báo cáo đồ án ii thiết kế hệ thống băng cân định lượng trong nhà máy xi măng

Bài báo cáo này chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu, thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống tự động bang cân định lượng cho một công đoạn của nhà máy xi măng.. Cân băng định lượng là một hệ t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN oOo

BÁO CÁO ĐỒ ÁN II

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGTRONG NHÀ MÁY XI MĂNG.

GVHD : PGS.TS.BÙI ĐĂNG THẢNH

SINH VIÊN THỰC HIỆN: MSSVNGUYỄN ĐỨC MẠNH 20166426VŨ MINH CHIẾN 20165811

Hà Nội, 12/2019

Trang | 0

LỜI NÓI ĐẦU

Tự động hóa là một lĩnh vực đã được hình thành và phát triển rộng lớn trên phạm vi toàn thế giới, nó đem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các sản phẩm có chất lượng và độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếutrong cuộc sống Ở nước ta, lĩnh vực tự động hóa đã được Đảng và Nhà nước quan tâm và đầu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nền kinh tế theo định hướng công nghiệp hóa – hiện đại hóa Ngày nay, quá trình tự động hóa đã được sử dụng trong hầu hết tất cả các nhà máy, công xưởng với mục đích nâng cao năng xuất, tăng hiệu quảlàm việc, giảm chi phí nhân công cũng như đảm bảo an toàn cho con người Bài báo cáo này chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu, thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống tự động bang cân định lượng cho một công đoạn của nhà máy xi măng.

Xi măng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Phần lớn được sử dụng trong xây dựng, ngoài ra nó còn được dùng để tạo hình điêu khắc,sản xuất đồ dùng như bàn, ghế, chậu cây… Trong giai đoạn đất nước xây dựng phát triển, nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng là đặc biệt quan trọng, qua đây ta có thể thấy tầm quan trọng và nhu cầu sử dụng của loại nguyênliệu này là rất lớn.

Vậy, để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm bắt buộc nhà máy phải áp dụng kĩ thuật điều khiển, tự động hóa vào quá trình sản xuất Trongsản xuất xi măng, gồm 6 công đoạn, chúng ta sẽ tìm hiểu trong bài báo cáo Trong đó công đoạn quan trọng và phức tạp nhất là công đoạn phối liệu, nhằm cung cấp nguyên liệu đầu vào, quyết định đến chất lượng sản phẩm Sau đây chúng ta cùng đi vào bài báo cáo để tìm hiểu chi tiết hơn về quá trình thiết kế điều khiển tự động cho công đoạn phối liệu của quá trình sản xuất xi măng.

Trang | 1

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG TRONG NHÀ MÁY 4

1.1.Nguyên liệu sản xuất xi măng 4

1.1.1.Chi tiết các thành phần hóa của clinke xi măng Poolăng 4

1.1.2 Nhóm phụ gia điều chỉnh các hệ số 5

1.2 Các công đoạn trong sản xuất xi măng 6

1.2.1 Tách chiết nguyên liệu thô 6

1.2.2 Phân chia tỉ lệ, trộn lẫn và nghiền 7

1.2.3 Trước khi nung 7

1.2.4.Giai đoạn trong lò 7

1.2.5 Làm mát và nghiền thành phẩm 8

1.2.6 Đóng bao và vận chuyển 8

1.3.Công đoạn phối liệu trong nhà máy xi măng 8

CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 10

2.1 Giới thiệu về hệ thống cân băng định lượng 10

2.1.1 Nguyên lý hoạt động 11

2.2 Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lượng 12

2.3 Giới thiệu chung về PLC S7-300 và phần mềm lập trình S7-300. 13

2.4: Giới thiệu chung về phần mềm mô phỏng và giám sát wincc 18

CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH CHO PLC S7-300 TRÊN STEP 7 21

3.1 Tín hiệu đầu vào/đầu ra 21

3.2 Lập sơ đồ khối 21

3.3: Viết chương trình trên step7 25

Trang | 2

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN WINCC 29

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNGTRONG NHÀ MÁY.

1.1.Nguyên liệu sản xuất xi măng.

Xi măng ( tiếng pháp: ciment) là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nghiền nát mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia Khi tiếpxúc với nước thì xảy ra phản ứng thủy hóa và tạo thành dạng hồ gọi là hồ xi măng Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măngbắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất kết dính thủy lực.

Xi măng là chất kết dính thủy lực quan trọng nhất hiện nay, sử dụng làmvật liệu xây dựng và được tiêu thụ nhiều.

Thành phần hóa học của phối liệu nung clinker gồm 4 oxit chính: CaO,

các oxit trên

CaO thường do đá vôi cung cấp.

