Nghiên cứu hệ thống cấp than lò quay nhà máy xi măng

Chương 4: lập mô hình đối tượng điều khiển cho mạch vòng điều khiển lưu lượng than trênphần mềm Matlab từ đó tính toán tham số cho bộ điều khiển PID, thiết lập cấu hình phần cứngPLC, thi

-

-NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Khóa Khoa/Viện Ngành

1 Đầu đề thiết kế:

2 Các số liệu ban đầu:

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

5 Họ tên cán bộ hướng dẫn:

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

7 Ngày hoàn thành đồ án:

Ngày tháng năm …

Trưởng bộ môn

( Ký, ghi rõ họ, tên)

Cán bộ hướng dẫn

( Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày… tháng … năm 2012

Người duyệt

( Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên

( Ký, ghi rõ họ, tên)

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống cấp than cho lò nung

nhà máy xi măng” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Hà Tất Thắng Các

số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mụctài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện

có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 05 tháng 06 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Trần Hải Bình

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 5 79

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 79

KẾT LUẬN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

PHỤ LỤC 96

LỜI NÓI ĐẦU

Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong thế kỷ 20 đã mang lại cho loài người rấtnhiều thay đổi lớn trong các lĩnh vực từ đời sống hàng ngày cho đến sản xuất công nghiệp Bêncạnh những ngành sản xuất công nghiệp lâu đời, ngành sản xuất xi măng cũng có nhiều thay đổiđáng kể Với những dây chuyền sản xuất xi măng ngày càng hiện đại, không những góp phầnlàm tăng sản lượng mà còn góp phần tiết kiệm nguyên – nhiên, vật liệu

Sau khi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy xi măng Hải Phòng mới, em được giao đề tài tốt

nghiệp “Nghiên cứu hệ thống cấp than cho lò nung nhà máy xi măng” Với nội dung là:

Chương 1: tìm hiểu tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng tại nhà máy xi măng HảiPhòng mới và đặc điểm của công nghệ sản xuất xi măng Phần công nghệ sản xuất được trìnhbày chi tiết thông qua các công đoạn chính của quá trình sản xuất xi măng

Chương 2: tìm hiểu về hệ thống mạng điều khiển dây chuyền sản xuất xi măng của nhàmáy xi măng Hải Phòng mới, xuất phát từ mô hình phân cấp hệ thống điều khiển và mạng truyềnthông Phần thứ hai giới thiệu hệ thống điều khiển ECS của hãng FLSmith tại nhà máy xi măngHải Phòng mới

Chương 3: nghiên cứu hệ thống cấp than thuộc công đoạn lò nung bao gồm hoạt động của

hệ thống cấp than và nguyên lí hoạt động của cân Rotor

Chương 4: lập mô hình đối tượng điều khiển cho mạch vòng điều khiển lưu lượng than trênphần mềm Matlab từ đó tính toán tham số cho bộ điều khiển PID, thiết lập cấu hình phần cứngPLC, thiết kế giao diện điều khiển bằng WinCC và thực hiện kết nối với S7 – 300, kết nối môhình đối tượng trên Matlab với bộ điều khiển PID số trong PLC S7-300 qua một OPCServer tạotrong WinCC

Chương 5: mô phỏng hoạt động của hệ thống cấp than Nội dụng mô phỏng bao gồm trình

tự hoạt động của hệ thống cấp than và kết quả điều khiển lưu lượng than theo luật PID

Em xin cảm ơn thầy Hà Tất Thắng, các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa trường ĐHBách Khoa Hà Nội, và các anh chị trong xưởng điện – TĐH nha máy xi măng Hải Phòng đã tậntình giúp đỡ em trong suốt quá trình thời gian làm đồ án

Do thời gian và trình độ bản thân còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp này chắc chắn khôngtránh khỏi còn nhiều sai sót, kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô cùng các bạn để bản

đồ án được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 5 tháng 6 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Trần Hải Bình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

1.1 Giới thiệu về nhà máy xi măng Hải Phòng

1.1.1 Giới thiệu chung về nhà máy

Công ty xi măng Hải Phòng tiền thân là Nhà máy xi măng Hải Phòng, được ngườiPháp khởi công xây dựng ngày 25/12/1899 trên vùng đất ngã ba sông Cấm và kênh đào

Hạ Lý, là nhà máy sản xuất xi măng đầu tiên tại Việt Nam…

Hình 1.1 Hình ảnh nhà máy xi măng Hải Phòng mới

Xi măng Hải Phòng với nhãn hiệu “Con Rồng” truyền thống từ lâu đã in sâu trongtiềm thức mỗi người dân Việt Nam Sản phẩm của chính công ty là xi măng Pooclănghỗn hợp PCB30, PCB40 và các loại xi măng đặc biệt khác theo đơn đặt hàng

Với trên 100 năm tồn tại và phát triển, Công ty xi măng Hải Phòng đã từng cungcấp xi măng xây dựng nên các công trình lịch sử như Lăng Bác Hồ, Bảo tàng Hồ Chí

Theo Quyết định số 1019/TTg ngày 29/11/1997 của Thủ tướng Chính Phủ về việcđầu tư dự án Nhà máy xi măng Hải Phòng (mới), trên mảnh đất Tràng Kênh – bên cạnhdòng sông Bạch Đằng lịch sử, dây chuyền Xi măng Hải Phòng mới theo phương phápkhô (lò quay) do hãng F.L.Smidth (Đan Mạch) chế tạo, cung cấp với công suất 1,4 triệutấn xi măng / năm đã hoàn thành và đi vào hoạt động Đây là dây chuyền sản xuất ximăng hiện đại nhất Việt Nam hiện nay với công nghệ riêng biệt Clinker và phụ gia, giúpchủ động hoàn toàn trong việc kiểm soát mác xi măng.

Trên vùng đất ngã ba sông Cấm và kênh đào Hạ Lý năm xưa, dự án khu Đô thị ximăng Hải Phòng - điểm nhấn cửa ngõ Thành phố đang bắt đầu chuyển mình tạo nên mộtdiện mạo mới cho Thành Phố Cảng

Hiện nay, với đội ngũ cán bộ nhân viên khoảng trên 1000 người, làm việc tại cáckhu vực chính: Nhà máy xi măng tại Minh Đức - Thủy Nguyên - Hải Phòng, Trung tâmtiêu thụ tại Hải Phòng, Văn phòng Trung tâm tiêu thụ tại T.P Hồ Chí Minh, Ban Quản lý

dự án khu đô thị xi măng Hải Phòng, câu lạc bộ bóng đá xi măng Hải Phòng Công ty đãtạo một môi trường làm việc an toàn, hấp dẫn, tạo cơ hội phát triển nghề nghiệp cho từng

cá nhân và đóng góp tích cực vào các hoạt động vì sự phát triển cộng đồng

1.1.2 Dây chuyền sản xuất xi măng Hải Phòng

Nhà máy xi măng Hải Phòng mới được khởi công xây dựng từ năm 2003 và khánhthành vào ngày 15/7/2005, do hãng FLSmidth của Đan Mạch thiết kế và cung cấp thiết bịchủ yếu, với năng suất thiết kế 3300 tấn Clinker/ngày và 1,4 triệu tấn Clinker/năm

