Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa cho dây chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 t clanke/ngày

Khảo sát và phân tích lựa chọn giải pháp điều khiển khu vực đóng bao xuất kho - Đủ số liệu theo yêu cầu công nghệ - Thông số thiết bi - Tìm hiểu cấu trúc hệ thống tự động hóa tại các nhà

Trang 1

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG

BÁO CÁO TỔNG HỢP

Tên đề tài:

“ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

TỰ ĐỘNG HÓA CHO DÂY CHUYỀN XI MĂNG LÒ QUAY

CÔNG SUẤT 2.500 T CLANHKE/ NGÀY”

Tổ chức chủ trì: Tổng Công ty Lắp máy Việt nam

Tổ chức thực hiện: Viện Nghiên Cứu Cơ Khí

Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Hữu Hoàng

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

Trang 2

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6

BẢN KÊ SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI 7

1 TỔNG QUAN 12

1.1 Đặt vấn đề 12

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 12

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 13

1.3.1 Ngoài nước 13

1.3.2 Trong nước 14

1.4 Phạm vi và nội dung nghiên cứu 15

1.5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 18

2 NGHIÊN CỨU HTĐK TỰ ĐỘNG HOÁ CHO DCXM LÒ QUAY 19

2.1 Qui trình vận hành và yêu cầu điều khiển 19

2.1.1 Mô tả sơ bộ qui trình vận hành 19

2.1.2 Khảo sát một số hệ thống điều khiển tại nhà máy 21

2.1.3 Yêu cầu chung về điều khiển 27

2.2 Nghiên cứu hệ thống TĐH để áp dụng cho DCXM lò quay 29

2.2.1 Tổng quan 29

2.2.2 Hệ thống điều khiển CEMAT của SIEMENS 30

2.2.3 Công tác kỹ thuật trên hệ thống điều khiển CEMAT 35

2.2.4 Kết luận 39

2.3 Một số hệ thống phụ trợ 39

2.3.1 Hệ thống quản lý thông tin nhà máy MIS 39

2.3.2 Hệ thống truyền hình công nghiệp CCTV 45

2.3.3 Hệ thống báo cháy 50

2.3.4 Hệ thống phân tích khí 57

2.3.5 Hệ thống quét nhiệt độ vỏ lò 59

2.3.6 Hệ thống điều khiển phối liệu QCX 64

3 THIẾT KẾ HTĐK CHO DCXM LÒ QUAY 72

3.1 Tổng quan 72

3.2 Tiêu chuẩn thiết kế 72

3.2.1 Các tiêu chuẩn áp dụng 72

Trang 3

3.2.2 Triết lý điều khiển chung 73

3.2.3 Sơ đồ logic và phân nhóm thiết bị 74

3.2.4 Các chế độ vận hành điều khiển 74

3.2.5 Nguyên lý mạch điều khiển động cơ 75

3.2.6 Nguyên lý mạch điều khiển van ON/OFF 76

3.2.7 Nguyên lý mạch điều khiển van chặn 77

3.2.8 Nguyên lý mạch điều khiển thiết bị băng tải 77

3.2.9 Nguyên lý mạch điều khiển thiết bị lọc bụi túi 78

3.2.10 Nguyên lý mạch điều khiển thiết bị bơm dầu/ mỡ bôi trơn 79

3.2.11 Nguyên lý chung tích hợp các thiết bị đo lường 79

3.2.12 Nguyên lý tích hợp thiết bị đo nhiệt độ 80

3.2.13 Nguyên lý tích hợp thiết bị đo áp suất 80

3.2.14 Nguyên lý tích hợp thiết bị đo lưu lượng 80

3.2.15 Nguyên lý tích hợp thiết bị đo mức 81

3.3 Danh mục tín hiệu đo lường và điều khiển 81

3.4 Thiết kế hệ thống điều khiển toàn nhà máy 81

3.4.1 Sơ đồ cấu trúc HTĐK toàn nhà máy 81

3.4.2 Mô tả sơ đồ cấu trúc HTĐK toàn nhà máy 81

3.4.3 Danh mục thiết bị cho HTĐK toàn nhà máy 89

3.5 Thiết kế kỹ thuật chi tiết hệ thống điều khiển 90

3.5.1 Bản vẽ điển hình thiết kế tích hợp modul vào ra I/O 90

3.5.2 Nguyên lý thiết kế hệ thống tiếp địa 90

3.5.3 Hệ thống chống sét lan truyền 91

3.5.4 Bản vẽ điển hình thiết kế tủ điều khiển và bố trí thiết bị trong tủ 91

3.5.5 Thiết kế phòng điều khiển trung tâm 91

3.5.6 Thiết kế giao diện điều khiển 93

4 LẬP CHƯƠNG TRÌNH CHO HTĐK 94

5 XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 95

5.1 Yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống mô hình mô phỏng 95

5.2 Cấu trúc hệ thống mô hình mô phỏng 95

5.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống mô hình mô phỏng 95

5.2.2 Mô tả và nguyên lý làm việc của hệ thống mô hình mô phỏng 97

5.3 Thiết kế hệ thống mô hình mô phỏng 97

5.3.1 Thiết kế chế tạo hệ thống mô hình mô phỏng 98

5.3.2 Thiết kế bố trí mặt bằng và lắp đặt 98

5.4 Danh mục thiết bị cho hệ thống mô hình mô phỏng 98

5.5 Một số hình ảnh về hệ thống mô hình mô phỏng 100

6 TỔNG HỢP KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI 103

6.1 Các kết quả về sản phẩm của đề tài 103

Trang 4

6.2 Tác động của kết quả nghiên cứu 103

6.3 Liên kết với sản xuất và đời sống 104

7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

8 PHỤ LỤC 1 – SƠ ĐỒ P& ID CHO DCSX XI MĂNG 107

9 PHỤ LỤC 2 – DANH MỤC TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN 108

10 PHỤ LỤC 3 – CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ HTĐK NHÀ MÁY 109

11 PHỤ LỤC 4 – MỘT SỐ GIAO DIỆN ĐIỂN HÌNH 110

12 PHỤ LỤC 5 – BẢN VẼ TK HỆ THỐNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 111

Trang 5

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA

A Chủ nhiệm đề tài

Nguyễn Hữu Hoàng

Viện NCCK

B Cán bộ tham gia nghiên cứu

5 Nguyễn Mạnh Cường Viện NCCK

C Chuyên gia trong nước và nước ngoài

Trang 6

LỜI NÓI ĐẦU

Nội địa hoá thiết bị xi măng lò quay thuộc chương trình trọng điểm của Chính phủ về chiến lược phát triển ngành sản xuất xi măng giai đoạn đến 2010

Dự án “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị chủ yếu cho dây chuyền đồng

bộ sản xuất xi măng lò quay công suất 2.500 tấn clanhke/ ngày, thay thế nhập ngoại, thực hiện tiến trình nội địa hoá” là dự án Khoa học Công nghệ có quy mô lớn nhằm tạo ra bước đột phá về công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị cho ngành XMLQ, tạo điều kiện để chúng ta làm chủ từng bước dây chuyền công nghệ sản xuất XMLQ

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tự động điều khiển tự động hoá cho dây chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanhke/ ngày” là một trong những

đề tài nhánh của Dự án KHCN nêu trên Đề tài thực hiện nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động điều khiển cho dây chuyền xi măng lò quay, bao gồm đầy đủ các công đoạn từ công đoạn chuẩn bị liệu, nghiền liệu, lò nung, làm nguội clinker, nghiền xi, đóng bao và nghiền than Sau đó tiến hành lập chương trình điều khiển cho từng công đoạn trên và xây dựng một hệ thống mô hình mô phỏng hệ thống tự động điều khiển cho dây chuyền sản xuất xi măng Đề tài cũng làm cơ

sở cho công tác thiết kế và tích hợp các hệ thống tự động hoá cho các dây chuyền công nghiệp khác không chỉ ngành xi măng

Trong khuôn khổ báo cáo này chúng tôi chỉ giới hạn ở việc trình bày tổng hợp các nội dung nghiên cứu thiết kế đạt được như cách thức thực hiện, nguyên lý, các thiết kế điển hình, kết quả của chương trình phần mềm, còn các thuyết minh, thiết kế chi tiết hay chương trình được trình bày cụ thể trong các báo cáo chi tiết Báo cáo gồm các phần chính như sau:

1) Tổng quan

2) Nghiên cứu HTĐK Tự động hoá cho DCXM lò quay

3) Thiết kế HTĐK Tự động hoá hoá cho DCXM lò quay

4) Lập chương trình cho HTĐK Tự động hoá

5) Xây dựng hệ thống mô hình mô phỏng

Nhóm thực hiện đề tài chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và cộng tác Bộ Xây Dựng,

Bộ Khoa học Công nghệ, Bộ Công Thương, Tổng Công ty LILAMA, Viện Nghiên Cứu Cơ Khí cùng với các chuyên gia, các nhà khoa học trong và ngoài Viện đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành nhiệm vụ

Tuy nhiên bản báo cáo khó tránh khỏi những thiếu sót, đề tài mong nhận được

sự góp ý và giúp đỡ của các cơ quan và các chuyên gia trong và ngoài Viện để bản báo cáo được hoàn chỉnh hơn

Trang 7

CCTV Hệ thống truyền hình công nghiệp

DCS Hệ thống điều khiển phân tán

I/O Tín hiệu vào ra

PLC Bộ điều khiển khả trình

LCP Bàn điều khiển tại hiện trường

IEC Hệ thống tiêu chuẩn điện quốc tế

UPS Bộ lưu điện

HMI Giao diện điều khiển người – máy

MCC Hệ thống điều khiển động cơ

PCCC Phòng cháy chữa cháy

QCX Hệ thống điều khiển phối liệu

P&ID Sơ đồ đường ống và thiết bị đo lường

CPU Bộ xử lý trung tâm

Trang 8

BẢN KÊ SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI

Dưới đây là bảng kê các sản phẩm mà nhóm đề tài đã hoàn thiện, theo đúng nội dung yêu cầu trong đề cương đăng ký của đề tài:

