1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên ứu ứng dụng pcs7 vào hệ thống điều khiển trong nhà máy xi măng

127 2 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên cứu ứng dụng PCS7 vào hệ thống điều khiển trong nhà máy xi măng
Tác giả Lê Tiến Sỹ
Người hướng dẫn TS. Nguyễn Mạnh Tiến
Trường học Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp
Thể loại luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản 2008
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 127
Dung lượng 5,13 MB

Nội dung

Trong những thập niên gần đây thường tập trung vào nghiên cứu và phát triển các thế hệ lò ống quay loại e và f, vì chỉ có các hệ thống này mới cho phép tăng công suất của dây chuyền đồng

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

******************

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCNGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG ỤNG D PCS7 VÀO

H Ệ THỐNG Đ ỀU KHIỂN TRONG NH I À M ÁY XI MĂNG

LÊ TIẾN Ỹ S

Hà Nội - 2008

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205067571000000

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

******************

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP

NGHIÊ N CỨU ỨNG ỤNG PCS7 VÀO D

H Ệ THỐNG Đ ỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY XI MĂNG I

NGƯỜI THỰC HIỆN: LÊ TIẾN Ỹ S

NGƯ ỜI HƯỚNG D ẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN M ẠNH T IẾN

Hà Nội - 2008

Trang 3

Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp “ Nghiên cứu ứng ụng PCS7 vào d

h ệ thống đ ều khiển trong nh i à m áy xi măng ” là do tôi tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến Bộ môn Tự động hóa XNCN – Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu và kết quả trong luận văn hoàn toàn trung thực

Học viên

Lê Tiến S ỹ

Trang 4

MỤC LỤC

Chương 1 CÔNG NGH Ệ Ả S N XUẤ T XI MĂNG 4 1.1 Đặc đi m c a thiế ịể ủ t b công ngh 8 ệ1.1.1 Phân lo i công nghạ ệ ả s n xuất xi măng 8 1.1.2 Mô tả sơ lược dây chuy n công nghề ệ 9 1.1.3 Các đ c điặ ểm cơ bản c a dây chuy n công nghủ ề ệ ả s n xuất 13 1.2 Thiết bị truyền đ ng và điềộ u khiển ch p hành 14 ấ1.3 Thiết bị đo lường và b o vả ệ: 15 1.3.1 Đo lường các đ i lư ng không đi n 15 ạ ợ ệ1.3.2 Đo lường tham s đi n 18 ố ệ1.4 Các yếu tố ả nh hư ng đ n chấở ế t lư ng xi măng 18 ợ1.5 Các gi i pháp kả ỹ thu t ổậ n định chất lượng s n phả ẩm: 23 1.5.1 Giải pháp thiết bị công ngh 23 ệ1.5.2 Giải pháp đi u khiển tự độề ng: 24

Chương 2 TÌM HIỂU CHUNG VỀ Ệ H TH NG DCS 25

2.1 Mô hình phân c pấ hệ thống 25 2.2 Các vấn đ cơ bề ản của kỹ thuật truyền thông công nghi p 29 ệ2.2.1 Cấu trúc mạng 29 2.2.2 Các chu n giao ti p trong công nghiẩ ế ệp 33 2.2.3 Các loại mạng và Bus truy n thông thông dụng 34 ề2.2.3 Các h thệ ống đ ề kh ể trong công ngh ệ 37 i u i n i p 2.3 Hệ ố th ng đi u khi n phân tán DCS 41 ề ể2.3.1 Phân loại các hệ ố th ng đi u khi n phân tán DCSề ể 41

Trang 5

2.3.2 Mô hình hệ ố th ng i u đ ề khiể phân tán 42 n

2.3.3 Các vấn đ kĩ thu t của hệ thốề ậ ng điều khi n phân tánể 48

Chương 3 TÌM HIỂ U H TH NG ĐI U KHI N PCS7 C A SIEMENS Ệ Ố Ề Ể Ủ 52

3.1 T ng quan ki n trúc hổ ế ệ ố th ng 52

3.2 Các thành ph n cầ ủa hệ PCS7 53

3.2.1 Tr m kạ ỹ thu t (ES) 53 ậ 3.2.2 Tr m vạ ận hành (OS) 55

3.2.3 Truy n thông giề ữa các phần t trong hử ệ ố th ng 56

3.2.4 D phòng hự ệ ố th ng 57

3.2.5 PLC (Pro rag mmable Logic Contro ler) 59 l 3.2.6 Vào ph tán ra ân và các th ết ị ường 60 i b tr 3.2.7 Các modul ch c ứ năng: 61

3.2.8 Dữ ệ li u trong PCS7 63

3.2.9 Xử lý các bản t in trong PCS 7 66

3.2.10 Giao p v i các h tiế ớ ệ thống khác 66

3.3 Thư viện Cemat V6.0 68

3.3.1 Unidirection drive (Module điều khiển động cơ không đảo chiều) 69 3.3.2 Module damper 70

3.3.3.Module Valve driver 72

3.3.4 Annuciation Module Module c- ảnh báo 74

3.3.5 Measure Module-Khối đo 75

3.3.6 Group Module 77

Trang 6

3.3.7 Route Module 79

3.3.8 Module Controller 81

Chương 4 Ứ NG D NG PCS7 VÀO CÔNG ĐO N V N CHUY N VÀ Ụ Ạ Ậ Ể NGHIỀN XI MĂNG 85

4.1 Khái quát về công đoạn vận chuyển và nghiền xi măng 85

4.2 Các mạch vòng điều ch nh cỉ ấp liệu máy nghiền 86

4.3 Liên động hoạt động c a công đo n v n chuy n và nghiủ ạ ậ ể ền xi măng 87

4.4 Cấu hình của hệ thống 95

4.4.1 Cấu hình trạm v n ậ hành 96

4.4.2 Bộ đ ề i u khi n ể trung tâm S7 400 96

-4.4.3 M ng truy n thôngạ ề 97

4.4.4 Các thiết bị vào ra 98

Chương 5 LẬP TRÌNH VÀ THIẾT K GIAO D N V N HÀNH 102 IỆ Ậ 5.1 L p trình CFCậ 102

5.1.1 Khở ội đ ng hoạ ột đ ng các đ ng cơ t ộ ừ Group 102

5.1.2 Lựa chọ ọc bụi 103 n l 5.1.3 Lựa chọn hướng v n chuyậ ển liệu 104

5.1.4 Định lư ng nghiợ ền xi măng 105

5.2 Thiết kế giao di n v n hành :ệ ậ 116

KẾT LUẬ 119 N TÀI LIỆU THAM KH O 120 Ả PHỤ Ụ L C 121

Trang 7

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BI U Đ Ể Ồ

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý dây chuy n s n xuề ả ất xi măng 11

Bảng 1.1: Các công đo n sản xu t trong dây chuyạ ấ ền xi măng lò quay 12

Bảng 1.2: Các loại truyền đ ng đi n và thiộ ệ ết b ịđiều khiển chấp hành 15

Bảng 1.3: Các thiết bị đo lường công nghi p 18 ệ Hình 1.2: Quan hệ giữa hàm lượng vôi t do trong clinker v i nhiự ớ ệ ột đ zôn nung 22

Hình 2.1: Mô hình phân c pấ chức năng c aủ m tộ hệ thống điều khiển và giám sát 26

Hình 2.3: C u trúc BUSấ 30

Hình 2.4: Cấu trúc mạch vòng 32

Hình 2.5: C u trúc hình câyấ 33

Hình 2.6: C uấ trúc điều khi nể t pậ trung v iớ vào ra t pậ trung 37

Hình 2.7: C uấ trúc đ ềi u khiể t pn ậ trung v iớ vào ra phân tán 39

Hình 2.8: C uấ trúc đ ềi u khiể phân tán v in ớ vào ra t pậ trung 40

Hình 2.9: C uấ trúc điều khiển phân tán v iớ vào ra phân tán 41

Hình 2.10: C uấ hình cơ b nả c aủ m tộ hệ điều khiể phân tán 43 n Hình 2.11:Các phương pháp bố trí tr mạ v nậ hành 46

Hình3.1: Sơ đồ ổ t ng quan ki n trúc h th ng PCS7 52 ế ệ ố Hình 3.2: Các công cụ ỹ k thu t c a h ậ ủ ệPCS7 54