Xi măng được sản xuất theo phương pháp khô hiện đại, với dây chuyền đồng bộ,mức độ cơ khí hóa và tự động hóa cao, nối mạng toàn nhà máy Các thiết bị trong dâychuyền được điều khiển tự động từ trung tâm điều hành chính và cụm điều khiển cáccông đoạn

Toàn bộ các thông số kỹ thuật được đo đạc, chuẩn hóa và gửi về trung tâm điềukhiển bằng mạng lưới cáp quang và cáp đôi dây xoắn

Chất lượng của sản phẩm ở đầu ra của toàn bộ các công đoạn đều được quản lýmột cách nghiêm ngặt bằng hệ thống phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm QCX Từviệc phân tích chất lượng sản phẩm mỗi công đoạn, hệ thống có sự điều chỉnh cần thiết

để đảm bảo chất lượng của sản phẩm ở khâu cuối cùng

1.2 Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng

1.2.1 Khái niệm xi măng

Xi măng là sản phẩm được tạo ra khi nghiền Clinke với các chất phụ gia đến một

độ mịn nhất định hoặc trộn chung hỗn hợp Clinke với các phụ gia cần thiết sau khi đãđược nghiền mịn riêng Khi được sử dụng với các vật liệu xây dựng khác, xi măng trởthành một chất kết dính, liên kết các thành phần với nhau một cách vững chắc

Clinke là sản phẩm nung kết khối của hỗn hợp đá vôi, đá sét và cấu tử điều chỉnh(nếu có) Thành phần hóa học chủ yếu để sản xuất ra Clinke gồm 4 oxit chính là CaO,SiO2, Al2O3, Fe2O3 Oxit CaO chủ yếu lấy từ đá vôi CaCO3, các oxit còn lại do khoáng sétcung cấp Trong trường hợp thiếu Al2O3 sẽ dùng quặng bô xít để tăng cường

4 oxit chính trong phối liệu khi nung đến 1450ºC sẽ phản ứng với nhau tạo thành 4khóang chính trong clinker C3S (3CaO SiO2) ; C2S( 2Cao.SiO2) ; C3A (3CaO.Al2O3) ;

C4AF ( 4CaO Al2O3 Fe2O3) Các khoáng này có cấu trúc tinh thể khác nhau và quyếtđịnh đến tính chất của clinker Chất lượng của clinker sẽ quyết định tính chất của ximăng Thành phần tổng quát của clinker bao gồm: CaO = 62 - 68 %; SiO2 = 21 - 24 %;

Al2O3 = 4 - 8 %; Fe2O3 = 2 - 5% Ngoài ra còn có một số các oxit khác ở hàm lượng nhỏ :MgO, Na2O, K2O ( Hàm lượng MgO <=5%, tổng hàm lượng kiềm không vượt quá 2%)

Hình 1.2 Hình ảnh và kích thước tương đối về clinke

1.2.2 Phân loại xi măng

Có nhiều cách để phân loại xi măng như:

- Phân loại theo kiểu lò nung clinke

- Phân loại theo phương pháp phối liệu trước khi nung

- Loại Clinke và thành phần xi măng

a Phân loại theo mác xi măng (khi dùng cùng cát nhiều cỡ hạt)

- Mác thấp: độ bền tiêu chuẩn nhỏ hớn 25 Mpa/ cm2

- Mác thường: độ bền tiêu chuẩn trong khoảng 25 – 45 Mpa/ cm2

- Mác cao: độ bền tiêu chuẩn lớn hơn 45 Mpa/ cm2

b Phân loại theo loại Clinke

Phân loại theo loại Clinke và thành phần xi măng, xi măng chia làm hai loại chính:

- Xi măng trên cơ sở Clinke xi măng Poóclăng

+ Xi măng Poóclăng không có phụ gia khoáng+ Xi măng Poóclăng có phụ gia (với tỷ lệ phụ gia khoáng hoạt tính 20%)+ Xi măng Poóclăng xỉ (với tỷ lệ phụ gia xỉ hạt >20%)

+ Xi măng Poóclăng Puzôlan với tỷ lệ phụ gia Puzôlan >20%)

- Xi măng trên cơ sở Clinke xi măng alumin:

+ Xi măng alumin có hàm lượng Al2O3 lớn hơn 30% và nhỏ hơn 60%+ Xi măng giàu alumin có hàm lượng Al2O3 lớn hơn 60%

Theo tốc độ đóng rắn xi măng trên cơ sở Clinke xi măng Poóclăng:

- Loại đóng rắn bình thường và chậm: độ bền tiêu chuẩn đạt được sau 28 ngày

- Loại đóng rắn nhanh: khi độ bền sau 3 ngày đêm đạt được không dưới 55% của

Theo thời gian đông kết, xi măng được chia thành 3 loại:

- Đông kết chậm: thời gian bắt đầu đông kết quy định trên 2 h

- Đông kết bình thường: thời gian bắt đầu đông kết quy định từ 45 phút đến 2 h

- Đông kết nhanh: khi thời gian bắt đầu đông kết quy định dưới 45 phút

c Theo thời gian đông kết

- Đông kết chậm: thời gian bắt đầu đông kết quy định trên 2 h

- Đông kết bình thường: thời gian bắt đầu đông kết quy định từ 45 phút đến 2 h

- Đông kết nhanh: khi thời gian bắt đầu đông kết quy định dưới 45 phút

d Theo tốc độ đóng rắn

- Loại đóng rắn bình thường và chậm: độ bền tiêu chuẩn đạt được sau 28 ngày

- Loại đóng rắn nhanh: khi độ bền sau 3 ngày đêm đạt được không dưới 55% của

độ bền tiêu chuẩn sau 28 ngày đêm

1.2.3 Công nghệ sản xuất xi măng

Các nguyên liệu sản xuất chính để sản xuất xi măng là đá vôi, đá sét, quặng pyrit

và silica Ngoài ra để cải thiện chất lượng và thay đổi mác xi măng, trong sản xuất còntrộn thêm một số phụ gia khác như thạch cao, tro bay, khoáng chất điatomit, thuốc

Xi măng được sản xuất theo phương pháp khô hiện đại, với dây chuyền đồng bộ,mức độ cơ khí hóa và tự động hóa cao, nối mạng toàn nhà máy Các thiết bị trong dâychuyền được điều khiển tự động từ trung tâm điều hành chính và cụm điều khiển cáccông đoạn

Toàn bộ các thông số kỹ thuật được đo đạc, chuẩn hóa và gửi về trung tâm điềukhiển bằng mạng lưới cáp quang và cáp đôi dây xoắn

Chất lượng của sản phẩm ở đầu ra của toàn bộ các công đoạn đều được quản lýmột cách nghiêm ngặt bằng hệ thống phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm QCX Từviệc phân tích chất lượng sản phẩm mỗi công đoạn, hệ thống tự động có sự điều chỉnhcần thiết để đảm bảo chất lượng của sản phẩm ở khâu cuối cùng

