Luận văn tự động hóa xí nghiệp Nghiên cứu hệ thống Trang bị điện – Tự động hóa trên dây chuyền sản xuất xi măng. Ứng dụng PLC S7300 vào điều khiển hệ thống cân băng định lượng trong công đoạn nghiền liệu sống tại nhà máy xi măng La Hiên

Ứng dụng PLC S7 – 300 vào điều khiển hệ thống cân băng định lượng trong công đoạn nghiền liệu sống tại nhà máy xi măng La Hiên”.. Sau khi xác định tỷ lệ phần trăm của các chất, liệu được

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay sản phẩm công nghiệp đang đóng một vai trò rất quan trọng trongnền kinh tế quốc dân Đặc biệt là những thành tựu khoa học kỹ thuật lại đang pháttriển mạnh mẽ và được áp dụng phổ biến, rộng rãi vào lĩnh vực công nghiệp Nhậnthức được tầm quan trọng của vấn đề này có ảnh hưởng lớn như thế nào đến vậnmệnh phát triển của đất nước Nhà nước ta đang ra sức đào tạo và nghiên cứu khoahọc kỹ thuật, khuyến khích đầu tư nhằm thúc nhanh mục tiêu công nghiệp hoá, hiệnđại hoá đất nước Đối với mọi quốc gia nói chung và nước ta nói riêng thì nhữngngành đóng vai trò then chốt của nền kinh tế là: Điện, than, dầu khí và ngành côngnghiệp xi măng cũng không nằm ngoài chiến lược phát triển kinh tế Công nghiệp ximăng góp phần thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, xâydựng cơ sở hạ tầng phục vụ dân sinh

Để nâng cao chất lượng sản phẩm, số lượng sản phẩm cũng như hỗ trợ chocon người những công việc phức tạp, ngành tự động hoá đã ra đời và mang lại hiệuquả rất cao đáp ứng hoàn toàn những yêu cầu đó của con người Tự động hoá là mộtlĩnh vực đã được hình thành và phát triển rộng lớn trên phạm vi toàn thế giới, nóđem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các sản phẩm có chất lượng và độ phứctạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống Với sự phát triển của khoa họccông nghệ như hiện nay thì việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC để tự độnghóa quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng năng suất lao động, giảm sức người,nâng cao chất lượng sản phẩm đang là một vấn đề cấp thiết và có tính thời sự cao

Là sinh viên của chuyên ngành tự động hóa, sau thời gian học tập và nghiêncứu tại Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, chúng em đã được

nhận đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu trang bị điện – tự động hóa trên dây truyền sản xuất xi măng Ứng dụng PLC S7 – 300 vào điều khiển hệ thống cân băng định lượng trong công đoạn nghiền liệu sống tại nhà máy xi măng La Hiên” Đồ án với mục đích tìm hiểu công nghệ sản xuất xi măng và nghiên cứu ứng

dụng của bộ điều khiển PLC trong sản xuất trong nhà máy xi măng La Hiên – TháiNguyên, đây là một nhà máy hiện nay đã có mức tự động hóa được nâng lên rất cao

với việc sử dụng thiết bị điều khiển PLC S7-300 cùng với các thiết bị khác của hãngSIEMENS.

Trong quá trình tiến hành làm đồ án, mặc dù được sự hướng dẫn tận tình củagiáo viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Thị Mai Hương và bản thân chúng em cũng đã

cố gắng tham khảo tài liệu và tìm hiểu thực tế trong nhà máy nhưng do thời gian vàkinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Em mongnhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quý báu của các thầy cô vàcác bạn để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của giáo viênhướng dẫn Th.S Nguyễn Thị Mai Hương, cùng toàn thể các thầy cô trong khoa, nhàtrường và các bạn đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái nguyên, ngày 21 tháng 5 năm 2012

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Tiến Văn

PHẦN I CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

1.1 Lịch sử ngành xi măng thế giới và Việt Nam:

Năm mươi thế kỷ trước, người Ai Cập đã dùng rơm trộn với đất sét để tạo ranhững viên gạch khô và sử dụng vữa vôi với thạch cao làm chất kết dính (cement)

để xây dựng các kim tự tháp Đến thế kỷ XII, người La Mã đã phát minh ra xi măng

La Mã để xây dựng các đấu trường, các đền thờ các vị thần ở Rome mà đến nay vẫncòn làm thế giới kinh ngạc Vào giữa thế kỷ XVIII, John Smeaton (người Anh) đãtìm ra xi măng thuỷ lực để xây dựng hải đăng Eddystone nổi tiếng và đến giữa thế

kỷ XIX Joseph Aspdin (cũng là người Anh) đã phát minh ra quá trình công nghệsản xuất xi măng Poóc lăng mà nhờ đó các công trình xây dựng ngày càng pháttriển hơn, bền vững hơn

Nhờ có xi măng Poóc lăng mà ở thế kỷ XX người ta có thể tạo nên các kết cấuxây dựng lớn và vĩ đại như nhà hát Champs Elise ở Paris, đập nước lớn Hoover Dam ởbang Nevada – Mỹ, đập Itaipu ở giữa Brazil – Paraguay – Achentina, đập thuỷ điệnTam Hiệp lớn nhất thế giới ở Trung Quốc và tháp đôi Petronas (cao 458 mét) ởMalaysia Công trình xây dựng là biểu tượng cho sự phát triển công nghệ của loàingười và nó gợi lại giá trị của nền văn minh nhân loại

Ở Việt Nam, công nghiệp xi măng đã hình thành và phát triển hơn 100 năm,bắt đầu từ năm 1899 bằng việc xây dựng nhà máy xi măng lò đứng đầu tiên tại HảiPhòng Từ năm 1924 đến năm 1930 đã xây thêm 3 dây chuyền lò quay phươngpháp ướt theo công nghệ của Pháp Sau ngày hoà bình lập lại, nhà nước ta đã đầu tưtại nhà máy xi măng (XM) Hải Phòng thêm 6 dây chuyền lò quay sản xuất theophương pháp ướt với thiết bị của F.S Smidth (Đan Mạch) và công nghệ củaRumani cung cấp Ở miền Nam năm 1964, nhà máy XM Hà Tiên được xây dựngvới 2 lò quay phương pháp ướt do hãng Venot-pic của Pháp cung cấp

Ngay từ năm 1975 sau khi thống nhất, để đáp ứng nhu cầu xây dựng tái thiết

và phát triển đất nước, chính phủ đã quyết định xây dựng thêm các nhà máy ximăng mới có công suất lớn, đầu tiên là nhà máy XM Bỉm Sơn (Thanh Hoá) có côngsuất 1,2 triệu tấn/năm với 2 dây chuyền thiết bị lò quay phương pháp ướt của Liên

Xô, sau đó là nhà máy XM Hoàng Thạch (Hải Dương) công suất 1,1 triệu tấn/nămvới 1 dây chuyền lò quay phương pháp khô hiện đại, thiết bị do F.S Smidth cungcấp Từ năm 1986 đến nay, công cuộc đổi mới đã tạo đà cho sự phát triển nhanhchóng và mạnh mẽ của đất nước, nhu cầu xây dựng ngày càng tăng đòi hỏi ngànhcông nghiệp xi măng phải tiếp tục đầu tư và phát triển Hàng loạt nhà máy xi măng

lò quay phương pháp khô hiện đại đã được xây dựng và đi vào sản xuất như nhàmáy XM Chinfon (Hải Phòng) 1,4 triệu tấn/năm, XM Bút Sơn (Hà Nam) 1,4 triệutấn/năm, XM Nghi Sơn (Thanh Hoá) 2,15 triệu tấn/năm, XM Hoàng Mai (Nghệ An)

2 triệu tấn/năm, XM Vân Xá (Huế) 0,5 triệu tấn/năm, XM Sao Mai (Hà Tiên) 1,76triệu tấn/năm và 55 cơ sở sản xuất xi măng lò đứng ở khắp cả nước với tổng côngsuất hơn 3 triệu tấn/năm Bên cạnh đó, các nhà máy cũ cũng được đầu tư mở rộnghoặc cải tạo nâng cấp như XM Hoàng Thạch 2 (1,4 triệu tấn/năm), XM Bỉm Sơn 2(1,4 triệu tấn/năm) Sự phát triển của ngành xi măng đã đáp ứng nhu cầu xây dựngngày càng nhiều của đất nước và đập thuỷ điện Hoà Bình – “công trình thế kỷ”, cầuThăng Long, cầu Mỹ Thuận, sân vận động quốc gia Mỹ Đình v.v đã trở thànhniềm tự hào của nhân dân ta