Hình 3.3: Bus hệ ố th ng trong PCS 7 kết nối ES, OS và PLC 57

Hình 3.4:C u hình dấ ự phòng của PLC 58

Hình 3.5: Dự phòng v i mạớ ng cáp quang 59

Trang 8

Bảng 3.1: Các l ại dữ liệu trong PCS7 66 o

Hình 3.6: Giao tiếp giữa WinCC v iớ Hệ Tự Động Hoá 67

Hình 3.7: Module Unidirection Driver 69

Bảng 3.2: Bảng các Function của C_DRV_1D 70

Hình 3.8: Module Damper 71

Bảng 3.3: Bảng các Function của C_DAMPER 72

Hình 3.9: Module Valve driver 73

Bảng 3.4:Bảng các Function của C_VALVE 74

Hình 3.10 Annuciation Module 74

Bảng 3.5: Bảng các Function của C_ANNUNC 75

Hình 3.11: Measure Module 76

Bảng 3.6: Bảng các Function của C_MEASUR 77

Hình 3.12: Group Module 77

Bảng 3.8 Bảng các Function của C_GROUP 79

Hình 3.13: Route Module 80

Bảng 3.8: Bảng các Function của C_ROUTE 81

Hình 3.14:Module Controller 82

Bảng 3.9:Bảng các Function của TE_CTRL 83

Bảng 3.10: Bảng các đầu ra của TE_CTRL 84

Hình 4.1 : Mạch vòng đi u chỉề nh cấp liệu cho máy nghiền 87

Hình 4.2 : Liên động Group_01 88

Hình 4.3 : Liên động Group_02 89

Hình 4.4 : Liên động Group_03 90

Trang 9

Hình 4.5 : Liên động Group_04 91

Hình 4.5 : Liên động Group_05 92

Hình 4.7 : Liên động Group_06 93

Hình 4.8 : Liên động Group_07 93

Hình 4.8 : Liên động Group_08 94

Hình 4.10: Liên động Group_09 95

Hình 4.11: Liên động Group_10 95

Hình 4.12: C u hình trấ ạm vận hành 96

Hình 4.13: Cấu hình CPU 416-2DP 97

Hình 4.14: C u hình mấ ạng 98

Hình 4.15: K tế n iố ET200M và S7-400 99

Bảng 4.1: Bảng thiết bị phần c ng sứ ử ụ d ng trong hệ ố th ng 99

Hình 4.16: C u hình ph n cấ ầ ứng tr m nghi n xi măng 100 ạ ề Bảng 4.2: Thiết bị phần cứng của trạm nghiề 101 n Hình 5.1 : Tín hiệu đi u khi n Group_05ề ể 103

Hình 5.2 : Băng tải 171BC230 và 171BC210 103

Hình 5.3 : Lựa chọ ọc bụn l i 171.BF220 104

Hình 5.4 : Lựa chọn van hai ngả 331DG195 105

Hình 5.5 : Các bộ ề đi u khiển 106

Hình 5.6 : Ổn đ nh lưị ợng li u vào máy nghiệ ền 106

Hình 5.7:Khối Setpoit_ Cement_mill và PV_in_Cement 107

Hình 5.8 : Kh i PID_Cement_millố 108

Hình 5.9 : Khối Me_Cement_mill 108

Trang 10

Hình 5.10 : Định lư ng Clinker 109 ợ

Hình 5.11 : PV_IN clinker và Setpoit Clinker 110

Hình 5.12 : Kh i PID_Clinkerố 110

Hình 5.13 : Khối hi n thể ị ợ lư ng Cliker trên băng tải 411FW010 111

Hình 5.14: Đ nh lưị ợng Gypsum 111

Hình 5.15: PV_IN Gypsum và Setpoit Gypsum 112

Hình 5.16: Khối PID_Gypsum 113

Hình 5.17: Khối hi n thể ị ợ lư ng Gypsum trên băng tải 411FW030 113

Hình 5.18 : Định lư ng Additives 114 ợ Hình 5.19: PV_IN Additives và Setpoit Additives 115

Hình 5.20: Kh i PID_Additivesố 115

Hình 5.21: Khối hi n thể ị ợ lư ng Additives trên băng tải 411FW050 116

Hình 5.22 : Giao diện công đoạn vận chuyển liệu 117

Hình 5.23 : Giao diện công đoạn nghiền xi măng 118

Trang 11

cement plant” consists of 5 chapters

In the first chapter, the thesis studies cement manufacturing technology in order to find out the optimized automatic production project

The second chapter present the DCS system, which researchs the structure and the basic controlled system , communicative standard in industry

In the third chapter, the project author show some knowledge of PCS7 system of SIEMENS The author introduce general structure of the system and its components, learn about librarial package Cemat V6.0, which is widely used

in the field of cement industry as well

The fourth chapter displays some applications of PCS7 system in the section “Transporting and Grinding cement”, analizes and choose hardware configueration

In chapter 5, the last chapter, the author program and design interface for the section “Transporting and Grinding cement” Interface is designed relies on WinCC, a PCS7’s software package Programming process uses CFC programming language

In the next period, the author will continue researching, futher more complete to contruct the software, which can simulate all sections of productive process in the plant with assistance of PCS7

Trang 12

ê d h i à Luận văn “Nghi n cứu ứng ụng PCS7 vào ệ thống đ ều khiển trong nh

m áy xi măng” có tổng cộng 5 chương

Trong chương đầu tiên, luận văn đã ìm hiểu ề ng nghệ ản xuất xi

măng với ục đích đưa ra được phương án sản xuất t m ự động tối ưu

Trong chương , luận văn trình bày ề ệ thống DCS luận ăn đã ìm hiểu

v c c ề ác ấu trúc và c h i ác ệ đ ều khiển ơ ản trong c ng nghiệp, các chuẩn giao c b ôtiếp trong công nghiệp

Trong chương 3, luận văn trình bày về ệ thống PCS7 của Siemens Lu n

v n ă đã đưa ra được ấu trúc ổng quan của ệ thống c t h và c ác thành phần trong hệ Nghiên cứu g ói thư việnCemat V6.0 được ử s dụng rộng r ãi trong ành xi măng ng

Trong chương 4, luận văn trình bày về ứng ụng ủa PCS7 vào ng đ ạn

c ụ thể là “Vận chuyển và nghiền xi măng” Ph n tích ựa chọn ấu ình phầnâ l c h

m áy xi măng nhờ ử ụng PCS7 s d

Trang 13

L ời nói đầ u

Trong những n mă g nầ đây đất nước ta đang đẩy mạnh công nghiệp hoá hiện đại hoá trong đó sản xuất xi măng đóng vai trò rất quan tr ng trong sự nghiệp phát ọtriển đ t nư Vì v yấ ớc ậ việc nghiên c uứ các hệ thống điều khiển tự động trong s n ảsuất xi măng là nhiệm vụ r tấ cần ế thi t

Ngày nay, các nhà máy xi măng ngày càng có quy mô lớn, yêu c uầ điều khi nể tự động cao, tin c yậ cũng như khả n ngă xử lý phân tán, đ ềi u khi nể c pấ cao

t i ố ưu Do đó các hệ đ ềi u khi nể vào ra t pậ tr gun cũ không đáp ứng được yêu

c uầ v ề điề kh n.u iể Cùng v iớ sự phát tri nể c aủ các ngành khoa h cọ khác như công ngh thệ ông tin, điện t ử đã thúc đẩy các hệ thống điều khiển phân tán ra đời Đó là các hệ th ngố điều khiển tích h pợ chọn v nẹ cả về ph nầ c ngứ và phần

m mề để xây dựng các hệ đ ềi u khi nể tự động

Hi nệ nay trên thế gi iớ có các hệ đ ềi u khi nể phân tán n iổ tiếng c aủ các hãng

nh :ư CENTUM c aủ Yokogawa, Plantscape c aủ Honeywell, IIT c aủ ABB, DeltaV của Emerso PCS 7 c an, ủ Siemens Nh ngữ hệ điều khi nể này đều có

nh ngữ đặc tr ng riêng Tuy nhiên hệ điều khi nư ể PCS7 (Process Con rolt Systems) được cung c pấ b iở hãng Siemens là m tộ hệ điều khiển tr nọ gói giúp

ta thiết kế các hệ th ngố điều khi nể tự động v iớ quy mô l n.ớ Là m tộ hệ đ ềi u khiển

hi nệ đại nh tấ c aủ Siemens và trên th ế giớ C ế thị ph ni hi m ầ l nớ về đ ềi u khi nể tự động ở Việt Nam

Luận văn “Nghiên cứ ứ u ng dụng PCS7 vào hệ ống điề th u khiển trong nhà

máy xi măng ” bao gồm 5 chương như sau:

