full đồ án gồm bản word, tính toán lựa chọn thiết bị, lưu đồ thuật toán, bản vẽ đấu nối, giao diện điều khiển giám sát SCADA, file chương trình Tia Portal v15.1
TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG HẢI PHÒNG
Lịch sử hình thành và phát triển nhà máy xi măng Hải Phòng
Tiền thân là Nhà máy Xi măng Hải Phòng được xây dựng từ thời Pháp thuộc trải qua 3 thế kỷ - Xi măng Hải Phòng là cái nôi của Ngành Xi măng Việt Nam
1 Tên Công ty: Công ty TNHH một thành viên Xi măng Vicem Hải Phòng (gọi tắt là Công ty Xi măng Vicem Hải Phòng)
2 Địa chỉ: Tràng Kênh – Minh Đức – Thủy Nguyên – Hải Phòng.
4 Ngày, tháng, năm thành lập: Tiền thân của Công ty là Nhà máy Xi măng Hải Phòng, được người Pháp xây dựng ngày 25/12/1899 trên vùng đất ngã ba Sông Cấm và kênh đào Hạ Lý.
5 Tóm tắt quá trình phát triển: Lịch sử 119 năm xây dựng và phát triển của Xi măng Hải Phòng trải dài qua 3 thế kỷ, gắn liền với lịch sử cách mạng Việt Nam, với quá trình đấu tranh giành độc lập dân tộc, xây dựng XHCN công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và bảo vệ chủ quyền Tổ Quốc Việt Nam, với chặng đường phát triển của Thành phố Hải Phòng và Tổng Công ty công nghiệp XM VN.
Hình 1.1 Nhà máy xi măng Hải Phòng năm 1959
* Dưới thời thuộc Pháp: Nhà máy xi măng Hải Phòng là cơ sở duy nhất ở Đông Dương sản xuất xi măng phục vụ chính sách khai thác thuộc địa của người Pháp Do máy móc thiết bị còn thô sơ, điều kiện làm việc nặng nhọc, lại bị áp bức nặng nề nên công nhân Xi măng Hải Phòng đã đứng lên đấu tranh, từ tự phát sang tự giác, trở thành một trong những lực lượng tiên phong cách mạng ở Hải Phòng và cả nước Ngày 08/01/1930, cuộc bãi công lớn trong toàn Nhà máy thu hút gần 2000 công nhân tham gia, đòi tăng lương, chống đánh đập, cúp phạt đã giành được thắng lợi và ngày 08/01 trở thành ngày truyền thống của nhà máy Xi măng Hải Phòng, nay trở thành ngày truyền thống ngành Xi măng Việt Nam.
* Giai đoạn 1955-1975: Sau khi tiếp quản thành công Nhà máy, hàng nghìn công nhân đã trở lại làm việc, đoàn kết một lòng, khắc phục khó khăn để đưa Nhà máy đi vào sản xuất Vừa ngoan cường đấu tranh chống Mỹ, vừa kiên quyết bám máy kịp thời đáp ứng cho các công trình kinh tế và quốc phòng.
* Giai đoạn 1975 –1996: Năm 1978-1979, việc xây dựng thêm 02 lò nung đã giúp Nhà máy tăng thêm năng lực sản xuất 25 vạn tấn/năm và hoàn thành vượt mức kế hoạch được giao Tiến hành tổ chức sắp xếp lại sản xuất và lực lượng lao động, từng bước thích ứng với đường lối đổi mới kinh tế của Đảng Năm 1993, Nhà máy xi măng Hải Phòng được sáp nhập với Công ty kinh doanh xi măng, đổi tên thành Công ty Xi măng Hải Phòng và tổ chức SXKD theo cơ chế thị trường.
* Giai đoạn chuyển đổi sản xuất (1997- đến nay): Ngày 29/11/1997, Thủ tướng Chính phủ có Quyết định số 1019/QĐ-TTg cho phép Công ty Xi măng Hải Phòng chuyển đổi sản xuất bằng việc xây dựng nhà máy mới Ngày 25/12/2002, Dự án xây dựng Nhà máy Xi măng Hải Phòng mới được khởi công xây dựng, Ngày 30/11/2005, mẻ clinker đầu tiên ra lò, về trước 32 ngày so với kế hoạch Ngay trong giai đoạn sản xuất thử, nhà máy đã sản xuất đạt90% công suất thiết kế và sản phẩm đạt 100% chính phẩm Năm đầu tiên nhà máy mới đã sản xuất đạt xấp xỉ 1 triệu tấn clinker, các năm tiếp theo sản xuất đạt và vượt công suất thiết kế Đặc biệt từ năm 2014 đến nay, Công ty luôn giữ được nhịp độ tăng trưởng năm sau cao hơn năm trước (kết quả SXKD 6 tháng đầu năm 2018 tăng 10% so với cùng kỳ).
- Dây chuyền sản xuất và các thiết bị của nhà máy được nhập khẩu đồng bộ từ các nước G7, theo công nghệ FL Smidth đi vào hoạt động từ cuối năm
2005 với công suất lò nung clinker là 1,050 triệu tấn/năm và nghiền xi măng là 1,4 triệu tấn/năm.