1 Dạng kết quả dự kiến của đề tài

Mẫu (model, maket) Quy trình công nghệ X Sơ đồ

Vật liệu Tiêu chuẩn Báo cáo phân tích

Thiết bị, máy móc X Quy phạm Tài liệu dự báo

Dây chuyền công nghệ Đề án, qui hoạch triển khai

Giống cây trồng Luận chứng kinh tế-kỹ thuật, nghiên cứu khả thi

2 Yêu cầu khoa học đối với sản phẩm tạo ra (dạng kết quả II, III)

thích

nghiên cứu giải pháp tự động hoá nhà

máy xi măng 2.500tấn clinke/ngày

Gồm các chuyên đề:

1 Khảo sát, nghiên cứu, phân tích và

lựa chọn giải pháp tự động hoá nhà

máy xi măng c/s lớn hơn hoặc bằng

2.500tấn clinke/ngày

2 Khảo sát và phân tích lựa chọn giải

pháp điều khiển khu vực chuẩn bị

liệu

pháp điều khiển khu vực nghiền liệu

pháp điều khiển khu vực nghiền than

pháp điều khiển khu vực lò

pháp điều khiển khu vực làm nguội

clinker

pháp điều khiển khu vực nghiền xi

pháp điều khiển các cụm phụ trợ

pháp điều khiển khu vực đóng bao

xuất kho

- Đủ số liệu theo yêu cầu công nghệ

- Thông số thiết bi

- Tìm hiểu cấu trúc hệ thống tự động hóa tại các nhà máy xi măng

- Trình bày sơ đồ công nghệ cho mỗi công đoạn

- Xây dựng cấu trúc phần điều khiển cho mỗi công đoạn

- Danh mục các thiết bị điều khiển chính cho từng công đoạn

Trang 9

2 Bộ bản vẽ và thuyết minh về yêu cầu

chung logic điều khiển, thông tin xuất

nhập và hiển thị

Gồm chuyên đề:

1 Xây dựng toàn bộ đợc yêu cầu

chung logic điều khiển, thông tin

- Các chế độ vận hành của dây chuyền

- Yêu cầu chung cho hệ thống điều khiển tự động hóa

- Yêu cầu chung cho hệ thống các thiết bị đo lường

3 Bộ bản vẽ và thuyết minh cấu hình chung

hệ thống tự động hoá điều khiển nhà máy

xi măng lò quay

1 Thiết kế cấu hình chung hệ thống tự

động hoá điều khiển nhà máy xi

măng lò quay

- Kiểu hệ thống mở, dễ dàng vận hành đáp ứng yêu cầu công nghệ, đảm bảo vận hành an toàn, chính xác

- Trình bày giải pháp tự động hóa cho dây chuyền xi măng

- Trình bày sơ đồ cấu hình hệ thống tự động hóa

- Mô tả hệ thống tự động hóa

- Danh mục thiết bị cho hệ thống tự động hóa

4 Bộ bản vẽ, thuyết minh và chương trình

ĐK công đoạn chuẩn bị liệu

1 Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển

khu vực chuẩn bị liệu

2 Lập chương trình cho hệ thống điều

khiển khu vực chuẩn bị liệu

ĐK công đoạn nghiền liệu

khu vực nghiền liệu

khiển khu vực nghiền liệu

ĐK công đoạn nghiền than

khu vực nghiền than

khiển khu vực nghiền than

- Khả năng sẵn sàng trong điều khiển: lớn hơn hoặc bằng 99.9%

- Khả năng lưu trữ dữ liệu theo yêu cầu công nghệ

- Khả năng đáp ứng hệ thống theo yêu cầu cụ thể của từng công đoạn sản xuất

- Thời gian hiển thị Mimic phải đảm bảo được yêu cầu vận hành công nghệ sản xuất

- Dự phòng I/O cho hệ thống điều khiển là 10% của tống I/O

- Thiết kế điện phải theo tiêu chuẩn IEC

- Tiêu chuẩn cho các thiết bị đặt ngoài trời phải là IP55

- Thiết kế chi tiết bao gồm từ yêu cầu vận hành, xây dựng danh mục các điểm đo lường, cấu trúc hệ thống điều khiển, thiết kế sơ đồ nguyên lý, sơ đồ lắp đặt tủ, đi dây

- Chương trình: bao gồm từ phân chia nhóm thiết bị, sơ đồ liên động các nhóm, chương trình điều khiển PLC,

Trang 10

ĐK công đoạn làm nguội clinker

khu vực làm nguội clinker

khiển khu vực làm nguội clinker

ĐK công đoạn nghiền xi

khu vực nghiền xi

khiển khu vực nghiền xi

ĐK công đoạn đóng bao xuất kho

khu vực đóng bao xuất kho

khiển khu vực đóng bao xuất kho

giao diện điều khiển

12 Bộ bản vẽ các thiết bị phụ trợ: tủ điện,

bàn điều khiển, in ấn, UPS

1 Khảo sát và thiết kế thiết bị phụ trợ:

tủ điện, bàn điều khiển, hệ thống

UPS, in ấn

- Giải pháp điều khiển tiên tiến

- Thiết kế theo tiêu chuẩn IEC

- Thiết kế chung tủ điều khiển

- Thiết kế chung phòng điều khiển

- Thiết kế chung hệ thống UPS

- Thiết kế chung hệ thống máy in

13 Bộ bản vẽ thiết kế hệ thống thiết bị mô

hình mô phỏng

1 Khảo sát và phân tích lựa chọn hệ

thống thiết bị mô hình mô phỏng

2 Thiết kế chi tiết hệ thống thiết bị mô

hình mô phỏng

3 Tích hợp và lắp đặt hệ thống thiết bị

mô hình mô phỏng

- Thiết kế theo tiêu chuẩn IEC

- Thiết kế chi tiết bao gồm từ yêu cầu vận hành, danh mục điểm đo lường, cấu trúc hệ thống điều khiển, thiết kế

sơ đồ nguyên lý, chế tạo bảng mimic, bản vẽ lắp đặt, sơ đồ lắp đặt tủ, đi dây

- Chương trình: bao gồm chương trình điều khiển PLC, giao diện điều khiển

Trang 11

14 Bộ bản vẽ và báo cáo khảo sát, phân tích

lựa chọn và thiết kế hệ thống quản lý

thông tin nhà máy MIS, CCTV, phân tích

khí,

thống thiết bị kiểm tra, hiệu chỉnh

thiết bị điều khiển

2 Thiết kế chi tiết hệ thống thiết bị

kiểm tra, hiệu chỉnh thiết bị điều

khiển

3 Tích hợp và lắp đặt hệ thống thiết bị

kiểm tra, hiệu chỉnh thiết bị điều

khiển

4 Khảo sát, phân tích lựa chọn hệ

thống quản lý thông tin nhà máy

8 Thiết kế tích hợp hệ thống báo cháy

9 Khảo sát, phân tích lựa chọn hệ

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động thiết

bị, chủng loại và thông số thiết bị

- Thiết kế nguyên lý chung sử dụng tích hợp thiết bị cho nhà máy xi măng

15 Bộ bản vẽ và báo cáo khảo sát, phân tích

lựa chọn và thiết kế hệ thống điều khiển

chất lượng QCX

thống điều khiển phối liệu QCX

phối liệu QCX

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động thiết

bị, chủng loại và thông số thiết bị

- Thiết kế nguyên lý chung sử dụng tích hợp thiết bị cho nhà máy xi măng

dung thực hiện của đề tài

3 Yêu cầu kỹ thuật, chỉ tiêu chất lượng đối với sản phẩm tạo ra (dạng kết quả I)

TT tiêu chất lượng chủ yếu Tên sản phẩm và chỉ Đơn vị đo Mức chất lượng SP

Cần đạt Mẫu tương/t

Trang 12

TN NN

hình mô phỏng

hệ/t - Mô phỏng hệ thống điều khiển nhà

máy xi măng lò quay đáp ứng cho việc kiểm tra chạy thử chương trình ĐK

hệ/t - Thu thập toàn bộ các thông số công

nghệ của quá trình sản xuất

- Xây dựng chương trình mô phỏng việc quản lý thông tin nhà máy

~TQ xuất

khẩu

1

Trang 13

1 TỔNG QUAN

Xây dựng các nhà máy xi măng lò quay có công suất từ 2.500 tấn clanhke/ ngày trở lên đã được Chính phủ phê duyệt trong quy hoạch phát triển công nghiệp xi măng đến năm 2010 và định hướng phát triển cho đến năm 2020 Mục tiêu phát triển của ngành công nghiệp xi măng là đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng xi măng ở thị trường trong nước và có thể xuất khẩu, phấn đấu đưa ngành xi măng Việt nam thành một ngành công nghiệp mạnh, có công nghệ hiện đại, đủ sức cạnh tranh với các nước trong khu vực và thế giới

Nhằm đảm bảo hiệu quả đầu tư, làm chủ thiết kế, làm chủ công nghệ và tạo cơ hội cho ngành công nghiệp chế tạo thiết bị trong nước phát triển thì việc xây dựng lộ trình cho việc nội địa hoá các thiết bị chủ yếu của dây chuyền XMLQ là một việc tất yếu

Dự án KHCN cấp nhà nước giai đoạn 2005-2008 “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị chủ yếu cho dây chuyền đồng bộ sản xuất xi măng lò quay công suất 2.500 tấn clanhke/ ngày, thay thế nhập ngoại, thực hiện tiến trình nội địa hoá” nhằm đảm bảo được mục tiêu đề ra

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tự động điều khiển tự động hoá cho dây chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanhke/ ngày” là một trong các nhiệm vụ của dự án KHCN

1) Bằng nguồn lực KHCN trong nước và nhận chuyển giao công nghệ giải pháp tự động hoá của nước ngoài có thể làm chủ được việc thiết kế kỹ thuật chi tiết hệ thống điều khiển cho từng công đoạn trong dây chuyền sản xuất xi măng: công đoạn chuẩn bị liệu, công đoạn nghiền liệu, nghiền than, lò, làm nguội clinker, nghiền xi và đóng bao xuất kho và phần liên động giữa các công đoạn trên dây chuyền với công suất 2500T clinker/ngày

2) Mục tiêu là chỉ nhập khẩu thiết bị và phần mềm cơ sở của nước ngoài, trong nước sẽ tự thiết kế chế tạo các tủ điều khiển, lắp đặt đấu nối các bộ điều khiển, viết chương trình điều khiển cho từng công đoạn và phần liên động giữa các công đoạn đáp ứng yêu cầu vận hành công nghệ của dây chuyền công suất 2500T clinker/ngày Tỷ lệ nội địa hoá đạt đến mức 85%