Chương 1 : Công nghệ ả s n xuất xi măng

Chương 2 : Tìm hiểu về ệ ố h th ng DCS

Chương 3 : Tìm hiểu hệ ố th ng điều khi n PCS7 c a SIEMENS ể ủ

Chương 4 : Ứng d ng PCS7 vào hệ ụ thống vận chuyển và nghiền xi măng

Chương 5 : Lập trình và thi t k giao di n ế ế ệ

Tác giả xin chân thành c mả ơn th yầ giáo T.s Nguyễn M nh Ti n, tạ ế ập thể các

Trang 14

anh chị phòng Đi n- T ệ ự Động Hoá Công ty Tư Vấn Đầu Tư Phát Triển Xi Măng

và toàn thể cá h yc t ầ cô giáo trong bộ môn T ự Động Hóa đã hư ng d n và giúp ớ ẫ

đỡ tác giả hoàn thành luận văn

Sau thời gian nghiên c uứ và tìm hiểu tác giả đã hoàn ành vi cth ệ thi tế kế

hệ điều khiể PCS7 trong công đ ạn o n vận chuyển và nghiền xi măng ế quả K t

c aủ hệ th ngố điều khi nể phù h pợ v iớ yêu c uầ c aủ bài toán c gôn nghệ đặ t ra.Tuy nhiên do còn hạn chế ề ặ v m t ki n th c và th i gianế ứ ờ do v yậ m cặ dù đã r tấ cố gắng nhưng cũng không tránh kh iỏ thi uế xót Tác giả xin trân trọng cảm ơn mọi ý ki n ếđóng góp của các Th y Cô cùng bầ ạn bè đồng nghiệp đ tài nghiên cứể đề u đư c hoàn ợthiện hơn

Hà nội, ngày 17 tháng 11 năm 2008

Học viên

Lê Tiến Sỹ

Trang 15

Chương 1 CÔNG NGHỆ ẢN XUẤT XI MĂNG S

1.1 Đ c đi ặ ể m c a thi t b công nghệ ủ ế ị

1.1.1 Phân loại công nghệ ả s n xuất xi măng

Xi măng là một sản phẩm được tạo thành nhờ nghiền mịn hỗn hợp giữa clinker, thạch cao và phụ gia Trong đó thạch cao và phụ gia (đá vôi, đá trắng, đá bazan ) là các vật liệu tự nhiên, riêng clinker là một sản phẩm trung gian được tạo ra từ một quá trình nung luyện một loại bột cấu thành từ các nguyên liệu thô gồm: Đá vôi, đá sét, cát silic và quặng sắt

Theo phương pháp gia công và nung luyện bột liệu để tạo ra clinker, người ta có thể áp dụng một trong 03 công nghệ sau đây:

a) Công nghệ ướt: hỗn hợp bột nguyên liệu được khuấy/đồng nhất trong nước dưới dạng bùn lỏng trước khi đưa vào lò nung

b) Công nghệ bán khô: hỗn hợp bột nguyên liệu được trộn ít nước và tạo thành dạng viên trước khi đưa vào lò nung

c) Công nghệ khô: hỗn hợp bột nguyên liệu được đồng nhất dưới dạng bột khô hoàn toàn trước khi đưa vào lò nung

Theo cấu tạo hệ thống nung clinker người ta áp dụng các loại lò sau đây:

a) Lò ống dài công nghệ ướt

b) Lò đứng (công nghệ bán khô)

c) Lò ống dài công nghệ khô

d) Lò ống làm nguội kiểu hành tinh

e) Lò ống có cyclon trao đổi nhiệt

f) Lò ống có tháp tiền nung và cyclon trao đổi nhiệt

Các kiểu lò nung c; d; e và f thuộc loại công nghệ khô

Trang 16

Theo thứ tự từ trên xuống, suất tiêu hao nhiệt để sản xuất clinker của các kiểu lò nung giảm dần từ 1500 đến 700 kcal/kg-clinker và suất tiêu hao điện năng từ 90 đến

60 kWh/T-clinker

Trong những thập niên gần đây thường tập trung vào nghiên cứu và phát triển các thế hệ lò ống quay loại (e) và (f), vì chỉ có các hệ thống này mới cho phép tăng công suất của dây chuyền đồng thời giảm đáng kể suất tiêu hao năng lượng - một chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản để giảm giá thành sản xuất

Một dây chuyền sản xuất xi măng tiến tiến có tính năng kỹ thuật cơ bản như sau:

• Công nghệ sản xuất khô với kiểu lò ống quay có buồng tiền nung và tháp trao đổi nhiệt nhiều tầng (5÷6 tầng)

• Công suất từ 3.000÷7.500T-clinker/ngày (Tương đương 1,0÷3,0 triệu tấn xi măng/năm)

• Thiết bị công nghệ thế hệ mới có ứng dụng nhiều kỹ thuật cơ nhiệt tiến tiến như: kỹ thuật tầng sôi trong hệ thống nung clinker, công nghệ nghiền trục đứng, công nghệ truyền động thuỷ lực, công nghệ điều chỉnh lưu lượng gió bằng thiết bị biến tần, công nghệ lọc bụi hiện đại v.v

• Thiết bị điện lực và điều khiển sử dụng kỹ thuật vi xử lý để đo lường và điều khiển tự động ở mức độ cao

chuy

1.1.2 Mô tả sơ lược dây ền công nghệ

Toàn bộ dây chuyền sản xuất xi măng điển hình có thể được phân chia làm 03 công đoạn lớn như Hình 1.1, trong đó gồm có:

A Vận chuyển và nghiền nguyên liệu: Công đoạn này bao gồm tất cả các hệ

thống thiết bị khai thác, tiếp nhận, vận chuyển, máy đập và kho chứa nguyên liệu thô, hệ thống thiết bị định lượng, đồng nhất các nguyên liệu thô (Gồm 02 nguyên liệu chính là đá vôi, sét và 02 hoặc 03 nguyên liệu phụ, trong số: cát silic, bô xit, quặng sắt hay phụ gia), cuối cùng là hệ thống máy nghiền hỗn hợp thành bột liệu mịn và đổ vào kho chứa - silô đồng nhất

Trang 17

B Nung clinker: Công đoạn này chủ yếu thực hiện một quá trình nung luyện liên tục để biến đổi bột liệu thô thành clinker trong một hệ thống trao đổi nhiệt phức tạp bao gồm tháp trao đổi nhiệt nhiều tầng - lò nung - máy làm nguội clinker Đồng thời, để cấp nhiên liệu cho hệ thống nung, cần phải có một hệ thống nghiền than thành bột than mịn và phân phối than cho các vòi đốt

C Nghiền xi măng và đóng bao: Đây là công đoạn cuối bao gồm hệ thống

định lượng (Trộn hỗn hợp clinker, thạch cao, phụ gia xi măng), hệ thống máy nghiền xi măng, hệ thống vận chuyển sản phẩm đổ vào silô Sản phẩm xi măng được phân phối theo các kênh vận chuyển xi măng rời hoặc qua hệ thống máy đóng bao và xuất xi măng bao tuỳ theo yêu cầu của khách hàng

Ranh giới giữa các công đoạn lớn là không gian tại các kho chứa nguyên vật liệu, silô Tại đây các nguyên liệu, bán thành phẩm hay sản phẩm được lưu trữ với khối lượng lớn (Hàng chục nghìn tấn) để phục vụ đủ cho một chu kỳ sản xuất nhất định (3÷5 ngày) Dung lượng lưu trữ tại các kho được tính toán nhằm đảm bảo cho toàn bộ dây chuyền vận hành liên tục ổn định ở công suất thiết kế với tổng thời gian vận hành đến khoảng 315 ngày/năm Các công đoạn lớn hoạt động tương đối độc lập và có những yêu cầu khác biệt rõ rệt về vận hành và điều khiển

Từng công đoạn lớn được chia thành một số công đoạn nhỏ, tổ chức theo chức năng công nghệ cụ thể