đất sét.

+ Tham gia tạo tất cả các khoáng chính của clinker XMP.

+Nhiều CaO sẽ đóng rắn nhanh, mác cao, kém bền trong môi trường xâmthực( xói mòn).

+Hàm lượng 17-26%.Trang | 4

+Tham gia tạo các nhóm khoáng silicat ( khoáng khó nóng chảy) của clinker XMP.

Al2O3

+Hàm lượng 4-10%.

+Tham gia tạo các khoáng nóng chảy ( aluminat canxi và alumoferit canxi).

xâm thực, tăng độ nhớt pha lỏng clinker.

Fe2O3

+Hàm lượng 0.1-5%.

+Chủ yếu tham gia tạo khoáng nóng chảy alumoferit canxi.

giảm độ nhớt pha lỏng clanker, giảm nhiệt độ nung clinker.

R O2

+Ở nhiệt độ cao bay hơi một phần, một phần tham gia phản ứng tạo các khoáng chứa kiềm.

màu( nếu dùng làm vữa trát), ăn mòn cốt thép.

+Hàm lượng 0-1%.

thấp gây hại cho hệ thống lò( chủ yếu lò có hệ cyclon trao đổi nhiệt).

chất khoáng hóa và xây dựng sau này của xi măng.

1.1.2 Nhóm phụ gia điều chỉnh các hệ số.

Trang | 5

-Phụ gia khoáng hóa: dùng chủ yếu trong xi măng lò đứng, sử dụng các chất có chứa flo như CaF , Na22SiF 6

- Thạch cao: nhằm điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng.

-Phụ gia xi măng: trộn thêm nhằm sản xuất các loại xi măng có mác khác nhau.

1.2 Các công đoạn trong sản xuất xi măng.

1.2.1 Tách chiết nguyên liệu thô.

Sản xuất xi măng sẽ sử dụng các nguyên liệu thô là canxi, silic, sắt và nhôm Những thành phần này lấy trong đá vôi, đát sét và cát Xi măng có hỗn hợp cát và đất sét với tỉ lệ nhỏ Và đương nhiên trong cát và đất sét thìcó thể đáp ứng nhu cầu về silic, sắt và nhôm.

Đá vôi: được khai thác bằng phương pháp khoan nổ, cắt tầng theo đúng quy trình và quy hoạch khai thác, sau đó đá vôi được xúc và vận chuyển tới máy đập búa bằng các thiết bị vận chuyển có trọng tải lớn, tại đây đá vôi được đập nhỏ thành đá dăm cỡ 25x25 và vận chuyển bằng băng tải về kho đồng nhất sơ bộ rải thành 2 đống riêng biệt, mỗi đống khoảng 15000 tấn.

Đất sét: được khai thác bằng phương pháp cày ủi hoặc khoan nổ mìn và bốc xúc vận chuyển bằng các thiết bị vận tải có trọng tải lớn về máy đập búa Đá sét được đập bằng máy đập búa xuống kích thước 75mm (đập lần 1) và đập bằng máy cán trục xuống kích thước 25mm( đập lần 2) Sau đập đá sét được vận chuyển về rải thành 2 đống riêng biệt trong kho đồng nhất sơ bộ, mỗi đống khoảng 6600 tấn.

Quặng và phụ gia điều chỉnh: để đảm bảo chất lượng clanker, 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 và đát sét còn có các

Trang | 6

Hình 1.1 Nhà máy sản xuất xi măng

1.2.2 Phân chia tỉ lệ, trộn lẫn và nghiền.

Nguyên liệu thô từ quặng sẽ được chuyển đến các phòng thí nghiệm của nhà máy, ở đây sẽ giúp nhà máy phân tích,phân chia tỉ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét trước khi bắt đầu nghiền Tỉ lệ thông thường là đá vôi(80%) và đất sét (20%).

Tiếp đến mới đến nhiệm vụ của nhà máy đó là nghiền hỗn hợp nhờ vào các con lăn quay và bàn xoay Bàn xoay quay liên tục dưới con lăn và con lăn tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp Con lăn sẽ nghiền hỗn hợp thành bột mịn và khi đó thì con lăn đã hoàn thành nhiệm vụ Hỗn hợp nguyên liệu thôsẽ được dự trữ trong đường ống sau khi đã nghiền hỗn hợp thành bột mịn.

1.2.3 Trước khi nung.

Sau khi được nghiền hoàn chỉnh, nguyên liệu được đưa và buồng trướckhi nung Buồng này chứa một chuỗi các buồng xoáy trục đứng, nguyên liệu thô đi qua đây và vào trong lò nung Buồng trước nung này tận dụng nhiệt tỏa ra từ lò, việc làm này sẽ giúp tiết kiệm năng lượng và khiến cho nhà máy thân thiện với môi trường hơn.