7 Những thành tích đã đạt được:
Công ty đã được đón nhận những danh hiệu cao quý do Đảng, Nhà nước trao tặng và các hình thức khen thưởng của các Bộ, ngành và Thành phố, điển hình như:
- Bằng khen của Hội đồng Bộ trưởng;
- Bằng Tổ quốc ghi công;
- Huân chương Chiến công hạng Nhất (1967), hạng Nhì, hạng Ba;
- Huân chương lao động hạng Nhất;
- Danh hiệu Anh hùng lực lượng Vũ trang nhân dân (năm 1996);
- Huân chương lao động hạng Ba (1992);
- Huân chương Độc lập Hạng Nhất (năm 1999);
- Huân chương Hồ Chí Minh (năm 2009);
- Cờ thi đua của Thủ tướng Chính phủ (năm 2005, 2008, 2015);
- Bằng khen của Thủ tướng Chính phủ (năm 2007);
- Cờ Thi đua của Bộ Xây dựng (năm 1991, 2009);
- Cờ Thi đua của Bộ Công An (năm 2009, 2010);
- Cờ Thi đua của Vicem (các năm 2000, 2004, 2007, 2010, 2012, 2013,
- Cờ Thi đua của UBND Thành phố Hải Phòng (năm 2011, 2015);
- Nhiều năm được nhận Bằng khen của Bộ Xây dựng, các Bộ, ngành, đoàn thể, Vicem và Thành phố Hải Phòng.
Hình 1.2 Nhà máy xi măng Hải Phòng hiên nay
Giới thiệu về công nghệ sản xuất xi măng
1.2.1 Các công nghệ sản suất Xi Măng hiện nay
Công nghệ sản xuất Clinker xi măng porland được phân loại như sau:
- Theo thiết bị nung có hai công nghệ chính
- Theo tính chất vật lý phối liệu gồm các phương pháp.
+ Phương pháp bán khô a) Phương pháp ướt
- công nghệ sản xuất Clinker xi măng Porland theo phương pháp ướt tức là nung phối liệu đã chế tạo ở dạng bùn ướt có độ ẩm 33% ÷ 37% trong lò quay có zôn xích trao đổi nhiệt.
- Các nguyên liệu đều được nghiền ướt sau đó qua bể đồng nhất, điều chỉnh.
- Đồng nhất phối liệu tốt.
- Kết cấu thiết bị ít phức tạp
- Tiêu hao năng lượng nghiền phối liệu ít.
- Lò dài, gạch xây lò lớn.
- Tiêu hao năng lượng nung lớn ≈ 1.300 kcal/kg CLK
- Quá trình sấy làm yếu mạng lưới liên kết do vậy sẽ tạo ra Clinker dễ dàng hơn.
- Diện tích bố trí thiết bị lớn. b) Phương pháp khô
- Công nghệ sản xuất Clinker xi măng Porland theo phương pháp khô tức là nung phối liệu đã chế tạo ở dạng khô (Độ ẩm thường ≤ 1%) trong lò quay có tháp trao đổi nhiệt có các tầng cyclon và có hoặc không có buồng phân huỷ đá vôi (Precalciner).
- Độ ẩm của bột phối liệu thấp
- Đồng nhất phối liệu kém
- Kết cấu thiết bị phức tạp.
- Tiêu hao năng lượng nghiền phối liệu cao.
- Lò ngắn, gạch xây lò ít
- Tiêu hao năng lượng nung thấp ≈ 800 Kcal/Kg CLK
- Diện tích bố trí thiết bị nhỏ
- Dễ cơ giới hoá và tự động hoá. c) Phương pháp bán khô
- Công nghệ sản xuất Clinker xi măng Porland theo phương pháp bán khô tức là Các nguyên liệu đều được sấy khô trước khi nghiền, khi cấp liệu lò người ta cho thêm nước có độ ẩm từ 12 ÷ 14% Than được trộn lẫn với phối liệu Kết hợp và sử dụng và dung hoà các ưu nhược điểm của hai phương pháp trên nhưng phổ biến áp dụng cho lò đứng nhưng tiêu hao năng lượng cao nhất Clinker chín không đều do ozon nung ngắn.
1.2.2 Công nghệ Sản Xuất xi măng của nhà máy xi măng Hải Phòng
Công nghệ sản suất xi măng bằng phương pháp khô, lò quay để tạo raClinker, Clinker nghiền mịn với một tỷ lệ nhất định cộng với thạch cao và các phụ gia khác thành xi măng.
Quy trình sản xuất xi măng
1.3.1 Công đoạn sàng lọc nguyên, vật liệu đầu vào dây truyền Đá vôi: Một trong những nguyên liệu thành phần chính và chủ yếu tạo ra
Clanke là đá vôi giàu CaCO3 Đá vôi được khai thác bằng phương pháp khoan nổ và cắt tầng đúng quy trình, hợp với quy hoạch khai thác từ mỏ đá trong khai trường, thuộc phạm vi quản lý của công ty thuận lợi cho việc vận chuyển và khai thác cũng như chế biến Đá vôi sau khi được khai thác từ mỏ đá sẽ được xúc và đưa tới máy cối búa đập, sau máy là máy cán trục, nhằm nghiền nhỏ đá vôi với kính cỡ 25x25 Sau đó, đá được vận chuyển đến kho đồng nhất sơ bộ bằng băng tải Ở tại kho đồng nhất, một máy rải sẽ rải đi rải lại trên mặt đống đá để lượng đá được đều Dưới chân bãi đá của kho đồng nhất, một máy rút liệu đảm bảo mỗi lần lấy liệu được trạm cân định lượng cân chính xác lượng đá để đưa đến bunke chứa.