Các công đoạn sản xuất trong dây chuyền sản xuất xi măng điển hình được liệt kê

trong Bảng 1-1

Trang 18

Hình 1.1:Sơ đồ nguyên lý dây chuyền sản xuất xi măng

A1 A2

A3 A4

Trang 19

STT Ký hiệu Tên công đoạn Chức năng cơ bản Thiết bị chính

1 A1 Khai thác Khai thác đá vôi, đá sét, cát

Các máy đập

nguyên liệu

Đồng nhất sơ bộ và chứa các nguyên liêu thô

Các máy rải và máy cào nguyên liệu

vật liệu

Nhập nguyên liệu: thạch cao, bôxit, quặng sắt, và nhiên liệu: than, dầu MFO

Thiết bị bốc dỡ cảng biển hay đường bộ

nghiền thô

Điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nguyên liệu thô

Các cân băng định lượng

8 B1 Cấp liệu lò Điều chỉnh năng suất lò nung Két cân định lượng cấp liệu

nhiệt

Gia nhiệt cho bột liệu Cyclon 5 tầng và calciner

10 B3 Lò nung Nung và tạo hạt clinker Lò quay, vòi đốt chính

Các cân băng định lượng

măng

OSEPA; lọc bụi xi măng

xi măng

Thiết bị xuất xi măng bao đường bộ và đường biển

rời Xuất xi măng rời Thiết bị xuất xi măng rời đường bộ và đường biển

Bảng 1.1: Các công đoạn sản xuất trong dây chuyền xi măng lò quay

Trang 20

1.1.3 Các đặ c đi m cơ b n c a dây chuy n công ngh s n xu t ể ả ủ ề ệ ả ấ

• Tính phức tạp của công nghệ sản xuất: Dây chuyền sản xuất xi măng gồm nhiều công đoạn sản xuất cũng như phụ trợ Trong đó, công đoạn sản xuất cơ bản nhất là công đoạn nung clinker, thiết bị ở đây thực hiện một quá trình trao đổi nhiệt liên tục Quá trình biến đổi hoá học và cơ lý mạnh mẽ diễn ra trong một hệ thống thiết bị công nghệ khá phức tạp gồm nhiều tầng và nhiều khối chức năng hoạt động liên hoàn Các công đoạn nghiền nguyên liệu, nghiền than và nghiền xi măng là những hệ thống thiết bị có chu trình kín hoạt động tương đối độc lập

• Tiêu thụ năng lượng rất lớn: Các máy móc chính trong dây chuyền sản xuất

xi măng thuộc loại công suất lớn và tiêu thụ năng lượng nhiều Với công nghệ hiện đại, suất tiêu hao nhiệt năng trung bình khoảng 750kCal/tấn Clinker, suất tiêu hao điện năng cho nung clinkerlà 60 kWh/T-clinker và cho nghiền xi măng 35 kWh/tấn xi măng Một dây chuyền 6000T- -clinker/ngày sẽ tiêu thụ than khoảng 500 T/ngày và 550MWh

• Vận hành ở chế độ dài hạn: Hầu như tất cả các thiết bị máy móc công nghệ đều làm việc ở chế độ dài hạn trong 03 ca sản xuất

• Phân bố rộng và bao che kín: Các thiết bị công nghệ trong dây chuyền được ghép nối với nhau thành nhiều vòng bằng các đường ống gió công nghệ, thiết

bị lọc bụi và hệ thống các thiết bị vận chuyển Dây chuyền được lắp đặt trên một diện tích khá rộng (khoảng 500x1000m) và được bao che kín trong quá trình vận hành Do vậy không cho phép quan sát bằng mắt thường quá trình biến đổi xảy ra bên trong các hệ thống thiết bị công nghệ chính

• Tính biến động ngẫu nhiên của tham số công nghệ: Các tham số lý hoá của nguyên liệu thô dao động trong dải rộng, do phân bố tự nhiên của các vỉa/lớp

và vị trí của các mỏ nguyên liệu là khác nhau, vì vậy chỉ có thể xác định được than số cụ thể sau khi đã khai thác Đồng thời các tham số vận hành của thiết bị công nghệ cũng biến động liên tục trên dải rộng, phụ thuộc vào chế

Trang 21

độ vận hành, điều kiện thời tiết cụ thể v.v Các biến động tham số công nghệ này đều mang tính ngẫu nhiên

• Tính biến thiên chậm của tham số công nghệ: Các quá trình biến đổi tính chất cơ-lý-hoá trong các công đoạn sản xuất xi măng là những quá trình biến thiên chậm, hệ thống thiết bị công nghệ có công suất lớn và có quán tính rất lớn Trước hết, quá trình nung clinker là một quá trình trao đổi nhiệt và tiếp đến là các hệ thống nghiền, các hệ thống vận chuyển đều có tự trọng lớn và tải trọng lớn, nên thời gian phản ứng của từng hệ thống máy công tác khi điều chỉnh rất lớn Tiếp theo, thời gian vận chuyển nguyên liệu và bán thành phẩm giữa các khâu gia công là khá lớn do các máy công tác bố trí ở các khoảng cách xa và độ cao lớn Thời gian phản ứng khi điều chỉnh ổn định một tham số công nghệ được tính ở đơn vị từ hàng vài chục giây cho đến vài phút

1.2 Thiế ị t b truy n đ ng và đi u khiể ề ộ ề n ch p hành

Hệ thống truyền động cho các máy công tác gồm một số lượng lớn các động cơ điện trên toàn bộ dải công suất của động cơ điện sử dụng trong công nghiệp, trong

đó có nhiều truyền động yêu cầu điều chỉnh tốc độ Tất cả các truyền động điện được điều khiển tập trung bằng hệ thống điều khiển tự động

Mặt khác, trong dây chuyền có một số lượng lớn thiết bị điều khiển các dòng khí công nghệ, dòng dầu thuỷ lực hoặc dòng nước công nghệ ở dải công suất lớn cũng như dải công suất nhỏ Phần lớn các van có điều khiển tự động thuộc loại yêu cầu

bộ dẫn động kiểu đóng/cắt Ngoài ra một ít hệ thống van yêu cầu điều chỉnh tỷ lệ

độ mở nhằm điều khiển liên tục lưu lượng hay áp lực

ST

T Loại thiết bị Cấu tạo/Thông số cơ bản

Số lượng (bộ)

Trang 22

3 Van điều tiết lưu lượng gió Động cơ điện/động cơ thuỷ

C Thiết bị điều khiển chấp hành:

Bảng 1.2: Các loại truyền động điện và thiết bị điều khiển chấp hành

1.3 Thiế ị t b đo lư ờng và b o vả ệ:

Trên thiết bị công nghệ và vận chuyển có lắp đặt một số lượng rất lớn các sensor

đo lường và khí cụ bảo vệ với khá nhiều chủng loại khác nhau và dải đo khác nhau Các thiết bị đo lường analog có thể chia ra làm 02 loại cơ bản như sau:

1.3.1 Đo lườ ng các đ ại lượ ng không đi n ệ

Nhóm này bao gồm rất nhiều loại đầu đo sơ cấp được lắp trên máy công tác tại các vị trí cần thiết để đo lường các tham số công nghệ Chúng có một số đặc điểm chính như sau:

• Thông số đo: Là các đại lượng không điện như: nhiệt độ, áp suất, mức vật liệu, tốc độ, lưu lượng dòng khí, trọng lượng v.v Chủng loại và nguyên lý làm việc của các sensơ công nghệ sử dụng trong sản xuất xi măng được liệt

Trang 23

theo chuẩn công nghiệp (0 20mA) Riêng sensơ đo nhiệt độ kiểu cặp nhiệt ÷

và nhiệt điện trở chỉ có khâu thụ cảm và khâu chuyển đổi chuẩn hoá tín hiệu được lắp riêng

 Một số thiết bị đo lường công nghiệp chuyên dùng trong sản xuất xi măng

• Thiết bị phân tích thành phần khí:

- Chức năng: Đo và phân tích 03 thành phần cơ bản CO, O2, NOX của khí ra hệ thống nung clinker phục vụ việc điều chỉnh chế độ đốt và khống chế chỉ tiêu phát thải ra môi trường

- Cơ cấu đo lường: Cảm biến thuật từ xác định từng khí thành phần theo độ từ cảm riêng của nó thông qua một điện trường cố định, kết quả được xử lý và hiển thị dưới dạng số

- Vị trí lắp đặt: Đầu khí ra lò nung; đỉnh tháp calciner; đường khí đầu ra tháp trao đổi nhiệt và đường khí ra ống khói

• Pyrometer bức xạ hồng ngoại:

- Chức năng: Đo lường và giám sát phân bố nhiệt độ bên trong hệ thống nung clinker phục vụ việc điều chỉnh chế độ đốt

- Cơ cấu đo lường: Sensơ bức xạ hồng ngoại trực tiếp kiểu cố định

- Vị trí lắp đặt: Khoang nung của lò nung (ngọn lửa của vòi đốt chính) và khoang thứ nhất của thiết bị làm nguội clinker

• Quét nhiệt độ vỏ lò nung:

- Chức năng: Đo lường và giám sát phân bố nhiệt độ bên ngoài vỏ lò nung qua đó để theo dõi trạng thái lớp lót vật liệu (côla) và lớp gạch chịu lửa trong

lò trong quá trình vận hành

- Cơ cấu đo lường: Sensơ bức xạ hồng ngoại trực tiếp kiểu di động

- Vị trí lắp đặt: Bên ngoài lò nung

• Đo nhiệt độ cao:

