Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án tốt nghiệp,Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát cho công đoạn nghiền liệu trong nhà máy xi măng Hoàng Mai –Nghệ An ,Lập trình PLC Siemens PLCS7400,Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát, Nghiên cứu quá trình nghiền liệu trong nhà máy xi măng ,bản vẽ hệ thống điều khiển ,giám sát trong nhà máy
Báo cáo đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC VIẾT TẮT LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined LỜI MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU NHÀ MÁY XI MĂNG HỒNG MAI VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG 10 1.1 Giới thiệu nhà máy xi măng Hoàng Mai 10 1.2 Dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng 11 1.2.1 Nguyên liệu 14 1.2.2 Công đoạn nghiền liệu 17 1.2.3 Công đoạn nghiền than 20 1.2.4 Công đoạn nung luyện Clinker 22 1.2.5 Công đoạn nghiền xi măng 23 TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO NHÀ MÁY XI MĂNG HOÀNG MAI 26 2.1 Hệ thống điều khiển giám sát DCS 26 2.1.1 Khái niệm DCS 26 2.1.2 Cấu hình hệ thống điều khiển phân tán 27 2.1.3 Mơ hình phân cấp hệ điều khiển giám sát 28 2.2 Các chức hệ thống điều khiển giám sát 29 2.2.1 Chức điều khiển 29 2.2.2 Chức vận hành giám sát 30 2.3 Hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn nghiền liệu nhà máy xi măng Hoàng Mai 33 THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ NGHIỀN 34 3.1 Máy nghiền liệu MPS5000B 34 3.1.1 Cấu tạo 34 3.1.2 Nguyên lý hoạt động 36 3.2 Các phương pháp khởi động động không đồng 36 3.2.1 Khởi động trực tiếp 37 3.2.2 Khởi động phương pháp đổi nối Y/∆ 38 3.2.3 Khởi động máy biến áp tự ngẫu 39 Báo cáo đồ án tốt nghiệp 3.2.4 Khởi động cuộn kháng mắc vào stato 40 3.2.5 Khởi động biến tần 40 3.2.6 Khởi động phương pháp Soft Starter 41 3.2.7 Phương pháp khởi động qua điện trở nước 42 3.3 Thiết kế tủ điều khiển cho động nghiền liệu 43 3.3.1 Sơ đồ khối chức hệ truyền động cho động nghiền 43 3.3.2 Tính tốn lựa chọn khí cụ điện bảo vệ 43 3.3.3 Lưu đồ thuật tốn q trình khởi động 49 3.3.4 Sơ đồ mạch động lực 50 3.3.5 Sơ đồ mạch điều khiển 54 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ LẬP TRÌNH PLC 58 4.1 Danh mục điểm đo lường điều khiển 58 4.1.1 Các điểm đo lường điều khiển trình nghiền liệu 58 4.1.2 Điều khiển trình nghiền 60 4.1.3 Một số cố cách khắc phục 61 4.2 Lựa chọn thiết bị 63 4.2.1 Yêu cầu chung lựa chọn thiết bị 63 4.2.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển 64 4.2.3 Lựa chọn thiết bị cấp trường dùng hệ thống 65 4.3 Thiết kế chương trình điều khiển 67 4.3.1 Giới thiệu phần mềm TIA Portal V14 67 4.3.2 Lập trình điều khiển PLC Error! Bookmark not defined 4.4 Thiết kế giao diện HMI giám sát hệ thống 69 4.4.1 Giới thiệu phần mềm SIMATIC WinCC 69 4.4.2 Thiết kế giao diện HMI cho công đoạn nghiền liệu nhà máy xi măng Hoàng Mai – Nghệ An 70 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined Báo cáo đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng 13 Hình 1-2 Cấu tạo máy đập đá vôi Hazemag app 1822 14 Hình 1-3 Cấu tạo máy cán trục 15 Hình 1-4 Cấu tạo máy đập hàm 115-CR1 16 Hình 1-5 Sơ đồ cơng nghệ công đoạn nghiền liệu 18 Hình 1-6 Sơ đồ cơng nghệ nghiền than 21 Hình 1-7 Sơ đồ cơng nghệ nghiện xi măng 24 Hình 2-1 Cấu trúc tiêu biểu hệ thống điều khiển giám sát 27 Hình 2-2 Mơ hình phân cấp hệ điều khiển giám sát 28 Hình 2-3 Giao diện đồ họa giám sát hệ thống 30 Hình 2-4 Giám sát trình nghiền liệu nhà máy xi măng 31 Hình 2-5 Cảnh báo kiện trình nghiện liệu 32 Hình 2-6 Cấu hình DCS cơng đoạn nghiền nhà máy xi măng Hoàng Mai 33 Hình 3-1 Cấu tạo máy nghiền 34 Hình 3-2 Khởi động trực tiếp 37 Hình 3-3 Khởi động phương pháp đổi nối 38 Hình 3-4 Khởi động máy biến áp tự ngẫu 39 Hình 3-5 Khởi động cuộng kháng mác vào stato 40 Hình 3-6 Khởi động động sử dụng biến tần 40 Hình 3-7 Khởi động phương pháp Soft Starter 41 Hình 3-8 Phương pháp khởi động qua điện trở nước 42 Hình 3-9 Sơ đồ khối chức hệ truyền động cho động nghiền 43 Hình 3-10 Lưu đồ thuật tốn q trình khởi động 49 Hình 3-11 Động làm mát 50 Hình 3-12 Mạch lực động 52 Hình 3-13 Kết nối động nghiền 52 Hình 3-14 Thiết bị cảm biến role trung gian 53 Hình 3-15 Sơ đồ I/O PLC S7- 400 54 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 3-16 Sơ đồ đầu PLC S7-400 55 Hình 3-17 Sơ đồ mạch sấy mạch tích lị xo 55 Hình 3-18 Mạch cắt 56 Hình 3-19 Mạch cắt 56 Hình 3-20 Tiếp điểm phụ máy cắt 57 Hình 4-1 PLC S7-400 64 Hình 4-2 Can nhiệt loại K 65 Hình 4-3 Cảm biến đo áp suất SR1 66 Hình 4-4 Cảm biến quang 66 Hình 4-5 Cảm biến theo dõi mức VEGAPULS 67 67 Hình 4-6 Phần mềm TIA TIA Portal 68 Hình 4-7 Giao diện tổng quan TiA Portal V14 Error! Bookmark not defined Hình 4-8 Một phần chương trình lập trình Error! Bookmark not defined Hình 4-9 Phần mềm SIMATIC WinCC 69 Hình 4-10 Giao diện hình tổng quan trình sản xuât xi măng 70 Hình 4-11 Giao diện điều khiển giám sát công đoạn nghiền liệu chế độ Auto 71 Hình 4-12 Giao diện điều khiển giám sát công đoạn nghiền liệu chế độ Manual 72 Hình 4-13 Giao diện giám sát hoạt động hệ thống 73 Hình 4-14 Giao diện cảnh báo hệ thống 74 Báo cáo đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1 Các thông số kỹ thuật máy nghiền liệu 35 Bảng 3-2 Lựa chọn cầu chì 45 Bảng 3-3 Lựa chọn Aptomat 46 Bảng 3-4 Lựa chọn Congtacto 47 Bảng 3-5 Tính chọn Role nhiệt 48 Bảng 3-6 Thông số máy cắt khơng khí ACB 48 Bảng 4-1 Bảng tính tốn số lượng module I/O 65 Báo cáo đồ án tốt nghiệp DANH MỤC VIẾT TẮT DCS Distributed Control System Hệ điều khiển phân tán PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển logic khả trình HMI Human Machine Interface Giao diện người máy CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm I/O Input/Output Tín hiệu vào/ra ĐK-GS Điều khiển –Giám sát Điều Khiển – Giám sát CNH-HĐH Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa Báo cáo đồ án tốt nghiệp Báo cáo đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Sau gần 40 năm đổi mới, Việt Nam đạt thành tựu quan trọng Từ kinh tế nông nghiệp lạc hậu với 90% dân số làm nghề nông, đến xây dựng sở vật chất kỹ thuật, hạ tầng kinh tế - xã hội bước đáp ứng cho nghiệp công nghiệp hóa, đại hóa chuyển tồn hoạt động kinh tế nông nghiệp tự cung tự cấp sang kinh tế có tư cơng nghiệp Quy mô kinh tế tăng nhanh, thu nhập đầu người vượt khỏi ngưỡng thu nhập thấp, đưa Việt Nam khỏi tình trạng phát triển, trở thành nước có mức thu nhập trung bình Kinh tế Việt Nam bước hội nhập sâu vào kinh tế khu vực giới Những thành tựu trình CNH, HĐH đưa đất nước ngày phát triển, nâng cao đời sống vật chất tinh thần nhân dân góp phần bảo đảm an ninh, quốc phịng Tự động hóa q trình sản xuất yêu cầu cấp thiết công nghiệp đại hóa nước ta nhằm tạo nhiều sản phẩm có chất lượng cao, giảm sức lao động, giảm chi phí sản xuất, tăng tính cạnh tranh thị trường.Với phát triển khoa học kỹ thuật việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC dựa sở phát triển tin học cơng nghiệp khoa học máy tính trở thành xu hướng ưa chuộng đáng tin cậy cơng nghiệp PLC có tính mở, khả truyền thông mạnh mẽ cho phép người sử dụng phát triển ứng dụng công nghiệp đa dạng Công nghệ cho phép khắc phục nhiều nhược điểm hệ thống điều khiển cũ đáp ứng yêu cầu cao mặt kỹ thuật Với thành tựu CNH-HĐH, công nghiệp xi măng nước ta đóng góp khơng nhỏ tới phát triển đất nước Xi măng Việt Nam vươn lên tốp đầu Đông Nam Á đứng hàng thứ Thế giới công suất sản xuất Công nghệ sản xuất xi măng bước chuyển sang hướng đại, tiên tiến Xi măng lị đứng hồn thành sứ mệnh mình, kể lò quay phương pháp ướt lùi dĩ vãng thay bàng lò quay phương pháp khơ có tháp trao đổi nhiệt, hệ thồng tiền nung làm lạnh ghi quay Đồ án “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn nghiền liệu nhà máy xi măng Hoàng Mai –Nghệ An ” , tơi lựa chọn, nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng điều khiển PLC S7- 400 Siemens, tìm hiệu hệ thống điều khiển giám sát thực tế nhà máy Yêu cầu đặt hệ thống có đầy đủ tính điều khiển giám sát : Cấu hình hệ thống : Hiện thị tổng quan quy trình nhà máy Trạng thái làm việc thành phần hệ thống Chức điều khiển vận hành: Các chế độ điều khiển hệ thống Điều khiển vận hành động Giao diện HMI: Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hiện thị giao diện trình hệ thống Hiện thị thay đổi trạng thái Hiện thị giao diện cảnh báo Xuất nhập sở liệu Lập bảng biểu ,đồ thị theo thời gian Danh sách cảnh báo lỗi ,sự kiện Do kiến thức cịn hạn chế q trình tìm hiểu ,nghiên cứu thiết kế tránh khỏi sai sót Hy vọng nhận nhiều ý kiến đóng góp từ hội đồng chun mơn để tơi hồn thiện hệ thống tương lai Tôi xin chân thành cảm ơn ! Sinh Viên Báo cáo đồ án tốt nghiệp GIỚI THIỆU NHÀ MÁY XI MĂNG HỒNG MAI VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG 1.1 Giới thiệu nhà máy xi măng Hoàng Mai Cơng ty cổ phần xi măng Hồng Mai doanh nghiệp Nhà nước trực thuộc Tổng Công ty Công nghiệp xi măng Việt Nam, trụ sở Thị xã Hoàng Mai - tỉnh Nghệ An Được thành lập ngày 07 tháng 10 năm 1995 Công ty cổ phần xi măng Hồng Mai ngày tiền thân Cơng ty xi măng Nghệ An, ký định số 216/TTg ngày 15 tháng 04 năm 1996 Thủ tướng Chính phủ việc phê duyệt đầu tư dự án nhà máy xi măng Hồng Mai - Nghệ An với cơng suất 4.000 clinker/ngày (tương đương 1,4 triệu xi măng/năm) Sau 32 tháng (từ tháng 6/1999) khởi công xây dựng đồng loạt hạng mục cơng trình chính, chạy thử đơn động, liên động với hướng dẫn, chuyển giao cơng nghệ chun gia hãng FCB (Cộng hịa Pháp) giám sát Tư vấn quốc tế Jurong (Singapo) Ngày 06 tháng năm 2002, từ lần đốt lị đầu tiên, Clinker phẩm lò, đánh dấu chặng đường đường phát triển Công ty cổ phần xi măng Hoàng Mai Là đơn vị Tổng công ty Công nghiệp xi măng Việt Nam áp dụng mơ hình tiêu thụ sản phẩm qua Nhà phân phối chính, xi măng Vicem Hồng Mai tận dụng lực xã hội tiêu thụ sản phẩm xác lập lợi ích hài hịa nhà sản xuất nhà phân phối với đội ngũ lao động có trình độ chun mơn giỏi, nhiều kinh nghiệm dây chuyền công nghệ tiên tiến, đồng Pháp nước thuộc nhóm G7 cung cấp, sản phẩm Vicem Hoàng Mai cung cấp cho cơng trình trọng điểm quốc gia : Trung tâm hội nghị Quốc gia, Thủy điện Bản Vẽ, Hủa Na, Trung Sơn, Bá Thước, Thủy lợi Ngàn Trươi,… Các cơng trình cầu : Cầu Vĩnh Tuy, Bến Thủy 2,… Các dự án lớn: Tổ hợp gang thép Formosa, Khu kinh tế Nghi Sơn, Khu kinh tế Vũng Áng… đạt