1.2 Xi măng và công nghệ sản xuất xi măng:

1.2.1 Khái niệm xi măng:

Xi măng là một loại khoáng chất được nghiền mịn, khi tiếp xúc với nước thìxảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng Tiếp đó,

do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kếtsau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ

và độ ổn định nhất định

1.2.2 Quy trình sản xuất xi măng:

Nhìn chung quá trình sản xuất xi măng gồm những công đoạn cơ bản sau:

Khai thác nguyên liệu Gia công sơ bộ nguyên liệu Nghiền, sấy phôi liệu sống

Nung Clinker

Hình 1.1: Sơ đồ công đoạn sản xuất xi măng

Khai thác nguyên liệu:

Xác định nguồn nguyên nhiên liệu, thăm dò địa hình và đánh giá chất lượng,

tổ chức khai thác

Gia công sơ bộ nguyên liệu:

Đá vôi, đất sét, quặng sắt… được vận chuyển từ mỏ khai thác về nhà máythường ở dạng viên tảng có kích thước lớn, nên phải được đập nhỏ trước để tiện choviệc nghiền, sấy khô, chuyển tải và tồn trữ

Vật liệu sau khi được đập nhỏ và có độ hạt đồng đều nên giảm được hiệntượng phân ly của độ hạt khác nhau trong quá trình vận chuyển và tồn trữ, có lợicho việc tạo ra thành phần liệu sống và sự phối liệu được chính xác Nhưng trongsản xuất xi măng độ hạt của vật liệu là hạt vừa, nếu hạt quá nhỏ sẽ làm cho hệ thốngđập nhỏ phức tạp thêm

Nghiền, sấy phối liệu sống:

Phối liệu đã được định lượng gồm đá vôi, đất sét sẽ được nạp vào máy nghiềnđứng Tại đây phối liệu được nghiền và sấy khô bằng khí thải từ lò nung Sau khisấy thì lượng nước có trong nguyên liệu, chủ yếu là trong đất sét giảm xuống rấtnhiều, tạo điều kiện cho các giai đoạn sau như nung clinker, tồn trữ xi măng

Nung Clinker:

Clinker là sản phẩm nung thiêu kết ở 14500C của đá vôi, đất sét và một số phụgia điều chỉnh Nung clinker xi măng là khâu then chốt trong sản xuất xi măng.Nhiệt độ của vật liệu từ 1300 ÷ 1450 ÷ 13000C là tiến hành nung clinker Khi nhiệt

độ của vật liệu đạt mức trên thì các chất sắt nhôm 4 canxi, nhôm 3 canxi, oxit magie

và các chất kiềm bắt đầu nóng chảy; oxit canxi, silic 2 canxi hoà vào trong pha lỏng.Trong pha lỏng, oxit canxi, silic 2 canxi xảy ra phản ứng tạo thành silic 3 canxi, đây

là quá trình hấp thụ vôi Khi đạt 1450 0C vôi tự do được hấp thụ đầy đủ

Sau khi nung thành clinker phải tiến hành làm nguội Mục đích là để tăng chấtlượng clinker, nâng cao tính dễ nghiền, thu hồi nhiệt dư của clinker, giảm hao nhiệt,

nâng hiệu suất nhiệt của hệ thống nung, giảm nhiệt độ clinker, thuận tiện cho việctồn trữ, vận hành và nghiền clinker.

Nghiền xi măng:

Sau khi làm nguội, clinker được chuyển lên silo clinker Từ đây, clinker đượcnạp vào máy nghiền xi măng cùng thạch cao và các phụ gia điều chỉnh; hệ thốngnghiền sơ bộ có thiết bị lọc bụi hiệu suất cao

Mục đích của việc nghiền xi măng:

- Xi măng càng mịn thì càng tăng diện tích bề mặt

- Tăng tính năng thuỷ phân hoá rất mạnh, nó bao bọc cát sạn trong bê tông

và dính kết lại với nhau

Đóng gói xi măng:

Sau khi nghiền, xi măng chưa thể xuất xưởng ngay mà phải qua tồn trữ trunggian Tồn trữ xi măng có tác dụng như sau:

- Khống chế nghiêm ngặt chất lượng xi măng

- Cải thiện chất lượng xi măng

Xi măng xuất xưởng có 2 kiểu: xi măng bao và xi măng rời Xi măng bao làdùng máy đóng bao đổ xi măng vào túi giấy Máy đóng bao có 2 loại chính: máyđóng bao quay tròn và máy đóng bao cố định Việc đóng xi măng rời và vận tải ximăng rời phải sử dụng máy đóng và xe chuyên dụng

1.3 Các phương pháp sản xuất xi măng hiện nay:

Để sản xuất xi măng, tuỳ theo trình độ kỹ thuật và khả năng đầu tư của mỗinước, mỗi địa phương người ta sản xuất theo các phương án công nghệ khác nhau

Ở Việt Nam cũng như trên thế giới đã và đang sản xuất theo một số công nghệ sau:

- Lò đứng thủ công

- Lò đứng cơ giới hoá

- Lò quay bán khô

- Lò quay phương pháp ướt

- Lò quay theo phương pháp khô

Ở mỗi phương án trên đều có những ưu nhược điểm nhất định Tuy nhiên cácphương án mang tính hiện đại bao giờ cũng có kết quả tốt (về chất lượng, năng suất).Các công nghệ được trình bày ở bảng dưới:

- Làm việc gián đoạn

- Phối liệu được cấp vào

theo từng mẻ, đi từ trên

xuống

- Quá trình tạo khoáng diễn

ra theo chiều cao của lò và

trong từng viên phối liệu

- Làm việc liên tục

- Phối liệu được nạp từ đầu cao của lò, đảo trộn đều theo vòng quay của lò

- Quá trình tạo khoáng được diễn ra theo chiều dài lò

-Công suất lớn( có thể đạt 3000-5800 tấn clinke/ngày

- Làm việc liên tục

- Tương tự lò quay ướt

- Tương tự lò quay ướt

- Tương tự lò quay ướt

2 Phối liệu - Đá vôi, đất sét, phụ gia ,

-Tiêu tốn nhiên liệu trên 1 đơn vị sản phẩm là lớn nhất

-Tương tự lò quay ướt -Tiêu tốn nhiên liệu trên 1 đơn vị sản phẩm

- Lượng khí thải gây ô nhiễm la nhỏ nhất.

Kết luận: Công nghệ sản xuất xi măng lò quay theo phương pháp khô cho

chất lượng xi măng rất tốt, phù hợp với yêu cầu sử dụng ngày càng cao hiện nay.Đồng thời đây cũng là phương pháp tiết kiệm năng lượng và ít ảnh hưởng đến môitrường nhất

PHẦN II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG TẠI NHÀ MÁY

XI MĂNG LA HIÊN THÁI NGUYÊN

2.1 Sơ lược về quá trình hình thành và cấu trúc tổ chức của nhà máy xi măng

La Hiên - Thái Nguyên:

2.1.1 Quá trình hình thành:

Quá trình phát triển của ngành công nghiệp xi măng Việt Nam nói chung luônphụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản: một mặt gắn với điều kiện phát triển kinh tế- xãhội chung của đất nước, một mặt khác phụ thuộc vào trình độ phát triển công nghệ,

kỹ thuật và thiết bị sản xuất xi măng trên thế giới

Nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên được xây dựng ở nơi có nguồnnguyên liệu dồi dào và thuận lợi cho việc vận chuyển nhiên, nguyên liệu bằngđường bộ

Nhà máy xi măng La Hiên được thành lập ngày 01 tháng 01 năm 1995 Banđầu nhà máy có một dây chuyền sản xuất lò đứng với công suất 60 nghìn tấn sảnphẩm/năm Năm 1996 nhà máy đưa thêm 01 dây chuyền lò đứng thứ 2 với côngsuất 80 tấn sản phẩm/năm Năm 2005 đưa thêm 01 dây chuyền lò quay công suất

300 nghìn tấn sản phẩm/năm Nhà máy là một đơn vị thành viên của công ty Thannội địa thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than khoáng sản Việt Nam

Quá trình xây dựng nhà máy từ thiết kế kỹ thuật, lắp đặt thiết bị và vận hànhchạy thử do các chuyên gia của Trung Quốc đảm nhiệm Cán bộ, công nhân ViệtNam được tiếp nhận công nghệ và tổ chức thực hiện

Hiện nay, nhà máy cách trung tâm thành phố Thái Nguyên 18 km nằm trênquốc lộ 1B Thái Nguyên - Lạng Sơn, giao thông thuận tiện, các nguồn nguyên liệuchính cung cấp cho nhà máy (quặng sát, đá vôi, đất sét…) ở trong phạm vi khôngquá 30km.