- Chức năng: Đo lường nhiệt độ bên trong các tầng của hệ thống nung clinkerphục vụ việc điều chỉnh chế độ đốt

Trang 24

- Cơ cấu đo lường: Cặp nhiệt Platin Rodi đo nhiệt độ cao 200- 0 ÷18000 tín hiệu

- Cơ cấu đo lường: Cảm biến kiểu điện dung biến đổi

- Vị trí lắp đặt: Đường ống ra và vào các cyclon trao đổi nhiệt, các khoang đầu

lò nung

STT Tên thiết bị Nguyên lý làm việc Số

lượng (bộ)

A Đo lường điều khiển công nghệ:

Trang 25

20 Công tắc áp suất, lưu lượng Cơ điện 120

B Đo lường điều khiển thiết bị điện:

28 Giám sát trạng thái vận hành động cơ Rơ le vi mạch điện tử 850

29 Giám sát trạng thái thiết bị biến tần Rơ le vi mạch điện tử 50

Bảng 1.3: Các thiết bị đo lường công nghiệp

• Đo trọng lượng và khối lượng:

- Chức năng: Đo khối lượng vật liệu chứa trong két hoặc lưu thông trên băng tải cấp liệu để phục vụ việc điều chỉnh tỷ lệ thành phần phối liệu và điều chỉnh năng suất máy công tác

- Cơ cấu đo lường: Cảm biến áp điện

- Vị trí lắp đặt: Các cân băng định lượng nghiền thô; định lượng nghiền xi măng; cấp liệu lò và các thiết bị cân vật liệu lắp trên băng tải hay cầu cân

1.3.2 Đo lườ ng tham s đi n ố ệ

• Thông số đo: Gồm các thông số của lưới điện công nghiệp như tần số, điện

áp, dòng điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng

• Chức năng: Các thiết bị đo điện thực hiện việc biến đổi các tham số điện cần

đo thành tín hiệu số chuẩn phục vụ cho điều khiển vận hành thiết bị công nghệ và giám sát tiêu thụ điện năng

• Cấu tạo: Các thiết bị đo điện hiện đại được chế tạo hợp bộ bao gồm cả khâu thụ cảm là các máy biến dòng và máy biến áp đo lường, khâu chuyển đổi chuẩn hoá tín hiệu và khâu số hoá trong đó lắp một P riêng và bộ hiển thị số µđộc lập tại chỗ

1.4 Các yếu tố ả nh hư ng đ ở ế n ch t lư ng xi măng ấ ợ

Trang 26

Chất lượng xi măng Pooclăng phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

- Chất lượng clinker

- Chất lượng phụ gia

- Chế độ nghiền xi măng

Trong đó chất lượng clinker được quyết định bởi các yếu tố:

- Hoạt tính của nguyên liệu đầu vào

- Thành phần khoáng hoá

- Chế độ nghiền nguyên liệu và đồng nhất bột liệu

- Chế độ nung luyện và làm nguội

• Hoạt tính của nguyên liệu đầu vào:

Nguyên liệu chính là đá vôi, chiếm đến khoảng 85% tổng khối lượng nguyên liệu, cung cấp CaCO3 dưới dạng khoáng canxit Chất lượng đá vôi được kể đến thông qua chỉ tiêu độ cứng và độ tinh khiết Ngoài ra, cần kể đến một số tạp chất đặc biệt là thành phần MgO Khi thành phần MgO vượt trên 5% dẫn đến MgO dư được thiêu kết và tồn tại dưới dạng MgO tự do (Khoáng pericclaz), sau khi bêtông

xi măng đóng rắn chất khoáng này mới phản ứng với nước tạo thành Mg(OH)2 làm trương nở gây nứt bêtông Vì vậy cần phải giới hạn hàm lượng MgO trong clinker

để hạn chế ảnh hưởng xấu của nó Trong quá trình phản ứng tạo khoáng, ở vùng nhiệt độ 800÷900oC, CaCO3 trong đá vôi phân huỷ thành CaO và CO2 và tiếp theo CaO phản ứng với Al2O3, Fe2O3 và SiO2 ở vùng nhiệt độ cao để tạo thành các chất khoáng Nói chung, chất lượng của đá vôi ít ảnh hưởng đến hoạt tính của phối liệu Nguyên liệu cần thiết thứ hai là sét, chiếm đến 13% tổng khối lượng nguyên liệu Sét cung cấp SiO2 , Al2O3 và Fe2O3 cho phối liệu Sét là nguyên liệu ảnh hưởng quyết định đến hoạt tính của phối liệu Phối liệu dễ nung hoặc khó nung chủ yếu phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu sét Các dạng SiO2 nằm trong hợp chất hoặc dạng thạch anh ẩn tinh và vi tinh dễ phản ứng với CaO SiO2 dạng tinh thể hoànchỉnh (Cát thạch anh) khó phản ứng nhất hay nó làm cho phối liệu khó nung hơn Mặt khác, hàm lượng kiềm cao trong sét là thành phần có hại, đây cũng là yếu tố

Trang 27

gây trương nứt bê tông khi nó phản ứng với cốt liệu có chứa SiO2 hoạt tính như đá bazan, granit v.v

Ngoài ra, để bổ sung các thành phần thiếu như Fe2O3 và SiO2, Al2O3 cần sử dụng thêm các nguyên liệu điều chỉnh hay chất phụ gia với tỷ lệ đến 2%, đó là quặng sắt (Hematit - a-Fe2O3), xỉ pirit (Gơtit - FeOOH) hoặc cát silic

• Thành phần khoáng hoá:

Thành phần khoáng của clinker gồm 04 hợp chất chính alit (C3S), belit (C2S), xelít 1 (C4AF) và xelit 2 (C3A) Các hợp chất vô cơ này thực tế không bao giờ tồn tại ở dạng các khoáng chất tinh khiết mà luôn luôn bị thay thế đồng hình bởi các oxyt có mặt trong quá trình nung luyện Choán lấp giữa các khe hở của các pha kết tinh là pha thuỷ tinh Hàm lượng pha thuỷ tinh trong clinker phụ thuộc vào tốc độ làm nguội clinker Khi làm nguội nhanh đột ngột, lượng pha thuỷ tinh có thể tăng lên tới 22÷24% Khi làm nguội từ từ, pha thuỷ tinh chỉ chiếm khoảng 3%, thời gian tương đối dài đủ để các khoáng chất kết tinh có tinh thể lớn hoàn chỉnh và cho chất lượng tốt hơn Tốc độ phản ứng với nước-hay tốc độ hydrat hoá giảm dần từ C3A,

C3S, C4AF và đến C2S Do bị thay thế đồng hình gây ra khuyết tật trong mạng tinh thể, cùng với tác động tương hỗ giữa các khoáng trong quá trình hydrat hoá tạo cho clinker xi măng pooclăng có hoạt tính cường độ cao hơn nhiều măng càng lớn, hàm lượng C3A và C4AF ảnh hưởng đến cường độ ban đầu của xi măng Thành phần khoáng có quan hệ chặt chẽ với thành phần hoá của clinker (công thức Bogue) và các hệ số chế tạo: hệ số silicat, hệ số alminat, hệ số bão hoà vôi và hàm lượng chất chảy ở nhiệt độ nung luyện (1450oC)

Ngoài các thành phần khoáng là chủ yếu, trong clinker còn có nhiều hợp chất khác như vôi tự do (CaO tự do) và các ôxyt kim loại MgO; K2O; Na2O v.v các chất này chiếm tỷ trọng rất nhỏ nhưng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng xi măng chế tạo, do đó bắt buộc phải khống chế tỷ lệ của chúng trong thành phẩm cuối cùng

• Chế độ nghiền nguyên liệu và đồng nhất bột liệu:

Độ mịn của hỗn hợp bột nguyên liệu chỉ phụ thuộc vào chế độ vận hành của hệ thống máy nghiền nguyên liệu

Trang 28

Độ đồng nhất của bột liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cụ thể như sau:

- Cấu tạo kho chứa và chế độ vận hành của các hệ thống thiết bị rải và rút nguyên liệu tại từng kho riêng rẽ

- Chế độ vận hành của hệ thống định lượng và máy nghiền nguyên liệu

- Cấu tạo silô đồng nhất và chế độ vận hành của hệ thống thiết bị rải và rút bột liệu tại silô đồng nhất