Hình 1.3 Đầu cân định lượng hiển thị tải trọng nguyên liệu theo thời gian Đá sét: đá sét được khai thác bằng phương pháp cày ủi hoặc khoan nổ mìn bốc xúc vận chuyển bằng các phương tiện vận chuyển có trọng tải lớn về máy cối búa đập xuống kích thước 75mm (lần 1), sau đó xuống kích thước 25mm (lần 2) bằng máy cán trục Đá sét khi được đập xong sẽ được vận chuyển tới kho đồng nhất sơ bộ bằng băng tải Ở đây tương tự như đá vôi, bãi đá sét cũng sẽ có một máy rải liệu trên mặt đống và một máy rút liệu dưới chân đống Hai máy này sẽ đảm bảo lượng đá sét đưa vào bunke, qua trạm cân định lượng liên tục và chính xác nhất
Quặng Bô-xít và đá Silic(cát): Để đảm bảo chất lượng Clanke, công ty kiểm soát quá trình gia công và chế biến hỗn hợp phối liệu theo đúng các Modun, hệ số được xác định Do đó ngoài đá vôi(chiếm 70%) và đá sét(chiếm 20%), nguyên liệu như quặng Bô-xít (giàu hàm lượng Al2O3) và đá Silic(giàu hàm lượng SiO3) Hai nguyên liệu cũng sẽ được đưa qua trạm cân định lượng để đo lường trước khi được vào các bun ke chứa
Than xít: một lượng nhỏ được cân lượng, nghiền trộn cùng với các nguyên liệu khác thành hỗn hợp bột liệu.
Hình 1.4 Đầu cân định lượng hiển thị trọng lượng than xít trên băng tải
Than đá: là nguyên liệu chính tạo ra nhiệt cung cấp cho lò nung
Clinker Than đá sau khi được khai thác tại các mỏ than được vận chuyển bằng đường sông hoặc đường bộ đến bãi tập kết của nhà máy Tại đây than sẽ được rửa bằng hệ thống bể có trục quay đảo than ở giữa bể Khi đã được rửa sạch thì than sẽ theo băng tải đẩy lên đống Từ đây than sẽ được xúc lên xe trọng tải lớn chuyển tới kho than Kho cũng có máy rải liệu và rút liệu hoạt động Từ đây than trước khi được đưa vào bunke, nó sẽ được cho vào máy nghiền bi với những viên bi sắt Than sẽ được nghiền thành bột mịn và cân định lượng đo lường tấn/phút.
Hình 1.5: Quy trình khai thác than đá
1.3.2 Công đoạn đồng nhất liệu
Công đoạn này người ta dùng hai xi lô đồng nhất, mỗi cái có dung tích
3725 tấn và hai xi lô chứa, mỗi cái dung tích 7600 tấn Khi khởi động công đoạn này thì một trong hai xi lô đồng nhất được nạp đến một nửa Sau đó liệu được nạp vào từng xi lô trong từng khoảng thời gian đặt trước Khi liệu đã được nạp đầy 1 trong 2 xi lô thì tháo từ xi lô đầy xuống xi lô chứa bên dưới theo nguyên tắc: Xi lô đang tháo sẽ không được nạp còn xi lô đang nạp sẽ không được tháo Sự đồng nhất liệu được thực hiện bằng một luồng khí nén thổi ngược từ đáy xi lô khi liệu đang nạp khiến cho vật liệu linh động và được trôn đều Khi tháo, liệu được tháo theo hiệu ứng lỗ chuột, ra khỏi xi lô là liệu cắt qua tất cả các lớp Mỗi xil lô đều có thiết bị đo mức và báo mức đầy đến trung tâm điều khiển về tình trạng của từng xi lô
1.3.3 Công đoạn nung bột liệu thành Clinker
Hình 1.6: Tháp trao đổi nhiệt trong dây truyền sản xuất xi măng
Một tời sảo liệu sẽ đưa bột liệu lên đỉnh tháp trao đổi nhiệt để đổ vào băng tải Băng tải sẽ đưa bột liệu liên tục và lần lượt từ buồng C1 đến buồng C5 Trong buồng sẽ có một chuỗi trục đứng, bột liệu đi qua đây trước khi vào lò nung Tháp trao đổi nhiệt hoạt động theo nguyên lý, nó sử dụng nguồn nhiệt lượng từ lò quay bên dưới bốc lên trên cao Than thô sau khi được nghiền thành bột mịn sẽ được đưa vào 2 ống phun, phun vào đầu lò và cuối lò nung quay Quạt ID sẽ thổi lượng nhiệt liên tục từ lò lên tháp trao đổi nhiệt.Dòng bột liệu từ trên tháp cao dồn xuống sẽ được làm nóng từ dần dần tới khi nung bởi nguồn nhiệt bốc lên theo chiều ngược lại Nhiệt độ từ trên buồng C1 rơi vào khoảng 3000C,đến khi dòng bột liệu xuống tới lò quay thì nhiệt độ sẽ dao động từ 9000C-10000C Các buồng trước nung này sẽ tận dụng được nhiệt lượng tạo ra từ lò, việc làm này sẽ giúp tiết kiệm năng lượng và khiến cho nhà máy thân thiện môi trường hơn Trong thời gian di chuyển dòng bột liệu, các hạt bột rất dễ bị vén cục và có thể gây tắc tại các phễu dưới đáy các buồng Vì tránh trường hợp dòng bột liệu bị tắc, dây truyền đã bố trí các súng bắn khí tại đáy các phễu, các súng bắn khí này sẽ tự động bắn vào dòng bột liệu khi có hiện tượng tắc phễu xảy ra.Than mịn sẽ được quạt thổi tung lên hòa trộn cùng với bột liệu trong lò nung Nhiệt độ cao của lò khiến nguyên liệu nhão ra, ở đây phản ứng hóa học là phản ứng khử Cacbon, thải ra khí CO2 Chuỗi phản ứng hóa học giữa Ca và SiO2 tạo ra sản phẩm CaSiO3 (chính là Clinker).