Quá trình sản xuất xi măng tại nhà máy xi măng Hải Phòng được mô tả như sơ đồcông nghệ dưới đây:

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng nhà máy xi măng Hải PhòngCông nghệ sản xuất xi măng nói chung gồm các công đoạn sau:

- Công đoạn khai thác và nghiền nguyên liệu thô

- Công đoạn đồng nhất và nghiền nguyên liệu hỗn hợp

- Công đoạn nghiền than

- Công đoạn clinker

- Công đoạn xi măng

- Công đoạn đóng bao

a Công đoạn khai thác và nghiền nguyên liệu thô

Cắt tầng, nổ mìn núi đá vôi

Vận chuyển đá vôi bằng ôtô

Đổ đá vôi vào két chứa

Vận chuyển bằng băng tải

tầm

Đập đá vôi bằng máy đập

búa

Vận chuyển bằng

băng tải cao su

Đồng nhất sơ bộ trong kho

Vận chuyển sét/pyrit/silica bằng tầu

Đổ sét/pyrit/silica vào két chứa

Vận chuyển bằng băng tải tầm

Đập bằng máy cán cấp 1

Vận chuyển bằngbăng tải cao su

Đồng nhất sơ bộ trong kho

Đập bằng máy cán cấp 2

Vận chuyển bằngbăng tải cao su

Hình 1.4 Sơ đồ khai thác và nghiền nguyên liệu thô

Nguyên liệu đá vôi đầu vào máy đập búa có kích thước lớn nhất 1500 mm, độ ẩmtối đa 3%, sau khi đập có kích thước nhỏ hơn 60 mm Đá sét, pyrit và silica luân phiênđưa vào két chứa và máy cán hai cấp, nguyên liệu đầu vào của cán cấp 1 có kích thướclớn nhất 600 mm, độ ẩm tối đa là 15 %, đầu ra có kích thước nhỏ hơn 60 mm sẽ là đầuvào của cán cấp 2, cuối cùng cho liệu đầu ra khỏi máy cán hai cấp lớn nhất là 25 mm.

Trong quá trình vận chuyển bằng các băng tải có các hệ thống lọc bụi tay áo thuhồi bụi nhằm mục đích giảm ô nhiễm và tận thu

Liệu sau khi nghiền được vận chuyển vào các kho, quá trình đồng nhất sơ bộ liệuthực hiện bằng hệ thống cầu dải chạy dọc và băng cào chạy ngang nhà kho Đá vôi đượcdải làm hai đống trong một nhà kho riêng (kho131) với sức chứa 2x11000 tấn Đá sétđược dải làm hai đống, pyrit một đống, silica một đống trong cùng một nhà kho (kho132)với sức chứa tương ứng 2x3700, 4200 và 2400 tấn

Kho đá vôi Kho đá sét/pyrit/silica

Vận chuyển bằng băng tải cao

su

Vận chuyển bằng băng tải cao

su

Két chứa đá vôi Két chứa đá sét Két chứa pyrit Két chứa silica

Vận chuyển bằngbăng tải cao su và

gầu nâng

CB định lượng CB định lượng CB định lượng CB định lượng

Máy nghiền liên hợp 3 con lăn

Cyclo lắng

Vận chuyển bằng máng khí động

Silo đồng nhất

Hình 1.5 Sơ đồ nghiền nguyên liệu hỗn hợp và đồng nhất

b Công đoạn đồng nhất và nghiền nguyên liệu hỗn hợp

Hệ thống cân băng định lượng gồm một cân băng cao su cân silica và ba cân băngxích cho các nguyên liệu còn lại Trên hệ thống băng tải cao su cấp liệu cho máy nghiền

có máy dò kim loại, nếu phát hiện thấy kim loại thì sẽ thải ra

Máy nghiền liên hợp ba con lăn sử dụng để sấy, nghiền nguyên liệu thô (sử dụngđộng cơ rôto dây quấn có công suất định mức động cơ Pđm = 2895 KW, điện áp định mứcstato Uđm = 6,3 KV, khởi động bằng phương pháp điện trở phụ rôto – dung dịch chất lỏng

Na2CO3) Việc nghiền liệu được thực hiện do lực ép và trà sát của con lăn lên bàn nghiền

Ba con lăn được ép bằng hệ thống thủy lực Những hạt vật liệu đã được nghiền đạt độmịn yêu cầu sẽ phân tán vào dòng khí và đưa lên máy phân ly vào bốn cyclon lắng,những vật liệu thô sẽ va đập vào cánh rôto và được hồi lưu trở lại máy nghiền để nghiềntiếp

Khí trong các cyclon lắng được quạt hút âm hút, chia làm hai đường Một phầntuần hoàn lại máy nghiền, phần còn lại được làm sạch trong lọc bụi tĩnh điện rồi dùngquạt đưa đến ống khói thải ra môi trường

Sản phẩm thu hồi ở đáy các cyclon lắng được đưa xuống máng khí động, dùng hệthống gầu nâng đổ vào silo đồng nhất để chuẩn bị đưa vào lò nung

Để đảm bảo số lượng và chất lượng (độ mịn R009 10 ÷ 12%, độ ẩm 0,5 ÷1% , thànhphần theo đúng yêu cầu sản xuất) của liệu sau khi nghiền, trong hệ thống sử dụng cácvòng điều chỉnh sau:

- Số lượng: thông qua áp suất vi sai, là sự chênh áp giữu đầu vào và đầu ra của khítrong máy nghiền Áp suất vi sai tỉ lệ thuận với lượng liệu nghiền được Khi có sự giảmhoặc tăng áp suất vi sai so với giá trị ứng với số lượng liệu đặt thì cần giảm hoặc tăng cấpliệu đầu vào tương ứng

- Độ mịn: liệu sau khi nghiền được lấy mẫu để phân tích độ mịn, nếu độ mịn lớn thìtăng tốc độ phân ly, giảm sức hút quạt gió, tăng áp lực nghiền Nếu vẫn không đạt phảigiảm lượng cấp vào máy nghiền Nếu độ mịn quá nhỏ thì thao tác vận hành ngược lại

- Độ ẩm: liệu sau khi nghiền được lấy mẫu để phân tích độ ẩm, nếu độ ẩm thấp thì

mở giảm van gió nóng, mở thêm van gió lạnh Nếu độ ẩm cao thì thao tác vận hànhngược lại

- Thành phần: liệu sau khi nghiền được lấy mẫu để phân tích thành phần bằng haimáy tính điện tử và phổ kế Rơnghen Nếu có sự sai lệch về thành phần so với yêu cầu sẽđiều chỉnh lượng cấp liệu từ các két liệu thành phần và các tốc độ của các cân băng địnhlượng, việc điều chỉnh này hoàn toàn tự động thông qua mạng điều khiển của dâychuyền

c Công đoạn nghiền than

Công đoạn nghiền than được tiến hành theo các bước như trên hình 1.6

Động cơ của máy nghiền than là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc được điềuchỉnh tốc độ bằng biến tần có các thông số:

Hình 1.6 Sơ đồ nghiền than

Vận chuyển than bằng tầu

Đổ than vào két chứa

Đồng nhất sơ bộ trong kho

Vận chuyển bằng băng tải cao

Két chứa cho lò nungKét chứa cho calciner

Trong công đoạn này có lắp đặt thiết bị phân tích khí CO và hệ thống khí trơ nhằmkiểm tra và ngăn chặn tình trạng bắt cháy của than trong két chứa và lọc bụi.

