nghiên cứu, thiết kế hệ đo lường và điều khiển cho dây chuyền điều chế supe lân tại công ty supe phốt phát và hóa chất lâm thao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM - - NGUYỄN VĂN THUẬN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO DÂY CHUYỀN ĐIỀU CHẾ SUPE LÂN TẠI CÔNG TY SUPE PHỐT PHÁT VÀ HÓA CHẤT LÂM THAO LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM - - NGUYỄN VĂN THUẬN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO DÂY CHUYỀN ĐIỀU CHẾ SUPE LÂN TẠI CÔNG TY SUPE PHỐT PHÁT VÀ HÓA CHẤT LÂM THAO LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60.52.02.02 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS BÙI ĐĂNG THẢNH HÀ NỘI, 2014 LỜI CAM ĐOAN Tên Nguyễn Văn Thuận, học viên lớp cao học K21DNNA chuyên ngành kỹ thuật điện Tôi cam đoan nội dung viết luận văn nghiên cứu thân hướng dẫn thầy giáo TS Bùi Đăng Thảnh chép bất hợp pháp từ nghiên cứu người khác Nếu sai hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Người cam đoan Nguyễn Văn Thuận Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page i LỜI CẢM ƠN Để thực tốt luận văn tốt nghiệp em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo TS Bùi Đăng Thảnh hướng dẫn tận tình suốt thời gian làm luận văn vừa qua Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Công ty cổ phần Supe phốt phát Hóa chất Lâm Thao tạo điều kiện cho tiếp cận, nghiên cứu yếu tố kỹ thuật công nghệ phối hợp tốt giúp đỡ nhiều trình thực nghiên cứu đề tài Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo Khoa Cơ Điện thầy cô giáo môn truyền đạt kiến thức bổ ích cho em suốt thời gian học tập trường Học viên Nguyễn Văn Thuận Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU I Đặt vấn đề II Mục đích nghiên cứu III Nội dung đề tài IV Phương pháp nghiên cứu Các kết nghiên cứu thừa kế 2 Định hướng nghiên cứu Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng Thiết bị thí nghiệm CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ SUPE LÂN 1.1 1.2 Thực trạng sản xuất Công ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao Phân tích hệ thống điều chế Supe lân cũ 1.2.1 Mô tả toán công nghệ 1.2.2 Thực trạng hệ đo lường điều khiển cũ điều chế Supe lân 1.3 Tính chất Supe lân 1.3.1 Thành phần hoá học 1.3.2 Tính chất lý hoá supe phốt phát 1.3.3 Ứng dụng Supe phốt phát đơn 1.4 Nguyên liệu chế tạo Supe lân 1.4.1 Apatit 1.4.2 Axit sunfuric H2SO4 1.5 Quy trình điều chế Supe lân 10 10 1.5.1 Các giai đoạn phản ứng yếu tố ảnh hưởng 10 1.5.2 Công đoạn điều chế supe photphat 16 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page iii CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐIỀU CHẾ SUPE LÂN 18 2.1 Tổng quan hệ thống thiết kế 18 2.2 Bài toán công nghệ 19 2.2.1 Phối liệu công nghệ 19 2.2.2 Vấn đề công nghệ cần giải 21 2.3 Thiết kế hệ lường điều khiển công đoạn điều chế Supe lân 22 2.3.1 Biện pháp đo lường điều khiển cung cấp axit H2SO4 vào thùng trộn 22 2.3.2 Biện pháp đo lường điều khiển suất bột Apatit 29 2.3.3 Biện pháp điều khiển giám sát trung tâm 35 2.4 Tính hệ thống 37 2.5 Các tính thiết bị sử dụng hệ thống đo điều khiển tự 2.6 động Supe 39 Chọn thiết bị cấp trường (sensor, actuator) 47 2.6.1 Các