Sản phẩm của nhà máy hiện nay được tiêu thụ trên các thị trường thuộc các tỉnh:Thái Nguyên, Hà Nội, Quảng Ninh, Vĩnh Phúc, Tuyên Quang, Bắc Cạn, Lạng Sơn…

2.1.2 Sơ đồ tổ chức của nhà máy xi măng La Hiên - Thái Nguyên:GIÁM ĐỐC

PHÓ GIÁM ĐỐC

KỸ THUẬT QMR

PHÓ GIÁM ĐỐC CƠ ĐIỆN

PHÓ GIÁM ĐỐC HC-BV

PHÓ GIÁM ĐỐC SẢN XUẤT

Phòng TCNS

Phòng KDTT

Phòng KHVT

PX

cơ điện

PX vận tải

Phòng

cơ điện

Phòng TCKT

Trạm Y tế

Đội bảo vệPhòng HC

Hình 2.1 Sơ đồ tổ chức của nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên

2.2 Công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy:

2.2.1 Khái niệm xi măng pooclăng hỗn hợp:

Xi măng Pooclăng hỗn hợp là loại chất kết dính thủy, được chế tạo bằng

cách nghiền mịn hỗn hợp Clanke với các phụ gia khoáng và một hàm lượng thạchcao cần thiết hoặc bằng cách trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với ximăng pooclăng không chứa phụ gia khoáng

Clanke xi măng pooclăng dùng để sản xuất xi măng pooclăng hỗn hợp cóhàm lượng magiê oxits (MgO) không lớn hơn 5%

Phụ gia khoáng bao gồm phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia đầy:

- Phụ gia khoáng hoạt tính bao gồm các loại vật liệu thiên nhiên, nhân tạo ởdạng nghiền mịn có tính chất puzôlan và tính chất thủy lực

- Phụ gia đầy gồm các loại vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo, thực tếkhông tham gia vào quá trình hyđrat hóa xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốtliệu mịn, làm tốt thành phần hạt và cấu trúc đá xi măng

Phụ gia công nghệ gồm các loại phụ gia có tác dụng cải thiện tính chất của ximăng nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng hoặc để tăng cường quá trình nghiền và vậnchuyển đóng bao và bảo quản xi măng

Tùy theo chất lượng xi măng và phụ gia, tổng khối lượng các loại phụ giakhoáng (không kể thạch cao) trong xi măng pooclăng hỗn hợp, tính theo khối lượng

xi măng không lớn hơn 40% trong đó phụ gia đầy không lớn hơn 20%, phụ gia côngnghệ không lớn hơn 1%

2.3.2 Quy trình công nghệ sản xuất lò quay của nhà máy xi măng La Hiên:

2.3.2.1 Lưu đồ dây chuyền lò quay:

Đá vôi Đất sét, QS,

Kiểm tra Kiểm tra Kiểm tra

Kho đồng nhất Kho đồng nhất Kho chứa

Silo chứa Két chứa sét,

quặng sắt, boxít

Nghiền đứng

Cân bằng định lượng Cân bằng định lượng Két nhỏ Két nhỏ

Máy nghiền đứng Cân rô to Cân rô to

Hình 2.2 Lưu đồ dây chuyền lò quay

Silo clinke phế phẩm

Kiểm traNghiền xi măng

Silô xi măng

Máy đóng baoBHYW-8

Kiểm tra

Kho

B

Trong đó: B tái chế, D thêm bớt.

2.3.2.2 Chuẩn bị nguyên liệu :

Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng của nhà máy là: đá vôi, đất sét, than,quặng sắt, phụ gia điều chỉnh và phụ gia khoáng hóa (nếu có) Sau khi được đồngnhất sơ bộ và gia công đạt kích thước về cỡ hạt và độ ẩm Chúng được đưa vào cáckho chứa riêng biệt

Đá vôi:

Đá vôi được ô tô đổ vào băng tải xích, đưa vào máy đập búa, sau khik đậpxong được đưa vào băng tải, gầu nâng vào kho đồng nhất đá vôi Đỉnh kho đồngnhất đá sơ bộ sử dụng băng tải và xe rải liệu nhỏ chạy để san liệu, đáy kho đồngnhất có 16 cửa ra liệu, dưới mỗi cửa đều lắp máy cấp liệu rung điện từ, thực hiện xảliệu tại nhiều điểm, đảm bảo yêu cầu đồng nhất Đỉnh và đáy kho đều lắp lọc bụi túi

Đá vôi rút ra từ kho đồng nhất qua băng tải đưa lên silô tròn đường kính 10m Đỉnh

và đáy silô đều có lắp lọc bụi túi Kích thước đá ra khỏi máy đập ≤ 25 [mm]

Đất sét, quặng sắt ( hoặc bô xít ) :

Đất sét, quặng sắt, bô xít sau khi vận chuyển vào nhà máy được rải trong khochứa có mái Đất sét được đưa qua máy thái sét, sau đó đất sét hoặc bột sắt đượcbăng tải đưa tới các bunke chứa chờ phối liệu

Than - Nghiền than :

Than nhập về đổ xuống sân bãi riêng, làm đồng đều bằng máy xúc lật hoặcmáy ủi thành từng lô Than từ kho chứa được đưa vào máy nghiền than nhờ xe xúc

và băng tải Hệ thống nghiền than sử dụng máy nghiền đứng HRM 1300, nguyên lýlàm việc tương tự máy nghiền liệu sống

2.3.2.3 Nghiền nguyên liệu và đồng nhất:

Đá vôi, đá sét, đá cao silic và sắt từ các kho chứa được đưa tới 4 bunker tươngứng nhờ hệ thống băng tải Các bunker chứa liệu được lắp đặt các sensor báo mức

và loadcell để giám sát mức liệu có trong bunker Tại đáy hình côn của mỗi bunkerđược gắn thiết bị điều chỉnh lưu lượng khi liệu được tháo ra Từ 4 bunker, liệu đượctháo xuống hệ thống cân định lượng để xác định thành phần phần trăm các chất theo

tỷ lệ tiêu chuẩn Tỷ lệ các chất được xác định nhờ hệ thống băng tải cấp liệu và thiết

bị loadcell đặt trên hệ thống cân băng Tỷ lệ của các loại nguyên liệu có thể đượcđiều chỉnh bằng cách điều chỉnh tốc độ băng tải thông qua điều chỉnh tốc độ động

cơ băng tải hoặc điều chỉnh độ mở của cửa van cấp liệu Để giám sát tốc độ động cơthì trên trục động cơ được đặt thiết bị đo tốc độ encoder để đưa tín hiệu về thiết bịđiều khiển

Sau khi xác định tỷ lệ phần trăm của các chất, liệu được đưa đến trạm nghiền,trước khi đến trạm nghiền thì hỗn hợp các chất sẽ đi qua hệ thống máy dò và táchkim loại để loại bỏ các thành phần kim loại lẫn trong các chất ra khỏi băng tải

Trong máy nghiền, liệu được cung cấp ở dạng hỗn hợp và được sấy khô tới1% Máy nghiền nguyên liệu là loại máy nghiền con lăn trục đứng HRM 1900A cónăng suất 60 tấn/h Qua máy nghiền, liệu được tán nhỏ nhờ hai cơ cấu con lăn Đểsấy khô bột liệu đồng thời trong quá trình nghiền, khí nóng được dẫn đến từ tháptrao đổi nhiệt của lò nung Lượng khí nóng cung cấp cho máy nghiền phụ thuộc vào