Tương tự như công đoạn nghiền liệu, để đảm bảo số lượng và chất lượng (độ mịn

vòng điều chỉnh số lượng (thông qua áp suất vi sai), độ mịn (thông qua điều chỉnh phân

ly, quạt gió và áp lực nghiền) và độ ẩm (thông qua điều chỉnh tỉ lệ mở van gió nóng vàlạnh)

d Công đoạn clinke

Trong dây chuyền sản xuất xi măng, công đoạn clinker là công đoạn quan trọngnhất Nguyên liệu đầu vào là đá vôi, đá sét, pyrit và silica được nung chảy, các phản ứnghóa học ở nhiệt độ cao xảy ra tạo thành clinker Sau đó clinker được làm nguội, đập nhỏđưa vào công đoạn nghiền xi măng

Các thiết bị chính sử dụng trong công đoạn lò nung:

- Một tháp sấy với năm tầng cyclon có tổng chiều cao 114m, dùng để sấy liệu trướckhi đưa vào lò nung

- Một calciner cấp nhiệt chính cho tháp sấy năm tầng

- Lò nung có đường kính 4,15 m, chiều dài 64m với 3 bệ đỡ và độ nghiêng 40

- Một động cơ chính để quay lò khi hoạt động bình thường, là động cơ một chiềuđiều khiển bằng bộ chỉnh lưu sử dụng thyristo, có công suất định mức Pđm = 560 KW, tốc

độ định mức nđm = 942 vòng/phút, hiệu điện thế định mức Uđm = 600 V và cường độ dòngđiện định mức Iđm = 798 A

- Một động cơ phụ để quay chậm lò khi có sự cố, là động cơ không đồng bộ rôtolồng sóc điều khiển bằng biến tần, có Pđm = 22 KW, nđm = 1480 vòng/phút, Uđm = 380 V

- Một vòi phun chính hai đầu phun cấp nhiệt cho lò nung, một đầu phun dầu tronggiai đoạn sấy lò, đầu còn lại phun than khi nhiệt độ lò ổn định tại giá trị yêu cầu và trongquá trình lò hoạt động bình thường

- Một ghi làm nguội clinker gồm sáu giàn ghi dẫn động bằng hệ thống thủy lực, 13quạt làm nguội, một hệ thống bơm nước với bốn van xả

- Một máy đập clinker kiểu đập búa, sử động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc điềukhiển bằng biến tần có Pđm = 110 KW, Uđm = 380 V và nđm = 990 vòng/phút

- Một quạt ID hút áp suất âm cho lò, sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

có Pđm = 1100 KW, Uđm = 690 V, nđm = 990 vòng/phút và điều khiển khởi động bằng điện

- Hệ thống CemScanner quét nhiệt độ vỏ lò nung, có màn hình theo dõi tại phòngđiều khiển trung tâm.

Hoạt động của công đoạn lò nung được vận hành, điều khiển và giám sát tại phòngđiều khiển trung tâm

Liệu hỗn hợp trong silô đồng nhất sau khi qua hệ thống tháp sấy năm tầng có nhiệt

độ lên đến gần 10000C Qua hệ thống lò nung, bột liệu được nung ở giôn nung tạo phalỏng ở 14500 và hình thành clinker Sau khi làm mát và đập, đầu ra gồm clinker thànhphẩm có kích thước đạt yêu cầu, clinker thứ phẩm có kích thước lớn và bột tả Bột tả thìđưa vào silô phụ, clinker thứ phẩm đưa trở lại máy đập búa, còn clinker thành phẩm vậnchuyển vào silô clinker bằng băng tải tấm

Khí dư có lẫn clinker ở cuối ghi làm mát được thu hồi vào lọc bụi tĩnh điện, qua lọcbụi tĩnh điện, khí được làm sạch một phần tận dụng cho hệ thống sấy nghiền than, phầncòn lại thải ra môi trường Clinker lắng ở đáy lọc bụi tĩnh điện được tận thu bằng hệthống vít tải đôi đổ vào hệ thống băng tải tấm để vận chuyển vào silô clinker

Để đảm bảo yêu cầu chất lượng clinker, trong công đoạn sử dụng các vòng điềuchỉnh chính sau:

- Vòng điều chỉnh nhiệt độ: thông tin áp suất và nhiệt độ đo được ở lò nung vàcalciner chuyển về phòng điều khiển trung tâm phân tích, từ đó ra lệnh điều khiển lưulượng than (hoặc dầu cho giai đoạn sấy) từ các két chứa vào lò nung và calciner tươngứng

- Vòng điều chỉnh tốc độ: thông tin áp suất đo được do clinker tác dụng lên các giànghi chuyển về phòng điều khiển trung tâm phân tích, từ đó ra lệnh điều khiển hệ thốngthủy lực dẫn động cho các giàn ghi để vận chuyển clinker

e Công đoạn xi măng

Công đoạn nghiền xi măng sử dụng một máy nghiền đứng (động cơ rôto dây quấn cócông suất định mức Pđm = 1400 KW, điện áp định mức Uđm = 6 KV, khởi động bằng điệntrở dung dịch Na2CO3) và một máy nghiền bi (động cơ rôto dây quấn có công suất địnhmức Pđm = 6556 KW, điện áp định mức Uđm = 6 KV và cũng khởi động bằng biến trởdung dịch Na2CO3) Quy trình nghiền xi măng tiến hành như trên hình 1.7 Clinker vàphụ gia sau khi nghiền mịn trong máy nghiền bi thì đổ xuống máng khí động, qua hệthống gầu nâng đưa vào phân ly rồi đổ vào silô xi măng Hạt to hồi lưu lại máy nghiền.Hạt nhỏ quá qua hệ thống lọc bụi, thu hồi bằng các vít đổ xuống máng khí động, gầunâng đổ vào silô xi măng

Đập clinker bằng máy đập búa

Vận chuyển bằng băng tải tấm

Silô clinke

Hình 1.7 Sơ đồ quy trình công đoạn clinke

Hình 1.8 Sơ đồ quy trình công đoạn nghiền xi măng

Két chứa clinker

Cân băng định lượng

Vận chuyển bằng băng tải cao

Silô xi măngVận chuyển bằng máng khí động

và gầu nâng

Để điều chỉnh số lượng, tại các máng khí động có gắn các thiết bị đo lưu lượngdòng liệu, số liệu đo được sẽ gửi về trung tâm để phân tích, xử lý Từ đó đưa ra tín hiệuđiều khiển tốc độ các cân băng định lượng, việc điều chỉnh này cũng được thực hiệnthông qua hệ thống mạng điều khiển của dây chuyền Việc đảm bảo thành phần cácnguyên liệu trong xi măng cũng được tiến hành nhờ các máy tính điện tử và phổ kếRơnghen như công đoạn nghiền liệu hỗn hợp.