tín nhiệm, hài lịng chất lượng dịch vụ Từ bắt đầu sản xuất đến nay, Công ty tiêu thụ thị trường gần 20 triệu sản phẩm loại Trong năm qua, xi măng Vicem Hoàng Mai khẳng định vị trí thị trường xi măng nước xuất sang nước Lào, Indonesia… Xi măng Vicem Hoàng Mai Nhà nước trao tặng Huân chương Lao động hạng Ba, vinh danh qua giải thưởng uy tín như: Sao vàng đất Việt (2004), Cúp vàng “Doanh nghiệp tiêu biểu Việt Nam” (2009) tặng nhiều huy chương vàng hội chợ triển lãm Hệ thống phân phối Vicem Hồng Mai có lực cao, ln sẵn sàng đáp ứng kịp thời nhu cầu xi măng khách hàng Trong năm qua hoạt động xã hội, nhân đạo từ thiện Công ty Cổ phần xi măng Vicem Hoàng Mai đặc biệt quan tâm Cơng ty có hoạt động thiết thực tham gia qun góp vào quỹ người nghèo, quỹ Bảo trợ trẻ em, ủng hộ trẻ em khuyết tật, xoá nhà tranh tre nứa lá, tổ chức thăm hỏi động viên gia đình thương binh, liệt sỹ đặc biệt khó khăn, xây dựng nhà tình nghĩa, tặng sổ tiết kiệm cho Bà mẹ Việt Nam anh hùng kỷ niệm ngày thương binh liệt sỹ, ngày Quốc phịng tồn dân 10 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Điều khiển nhiệt Nhiệt độ đầu vào máy nghiền nhỏ 400 ℃ Nhiệt độ đầu 80 ℃ ÷ 85 ℃ Nhiệt độ đầu máy nghiền phụ thuộc vào nhiệt độ khí nóng ,lưu lượng cấp ,độ ẩm vật liệu Nếu nhiệt độ lớn bơm thêm nước điều chỉnh van 123-DA3 ZE01 ,122- DA2 ZE01 Nhiệt độ khí tháp làm lạnh 142-CT2 –TE02 Điều khiển chất lượng sản phẩm Chất lượng sản phẩm nghiền yếu tố quan trọng định đến việc nung luyên sau Vì sản phẩm sau nghiền phải đảm bảo độ mịn, độ ẩm thành phần hóa học bột liệu tạo điều kiện thuận lợi cho trình đồng bột liệu Muốn tăng độ mịn cách : - Tăng tốc độ phân ly 122–DY1 SE01 (Tốc độ phân ly thường ~ 64 Rpm) Giảm sức hút qua máy nghiền (Bằng cách giảm van 122 –DA5 ZE01) Giảm cấp liệu Tăng áp lực nghiền 4.1.3 Một số cố cách khắc phục Độ rung máy nghiền cao Nguyên nhân : - Tỷ lệ cấp liệu thấp cao - Lẫn nguyên liệu kích thước lớn - Áp lực ,chế độ nhiệt chưa hợp lý Xử lý : - Kiểm tra lại cấp liệu - Áp suất vi sai Tăng tỷ lệ cấp liệu - Áp suất vi sai cao Giảm tỷ lệ cấp liệu - Điều chỉnh chế độ nhiệt ,áp lực nghiền cho hợp lý Áp suất đầu vào máy nghiền thấp Nguyên nhân : - Cấp liệu nhiều (Máy nghiền đây) - Van Flap mở không tỷ lệ - Độ mở van không hợp lý Xử lý : - Giảm tỷ lệ cấp liệu - Kiểm tra vị trí mở van 122-DA5 ZE01 - Điều chỉnh lại van hồi lưu 123-DA2 ZE01 van 122-DA2 ZE01 Áp suất vi sai máy nghiền cao Nguyên nhân : 61 Báo cáo đồ án tốt nghiệp - Có lể lỗi hệ thống cân cấp liệu - Kết dính vịng phun khí - Thiếu khí máy nghiền Xử lý : - Giảm tỷ lệ cấp liệu vào máy nghiền - Kiểm tra vệ sinh vòng khí - Xem xét lại thơng gió - Kiểm tra vệ sinh lại can đo áp suất Áp suất vi sai máy nghiền thấp (chênh áp) Nguyên nhân : - Tỷ lệ cấp liệu thấp - Do trục trặc việc cấp liệu Xử lý : - Tăng dần cấp liệu , theo dõi lượng sản phẩm mịn khỏi máy nghiền - Kiểm tra lại việc cấp liêu máy nghiền - Vệ sinh can đo áp suất Nhiệ độ máy đầu vào máy nghiền cao Nguyên nhân : - Liệu vào máy nghiền có độ ẩm cao gây nên bết dính vịng phun khí q trình trao đổi nhiết khí nóng bột liệu khơng thực - Nhiệt độ khí nóng q cao Xử lý : - Giảm tỷ lệ cấp liệu - Giảm nhiệt độ khí nóng Áp suất làm kín giảm Nguyên nhân : - Vận hành sai quạt làm kín - Có vết nứt dẫn đến rị khí đường ống - Bầu lọc khí bẩn Xử lý : - Kiểm tra lại bầu lọc khí - Kiểm tra lại ống dẫn khí Quá nhiều liệu hệ thống vận chuyển hồi lưu Nguyên nhân : - Tỷ lệ cấp liệu