độ ẩm của hỗn hợp phối liệu trong máy Máy tính của quá trình sẽ nhận tín hiệu từcác thiết bị phân tích độ ẩm của hỗn hợp phối liệu có trong máy, từ đó điều chỉnhlưu lượng và nhiệt độ của dòng khí nóng cung cấp vào cho máy nghiền sao chonhiệt độ của hỗn hợp phối liệu ra khỏi máy nghiền đạt 900C, độ ẩm không quá 1%.Trong máy nghiền, khí thải sẽ mang bột liệu đến thiết bị phân ly động Trong

bộ phân ly, các hạt có kích thước lớn được tách ra và đưa trở lại bàn nghiền, các hạt

có độ mịn đạt yêu cầu được đưa về 4 cyclone lắng hiệu suất cao Thông qua các vangió quay, liệu được tháo ra theo máng khí động đến silo đồng nhất để chuẩn bị đưavào lò nung

Liệu sau khi được gom lại ở 4 cyclone lắng (hiệu suất đạt 90%), qua các vangió kiểu quay theo máng khí động đến gầu nâng Tại đầu vào gầu nâng, bột liệu sẽđược lấy mẫu nhờ thiết bị lấy mẫu tự động với tần suất lấy mẫu 1 lần/h Mẫu sẽđược phân tích các thành phần hoá học và so sánh với giá trị đặt trước Nếu khôngthoả mãn giá trị đặt trước thì các chất sẽ được điều chỉnh nhờ hệ thống cân băngđịnh lượng Bột liệu sau khi nghiền có độ mịn đạt yêu cầu sẽ được vận chuyển bằnggầu tải theo máng khí động vào silo chứa qua hệ thống phân phối song song, silo cósức chứa 20000 tấn Silo đồng nhất bột liệu làm việc theo nguyên tắc đồng nhất và

tháo liên tục Việc đồng nhất bột liệu được thực hiện trong quá trình tháo bột liệu rakhỏi silo Mức độ đồng nhất của silo là 10:1 Đáy silo có hệ thống khí nén, khí đượcsục vào trong silo để đồng nhất phối liệu và tạo ra sự linh động cho phối liệu khitháo được dễ dàng.

Buồng trộn và cửa tháo của silo được liên thông với nhau để đảm bảo liệu từsilo nạp vào buồng trộn diễn ra đồng thời với nhau bằng dòng khí nén áp suất caotheo cụm thiết bị tháo và máng khí động Liệu sau khi được tháo từ buồng trộn đưaxuống gầu nâng để đến tháp trao đổi nhiệt Để phân tích thành phần hoá học và chấtlượng của hỗn hợp phối liệu sau khi đồng nhất, thiết bị lấy mẫu tự động được đặt ởđáy gầu nâng, tần suất lấy mẫu ở công đoạn này được quy định cụ thể trong quátrình vận hành và sản xuất Dòng liệu theo máng khí động xuống van gió kiểu quay

và cửa tấm lật vào tháp trao đổi nhiệt theo hai luồng riêng biệt

Sử dụng silô đồng nhất bằng khí nén (12x28 m), sức chứa 2800 tấn, thời gianduy trì hoạt động cho lò khoảng 2,6 ngày

Từ gầu nâng, bột liệu mịn được đưa lên đỉnh silô, qua máng khí động họcchính, 6 máng khí động học nhỏ phân phối vật liệu đều quanh silô

Nguồn khí dùng để sục trong silô do 3 quạt roots cung cấp Liệu sống sau khiđược khuấy trộn trong silô, qua máy xả liệu đáy silô, máng khí động học, cùng vớibụi thu hồi từ đuôi lò được đưa vào gầu nâng, qua vít tải vào bunke chứa Khibunke chứa đã đầy, liệu sống được đưa trở lại silô đồng nhất qua các vít tải tràn.Liệu từ bunke qua vít tải kép, cân lưu lượng kiểu tấm xung, vào gầu nâng cấp liệucủa hệ thống trao đổi nhiệt Đỉnh và đáy silô đều đặt lọc bụi túi mạch xung

2.3.2.4 Tháp trao đổi nhiệt:

Tháp trao đổi nhiệt 5 tầng Tầng 5 có 2 cyclone, tầng 4 đến tầng 1, mỗi tầng cómột cyclone lắng Tháp trao đổi nhiệt có chức năng thực hiện quá trình canxi hoá,sấy khô và gia nhiệt cho bột liệu theo nguyên tắc đối lưu Liệu được dòng khí nóngđưa vào cyclone tầng 5 đến khi lượng liệu lắng được nhiều thì van đối lưu mở, hỗnhợp liệu được dòng khí nóng thổi vào cyclone tầng 4, tiếp tục như vậy khi liệu đếncyclone tầng 1 thì bột liệu đã được sấy khô và gia nhiệt đạt mức độ yêu cầu thì đưa

sang lò nung Bột liệu sau khi được gia nhiệt ở tháp trao đổi nhiệt đạt nhiệt độ

8500C÷9000C sẽ được đưa vào lò nung

2.3.2.5.Hệ thống lò nung và thiết bị làm lạnh clinker:

Lò nung của nhà máy xi măng La Hiên là hệ thống lò quay theo phương phápkhô có đường kính là 3m, chiều dài 48m với hệ thống sấy sơ bộ 5 tầng cùng hệ thốngcalciner, buồng trộn Trước khi hỗn hợp bột liệu được nung thành clinker trong lòquay, chúng được đưa qua 5 tầng cyclone của tháp trao đổi nhiệt, nhiệt từ lò nungđược đẩy từ tầng thứ nhất đến tầng thứ năm, liệu hấp thụ nhiệt từ trên xuống dưới.Mỗi tầng cyclone được kết nối với một ống dẫn khí và một máng rót liệu Toàn bộchiều dài lò được chia thành các zone với các vùng nhiệt độ khác nhau :

- Zone chuẩn bị gồm sấy + nung nóng: chiếm (50÷60)% chiều dài lò Làmkhô vật liệu (36÷40)% ẩm, tiêu tốn gần 35% tổng lượng nhiệt

- Zone phân huỷ: chiếm (20÷30)% chiều dài lò, nhiệt độ từ 6500C÷12000C CóCaCO3 CaO + CO2 CaO lại tác dụng với Al2O3, SiO2 do sét phân huỷ tạo CF, CA

và C2S

- Zone phản ứng toả nhiệt: chiếm (5÷7)% chiều dài lò, nhiệt độ

12000C÷13000C, tạo C4AF, C5A3 C3A và SiO2C2S và CaO

- Zone kết khối: chiếm (11÷15)% chiều dài lò, nhiệt độ t0 = 13000C-14500

C-13000C Ở cuối zone toả nhiệt đã có CaO, các khoáng C2S, C3A, C4AF và một phầnpha lỏng ở nhiệt độ 12800C, tại 13800C các khoáng C3A, C4AF chảy lỏng tạo phalỏng có sự hoà tan C, C2S và phản ứng tạo C3S, quá trình tạo C3S mạnh nhất ở t0 =

14500C÷14700C phụ thuộc vào lượng, bản chất linh động của pha lỏng Ở t0

=14500C-13000C có sự kết tinh và tái kết tinh trong pha lỏng của C3S và C2S, quátrình tạo khoáng kết thúc ta có 4 khoáng chính C3S, C2S, C3A, C4AF

- Zone làm lạnh: chiếm (2÷4)% chiều dài lò, nhiệt độ t0= 13000C-10000C, sau

đó clinker rơi vào thiết bị làm lạnh nhiệt độ giảm < 1000C

Lò quay được kéo bởi một động cơ một chiều công suất lớn cùng với các hệthống truyền động phụ khác Tốc độ quay của lò được điều khiển đảm bảo đủ thờigian cho quá trình kết khối clinker xảy ra hoàn toàn Lò được thiết kế sử dụng vòi

đốt than 4 kênh ở đầu lò và vòi đốt 3 kênh tại calciner, trong đó đốt tại calciner là(55÷60)%, phần còn lại đốt trong lò.

