Bọt bệp xuống, bề mặt bọt lên men phủ lớp màu nâu Tế bào nấm men tạo thành lớp bông và lắng xuống đáy thùng Sản phẩm thu được là bia non tiến hành tiếp quá

trình ủ bia từ 6-10 ngày để nồng độ CO2, hàm lượng cồn diaxentin, độ axit đạt chỉ tiêu yêu cầu

Làm trong bia

Để đạt được độ trong cần thiết phải tiến hành lọc làm trong bia Có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau và nhiều chất trợ lọc khác nhau Lọc tách triệt để các phần tử rắn lóng, khuyếch tán trong bia, lọc loại bỏ hầu hết các vi sinh vật, kể cả nấm men, làm cho bia có độ trong sáng đúng yêu cầu chất lượng làm ổn định và gia tăng độ bền vững sinh học, hoá học, nên bia sau khi lọc tinh

có thể để một tháng không cần thanh trùng

Các quá trình khác

Ngoài ra trong nhà lên men còn có các tank chứa NaOH để làm vệ sinh cho các tank lên men sau khi kết thúc quá trình lên men Kết thúc quá trình hoạt động tại nhà lên men và lọc, dịch sẽ chuyển thành bia Sau đó bia được chuyển đến nhà chiết

I.2.5 Nhà chiết

Quá trình hoạt động của nhà chiết có thể được mô tả bằng

sơ đồ sau:

Rửa kết

Máy bốc chai Chai + kết bẩn

Chai Kết

Máy bốc chai vào kết

Chai+kết thành phẩm

Kết sạch

Hình I.9: Sơ đồ hoạt động nhà chiết

a Máy bốc chai

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

Robot bốc chai là một robot hai bậc tự do, gồm có hai khớp tịnh tiến Hai bậc tự do được truyền động bởi hai động cơ xoay chiều ba pha, hai động cơ này thực hiện chuyển động cho trục X

và trục Z Các vị trí duy chuyển được định vị bởi các công tắc hành trình và thêm các cảm biến quang để tăng thêm độ tin cậy khi làm việc Ngoài ra nó còn được cài đặt tọa độ bởi PLC SCL 5/03 của hãng Allen-Bradley

Bộ phận kẹp chai ,chốt định vị được điều khiển bằng khí nén (xem hình sơ đồ điều khiển khí nén )

Panel

DH-485

RS-232

I/O Digital

CPU SLC 5/03

Starter

Starter

Starter Encoder

Encoder

Changer

Changer

Motor Axis-Z

Motor Axis-X

Motor Bottle+Belt+Conveyor

Z

X

Hình I.11: Sơ đồ điều khiển máy bốc chai

Các thiết bị của máy bốc:

- Một PLC SLC 5/03 của hãng Allen-Bradley (PLC này được nâng cấp bằng PLC S7-300, CPU 314)

- Hai cử hành trình theo trục X

- Hai cử hành trình theo trục Z

- Bộ phận kẹp bằng khí nén

- Hai mô tơ truyền động theo hai trục X, Z, một động cơ điều khển

- băng tải kết và băng tải chai

- Các cảm biến quang học

- Các bộ tachometer

- Các bộ khởi động động cơ

Nguyên lý hoạt động của khâu bốc chai:

Tz2

Chốt định vị C1 Kết + chai

Cảm biến quang E1

Chốt định vị C2 E2

Băng tải chai

Cử hành trình Tx2 Tx1

Tz1

E3

Hình I.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Trạng thái ban đầu của máy bốc là Tx2, Tz2 có tín hiệu, băng chai

và băng tải kết chạy

- Cảm biến quang E1 thực hiện việc đếm kết, chốt định

vị C2 đóng không cho kết bia chạy qua Nếu đủ hai kết thì chốt định vị C1 đóng (hai chốt định vị C1, C2 chặn kết bia ), máy bốc thực hiện việc bốc kết

- Máy bốc thực hiện chuyển động tịnh tiến xuống theo trục Z, cho đến khi cử hành trình Tz1 có tín hiệu, tay kẹp sẽ kẹp chai Sau khi kẹp xong, máy thực hiện chuyển động tịnh tiến lên theo trục Z, cho đến khi Tz2 có tín hiệu Nếu cảm biến quang E3 mất tín hiệu (có chai kẹp) thì thực hiện tiếp chuyển động theo chiều X âm cho đến khi Tx1 có tín hiệu, thực hiện chuyển động Z