g Công đoạn đóng bao

Hệ thống gồm bốn máy đóng bao loại quay tám vòi, năng suất một máy là 100tấn/h Quy trình của công đoạn đóng bao tiến hành như trên hình 1.9

Hình 1.9 Sơ đồ quy trình công đoạn đóng bao

Vận chuyển bằng máng khí động và gầu nângSilô xi măng

Két chứa của cân PFISTER

Đóng bao

Xuất xưởng

Qua hệ thống van, xi măng từ silô xi măng được đổ vào máng khí động, nhờ hệthống gầu nâng đổ vào sàn rung rồi đưa vào két chứa của cân PFISTER Từ két chứa, ximăng được tháo xuống bao qua các van mở Các van mở này có gắn các cảm biến mức(với ba mức là thấp, bình thường và cao) để nhận biết khối lượng xi măng trong bao đangđóng Khi khối lượng bao chưa đủ thì van vẫn được mở để xi măng xuống tiếp đến khi đủthì đóng van Bao ra qua hệ thống băng tải cao su (có gắn các sensor đếm bao), được làmsạch bằng hệ thống khí nén, đưa xuống băng xiên để xuất lên ôtô hoặc tầu

b Ưu điểm của mạng truyền thông công nghiệp

- Cho phép làm việc với các sản phẩm của nhiều nhà sản xuất khác nhau

- Là hệ thống mở, đồng thời cho phép hiệu chỉnh để điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm

- Hệ thống hoạt động với độ tin cậy cao hơn

- Độ mềm dẻo hoạt động gần như không có giới hạn

- Giá thành thấp

- Lượng thông tin truyền tải lớn

c Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp

- Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp

- Tiết kiệm dây nối và công nghệ thiết kế, lắp đặt hệ thống

- Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin

- Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống

- Đơn giản hóa, tiện lợi hóa việc tham số hóa, chuẩn đoán, định vị lỗi, sự cố của các thiết bị

- Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống

2.1.2 Mô hình phân cấp chức năng hệ thống điều khiển truyền thông công nghiệp

Hình 2.1 Mô hình phân cấp chức năng hệ thống điều khiển truyền thông công

nghiệp

Càng những cấp dưới, các chức năng càng mang tính cơ bản, đòi hỏi độ nhanhnhạy, thời gian phản ứng Ba tầng dưới cùng thuộc phạm vi hệ thống điều khiển, quan sát

và thu thập dữ liệu

- Cấp chấp hành: đây là cấp thấp nhất trong mô hình Chức năng chính của cấpchấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu nếu cần thiết Thực tế, đa số cácthiết bị cảm biến và các cơ cấu chấp hành cũng có phần điều khiển cho việc đo lường,truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh còn có thể đảm nhận

xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp trên là cấp điều khiển

- Cấp điều khiển: nhận thông tin từ cấp chấp hành, xử lý thông tin đó theo mộtthuật toán nhất định và truyền đạt kết quả xuống cơ cấu chấp hành Cấp điều khiển ngàynay được thực hiện bằng các máy tính điều khiển, thiết bị điều khiển có thể lập trình(PLC) … thay cho người vận hành như trước đây

Cấp điều khiển và chấp hành thường được gọi chung là cấp trường hay cấp hiệntrường ( field level) do việc đặt các bộ điều khiển, cảm biến và cơ cấu chấp hành ngaytại “hiện trường”, gần kề hệ thống kỹ thuật

- Cấp điều hành (cấp điều khiển quá trình) là cấp điều khiển và vận hành một quátrình kỹ thuật Khi đa số các chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệthống được các cấp cơ sở thực hiện thì nhiệm vụ của cấp điều hành là hỗ trợ xử lý tìnhhuống bất thường Trong một số trường hợp, cấp này thực hiện một số bài toán điềukhiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động, dừng và điều khiển theocông thức Khác với cấp điều khiển, cấp điều hành không yêu cầu phần cứng đặc biệtngoài các máy tính thông thường có giao diện mạng, gọi chung là máy tính điều hành

Trong các hệ tự động hóa, khi loại bỏ các khâu không cần thiết, ranh giới giữa cấpđiều khiển quá trình và cấp điều khiển nhiều khi không rõ ràng, xu hướng là nhập hai cấpnày làm một gọi là cấp điều hành

Các cấp cao hơn thuộc về hệ thống quản lý công ty:

- Cấp điều hành sản xuất thực hiện việc đánh giá vận hành, lập kế hoạc sản xuất,bảo dưỡng máy và các thiết bị sản xuất, tối ưu hóa sản xuất Cấp này thường đi cùng với

hệ thống điều hành sản xuất MES (Manufactoring Execution System)

- Cấp quản lý công ty thực hiện việc tính toán giá thành sản phẩm, thống kê số liệusản xuất kinh doanh, xử lý đơn đặt hàng, kế hoạch tài nguyên công ty Cấp này thường đicùng với hệ thống hoạch định tài nguyên ERP (Enterprise Resource Planning)

Càng những cấp cao, hệ thống mạng càng yêu cầu khối lượng thông tin lớn hơnnhưng thời gian đáp ứng có thể không cần nhanh

Tương ứng với các cấp điều khiển là các hệ thống mạng và bus điều khiển baogồm:

a.Bus trường, bus thiết bị, bus cảm biến/ chấp hành

Bus trường (Field bus) thực ra chỉ là một khái niệm chung được sử dụng trong cácngành công nghiệp chế biến để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin

số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC hoặc PLC) với nhau và với các thiết bị

ở cấp chấp hành, hay các thiết bị trường

Các thiết bị có thể ghép mạng là các module vào/ra phân tán (distributed I/O), cácthiết bị đo lường (sensor, transducer, transmitter) hoặc cơ cấu chấp hành (actuator, valve)

có tích hợp khả năng xử lý truyền thông Một số kiểu bus trường chỉ thích hợp nối mạngcác thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với các bộ điều khiển, cũng được gọi là buschấp hành/ cảm biến

Trong công nghiệp chế tạo, lắp ráp hoặc ở một số lĩnh vực khác như tự động hóatòa nhà, sản xuất xe hơi, … khái niệm bus thiết bị lại thường được sử dụng Thực ra, bustrường và bus thiết bị có chức năng tương đương nhưng do tính chất đặc trưng riêng biệtcủa hai ngành công nghiêp nên cũng có một số tính năng khác nhau

Nhiệm vụ chính của bus trường là chuyển dữ liệu của quá trình kỹ thuật lên cấpđiều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành

Đặc điểm của bus trường:

- Yêu cầu tính năng thời gian thực được đặt lên hàng đầu

- Thời gian đáp ứng tiêu biểu nằm trong khoảng 0,1 đến vài ms

- Lượng thông tin trong một bức điện thông thường hạn chế trong một vài byte

- Tốc độ truyền thông chỉ cần ở phạm vi Mbit/s hoặc thấp hơn

- Việc trao đổi thông tin về các biến quá trình mang tính chất định kỳ, tuần hoànbên cạnh các thông tin tham số hóa hoặc cảnh báo có tính chất bất thường