1.2.4.Giai đoạn trong lò.

Lò khá lớn và có thể xoay được và nó cũng được coi là phần quan trọng nhất của quá trình sản xuất xi măng Trong lò nhiệt độ có thể lên tới 14500C Nhiệt độ này đạt được là bắt nguồn từ phản ứng hóa học gọi là Trang | 7

phản ứng khử Cacbon và phản ứng này còn thải ra khí CO Nhiệt độ cao 2trong lò làm cho nguyên liệu nhão ra.

đá Khi nguyên liệu ở phần thấp nhất của lò nung thì nó sẽ hình thành lên xỉ khô.

1.2.5 Làm mát và nghiền thành phẩm.

Sau khi ra khỏi lò, xỉ sẽ được làm mát nhờ vào khí cưỡng bức, xỉ sẽ tỏara lượng nhiệt hấp thụ được làm từ từ giảm nhiệt, lượng nhiệt mà xỉ tỏa ra sẽ được thu lại quay trở vào lò,việc làm này giúp tiết kiệm được năng lượng Tiếp đến là giai đoạn nghiền hoàn chỉnh, nó chính là các viên bi sắt,giúp nghiền bột mịn ra, và loại bột mịn mà chúng ta nhìn thấy và đang sử dụng chính là xi măng.

1.2.6 Đóng bao và vận chuyển.

Sau khi nghiền thành bột chúng được đóng bao với trọng lượng 25kg/túi, sau đó chúng được đi phân phối tới các cửa hàng rồi đến tay người tiêu dùng.

20-1.3.Công đoạn phối liệu trong nhà máy xi măng.

Chính là công đoạn trước khi nung Sau khi được nghiền hoàn chỉnh, nguyên liệu được đưa vào buồng trước khi nung Buồng này chứa một chuỗi các buồng xoáy trục đứng, nguyên liệu thô đi qua đây và vào trong lònung Buồng trước nung này tận dụng nhiệt tỏa ra từ lò, việc này làm giúp tiết kiệm năng lượng và khiến cho nhà máy thân thiện với môi trường hơn.

Trang | 8

Hình 1.2 Phối liệu tron nhà máy sản xuất xi măng.

Trang | 9

CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ TRỌN HỆ THỐNGCÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG.

2.1 Giới thiệu về hệ thông cân băng định lượng.

Cân băng định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử.Nó có thể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm ngay trên hệ thống băng truyền cấp liệu Điều này giúp cho quá trình hoạt động sản xuất của doanh nghiệp diễn ra liên tục, đảm bảo được khối lượng thành phần nguyên liệu cho sản phẩm là đạt chuẩn Từ đó giúp cho chất lượng sản phẩm đầu ra tốt nhất, đạt tiêu chuẩn cao và mang lại nhiều giá trị hơn.

Cân băng định lượng gồm có những thành phần cấu tạo chính sau đây:

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng.*Hệ thống khung cơ khí:

+Phễu chứa và cấp liệu.+Hệ thống con lăn băng tải.+Băng tải vận chuyển nguyên liệu.+Một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ khác.*Hệ thống cảm biến, điều khiển:

+Thiết bị cảm biến trọng lượng ( loadcell cân băng định lượng).+Thiết bị cảm biến tốc độ.

+Bộ chỉ thị điều khiển.+Biến tần.

Trang | 10

+Động cơ truyền động.*Hệ thống điều khiển tự động hóa:

+Hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm.+Phần mềm điều khiển cân băng định lượng.

Dựa vào nhu cầu của doanh nghiệp sẽ lựa chọn cho mình một hệ thống cân băng phù hợp.

2.1.1 Nguyên lý hoạt động.

Hệ thống cân băng được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật rắn Vật liệu rắn được tháo ra từ các silo Bề dầy của vật liệu trên băng tải thường được trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi Lưu lượng vật liệu có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh tốc độ của băng tải.

Nguyên lý: Động cơ quay kéo theo hộp giảm tốc làm quay băng tải hoạtđộng đưa nhiên liệu xuống băng tải để vào máy nghiền Liệu sẽ tác động lên tế bào cân và tín hiệu từ tế bào cân sẽ đưa vào tủ điện điều khiển Tại đây nhờ bộ biến tần điều khiển tốc độ quay băng tải theo giá trị cần thiết Hệ thống định lượng được điều khiển nhờ PLC được sử dụng ở nhà máy xi măng bao gồm 4 băng cân giống nhau để cân 4 loại liệu: đá vôi, đá sét, đá bazan và quặng sắt.