Về nguyên tắc, độ mịn và độ đồng nhất của bột liệu càng cao thì càng tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng khoáng hoá trong nung luyện clinker Nhưng nghiền càng mịn thì càng tốn năng lượng, do đó ứng với mỗi công nghệ, các nhà thiết kế thường lựa chọn độ mịn hợp lý sao cho đạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật vừa đủ để thực hiện phản ứng tạo khoáng vừa đạt suất tiêu hao điện năng nghiền chấp nhận được Thông thường độ mịn bột liệu được chọn khoảng 170# (hay 15% trên sàng 0,09mm) trong tỷ lệ hạt hợp chất của canxi có kích thước trên 150mm không được vượt quá 5,0% và tỷ lệ hạt hợp chất của silic có kích thước trên 200mm không được vượt quá 0,5% Độ đồng nhất được chọn ở mức tối ưu với hệ số đồng nhất sơ bộ khoảng 6÷15 và hệ số đồng nhất khoảng 3÷5

• Chế độ nung luyện và làm nguội clinker:

Số lượng và kích thước của tinh thể khoáng có ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính và cường độ của xi măng Các tinh thể khoáng nhỏ và chứa nhiều khuyết tật mạng sẽ

có hoạt tính cao hơn các tinh thể có kích thước lớn hoàn chỉnh Với cùng một công thức phối liệu thô, điều chỉnh chế độ nung luyện sẽ làm thay đổi hàm lượng, hình dạng và kích thước của các tinh thể khoáng Làm nguội nhanh clinker sẽ tăng hàm lượng C3S hoạt tính của clinker do hạn chế được phản ứng phân huỷ C3S →

C2S+CaO đồng thời hạn chế sự chuyển pha bC2S → gC2S, MgO đi hết vào pha thuỷ tinh và thay thế đồng hình trong các khoáng, làm cho clinker có hoạt tính cao hơn Từ đó, công nghệ nung luyện hiện đại được phát triển theo hướng nung nhanh bột liệu ở nhiệt độ cao và làm nguội nhanh clinker ở đầu ra lò nung Yêu cầu này dường như đối lập với yêu cầu giảm suất tiêu hao nhiệt năng và điện năng cho công đoạn nung clinker

Trang 29

Mặt khỏc yờu cầu về nung bột liệu ở nhiệt độ cao (1350 ữ 1400oC) phải được thực hiện cựng với xu hướng duy trỡ hàm lượng vụi tự do trong clinker cao ở tỷ lệ tối ưu gần đạt giỏ trị 2%, vỡ ở chế độ làm việc này hệ thống lũ làm việc ổn định đồng thời cho chất lượng sản phẩm tối ưu Đõy là một yờu cầu kỹ thuật ngặt nghốo đặt ra cho việc điều khiển vận hành hệ thống nung clinker

Do đú độ mịn của xi măng cần được lựa chọn hợp lý cho từng loại sản phẩm cụ thể Đối với loại xi măng pooclăng thụng dụng ở nước ta (PCB30,PCB40) độ mịn được duy trỡ trong khoảng 3200 3600 cm2/g (độ mịn Blaine) Tăng độ mịn đồng ữ nghĩa với việc tăng suất tiờu hao điện năng cho nghiền xi măng

1500 1450 1400 1350 1300

Lò vận hành không ổn định Vùng ổn định

Bột liệu “B”

Bột liệu “A”

Vùng chất lợng tối u

Trang 30

• Chất lượng phụ gia xi măng:

Các chất phụ gia khoáng có thể xem như chất “độn” pha trộn bên cạnh các chất khoáng có trong clanh ke nhằm tạo ra sản lượng xi măng cao hơn với chất lượng đạt yêu cầu thiết kế Chất phụ gia có thể thuộc loại hoạt tính hoặc phụ gia đầy Hoạt tính Puzolan của phụ gia chỉ biểu hiện sau thời gian dài xi măng đóng rắn từ 6 tháng tuổi trở lên

Xi măng pooclăng hỗn hợp thường chứa khoảng 15 25% phụ gia khoáng Như ÷ vậy, xu hướng càng nâng cao tỷ lệ phụ gia sẽ càng kinh tế Tuy nhiên ở tuổi dưới một tháng khi tăng tỷ lệ phụ gia sẽ làm giảm cường độ xi măng gốc Tỷ lệ pha phụ gia phụ thuộc cơ bản vào chất lượng clanh ke thực tế, muốn tăng tỷ lệ phụ gia khoáng thì nhất thiết phải nâng cao chất lượng clanh ke, điều này đồng nghĩa với việc phải nâng cao chất lượng và mức độ ổn định vận hành của các công đoạn

Nghiền nguyên liệu và Nung clinker bằng công nghệ điều khiển tiên tiến

1.5 Các giải pháp kỹ thu t n đ nh ch t lư ng s n ph m: ậ ổ ị ấ ợ ả ẩ

Do tính chất phức tạp của công nghệ sản xuất và tính biến động ngẫu nhiên của các tham số công nghệ, để đảm bảo dây chuyền sản xuất vận hành với năng suất cao nhất nhưng cho ra sản phẩm xi măng bột có chất lượng ổn định cao nhất theo tiêu chuẩn thiết kế (mác xi măng tiêu chuẩn, ví dụ như: PCB40; PCB50; OPC40.v.v ), một nhà máy xi măng công suất lớn bắt buộc phải áp dụng nhiều giải pháp về trang bị kỹ thuật cũng như quản lý sản xuất nhằm ổn định chất lượng sản phẩm Về mặt kỹ thuật, có hai giải pháp cơ bản được sử dụng:

- Giải pháp thiết bị công nghệ

- Giải pháp điều khiển tự động

1.5.1 Giả i pháp thi t bị ế công ngh :

Chiến lược của giải pháp thiết bị hay giải pháp cơ khí đó là việc thiết kế và sử dụng các hệ thống các thiết bị máy móc có tính năng đồng nhất/trộn đều ở mức tối

ưu dòng vật liệu lưu chuyển liên tục trên dây chuyền, trong chu kỳ sản xuất

Giải pháp này được đề cập ngay từ giai đoạn thiết kế dây chuyền, lựa chọn thiết

bị công nghệ và quan tâm đến tất cả các khâu, các công đoạn sản suất có thể trang

Trang 31

bị thiết bị đồng nhất Theo hướng này, các cụm thiết bị máy móc dưới đây đã được phát triển và sử dụng:

- Thiết bị đồng nhất sơ bộ tại các kho chứa nguyên liệu (A3): tại đầu vào kho chứa nguyên liệu (đá vôi, sét, cát silic, quặng sắt, than cám.v.v .) sẽ lắp đặt thiết bị rải nguyên liệu tuần tự theo lớp; ở đầu ra lắp đặt thiết bị cào hoặc rút nguyên liệu cũng theo lớp, nhưng đổi hướng rút liệu so với hướng rải liệu (thông thường hai hướng này vuông góc với nhau) Cơ chế này thực hiện chức năng đồng nhất sơ bộ từng loại nguyên liệu trước khi đưa vào nghiền

- Thiết bị đồng nhất tại các si lô chứa (A7; C4): trên đỉnh (đầu vào) các si lô đồng nhất bột liệu và silô xi măng sẽ trang bị nhiều máng vận chuyển bột kiểu khí nén (máng khí động), các máng vận chuyển được bố trí hình sao để

có thể rải bột liệu đều theo thiết diện ngang của silô Tại đáy các silô trang bị

hệ thống rút bột liệu bằng máng khí động để thực hiện việc rút bột liệu đều

từ mọi phía silô Cơ chế này kết hợp với kết cấu của thân và khoang đáy silô

sẽ thực hiện việc đồng nhất bột liệu đạt hiệu quả cao

1.5.2 Giải pháp điều khi n t ng: ể ự độ

Chiến lược của giải pháp này là thực hiện điều khiển tinh chế độ làm việc của các hệ thống thiết bị công nghệ cơ bản bằng công nghệ điều khiển tự động làm việc trong thời gian thực

Theo hướng này, hệ điều khiển được chia thành 02 cấp cơ bản:

• Hệ thống điều khiển/điều chỉnh tự động: đây là hệ cơ sở thực hiện việc điều khiển vận hành tất cả các chức năng của dây chuyền sản xuất, điều chỉnh tự động các tham số công nghệ theo nguyên lý vòng kín

• Hệ điều khiển chuyên gia: là các hệ điều khiển cấp cao có chức năng điều khiển tối ưu chế độ làm việc của các thiết bị công tác quan trọng Trong sản xuất xi măng có thể trang bị các hệ chuyên gia kỹ thuật như sau:

- Điều khiển thành phần phối liệu nguyên liệu (A5÷A6)

- Điều khiển tối ưu hệ thống nung clinker (B1÷B7)

- Điều khiển thành phần phối liệu xi măng (C1÷C3)

Trang 32

 Chức năng của hệ thống điều khiển tự động:

a) Điều khiển vận hành tập trung một số lượng lớn các máy công tác

b) Bảo vệ an toàn ở mức độ cao cho người vận hành và thiết bị

c) Giám sát chặt chẽ các chỉ tiêu phát thải ra môi trường

d) Điều chỉnh tự động và điều khiển tối ưu nhiều tham số.

e) Quản lý năng lượng

f) Quản lý thông tin toàn bộ quá trình sản xuất

 Điều khiển logic và điều chỉnh tự động vòng kín:

a) Tiếp nhận - Đập và Vận chuyển nguyên vật liệu vào kho.

b) Định lượng và nghiền nguyên liệu

c) Nung clinker

d) Nghiền than và cấp than mịn cho các vòi đốt

e) Định lượng và nghiền xi măng

f) Đóng bao và xuất xi măng

g) Hệ thống cung cấp điện

h) Hệ thống cấp nước làm mát

 Điều khiển tối ưu:

a) Định lượng và nghiền nguyên liệu

b) Nung clinker

c) Định lượng và nghiền xi măng

Chương 2 TÌM HIỂU CHUNG V H TH NG DCS Ề Ệ Ố

2.1 Mô hình phân c pấ hệ thống

Trang 33

Hệ th ngố đ ềi u khi nể trong công nghiệp có thể chia thành 5 c pấ như sau:

Hình 2.1: Mô hình phân cấp chức năng của một hệ thống điều khiển và giám sát

Càng ở c pấ dưới thì các ch cứ n ngă càng mang tính ch tấ cơ b nả hơn và đòi hỏi yêu c uầ cao h nơ về độ nhanh nhạy, th iờ gian ph nả ứng M tộ ch cứ năng ở

c pấ trên được th cự hi nệ d aự trên các ch cứ n ngă c pấ dưới, tuy không đòi h iỏ

th iờ gian phản ứ nhanh như ở c png ấ d i,ướ nhưng ngượ l ic ạ lượng thông tin c nầ trao đổi và xử lý l i l nạ ớ hơn nhiều Thông thường, ng iườ ta chỉ coi ba c pấ d iướ thu cộ phạm vi c aủ m tộ hệ thống điểu khi nể và giám sát Tuy nhiên, bi uể thi hai

c pấ trên c gùn (qu nả lý công ty và điều hành s nả xu t)ấ giúp ta hi uể thêm mô hình

lý t ngưở m tộ mô hình lý tưởng cho c uấ trúc ch cứ n ngă tổng thể cho các c gôn ty

Trang 34

C pấ đ ềi u khi nể : Nhi mệ vụ chính c aủ c pấ đ ềi u khi nể là nh nậ thông tin từ các

c mả bi n,ế xử lý các thông tin đó theo m tộ thu tậ toán nh tấ định và truy nề đạt l iạ kết quả xuống các cơ c uấ chấp hành Khi còn đ ềi u khi nể thủ công, thì các nhi mệ vụ đó được các ng iườ đứng máy thao tác tr cự ti pế đảm nh nậ qua vi cệ theo dõi cá hi tc t ế bị đo lường, sử dụng kiến thức và kinh nghi mệ để thực hi nệ những thao tác cầ thi tn ế nh :ư đóng mở van, b mấ nút, điều chỉnh c nầ gạt, núm

xoay ong m tTr ộ hệ thống đ ềi u khi nể tự động hi nệ đại nh ngữ nhi mệ vụ đó được

th cự hi nệ thông qua đ ềi u khi nể b ngằ máy tính

C pấ đ ềi u khi nể giám sát : Có ch cứ năng giám sát và v nậ hành m tộ quá trình

kỹ thu t.ậ Khi đa số các ch cứ n ngă như đo lường, điều khi n,ể đ ềi u chỉnh, b oả toàn

hệ thống được các c pấ dưới th cự hiện, thì nhiệ vụ c am ủ c pấ đ ềi u khiển giám sát

là hỗ trợ ngườ sử dụng trong việc cài đặt ứng d ng,i ụ thao tác, theo dõi, giám sát

vận hàn và xử lý nh ngh ữ tình huống b tấ thường Ngoài ra, tr g on m tộ số tr ngườ

hợp, cấ này còn th cp ự hi nệ các bài toán đ ềi u khi nể cao c pấ như đ ềi u khiển ph iố

hợp, điề khi nu ể trình tự và đ ềi u khi nể theo công th c(ứ ví dụ trong chế bi nế d cượ phẩm, hoá ch t).ấ Khác v iớ c pấ dưới c pấ đ ềi u khi nể giám sát không đòi h iỏ phương tiện đặ biệt, thi tc ế bị ph nầ c ngứ đặc bi tệ ngoài các máy tính th gôn thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, termina ) Vi cl ệ phân c pấ chức n ngă

sẽ ti nệ l iợ cho việc thi tế kế hệ thống và l aự chọn thi tế bị

C pấ đ ềi u hành s nả xu t ấ : Nhi mệ vụ c aủ c pấ đ ềi u hành s nả xu tấ là nhận các thông tin về trạng thái làm việc c aủ các quá trình kỹ thu t,ậ các giàn máy, cũng

như ủ hệ th ngc a ố đ ềi u khi nể tự động, các số li uệ tính toán, thống kê về diễn biến quá trình s nả xuất và ch tấ l ngượ s nả ph m.ẩ Đồng th iờ c pấ đ ềi u hành s nả

xu tấ có nhi mệ vụ xử lý các số liệu, l pậ kế hoạch s nả xu t,ấ ra quy tế định b oả dưỡng máy móc, t iố ưu hoá s nả xu tấ và đưa các thông tin về các thông số thi tế k ,ế công th cứ điều khiển, và m nhệ l nhệ đ ềi u hành xuống c pấ dưới M tặ khác c pấ đ ềi u hành s nả xu cònất có ch cứ n ngă là trao đổi thông tin v iớ c pấ qu nả

lý công ty C pấ đ ềi u hành sản xuấ bao g mt ồ các máy tính v nă phòng n iố mạng

c cụ bộ v iớ nhau

Trang 35

C pấ qu n ả lý công ty: C pấ quản lý công ty là c pấ trên cùng trong mô hình phân c pấ hệ thống Nhiệm vụ c aủ c pấ này trao đổi thông tin gi aữ công ty và khách hàng thông qua thư đ ệi n t ,ử h iộ th oả từ xa, dịch vụ truy c pậ Internet và

thương ạ điện tử C pm i ấ qu nả lý công ty còn có nhiệm vụ tính toán giá t nhà h,

kế hoạch sả xuất, thống kê tài nguyên, xử lý đơn đặt hàn n g Để k tế n iố các c pấ trong hệ thống phân c pấ v iớ nhau ta sử dụng các hệ th ngố bus

Bus trường: Là các hệ thống bus n iố ti p,ế sử dụng kỹ thu tậ truy nề tin số

để k n iết ố các thi tế bị thu cộ c pấ đ ềi u khi nể (PC, PLC) v iớ nhau và v iớ các thiế t

bị của ấ ch pc p ấ hà ,nh hay các thi tế bị trường Đặc tr ngư cơ b nả c aủ bus trường

là tính năng th iờ gian th cự phải cao, yêu c uầ về lượng thông tin thì không cao Các h th ngệ ố bus tr ngườ thường sử dụng là: Pr iof bus, ControlNe Modbus, t,Foundation F eldb s, Devi u iceNe AS-i, EIB t,

Bus hệ th ng, ố Bus quá trình: Dùng để k tế n iố các máy tính đ ềi u khi nể và các máy tính trên c pấ điều khiển giám sát v iớ nhau Qua bus hệ th ngố các máy

tính điề khi nu ể có thể ph iố h pợ ho tạ động, cung c pấ dữ li uệ quá trình cho

tr mạ k thu tỹ ậ và tr mạ quan sát Đối v iớ Bus hệ th ng,ố tuỳ theo l nhĩ v cự ứng

d ngụ mà đòi h i về tính năng th iỏ ờ gian th cự có được đặt ra m tộ cách ngặt nghèo hay không Thời gian ph nả ứng thông thường trong kho ngả vài tr mă mil ây.igi Trong khi đó lưu l ngượ thông tin l nớ hơn nhi uề so v iớ bus trường Các

hệ thống bus trường tiêu biểu: Ethernet, Industrial Ethernet, Profibus MS -F ,Fieldbu Foundatis on’ High Speed Ethernet s

M ngạ xí nghi p: ệ Là m tộ mạng LAN bình th nườ g, có chức n ngă k tế n iố các máy tính v nă phòng thu cộ c pấ đ ềi u hành s nả xu tấ v iớ c pấ điều khi nể giám sát Mạng xí nghi pệ không yêu c uầ nghiêm ng tặ về tính n ngă th iờ gian thực Vi cệ trao đổi d ữ liệ diễn ra không định k ,u ỳ nhưng có khi v iớ số l ngượ l nớ t iớ hành Mbyte Hai lo iạ m ngạ chủ y uế được dùng là Ethernet và Token-Ring trên cơ sở các giao thức chu nẩ như TCP/I và IPX/SPX P

M ngạ công ty: Đặc trưng c aủ m ngạ công ty là g nầ v iớ m tộ mạng viễn

thông hoặ m tc ộ m ngạ máy tính di nệ r ngộ nhi uề h nơ trên các phương di nệ phạm

Trang 36

vi và hình th cứ dịch v ,ụ phươ pháp truy nng ề thông và các yêu c uầ về kỹ thu t.ậ

Mạng ng ty thường sử d ngcô ụ các lo iạ mạng có t cố độ truy nề thông và độ an toàn tin cậy đặ bi tc ệ cao, ch ngẳ h nạ như: Fast Etherne FDDI, At, TM,

2.2 Các vấn đề cơ b n c a kỹ ả ủ thu t truy n thông công nghi p ậ ề ệ

2.2.1 Cấu trúc m ng

Cấu trúc mạng (Topology) là cách sắp xếp, tổ chức về ặt vật lý của mạng hay m

là cách sắp xếp logic của các nút mạng,các đ nh nghĩa v t chức logic các mối ị ề ổliên kết gi a các nút m ng Cữ ạ ấu trúc m ng đư c xác đạ ợ ịnh theo cách thức ghép nối các trạm công tác cũng như máy ch trong m t l p của hủ ộ ớ ệ th ng.Trên thự ế có ố c tcác kiểu cấu trúc mạng cơ b n như sau : ả

Trang 37

tâm làm nhi m vệ ụ ủ c a bộ ặ l p và khuếch đ i tín hiạ ệu Nếu tr m trung tâm đóng vai ạtrò tích cực nó làm nhiệm vụ ể ki m soát toàn bộ công việc truyền thông của mạng, còn n u không sế ẽ ch ỉ như một b chuyển mạch Thực chộ ấ ất c u trúc này tạo thành một mạch vòng truyền tin, gói tin đư c truyền trên cáp truyền thông qua từng trạm ợ

một nằm trong mạng cho đ n khi tìm đúng tr m nhận tin.Tốế ạ c độ truyền tin đ t là ặ2,5Mbit/s trong môi trư ng cáp đờ ồng tr c ụ

Nhược đi m : ể

- Khi có sự ố ở ạ c tr m trung tâm sẽlàm tê t toàn bộliệ các hoạt động truy n thông ềtrong mạng.Vì vậy trạm trung tâm phải có độ tin cậy rất cao.Ngư i ta phân ờ

trạm trung tâm ra thành hai loại trạm tích cực và trạm thụ động.Một trạm thụ

động ch có vai trò truy n thông tin, trong khi đó m t tr m tích c ki m soát ỉ ề ộ ạ ự ểtoàn bộ các hoạt động giao ti p trong m ng ế ạ

- Tốn dây dẫn.Do vậy cấu trúc hình sao trong công nghiệp chỉ thấy trong phạm

Trang 38

ra ưu điểm của c a c u trúc Bus là trư ng h p có mộủ ấ ờ ợ t tr m không làm việạ c s ẽkhông làm ảnh hư ng gì đở ến các phần còn lại

Cấu trúc Bus có thể chia làm 3 loại : dasiy-chain, truck-line/drop-line và mạch vòng không tích cực

Tuy nhiên do việc dùng chung đường d n dòi hẫ ỏi ph i có sự ả phân chia thời gian sử ụ d ng tuyến Bus cho thích hợp tránh xung đ t tín hiệộ u được gọi là phương pháp truy nhập Bus.Nguyên tắc c a phương pháp truy nh p Bus như sau : t i m t ủ ậ ạ ộ

thời điểm nhất định chỉ có một thành viên trong mạng đ oc gủi tín hiệu, còn các ựthành viên khác chỉ đư c quyền nhận ợ

Ngoài ra cần ph i ki m ả ể soát môi trường,cấu trúc Bus có các như c đi m sau : ợ ể

- Mỗi tín hiệu gửi đi có thể ới tất cả các trạm và theo một trình tự không thể t

kiểm soát được vì vậy cần phải gán địa chỉ cho t ng trạ ừ m

- Tất cả các trạm đ u phải có khả năng phát và luôn “nghe” tuyến Bus để phát ề hiện ra một thông tin có phải gủi cho mình không, nên phải được thi t kế sao ếcho đủ ả ớ ố ạ t i v i s tr m tối đa Đây chính là lý do phả ại h n chế ố ạ s tr m trong một đoạn m ng Khi c n mở ộạ ầ r ng thì ph i s d ng nhi u bộ ặả ử ụ ề l p

- Chiều dài dây dẫn thư ng tương ờ đối dài, vì v y dậ ẽ ả x y ra trường hợp phản xạ tín hiệu ở ỗi đầ m u dây dẫn do vậy ta phải chặn đư ng dây bởi hai tải đầu cuối ờ

do vậy làm tăng t i c a hệ ốả ủ th ng

- Trường h p đư ng dây b t ho c ng n m ch trong ph n k t n i Bus c a m t ợ ờ ị đứ ặ ắ ạ ầ ế ố ủ ộ

trạm bị ỏ h ng đ u dẫn tớ việc dừng hoạt động của cả ệ ống.ề i h th

- Cấu trúc đư ng thẳng liên kếờ t đa đi m gây khó khăn cho vi c áp dụng các công ể ệnghệ truy n tín hiệu mới như cấp quang ề

• Cấu trúc mạch vòng

Trang 39

Hình 2.4: Cấu trúc mạch vòng

Cấu trúc mạch vòng đư c thiết kế sao cho các thành viên trong mạợ ng đư c nối ợ

t ừ điểm này đ n đi m kia một cách tuần tự trong một mạch vòng kép kín.Mỗi ế ểthành viên đều tham gia vào việc ki m soát dòng tín hiệu ể Ở đây tín hiệu đư c ợtruyền đi theo m t chiộ ều quy đ nh.Mỗị i trạm nhận được dữ ệu từ ạli tr m đ ng trước ứ

và chuy n tiể ếp sang trạm đ ng sau nó.Quá trình này đưứ ợc lặp lại cho t i khi tín hiớ ệu quay trở ạ l i tr m đã g i khi đó nó sạ ủ ẽ ị b hu ỷ

Trang 40

Hình 2.5: Cấu trúc hình cây

Cấu trúc cây thực chất không phải là cấu trúc cơ b n.Một mạng có ấu trúc cây ả cchính là s liên k t cự ế ủa nhi u m ng con có cề ạ ấu trúc đường thẳng,mạch vòng hặc hình sao Đ c trưng cặ ủa cấu trúc cây là phân cấp đư ng dờ ẫn Để chia t đư ng ừ ờtrục ra các đường nhánh có thể dùng các b n i tích c c (active coupler), ho c nộ ố ự ặ ếu muốn tăng s tr m cũng như ph m vi của m t trố ạ ạ ộ ạm đồng nhất có thể dùng các b ộ

lặp.Trong trư ng hợp các mạng con này hoàn toàn khác khác loại thì phải dùng tới ờcác b liên k t mộ ế ạng khác như : bridge, router, và gateway

2.2.2 Các chuẩn giao ti p trong công nghi p ế ệ

• Chuẩn giao di n OPC

OPC (OLE for Process Control) là chuẩn giao diện đư c OPC Foundation xây ợ

đựng và phát tri n Nó đư c d a trên mô hình đ i tư ng thành ph n (D)COM OPC ể ợ ự ố ợ ầ

định nghĩ thêm m t s giao đi n cho khai thác d li u t các quá trình kĩ thu t t o ộ ố ệ ữ ệ ừ ậ ạ

cơ sở cho vi c xây dựng các ứệ ng d ng đi u khi n phân tán mà không phụụ ề ể thu cc ộvào mạng công nghiệp cụ ể th Với mục đích ban đầu là thay th cho các phế ần mềm

Ngày đăng: 22/01/2024, 17:02

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w