3) Mục tiêu nghiên cứu tìm hiểu thực hiện các hệ thống chuyên dụng khác :

- Với hệ thống truyền hình công nghiệp CCTV, báo cháy, quét vỏ lò: trong tương lai bằng năng lực trong nước nhập khẩu thiết bị với sự

hỗ trợ của chuyên gia nước ngoại tự có thể lắp đặt và đấu nối với hệ thống điều khiển chung

- Với hệ thống điều khiển phối liệu QCX: trong tương lai với loại thiết

bị ở mức độ lấy mẫu tay, gia công tay, máy phân tích quang phổ

Trang 14

X-Ray, máy tính chuyên dụng, cùng với sự trợ giúp của chuyên gia nước ngoài có thể tích hợp cùng với hệ thống điều khiển chung của nhà máy

4) Chất lượng tương đương với Trung quốc xuất khẩu hay các nước Châu á 5) Nâng cao và đào tạo được nguồn nhân lực có khả năng tư vấn, thiết kế, tích hợp các hệ thống tự động hoá cho Nhà máy xi măng lò quay và các

hệ thống tự động hoá cho các dây chuyền sản xuất công nghiệp khác

Hiện nay, các nước tiên tiến trên thế giới đã có những bước phát triển rất cao trong lĩnh vực tự động hoá với những hãng hàng đầu thế giới như là Siemens, ABB, Yokogawa, Honeywell, Mitsubishi, Invensys, Wonderware, Yamatake

Và theo các mức độ ứng dụng thì các hệ thống tự động hoá cũng được phân loại thành một số mức gồm có bộ điều khiển vòng kín loop-control, bộ điều khiển khả trình PLC, bộ điều khiển lai hybrid-control, bộ điều khiển phân tán DCS cùng với các hệ thống giao diện người máy HMI

Bộ điều khiển vòng kín loop-control thường được sử dụng cho các ứng dụng nhỏ, bao gồm 1 hoặc 2 vòng kín Đặc điểm đơn giản dễ sử dụng, giá thành thấp, lập trình và hiển thị nằm ngay trên bộ điều khiển

Bộ điều khiển khả trình PLC thường tập trung sử dụng cho các ứng dụng điều khiển logic, đồng thời bộ PLC cũng được tích hợp các modul tín hiệu tương tự cho phép điều khiển như các loop control Bộ điều khiển khả trình PLC có thể

sử dụng cho điều khiển một thiết bị hay một cụm thiết bị với mức độ phức tạp trung bình Lập trình cho PLC có phức tạp hơn và thường giao diện điều khiển tách rời với bộ điều khiển

Bộ điều khiển lai Hybrid control là giải pháp tích hợp giữa loop control và PLC Tuy nhiên khả năng xử lý của bộ điều khiển lai mạnh hơn nhiều, có thể sử dụng cho các bài toán điều khển có độ phức tạp cao, hay cho các một dây chuyền sản xuất cỡ trung bình Nhiều bộ điều khiển lai có thể được tích hợp với nhau để giải quyết những bài toán lớn cho cả nhà máy

Hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed control system) là giải pháp điều khiển toàn diện cho toàn nhà máy, với khả năng xử lý lớn, rất phức tạp Hệ thống điều khiển phân tán DCS không chỉ dừng với vai trò điều khiển, mà còn liên kết chặt chẽ với hệ thống thông tin, hệ thống cơ sở dữ liệu hay các bài toán quản lý, điều khiển chất lượng, điều khiển tối ưu

Các giải pháp về tự động hoá được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực công nghiệp đem lại hiệu quả kinh tế cao Bằng việc ứng dụng các hệ thống tự động hoá điều khiển trong các dây chuyền công nghiệp cho phép nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất, độ an toàn cho người và thiết bị, giảm chi phí nhân công, và quản lý Trong lĩnh vực xi măng các hãng tự động hoá cũng sử dụng thiết bị của mình cho điều khiển tự động hoá nhà máy xi măng Ví dụ hãng Yokogawa với hệ thống điều khiển DCS là Centium 3000, Invensys với bộ điều

Trang 15

khiển là Foxboro, hãng ABB với bộ điều khiển dùng AC800 dòng Industrial IT

và Siemens với hệ thống điều khiển PCS7 và hơn nữa trên cơ sở hệ PCS7 Siemens còn có giải pháp chuyên dụng cho lĩnh vực xi măng là CEMAT

Siemens thiết kế hệ thống điều khiển CEMAT từ việc mở rộng kiến thức trong hoạt động sản xuất xi măng, được tạo nên cùng với nhà sản xuất xi măng trên toàn thế giới Các kĩ sư phát triển CEMAT đã có hơn 25 năm kinh nghiệm trong ngành công nghiệp xi măng và đã triển khai hơn 400 hệ thống tự động hoá điều khiển cho các nhà máy xi măng trên toàn thế giới Hệ thống CEMAT còn có khả năng hỗ trợ cho các bài toán điều khiển phức tạp trong nhà máy xi măng như điều khiển chất lượng QCS, điều khiển tối ưu, hệ thống quản lý thông tin MIS, tất cả tích hợp trở thành một hệ thống điều khiển toàn diện và đồng bộ Phiên bản mới nhất của CEMAT được biết đến với tên CEMAT KCS (tích hợp phần điều khiển lò nung) để đánh giá các hoạt động của lò nung Nhờ vậy mà không

có hệ thống điều khiển cho lò nung nào được yêu cầu thêm

Tại các nước công nghiệp phát triển, việc tích hợp hệ thống tự động hóa cho các nhà máy xi măng đã được thực hiện từ hơn 20 năm về trước và trải qua nhiều thế hệ thiết bị và công nghệ khác nhau Đến nay hệ thống điều khiển cho DCSX

xi măng đã đạt đến công nghệ và chất lượng rất cao Các công ty có khả năng tích hợp hệ thống tự động hóa cũng tập trung ở một số hãng sản xuất thiết bị tự động hóa lớn như Siemens, ABB, Invensys, AB, và một số tập đoàn cung cấp trọn bộ dây chuyền bao gồm cả thiết bị và công nghệ như FLSmidth, Kawasaki, Trong những năm gần đây, Trung quốc cũng đã có một số công ty tiến hành tích hợp hệ thống tự động hóa cho DCSX xi măng và cũng đạt ở một số thành công nhất định, tuy nhiên chất lượng hệ thống chưa đạt đến mức có độ phức tạp cao, các chức năng điều khiển nâng cao hay xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu toàn diện

Trong những năm vừa qua nước ta đã có rất nhiều nhà máy xi măng lò quay được xây dựng với công suất trung bình từ 1-2 triệu tấn / năm Hệ thống tự động hoá điều khiển sử dụng trong các nhà máy này tương đối đồng bộ và hiện đại với các tên tuổi lớn như Siemens tại các nhà máy Bút Sơn, Hoàng Mai, Hải Phòng, Cẩm Phả, Cát Lái, Thi Vải, Lam Thạch , hãng ABB tại xi măng Hoàng Thạch, Mitsubishi tại xi măng Nghi Sơn Hầu hết các dự án này hệ thống tự động hoá đều được mua trọn bộ của nước ngoài bao gồm từ phần cứng thiết bị điều khiển, đến công tác kỹ thuật lập trình tích hợp hệ thống, đào tạo chuyển giao và các tủ điện, tủ role,

Bên cạnh đó, với một số dự án xi măng có mức công suất nhỏ hơn thì lại được thực hiện dưới hình thức tổng thầu EPC và được thực hiện bởi nhà thầu Trung Quốc vì vậy hệ thống tự động hóa cũng được cung cấp bởi nhà thầu Trung Quốc

Các hệ thống tự động hóa được nhà thầu nước ngoài có chi phí rất lớn, chi phí đi lại vận chuyển sinh hoạt cao, hơn nữa cho đến khi nhà máy đi vào sản xuất hằng năm chi phí bảo dưỡng sửa chữa cũng rất cao do trong nước không chủ động nắm được thiết kế và chương trình và thời gian dừng máy lâu do phải đợi chuyên gia từ nước ngoài sang

Trang 16

Hiện tại trong nước chỉ có một vài đơn vị có uy tín trong việc cung cấp các sản phẩm thiết bị tự động hóa cho ngành ximăng như Công ty AMECO, VST, AIT, ASEATEC, tuy nhiên đa phần các công ty này cũng chỉ ở mức độ thương mại nhập khẩu thiết bị từ nước ngoài sau đó cung cấp thay thể hay dự phòng cho các nhà máy xi măng

Và cũng có một số công ty đi tiên phong cho tích hợp hệ thống tự động hoá cho các thiết bị phụ trợ hay sửa chữa cung cấp cho ngành xi măng như NARIME, CAC, SEEN, CDC, AIT … tuy nhiên các công ty này cũng đang ở mức thực hiện từng công đoạn đơn lẻ trong nhà máy, hoặc cho cả nhà máy nhưng ở mức

độ đơn giản, chưa cung cấp được một giải pháp toàn diện

Quy trình để tích hợp một hệ thống điều khiển tự động hóa cho nhà máy xi măng bao gồm các bước chính như sau: (được mô tả như hình vẽ dưới đây)

- Xuất phát từ bài toán công nghệ bao gồm sơ đồ P&ID: sơ đồ mô tả toàn bộ quá trình công nghệ, các yêu cầu về thiết bị đo lường, số lượng, chủng loại phương pháp đo lường Các tín hiệu bảo vệ, các vòng điều khiển kín

- Và yêu cầu về qui trình vận hành của nhà thiết kế công nghệ, các chế

độ vận hành, cách thức xử lý trong từng trường hợp cụ thể

- Sau khi có đầy đủ các dữ kiện trên sẽ bắt đầu tiến hành thiết kế cơ sở

- Tiến hành thiết kế kỹ thuật chi tiết

- Chế tạo phần cứng hệ thống điều khiển là các bộ điều khiển các modul tín hiệu I/O, modul truyền thông Chế tạo phần mềm cơ sở:

là các phần mềm và modul dùng để lập trình cho hệ thống điều khiển

- Chế tạo tủ bảng điện, tiến hành tích hợp lắp đặt các thiết bị điều khiển trong tủ điều khiển