thiết bị đo 47 2.6.2 Cơ cấu chấp hành 50 2.6.3 Thiết bị điều khiển 51 2.6.4 Máy tính điều khiển giám sát 53 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 58 3.1 Sơ đồ thuật toán cho điều khiển 58 3.2 Thiết kế hệ điều khiển giám sát hoàn chỉnh cho supe lân WINCC 59 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 65 I Kết luận 65 II Hướng phát triển đề tài 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page iv DANH MỤC CÁC HÌNH Thứ tự Tên hình Hình 1.1 Phối liệu Apatit Axit thùng trộn Hình 1.2 Sự phụ thuộc mức độ phân hủy quặng vào nồng độ H2SO4 Trang 13 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ đo lường điều khiển điều chế Supe lân 18 Hình 2.2 Đặc tuyến độ dẫn – nồng độ phụ thuộc vào t0 axit 23 Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch đo điều khiển axit 27 Hình 2.4 Mô hình cân băng định lượng 30 Hình 2.5 Sơ đồ mạch đo lường điều khiển bột Apatit 33 Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giám sát 35 Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ điều chế Supe lân 56 Hình 3.1 Sơ đồ thuật toán 58 Hình 3.2 Hệ thống cấp bột apatit 60 Hình 3.3 Hệ thống pha loãng axit 60 Hình 3.4 Hệ thống trung hòa supe tươi 61 Hình 3.5 Sơ đồ hoàn chỉnh hệ SCADA supe lân 61 Hình 3.6 Lỗi giá trị đặt 62 Hình 3.7 Giá trị đặt hợp lệ 63 Hình 3.8 Chế độ bán tự động 63 Hình 3.9 Chế độ vận hành tay 64 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page v MỞ ĐẦU I Đặt vấn đề Phần lớn hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất Supe lân lạc hậu Rất nhiều dây chuyền Liên xô xây dựng vào năm 1960, ứng dụng điều khiển cục (Local Control) mà số lượng công nhân vận hành đông mặt khác với biến động bất thường công đoạn khác dây chuyền thách thức không nhỏ phải thông tin đến công đoạn liên quan Do yêu cầu cấp thiết để đặt phải xây dựng hệ thống đo lường điều khiển giám sát từ trung tâm đáp ứng yêu cầu sau: - Đáp ứng yêu cầu chất lượng điều chỉnh, hệ thống thiết kế phải có tính mở - Thiết kế hệ thống phải tận dụng tối đa thiết bị đo lường cấu chấp hành hệ thống cũ - Tối ưu hoá giá thành đảm bảo tiêu kỹ thuật Từ phân tích trên, tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ đo lường điều khiển cho dây chuyền điều chế Supe lân công ty Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao” II Mục đích nghiên cứu Hệ thống điều khiển dây chuyền điều chế Supe lân công ty Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao sử dụng hệ thống cũ, lạc hậu ứng dụng điều khiển cục bộ, điều dẫn đến chất lượng hệ thống điều khiển không ổn định Việc tự động hóa làm tăng chất lượng sản phẩm đầu làm giảm nhân công sử dụng hệ thống Do nghiên cứu đề tài nhằm đạt mục đích sau: - Thiết kế hệ thống nhằm tự động hóa cho dây chuyền sản xuất điều chế Supe lân phải tận dụng tối đa thiết bị đo lường cấu chấp hành hệ thống cũ - Nghiên cứu, thiết kế phần cứng, xây dựng phần mềm cho hệ thống đo lường điều khiển cho điều chế Supe lân Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page III Nội dung đề tài - Nghiên cứu công nghệ điều chế Supe lân công ty Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao - Thiết kế phần cứng hệ thống đo lường điều khiển cho điều chế Supe