Clinker sau khi ra khỏi lò được đưa xuống giàn ghi làm nguội gồm 10 quạt giólàm mát công suất lớn làm nhiệt độ clinker giảm từ 14000C xuống khoảng 600C.Clinker sau khi được làm nguội sẽ được đưa tới máy đập búa Clinker thu được sauthiết bị làm lạnh được vận chuyển tới 2 silo để chứa và ủ clinker Clinker phế phẩmđược đổ vào silo clinker phế phẩm

2.3.2.6 Nghiền sơ bộ clinker và nghiền xi măng:

Clinker, thạch cao và các loại phụ gia (nếu có) sẽ được vận chuyển lên kétmáy nghiền bằng hệ thống băng tải và gầu nâng Từ két máy nghiền, clinker và phụgia sẽ được đưa qua máy nghiền sơ bộ nhằm làm giảm kích thước và làm nứt vỡ cấutrúc để phù hợp với điều kiện làm việc của máy nghiền bi xi măng Sau đó, clinker,phụ gia (đã qua nghiền sơ bộ) và thạch cao sẽ được cấp vào máy nghiền xi măng đểnghiền mịn Máy nghiền xi măng là loại máy nghiền bi 2 ngăn làm việc theo chutrình kín có phân ly trung gian Xi măng bột được vận chuyển tới 4 silo chứa ximăng bột, bằng hệ thống máng khí động và gầu nâng Trong trạm nghiền, clinkerđược trộn đều với các chất phụ gia như đá đen, đá bazal, thạch cao theo đúng tỷ lệ

để được các loại xi măng khác nhau

Lượng clinker rót vào silo được giám sát và giới hạn bởi một cảm biến báomức, giá trị giới hạn được hiển thị bằng đèn báo Clinker sau khi được tháo từ cácsilo có thể tuỳ chọn để vận chuyển theo các hướng: theo băng tải đến gầu nâng đểđến trạm định lượng Clinker chưa đạt yêu cầu sẽ được đưa trở lại hệ thống qua bộcân kiểu rung có điều chỉnh lưu lượng

Định lượng cho trạm nghiền xi măng bao gồm 4 thùng chứa, bên dưới mỗithùng được lắp đặt thiết bị vận chuyển và điều chỉnh lưu lượng Các thùng này cungcấp trực tiếp các chất phụ gia cho công đoạn nghiền xi măng

Cách thức lấy chất phụ gia là lấy lần lượt từng chất một và lấy một cách liêntục Clinker, thạch cao, đá bazal và đá đen được tháo xuống các cân băng địnhlượng cấp liệu, sau đó toàn bộ được đổ lên băng tải kiểu máng và được vận chuyểnđến trạm nghiền xi măng

Xi măng thành phẩm được tháo ra theo dòng khí từ máy phân ly và được thu

về các cyclone lắng hiệu suất cao Sau khi được tách trong các cyclone, xi măngđược vận chuyển qua thiết bị cấp liệu kiểu quay và các băng tải để đến gầu nâng

Để có được thành phẩm đạt chất lượng yêu cầu thì trước khi được gầu nâng vậnchuyển, xi măng được lấy mẫu với tần suất 1 lần/h nhờ hệ thống lấy mẫu tự động.Các mẫu sẽ được phân tích các thành phần hoá học và so sánh với giá trị đặt trước,

từ đó các chất phụ gia sẽ được điều chỉnh bởi hệ thống cân bằng

2.3.2.7 Đóng bao và xuất xi măng:

Từ đáy các silo chứa, qua hệ thống cửa tháo, xi măng sẽ được vận chuyển tớicác két chứa của các máy đóng bao hoặc các hệ thống xuất xi măng rời

Xi măng từ các si lô được cấp vào máy đóng bao qua két chứa trung gian.Vỏbao đựng xi măng được đóng dấu sê ri Bao xi măng được vận chuyển, xếp vào khotheo lô Xi măng bao trước khi xuất xưởng được kiểm tra đảm bảo các chỉ tiêu kỹthuật theo TCVN 6260-1997

2.3.2.8 Hệ thống xử lý bụi trên băng tải:

Để xử lý bụi trên các băng tải, hệ thống cân băng định lượng được đặt 5 bộ lọcbụi túi, mỗi bộ bao gồm các ống hút và một quạt hút bụi Các ống hút bụi được dẫn

từ lọc bụi túi đến các điểm có thể tạo ra nhiều bụi trên băng tải như đầu cuối băngtải hay tại các điểm chuyển đổi giữa 2 băng tải Bụi từ băng tải theo dòng khí đốilưu của quạt hút bụi trong đường ống và được dẫn về lọc bụi túi, tại đây bụi đượclàm lắng xuống và trở thành các nguyên liệu tinh Ở đáy các bộ lọc bụi túi sẽ có cácống dẫn đưa lượng nguyên liệu này đổ về các bunker

Kết luận: Qua những phân tích ở trên, ta thấy muốn đảm bảo chất lượng xi măng

thì một trong những khâu quan trọng là phải đảm bảo tỷ lệ phối liệu giữa các thànhphần Vì vậy, tôi quyết định đi sâu vào nghiên cứu hệ thống cân băng định lượng

PHẦN III TRANG BỊ ĐIỆN-TỰ ĐỘNG HÓA CHO HỆ

THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG CÔNG ĐOẠN

NGHIỀN LIỆU SỐNG

A- HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG NHÀ MÁY XI MĂNG LA HIÊN 3.1 Vai trò và tầm quan trọng của hệ thống cân băng định lượng:

3.1.1 Vai trò:

Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng,điều này được thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng, các nhà máy chế biếnthức ăn gia xúc, các nhà máy chế biến thực phẩm Các băng tải đóng vai trò vậnchuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người và các phương tiện vậnchuyển cơ động khác Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng, để vận chuyển vậtliệu từ nơi khai thác, bến bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ choquá trình sản xuất

Vấn đề đặt ra là trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn nguyênliệu có độ chính xác, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được vậnchuyển theo yêu cầu của thành phẩm Để giải quyết vấn đề trên ta sử dụng cân băngđịnh lượng Hệ thống cân băng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúpcho nhà máy hoạt động một cách liên tục Cân băng định lượng là một khâu trongdây chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng nguyên liệu cần thiết chonhà máy, lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặt một giá trị trước.Khi mà lượng nguyện liêu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi phải tăng tốc động cơ lên đểbăng tải chuyển động nhanh hơn nhằm cung cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết.Ngược lại khi lượng nguyên liệu trên băng tải vận chuyển với lưu lượng nhiều thìcác thiết bị tự động sẽ tự động điều khiển cho động cơ quay với tốc độ chậm lại phùhợp với yêu cầu

3.1.2.Tầm quan trọng:

Hiện nay việc đảm bảo chất lượng cho mỗi sản phẩm là việc rất quan trọng

đối với các doanh nghiệp Do đó yêu cầu đặt ra là phải làm sao cho các sản phẩm đóphải có chất lượng và mẫu mã giống nhau Vì vậy nhà sản xuất phải nắm bắt vàkiểm soát được các thông số kỹ thuật, các tỷ lệ pha trộn được cài đặt chính xác.Việc hiệu chỉnh các thông số đầu vào cũng như đầu ra phải dễ thực hiện và thuậnlợi cho người sản xuất và người điều khiển trung tâm Đặc biệt trong công nghệ sảnxuất xi măng công đoạn phối liệu để nghiền liệu và định lượng nghiền xi măng làrất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của xi măng Người ta sử dụng hệthống cân băng định lượng cho công đoạn phối liệu và nghiền xi măng Để điềuchỉnh được tỷ lệ pha trộn nguyên liệu chính xác và thay đổi năng suất dễ dàng, ta sửdụng biến tần nguồn áp để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto lồng sóctruyền động cho băng tải

Trong công nghệ sản xuất xi măng các thiết bị định lượng chuyên dùng cónhiều kiểu, có thể phân loại các thiết bị định lượng như sau:

- Theo chế độ vận hành có: Định lượng liên tục và định lượng gián đoạn

- Theo phương pháp định lượng người ta chia thành: Định lượng theo thể tích(đong) hoặc theo định lượng (cân) hoặc ở dạng hỗn hợp (cân đong)

