Đây là một trong những giải pháp nhằm nâng cao giá trị gia tăng cho sản phẩm của ngành. Ngoài ứng dụng cho ngành sản xuất rượu, bia, nước giải khát, giải pháp này có thể ứng dụng cho hệ thống điều khiển quá trình của nhiều ngành sản xuất khác.

Một hệ thống điều khiển tự động cho quá trình lên men bia do các hãng của Đức cũng như các Công ty trong nước cung cấp thường thực hiện hai chức năng chính là: Điều khiển quá trình lên men và SCADA. Vì vậy cấu hình thường thấy của hệ thống là PLC (có thể điều khiển tập trung hoặc điều khiển phân tán với mạng Profibus) và hệ SCADA (có thể bao gồm một máy chủ và vài máy khách), trong bài viết này chúng tôi tạm gọi là “hệ thống tiêu chuẩn”. Trong nhiều công trình, để nâng cao độ tin cậy người ta còn sử dụng các ThermoController cho chế độ bằng tay. Nếu tích hợp tổng thể quá trình lên men với quá trình trước đó là cấp liệu, xay nghiền, nấu lọc, đường hoá, người ta thường sử dụng hệ thống DCS với tổng số point (tính cả DI và DO) khoảng 50. Tuy nhiên, với thực tế quy mô đầu tư cho dây chuyền lên men bia hiện nay ở nước ta không phải dự án nào cũng có thể đầu tư hệ thống kể trên. Cũng xuất hiện một số giải pháp cho hệ thống điều khiển tự động quá trình lên men bia quy mô vừa và nhỏ như “PC + Thermocontroller + Fieldbus”. Tuy nhiên trong mô hình này, máy vi tính PC làm cả hai chức năng: Hệ SCADA và điều khiển quá trình lên men. Với độ tin cậy của phần cứng và độ ổn định hệ điều hành của máy vi tính còn rất thấp thì giải pháp này không mang lại lợi ích lâu dài cho nhà đầu tư. Nếu tính đến số lượng virus ngày càng nhiều thì hệ thống theo giải pháp này có thể “down” bất cứ lúc nào gây thiệt hại rất lớn cho nhà đầu tư khi sản xuất đang trong thời gian “mùa vụ”.

Giải pháp chúng tôi giới thiệu trong bài toán này nhằm tối ưu hoá giữa hai yếu tố là giá trị đầu tư và độ tin cậy với chức năng tương đương như những hệ thống đồng bộ do các hãng Đức cung cấp vào Việt Nam.

Trong sơ đồ cấu trúc hệ thống Cbrew4, thoạt nhìn chúng ta thấy nó giống giải pháp “PC + Thermocontroller + Fieldbus” nói ở trên. Tuy nhiên, phương án của chúng tôi có hai điểm khác biệt lớn:

- Có thể hoạt động không cần máy vi tính PC như các hệ thống “tiêu chuẩn”.

- Bảo đảm cả chức năng thu thập số liệu và điều khiển giám sát “SCADA” khi không có máy vi tính PC.

Nhờ vậy, hệ thống Cbrew4 có tính ổn định và độ tin cậy cao hơn nhiều với giải pháp “PC + Thermocontroller + Fieldbus”, thậm chí có thể đánh giá tương đương với hệ thống “tiêu chuẩn”.

Trong cấu hình Cbrew4 này có 3 thành phần chính: Hệ SCADA gồm 1 máy chủ và một vài máy khách, bộ Gateway chuyên dụng CGW4 và các thiết bị R3000 (thiết bị ghi không giấy của hãng Supcon).

Trước hết chúng ta phân tích chức năng của các thành phần của hệ thống này:

Thiết bị tự ghi truyền thống trước đây thường được coi là thiết bị thu thập số liệu và lưu trữ, tuy nhiên các thiết bị này theo công nghệ mới không những có khả năng thu thập và lưu trữ số liệu và các thiết bị như đĩa mềm hoặc bộ nhớ Flash, mà còn là các thiết bị thông minh có khả năng kết nối mạng Fieldbus như thiết bị trường và có khả năng mở rộng thành các bộ điều khiển PID nhờ Card chức năng. Tận dụng khả năng đó của thiết bị tự động ghi không giấy R3000 (Paperless Recorder) chúng tôi sử dụng các thiết bị này làm chức năng điều khiển nhiệt độ, đồng thời thu thập và lưu trữ số liệu toàn bộ quá trình lên men cho từng tank bia. Với bộ công nghiệp hiện nay, người sử dụng có thể dùng 1 card Compact Flash thường dùng cho các thiết bị đa phương tiện với vài chục USD để lưu trữ cho cả 12 tank suốt 1 năm. Màn hình màu 5 inch TFT cho phép người sử dụng theo dõi, cài đặt các thông số dễ dàng, hơn thế nữa người vận hành có thể xem thông số quá trình lên men bia dưới dạng đồ thị thuận lợi cho việc phân tích, đánh giá. Với chức năng này, một bộ R3000 đã có thể điều khiển nhiệt độ quá trình lên men bia cho 12 tank và hoàn toàn có khả năng hoạt động độc lập với máy tính PC.