Mỗi băng cân tải được lắp các đầu cân điện tử để đo trọng lượng m( loadcell) trên băng và có đầu đo tốc độ để đo vận tốc dài cảu băng Vì băng tải cân ngắn, tốc độ từ động cơ đến băng tải truyền qua hộp số cứng nên tốc độ băng tải được đo qua tốc độ động cơ Các tín hiệu m và v đượcđưa vào máy tính thông qua bộ chuyển đổi A/D và máy tính sẽ tính năng

biến tần nhằm đảm bảo duy trì ổn định các thông số trên theo giá trị đặt trước.

Như vậy để đo lưu lượng vận chuyển trên băng tải phải đo được hai thông số: tốc độ chuyển động của băng tải và mật độ liệu Trong quá trình sản xuất khi mà lượng liệu trên băng tải ít, để nhận biết điều này nhờ cảm biến loadcell tác động, cùng với tín hiệu từ cảm biến tốc độ chuyển động của động cơ ( băng tải) được Encoder đưa về bộ xử lý trung tâm và so sánh với lượng định mức để đưa tín hiệu mở van xả liệu Nếu mở van xả liệu mà vẫn chưa đạt yêu cầu thì phải kết hợp điều chỉnh tốc độ băng tải.Trang | 11

Hình 03: Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải.

2.2 Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lượng.

Hệ thống cân băng định lượng thực hiện định lượng liệu theo một tỉ lệ nhất định đòi hỏi độ chính xác, công việc này thực hiện được nhờ vào nhiều bộ phận cấu thành, mà trong đó bao gồm một số phần tử đo lường, điều khiển và giám sát sau:

*Máy tính:

Máy tính được đặt tại phòng điều khiển trung tâm, có chức năng: cho phép kĩ thuật viên giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống để điều khiển quá trình, hiển thị báo cáo về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo

Trang | 12

Cơ cấuđiều khiển

Điều chỉnh

Khuếch đại

Độngcơ

Chỉ thị tốc độ

Khuếch đại

Biến tầnCCĐK 2

lường dưới dạng các trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, thu thập dữ liệu và đưa vào lưu trữ theo trang nhất định.

*PLC:

PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần để điều khiển tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần truyền về lại cho máy tính xử lý.

*Biến tần:

Biến tần sử dụng phương pháp điều khiển vector từ thông, thực hiện các lệnh điều khiển của máy tính thông qua PLC hoặc trực tiếp từ PLC Biến tần cũng nhận tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ để thực hiện tính toáncác thông số k của luật điều khiển PID nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến nhanh đến giá trị mong muốn.

*Động cơ điện xoay chiều ba pha:

Động cơ này có nhiệm vụ chính là truyền chuyển động chính cho băngtải.

* Hộp số:

Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền chuyển động giữa động cơ với băng tải và các con lăn Nó gồm bộ phận truyền bánh răng hay trục vít để giảm số vòng quay và truyền công suất tới các cơ cấu chấp hành * Cảm biến:

Cảm biến đóng vai trò quan trọng, là đầu vào của PLC, mục đích là cântrọng lượng liệu được vận chuyển và đo tốc độ của băng tải.

Trong cân băng tải người ta thường sử dụng cảm biến trọng lượng loadcell và cảm biến vận tốc Enceder.

*Các bộ biến đổi ADC,DAC

Là các thiết bị biến đổi tín hiệu tương tự-số, số- tương tự để giao tiếp giữa máy tính với đối tượng điều khiển.

- PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình.

- Thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung các tính năng mới- Kết cấu theo kiểu các module sắp xếp trên các thanh rack.

Trang | 13

Ứng dụng:

Ứng dụng trong sản xuất và dân dụng như:- Điều khiển robot công nghiệp

- Hệ thống xử lý nước sạch- Điều khiển trong các cẩu trục- Điều khiển dây chuyền băng tải.- Máy chế tạo công cụ

- Máy dệt may v.v

CPU S7-300

- Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm,cổng truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard.- PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lýcó trong CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…- Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chínhlà phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiệndụng được cài đặt sẵn trong hệ điều hành Các loại CPU này được phânbiệt với các CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ DP Ví dụ Module CPU314C-2DP…

Trang | 14

Các khối chức năng bên ngoài CPU S7-300

Các CPU khác nhau thì các thành phần trên không giống nhau, cụ thể cácthành phần trong từng module như hình dưới:

Sự khác nhau các khối bề ngoài của CPU S7-300Một số đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300

Trang | 15