- Theo phương pháp điều khiển định lượng: Thiết bị định lượng thủ công, thiết

bị định lượng từ xa, thiết bị định lượng tự động (theo chương trình đặt sẵn)

Trong số các thiết bị định lượng hiện đang dùng thì cân băng định lượng đượcdùng rộng rãi nhất Nó thuộc loại thiết bị cân tự động và liên tục bằng cơ cấu chấphành dưới dạng cơ khí hoặc điện tử Thiết bị này cho phép cấp một dòng liệu liêntục đều đặn từ silô chứa tới thiết bị gia công

3.2 Các đặc tính kỹ thuật của hệ thống cân băng định lượng:

Một hệ thống tự động điều khiển nói chung muốn đưa vào sử dụng trong thực

tế phải thoả mãn được các yêu cầu kỹ thuật như: Chính xác, ổn định, làm việc lâu dàitin cậy, phải đảm bảo chỉ tiêu kinh tế (giá thành lắp đặt rẻ, chi phí vận hành thấp) Hệthống cân băng định lượng của nhà máy xi măng có các đặc tính kỹ thuật sau:

- Hình thức định lượng: Cân băng tải theo định mức

- Năng suất đạt 25 tấn/h (có thể mở rộng đến 40 tấn/h)

- Cho phép thay đổi năng suất các cân theo tình hình sản xuất và tiêu thụ sảnphẩm bằng bàn phím máy tính

- Tốc độ tối đa của các băng tải cân: 1,0  10,0 m/ph (tùy cân).

- Sai số của các cân:  2%

- Có hiện số về tốc độ băng tải và trọng lượng tức thời trên các băng tải trênhộp điều khiển và trên màn hình máy tính đặt tại phòng điều khiển

- Có các chương trình cân, kiểm định cân và chỉnh định hoàn toàn tự động

- Chương trình quản lý đi kèm với phần mềm điều khiển (một thành phầntrong chương trình điều khiển) cho phép hiển thị, lưu trữ, in ra các số liệu cần thiết:Các tham số điều khiển năng suất định mức tức thời của cân, thời gian làm việc vàtổng năng suất tương ứng theo thời gian ca hoặc ngày hoặc tháng Nếu hệ thốngchạy gián đoạn nhiều lần trong ngày thì chương trình vẫn tự động tính và cộng dồnlại Trong trường hợp hệ thống làm việc liên tục từ ngày này sang ngày khác thì các

số liệu vẫn được tự động cập nhật cho từng ngày Đặc biệt hệ thống tự động theodõi tất cả các tham số điều khiển (tỉ lệ % phối liệu, năng suất, các hệ điều khiển…)

và quá trình chạy gián đoạn trong ngày (thời gian chạy, thời gian dừng, tổng thờigian làm việc…)

3.3 Hệ thống cân băng định lượng

3.3.1 Nguyên lý cân băng định lượng:

Cân bằng gồm có băng tải và cơ cấu đo kiểm, có thể xác định lưu lượng như sau: Lưu lượng = (Khối lượng vật liệu trên băng x Tốc độ băng)/ Chiều dài băng

Do vậy để xác định lưu lượng thông qua 2 thông số: khối lượng vật liệu trênbăng và tốc độ của băng Khối lượng vật liệu trên băng, tốc độ băng được thiết bị đokiểm đưa về bộ điều khiển Do vậy ta có thể điều chỉnh lưu lượng thông qua tốc độquay của băng (tốc độ của băng tải được tính thông qua tốc độ quay của động cơ)nhờ bộ điều khiển

3.3.2 Sơ đồ cấu tạo:

3

4

5 6

2 1

7

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo cân bằng định lượng

2 2.Bộ truyền cảm cân nặng 6 6.Cơ cấu căng băng tải tự động

4 4.Cơ cấu điều chỉnh căng trùng băng

Đặc điểm tính năng:

Thông số

Cân bằng

đá vôi(Limes tone)

Cân bằngquặng sắt(Iron)

Cân bằng sét(Clay)

Cân bằng phụgia(Aluminummaterial)

1,5KW

Y90L-41,5KW

Y90L-41,5KW

Y90L-41,5KW

Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo cân băng định lượng theo bản vẽ lắp đặt

3.3.3 Nguyên lý hoạt động:

Từ silô cấp, liệu rơi xuống băng tải cân, qua cửa điều chỉnh chiều cao dòngliệu, băng tải cân chuyển động theo phương ngang vận chuyển liệu từ đáy silô chứaliệu và đổ vào băng tải chính Hai bên băng tải cân có tấm chắn liệu (1) ngăn khôngcho liệu rơi ra ngoài Trong quá trình vận chuyển thực hiện cân đoạn băng trênchiều dài xác định nằm giữa con lăn cân và hai con lăn bên cạnh con lăn cân, nhờlực do trọng tải đè lên đầu đo khối lượng (2) và được điều chỉnh bởi đối trọng Toàn

bộ băng tải được kéo bởi động cơ điện (7) qua hệ thống hộp số làm quay tang chủđộng của băng tải Băng tải cân luôn luôn được căng nhờ cơ cấu điều chỉnh căngtrùng cân (4) và cơ cấu căng băng tải tự động (6) Băng tải cân sau khi đưa liệuxuống băng tải chính được đưa qua cơ cấu làm sạch băng tải, loại bỏ nhưng vật cònbám lại trên băng tải gây cản trở cho việc cấp liệu Toàn bộ hệ thống con lăn đượcbắt trên khung giá (3), khung giá cân băng được bắt cố định trên giá đỡ bắt chặtxuống nền

Quá trình xác định khối lượng của đoạn băng cân và tốc độ băng tải sau đótính năng suất thực của cân: Qthực(tấn/h)= m(tấn/m)*v(m/h)

Ở mỗi băng tải cân đều được lắp các đầu cân điện tử (2) để đo tải trọng trênchiều dài L = 0,5 m Trong hệ thống này đầu cân được lắp vào vị trí để cân đượcđoạn bằng L sao cho sai số cân là nhỏ nhất, vì băng tải cân ngắn (khoảng 1 m), tốc

độ từ động cơ đến băng tải truyền qua hộp số cứng nên tốc độ băng được đo thôngqua tốc độ động cơ Với giải pháp này giá thành hệ thống cân giảm, qua đo đạc thực

tế, với kiểu băng và phương pháp đo này độ chính xác vẫn đạt được sai số  2%.Các tín hiệu m, v được đọc vào máy tính theo các đường khối lượng (cardchuyển đổi A/D 6 kênh), đường tốc độ (lấy từ động cơ và chuyển đổi A/D 6 kênh),máy tính sẽ tính năng suất thực của các cân Q = m*v, so sánh với năng suất địnhmức Qđ của chúng từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển là Uđk để điều khiển thông quacác biến tần Mục đích là điều chỉnh tốc độ hợp lý cho các băng tải cân sao cho sai

số giữa sai số thực các cân với năng suất định mức của chúng đạt được  2%

Trong hệ thống này cứ mỗi chu kỳ 100ms  200 ms, máy tính lại đọc các số liệum,v một lần, sau đó tính trung bình trong 1s  2s từ đó đưa ra tín hiệu điều khiểnmới Tóm lại cứ 1s  2s hệ thống lại điều chỉnh tốc độ của băng tải cân một lần.