âm cho đến khi Tz1 có tín hiệu, thực hiện thả chai Nếu E3 có tín hiệu ( không có chai ) máy dừng và báo lỗi Kết thúc chu trình thả chai máy tự động set về trạng thái ban đầu Đồng thời cử chặn C2

mở cho đến khi cảm biến E1 có tín hiệu (không có kết) thì cử chặn C1 mở và C2 đóng Máy bốc tiếp tục thực hiện chu kỳ hai

- Cảm biến E2 mất tín hiệu (Có chai trín băng tải) thì mây bốc chai sẽ không thực hiện thả chai xuống băng tải

Bộ kiể m tra áp

2/3

Van VT1

Hình I.13: Sơ đồ điều khiển tay kẹp mây bốc

Việc kẹp chai vă thả chai được điều khiển thông qua van khí nĩn VT1 (VT1 lă van 5/2 ), vị trí của van năy được điều khiển bằng tín hiệu điện Ở vị trí đang xĩt thì tay kẹp mở, để kẹp thì cần

có tín hiệu điều khiển van VT1 ở vị trí 2

b Mây rửa chai

Dùng dung dịch NaOH 2% vă nước nóng phun xịt rửa sạch

cả bín trong lẫn bín ngoăi vỏ chai bia vă bóc nhên, để đưa văo mây chiết bia

Chai bẩn được đưa vào máy rửa bằng băng tải đầu vào Khi chai đến cửa vào của máy rửa, động cơ chọn lựa sẽ đưa chai vào

hệ thống rọ chai, hệ thống rọ chai được động cơ chính dẫn động thông qua hộp giảm tốc, sẽ chuyển động theo chu kỳ khép kín hệ thống rọ sẽ mang chai đi qua các hầm tẩy rửa như : hầm ngâm nước nóng, hầm xút, và các vòi phun

Nhờ hệ thống vòi phun xút và nước nóng với áp suất lớn, nên chai ra khỏi máy rửa theo cửa ra chai hầu hết đều rất sạch và được băng tải đưa vào máy chiết bia

Quá trình hoạt động của máy diễn ra như sau:

Chai sẽ được ngâm vào bể chứa nước nóng 350C để thấm ướt nhãn trên vỏ chai nhằm loại bỏ nhãn Sau đó chai tiếp tục được rửa bằng vòi phun nước nóng

Hình I.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy rửa chai

Kế đến là chai được ngâm vào trong một bể chứa dung dịch NaOH có nhiệt độ là 750C Sau khi ngân sút kết thúc, chai được

Ngâm

nước nóng Ngâm NaOH 2%

Phun nước nóng

Phun nước sạch

Ngâm

nướcnóng

Ngâm NaOH 2%

Phun nước nóng

Phun nước sạch

qua vòi phun nhằm loại bỏ hoàn toàn nhãn trên chai bia Nhãn bia được lấy đi và đưa ra ngoài nhờ một băng tải, trên băng tải này có trang bị một bàn chải xoay để làm sạch các nhãn bám trên băng tải này Chai tiếp tục đưa lên phía trên của máy rửa cao áp, máy rửa này có nhiệm vụ rửa sạch cả bề mặt bên trong lẫn bên ngoài chai nhờ vào một dãy các vòi phun cao áp đặt kế tiếp nhau Kết thúc bằng vòi phun nước sạch có nhiệt độ bình thường

c Máy chiết

Công suất của máy chiết bia là 15000 chai/h, quá trình chiết hoạt động theo nguyên tắc chiết đẳng áp

Hình I.15: Hoạt động của cơ cấu nâng chai bằng cam và con lăn

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

Cơ cấu cam Đường chai vào

Đầu chiết

Nguyín lý lăm việc:

- Chu kỳ 1: Nhờ có trục vít dẫn hướng chai mă chai đi đúng văo vị trí cần chiết Cơ cấu cam nđng vỏ chai văo đúng vị trí của đầu chiết, lúc năy đường đẳng âp ngược chiều được thông giữa chai vă thùng trữ bia vă do chính lệch âp suất giữa thùng vă chai mă khí CO2 đi văo trong chai theo ống

ra ngoăi, khí CO2 văo để thổi hết không khí trong chai Đường đẳng đóng lại, trong chai còn CO2 đến khi năo âp suất trong chai bằng âp suất trong thùng thì bia chảy văo chai