Các hệ thống bus trường thường được sử dụng hiện nay làPROFIBUS,ControlNet, INTERBUS, CAN, WorldFIP, P-NET, Modbus …

b.Bus hệ thống, bus điều khiển

Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính điều khiển vàcác máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi chung là bus hệ thống(system bus) hoặc bus quá trình (process bus) Qua bus hệ thống mà các máy tính điềukhiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và

trạm quan sát (gián tiếp thông qua cơ sở dữ liệu của trạm chủ) hoặc nhận mệnh lệnh,tham số điều khiển từ các trạm ở cấp trên

Thông tin không những được trao đổi theo chiều dọc từ cấp trên xuống cấp dưới

mà còn được trao đổi theo chiều ngang giữa các thiết bị trong cùng cấp Các trạm kỹthuật, trạm vận hành và trạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua bus hệ thống Ngoài ra, cácmáy in báo cáo và lưu trữ dữ liệu cũng có thể được ghép qua mạng này

Bus hệ thống và bus trường không bắt buộc phải khác nhau về kiểu bus được sửdụng mà chỉ khác nhau ở mục đích sử dụng hay các thiết bị được ghép nối Trong một sốtrường hợp, chúng ta có thể thấy cùng một kiểu bus sử dụng cho cả hai cấp

Đặc điểm bus hệ thống:

- Tính năng thời gian thực tùy từng trường hợp được yêu cầu khác nhau

- Thời gian đáp ứng tiêu biểu khoảng một vài trăm ms

- Lưu lượng thông tin lớn hơn nhiều so với bus trường

- Tốc độ truyền thông từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s

Khi bus hệ thống được dùng để ghép nối theo chiều ngang giữa các máy tính điềukhiển, người ta thường dùng khái niệm bus điều khiển Vai trò của bus điều khiển là phục

vụ trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạm điều khiển trong một hệ thống có cấu trúcphân tán Bus điều khiển có tốc độ thường không cao nhưng tính năng thời gian thực lạiyêu cầu rất khắt khe

Các hệ thống bus hệ thống thông dụng như Industrial Ethernet, PROFIBUS_FMSFieldbus Foundation’s High Speed Ethernet, , ControlNet, Modbus Plus, PROFINET

Đặc điểm của mạng xí nghiệp:

- Không yêu cầu tính năng thời gian thực một cách nghiêm ngặt

- Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định kỳ.

- Dữ liệu trao đổi có dung lượng lớn, một lần có thể đến hàng Mbyte

Hai loại mạng thường được dùng là Ethernet và Token-Ring với giao thức chuẩn

là TCP/IP hoặc IPX/SPX

d.Mạng công ty

Mạng công ty nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống điều khiển Đặctrưng của mạng công ty gần với một mạng viễn thông hoặc một mạng máy tính diện rộngnhiều hơn trên các phương diện phạm vi và hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông

và các yêu cầu kỹ thuật

Chức năng chính của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xínghiệp, cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với các khách hàng như thưviện điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa, truy cập Internet, thương mại điện tử …

Hình thức ghép nối mạng cũng như công nghệ được áp dụng tùy thuộc vào đầu tưcủa công ty Trong nhiều trường hợp, mạng công ty và mạng xí nghiệp được thực hiệnchung trên một hệ thống mạng duy nhất về mặt vật lý nhưng chia thành nhiều phạm vi vànhóm mạng làm việc riêng biệt

Mạng công ty có đặc điểm là đòi hỏi tốc độ truyền thông, độ an toàn và tin cậy đặcbiệt cao Các mạng công ty tiêu biểu là Fast Ethernet, FDDI, ATM

2.2 Hệ thống điều khiển của nhà máy xi măng Hải Phòng

2.2.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển ECS của hãng FLSmidth

Hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất xi măng Hải phòng là hệ điều khiển chuyên gia (ECS – Expert Control System) của hãng FLSmith Cấu hình chung của hệ thống điều khiển này được mô tả như hình vẽ dưới đây:

Hình 2.2 Cấu hình chung hệ thống điều khiển ECS của hãng FLSmidth

Hệ thống điều khiển ECS của FLSmidth thực ra là một giải pháp mạng điều khiểnxây dựng theo cấu trúc phân tán Hệ thống điều khiển này có thể xây dựng nhiều thiết bịkhác nhau của nhiều hãng như SIEMENS, Rockwell/Allen Bradley, ABB,Schneider/Modicon vì thế hệ thống mạng điều khiển cũng có thể thay đổi theo thiết bị sửdụng tương ứng

Trước đây, hệ thống điều khiển ECS chỉ được phát triển bởi các kỹ sư, chuyên giacủa FLSmidth Tuy nhiên, ngày nay, nền tảng của hệ thống không ngừng được hỗ trợ và tíchhợp không phải chỉ bởi nhân viên của FLSmidth mà còn từ các tổ chức, nhóm, các kỹ sư,chuyên gia của các công ty cung cấp dây chuyền và của trực tiếp công ty sản xuất xi măngtrên toàn thế giới

Các đặc tính tổng quát nhất của hệ thống điều khiển ECS bao gồm:

- Sự linh hoạt, tự do về phần cứng: Người thiết kế có thể hoàn toàn tự do trong việc lựachọn phần cứng và nhà cung cấp phù hợp với dự án của mình mà không cần phải quan tâm

nhiều đến việc liên kết giữa chúng với nhau Ví dụ: về động cơ, người thiết kế có thể chọnmột nhà cung cấp riêng; về PLC, hoàn toàn có thể lựa chọn một nhà cung cấp khác.

- Tính năng mở của hệ thống điều khiển: hệ thống điều khiển ECS có thể đáp ứng đượcmột số lượng lớn các yêu cầu về điều chỉnh trong dây chuyền, chuẩn hóa nhóm đối tượnghoặc các chức năng thành phần Người thiết kế hoàn toàn có thể thiết lập thay đổi, thêm bớt,thay thế các thành phần trong hệ thống một cách linh hoạt

-Tính năng thay đổi phạm vi hoạt động: Đây là một đặc chưng cơ bản của hệ thống ECS.Một máy chủ có thể sử dụng để điều khiển hoạt động của một công đoạn, bộ phận chỉ cókhoảng vài trăm tín hiệu vào/ra Nhưng cũng máy chủ tương tự có thể được sử dụng để điềukhiển toàn bộ hoạt động của dây chuyền Việc thay đổi này cũng rất dễ dàng thực hiện…

Hệ thống điều khiển ECS/ Control Center được tạo nên trên 4 thành phần cơ bản là:

- I/O Center: đây là một bộ nhân hệ thống có khả năng rất mạnh giúp cho hệ thốngđiều khiển ECS/ Control Center có thể liên kết với các thiết bị vào ra của quá trình thuộcnhiều hãng khác nhau

- Insight Center: bao gồm rất nhiều các hàm chức năng và các bộ phận trợ giúp choviệc điều khiển và giám sát quá trình hiệu quả