- Tiến hành lập chương trình điều khiển, thiết kế giao diện và xây dựng cơ sở dữ liệu

- Tiến hành tại hiện trường: đấu nối, kiểm tra chạy thử và hiệu chỉnh

hệ thống điều khiển

Trang 17

Trong qui trình thực hiện nêu trên thì bài toán công nghệ và qui trình vận hành

sẽ được thực hiện bởi các nhà thiết kế công nghệ và thiết kế máy

Việc chế tạo phần cứng hệ thống điều khiển và phần mềm cơ sở cũng như modul cơ sở là sản phẩm được các hãng nước ngoài đã hoàn thiện từ lâu, hiện nay các dây chuyền sản xuất cũng đã gần hết khấu hao vì vậy giá thành thiết bị phần cứng đã giảm rất nhiều Ngoài ra chi phí để đầu tư chế tạo các thiết bị này

là rất lớn, đòi hỏi phải có cả 1 quá trình tích lũy lâu dài Vì vậy, trong hướng đi cho công ty tích hợp tự động hóa ngày nay là cung cấp giải pháp dịch vụ trên nền tảng thiết bị của các hãng có tên tuổi Vì vậy, đề tài này cũng không đầu tư nghiên cứu chế tạo phần cứng của các thiết bị điều khiển và phần mềm cơ sở

Hơn nữa giới hạn phạm vi nghiên cứu thiết kế của đề tài là từ các thiết bị trong

tủ điều khiển, hệ thống mạng điều khiển và hệ thống máy tính vận hành không bao gồm nghiên cứu thiết kế các thiết bị đo lường, đấu nối lắp đặt thiết bị đo lường tại hiện trường Hình vẽ sau mô tả phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Tóm lại, phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm:

Trang 18

- Việc thiết kế cơ sở hệ thống tự động hóa

- Việc thiết kế kỹ thuật chi tiết

- Việc thiết kế chế tạo tủ bảng điện, cho tích hợp lắp đặt các thiết bị điều khiển trong tủ điều khiển

- Việc lập chương trình điều khiển, thiết kế giao diện và chạy thử chương trình trên hệ thống mô phỏng

Và nội dung nghiên cứu chi tiết của đề tài bao gồm:

- Khảo sát, nghiên cứu, phân tích và lựa chọn giải pháp tự động hoá nhà máy xi măng công suất lớn hơn hoặc bằng 2.500tấn clinke/ngày

- Xây dựng yêu cầu logic điều khiển, thông tin xuất nhập và hiển thị

- Thiết kế cấu hình chung hệ thống tự động hoá điều khiển nhà máy xi măng lò quay

- Công đoạn chuẩn bị liệu: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết, tích hợp và lập chương trình điều khiển

- Công đoạn nghiền liệu: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết, tích hợp và lập chương trình điều khiển

- Công đoạn nghiền than: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết, tích hợp và lập chương trình điều khiển

- Công đoạn lò: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết, tích hợp

và lập chương trình điều khiển

- Công đoạn nghiền xi: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết, tích hợp và lập chương trình điều khiển

- Công đoạn đóng bao xuất kho: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết, tích hợp và lập chương trình điều khiển

- Phần thiết bị phụ trợ: tủ điện, bàn điều khiển, hệ thống UPS, in ấn, cũng bao gồm các công việc khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết

- Phần hệ thống thiết bị mô hình mô phỏng: bao gồm các công việc khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết và tích hợp hệ thống

- Khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế, lập chương trình và tích hợp

hệ thống quản lý thông tin nhà máy MIS, CCTV, phân tích khí,

- Khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế, lập chương trình và tích hợp

hệ thống điều khiển chất lượng QCX

Trang 19

1.5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Với mục tiêu phát triển của ngành xi măng đến năm 2010 và 2020 thì nhu cầu xây dựng mới các nhà máy là rất lớn Trong khi đó năng lực thực hiện trong nước là rất lớn, chi phí nhân công và vận chuyển thấp, hơn nữa hệ thống tự động hoá cho các nhà máy xi măng tương đối là giống nhau không bị phụ thuộc vào công suất, nếu năng lực trong nước thực hiện thành công được 1 dự án thì các

dự án sau cũng tương tự như vậy

Hướng đi phù hợp nhất đối với chúng ta hiện nay là khai thác các thiết kế công nghệ và sản phẩm có chất lượng cao của nước ngoài, kết hợp với chuyên gia nước ngoài ứng dụng vào các công trình cụ thể bằng năng lực trong nước Việc này, vừa nâng cao được trình độ của đội ngũ cán bộ, tiếp cận với các nền khoa học kỹ thuật tự động hoá tiên tiến vừa đảm bảo cho ra đời các sản phẩm có chất lượng cao tương đương với khu vực lại vừa giảm được tối đa chi phí giá thành Viện Nghiên cứu Cơ khí là một trong những Viện đầu ngành về chế tạo các dây chuyền công nghiệp của Việt Nam Trong những năm qua Viện đã không ngừng đổi mới, tiếp thu công nghệ cao về tự động hoá và ứng dụng cho các nhà máy, dây chuyền sản xuất trong nước Các sản phẩm của Viện đã được ghi nhận trong nhiều ngành sản xuất như điện, xi măng, giấy, dầu khí… Đặc biệt, hiện nay Viện đang có một đội ngũ cán bộ khoa học có trình độ cao trong các lĩnh vực thiết kế cơ khí và tự động hoá Trong dự án nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động hoá nhà máy xi măng 2.500 tấn clinke/ ngày, Viện lựa chọn Siemens là nhà cung cấp giải pháp và chuyển giao công nghệ trên cơ sở những yếu tố sau:

- Giải pháp CEMAT của Siemens là giải pháp chuyên dụng cho ngành

xi măng, đã được phát triền trên 25 năm, đã được áp dụng vào hơn

400 dự án nhà máy xi măng trên thế giới và cũng có ở trong nước Giải pháp CEMAT của Siemens chiếm hơn 23,5% thị phần trên thế giới về cung cấp hệ thống tự động hoá cho nhà máy xi măng

- Siemens cũng đã cung cấp nhiều hệ thống tự động hoá cho các nhà máy xi măng tại Việt nam và có quan hệ hợp tác lâu dài với Viện Viện có chứng chỉ là nhà tích hợp tự động hoá của Siemens và là trung tâm đào tạo tự động hoá của Siemens tại Việt nam

- Đồng thời Siemens cũng đã có cam kết chuyển giao công nghệ tự động hoá cho ngành xi măng cho Viện

Vì vậy, nhận chuyển giao công nghệ và giải pháp của nước ngoài; khảo sát, lấy mẫu và thử nghiệm trên mô hình mô phỏng và thực tế là phương pháp và cách tiếp cận nghiên cứu chủ đạo của nhóm đề tài

Trang 20

2 NGHIÊN CỨU HTĐK TỰ ĐỘNG HOÁ CHO DCXM LÒ QUAY

Dây chuyền sản xuất xi măng 2.500 tấn clinker/ ngày được thiết kế theo phương pháp khô với công nghệ hiện đại và trình độ tự động hoá cao

Dây chuyền sản xuất xi măng gồm các công đoạn sau:

- Công đoạn đập đá vôi và vận chuyển chứa đá vôi

- Công đoạn đập sét và kho chứa sét

- Công đoạn đập phụ gia

- Công đoạn kho tổng hợp

- Công đoạn phối liệu

- Công đoạn nghiền liệu và xử lý khí thải

- Công đoạn silo đồng nhất và cấp liệu lò

- Công đoạn tháp tiền nung và lò nung

- Công đoạn làm nguội clanhke

- Công đoạn silo chứa clanhke

- Công đoạn định lượng nghiền xi măng

- Công đoạn nghiền xi măng

- Công đoạn vận chuyển và chứa xi măng

- Công đoạn đóng bao và xuất xi măng bao

- Công đoạn nghiền than Các công đoạn này thực hiện sản xuất ra xi măng thành phẩm từ nguyên liệu thô ban đầu là đá vôi và sét

Trong quá trình sản xuất xi măng, có nhiều kho trung gian vì vậy dây chuyền sản xuất xi măng có thể chia ra làm nhiều công đoạn chính Kết quả của mỗi công đoạn sẽ là bán sản phẩm để ra xi măng Việc thiết kế, xây dựng và vận hành DCSX xi măng cũng dựa trên các công đoạn chính này Đến mỗi điểm kết thúc của 1 công đoạn chính thì bán sản phẩm phải đạt các yêu cầu về chất lượng

và năng suất thiết kế

Trang 21

Trong mỗi công đoạn chính, lại được chia thành nhiều nhóm thiết bị hay thường gọi là các “Group” Các Group này được phân chia theo nhà thiết kế công nghệ, chủ yếu phụ thuộc vào công nghệ và chức năng làm việc của từng Group

Trong mỗi Group, thiết bị là băng tải hay lọc bụi tay áo, sẽ được khởi động theo các trình tự được yêu cầu, giữa các thiết bị có các liên động công nghệ với nhau và bản thân mỗi thiết bị cũng có các liên động bảo vệ riêng

Giữa các Group lại có sẽ liên động giữa các Group, trình tự vận hành giữa các Group và liên động bảo vệ giữa các Group Các liên động sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau

Việc thiết kế hệ thống điều khiển và chương trình điều khiển cũng phải dựa trên việc phân chia nhóm thiết bị và các sơ đồ liên động giữa các thiết bị và group

Về chế độ điều khiển và vị trí vận hành, tất cả các thiết bị trong dây chuyền công nghệ đều được khởi động theo các nhóm thiết bị liên động và theo tuần tự nhất định từ phòng điều khiển trung tâm hoặc các trạm vận hành công đoạn Theo nguyên tắc, một số thiết bị với hệ thống dẫn động của chúng sẽ được kết hợp thành các nhóm khởi động Việc điều khiển vận hành nhà máy sẽ được thực theo 02 chế độ chính là vận hành tại chỗ và vận hành trung tâm