Hình 1.7: Đầu cân hiển thị lượng than sau khi nghiền được đưa vào lò nung
Hình 1.8 Hệ thống điều khiển sử dụng PLC điều khiển lượng than
Lò nung được coi là khâu quan trọng nhất trong qua trình sản xuất xi măng Có hai dạng lò nung Clinker là dạng lò đứng và dạng lò quay Dây truyền sản xuất Xi măng Lam Thạch II sử dụng dạng lò quay để nung Clinker,dạng lò này khá lớn và có thể quay được có ưu điểm năng suất sản xuấtClinker là liên tục, không ngừng nghỉ và có tính ổn định về chất lượngClinker Lò nhận nhiệt từ bột than được bắn vào lò nung Nhiệt lượng trong lò nung phụ thuộc vào lượng bột than được thêm vào đầu lò và cuối lò Bên ngoài của lò quay, có các camera vào ra theo chu kì soi vào trong lò qua cửa sổ nhỏ để quan sát ngọn lửa trong lò, cũng như nhiệt độ từng đoạn suốt chiều dài thân lò sẽ được cảm biến nhiệt độ đo đạc lại Khi phát hiện nhiệt lượng giảm, hệ thống điều khiển giám sát sẽ tự động thêm than, hoặc người giám sát hệ thống trên phòng điều khiển cũng có thể thao tác bằng tay để thêm than vào lò nung, dựa theo kinh nghiệm chuyên môn Nguyên liệu ở phần thấp nhất của lò thì nó sẽ hình thành xỉ khô
1.3.4 Công đoạn làm mát Clinker và Xi măng thành phẩm:
Sau khi ra khỏi lò, xỉ sẽ được làm mát bằng khí cưỡng bức, xỉ sẽ tỏa ra lượng nhiệt hấp thụ được là từ từ giảm nhiệt, nhiệt lượng mà xỉ tạo ra sẽ được thu lại quay trở lại lò, việc này giúp tiết kiệm năng lượng Xỉ khi được chạy tới cuối lò, sẽ có 8 quạt làm mát thân lò công suất 4 Kw mỗi chiếc Tiếp đến là hệ thống phun nước giàn ghi cung cấp nước cho máy làm nguội nhằm mục đích làm mát, hạ nhiệt độ của Clanke xuống còn 90 0 C Ngoài ra tại đây, còn có 3 động cơ phun dầu thủy lực và các ống dẫn dầu lên trên trục lò quay nhằm bôi trơn cho trục lò quay.
Hình 1.9 Clinker sau khi ra khỏi lò
Hình 1.10: Màn hình HMI của hệ thống phun nước giàn ghi
Hình 1.11: Tủ Điều Khiển của hệ thống phun dầu thủy lực
Hình 1.12: Màn hình HMI của hệ thống phun dầu thủy lực
Sau khi Clinker được làm mát đến nhiệt độ thích hợp, Clinker được đưa vào máy nghiền, nhà máy sử dụng trục cán khác khi nghiền than nung để nghiền Clinker nhỏ thành bột mịn Máy này sẽ nâng năng xuất lên 150 tấn/h so với hơn 100 tấn/h khi nghiền bằng bi sắt Tại đây Clinker sẽ có thể di chuyển theo 2 hướng khác nhau, 1 là nó sẽ được chuyển tới xi-lô chứa Clinker để rót xuống các xe bom vận chuyển đi tiêu thụ ngay, 2 là nó tiếp tục được thêm các phụ gia khác như đá đen, đá xanh, thạch cao cùng các loại phụ gia khác tùy theo loại xi măng mà nhà máy xi măng muốn sản xuất Các loại phụ gia này cũng được các đầu cân đo lường chính xác trước khi đưa vào phối trộn với Clinker
Hình 1.13: Màn hình hiển thị hệ thống bơm dầu thủy lực cho các trục cán
Clinker khi được nghiền thành loại bột mịn có kích thước rất nhỏ, bột Clinker dễ dàng bị phân tán trong không khí vào thoát khỏi hệ thống xi-lô chứa và băng truyền Nếu loại bột này thoát ra ngoài sẽ vừa gây ra thất thoát rất lớn cho công ty, vừa gây ra ô nhiễm môi trường không khí cho các khu vực dân cư và nông nghiệp xung quanh Chính vì lí do này, nhà máy lắp đặt hệ thống máy lọc bụi ở sau công đoạn nghiền than và nghiền Clinker Máy lọc bụi sẽ phóng điện vào các đám hạt bụi Các hạt bụi bị nhiễm điện tích sẽ bị hút xuống bên dưới và tiếp tục được đưa về băng tải để tới xi-lô chứa xi măng chuyển qua công đoạn đóng bao Mặc dù đã được tự động hóa trong quá trình lọc bụi, nhưng hệ thống vẫn có người trực giám sát 3 ca, kiểm tra và ghi lại thông số kịp thời theo từng giờ, nhằm phát hiện sớm sự cố Thông báo về cho phòng điều khiển giám sát trung tâm, phòng giải pháp điều chỉnh, ngăn chặn như tăng giảm điện áp động cơ, ngăn bụi mịn thất thoát ra ngoài môi trường xung quanh.