Chai đã chiế t xong

Chai đang chiế t

Chai bắt đầ u chiết Chai rỗng

Chai chuẩ n bị

đóng nắp

Trucû vít dẫn hướng chai

Hình I.16: Hoạt động của mây chiết bia

- Chu kỳ 3: Bia tự động chảy văo chai theo đúng định mức do cđn bằng âp suất Lúc năy CO2 không tạo âp suất ngược chiều được do đó bia ngừng chảy văo chai Quâ trình chiếc một

chai bia kết thúc một khi chai quay đến vị trí đóng cưỡng bức vòi chiếc

- Chu kỳ 4: Phải mở cửa với thời gian nhất định để áp suất trong chai bia cân bằng với áp suất bên ngoài Rồi mới đưa chai bia ra khỏi chụp chai, điều này nhằm mục đích tránh trào bia khi mở đột ngột đầu chụp chai

d Máy đóng nắp chai

Yêu cầu kỹ thuật :

- Để bia không bị giảm chất lượng thì thời gian từ khi bia được rót đến lúc đóng nắp xong không được quá 5 giây

- Nắp phải được đóng kín không được làm thất thoát

CO2 và nhiểm khuẩn

Thùng chứa nắp chai

Cơ cấu dẫn hướng nắp chai

Đóng nắp chai

Chai vào

Chai ra

Hình I.17 : Nguyên lý hoạt động máy đóng nắp

Nguyên lý hoạt động :

Hình I.18: Hình chiều bằnghoạt động máy đóng nắp chai

- Nắp chai từ thùng chứa xuống đầu đóng nắp chai nhờ

có cơ cấu dẫn hướng nắp chai

- Khi chai vào đúng vị trí đóng nắp (nhờ cảm biến quang phát hiện), sẽ có trục chuyển động tịnh tiến dọc để đóng nắp chai

- Chai sau khi được đóng nắp sẽ tiếp tục theo băng tải đi vào máy thanh trùng

e Máy thanh trùng

Công dụng :

Đình chỉ sự hoạt động của nấm lên men bia, tiêu diệt các vi sinh vật còn sót lại trong bia (do công nghệ sản xuất ) Để làm tăng thời gian bảo quản bia, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm

Hình I.19: Sơ đồ hoạt động máy thanh trùng

Yêu cầu kỹ thuật:

- Đảm bảo đúng nhiệt độ yêu cầu ở từng khoang thanh trùng

- Thời gian chai lưu lại trong mỗi khoan

- Tốc độ chai chạy tùy theo lượng chai có trong máy mà biến tần sẽ điều chỉnh tốc độ của băng tải để đưa chai ra ngoài theo đúng tiến độ

Nguyên lý hoạt động:

- Ngăn 1 (Heating 1) : ở ngăn này chai từ máy chiết đi vào, nên chai được giữ ở nhiệt độ bình thường (nhiệt độ đặt là 280C) Chai tiếp tục đi vào ngăn hai nhờ băng tải

- Ngăn 2 (Heating 2) :tại ngăn này chai được gia nhiệt, nhiệt

độ trong ngăn được tăng nhiệt đến 400C Tốc độ chai chạy qua ngăn này phụ thuộc vào nhiệt độ trong ngăn Nếu nhiệt độ đặt cao thì chai sẽ chạy nhanh để đảm bảo nhiệt độ trong chai không vượt quá mức cho phép Tốc độ chai được điều khiển bởi các động cơ xoay chiều và biến tần VLT series 5004, VLT 3004

- Ngăn 3 ( Heating 3 ) : trong ngăn tiếp tục gia nhiệt lên đến

520C, nhờ nhiệt trong ngăn mà nhiệt độ trong chai tăng lên khoảng 500C Với nhiệt độ này, tốc độ chai đi qua ngăn chậm để đảm bảo nhiệt độ của chai Kết thúc ngăn này chai sẽ được hạ nhiệt

- Ngăn 4 : ngăn tiếp tục được gia nhiệt, nhiệt độ trong ngăn được tăng lên 680C Tốc độ chai đi qua ngăn này là tương đối chậm để đảm bảo nhiệt độ trong chai là 680C và diệt khuẩn an toàn Nhiệm vụ của ngăn này là “tiền diệt khuẩn ” vì ở nhiệt độ này sẽ hạn chế được sự hoạt động, phát triển của các vi sinh vật còn sót lại