Trong điều kiện vận hành bình thường, toàn bộ nhóm vận hành được điều khiển tập trung từ phòng điều khiển trung tâm theo “chế độ tự động” Điều này nghĩa

là, có thể khởi động hoặc dừng nhóm vận hành này nếu các điều kiện khởi động hoặc dừng nhóm thiết bị và các hệ thống dẫn động riêng của nhóm được thoả mãn Nói chung, quá trình khởi động 1 nhóm thiết bị được thực hiện theo 1 tuần

tự nào đó Thường các điều kiện bảo vệ thiết bị và các điều kiện liên động-quá trình công nghệ cùng được xem xét để khởi động 1 nhóm thiết bị Thông báo sẽ được hiển thị sau khi khởi động thành công 1 nhóm và cho phép khởi động 1 nhóm khác

Bên cạnh chế độ vận hành trung tâm còn “chế độ vận hành đơn” Chế độ này cũng được thực hiện từ phòng điều khiển trung tâm, tuy nhiên người vận hành phải thao tác khởi động hay dừng từng thiết bị, khác với chế độ tự động là chỉ cân một thao tác với nhóm thì toàn bộ thiết bị trong nhóm sẽ được khởi động theo qui trình được lập sẵn

Trong chế độ vận hành trung tâm, toàn bộ các điều kiện liên động công nghệ và bảo vệ đều phải được thoả mãn

Chế độ vận hành tại chỗ được lựa chọn bởi công tắc tại chỗ và được vận hành bởi các nút bấm tại chỗ Trong chế độ tại chỗ, chế độ vận hành trung tâm sẽ không thực hiện được và các yêu cầu liên động công nghệ và bảo vệ sẽ không yêu cầu Chế độ tại chỗ thường được sử dụng cho mục đích bảo dưỡng sửa chữa Các liên động bảo vệ và công nghệ sẽ được thể hiện trong sơ đồ P&ID kèm theo báo cáo này

Trang 22

2.1.2 Khảo sát một số hệ thống điều khiển tại nhà máy

Dây chuyền sản xuất xi măng I tại nhà máy xi măng Bút Sơn được xây dựng vào khoảng năm 1995, do vậy hệ thống điều khiển tự động hoá so với hiện nay cũng tương đối cũ Hệ điều khiển được sử dụng là của hãng Siemens, CEMAT phiên bản 3 chạy trên hệ điều hành COROS so với hiện nay CEMAT là phiên bản 6.1 cho phép chạy trên hệ điều hành Windows 2000 Professional Bộ điều khiển được sử dụng trong dây chuyền là S5 Controller, hiện nay dòng sản phẩm này cũng đã ngừng sản xuất và chuyền sang dòng sản phẩm S7 với nhiều tính năng

ưu việt hơn

Hệ thống làm việc ổn định, giao diện rõ ràng đầy đủ các thông số cho phép người vận hành giám sát được nhiều thông tin trạng thái của thiết bị Tuy nhiên các thiết bị điều khiển hiện nay đã ngừng sản xuất chỉ còn hàng tồn kho, nên sẽ khó khăn trong việc sửa chữa thay thế

Hệ thống tự động hóa điều khiển toàn bộ các công đoạn trong nhà máy xi măng

Bố trí mặt bằng: toàn bộ hệ thống điều khiển được đặt rải rác tại một số toà nhà

- 01 nhà điều khiển trong đó có 01 phòng điều khiển vận hành đặt các máy tính và panel điều khiển, 01 phòng đặt toàn bộ các CPU của các

hệ PLC

- Các trạm kỹ thuật để kết nối với các thiết bị hiện trường là các modul I/O, thiết bị phụ trợ và một số thiết bị khác Các trạm kỹ thuật và trạm phân phối điện được đặt trong cùng một toà nhà để dễ dàng cho việc kết nối với hệ thống điều khiển động cơ (MCC)

Mô tả chung về hệ thống: hệ thống được phân làm 3 cấp, căn cứ theo giao tiếp

Cấp 1: Giao tiếp trường

Cấp này có liên quan đến tất cả các thiết bị như cảm biến, giaotiếp với thiết bị trường, các modul vào ra, các tủ thiết bị phục vụ cho việc điều khiển quá trình

và thu thập dữ liệu Truyền thông với các PLC khác thông qua modul chuyên dụng và với hệ thống phân phối điện được thực hiện tại cấp này

Tại cấp 1, hệ thống được phân thành các hệ đơn với các chức năng như sau:

- Hệ phục vụ cho đập đá vôi cho đến kho chứa (PLC 1P11)

- Hệ phục vụ cho đập đất sét cho đến kho chứa (PLC 1P21)

- Hệ phục vụ cho chuẩn bị thạch cao cho đến kho chứa (PLC 1P31)

- Hệ phục vụ cho chuẩn bị than cho đến kho chứa và cấp dầu (PLC 1P91)

- Hệ phục vụ cho cấp liệu và nghiền liệu (PLC 1P41)

Trang 23

- Hệ phục vụ cho trạm cung cấp điện (PLC 1P51)

- Hệ phục vụ cho phối liệu và cấp liệu cho lò (PLC 1P51)

- Hệ phục vụ cho lò và làm nguội (PLC 1P61)

- Hệ phục vụ cho nghiền than (PLC 1P62)

- Hệ phục vụ cho nghiền clanhke cho đến kho chứa (PLC 1P71 và 1P72)

- Hệ phục vụ cho khu vực xử lý nước (PLC 1P91)

- Hệ phục vụ cho đóng bao và xuất xi măng (PLC 1P81 và 1P82) Tại mỗi khu vực này đều có một bộ điều khiển riêng bao gồm từ CPU đến các I/O phân tán Từ các CPU này được nối lên mạng điều khiển toàn bộ nhà máy

Từ mỗi CPU có 02 đường cáp mạng đi lên 02 bộ chuyển mạch, nhằm mục đích

dự phòng kép đường truyền thông Trong trường hợp có 1 trong 2 đường bị sự

cố thì đường kia vẫn làm việc

Các bộ chuyển mạch: SSV-A1, SSV-B1, SSV-A2, SSV-B3 là các thiết bị chuyển mạch trên mạng Dùng để nối các nút mạng lại với nhau và đồng thời truyền lên cấp cao hơn

Cấp 2: Giao tiếp vận hành

Cấp này tương ứng với phần giao tiếp vận hành, cung cấp cho người vận hành tất cả các dữ liệu thu thập được, trạng thái của hệ thống và các chức năng điều khiển

Hệ thống có 06 trạm giao tiếp vận hành, trên cơ sở là các máy tính với phần mềm chuyên dụng cho phép thu thập dữ liệu từ các bộ điều khiển ở cấp 1, xử lý

dữ liệu cho hiển thi dưới dạng đồ hoạ một cách trực quan

Ngoài ra, cho giao tiếp vận hành thì tại một số các khu vực:

- Khu vực đập đá vôi cho đến kho chứa (PLC 1P11)

- Khu vực đập đất sét cho đến kho chứa (PLC 1P21)

- Khu vực chuẩn bị thạch cao cho đến kho chứa (PLC 1P31)

- Khu vực chuẩn bị than cho đến kho chứa và cấp dầu (PLC 1P91)

- Khu vực đóng bao và xuất xi măng Đều có các panel điều khiển OP25 tại các khu vực đó Các panel này cho phép người vận hành điều khiển giám sát ngay tại hiện trường

Cấp 3: Quản lý và tối ưu

Trang 24

Tại cấp này thực hiện thu thập và xử lý tất cả các dữ liệu phụcvụ cho quản lý và tối ưu nhà máy

Trạm kỹ thuật

Là một máy tính sử dụng cho mục đích lập trình hay cấu hình lại hệ thống điều khiển

Trạm kỹ thuật được kết nối với một số các thiết bị ngoại vi là:

- Máy ghi chương trình Eprom

- Máy in HP660C

- Máy in lazer

- Steamer

Hệ thống quản lý thông tin MIS

Hệ thống quản lý thông tin(MIS) là một máy tính PC với tất cả dữ liệu hiện thời

và dữ liệu lưu trữ và các thông tin về quá trình và của nhà máy được quản lý bằng hệ thống PLC như sau:

- Các giá trị được đo (số lượng, mức )

- Thời gian chạy, thời gian nghỉ

- Các cảnh báo, trạng thái hoạt động

-

Dữ liệu được tự động thu thập và được ghi và được in ra khi có yêu cầu

MIS cung cấp các thông tin về các giá trị đo, các mức, tiến trình theo giờ/ theo ca/ ngày / tuần/ tháng dưới dạng bảng, đường cong, đồ thị và cung cấp các phép tính như các chức năng toán học cho các giá trị đo được, lựa chọn min/ max , trung bình, phân chia theo cấp, …

Các dữ liệu hàng ngày, thống kê dữ liệu, tiến trình được đánh giá biểu diễn dưới dạng như EXCEL

Phần cứng cung cấp gồm:

- 1 bộ sử lý dữ liệu hệ thống dựa trên PC và bộ xử lý Pentium 75MHX

- 1 file chủ, đúng với bộ xử lý dữ liệu

- 1 PC "486: với MS- DOS, Window, bộ xử lý 80486 66MHz, 1 màn hình màu, 1 con chuột

- 1 máy in laze

Trang 25

- Các thiết bọ tương thích( tủ điện, các thiết bị của Novell ) Phần mềm gồm:

- Phần mềm MIS cơ bản và gói phần mềm liên quan (MIS-MS )

- Dữ liệu sản xuất qua Excel

- Nén, ghi các gói dữ liệu thống kê

Hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây chuyền sản xuất xi măng tại nhà máy

xi măng Tam Điệp được phân thành nhiều PLC đảm trách cho từng công đoạn trên dây chuyền

Hệ thống điều khiển nhà máy dựa trên thiết bị của hãng Allen Breadly

Trong đó tại các công đoạn đập đá vôi, chuẩn bị phụ gia và nhà đóng 1 & 2 được trang bị thêm giao diện máy tính tại hiện trường cho phép vận hành ngay tại chỗ

Tất cả các PLC đều được nối mạng kép với trung tâm máy tính điều khiển thông qua 02 bộ chuyển mạch Điều này cho phép khi một trong hai đường mạng bị lỗi thì PLC vẫn được kết nối với trung tâm điều khiển thông qua đường truyền dự phòng