lân - Nghiên cứu lựa chọn thiết bị điều khiển dùng hệ thống - Lập trình phần mềm thiết kế giao diện, cụ thể phần mềm lập trình simatic S7- 300 phần mềm thiết kế giao diện simatic WinCC 7.0 - Tích hợp toàn hệ thống IV Phương pháp nghiên cứu Để giải vấn đề đề tài đặt ra, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây: Các kết nghiên cứu thừa kế Kế thừa công trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình phần mềm thiết kế giao diện, cụ thể phần mềm lập trình simatic S7- 300 phần mềm thiết kế giao diện simatic WinCC 7.0 Kế thừa mô hình sản xuất có thực tiễn Định hướng nghiên cứu Nghiên cứu phần mềm lập trình, phần mềm viết giao diện máy tính Thay đổi phương pháp lập trình để tìm phương pháp đơn giản dễ sử dụng hiệu Xây dựng chương trình điều khiển giao diện giám sát Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng Chạy thử giao diện giám sát nhiều lần, kiểm tra phát lỗi giao diện giám sát chương trình điều khiển, từ hoàn thiện nâng cấp hệ thống Thiết bị thí nghiệm - Máy tính PC Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ SUPE LÂN 1.1 Thực trạng sản xuất Công ty Cổ phần Supe Phốt phát Hóa chất Lâm Thao Tiền thân Công ty cổ phần Supe phốt phát Hóa chất Lâm Thao Nhà máy Supe phốt phát Lâm Thao, Chính phủ nước Việt nam Dân chủ Cộng hòa khởi công xây dựng ngày tháng năm 1959 bên dòng sông Thao quê hương Đất Tổ (huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ) Sau năm thi công xây dựng, nhà máy khánh thành vào sản xuất ngày 24 tháng năm 1962 Trải qua trình xây dựng phát triển, Công ty cổ phần Supe phốt phát Hóa chất Lâm Thao giữ vững vai trò cờ đầu ngành sản xuất kinh doanh phân bón, hóa chất nước ta, cung ứng gần 20 triệu phân bón cho đồng ruộng, sát cánh nông dân nước làm nên vụ mùa bội thu, góp phần đưa nước ta trở thành nước xuất gạo đứng thứ giới Với mục tiêu hàng đầu giữ vững phát triển sản phẩm truyền thống phục vụ nông nghiệp, mở rộng phát triển ngành nghề sản xuất kinh doanh khác mà Công ty có ưu thế, tạo phát triển ổn định lâu dài vững chắc, tối đa hóa lợi nhuận, đảm bảo quyền lợi hợp pháp cho cổ đông, làm tròn nghĩa vụ Nhà nước, Công ty cổ phần Supe phốt phát Hóa chất Lâm Thao triển khai sản xuất kinh doanh số lĩnh vực sau đây: - Sản xuất kinh doanh phân bón, hóa chất, điện, nước, xi măng, xăng dầu mỡ - Thiết kế xây dựng công trình; thiết kế, chế tạo, lắp đặt thiết bị, dây chuyền sản xuất hóa chất - Kinh doanh khách sạn, nhà hàng - Kinh doanh ngành nghề khác theo quy định pháp luật cho phép Sự trưởng thành Công ty qua lực sản xuất, dự án phát triển mà quan trọng công ty khẳng định thương hiệu phát triển chung xã hội Thương hiệu Lâm Thao "Ba nhành Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page SEMI_AUTO M START I STOP M SUCO_AXIT 35.1 BOOL CHE DO BAN TU DONG BOOL KHOI DONG 30.2 BOOL TAM DUNG HE THONG M 250.2 BOOL SU CO VE DONG CHAY AXIT SUCO_NHIET I 5.0 BOOL SU CO NHIET DO SUCO_NUOC I 4.6 BOOL SU CO VE DONG CHAY NUOC SUCO_TRON I 4.7 BOOL SU CO VE DONG CHAY TU BINH TRON SUPE M 250.0 BOOL CAM BIEN BAO DA CO SUPE TUOI V_AXIT1 Q 3.6 BOOL V_AXIT2 Q 4.0 BOOL V_TRON Q 4.3 BOOL V_WATER Q 4.2 BOOL V_WATER1 Q 3.7 BOOL V_WATER2 Q 4.1 BOOL 0.0 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 70 PHỤ LỤC B CODE LẬP TRÌNH CHO QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT a Chương trình lập trình khối OB1 Network 1: LUA CHON PHUONG PHAP VAN HANH SET AN "BANG_TAY" JCN VH1 AN "SEMI_AUTO" JCN VH2 AN "AUTO" JCN VH3 Network 2: CHE DO TU DONG KIEM TRA CAC GIA TRI DAT TU PC VH3: L MW 100 L 20 >I JCN CB L MW 100 L 95 I JCN CB L MW 100 L 95 I Network 3: BO PID DIEU KHIEN VAN NANG SUAT AXIT CAC THONG SO BO PID2 CALL "CONT_C" , DB41 COM_RST := MAN_ON :=FALSE PVPER_ON :=TRUE P_SEL :=TRUE I_SEL :=FALSE INT_HOLD :=TRUE I_ITL_ON := D_SEL := CYCLE :=T#50MS SP_INT :=MD52 PV_IN := PV_PER :="I_NSAXIT" MAN := GAIN :=2.000000e+000 TI :=T#8S TD := TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM :=1.000000e+002 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 80 LMN_LLM :=0.000000e+000 PV_FAC :=1.000000e+000 PV_OFF :=0.000000e+000 LMN_FAC :=1.000000e+000 LMN_OFF :=0.000000e+000 I_ITLVAL := DISV := LMN :=MD56 LMN_PER :="Q_NSAXIT" QLMN_HLM:= QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := Network 4: L XU LY TIN HIEU BO PID2 MW ITD DTR L 3.333000e+000 *R T MD 52 L MD 52 L MD 56 T MD 60 L MD 60 +R RND Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 81 T MW Network 5: BO PID DIEU KHIEN VAN NUOC_1 VA VAN AXIT_1 CAC THONG SO BO PID3 CALL "CONT_C" , DB41 COM_RST := MAN_ON :=FALSE PVPER_ON :=TRUE P_SEL :=TRUE I_SEL :=TRUE INT_HOLD := I_ITL_ON := D_SEL := CYCLE :=T#50MS SP_INT :=MD64 PV_IN := PV_PER :="I_AXIT" MAN := GAIN :=2.000000e+000 TI :=T#8S TD := TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM :=1.000000e+002 LMN_LLM :=-1.000000e+002 PV_FAC := PV_OFF := LMN_FAC := LMN_OFF := I_ITLVAL := Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 82 DISV := LMN :=MD68 LMN_PER :="Q_VNUOC" QLMN_HLM:= QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := Network 6: XU LY TIN HIEU BO PID3 L 68 T MW 20 ITD DTR T MD 64 L 1.000000e+001 RND T MW L 1.000000e+001 L MD 68 +R RND T MW 10 L 5.000000e+001 RND T MW 12 L 4.000000e+001 RND Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 83 T MW 14 Network 7: THIET LAP GIA TRI DAT L MW 100 L /I T MW L *I T MW BEU Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 84 [...]... kho, supe được cầu trục múc lên bun ke chứa để xuất lên ôtô hoặc đóng thành bao quy cách Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 17 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐIỀU CHẾ SUPE LÂN 2.1 Tổng quan về hệ thống thiết kế Với các phân tích nêu trên, tác giả đã đưa ra giải pháp xây dựng hệ điều khiển tập trung sử dụng bộ điều khiển khả trình kết... tính điều khiển và giám sát Cấu hình của hệ thống được mô tả như hình sau: PC - Personal Computer PLC - Programmable Logic Controller Cấp điều khiển, giám S - Sensor PC sát và thu thập số liệu A - Actuator RS232 RS232/RS485 Cấp điều khiển RS485 Trạm điều khiển hiện trường PLC Cấp hiện trường S S A Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ đo lường và điều khiển trong điều chế Supe lân Bảng thống kê các đầu vào/ra:... khi đổ vào thùng trộn chỉ còn: 16,4 + 6,32 = 22,72T/h, nhưng với nồng độ là: 16,4/22,72 * 100% = 72, 18% Như vậy, thực tế chạy máy khi bột ẩm tăng 4%, để giữ nguyên năng suất điều chế và các thông số chuẩn thì các thông số chạy máy sẽ thay đổi cụ thể như sau: M = 0,7; N = 0,454; K =1,542; C = 72,18% 2.3 Thiết kế hệ do lường điều khiển công đo n điều chế Supe lân 2.3.1 Biện pháp đo lường và điều khiển. .. H2SO4 vào thùng trộn Để khống chế quá trình phối liệu theo như công nghệ bắt buộc phải đo lường liên tục chính xác nồng độ C% và năng suất axit H2SO4 C% của axit pha loãng trước khi đổ vào thùng trộn, đồng thời phải điều khiển liên tục quá trình pha loãng và cung cấp axit xuống thùng trộn để luôn ổn định nồng độ C% và năng suất axit bảo đảm chất lượng và năng suất Supe điều chế Biện pháp đo lường và điều. .. đạt tỷ lệ phối liệu phù hợp Và tất nhiên lượng apatit được xác định bằng biểu thức tích phân theo thời gian của giá trị khối lượng tức thời với vận tốc của băng cân 1.2.2 Thực trạng của các hệ đo lường điều khiển cũ trong điều chế Supe lân Phần lớn các hệ thống điều chế Supe lân cũ đều ứng dụng điều khiển cục bộ (Local Control) với nhiều vòng điều khiển độc lập nhau Số lượng công nhân vận hành lớn, với... gen SiO2.nH2O Hiện nay supe photphat đơn sản xuất tại Công ty Supe Phốt phát và Hoá chất Lâm thao là dạng bột rời có trung hoà bằng chính quặng apatit 1.3.2 Tính chất lý hoá cơ bản của supe phốt phát 1.3.2.1 Tính chất hoá học Supephotphat là một loại phân lân tên thương mại là phân supe có chứa hàm lượng dinh dưỡng P2O5 hòa tan trong nước là chủ yếu Supe photphat là một loại bột tơi, xốp, có màu xám... xuất chất khoáng bổ sung thức ăn cho gia súc 1.4 Nguyên liệu chế tạo Supe lân Nguyên liệu để sản xuất supe photphat đơn có quặng chứa photpho và axit sunfuric Quặng chứa photpho bao gồm các loại: apatit, photphoric và photphat thiên nhiên Ở nước ta để sản xuất supe đơn quặng được dùng chủ yếu là apatit Nguyên liệu chính dùng sản xuất supe photphat đơn tại Công ty supe photphat và hoá chất Lâm Thao. .. amôn hoá, tức là chế biến với hơi NH3 Các biện phát này làm cho tính chất vật lý của supe photphat tốt hơn : giảm độ ẩm, độ hút ẩm, độ kết tinh Khi amôn hoá thì tăng thêm một nguyên tố dinh dưỡng cho cây trồng 1.5.2 Công đo n điều chế supe photphat 1.5.2.1 Điều chế supe photphat và trung hoà đợt 1 - Nguyên liệu: axit H2SO4 có nồng độ 90% được bơm từ kho chứa axit về xí nghiệp supe và được chứa ở thùng... đặt thiết bị điều khiển van axit Thiết bị này thu nhận tín hiệu lưu lượng xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển góc mở van thích hợp, đảm bảo năng suất axit ổn định theo yêu cầu, có thể điều chỉnh theo luật PH) - Lắp đặt thiết bị điều khiển tương quan, thiết bị này thu nhận 2 tín hiệu: nồng độ và năng suất axit, xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển góc mở van axit và van nước, luôn đảm bảo mối quan hệ. .. đầu vào ) + Thu thập số liệu: cấp này sẽ thu thập, lưu trữ lượng tiêu tốn của nguyên liệu đầu vào cũng như sản lượng đầu ra 2.2 Bài toán công nghệ 2.2.1 Phối liệu công nghệ Theo công nghệ thì công thức điều chế supe lân tiêu chuẩn được tính như sau: Qlan.CH(t/h) = Qapatit.100%(t/h) + QH2SO4.100%(t/h) = M0 x Qlan (t/h) + N0 x Qlan (t/h) Trong đó : M 0 + N0 = 1 Qlan.CH(t/h) Năng suất điều chế supe lân