Hình 1.14: Mô hình hiển thị hệ thống máy lọc bụi điện
1.3.5 Công đoạn đóng bao và vận chuyển xi măng:
Xi măng chứa trong 3 xi-lô tối đa 5000 tấn của nhà máy sẽ được di chuyển tới hai dây truyền đóng bao khác nhau Một dây truyền đóng các bao có trọng lượng 50 kg/bao Xi măng sẽ được đổ vào 2 bunke Từ mỗi bunke, xi măng được chảy ra 8 vòi phun ở phía dưới, khi có bao rỗng dưới vòi thì xi tự động chảy ra, khi đủ xi động cơ cấp liệu sẽ tự dừng ( sau khoảng 3 vòng quay cấp liệu) Các vòi vừa phun vừa xoay xung quanh một trục thẳng đứng, sẽ có công nhân đứng trực máy cho bao vào kẹp dưới các vòi phun xi măng Khi cảm biến cho thấy xi măng ở trong bao đạt trọng lượng yêu cầu, thì máy sẽ tự động đóng bao bằng dây và gạt bao ra khỏi máy đóng bao 8 vòi Bao xi măng sẽ theo băng tải chuyển tới vị trí xe vận chuyển nơi có công nhân bốc xếp hàng
Ngoài dây truyền đóng bao 50 kg/bao, phục cho nhu cầu dân dụng và trong nước Nhà máy còn phát triển thêm dây truyền đóng bao Subo phục vụ cho nhu cầu xuất ra thị trường quốc tế với trọng lượng bao xi măng từ 1-2 tấn Sau khi các bao xi măng Subo được bơm đầy và đóng gói hoàn chỉnh, chúng sẽ được các xe đầu kéo của công ty vận chuyển ra cảng đường sông Hàng Mã xuống tàu trọng tải vừa Những tàu này sẽ chạy ra sông Đá Bạc xuôi xuống cảng Đình Vũ (Hải Phòng), xếp lên các tàu có tải trọng lớn hơn để xuất đi các nước trong khu vực và trên thế giới.
Hình 1.15: Công đoạn đóng bao xi măng thành phẩm
Kết luận: Qua chương này em đã tìm hiểu được lịch sử hình thành và phát triển của nhà máy xi măng Hải Phòng và các công đoạn để sản xuất ra một bao xi măng Chương sau em sẽ tìm hiểu sơ đồ hệ thống trộn đóng bao xi măng và sẽ chỉ tập trung vào công đoạn đóng bao, tính toán lựa chọn các thiết bị sử dụng, lập trình điều khiển và đấu nối thiết bị trong hệ thống đóng bao xi măng.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG BAO XI MĂNG TỰ ĐỘNG24 2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống trộn và đóng bao xi măng
Cấu tạo của máy đóng bao
Mỗi máy đóng bao gồm có nguồn, phễu cấp liệu, van điện từ, hệ thống cân điện từ, băng tải chuyển bao, cơ cấu đỡ và hất bao
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống máy đóng bao tự động
Phễu cấp liệu là nơi lưu trữ và cung cấp nguyên liệu cho máy đóng bao, nó được chế tạo bằng các hợp kim có độ bền cao Trong phễu cấp liệu sẽ có cảm biến để đo mức nguyên liệu trong phễu, sẽ có hai cảm biến đặt ở hai mức là mức đầy và mức cạn, khi cảm biến phát hiện mức nguyên liệu trong phễu thấp thì sẽ bật động cơ để bơm xi măng vào phễu, tránh làm gián đoạn việc đóng bao xi măng.
2.2.2 Cơ cấu nạp liệu vào bao
Khi cảm biến phát hiện bao thì bao được xi lanh kẹp bao tác động để kẹp bao lại, động cơ quay quay về vị trí 1, khi cảm biến vị trí 1 phát hiện bao thì dừng lại sau đó động cơ tuabin cấp liệu quay cánh quạt Xi măng sẽ được đẩy ra ngoài vòi và vào bao xi măng Bao xi măng sẽ có cơ cấu dùng xi lanh để bịt vòi phun lại khi không bơm nữa, tránh xi măng rớt vãi ra ngoài
Hình 2.4: Cơ cấu cấp liệu vào bao Ưu điểm và lợi ích
-Bộ định lượng không cần bảo trì
-Kênh chiết rót được đóng hoàn toàn
-Quy trình chiết rót sạch
-Tuổi thọ hoạt động của vòi rót dài do được dùng những loại vật liệu được cải tiến
-Hộp chiết rót được thiết kế phù hợp ngay cả đối với xi măng có độ mịn cao.
- Hiệu suất hoạt động cao, trong quá trình chiết rót không làm thất thoát sản phẩm nên làm cho lợi nhuận tăng
-Sản lượng cao do thời gian ngừng hoạt động ít hơn
-Giảm chi phí do ít phải vệ sinh và chi phí phụ tùng thay thế thấp
Xilanh cơ cấu nạp liệuVòi cấp liệu
2.2.3 Hệ thống cân điện tử
Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử như sau:
Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ thống cân điện tử
Tuỳ theo yêu cầu và mục đích sử dụng, khối xử lý được dùng là vi xử lý, PLC hoặc máy tính Nếu bộ xử lý xử dụng vi xử lý thì có thể thêm khối dữ liệu truyền về máy tính, có thể thêm khối in ấn hoặc không tuỳ vào mục đích sử dụng.