- Engineering Center: bao gồm các công cụ để trợ giúp cho việc sửa chữa, chỉnh định

hệ thống cả về phần cứng và phần mềm

- Sercurity Center: bao gồm các phần mềm ứng dụng bảo vệ hệ thống, ngăn ngừangười không có nhiệm vụ truy nhập dữ liệu một cách không an toàn

Hệ thống điều khiển ECS có thể cung cấp các dịch vụ tại mọi cấp điều khiển trong sơ

đồ hình chóp phân cấp hệ thống điều khiển tổng quát Thậm chí, hệ thống điều khiển nàykhông giới hạn ở mạng tại công ty, nhà máy đang hoạt động mà còn mở rộng thành mạngtoàn tập đoàn trên toàn Thế giới Hệ thống mạng của một nhà máy có thể kết nối trực tiếpvới hệ thống mạng của tập đoàn thông qua mạng Internet và trở thành một phần nhỏ của

hệ thống mạng này

Cấp quản lý công ty được đại diện bởi mạng văn phòng – Local Office NetWork Tạiđây có các thành phần hỗ trợ quản lý như:

- Quản lý sửa chữa bảo dưỡng – Maintenance Manager

- Quản lý phòng thí nghiệm phân tích thành phần - Laboratory Manager

- Quản lý vận hành quá trình – Process Manager

- Quản lý thông tin sản xuất – MIS – Management Information System

- Quản lý dự án, kế hoạt sản xuất – Plant Manager

Mạng văn phòng có thể trở thành một phần của hệ thống mạng cao hơn đặt tại trung tâm

tự động hóa của FLSmidth (FLSA) thông qua kết nối Internet Tại FLSA, mọi thông tin vềnhà máy đều có thể được truy vấn để phục vụ cho quá trình trợ giúp Các chuyên gia và cácnhà thiết kế của công ty sẽ trợ giúp vận hành, sửa chữa hệ thống trực tuyến

Cấp điều hành sản xuất được đặc chưng bởi hệ thống thông tin hỗ trợ sản xuất PlantGuide Server và các server phục vụ nhiều mục đích khác nhau Cấp quản lý công ty vàcấp điều hành sản xuất trong hệ thống này có thể nhập lại thành cấp điều hành sản xuấtnói chung do một số chức năng của hai cấp không có sự khác biệt

Cấp điều khiển quá trình đặc chưng bởi hệ thống các client sử dụng để giám sát, điềukhiển các quá trình từ xa, lập và in báo cáo tự động bao gồm các thành phần:

- Trạm kỹ thuật ES (Engineering Station): là công cụ thiết kế thực hiện việc tíchhợp điều khiển quá trình công nghệ

- Trạm vận hành OS (Operation Station): Thực hiện vai trò điều khiển giám sát toàn bộhoạt động của nhà máy

Cấp điều khiển được đặc chưng bởi hệ thống các thiết bị điều khiển, module điềukhiển như PLC, máy tính công nghiệp, biến tần, các bộ điều khiển cục bộ …

Cấp hiện trường là các thiết bị chấp hành, cảm biến thực hiện nhiệm vụ tiếp nhậnthông tin và tác động đến quá trình theo yêu cầu của cấp điều khiển Cấp này không đượcthể hiện trong sơ đồ cấu trúc tổng quát kể trên

Hình 2.3 Giao diện chính dây chuyền

2.2.2 Phân cấp chức năng trong hệ thống điều khiển

a.Cấp điều hành sản xuất

Cấp điều hành sản xuất chỉ gồm một máy tính Plant Guide đặt tại phòng lập trình,

có nhiệm vụ lập kế hoạch sản xuất, tổ chức, xử lý, đánh giá kết quả vận hành, từ đó đưa

ra những điều chỉnh để đảm bảo các chỉ tiêu về sản lượng, chất lượng phù hợp với từngloại mác xi măng theo kế hoạch đã đề ra

Máy Plant Guide được nối bằng cáp đôi dây xoắn với một trong hai bộ chuyểnmạch quang điện thông minh – có khả năng tự động định đường thông minh, tự động tìmtrạm lỗi Mỗi bộ chuyển mạch có một địa chỉ riêng và có thể cài đặt tham số bằng máytính

b Cấp vận hành giám sát

Nhiệm vụ chính của cấp này là vận hành, giám sát hoạt động của toàn bộ dâychuyền, quản lí tham số hệ thống, lưu trữ dữ liệu và xử lý những tình huống bất thường

Các thiết bị chính:

- Hai máy tính Smart Station và Eng Station giống hệt nhau đặt tại phòng lập trình,

có vai trò quan trọng nhất, quyết định đến toàn bộ hệ thống Chức năng của hai máy tính

là tạo giao diện người – máy, xây dựng thuật toán điều khiển, theo dõi giám sát hoạt độngtoàn bộ dây chuyền, can thiệp phần mềm điều khiển các PLC, cài đặt tham số và vậnhành các thiết bị (như Siprotec, Simocode, Pfister,…) Hai máy tính hoạt động đồng thời,khi có sự cố thì phần việc của nó sẽ do máy tính còn lại đảm nhận

- Hai máy tính ECS Server giống hệt nhau đặt tại phòng lập trình, có cùng chức năngthu thập dữ liệu của hệ thống Mỗi máy được nối tới một bộ chuyển mạch riêng bằng haiđường nối để dự phòng nóng và nguội

- Ba máy ECS Client Opstation đặt tại phòng điều khiển trung tâm, có chức năng vậnhành các công đoạn chính của dây chuyền Mỗi máy đảm nhận một số công đoạn nhấtđịnh, nếu một máy hỏng thì phần việc của nó chuyển sang hai máy còn lại

- Một máy CemScanner Opstation đặt tại phòng điều khiển trung tâm, làm nhiệm vụ

xử lý tín hiệu đưa về từ thiết bị quét nhiệt độ vỏ lò đặt tại hiện trường

- Hai máy quản lý chất lượng QCX Server và QCX Client Opstation đặt tại phòng thínghiệm, có nhiệm vụ lấy kết quả phân tích các mẫu nguyên liệu từ máy quang phổRơnghen tại nhiều điểm khác nhau, từ đó xử lý, đưa ra điều chỉnh tốc độ các cân băngđịnh lượng cấp liệu để điều chỉnh lưu lượng thành phần nguyên liệu nhằm thu được sảnphẩm xi măng đạt chất lượng yêu cầu

Các thiết bị trên được kết nối bằng cáp đôi dây xoắn với hai Bộ chuyển mạch quangđiện thông minh Như vậy cấp vận hành giám sát dự phòng cả về đường mạng (mộtđường chết thì vẫn còn đường dự phòng hoạt động bình thường) và dự phòng về bộchuyển mạch (các bộ chuyển mạch được nối với nhau, nếu một bộ chuyển mạch khônghoạt động thì bộ chuyển mạch còn lại sẽ đảm nhận toàn bộ công việc) Tuy nhiên vẫn cómột bộ chuyển mạch quan trọng hơn vì nó được nối với cân cấp liệu lò

c Cấp điểu khiển

Cấp điều khiển có nhiệm vụ là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, các thiết bị đolường và các bộ chuyển đổi, xử lý các thông tin đó theo một thuật toán điều khiển nhấtđịnh và truyền đạt lại kết quả xuống các cơ cấu chấp hành

- Mười một PLC S7 – 400 đặt tại hiện trường của các công đoạn chính, nhiệm vụchính là tạo liên động cho cả công đoạn mà chúng phụ trách (chế độ Central) Các PLCS7 – 400 được nối bằng cáp quang tới hai bộ chuyển mạch quang điện thông minh ở cấpvận hành giám sát.