02 máy chủ được sử dụng để thu thập thông tin từ các PLC từ dưới hiện trường, sau đó biểu diễn các thông số quá trình, trạng thái của thiết bị thông qua các trạm vận hành dưới dạng các giao diện điều khiển Đồng thời thông qua các giao diện điều khiển tại các trạm vận hành, người vận hành đưa ra các lệnh điều khiển, gửi đến các máy chủ này, các máy chủ xử lý gửi các lệnh điều khiển đến các bộ điều khiển PLC ở dưới hiện trường

Trạm vận hành điều khiển có 7 trạm, là phần giao tiếp giữa người vận hành và

hệ thống điều khiển Các trạm này được nối mạng với 02 bộ chuyển mạch switch, lầy thông tin từ các máy chủ Thông tin được lưu trữ tại các máy chủ, trạm vận hành đóng vai trò là panel điều khiển, hiển thị các thông số của quá trình và nhận các lệnh điều khiển từ người vận hành

Hệ thống máy in bao gồm:

- 02 trạm dịch vụ in

- Máy in lazer phục vụ cho báo cáo

- Máy hardcopy chụp trang màn hình màu

- Máy in cảnh báo alarm Bên cạnh các hệ thống điều khiển cho các công đoạn của nhà máy, hệ thống còn bao gồm các thiết bị chuyên dung sau:

Trang 26

- 01 bộ PLC được sử dụng cho điều khiển phần lấy mẫu tự động

- Máy tính cho máy X – RAY

- Máy tính cho hệ QCX

- Máy tính và đầu quét cho hệ thống quét nhiệt độ vỏ lò

- Máy tính cho hệ điều khiển Fuzzy

Nhà máy xi măng Sông Gianh (Quảng Bình) có công suất 4000 tấn clinker/ ngày Quá trình sản xuất được tự động hoá hoàn toàn Thiết bị điện của 14 trạm điện phân xưởng, hệ thống chiếu sáng, thiết bị điều chỉnh hệ số công suất, các tổ máy phát điện dự phòng, cáp quang, hệ thống dò và cảnh báo cháy; hệ thống điều khiển tối ưu, hệ thống điều khiển trung tâm CCR (Centrer Control Room), điều khiển cục bộ LCR (local control room), hệ thống quản lý thông tin IMS, lấy mẫu tự động và thí nghiệm, các phụ kiện dự phòng, thay thế và các dịch vụkhác

do hãng ABB cung cấp

Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy được thực hiện tự động hoá ở mức độ cao và điều khiển tập trung CCR (Central Control Room) để kiểm soát toàn bộ hoạt động của nhà máy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số khi chất lượng của sản phẩm thay đổi hoặc khi có sự cố bất thường xảy ra

Hệ DCS là hệ điều khiển chia sé, tại một thời điểm đảm nhận một lượng lớn các tác vụ Để thực hiện được điều này toàn bộ nhà máy được trang bị 8 Server được chia làm 5 nhóm

Hệ thống điều khiển quá trình

Trang bị hai Connectivity Server, ba Aspcet Server Tất cả hai nhóm này được thiết kế như một hệ thống kép có cấu trúc dự phòng nóng

Tầng trên cùng là năm trạm vận hành OS1, OS2, OS3, OS4, OS5 (Operator Station) để điều khiển và giám sát các công đoạn sau:

- Chứa và vận chuyển nguyên liệu;

- Đồng nhất bột liệu và cung cấp cho lò nung;

- Làm nguội clanhke,

- Kho chứa xuất clanhke và các bộ phận dịch vụ;

- Nghiền xi măng; nghiền than; các trạm đập đá vôi, đá shake ;vận chuyển và chứa phụ gia;

- Đóng bao, xuất xi măng bao và xi măng rời; cảng nhà máy; các trạm điện của toàn nhà máy

Trang 27

Hệ thống thiết kế sao cho mỗi trạm vận hành (OS) có thể kiểm tra và giám sát từ

2 công đoạn trở lên

- Các máy in báo động, cảnh báo, báo cáo, máy hardcopy màu

- Trạm kĩ thuật ES (Engineer Station) sử dụng cho việc biên soạn, lưu

- chương trình và đào tạo kỹ thuật

- Trạm kiểm tra hệ thống (Test System) dùng để kiểm tra hệ thống định kỳ trong quá trình bảo dưỡng hoặc nâng cấp

Tất cả được kết nối như một mạng LAN theo chuẩn Ethernet (TCP/IP)

Các trạm PCS (Processor Control Station) là các PLC AC800M, một số được lắp đặt các trạm điện của nhà máy Các khu vực quan trọng đều được trang bị PLC với 2 Processor/CPU Các trạm điều khiển quá trình này được nối với tuyến cáp dữ liệu kép để đưa về hệ thống hai Connectivity Server Thông tin giữa các server với các trạm vận hành và điều khiển quá trình liên hệ với nhau bằng hệ thống cáp quang kép loại sợi thuỷ tinh theo chuẩn Ethernet (TCP/IP) Mạng này gọi là Cleint/Server Network

Các tủ phân tán RPC (Remote Periphery Center) chứa các module phân tán S800-I/O, tủ điều khiển động cơ trung tâm MCC (Motor Control Center) chứa các bộ biến tần, các tủ máy cắt… được lắp đặt tại các phòng điện của khu vực sản xuất Số I/O phù hợp từng cụm thiết bị, ngoài ra còn có 20% dự phòng Tất

cả đều đưa về các CPU AC800M thông qua tuyến cáp quang theo chuẩn Profibus DP Các khu vực dẽ xảy ra cháy nổ như khu vực lò nung, trạm nghiền tất cả đều làm việc theo chuẩn Profibus PA Từ AC800M kết nối với các Server qua mạng Ethernet (TCP/IP) còn gọi là Cotrol Network

Phần mềm Control Builder (cho AC800M/C), Graphics Builder (cho việc giám sát và điều khiển quá trình), AutoCAD (cho Mechanical Aspect)…Tại Các Server này sẽ thực hiện việc phân chia quyền sử dụng cho các WorkSpace, tạo giao diện người máy HMI, cảnh báo, dồ thị, báo cáo…Sự làm việc của các Server này đòi tính đáp ứng thời gian thực rất cao

Hệ thống quản lý thông tin MIS:

Sử dụng cho việc quản lý nhà máy, lập báo cáo, kế hoạch sản xuất, nhật kí vận hành thông qua IMS Server Hệ thống có chức năng:

- Lưu lại nhật kí vận hành của các cơ cấu chấp hành

- Giám sát được giá trị, trạng thái của các biến

- Vẽ đồ thị của các biến có trạng thái liên tục thay đổi

- Điều chỉnh lại kịp thời các dữ liệu không đúng

- Kiểm tra và chuẩn đoán lỗi của hệ thống

Trang 28

2.1.3 Yêu cầu chung về điều khiển

Hệ thống điều khiển phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và công nghệ của dây chuyền sản xuất xi măng ở mức cao nhất nhưng vẫn đảm bảo tối ưu được chi phí đầu tư Hệ thống điều khiển cho dây chuyền sản xuất xi măng đảm bảo các yêu cầu sau:

- Điều khiển tự động quá trình sản xuất theo yêu cầu của bài toán công nghệ đặt ra bao gồm sơ đồ P&ID, sơ đồ logic điều khiển và thuyết minh vận hành

- Dây chuyền sản xuất xi măng là quá trình liên tục vì vậy hệ thống điều khiển phải đáp ứng điều khiển cho một quá trình liên tục Tất cả các thiết bị trên dây chuyền hay một công đoạn đều đang làm việc liên tục, nguyên liệu và sản phẩm là một dòng liên tục, các thiết bị phải làm việc liên tục, có liên hệ chặt chẽ với nhau Các thông số công nghệ cũng có liên hệ với nhau Sự sai khác của thông số này sẽ ảnh hưởng đến các thông số khác và ngược lại

- Do DCSX xi măng bao gồm nhiều công đoạn, các công đoạn có liên

hệ chặt chẽ với nhau vì vậy yêu cầu điều khiển là phải theo cấu trúc phòng điều khiển trung tâm Các panel vận hành cho các công đoạn

sẽ được đặt chung trong 1 phòng CCR để dễ dàng trao đổi thông tin giữa các panel vận hành

- Các tín hiệu bảo vệ cho các thiết bị đều có chức năng bảo vệ trực tiếp thiết bị ngay tại tủ MCC, nhưng đều có tín hiệu gửi về trung tâm điều khiển phục vụ giám sát

- Các phần mềm hệ thống, phần mềm ứng dụng cho các trạm vận hành

và cho các bộ điều khiển CPU đáp ứng yêu cầu công nghệ vận hành toàn bộ hệ thống Các phần mềm điều khiển, vận hành đảm bảo độ tin cậy cao, ít hư hỏng, thuận tiện cho người vận hành, dễ sử dụng Các phần mềm điều khiển đảm bảo điều khiển các thiết bị trong dây truyền theo trình tự liên động, phù hợp với yêu cầu công nghệ

- Ngoài các chức năng giám sát, điều khiển, xử lý báo động, quản lý thông tin, phần mềm điều khiển còn có chức năng chẩn đoán sự cố, giúp cho người vận hành phát hiện sự cố một cách nhanh chóng Trên màn hình của máy tính vận hành sẽ hiển thị các thông tin sau:

i Hiển thị quá trình: bao gồm hiển thị sơ đồ dây chuyền công nghệ gồm các nhóm, thiết bị trên đó có hiển thị các ô lệnh chạy, dừng, chọn nhóm, chọn tuyến, hiển thị trạng thái chạy, dừng, báo động

ii Hiển thị giá trị quá trình: bao gồm gồm các mã số thiết bị, nhóm, mô tả tên thiết bị, nhóm, giá trị đo dạng số hoặc dạng thanh, giá trị giới hạn, giá trị điểm đặt, giá trị điều chỉnh cho các điều khiển vòng kín

Trang 29

iii Hiển thị đồ hoạ: bao gồm hiển thị các báo động hiện tại cũng như báo động quá khứ Các báo động sau đây sẽ được hiển thị + Tính sẵn sàng của các mạch cấp điện riêng cho các động cơ ( giám sát cầu chì và máy cắt)