Dưới tác dụng của khối lượng đặt ở trên, loadcell sẽ chuyển thành tín hiệu điện ở đầu ra Tín hiệu điện này là rất nhỏ do đó nó phải được khuếch đại lên nhiều lần trước khi đưa đến bộ biến đổi tương tự số A/D để chuyển thành tín hiệu số và đưa về bộ xử lý để xử lý theo chương trình có sẵn và hiển thị hoặc in ấn Bộ xử lý cần có thêm bộ nhớ để thêm dữ liệu Bộ biến đổi A/D giữ vai trò quan trọng vì thực chất nó xác định độ nhạy của bộ phận điện tử.
Do tính linh hoạt của bộ xử lý, tuỳ theo mục đích cụ thể mà chương trình viết cho bộ xử lý khác nhau Hệ thống cân này có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực có liên quan đến việc đo khối lượng.
2.2.4 Cơ cấu đỡ, hất bao
Hình 2.6: Cơ cấu đỡ và hất bao
*Cơ cấu đỡ (Support Mechanism):
Cơ cấu đỡ giữ vai trò hỗ trợ và duy trì vị trí của bao xi măng trong quá trình đóng gói.
Nó bao gồm các bộ phận như khung máy, hệ thống truyền động, và các cơ cấu nâng hạ.
Cơ cấu đỡ đảm bảo rằng bao xi măng không bị lệch hoặc đổ trong quá trình đóng gói.
*Cơ cấu hất bao (Bag Kicker Mechanism):
Cơ cấu hất bao gồm 1 pittong đá bao có nhiệm vụ đẩy bao xi măng từ vị trí đóng gói ra khỏi máy.
Khi bao đã được đóng đầy, cơ cấu hất bao sẽ hoạt động để đẩy bao ra khỏi vị trí đóng gói xuống băng tải Điều này giúp bao xi măng được chuyển tới các máng xuất cho ô tô và tàu hoả.
Danh sách các thiết bị dự kiến trong hệ thống
Bảng 2.1: Các cảm biến và plc trong hệ thống
STT Nội dung Đơn vị Số lượng
2 Bộ nguồn 1pha 24 VDC Cái 1
4 Sensor nhận biết bao Cái 1
5 Sensor vị trí bao Cái 2
Bảng 2.2 Các cơ cấu điều khiển trong hệ thống
STT Nội dung Đơn vị Số lượng
3 Pittong cơ cấu cấp liệu Cái 1
STT Nội dung Đơn vị Số lượng
4 Động cơ xoay 3KW Cái 1
5 Động cơ bơm xi măng 2KW
8 Động cơ băng tải 5KW Cái 1
10 Động cơ cấp liệu 4KW Cái 1
Lựa chọn các thiết bị cho máy đóng bao xi măng
2.3.1 Thiết bị mạch lực a Van khí nén
Van khí nén còn thường được gọi với cái tên khác là van đảo chiều khí nén, có vai trò điều khiển việc đóng/mở của các cửa van, cung cấp lượng khí nén cần thiết để đáp ứng yêu cầu vận hành của các thiết bị: bình dầu, điều áp, bộ lọc, xi lanh, … Thiết bị hoạt động dựa trên sự tác động của khí nén, đồng thời được điều khiển bằng điện hoặc cơ.
Van khí nén thường được chế tạo từ các vấn liệu có độ cứng cáp, bền bỉ cao như đồng, inox, thép, …, giúp hạn chế sự oxy hóa, ăn mòn do nhiệt độ, độ ẩm, áp suất cao Tuy vào cách thức bảo quản cũng như tần suất sử dụng mà tuổi thọ trung bình của thiết bị có thể giao động từ 5 đến 10 năm.
*Chức năng Điều chế khí: Bằng cách tận dụng áp lực vào khí quyển, van khí nén giúp kiểm soát tốt áp suất của máy nén Các loại van giảm áp hiện được sử dụng phổ biến cho các thiết bị lưu trữ không khí hoặc các loại máy thu, giúp ngăn ngừa áp lực quá mức Điều khiển hướng
Van khí nén điều khiển hướng có tác dụng điều khiển những dòng khí nén luôn đi đúng hướng, giúp đảm bảo an toàn cho hệ thống, đáp ứng kịp thời yêu cầu vận hành của các thiết bị như điều áp, bộ lọc, xi lanh,… Đây là lí do vì sao mọi hệ thống khí nén hiện nay dù quy mô lớn hay nhỏ, đơn giản hay phức tạp thì việc lắp đặt van khí điều hướng đều là cần thiết Điều khiển dòng chảy
Bên cạnh điều chế khí và điều chỉnh hướng khí, van khí nén còn có tác dụng điều khiển áp lực, lưu lượng dòng chảy, qua đó, giúp quá trình điều khiển tốc độ hoạt động, làm việc của động cơ hay xi lanh bên trong hệ thống motor khí nén được diễn ra một cách thuận tiện, dễ dàng hơn.
*Lựa chọn van khí cho máy đóng bao Để điều khiển piton kẹp bao, pitton đá bao và pitton đẩy 3 loại piton này đều là loại piton 2 trạng thái nên ta dùng van 5/3 là hợp lí vậy lựa chọn van5/3 điều khiển bằng điện và có lò xo hồi tiếp. Để thổi khí thì ta dùng van 3/2 có 2 trạng thái là on và off để đóng và mở khí vậy chọn van 3/2 điều khiển bằng điện. b Xilanh khí nén
Xi lanh khí nén (Pneumatic cylinder) là một thiết bị cơ học sử dụng khí nén làm nguồn năng lượng để tạo ra chuyển động tuyến tính hoặc chuyển động quay Nó hoạt động bằng cách sử dụng chênh lệch áp suất được tạo ra giữa khí nén trong xi lanh và áp suất khí quyển để tạo ra lực, giúp di chuyển pít-tông theo hướng thẳng hoặc hướng quay.