- Năm máy ECS Client Opstation đặt tại hiện trường của năm công đoạn chính, đểgiám sát và điều khiển nhanh chóng, thuận lợi, giảm bớt công việc cho phòng điều khiểntrung tâm Các máy này được nối bằng cáp đôi dây xoắn với các PLC S7 – 400 phụ tráchcông đoạn đó

- Các PLC S7 – 300 đặt tại hiện trường, nhiệm vụ để điều khiển cục bộ từng phầntrong mỗi công đoạn, chạy đồng thời các quá trình trong một thiết bị (chế độ Local) hoặcđiều khiển sửa chữa, thử máy (chế độ Local test) Được lắp đặt tại những nơi có số lượngđầu vào/ra ít và những khu vực phụ trợ như hệ thống phân tích khí, hệ thống cầu cào, cầurải đá vôi, đá sét, hệ thống bôi trơn thủy lực cho thiết bị Các PLC S7 – 300 được nốibằng cáp quang tới các PLC S7 – 400

- Các Siprotec và Simocode tích hợp trong các tủ MCC (Motor Center Control) và MDB (Main Distribution Board) Siprotec là rơ le thông minh, bảo vệ quá dòng, quá áp,

sai lệch điện áp của mạng điện 6 KV, ngoài ra Siprotec còn có chức năng hiển thị và kếtnối truyền thông Simocode là hệ thống quản lí động cơ thông minh dùng cho điện áp

380 V, chức năng của Simocode là cài đặt tham số bảo vệ cho các rơ le nhiệt, quá tải, quádòng, quá áp của động cơ, thông báo lỗi, và điểm mạnh nhất là truyền thông, bảo vệ từ

xa, tất cả các thao tác đều có thể tiến hành nhờ phần mềm ES Simocode Các Siprotec vàSimocode được nối bằng cáp đôi xoắn tới các S7 – 400

- Các biến tần đặt tại hiện trường, có nhiệm vụ điều khiển tốc độ động cơ của động

cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc, được nối với các PLC S7 – 400 bằng cáp quang

Các thiết bị của cấp chấp hành được nối với các thiết bị điều khiển (các PLC S7 –

300, tủ MCC, MDB và biến tần) ở cấp điều khiển bằng cáp đôi dây xoắn

2.3 Các hệ thống mạng sử dụng trong hệ thống điều khiển

2.3.1 Mạng PROFIBUS-DP

Process Field Bus là một hệ thống bus trường được phát triển tại Đức từ năm 1987

do 21 công ty và cơ quan nghiên cứu hợp tác Sau khi được chuẩn hóa quốc gia với DIN

19245, PROFIBUS đã trở thành chuẩn châu Âu EN 50170 trong năm 1996 và chuẩnquốc tế IEC 61158 vào cuối năm 1999 Bên cạnh đó, PROFIBUS còn được đưa vào trongchuẩn IEC 61784 – một chuẩn mở rộng trên cơ sở IEC 61158 cho các hệ thống sản xuấtcông nghiêp Với sự ra đời của các chuẩn mới IEC 61158 và IEC 61784 cũng như với cácphát triển mới gần đây, PROFIBUS không chỉ dừng lại là một hệ thống truyền thông, màcòn được coi là một công nghệ tự động hóa

b Kiến trúc giao thức

PROFIBUS – DP chỉ thực hiện các lớp 1 và lớp 2 theo mô hình qui chiếu OSI(Open System Interconnection) như trên hình 2.2 Một số chức năng còn thiếu được bổsung qua lớp giao diện sử dụng nằm trên lớp 7 Bên cạnh các hàm dịch vụ DP cơ sở và

mở rộng được qui định tại lớp giao diện sử dụng, hiêp hội PI (PROFIBUS International)còn đưa ra một số qui định chuyên biệt (profiles) về đặc tính và chức năng đặc thù củathiết bị cho một số lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu

Lớp 3 – 7 K h ô n g t h ể h i ệ n

Hình 2.4 Kiến trúc giao thức PROFIBUS – DP

Lớp vật lý của PROFIBUS – DP qui định về kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, môitrường truyền dẫn, cấu trúc mạng và các giao diện cơ học Các kỹ thuật truyền dẫn ở đây

là RS – 485, RS – 485IS và cáp quang RS – 485IS (IS: Intrinsically Safe) được phát triểntrên cơ sở RS – 485 để có thể sử dụng trong môi trường đòi hỏi an toàn cháy nổ

Lớp liên kết dữ liệu ở PROFIBUS – DP được gọi là FDL (Fieldbus Data Link), cóchức năng kiểm soát truy nhập bus, cung cấp dịch vụ cơ bản cho việc trao đổi dữ liệu mộtcách tin cậy, không phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn ở lớp vật lý

2.3.2 Cơ chế hoạt động và ghép nối

Toàn bộ hệ thống máy tính được sử dụng hệ điều hành của Microsoft là Win 2000Server, Win2000 Professional và phần mềm điều khiển giám sát ECS (Expert ControlSystem - hệ thống điều khiển chuyên gia)

Hệ thống điều khiển có thể hoạt động an toàn và tin cậy 24/24 giờ nhờ chế độ saolưu (backup) dữ liệu Hệ thống có khả năng sửa chữa, cài đặt, thêm bớt, bảo dưỡng, vậnhành tại phòng lập trình và phòng điều khiển trung tâm

Các trạm làm việc không nắm giữ dữ liệu mà toàn bộ dữ liệu quá trình hầu nhưđược quản lý bởi 2 server hoạt động với tính năng dự phòng nóng, chúng luôn chạy đồngthời và thực hiện các tác vụ giống hệt nhau

Tất cả các thay đổi với sơ đồ hoặc cơ sở dữ liệu đều có thể thực hiện trực tuyến

mà không cần bất cứ sự dừng hoặc gián đoạn của hệ thống, những thay đổi trên mộtserver sẽ được tự động cập nhật trên server còn lại Nếu vì lý do nào đó một server bịngắt khỏi hệ thống thì khi khởi động trở lại nó có thể đồng bộ hoàn toàn với server cònlại

Tất cả các máy tính và trạm tại các công đoạn được kết nối với nhau bằng giaothức mạng Ethernet với môi trường truyền dẫn là cáp đôi dây xoắn và cáp quang qua 2Switch quang điện thông minh có khả năng định hướng

2.4 Các giao diện vận hành của công đoạn trong dây chuyền

2.4.1 Giao diện công đoạn vận chuyển và nghiền liệu thô

Hình 2.5 Các giao diện công đoạn vận chuyển và nghiền nguyên liệu thô