3.3.4 Trình tự vận hành:

a) Kiểm tra thiết bị trước khi vận hành:

- Kiểm tra, cắt nguồn cung cấp điện cho thiết bị, sau đó tiến hành kiểm tra tìnhtrạng thiết bị

- Kiểm tra mỡ bôi trơn các hộp giảm tốc, gối ổ ru lô chủ động và bị động, cácgối ổ con lăn nếu thiếu phải bổ sung

- Xiết chặt các bu lông đai ốc bị nới lỏng và kiểm tra lại toàn bộ thiết bị Băngtải phải cân không bị xô lệch, toàn bộ các con lăn không bị kẹt

- Kiểm tra bộ gạt băng tải, kiểm tra độ ép tấm lót cao su với bộ gạt băng tải đãthích hợp chưa Bộ gạt băng tải có thể quét sạch bề mặt băng tải không

- Kiểm tra xác định phần đo lường không có vấn đề gì

- Kiểm tra cửa vào liệu của băng tải không có hiện tượng hư hỏng hay rò liệu

- Kiểm tra độ căng của băng tải là thích hợp Xác định băng tải và bộ đo kiểmtốc độ tiếp xúc tốt, tính năng băng tải tốt

b) Khởi động máy:

Sau khi kiểm tra thiết bị, đảm bảo đủ điều kiện vận hành mới được phép vận hành

- Đóng áptômát cấp điện cho thiết bị

- Bật công tắc về vị trí “ tập trung” thông báo phòng điều khiển trung tâm cóthể khởi động

c) Sử dụng :

Khi thiết bị đang hoạt động, người vận hành cần phải thường xuyên đứng ởcác vị trí an toàn cho phép để quan sát, theo dõi thiết bị làm việc và thực hiện nhữngcông việc sau:

- Thường xuyên chú ý lắng nghe thiết bị có âm thanh khác thường hoặc chấnđộng hay không, phát hiện có vấn đề kịp thời liên hệ với phòng điều khiển trungtâm để phối hợp xử lý

- Thường xuyên theo dõi chỉ số đo tốc độ, trọng lượng của các cân băng, kịpthời phát hiện và xử lý các trường hợp mất liệu.

- Kiểm tra mức độ chạy lệch băng tải của băng tải phải nằm trong phạm vicho phép

- Kiểm tra trạng thái khi chuyển tải Liệu trên băng tải phải được liên tục

- Thiết bị kéo căng băng tải phải luôn ở trong trạng thái hoạt động linh hoạt

- Cứ 1 giờ kiểm tra một lần nhiệt độ và tình hình tăng nhiệt của các động cơ,nhiệt độ bề mặt bình thường dưới 800C, tay sờ cảm giác không nóng lắm Khi pháthiện có hiện tượng khác thường kịp thời liên hệ với phòng điều khiển trung tâm

- Thường xuyên kiểm tra thiết bị để kịp thời phát hiện những nguy cơ hỏnghóc của thiết bị

- Phải dừng máy theo đúng thứ tự dừng máy khi kết thúc công việc hoặc đểsửa chữa hoặc tìm nguyên nhân khắc phục trong các trường hợp sau:

+ Băng tải chạy lệch quá giới hạn cho phép

+ Giá cân làm việc thiếu chính xác

+ Cửa xuống liệu bị tắc, không xuống liệu được

+ Các con lăn đỡ bị kẹt

+ Hộp giảm tốc bị rung hoặc có tiếng va đập, đầu trục vào hoặc đầu trục racủa hộp số có hiện tượng lắc hoặc nhảy, động cơ có hiện tượng rung lắc mạnh mấtcân bằng

+ Các thiết bị điều khiển điện có tiếng kêu hoặc có mùi khét

d) Dừng máy:

- Ấn nút dừng máy

- Dừng các thiết bị phía sau công đoạn theo thứ tự

- Cắt Áp tô mát cấp điện cho máy

e) Các chú ý:

NGHIÊM CẤM:

- Điều chỉnh, lau chùi hoặc sửa chữa thiết bị khi thiết bị đang vận hành

- Thay đổi các thông số cài đặt của bộ điều khiển khi không có yêu cầu củaphòng điều khiển trung tâm

- Khi máy chạy nghiêm cấm lại gần các khu vực nguy hiểm như động cơ vàcác khớp nối, đưa bất kỳ bộ phận cơ thể người vào các bộ phận chuyển động.

- Dừng máy khi máy còn nguyên vật liệu Trừ trường hợp dừng máy khẩn cấpkhi có nguy cơ xẩy ra mất an toàn cho người và thiết bị

- Đứng trên băng tải cân kể cả khi đã dừng máy

- Trèo bước qua thiết bị khi thiết bị đang vận hành

3.4 Hệ truyền động cân băng định lượng:

3.4.1 Yêu cầu đối với hệ truyền động điện:

Ta phải chọn hệ truyền động điện để cho các cân băng hoạt động chính xác ổnđịnh theo các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Động cơ phải đảm bảo công suất đủ lớn (0,75KW ÷ 1,5 KW)

- Khởi động đầy tải trên băng

- Điều chỉnh trơn  1 để đạt được độ chính xác trong điều chỉnh

- Đảm bảo độ bền vật lý đối với các thiết bị

3.4.2 Yêu cầu đối với thiết kế hệ thống:

Hệ thống cân băng định lượng là hệ thống điều khiển tự động với sự tham giađiều khiển của bộ điều khiển (máy tính, vi điều khiển…) Do vậy có những đặcđiểm cấu trúc như sơ đồ khối sau:

Hình 3.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

- Bộ điều khiển: Thực hiện chức năng xử lý thông tin, sau khi thu thập và tínhtoán giá trị đầu vào để đưa ra tín hiệu điều khiển theo một luật điều chỉnh nào đó.Trong các bộ điều khiển hiện nay thường sử dụng bộ vi điều khiển tích hợp hoặcPLC (Progammer Logic Controler)

- A/D (Analog/Digital), D/A (Digital/Analog): Là bộ chuyển đổi tương tự số,làm nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và ngược lại Taphải sử dụng bộ chuyển đổi này là vì: Các tín hiệu điều khiển thường là tín hiệu

tương tự, trong hệ thống điều khiển số sử dụng các bộ điều khiển số để điều khiển

hệ thống, mà chúng chỉ có thể xử lý đối với các tín hiệu số Vì vậy cần phải chuyểnđổi các tín hiệu tương tự thành tín hiệu số nhờ bộ chuyển đổi A/D Còn khi đưa tínhiệu ra để điều khiển các thiết bị hoặc hiển thị thông qua khối hiển thị ta dùng bộchuyển đổi D/A để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tương tự

- Thiết bị chấp hành: Thực hiện các lệnh điều chỉnh từ bộ điều khiển đưa ratác động lên đối lượng điều khiển

- Đối tượng điều khiển: Là động cơ điện, biến điện năng thành cơ năng kéomáy sản xuất Có thể sử dụng động cơ một chiều hay động cơ xoay chiều

- Khối đo lường: Có nhiệm vụ thu nhận thông tin cần thiết và chuyển cácthông tin đó thành tín hiệu điện (dòng, áp) Trong hệ thống cân băng cần phải đo tínhiệu là khối lượng băng tải và tốc độ động cơ kéo băng tải Để đo khối lượng băngtải sử dụng cảm biến trọng lượng loadcell và đo tốc độ động cơ bằng căm biến tốc

độ encoder

3.4.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển tự động:

3.4.3.1 Sơ đồ khối:

Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động

a) PLC: Bộ điều khiển Logic lập trình

PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần để điềukhiển tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần truyền

về lại cho máy tính xử lý

b) BT: Biến tần

Biến tần dùng để biến đổi điện áp và tần số theo yêu cầu để cung cấp chođộng cơ Lúc này động cơ không được nối trực tiếp với lưới điện mà nối qua bộbiến tần Biến tần sử dụng phương pháp điều khiển vectơ từ thông, thực hiện cáclệnh điều khiển của máy tính thông qua PLC hoặc trực tiếp từ PLC Biến tần cũngnhận tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ để thực hiện tính toán các thông số k của luậtđiều khiển PID (kp, ki, kd) nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến nhanh đến giá trịmong muốn

h) Hộp số:

Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động giữa động cơ với băng tải vàcác con lăn Nó là một tổ hợp biệt lập gồm các bộ phận truyền bánh răng hay trụcvít để giảm số vòng quay và truyền công suất đến các cơ cấu chấp hành.