+ Công tắc tơ ON ( tín hiệu báo công tắc tơ ON) + Bảo vệ rơle nhiệt

+ Vị trí " STOP" hoặc "OFF" của công tắc tại chỗ

+ Các công tắc an toàn (công tắc dây kéo, lệch băng, )

+ Các báo động từ các tín hiệu analog ( tốc độ, áp suất, nhiệt độ )

+ Các báo động hệ thống như: tính trạng của nguồn cung cấp, các thiết bị phần cứng, thiết bị mạng truyền thông.v.v

iv Hiển thị thông tin về chuẩn đoán sự cố: bao gồm các thông tin về tình trạng của các thiết bị, các tín hiệu đầu vào như tín hiệu giám sát tốc độ, tín hiệu giám sát lệch băng, công tắc dây kéo )

- Hệ thống điều khiển phải có khả năng vận hành tự động thiết bị máy trên dây chuyền sản xuất đạt khả năng làm việc tối ưu nhất, an toàn cho thiết bị nâng cao tuổi thọ thiết bi Khi có sự cố hệ thống điều khiển có khả năng tự động xử lý sự cố để đảm bảo an toàn cho người

và thiết bị, giảm thiểu chi phí thiệt hại khi có sự cố

- Hệ thống điều khiển phải có panel vận hành tại chỗ để phục vụ trong quá trình bảo dưỡng, sửa chữa hay chạy thử thiết bị

- Hệ thống điều khiển phải có khả năng lưu trữ, in ấn tạo các báo cáo

về thông số đầu vào, thông số ra và tình trạng làm việc của thiết bị

- Đạt độ yêu cầu chính xác về điều khiển để đạt năng suất thiết kế của dây chuyền và chất lượng sản phẩm

- Giảm chi phí cho một đơn vị sản phẩm nhờ điều khiển tự động thay nhân công, giảm tiêu hao nguyên nhiên vật liệu, giảm sản phẩm lỗi, cảnh báo và ngăn ngừa sự cố thiết bị

- Yêu cầu về an toàn môi trường

- Yêu cầu về độ sẵn sàng cho dây chuyền làm việc 365 ngày/ năm ; 24 giờ/ngày

- Hệ thống điều khiển phải đơn giản, dễ vận hành sử dụng

Trang 30

2.2 Nghiên cứu hệ thống TĐH để áp dụng cho DCXM lò quay

Hiện nay, các nước tiên tiến trên thế giới đã có những bước phát triển rất cao trong lĩnh vực tự động hoá với những hãng hàng đầu thế giới như là Siemens, ABB, Yokogawa, Honeywell, Mitsubishi, Invensys, Wonderware, Yamatake

Và theo các mức độ về ứng dụng và cấu trúc thì các hệ thống tự động hoá cũng được phân loại thành một số mức gồm có bộ điều khiển vòng kín loop-control,

bộ điều khiển khả trình PLC, bộ điều khiển lai hybrid-control, bộ điều khiển phân tán DCS cùng với các hệ thống giao diện người máy HMI

Bộ điều khiển vòng kín loop-control thường được sử dụng cho điều khiển 1 hoặc 2 vòng kín Trong nhà máy có nhiều vòng điều khiển thì có thể sử dụng nhiều bộ điều khiển loop-control Đặc điểm đơn giản dễ sử dụng, giá thành thấp, lập trình và hiển thị nằm ngay trên bộ điều khiển Nhược điểm chỉ sử dụng cho

hệ thống có cấu trúc đơn giản, mức độ điều khiển đơn giản, ít có sự liên kết liên động giữa các vòng điều khiển với nhau, vì các bộ điều khiển vòng kín không có khả năng trao đổi thông tin với nhau hoặc nếu có thì rất hạn chế

Bộ điều khiển khả trình PLC thường tập trung sử dụng cho các ứng dụng điều khiển logic, đồng thời bộ PLC cũng được tích hợp các modul tín hiệu tương tự cho phép điều khiển như các loop control Bộ điều khiển khả trình PLC có thể

sử dụng cho điều khiển một thiết bị hay một cụm thiết bị với mức độ phức tạp trung bình Lập trình cho PLC có phức tạp hơn và thường giao diện điều khiển tách rời với bộ điều khiển Khả năng lưu trữ và quản lý thông tin thấp

Bộ điều khiển lai Hybrid control là giải pháp tích hợp giữa loop control và PLC Tuy nhiên khả năng xử lý của bộ điều khiển lai mạnh hơn nhiều, có thể sử dụng cho các bài toán điều khển có độ phức tạp cao, hay cho các một dây chuyền sản xuất cỡ trung bình Nhiều bộ điều khiển lai có thể được tích hợp với nhau để giải quyết những bài toán lớn cho cả nhà máy Hiện nay, nhiều hãng đã phát triển phần mềm và giải pháp cho các hệ thống điều khiển lai, cho phép hệ thống điều khiển lai có khả năng quản lý và xử lý dữ liệu lớn

Hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed control system) là giải pháp điều khiển toàn diện cho toàn nhà máy, với khả năng xử lý lớn, rất phức tạp Hệ thống điều khiển phân tán DCS không chỉ dừng với vai trò điều khiển, mà còn liên kết chặt chẽ với hệ thống thông tin, hệ thống cơ sở dữ liệu hay các bài toán quản lý, điều khiển chất lượng, điều khiển tối ưu Tuy nhiên chi phí đầu tư cho

hệ thống DCS là rất cao

Các giải pháp về tự động hoá được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực công nghiệp đem lại hiệu quả kinh tế cao Bằng việc ứng dụng các hệ thống tự động hoá điều khiển trong các dây chuyền công nghiệp cho phép nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất, độ an toàn cho người và thiết bị, giảm chi phí nhân công, và quản lý

Trong lĩnh vực xi măng các hãng tự động hoá cũng sử dụng thiết bị của mình cho điều khiển tự động hoá nhà máy xi măng Ví dụ hãng Yokogawa với hệ thống điều khiển DCS là Centium 3000, Invensys với bộ điều khiển là Foxboro, hãng ABB với bộ điều khiển dùng AC800 dòng Industrial IT và Siemens với hệ

Trang 31

thống điều khiển PCS7 và hơn nữa trên cơ sở hệ PCS7 Siemens còn có giải pháp chuyên dụng cho lĩnh vực xi măng là CEMAT Hiện nay phiên bản mới nhất cho PCS7 là đến Version 7.0

Hãng Siemens giải pháp CEMAT cho hệ thống điều khiển tự động hoá dây chuyền xi măng là sự tổng hợp nhiều năm kinh nghiệm trong hoạt động sản xuất

xi măng và được tạo nên cùng với các nhà sản xuất xi măng trên toàn thế giới Hiện nay, trong nước cũng đang có rất nhiều nhà máy xi măng sử dụng hệ thống CEMAT như nhà máy Bút Sơn, Hoàng Mai, Hải Phòng, Cát Lái, Thi Vải, Lam Thạch, Tam Điệp,…CEMAT đang được đánh giá là hệ thống hiện đại nhất và được những tập đoàn hàng đầu chuyên xây dựng các nhà máy xi măng sử dụng như Technip CLE hay FLSmidth Vì vậy, CEMAT được lựa chọn là giải pháp tự động hoá ứng dụng cho hệ thống điều khiển tự động hoá dây chuyền xi măng

Hệ thống điều khiển CEMAT cho nhà máy xi măng được xây dựng trên cơ sở hệ thống điều khiển DCS PCS7 cùng với giải pháp CEMAT

Hệ thống PCS7 của Siemens

SIMATIC PCS7 là hệ thống tự động hoá quá trình được thiết lập dựa trên quan điểm tự động hoá tích hợp toàn diện (Totally Integrated Automation: TIA), bao gồm hệ thống điều khiển phân tán DCS; tích hợp các tiêu chuẩn tự động hoá quá trình trên thế giới SIMATIC PCS7 lý tưởng cho hệ thống tự động hoá quá trình tích hợp toàn diện, được thiết kế theo cấu trúc hệ thống chuẩn mở, linh hoạt, hỗ trợ tối ưu qúa trình thiết lập, vận hành bảo hành bảo trì và mở rộng hệ thống

Công nghệ SIMATIC® state-of-the-art được ứng dụng trong SIMATIC PCS7 làm đơn giản hoá việc thiết lập hệ thống, tiện ích cho người sử dụng, đảm bảo hệ thống hoạt động tin cậy và an toàn SIMATIC PCS7 không chỉ tiện ích trong điều khiển xử lý công nghiệp, mà còn tiện ích cho cả tích hợp hình ảnh vào quá trình điều khiển xử lý

Trang 32

SIMATIC PCS7 thực sự mở, kinh tế, lý tưởng cho tự động hoá tích hợp toàn diện quá trình sản xuất công nghiệp với các đặc trưng:

Tích hợp các phần tử của hệ thống tự động hoá công nghiệp:

- Giảm chi phí đầu tư

- Quy mô linh động từ PCS 7-Starter Pack cho tới hệ thống điều khiển phân tán với cấu trúc chủ/ tớ (client/server)

- Sử dụng các công nghệ chuẩn thiết lập hệ thống mở

- Giao thức mở: Giao tiếp các hệ thống cấp quản lý nhà máy và các chuẩn máy tính

- Dễ dàng tích hợp với mạng thông tin toàn nhà máy và hệ thống điều hành doanh nghiệp

- Trao đổi dữ liệu qua mạng Ethernet truy cập nhanh với yêu cầu cao

- Kết nối với các thiết bị phụ trợ của hệ thống điều khiển quá trình qua chuẩn mạng PROFIBUS-DP và PROFIBUS-PA

- Cung cấp các bảng điều được định dạng trước, hiển thị cảnh báo, đặt các phím mềm….giúp giảm chi phí công kỹ thuật

- Giao diện vận hành giám sát được thiết lập ở chế độ cửa sổ màn hành, cho phép thiết lập nhiều cửa sổ trên một giao diện giám sát vận hành

- Vận hành an toàn, chánh sự chồng chéo các bản cảnh báo và đặt các phím mềm

Trang 33

- Việc hiển thị được xắp xếp có cấu trúc, tự động hiển thị bảng tóm tắt các cảnh báo, chỉ dẫn tiện ích cho người vận hành

- Cho phép chọn các quá trình hiển thị bằng tên

- Hiển thị chẩn đoán sự cố, lỗi hệ thống

- Tích hợp công nghệ giám sát đa màn hình, giúp theo dõi tổng thể hoạt động của nhà máy

- Tích hợp tính năng cảnh báo bằng âm thanh và còi báo động

- Cảnh báo của từng vùng trong nhà máy

- Đồng bộ thời gian cho toàn bộ hệ thống

Trang 34

- Phân tán lưu trữ dữ liệu

- Multi-Client = Server inter-operation

- 16 Multi-Clients on up to 6 Servers / red Servers

- up to 3,000control loops / Server Ö up to 18,000 control loops in total

- Các công cụ cho lập trình hệ thống với nhiều chức năng ưu việt

Giới thiệu chung về giải pháp CEMAT

Cemat là một hệ thống điều khiển đặc trưng cho thiết kế các nhà máy xi măng

và đã chứng minh được khả năng làm việc qua nhiều công trình và nhiều năm phục vụ Hệ thống này được thừa nhận tốt trong ngành công nghiệp xi măng và

số lượng những người sử dụng CEMAT vẫn tiếp tục tăng lên Hiện tại CEMAT dựa trên xu hướng điều khiển hệ thống quá trình SIMATIC PCS7 của Siemens, cung cấp sản phẩm duy nhất , mở ra kiến trúc hiện đại, minh chứng trong tương lai và các giải pháp kinh tế trong ngành công nghiệp ximăng Hệ thống tạo nên

sử dụng mọi tính chất và chức năng của SIMATIC PCS7 và thêm vào kiến thức

Trang 35

về hoạt động sản xuất, chuấn đoán lỗi trong các hàm khối FC và liên động như các quy định của nhà máy xi măng

CEMAT không chỉ là một cơ sở dữ liệu với các module riêng cho ximăng Nó

là bao gồm toàn bộ công nghệ về vận hành hoạt động của nhà máy xi măng, cách chuẩn đoán để giảm thời gian chết của máy móc để trường hợp xảy ra sự

cố nhà máy là nhỏ nhất, và cách để kết hợp các bộ phận điều khiển, thiết bị chống rung, dây đai băng tải và giá trị đo đo được từ các thiết bị với nhau Bởi

vì tất cả được đặt cấu hình trước và chứng minh trong nhiều năm,công trình là rất nhanh và đáng tin cậy Cuối cùng, cụ thể là thực sự đã có một cơ sở dữ liệu cho giải pháp chuyên dụng cho ngành xi măng, giải thoát các nhà tích hợp hệ thống khỏi lập trình phần mềm và liên động, mà đã được làm bất cứ khi nào và bất cứ nơi đâu

Các điểm nổi bật của CEMAT dựa trên SIMATIC PCS7:

- Dễ dàng và nhanh chóng sử dụng với các module CEMAT được xác định trước

- Các phầm mềm đặc trưng đã được lập theo cho các quy định riêng trong ngành công nghiệp xi măng

- Hướng dẫn chi tiết các hoạt động kĩ thuật trong quá trình lập trình tránh các việc chắp vá các phần mềm

- Giảm thiểu các lỗi chương trình dựa trên các giao diện chuẩn giữa các mô đun CEMAT

- Tích hợp nhanh hệ thống với chất lượng cao nhờ phần mềm cho người sử dụng có chất lượng cao

- Người sử dụng dễ dàng kiểm soát hệ thống do các giao tiếp tiêu chuẩn đơn giản và dễ hiểu

- Khả năng tìm lỗi nhanh nhờ các thông báo lỗi chi tiết với sự biểu diễn các logic hợp lý ở mức cao

- Không có các khởi động bất hợp lý của các bộ phận điều khiển hoặc các nhóm do thông báo hiện thời được chi tiết trước bất kì một khởi động nào

Sự kết hợp giữa các mô đun kĩ thuật-cho các sản phẩm đạt hiệu quả cao

Sự kết hợp giữa các mô đun kỹ thuật như hệ thống nghiền, máy quét vỏ lò nung hoặc hệ thống điều khiển chất lượng vào hệ thống điều khiển CEMAT một cách

dễ dàng Các giao diện chuẩn có thể kết hợp với nhau như các phần từ các máy phân tích hệ thống,và người vận hành điều khiển bằng tay chúng nhờ thiết bị cầm tay

Phiên bản mới nhất của CEMAT cung cấp cơ sở dữ liệu đã được biết đến CEMAT KCS (hệ thống điều khiển lò nung) để đánh giá các hoạt động nung.Vì vậy không cần hệ thống điều khiển riêng cho khu vực lò

Trang 36

Kết nối nhanh thông qua ngôn ngữ lập trình CFC

Khả năng thiết kế nhanh của CFC dễ hiểu và dễ sử dụng trong quá trình hoạt động và thử

CEMAT cung cấp cung cấp tất cả các giai đoạn hoạt động với các mô đun cho động cơ, các cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển , nhóm…mà được xác định vị trí trong các biểu đồ CFC Biểu diễn đặc trưng riêng ở mức cao được đơn giản hoá việc tham số hoá và đóng các đối tượng trong biểu đồ

Ngay từ các phiên bản của CEMAT V1.8 đến V6.1 cũng được liên hệ với các phiên bản mới nhất hoặc được cập nhật với phiên bản này hoặc phiên bản mới nhất không mấy khó khăn

Phần này giới thiệu qua các công tác kỹ thuật thực hiện để tích hợp hệ thống điều khiển CEMAT cho dây chuyền sản xuất xi măng Thông tin chi tiết có thể xem tại các báo cáo thành phần hoặc các tài liệu tham khảo

Khởi tạo một dự án: bắt đầu tiến hành để tạo một dự án, với tên của dự án và nơi

có thể lưu trữ chương trình ứng dụng sẽ thực hiện

Tiến hành cấu hình các phần tử trong dự án

Bao gồm việc cấu hình các bộ điều khiển PLC và các trạm máy tính vận hành trong hệ thống điều khiển Và cấu hình các khu vực trong nhà máy

Trang 37

Tiến hành cấu hình chi tiết phần cứng các modul trong hệ thống điều khiển

Trang 38

Tiến hành lập trình trên ngôn ngữ CFC

Với hệ thống điều khiển CEMAT có sẵn khối chương trình chuyên dụng cho các thiết bị trong dây chuyền sản xuất xi măng Việc lập trình được thực hiện dựa ngôn ngữ CFC và các khối modul chức năng chuyên dụng

Tiến hành xây dựng giao diện điều khiển và cơ sở dữ liệu

Toàn bộ việc xây dựng hệ thống giao diện giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu được thực hiện trên ứng dụng WINCC Explorer Trong đó, WinCC Explorer các tất cả các modul ứng dụng cần thiết để phát triển phần mềm bao gồm:

- Quản lý các Tag, để kết nối thông tin dữ liệu với bộ điều khiển

- Modul thiết kế giao diện vận hành

- Modul quản lý người sử dụng

- Modul tạo các báo cáo và in ấn

- Modul quản lý tạo các cảnh báo Alarm

- Modul quản lý tạo các biểu đồ Trend

- Modul cho phép phát triển ứng dụng trên C hoặc VB

- v v

Trang 39

Tích hợp sử dụng các thư việc biểu tượng có sẵn cho phát triển giao diện điều khiển

Trang 40

2.2.4 Kết luận

Dựa trên yêu cầu về công nghệ và đặc điểm về thiết bị trong dây chuyền sản xuất xi măng lò quay, với mức độ điều khiển không quá phức tạp thì một hệ thống điều khiển có cấu trúc lai kết hợp giữa DCS và PLC là hoàn toàn phù hợp

Hệ thống đảm bảo được các tính năng nâng cao yêu cầu, có cấu trúc mềm dẻo linh hoạt dễ mở rộng, dễ bảo dưỡng sửa chữa, đồng thời cũng đơn giản trong quá trình vận hành Chi phí đầu tư cho hệ thống điều khiển không quá cao, có thể lựa chọn các tính năng bổ sung về sau tùy theo mức độ đầu tư

Với các tính năng ưu việt từ hệ thống PCS7 và phần mềm CEMAT với các modul chuyên dụng cho ngành xi măng thì giải pháp cho hệ thống điều khiển nhà máy xi măng là hệ thống điều khiển CEMAT trên nền PCS7 với phần cứng Simatic S7 của Siemens là giải pháp lựa chọn tối ưu nhất

Ngoài hệ thống điều khiển tự động hoá cho toàn dây chuyền sản xuất xi măng còn có một số hệ thống phụ trợ khác phục vụ cho việc vận hành và điều khiển dây chuyền sản xuất:

1) Hệ thống quản lý thông tin nhà máy MIS

2) Hệ thống truyền hình công nghiệp CCTV

3) Hệ thống báo cháy

4) Hệ thống phân tích khí

5) Hệ thống quét nhiệt độ vỏ lò

6) Hệ thống điều khiển phối liệu QCX

Trong phạm vi của đề tài này, chỉ giới hạn ở mức độ nghiên cứu tìm hiểu chức năng của các hệ thống phụ trợ trên để phục vụ cho công tác tính hợp kết nối tín hiệu của hệ thống phụ trợ với hệ thống điều khiển tự động hoá nhà máy

Ngày nay, các hệ thống quản lý thông tin nhà máy được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực công nghiệp đem lại hiệu quả kinh tế cao Bằng việc ứng dụng các

hệ thống quản lý thông tin trong các dây chuyền công nghiệp cho phép thu thập

và phân tích dữ liệu cải tiến quá trình và trợ giúp quyết định sản xuất

Trang bị hệ thống quản lý thông tin trong nhà máy nhằm thu thập dữ liệu một cách đều đặn và chính xác từ rất nhiều các quá trình, thiết bị khác nhau từ khâu kinh doanh sản phẩm cho tới nhà máy Từ đó có thể đạt được các tiêu chí nhanh chóng, linh hoạt và hiệu quả trong sản xuất thoả mãn các yêu cầu đa dạng của khách hàng

Siemens cung cấp giải pháp Simatic IT Historian cho việc quản lý thông tin

trong nhà máy Đây là tập hợp các module phần mềm nhằm thu thập dữ liệu về quá trình sản xuất và lưu trữ các thông tin này nhằm mục đích báo cáo, phân tích

Định dạng
Số trang	322
Dung lượng	8,05 MB