- Ngăn 5 : nhiệt độ trong ngăn được hạ xuống 640C, đây là giai đoạn diệt khuẩn toàn bộ

- Ngăn 6 ( Cooling 1 ) : Chai được hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ

520C

- Ngăn 7 ( Cooling 2 ) : Chai được hạ xuống nhiệt độ 420C

- Ngăn 8 ( Cooling 3) : Chai đưa về nhiệt độ bình thường ( thông thường là 280C)

-Hình I.20: Bố trí nhiệt độ trong các ngăn

Nhiệt cung cấp cho quá trình thanh trùng được cung cấp nhờ hơi nước nóng ở nhà nhiệt Hơi nước nóng sẽ được thổi vào bộ

28 0 C 40 0 C 52 0 C 68 0 C 62 0 C 52 0 C 42 0 C 28 0 C

trao đổi nhiệt giữa nước với hơi nước nóng Nhiệt độ nước được đảm bảo yêu cầu nhờ các bơm để tăng giảm tốc độ trao đổi nhiệt Nước được gia nhiệt sẽ được phun vào trong ngăn, nhiệt độ ngăn tăng lên là nhờ quá trình trao đổi nhiệt giữa nước nóng với không khí trong ngăn

Vì do yêu cầu nhiệt độ trong ngăn phải đảm bảo chính xác

so với nhiệt độ đặt nên trong mỗi ngăn đều có các quạt thông gió, các quạt này đảm bảo nhiệt độ trong ngăn không tăng đột ngột Khi nhiệt độ trong ngăn vượt quá nhiệt độ đặt thì quạt sẽ hoạt động cho đến khi nhiệt độ trong ngăn thấp hơn nhiệt độ đặt 5%

f Máy dán nhãn

Nguyên lý hoạt động

Chai từ băng tải đi vào, bàn xoay I có nhiệm vụ đưa chai vào bàn xoay II Bàn xoay II mang chai chạy theo đường tròn, lúc

đó bàn thoa keo IV sẽ quay tròn, thực hiện việc lấy nhãn tai hộp chứa nhãn và dán vào chai Sự ăn khớp giữa chai vào nhãn giống với sự ăn khớp của bánh răng Sau khi được dán nhãn xong chai tiếp ttục theo bàn xoay III ra ngoài băng tải

Bàn xoay chai

Băng tải

I IV

II

công tắc

nhận biết chai vào đủ

C ơ cấu chỉnh hướng chai

Hình I.21 Nguyín lý hoạt động của mây dân nhên

g Mây in ngăy sản xuất

Hình I.22: Nguyín lý hoạt động của mây in ngăy sản xuất

Chai chạy trín băng tải chai, khi cảm biến quang mất tín hiệu (tức lă có chai đi qua vị trí in ngăy) thì mây in phun thực hiện in ngăy sản xuất lín chai Với vị trí vòi phun đê định vị sao cho phun đúng cổ chai

f Mây bốc chai

Hướng

đi chai

Mây in phun

Cảm biến quang

B ăng t ải chai

Hình I.23: Cơ cấu dẫn hướng chai

Chai bia sau khi thanh trùng xong, băng tải sẽ chuyển chai bia sang máy bốc, khi đến gần máy bốc sẽ có một cơ cấu dồn chai

và dẫn hướng chai (xem hình vẽ) Khi băng tải chạy sẽ dồn chai bia vào cơ cấu dẫn hướng chai, cơ cấu này có nhiệm vụ tách thành bốn hàng chai Sau đó có cơ cấu ép chai xít lại với nhau Một đầu kia sẽ bị chặn lại không cho chai bia chạy tiếp, lúc này các hàng bia ở phía sau sẽ tự động sắp xếp lại

Có 4 công tắc được bố trí thẳng hàng, và nằm đúng vị trí dãy thứ 11 Khi bốn công tắc này đóng (tức là đã đủ 10 dãy bia,

có 40 chai) và đồng thời hai kết không đã vào đúng vị trí trên băng tải kết thì máy bốc sẽ thực hiện việc bốc chai

Nguyên lý hoạt động và kết cấu của máy bốc chai vào kết giống như máy bốc chai ra khỏi kết Tuy nhiên các yêu cầu an toàn ở máy bốc chai ra khỏi kết cao hơn nhiều