cao, vật liệu khó nghiền - Lưu lượng khí q thấp - Vịng phun khí bị mịn 62 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Xử lý : - Giảm tỷ lệ câp liệu - Kiểm tra lại vành phun khí 4.2 Lựa chọn thiết bị 4.2.1 Yêu cầu chung lựa chọn thiết bị Yêu cầu chung hệ DCS Thời gian đáp ứng tín hiệu : - Đối với tín hiệu trạng thái bits bits : 10ms - Đối với giá trị đo lường : 2s - Sai số đo lường hệ DCS ≤ 1% tồn dải đo - Độ trễ tín hiệu khơng vượt 4s Phải có nhớ trung gian đủ lớn để trì thơng tin thay đổi trạng thái trường hợp kết nối với trung tâm điều độ thời gian 10 ngày Các thông tin truyền sau kết nối phục hồi Bộ nhớ sở liệu PLC phải đảm bảo trì tối thiểu 30 ngày điều kiện chúng không cung câp điện Nếu điện khoảng thời gian 30 ngày PLC phải khởi động lại mà không cần nạp lại sở liệu Các thay đổi trạng thái phải phải truyền kèm theo nhãn thời gian đầy đủ năm tháng - ngày - - phút - giây - mili giây, phản ánh xác thời gian diễn thay đổi trạng thái Yêu cầu đồi với PLC Mức độ dự phịng cho tín hiệu vào/ra : Ít 20% cho loại tín hiệu Bao gồm nhiều khối hoạt động độc lập, khối có CPU riêng, tối thiểu 16 bits : - Độ phân giải ADC tối thiểu 11bit có bit dấu - Phù hợp với mơi trường, khí hậu nơi lắp đặt - Nguồn điện cấp cho PLC phải đảm bảo điện tự dùng nhà máy - Đồng thời gian với máy tính chủ trung tâm theo giao thức truyền tin - Phải có tính điều khiển từ xa, giám sát, chuẩn đoán cố, nạp sở liệu… Đối với loại PLC tập trung yêu cầu phải có tủ giao diện SIC (Supervisory Substation Interface Cubicle ) để phục vụ ghép nối thiết bị liên quan đến việc thu thập liệu cho tủ PLC Dung lượng tủ giao diện tùy thuộc quy mô hệ thống Đối với loại PLC phân tán lắp tủ điều khiển khơng cần lắp đặt tủ SIC Trong trường hợp phải có hàng kẹp giao diện với thiết bị điện theo khu vực phải gán nhãn tương ứng Phần cứng phần mềm PLC thiết kế theo tiêu chuẩn quốc tế thông dụng PLC dễ dàng mở rộng đến dung lượng tối đa Tất kiện xảy PLC ghi lại thời gian xảy ra, sau truyên trung tâm Thời gian PLC trường phải đồng với thời gian phòng điều khiển trung tâm 63 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Yêu cầu thiết bị cấp trường Các thiết bị cảm biến phải có dải đo phù hợp với thơng số cần đo : nhiệt độ, áp suất ,lưu lượng chất lỏng, lưu lượng chất khí …Đầu cảm biến phải phù hợp với chuẩn kết nối với module điều khiển ( ví dụ 4÷20 mA ,0 ÷ 10 V ) Nếu đầu cảm biến khơng phải tín hiệu chuẩn cần lắp đặt Tranducer để chuyển đổi tín hiệu dạng 4÷20 mA ,0 ÷ 10V… Cấp xác Tranducer ≤ 0,2% Đối với thiết bị điều khiển : động ta cần chọn module đầu rơle đảm bảo cách ly điện áp để điều khiển đóng cắt cách an tồn 4.2.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển PLC SIMATIC S7-400 : Hình 4-1 PLC S7-400 S7-400 thiết bị PLC tiếp sau S7-300 Siemens phát triến, dùng ứng dụng ứng dụng ứng dụng lĩnh vực lớn Hầu hết nhiệm vụ tự động hóa thực với thành phần module lựa chọn phù hợp PLC S7-400 có ưu điểm vượt trội so với điều khiển logic khả trình trước phần phần mềm Đó : - CPU phân loại chuyên biệt rõ ràng - CPU có tốc độ xử lý tính tương tác cao - Module nhỏ gọn - Có nhiều loại module phù hợp cho cấu hình trung tâm cấu hình phân tán - Các module tín hiệu lắp vào, gỡ hệ thống có điện Thuận tiện thay module - Hoạt động không cần quạt tản nhiệt - Hệ thống truyền thông giao diện kết nối tối ưu Bộ điều khiển S7-400 kết nối với PC thông qua mạng LAN nối với module I/O qua cáp bus nội bộ, module