Có hai loại xi lanh là xi lanh tác động đơn và tác động kép
Hình 2.8 Xilanh tác động đơn và xi lanh tác động kép
*Lựa chọn xi lanh khí nén Để lựa chọn các loại xi lanh phù hợp với máy nén khí piston thì người dùng cần nắm rõ thông số kỹ thuật của các loại xi lanh khí nén Thông số xi lanh khí nén quan trọng cần xác định đó là lực đẩy của xi lanh, piston là bao nhiêu kgf/cm2 Từ đó tính toán được đường kính tiết diện sao cho phù hợp với xi lanh.
Công thức tính như sau:
P: Áp suất của khí nén cung cấp vào (kg/cm²)
A: Diện tích của piston máy nén khí theo cm.
Vậy em lựa chọn xi lanh khí nén tròn cho phần van cấp liệu thiết bị có thể vận hành ở mức áp suất thấp nhất là 1.5 bar.
Hình 2.9 Xi lanh c Động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha
Phần tĩnh (stator): Bao gồm lõi thép, dây quấn Stator và vỏ máy.
Phần quay (rotor): Bao gồm lõi thép, dây quấn và trục động cơ
Hình 2.10 Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ Động cơ KĐB gồm 2 loại:
Động cơ KĐB roto lồng sóc
Động cơ KĐB roto dây quấn
Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha
Cấu tạo vận hành đơn giản
Vốn đầu tư ít và chi phí vận hành ít hơn hệ truyền động khác
Quá trình quá độ phức tạp, điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình gặp nhiều khó khăn
*Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha
Khi ta cho dòng điện 3 pha tần số f vào 3 đầu dây quấn Stator sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ n1 Từ trường quay cắt các thanh dẫn của Rotor hình thành nên suất điện động cảm ứng.
Vì dây quấn Rotor nối ngắn mạch nên suất điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn Rotor Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện cảm ứng kéo Rotor quay cùng chiều từ trường quay với tốc độ n.
Do rotor có tốc độ n khác n1 của từ trường quay nên gọi là động cơ không đồng bộ Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt.
*Lựa chọn động cơ: Động cơ xoay 3 KW Động cơ bơm xi măng 2 KW Động cơ băng tải 5 KW Động cơ nạp liệu 4 KW
Bảng 2.3 Các cơ cấu điều khiển sử dụng trong hệ thống
Nội dung Đơn vị Xuất xứ Số lượng
1 Pittong kẹp bao Cái Festo 1
2 Pittong đá bao Cái Festo 1
3 Pittong cơ cấu cấp liệu Cái Festo 1
4 Động cơ xoay 3KW Cái 1
5 Động cơ bơm xi măng 2KW
9 Động cơ băng tải 5KW Cái 1
11 Động cơ nạp liệu 4KW Cái 1
2.3.2 Thiết bị mạch điều khiển a Chọn PLC và Module mở rộng
Do đề tài cần 9 đầu vào DI, 11 đầu ra DQ và 1 đầu vào analog để đo tín hiệu cảm biến loadcell nên em chọn PLC s7-1200 1214 DC/DC/RLY và module mở rộng Module 6ES7222-1BF32-0XB0 Siemens là hợp lý
*PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/RLY
-Tên thiết bị: PLC Siemens S7-1200 CPU 1214c dc/dc/rly 6es7214-1hg40- 0xb0
Mã sản phẩm: 6es7214-1hg40-0xb0
CPU 1214c được thiết kế dưới dạng module nhỏ gọn với bộ điều khiển hiệu suất cao :
- Gồm 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau.
- Bộ chuyển mạch Ethernet với 4 cổng có thể thực hiện các cấu trúc liên kết mạng.
- Board mạch mở rộng tín hiệu có thể gắn trực tiếp trên cpu mà vẫn giữ nguyên không gian lắp đặt, mang lại sự tiện dụng.
- Module giám sát tình trạng để phát hiện sớm các hư hỏng cơ học.
- Bộ nguồn ổn định ps 1207, điện áp đường dây 115/230 v ac và điện áp danh định 24 v dc.
- Dễ dàng gắn với các module trên thanh din tiêu chuẩn hoặc trong bảng điều khiển.
- Được thiết kế vỏ nhựa chắc chắn nhỏ gọn, các thiết bị đầu cuối có thể tháo rời.
- Phần điều khiển kết nối được bảo vệ bởi các nắp phía trước.