PLC sẽ tính được năng suất thực của các cân Qthực= m.v so sánh với năng suấtđặt trước Qđặt của chúng được nhập vào từ bàn phím của màn hình giám sát, sau khiđược hiệu chỉnh thì sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển các động cơthông qua bộ biến tần Mục đích là để điều chỉnh tốc độ động cơ hợp lý cho băng tảicân băng sao cho sai số năng suất thực của cân Qthực với năng suất định mức Qđăt củachúng đạt được  2%

Khi hệ thống có sự cố như băng tải ngừng hoạt động hoặc mất nguồn nguyênliệu dẫn tới tốc độ băng tải nhanh (động cơ điều chỉnh tốc độ băng tải có tốc độ lớnhơn định mức), hoặc lượng nguyên liệu xuống quá nhiều làm cho băng tải dừnghoạt động, thì đầu đo khối lượng sẽ đưa tín hiệu vào PLC Lúc này trong PLC đãđược lập trình sẵn chương trình để xử lý ngay sự cố xảy ra, làm cho tất cả hệ thốngđều dừng làm việc và báo lỗi để công nhân vận hành biết và xử lý

B - THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

3.5 Phân tích lựa chọn hệ truyền động:

Điều khiển tốc độ động cơ truyền động cân băng thường sử dụng hai phươngthức: Điều chỉnh điện áp động cơ một chiều và biến tần động cơ xoay chiều

- Phương thức điều chỉnh điện áp một chiều: bằng cách điều chỉnh điện áp

hai đầu điện cực động cơ một chiều để thay đổi tốc độ động cơ để đạt được mụcđích điều chỉnh tốc độ băng tải Đặc điểm của phương thức điều tốc này là độ chính

xác điều tốc cao, đặc tính cơ khí tốt, momen quay khởi động lớn Nhưng do nguồnđiện một chiều không có sẵn, nếu sử dụng động cơ một chiều thì phải cần thêmmạch tạo nguồn một chiều Đồng thời động cơ một chiều sản xuất phức tạp, tiêuhao điện năng lớn, bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp nên cơ bản không dùng

- Hệ biến tần - động cơ xoay chiều: Ngày nay, thường sử dụng động cơ

không đồng bộ rotor lồng sóc do có các ưu điểm sau: cấu tạo đơn giản, kích thước,trọng lượng nhỏ hơn khi cùng một công suất định mức, giá thành rẻ, dễ sử dụng,tính năng kỹ thuật khá tốt, làm việc tin cậy, vốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành

ít hơn Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha, do đó trong nhiều trường hợpkhông cần các thiết bị biến đổi kèm theo v.v…Tuy nhiên nhược điểm của nó là điềuchỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn, hệ số công suất thấp,động cơ lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng điện khởi động lớn, mômenkhởi động nhỏ) Nhưng với sự phát triển của điện tử công suất và công nghệ vi điện

tử, các bộ biến tần ra đời góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng của động cơ xoaychiều không đồng bộ roto lồng sóc

Vì vậy, em quyết định chọn hệ truyền động biến tần động cơ xoay chiều cho

hệ truyền động cân băng định lượng

3.6 Phân tích lựa chọn thiết bị đo lường:

3.6.1 Cảm biến khối lượng Loadcell:

Loadcell là cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng Đây là một kiểu cảmbiến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di độngcủa bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết

Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở

là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứngtrong điện trở Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được mộttín hiệu điện tỷ lệ với mức độ thay đổi của điện trở Mạch thông dụng nhất sử dụngtrong loadcell là cầu Wheatstone

3.6.2 Phân tích lựa chọn cảm biến tốc độ Encoder:

Encoder là thiết bị dùng để đo tốc độ quay của động cơ, vật trung gian thườngdùng là đĩa gắn liền với trục quay cần đo tốc độ Đĩa có cấu tạo tuần hoàn: bề mặt

của đĩa được chia thành p phần bằng nhau (chia theo góc ở tâm), mỗi phần mangmột dấu hiệu đặc trưng như lổ đường vát, bánh răng.

Một cảm biến thích hợp được đặt với vật trung gian để ghi nhận một cách ngắtquãng mỗi khi có một dấu hiệu đi qua và một lần như vậy nó cung cấp một tín hiệuxung Biểu thức của tần số f của tín hiệu xung được viết dưới dạng:

f = p.NTrong đó f là tần số đo bằng Hz, p là số lượng dấu hiệu trên đĩa và N là sốvòng quay của đĩa trong mỗi giây

Hình 3.5: Cấu tạo bộ phận đo tốc độ quay Encoder

Vật quay phải có các vùng phản xạ được bố trí tuần hoàn trên hình tròn đượcchiếu bằng tia sáng, hoặc là vật được gắn với một đĩa có các phần trong suốt xen kẽcác phần chắn sáng đặt giữa nguồn sáng và đầu thụ quang

Đầu thu quang nhận được một thông lượng biến điệu và nó phát tín hiệu cótần số tỷ lệ với tốc độ quay nhưng biên độ của tín hiệu này không phụ thuộc vào tốc

Thấu kính Đầu thu quang

Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiểnbên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp”trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tínhiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điềukhiển bằng relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

+ Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng,các module mở rộng

+ Giá cả thể cạnh tranh được

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng relay dây nối và cáclogic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ vàtính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả… Chính điềunày đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp Các tậplệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanhghi dịch… sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn Sự phát triển các

máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I /O nhiều hơn

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trìnhđiều khiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ đượcxác định bởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ củaPLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếumuốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổichương trình bên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽđược thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so vớicác bộ dây nối hay rơle

Nguyên lý hoạt động của PLC :

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm trachương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trongchương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tớicác thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộcvào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

3.7.2 Phân tích lựa chọn PLC:

Hiện nay có rất nhiều loại PLC của các hãng khác nhau như: OMRON,MITSUBISHI, SIEMENS, SCHNEIDER, HONEYWELL… mỗi hãng lại có rấtnhiều loại sản khác nhau

Qua quá trình học tập và nghiên cứu tại trường, em có tìm hiểu về một số loạiPLC của hãng SIEMENS như S7-200, S7-300 Em lựa chọn PLC S7-300 vì S7-300

dễ lập trình hơn và hỗ trợ mô phỏng bằng PLCSIM, giúp cho việc kiểm tra chươngtrình khi chưa có điều kiện mua PLC thật

Hình 3.6: PLC S7-300.

3.7.3 Giới thiệu PLC S7-300:

PLC Step 7-300 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất Đây là loại PLC

đa khối Thông thường dễ tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phầnlớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào đầu ra cũng như chủng loại tínhiệu vào ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá

về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành các module Số các module được sử dụngnhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán Song tối thiểu bao giờ cũng phải có một modulechính là modul CPU Còn module còn lại là những modul nhận, truyền tín hiệu với

đối tượng điều khiển các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển độngcơ Chúng được gọi chung là module mở rộng Tất cả các module được gá trênnhững thanh ray (rack).

a) Các Modul của PLC:

Modul CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộthời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài cổng vào ra

số Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào ra onboard Trong

họ PLC S7 – 300 có nhiều loại module CPU khác nhau Nói chung chúng được đặttên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU 312, module CPU 314, moduleCPU 315 Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý nhưng khác nhau vềcổng vào ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thưviện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào ra onboard này sẽ đượcphân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (viết tắt của IntergatedFunction Modul)

Ngoài ra còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đócổng truyền thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Tấtnhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thíchhợp cũng đã được cài trong hệ điều hành Các loại module CPU được phân biệt vớinhững module CPU khác bằng thêm cụm từ DP trong tên gọi

Modul CPU 314:

Hình 3.7: Hình khối mặt trước CPU 314

Trong đó:

1.Các đèn báo:

+ Đèn SF: báo lỗi CPU

+ Đèn BAF: Báo nguồn ắc qui

+ Đèn DC 5V: Báo nguồn 5V

+ Đèn RUN: Báo chế độ PLC đang làm việc

+ Đèn STOP: Báo PLC đang ở chế độ dừng

2 Công tắc chuyển đổi chế độ:

+ RUN-P: Chế độ vừa chạy vừa sửa chương trình

+ RUN: Đưa PLC vào chế độ làm việc

+ STOP: Để PLC ở chế độ nghỉ

+ MRES: Vị trí chỉ định chế độ xoá chương trình trong CPU (Muốn xoáchương trình thì giữ nút bấm về vị trí MRES để đèn STOP nhấp nháy, khi thôikhông nhấp nháy thì nhả tay Làm lại nhanh một lần nữa (không để ý đèn STOP)nếu đèn vàng nháy nhiều lần là xong, nếu không thì phải làm lại)

Modul mở rộng: Các module mở rộng được chia làm 5 loại chính:

1 PS (Power Supply): Module nguồn nuôi, có ba loại 2A, 5A và 10A

2 SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào ra bao gồm: