Giám sát và vận hành công đoạn trộn và nung trong hệ thống sản xuất xi măng là một đồ án môn SCADA đầy tham vọng và tiềm năng. Được thiết kế bởi một nhóm sinh viên đam mê công nghệ, đồ án này đã tạo ra một hệ thống giám sát và điều khiển hoàn toàn tự động cho quy trình sản xuất xi măng.Với các thông số đầu vào được cấu hình và đặt trước, hệ thống này sẽ tự động giám sát quá trình trộn và nung vật liệu để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng luôn đạt chuẩn. Đồng thời, các cảm biến được sử dụng trong hệ thống cũng giúp quản lý hiệu quả lượng nguyên liệu và năng lượng tiêu thụ trong quá trình sản xuất.Với sự kết hợp của các công nghệ tiên tiến như SCADA, PLC, HMI, và các kỹ thuật truyền thông, đồ án này mang đến một giải pháp toàn diện và hiệu quả cho quy trình sản xuất xi măng. Đồng thời, tài liệu hướng dẫn chi tiết được cung cấp cũng giúp người dùng dễ dàng sử dụng và vận hành hệ thống.Vì vậy, nếu bạn đang quan tâm đến các giải pháp công nghệ tiên tiến cho quy trình sản xuất xi măng, đồ án môn SCADA này sẽ là một tài liệu hữu ích và đáng đầu tư cho bạn.
*TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ––––🙠🙠🙠🙠🙠–––– BÁO CÁO SCADA GIÁM SÁT VÀ VẬN HÀNH CÔNG ĐOẠN TRỘN VÀ NUNG TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT XI MĂNG GVHD SVTH Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 MỤC LỤC Chương Giới thiệu: 1.1 Giới thiệu: 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung đề tài Chương Cơ sở lí thuyết: 2.1 Các loại cảm biến sử dụng đề tài: .6 2.1.1 Cảm biến mức: 2.1.1.1 Cảm biến đo mức dạng xoay .6 2.1.1.2 Cảm biến đo mức dạng điện dung .6 2.1.1.3 Cảm biến đo mức dạng run 2.1.1.4 Cảm biến đo mức dạng siêu âm 2.1.2 Cảm biến nhiệt độ: 2.1.2.1 Cảm biến nhiệt độ RTD: 2.1.2.1.2 Cảm biến RTD loại dây: 2.1.2.1.3 Cảm biến RTD loại dây: 2.1.2.2 2.2 Cảm biến nhiệt độ Thermalcouple: Các loại PLC: 2.2.1 Siemens: 2.2.1.2 Siemens Simatic S7-1200 Basic PLC System: 2.2.1.3 Siemens Simatic S7-300 Advanced PLC System: 2.2.1.4 Siemens Simatic S7-1500 Advanced PLC System: 2.2.1.5 Siemens Simatic S7-400 Advanced PLC System: 2.2.2 Mitsubishi: 2.2.2.2 PLC MITSUBISHI FX1N: 2.2.2.3 PLC MITSUBISHI FX1S: 2.2.2.4 PLC MITSUBISHI FX2N: 2.2.2.5 PLC MITSUBISHI FX3G: 2.2.2.6 PLC MITSUBISHI FX3U: 2.2.2.7 PLC MITSUBISHI FX5U: .10 2.2.2.8 PLC MITSUBISHI dòng Q Series: 10 2.2.2.9 PLC MITSUBISHI L Series: 10 2.3 Các loại HMI: 10 2.3.1 Ưu điểm: 10 2.3.2 Nhược điểm: 10 2.3.3 Các dòng HMI thị trường: .10 2.3.3.2 HMI Mitsubishi: 11 Chương Thiết kế phần cứng: 13 3.1 Yêu cầu thiết kế: 13 3.2 Sơ đồ khối 13 3.3 Lựa chọn thiết bị: 14 3.4.1 Lựa chọn PLC module analog: 14 3.4.2 Lựa chọn cảm biến nhiệt độ 14 3.4.3 Lựa chọn cảm biến đo mức 14 3.4.4 Lựa chọn băng tải 15 Chương Thiết kế phần mềm 16 4.1 Chương trình PLC: 16 4.1 Thiết kế HMI 16 4.1.1 Yêu cầu thiết kế: 16 4.1.1 Phân trang hình: 17 4.1.1.1 Màn (level 1): 17 4.1.1.1 Level 2: 17 4.1.1.2 Alarm: 19 4.1.1.3 Phân quyền: 19 Chương Kết mô phỏng: 20 5.1 Chế độ tự động: 20 5.1 Chế độ tay: 22 5.1 Alarm: 24 5.1 Phân quyền: 25 Chương Kết luận hướng phát triển: 28 6.1 Kết luận: 28 6.2 Hướng phát triển: 28 Chương Tài liệu tham khảo: 29 Chương Giới thiệu: 1.1 Giới thiệu: Ngành công nghiệp xi măng ngành công nghiệp lâu đời nước ta Những năm qua, ngành công nghiệp sản xuất xi măng Việt Nam có bước tăng trưởng mạnh mẽ Và theo đó, cơng nghệ sản xuất theo đà phát triển Việt Nam xếp thứ giới lực sản xuất, sau Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ Nga Sản lượng sản xuất Việt Nam gần liên tục tăng qua năm, năm 2000 13,3 triệu đến năm 2020 109 triệu tấn, riêng năm 2021 giảm 101,2 triệu Đại dịch Covid-19 tác động tiêu cực đến nhu cầu đầu tư xây dựng, kéo theo tiêu thụ nước bị giảm, làm cho chênh lệch lực sản xuất với sản xuất tăng Tuy nhiên việc sản xuất lại vô phức tạp địi hỏi độ xác cao Vì cần trang bị hệ thống điều khiển, hệ thống tự động hóa mức độ cao để thay sức người, đáp ứng nhu cầu sản xuất đảm bảo suất ổn định nhằm hướng tới mục tiêu, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao suất lao động, giảm chi phí sản xuất, giải phóng người lao động làm việc mơi trường độc hại nặng nhọc, bảo vệ người vận hành, thiết bị Cùng với việc trọng xây dựng hệ thống tự động hóa mức độ cao việc xây dựng hệ thống thu thập liệu giám sát để người vận hành có nhìn trực quan thông số quan trọng dây chuyền sản xuất chủ động điều chỉnh thông số nắm bắt tình xấu xảy để kịp thời sửa chữa hạn chế tổn thất người kinh tế Đó lý tụi em thực đề tài “ Giám sát vận hành hệ thống cân nguyên liệu nung quy trình sản xuất xi măng” 1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài thiết kế hệ thống giám sát điều chỉnh thông số, liệu quan trọng hệ thống, ngồi cịn hệ thống giám sát lỗi hình HMI Hệ thống xây dựng nhằm mục đích thực thao tác vận hành hệ thống hình HMI, tạo quy trình sản xuất tự động hóa đồng thời giúp người vận hành dễ dàng kiểm soát lỗi, hạn chế nhược điểm từ phương pháp thủ công mang lại sử dụng nhiều nhân công, tốn nhiều thời gian để hoàn thành sản phẩm lại dễ xảy lỗi Đề tài xây dựng hệ thống có khả phân chia nguyên liệu theo khối lượng, nghiền nung nguyên liệu, thông số nhiệt độ, khối lượng mơ tả hình HMI để người vận hành dễ dàng nắm bắt điều chỉnh cho phù hợp, ngồi hệ thống cịn có tính kiểm sốt lỗi với lỗi từ cấu chấp hành tải lỗi đứt dây từ cảm biến 1.3 Nội dung đề tài Phần cịn lại đề tài có nội dung sau: Chương 2: Chương trình bày ưu nhược điểm loại PLC, cảm biến liên quan đến đề tài loại HMI thị trường, ngồi chương cịn giới thiệu khái qt hệ DAQ Chương 3: Chương trình bày yêu cầu thiết kế hệ thống lựa chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu thiết kế Chương 4: Chương trình bày sơ đồ trạng thái hệ thống thiết kế HMI Chương : Chương trình bày kết mơ Chương : Chương trình bày kết đạt hướng phát triển đề tài Chương Cơ sở lí thuyết: 2.1 Các loại cảm biến sử dụng đề tài: 2.1.1 Cảm biến mức Trong hệ thống để nhận biết nguyên liệu bồn chứa đầy hay cạn thị cảm biến mức trường có nhiều loại cảm biến cảm biến đo mức dạng xoay, dạng điện dung, dạng run dạng siêu âm 2.1.1.1 Cảm biến đo mức dạng xoay Đây dòng cảm biến sử dụng rộng rãi lĩnh vực Nguyên lý đo đơn giản đem lại hiệu độ xác cao, điểm mạnh dịng dễ dàng lắp đặt, sử dụng hiệu không bị báo ảo Nguyên lý hoạt động dòng đơn giản Ở trạng thái bình thường cảm biến xoay liên tục Khi vật liệu dâng lên chạm vào cánh xoay Lúc nguyên liệu làm cánh xoay ngừng lại Sau cảm biến xuất tín hiệu relay ON/OFF Tín hiệu relay đấu với thiết bị còi, đèn, motor… 2.1.1.2 Cảm biến đo mức dạng điện dung Cảm biến điện dung (hay cảm biến điện môi) sử dụng điện dung để đo số điện môi môi trường xung quanh, cấu tạo giống đầu dò nơtron mà ống tiếp cận làm PVC lắp đặt lòng đất; đầu dò mơđun (giống lược) kết nối với máy ghi Cảm biến điện dung cảm biến để phát mức chất lỏng; Chất kết dính chất rắn nhỏ bột; Giường nhựa; Xi măng; Cát thường; hầu hết loại cảm biến điện dung dùng nhà máy để đo mức; Chỉ báo mức chất rắn lỏng bể nước; Bể chứa silo… 2.1.1.3 Cảm biến đo mức dạng run Dạng rung sử dụng rộng rãi ứng dụng mức Đặc biệt dùng thực phẩm Vì que rung làm Inox 304/316 nên phù hợp với tiêu chuẩn an tồn thực phẩm Dịng có thời gian đáp ứng cực nhanh Phù hợp ứng dụng cần độ xác cao tốc độ đáp ứng nhanh 2.1.1.4 Cảm biến đo mức dạng siêu âm Dòng cảm biến siêu âm dùng để đo mức liên tục, thường dùng chủ yếu cho chất lỏng Trong số trường hợp dòng cảm biến dùng cho chất rắn Cảm biến siêu âm sử dụng sóng âm để đo Cảm biến phát sóng âm liên tục, sóng âm va vào bề mặt chất lỏng Sau phản xạ lại cảm biến Bằng cách tính thời gian phát thu, cảm biến biến tính qng đường sóng Từ đó, suy khoảng cách đến vật liệu cần đo 2.1.2 Cảm biến nhiệt độ Có dạng sử dụng phổ biến RTD, Thermalcouple 2.1.2.1 Cảm biến nhiệt độ RTD: 2.1.2.1.1 Cảm biến RTD loại dây: Ưu điểm: Giá thành rẻ Nhược điểm: Độ xác thấp Tính ứng dụng: Phù hợp với yêu cầu khơng q quan tâm độ xác đề tài, đồ án sinh viên 2.1.2.1.2 Cảm biến RTD loại dây: Ưu điểm: Độ xác cao, giá thành mức độ trung bình Nhược điểm: Phức tạp việc nối dây Tính ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi công nghiệp sai số thấp , giá thành hợp lý 2.1.2.1.3 Cảm biến RTD loại dây: Ưu điểm: Độ xác cao Nhược điểm: Cồng kềnh, tạp việc nối dây Tính ứng dụng: Phục vụ cho mục đích nghiên cứu 2.1.2.2 Cảm biến nhiệt độ Thermalcouple: Hình 1: Các loại Thermalcouple Bảng 1:Bảng so sánh loại cảm biến nhiệt độ Loại cảm biến Độ Thermalcouple xác Thấp RTD cao Tầm đo -200 đến 1800 độ C -200 đến Mạch đo Ghi Trung bình Bền Phức tạp Chính xác Nhưng giá thành cao 800 độ C 2.2 Các loại PLC 2.2.1 Siemens 2.2.1.1 Siemens Simatic S7-200 Dòng PLC cỡ nhỏ (Micro PLCs) Đã ngừng sản xuất 2.2.1.2 Siemens Simatic S7-1200 Phần mềm lập trình dễ tiếp cận Dịng thay S7-200 Dòng PLC nhỏ, dùng cho máy móc, dây chuyền nhỏ, hệ thống nhỏ, hiệu suất thấp, trung bình Trang bị đầy đủ chức năng: truyền thông, analog, HSC, PWM/PTO,… Thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm khơng gian Lập trình đơn giản, giá thành rẻ nên phổ biến cao, sử dụng nhiều cơng nghiệp 2.2.1.3 Siemens Simatic S7-300 Dịng PLC cỡ trung Khả tính tốn nhanh, quản lí I/O số lượng lớn Giá thành cao, phù hợp dây chuyền, hệ thống vừa lớn 2.2.1.4 Siemens Simatic S7-1500 Phiên nâng cấp S7-300 Có thể lập trình trực tiếp hình thiết bị Khả mở rộng I/O lớn, hỗ trợ nhiều tính OPC, Web server 2.2.1.5 Siemens Simatic S7-400 Khả quản lí I/O lớn, nhớ lớn, khả mở rộng Tốc độ tính tốn, xử lí lệnh cao Cấu tạo chắn, làm việc môi trường khắc nghiệt Phù hợp điểu khiển nhà máy, dây chuyền có quy mơ lớn lớn Giá thành cao, sử dụng dòng khác 2.2.2 Mitsubishi: 2.2.2.1 PLC MITSUBISHI FX Series: Là loại PLC có kích thước nhỏ gọn, mẫu mã đa dạng tích hợp nhiều chức PLC có sử dụng nhớ EEPROM với tính cho phép lưu trữ liệu kể nguồn đột ngột PLC ứng dụng rộng rãi điều khiển hệ thống từ đơn giản đến phức tạp nhờ tích hợp sẵn đếm tốc độ cao ngắt tự động 2.2.2.2 PLC MITSUBISHI FX1N 14,24,40,60 I/O Kết nối truyền thông: cung cấp chuẩn kết nối RS485/RS422/RS232 thơng qua board mở rộng Có thể mở rộng tối đa lên tới module chức 2.2.2.3 PLC MITSUBISHI FX1S 10,14,20,30 I/O Khơng có khả mở rộng thêm module chức 2.2.2.4 PLC MITSUBISHI FX2N Nâng cấp FX1N 16,32,48,64,80,128 I/O Kết nối truyền thông: cung cấp chuẩn kết nối RS485/RS422/RS232 thơng qua board mở rộng Có thể mở rộng tối đa lên tới module chức 2.2.2.5 PLC MITSUBISHI FX3G Cải tiến từ dòng FX1N 14/24/40/60 I/O Kết nối truyền thông: hỗ trợ kết nối RS232, RS485, USB, Ethernet, CAN, CClink 2.2.2.6 PLC MITSUBISHI FX3U 6/32/48/64/80/128 I/O Kết nối truyền thông: hỗ trợ kết nối RS232, RS485, USB, Ethernet, profibus, CAN, CClink 2.2.2.7 PLC MITSUBISHI FX5U 32/64/80 I/O Kết nối truyền thơng: hỗ trợ kết nối RS485, Ethernet Tích hợp ngõ vào Analog ngõ Analog 2.2.2.8 PLC MITSUBISHI dòng Q Series Bộ nhớ lớn, lưu trữ nhiều chương trình làm việc riêng Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khắc khe công nghiệp Dễ dàng thay đổi chế độ làm việc Tiết kiệm thời gian cho công tác điều khiển 2.2.2.9 PLC MITSUBISHI L Series: Thiết kế sáng tạo, cải tiến hỗ trợ cho việc mở rộng từ mặt trước sản phẩm Dòng L-PLC xây dựng bên với kiến trúc làm việc môi trường mạng Ethernet Mini-USB Được xây dựng riêng cho môi trường mạng CC-Link V2 với CPU quản lý kết nối hệ thống mạng mạnh mẽ thêm vào cần thiết 2.3 Các loại HMI 2.3.1 Ưu điểm Tiêu thụ điện thấp Có tính di động cao Thích hợp sử dụng cho không gian chật hẹp Thay nút nhấn khí, đèn báo Dễ mở rộng, dễ vận hành dễ bảo dưỡng sửa chữa 2.3.2 Nhược điểm Không thể sử dụng cho hệ thống phức tạp Khả lưu trữ thơng tin hạn chế 2.3.3 Các dịng HMI thị trường Hình Cảm biến đo mức dạng xoay 3.4.4 Lựa chọn băng tải Hình Băng tải vận chuyển vật liệu Bảng thông số: Chiều dài tải Chiều cao Tải trọng tối đa Tốc độ Nguồn cấp Điện tiêu thụ 2m/4m/6m 0.7-1.5m 50kg/m 0.8-2.5m/s 220V 50/60 Hz 1.5KW Chương Thiết kế phần mềm 4.1 Chương trình PLC Sơ đồ khối: Stop_btn STOP Hand_btn START HAND Start_btn Auto_btn Reset_btn Hand_btn AUTO OVERLOAD Overload Auto_btn Hình Sơ đồ khối 4.1 Thiết kế HMI 4.1.1 Yêu cầu thiết kế Trên HMI, hệ thống chế độ điều khiển tay (Hand) người vận hành điều khiển động có hệ thống động băng tải, động nghiền, động trộn, động nghền lăn, động xi lô, động gia nhiệt van tương ứng Ở chế độ tự động (Auto) hệ thống tự động điều khiển cấu chấp hành dựa tín hiệu cảm biến thông số mà người vận hành nhập trước Các thông số mà người vận hành nhập nhiệt độ đặt, thời gian chạy động trộn, động nghiền lăn, động xi lô van xả nguyên liệu Các thông số hiển thị HMI thông số liên quan đến hệ thống trạng thái hệ thống hand hay auto, nhiệt độ lò nung, trạng thái bồn trữ nguyên liệu, thông số cài đặt hệ thống thời gian chạy động nhiệt độ đặt lị nung Ngồi HMI hiển thị giai đoạn hệ thống để người vận hành dễ dàng nắm bắt xảy cố Khi xảy cố tải động băng tải, động nghiền, động trộn , động xi lô, động gia nhiệt cảm biến bị đứt dây HMI hiển thị alarm để người vận hành nắm bắt chủ động khắc phục cố 4.1.1 Phân trang hình 4.1.1.1 Màn (level 1) Màn hình hệ thống có nút nhấn Start để khởi động, Stop để dừng hệ thống đèn báo hiệu tương ứng, nút lựa chọn chế độ tay hay tự động, nút di chuyển sang hình level nút Reset để reset lại hệ thống động hệ thống bị tải xử lý Mặt khác, trang hình cịn có thơng tin mơ tả q trình hệ thống trạng thái hệ thống để người vận hành chủ động nhận biết q trình làm việc, ngồi hình cịn thể thơng tin nhiệt độ lò nung, chế độ điều khiển hệ thống, trạng thái bồn chứa, giai đoạn hệ thống thông số cài đặt nhiệt độ đặt, thời gian đặt cho máy trộn, máy nghiền lăn, máy xi lô, van xi lơ, thời gian trao đổi nhiệt Hình Màn hình 4.1.1.1 Level Màn hình level hệ thống gồm có hình tương ứng với khâu Khâu có nút di chuyển trang level nút di chuyển đến trang level khác, trang hình hiển thị đèn báo hiệu chế độ điều khiển hệ thống, cho phép người vận hành người giám sát điều khiển cấu chấp hành khâu cách thủ công hệ thống chế độ Hand Các thơng tin hiển thị trang hình gồm trạng thái động trạng thái cảm biến thuộc khâu Hình Khâu Trang hình khâu khâu có cấu trúc giống nhau, trang có nút điều khiển giống khâu gồm có nút di chuyển trang level nút di chuyển đến trang level cịn lại, trang hình hiển thị đèn báo hiệu chế độ điều khiển hệ thống Tại trang cho phép người vận hành người giám sát điều khiển cấu chấp hành thuộc khâu tương ứng cách thủ công hệ thống hoạt động chế độ Hand Ngoài trang cho phép người vận hành nhập vào thông số điều chỉnh thời gian chạy cấu chấp hành thuộc khâu tương ứng hệ thống hoạt động chế độ Auto Thông tin hiển thị trang trạng thái cấu chấp hành khâu Hình Khâu Hình 10 Khâu 4.1.1.2 Alarm Tên alarm Quá tải động băng tải đá vôi Quá tải động băng tải đất Loại Cách xử lý Block Dừng hệ thống Block Dừng hệ thống Block Dừng hệ thống Block Dừng hệ thống Block Block Warning Dừng hệ thống Dừng hệ thống sét Quá tải động trộn Quá tải động nghiền lăn Quá tải động xi lô Quá tải động gia nhiệt Đứt dây cảm biến nhiệt độ 4.1.1.3 Phân quyền Loại user Vận hành Giám sát Quyền Đăng nhập Vận hành Đăng nhập Giám sát Chương Kết mô 5.1 Chế độ tự động Khi bắt đầu hệ thống chế độ tự động, hệ thống dựa vào tín hiệu trả từ cảm biến nhiệt độ lò nung so sánh với tín hiệu đặt trước để điều khiển động gia nhiệt Ở chế độ tự động, hệ thống bắt đầu chạy khâu việc tự động chạy băng tải cấp đá vôi băng tải cấp đất sét vào máy nghiền đựng lại bồn chứa Tại thông tin trạng thái khâu khâu báo busy thơng tin hệ thống trạng thái auto Hình 11 Chế độ tự động khâu Quá trình diễn cảm biến bồn chứa tác động báo hiệu bồn đầy, lúc băng tải máy nghiền dừng lại, van xả nguyên liệu từ bồn vào bồn trộn Trạng thái bồn chứa hiển thị thông tin hệ thống