* Module 6ES7222-1BF32-0XB0 Siemens
Hình 2.12 Module 6ES7222-1BF32-0XB0
Cấu ình chi tiết module 6ES7222-1BF32-0XB0 Siemens
SIMATIC S7-1200, Đầu ra kỹ thuật số SM 1222, 8 DO, 24 V DC, bóng bán dẫn 0,5 A Đặc điểm nổi bật module 6ES7222-1BF32-0XB0 Siemens
- 1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB)
- 0, 2 hoặc 8 mô đun tín hiệu (SM) tùy vào dòng CPU lần lượt CPU 1211C, CPU 1212C, và CPU 1214C
- Có thể có lớn nhất 3 modun truyền thông (CM)
- Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn
- Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở
- Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo
- Hỗ trợ 16 kết nối ethernet
- TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol b Cảm biến nhận biết bao Để nhận biết bao khi được đưa vào khâu đóng bao thì em sẽ dùng cảm biến quang để phát hiện bao
Cảm biến quang thu phát chung là một loại cảm biến quang được thiết kế để phát ra ánh sáng và thu nhận nó sau khi nó tương tác với các vật thể trong môi trường xung quanh Điều này cho phép cảm biến phát hiện sự hiện diện hoặc vị trí của các vật thể mà không cần tiếp xúc với chúng
Thông thường, cảm biến quang thu phát chung bao gồm ba bộ phận chính:
Bộ phận phát sáng: Thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng được phát ra theo dạng xung Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng).
Lập trình điều khiển
- Sau khi công nhân gá bao, cảm biến phát hiện bao có tín hiệu Khi đó Pitton kẹp bao tác động kẹp bao lại và động cơ quay bao đến vị trí 1 Cảm biến vị trí 1 có tín hiệu, bơm xi măng và van cấp liệu (Pitton cơ cấu nạp liệu) mở.
Sau 7s nếu cân không đủ mức khối lượng ở mức KL1, bơm xi măng và van cấp liệu ngắt, đèn báo lỗi sáng Ấn nút Reset để chạy lại, lúc này sục khí mở.
Nếu cân đủ mức KL2 bơm xi măng, van cấp liệu và sục khí ngắt, động cơ quay quay bao tới vị trí 2 Khi bao quay đến vị trí 2, cảm biến vị trí 2 có tín hiệu Pitton kẹp bao ngắt, sau 0.1s thì đá bao.
- Khi ấn nút Thử vòi thì bơm xi măng chạy, van cấp liệu và sục khí sẽ mở Ấn Reset để tắt.
Hình 2.27 Sơ đồ cấu trúc
Hình 2.28 Lưu đồ thuật toán
Tín hiệu/Nút bấm Chân PLC
Pitton kẹp bao Q0.1 Động cơ nạp xi măng Q0.2
Pitton cơ cấu nạp liệu Q0.3
Sục khí đầu vòi Q0.4 Động cơ quay Q0.5
Băng tải Q0.6 Đèn báo chạy Q0.7 Đèn báo dừng Q1.0 Đèn báo lỗi Q1.1 Động cơ nạp liệu Q8.0
Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển
Hình 2.29 Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển
Sơ đồ đấu nối mạch lực
Hình 2.30 Sơ đồ đấu nối van khí
Hình 2.31 Sơ đồ đấu nối động cơ
Chương trình FC_AUTO[FC1]
Chương trình FC_DOC_VE_ANALOG[FC3]
Chương trình FC_OUTPUT[FC4]
Chương trình FC_SIMALATION[FC5]
2.4.4 Xây dựng giao diện điều khiển giám sát
Màn hình điều khiển giám sát SCADA công đoạn đóng bao xi măng
Hình 2.33 Màn Hình SCADA điều khiển giám sát khi gá bao vào
Khi công nhân gá bao vào, cảm biến phát hiện bao có tín hiệu, xi lanh kẹp bao tác động kẹp bao lại, lúc này băng tải cũng được bật lên, động cơ quay quay về vị trí 1.
Hình 2.34 Màn Hình SCADA điều khiển giám sát khi ở vị trí 1
Khi động cơ quay quay tới vị trí 1, cảm biến vị trí 1 có tín hiệu, lúc này thì bơm xi măng và van cấp liệu mở để đưa xi măng vào bao
Hình 2.35 Màn Hình SCADA khi ở vị trí 2
Sau khi bao xi măng đạt đủ khối lượng ở mức 2, bơm xi măng và van cấp liệu đóng, động cơ quay quay tới vị trí 2, khi cảm biến vị trí 2 có tín hiệu xi lanh kẹp bao ngắt, xi lanh đá bao hoạt động đá bao xuống băng tải.
Hình 2.36 Màn Hình SCADA khi phát hiện bao lỗi
Khi khối lượng bao sau khoảng thời gian đã đặt không đủ khối lượng, lúc này đèn báo lỗi sáng, bơm xi măng, van cấp liệu và băng tải ngắt.
Hình 2.37 Màn Hình SCADA khi nhấn nút Reset
Sau khi hệ thống báo lỗi thì nhấn nút Reset, lúc này bơm xi măng, van cấp liệu, băng tải và sục khí bật, tiếp tục bơm xi măng vào bao.
Hình 2.38 Màn Hình SCADA khi hết liệu ở bồn chứa liệu
Khi cảm biến cạn có tín hiệu, lúc này bơm cấp liệu mở, bơm xi măng vào bồn chứa liệu.
Kết luận và hướng phát triển
Trong quá trình tìm hiểu và hoàn thiện đồ án em đã đạt được những kết quả sau:
- Tìm hiểu tổng quan được về nhà máy xi măng Hải Phòng và các quy trình để sản xuất xi măng
- Thiết kế được hệ thống đóng bao xi măng tự động
- Thiết kế được giao điện điều khiển giám sát WINCC
Do thời gian thực hiện đồ án có hạn và đồ án đang ở dạng mô phỏng nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sau sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến chân thành của các thầy cô giáo trong hội đồng để có thể làm cho đồ án của em hoàn thiện hơn.
*Đề xuất hướng phát triển của đồ án: Phát triển thêm hệ thống bắn bao tự động vào pitton nhận bao.