điều khiển gồm có : - Module nguồn : PS407 10A; 6ES 407-0KA00-0AA0 - Module CPU412-1(6ES 412-1XJ05-0AB0) - Module đầu vào số SM421 : DI 32xDC 24V(6ES7 421-1BL01-0AA0) 64 Báo cáo đồ án tốt nghiệp - Module đầu số SM422 : DI 32xDC 24V/0.5A (6ES7 422-1BL00-0AA0) - Module đầu vào tương tự : SM 43, AI16x13bit (6ES7 43-0HH00-0AB0) - Module truyền thơng : CP 441(6ES7 441-1AA05-0AE0) Tính tốn số lượng I/O : Từ danh mục điểm đo lường điều khiển mục 4.1.1 ,cùng với yêu cầu mức độ dự phong tối thiều 20% số lượng đầu vào đặc tính module I/O , tơi đưa bảng tính tốn số lượng I/O cần sử dụng : Bảng 4-1 Bảng tính tốn số lượng module I/O Số I/O cần sử dụng Số I/O dự phòng (20%) Tổng số I/O Số Module sử dụng DI 73 15 DO 45 AI 56 12 AO 0 88 x SM421 54 2x SM422 68 5xSM431 0 4.2.3 Lựa chọn thiết bị cấp trường dùng hệ thống Cảm biến đo nhiệt độ Đề giám sát nhiệt độ hệ thống trình nghiền liệu, cần thiết bị đo lường nhiệt độ Do môi trường công nghiệp xi măng, bụi bẩn, điều kiện làm việc khắc nghiệt nên lựa chọn loại cảm biến cặp nhiệt điện (can nhiệt loại K) Nguyên lý :Nhiệt độ thay đổi cho sức điện động thay đổi (mV) Ưu điểm : Bền, đo nhiệt độ cao, thích hợp cho môi trường công nghiệp Nhược điểm : Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số, độ nhạy không cao Có kiểu : loại K R (ngồi cịn có loại S B ) với dải đo nhiệt độ khác Hình 4-2 Can nhiệt loại K Thông số can nhiệt loại K : - Dải đo : 0÷ 700℃ - Dung sai : ± 5℃ - Thời gian đáp ứng nhanh - Dây nối dài, linh hoạt lắp đặt 65 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Cảm biến đo áp suất Hình 4-3 Cảm biến đo áp suất SR1 Thơng số cảm biến áp suất SR1 : - Nguồn cung cấp: 24 VDC - Dải đo : -1 bar - Đầu : 4-20mA - Sai số : 0.5% - Vật liệu : Inox 316L - Nhiệt độ làm việc : -20…+85℃ - Xuất xứ : Georgin – Pháp Cảm biến quang Để xác định vị trí R ,R trình khởi động động nghiền, ta sử dụng cảm biến quang để phát vị trí Hình 4-4 Cảm biến quang 66 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Thông số cảm biến quang Omron E3S-C : - Nguồn cấp : 10-30 VDC ± 10% - Khoảng cách phát : 30m (đồi với loại thu -phát) - Thời gian đáp ứng : 2ms - Chống nước dầu Cảm biến theo dõi mức Hình 4-5 Cảm biến theo dõi mức VEGAPULS 67 Thông số cảm biến theo dõi mức VEGAPULS 67 : - Điện áp đầu vào : 20 …42 VAC ,50/60 Hz 9,6…48 VDC - Nhiệt độ hoạt động : - 40…80 ℃ Áp suất hoạt động : -1 …+2 bar Dải đo : ÷ 15m Độ sai lệch : ± mm Đầu : 4÷ 20 mA / HART- two-wire 4.3 Thiết kế chương trình điều khiển 4.3.1 Giới thiệu phần mềm TIA Portal V14 TIA Portal phần mềm sở tích hợp tất phần mềm lập trình cho hệ thống tự động hóa truyền động điện Phần mềm lập trình giúp người sử dụng phát triển, tích hợp hệ thống tự động hóa cách nhanh chóng, giảm thiểu thời gian việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ phần mềm riêng rẽ Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho người lẫn người nhiều kinh nghiệm lập trình tự động hóa Là phần mềm sở cho phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp thiết bị dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa tồn diện (TIA) Siemens 67 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 4-6 Phần mềm TIA TIA Portal Để thiết kế TIA portal, Siemens nghiên cứu nhiều phần mềm ứng dụng điển hình tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu khách hàng toàn giới Là phần mềm sở để tích hợp phần mềm lập trình Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho phần mềm chia sở liệu, tạo nên thống giao diện tính tồn vẹn cho ứng dụng Hướng ứng dụng, khái niệm thư viện, quản lý liệu, lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi, tính online đặc điểm có ích cho người sử dụng sử dụng chung sở liệu TIA Portal Tất khiển PLC, hình HMI, truyền động Siemens lập trình, cấu hình TIA Portal Việc giúp giảm thời gian, công sức việc thiết lập truyền thông thiết bị Người sử dụng sử dụng tính “kéo thả’ biến chương trình điều khiển PLC vào hình chương trình HMI Biến gán vào chương trình HMI kết nối PLC – HMI tự động thiết lập, khơng cần cấu hình thêm Phần mềm Simatic Step V11, tích hợp TIA Portal, để lập trình cho S7-1200, S7-300, S7-400 hệ thống tự động PC-based Simatic WinCC Simatic Step V11 chia thành module khác nhau, tùy theo nhu cầu người sử dụng Simatic Step V11 hỗ trợ tính chuyển đổi chương trình PLC, HMI sử dụng sang chương trình TIA Portal Phần mềm Simatic WinCC V11, tích hợp TIA Portal, dùng để cấu hình cho hình TP MP tại, hình Comfort, để giám sát điều khiển hệ thống máy tính (SCADA) 68 Báo cáo đồ án tốt nghiệp 4.4 Thiết kế giao diện HMI giám sát hệ thống Theo yêu cầu thiết kế ,giao diện hình điều khiển giám sat (HMI) phải trực quan ,thuận tiện, dễ quản lý, giám sát, điều khiển dễ dàng, an toàn độ tin cậy cao 4.4.1 Giới thiệu phần mềm SIMATIC WinCC Hình 4-7 Phần mềm SIMATIC WinCC WinCC (Windows Control Center) phần mềm tích hợp giao diện người máy IHMI (Integrated Human Machine Interface) cho phép kết hợp với phần mềm điều khiển với q trình tự động hóa Những thành phần dễ sử dụng WinCC giúp tích hợp ứng dụng có sẵn mà khơng gặp trở ngại Đặc biệt với WinCC, người sử dụng tạo giao diện điều khiển giúp quan sát hoạt động q trình tự động hố cách dễ dàng Phần mềm trao đổi liệu trực tiếp với nhiều loại PLC hãng khác Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley …,nhưng đặc biệt truyền thông tốt với PLC Siemens WinCC cịn có đặc điểm đặc tính mở Nó sử dụng cách dễ dàng với phần mềm chuẩn phần mềm người sử dụng tạo nên giao diện người – máy đáp ứng nhu cầu thực tế cách xác Những nhà cung cấp hệ thống phát triển ứng dụng họ thông qua giao diện mở WinCC tảng để mở rộng hệ thống Hiện WinCC tích hợp sẵn phần mềm TIA Portal, thuận cho người dùng trình lập trình sử dụng 69 Báo cáo đồ án tốt nghiệp 4.4.2 Thiết kế giao diện HMI cho công đoạn nghiền liệu nhà máy xi măng Hoàng Mai – Nghệ An Yêu cầu giao diện sử dụng : - Hiện thị giao diện giám sát điều khiển toàn hệ thống hình điều khiển trung tâm - Hiện thị trạng thái đối tượng : trạng thái động ,các van điều khiển … việc thay đổi màu sắc tương ứng - Hiện thị tham số giám sát lưu lượng, áp lực hệ thống gió, độ mở van điều khiển … đồng thời thay đổi màu sắc theo giá trị cảnh báo tương ứng - Hiện thị thơng báo, thích, lịch sử liệu… Từ yêu cầu đặt ra, thiết kế giao diện tổng cho toàn hệ thống với giao diện bổ sung cho hệ thống , giao diện giám sát, điều khiển, cài đặt, cảnh báo kiện cho việc điều khiển đối tượng hệ thống Giao diện hình tổng quan trình sản xuất xi măng Hình 4-8 Giao diện hình tổng quan trình sản xuât xi măng 70 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Giao diện thể : - Thông tin tên nhà máy, tên hệ thống Hiện thị tồn q trình sản xuất xi măng Hiện thị chế độ Auto/Manual Hiện thị thời gian thực Giao diện điều khiển giám sát cơng đoạn nghiền liệu chế độ Auto Hình 4-9 Giao diện điều khiển giám sát công đoạn nghiền liệu chế độ Auto Giao diện thể : - Hiện thị chế độ làm việc ,quá trình vận hành hệ thống - Hiện thị thông số ,trạng thái động ,băng tải ,van xả … - Nút bấn lựa chọn chế độ làm việc Auto/Manual - Nút bấm điều hướng trang hình 71 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Giao diện điều khiển giám sát công đoạn nghiền liệu chế độ Manual Hình 4-10 Giao diện điều khiển giám sát cơng đoạn nghiền liệu chế độ Manual Giao diện thể : - Hiện thị chế độ làm việc, trình vận hành hệ thống - Hiện thị thông số, trạng thái động ,băng tải ,van xả … - Cài đặt thông số, độ mở van để điều chỉnh lưu lượng - Tắt thành phần hệ thống băng tay - Nút bấn lựa chọn chế độ làm việc Auto/Manual - Nút bấm điều hướng trang hình 72 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Giao diện giám sát hoạt động hệ thống Hình 4-11 Giao diện giám sát hoạt động hệ thống Giao diện thể : - Giám sát hoạt động nhóm thành phần hệ thống ,giúp người vận hành dễ quan sát - Chế độ hoạt động nhóm hệ thống nghiền liệu - Mối thành phần đại diện màu riêng biệt giúp người vận hành dễ quan sát thay đổi 73 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Giao diện cảnh báo hệ thống Hình 4-12 Giao diện cảnh báo hệ thống Giao diện thể : - Thông tin tới người vận hành cố nhóm q trình nghiện liệu - Hiện chế độ an tồn có cố nhóm q trình nghiền - Mối thành phần đại diện màu riêng biệt giúp người vận hành dễ quan sát thay đổi 74 Báo cáo đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Trong trình thực đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn nghiền liệu nhà máy xi măng Hoàng Mai –Nghệ An” Những kết đạt : - Tìm hiểu thực tế tồn q trình hệ thống sản xuất xi măng nhà máy xi măng Hoàng Mai – Nghệ An - Tìm hiểu hệ thống điều khiển giám sát nhà máy xi măng Hoàng Mai – Nghệ An - Tính tốn, lựa chọn, thiết kế tủ điều khiển động nghiền công suất P =3300 kW - Thết kế giao diện HMI cho trình nghiền sử dụng phần mềm WinCC Những đề tồn : Do hệ thống thực lý thuyết việc chạy demo giả lập thông số hệ thống , nên chắn nhiều vấn đề cần giải triển khai hệ thống thực tế, từ việc phân bố, đấu nối, lắp đặt với thiết bị trường, tính tốn tối ưu đường dây, cáp.Chưa thực lập trình cho số tham số nhằm đảm bảo cơng nghệ nhà máy tăng tính tối ưu cho trình vận hành Hướng phát triển đồ án : Đồ án hồn tồn áp dụng thực tế mở rộng cho toàn trình cơng nghệ hệ thống cịn lại nhà máy Nâng cao khả quản lý, vận hành cho tồn hệ thống nhằm tối ưu hóa việc sản xuất cho nhà máy Ngồi phát triển thêm hệ thống webserver quản lý hệ thống qua mạng Internet ,đảm bảo người vận hành giám sát hệ thống lúc nơi Mặc dù cố gắng thời gian có hạn lực thân nhiều hạn chế nên đồ án khó tránh khỏi sai sót, tơi mong nhận lời nhận xét góp ý quý báu từ thầy cô bạn để đồ án hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn ! 75 ... Tôi xin chân thành cảm ơn ! Sinh Viên Báo cáo đồ án tốt nghiệp GIỚI THIỆU NHÀ MÁY XI MĂNG HOÀNG MAI VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG 1.1 Giới thiệu nhà máy xi măng Hồng Mai Cơng ty cổ phần xi măng... đảm máy nghiền hoạt động ổn định Máy nghiền xi măng máy nghiền bi ngăn: Ngăn thực trình đập, ngăn thực trình nghiền Xi măng khỏi máy nghiền vận chuyển hệ thống máng khí động gầu nâng lên máy. .. khỏi máy nghiền phần gió hồi lưu sau Cyclon lắng Xi măng mịn , khí khỏi phân ly đưa qua Cyclon lắng, xi măng thơ khơng đạt u cầu hồi quay trở lại máy nghiền Xi măng mịn lắng Cyclon lắng với xi