Thiết bị rất chuyên dụng trong hệ thống Cbrew4 này phải kế đến bộ Gateway chuyên dụng CGW4. Mạng Fieldbus kết nối giữa các thiết bị R3000 là mạng Rbus do hãng Supcon phát triển, với các thông số tương đương như các mạng Fieldbus thông dụng, nó cho phép kết nối rất nhiều điểm (Node) mà vẫn bảo đảm thời gian thực cho quá trình điều khiển. Tuy nhiên, mạng Rbus cũng như mạng Profibus không phải là tiêu chuẩn mở tự do (miễn phí) cho các nhà nghiên cứu phát triển nên khi sử dụng phần mềm SCADA hãng thứ 3 chúng ta vẫn phải mua các OPC server hoặc ActiveX, để kết nối. Điều đó mâu thuẫn với mục tiêu tối ưu háo giá thành của hệ thống Cbrew4. Vì vậy, thiết bị Gateway CGW4 có chức năng chính là cầu nối giữa mạng Rbus và một tiêu chuẩn Fieldbus khác thông dụng và rẻ hơn, thậm chí miễn phí như Modbus hoặc CanOpen. Ngoài ra, chức năng khác làm thiết bị này trở thành Gateway thông minh là khả năng xử lý dữ liệu. Với chức năng này, CGW4 có khả năng lấy số liệu từ các bộ nhớ nội tại hoặc CF card (Compact Flash card) tử R3000 xử lý và ghi vào các bộ R3000 nào, đồng thời nhờ nó R3000 vẫn có khả năng điều khiển nhiệt độ toàn bộ quá trình lên men theo đồ thị đặt trước.

Thiết bị cuối cùng trong hệ thống Cbrew4 là máy vi tính và hệ SCADA. Hệ SCADA này được thiết kế theo đúng tiêu chuẩn chung nên nhà tích hợp hệ thống hoàn toàn có thể sử dụng bất cứ phần mềm hãng thứ 3 nào. Hệ SCADA của chúng tôi sử dụng OPC server để đảm nhiệm việc kết nối đến hệ thống Rbus thông qua CGW4. Phần mềm cho mỗi trạm khách được viết trên ngôn ngữ VB thân thiện và thực hiện chức năng Client của OPC Server. Các Client có thể nối tới máy tính chạy OPC Server thông qua mạng LAN tiêu chuẩn.

Đánh giá toàn bộ hệ thống Cbrew4 trên phương diện kỹ thuật, giải pháp này đảm bảo cả hai chức năng điều khiển quá trình và SCADA với tính ổn định và độ tin cậy cao vì không lệ thuộc vào độ ổn định của máy vi tính. Hơn nữa, nếu nhà tích hợp hệ thống có thể lắp đặt các thiết bị R3000 bên cạnh các nhóm Tank lên men khi trong dây chuyền có nhiều xưởng lên men tách biệt. Hệ SCADA có tính mở thực sự vì tuân thủ các tiêu chuẩn chung giúp nhà tích hợp có thể lựa chọn và nâng cao giá trị gia tăng trong sản phẩm của mình. Cấu hình này còn có thể mở rộng cho toàn bộ dây chuyền sản xuất bia bao gồm cả khâu xay nghiền, nấu đến khấu thành phẩm vì bộ R3000 cho phép lựa chọn hầu hết các loại tín hiệu đầu vào một cách dễ dàng bằng phần mềm.

Trên phương diện tối ưu hoá chi phí, nếu so sánh với phương án “PC + Thermocontroller + Fieldbus” dùng E5CN có Communication card thì với 12 tank, giá 2 hệ thống bằng nhau và hệ thống Cbrew4 của chúng tôi sẽ rẻ hơn với 24 tank. Nếu so sánh với hệ thống tiêu chuẩn dùng PLC Simatic S7-300 và Sipart DR19 kết nối Profibus, thì hệ thống Cbrew4 chỉ chiếm dưới 40% giá thành, nếu so sánh với hệ thống điều khiển tập trung dùng S7-300 và các Module AI, DI, DO thì hệ thống Cbrew4 chỉ bằng 60% giá thành. Phép so sánh trên chưa tính giá trị hệ SCADA trên máy vi tính, nếu tính thêm cả hệ SCADA thì hệ thống Cbrew4 của chúng tôi có thêm ưu điểm dùng các mạng mở như Modbus, CanOpen và giá trị tối đa chỉ 500USD chưa bao gồm phần nhà tích hợp hệ thống phải lập trình và “config“. Hơn thế nữa, do tính mở và tính tiêu chuẩn của truyền thông cũng như SCADA của Cbrew4, nhà tích hợp hoàn toàn có thể tự xây dựng phần mềm SCADA riềng của mình hoặc viết phần Client để kết nối tới OPC server do chúng tối cung cấp. Đây cũng là một trong những giải pháp của chúng tôi nhằm nâng cao giá trị gia tăng cho sản phẩm của ngành. Ngoài ứng dụng cho ngành sản xuất rượu, bia, nước giải khát, giải pháp này có thể ứng dụng cho hệ thống điều khiển quá trình của nhiều ngành sản xuất khác.