Nghiên cứu hệ thống điều khiển hòm phun bột

Nghiên cứu hệ thống điều khiển hòm phun bột

LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển hòm phun bột” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS.Bùi Quốc Khánh. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế. Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có sự sao chép, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Hà Nội, ngày 29 tháng 05 năm 2011 Sinh viên Trần Duy Hùng 1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất giấy 11 Hình 1.2 Bãi nguyên liệu của tổng công ty giấy Bãi Bằng 12 Hình 1.3 Thùng bóc vỏ 13 Hình 1.4 Giàn lọc cát 14 Hình 1.5 Quá trình sản xuất giấy trong phân xưởng xeo 15 Hình 1.6 Hòm phun bột 15 Hình 1.7 Lưới dài và lưới đỉnh 16 Hình 1.8 Bộ phận ép ướt 17 Hình 1.9 Cấu hình lô sấy 17 Hình 1.10 Bộ phận ép keo 18 Hình 1.11 Bộ phận ép quang 19 Hình 1.12 Cuộn giấy hoàn thành sau sấy 20 Hình 1.13 Quy trình sản xuất giấy tại Tổng công ty Giấy Bãi Bằng 21 Hình 2.1 Máy scanner của hệ điều khiển QCS 25 Hình 2.2 Cấu hình QCS kiểu Accuray 1190 29 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý đo độ dày 29 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý đo định lượng 31 Hình 2.5 Biểu đồ phụ thuộc giữa độ suy giảm nhiệt độ và định lượng 32 Hình 2.6 Cấu hình hệ điều khiển cấp cao cới MasterPiece 200/1 33 Hình 2.7 Hệ MasterPiece 200/1 trong hệ QCS AccuRay 1190 36 Hình 2.8 Cấu hình mạng hệ thống QCS kiểu AccuRay 1190 tại Tổng Công Ty Giấy Bãi Bằng 38 Hình 3.1 Các thành phần của hòm phun bột 43 Hình 3.2 Hệ thống pha loãng bột 44 2 Hình 3.3 Bộ phận tạo chảy rối với các thanh mỏng 44 Hình 3.4 Dòng chảy khi không có thanh mỏng 45 Hình 3.5 Các thanh mỏng trong môi phun bột 46 Hình 3.6 Dòng chảy trong môi phun với các thanh mỏng 46 Hình 4.1 Hệ thống điều khiển hòm phun bột 50 Hình 4.2 Hệ thống cấp bột cho hòm phun bột 51 Hình 4.3 Ống góp ngang và ống góp côn 52 Hình 4.4 Bơm quạt kiểu ly tâm 53 Hình 4.5 Điều khiển phản hồi cho hệ thống thổi khí 58 Hình 4.6 Máy nén khí kiểu ly tâm 60 Hình 4.7 Cấu trúc phản hồi cho hệ thống giữ nhiệt môi phun 61 Hình 4.8 Nguyên lý điều chỉnh mức 62 Hình 4.9 Mô hình hệ thống điều khiển mức 64 Hình 4.10 Cấu trúc điều khiển áp suất chất lỏng 65 Hình 4.11 Mô hình hệ thống điều khiển lưu lượng 67 Hình 4.12 Mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ 71 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Vị trí và số lượng lô trong hệ thống sấy Bảng 2.1 Chỉ tiêu chất lượng giấy Bảng 4.1 Nồng độ bột và lượng bột giữ lại trên lưới Bảng 4.2 Lưu lượng bột qua môi Bảng 4.3 Độ mở môi 4 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT PLC Programmable Logic Controller - Bộ điều khiển logic lập trình được QCS Quality Control System - Hệ thống điều khiển chất lượng DCS Distributed Control System - Hệ thống điều khiển phân tán OS Operator Station - Trạm vận hành CD Cross Machine Direction - Hướng ngang máy LT Level Transmit – Giá trị đo và truyền tín hiệu mức LC Level Control – Bộ điều khiển mức PT Pressure Transmit - Giá trị đo và truyền tín hiệu áp suất DPT Difference Pressure Transmit – Giá trị đo và truyền tín hiệu chênh áp PC Pressure Control – Bộ điều khiển áp suất TT Temperature Transmit – Giá trị đo và truyền tín hiệu nhiệt độ SP Set Point – Giá trị đặt SC Screen - Sàng lọc n Tốc độ động cơ P Áp suất t Nhiệt độ Q Lưu lượng hơi f Tần số V Thể tích BW Định lượng J/W Jet/Wire - Tỉ lệ tốc độ phun và tốc độ lưới g Gia tốc trọng trường A Diện tích V Tốc độ lưới hay tốc độ chạy máy δ Độ bền kéo W Chiều rộng băng giấy ρ Khối lượng riêng của bột h Độ cao tương đối 5 η Hiệu suất D Lượng nước R Lượng bột giữ lại trên lưới C Nồng độ bột ω Tốc độ dòng chảy α Độ mở môi phun F Lưu lượng bột ε Độ lệch tâm tương đối τ Hằng số thời gian ∆ P Sụt áp qua van N Thành phần của môi chất T Nhiệt độ tuyệt đối K Hệ sô khí K p Hằng số khuếch đại quá trình C R Hệ số dòng chất lỏng hay hệ số lực cản đường ống C V Hệ số kích cỡ van g s Trọng lượng riêng của bột m Dải điều chỉnh của van q Công suất phát nhiệt e Sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hiệu thực u Tín hiệu ra bộ điều khiển d Nhiễu quá trình 6 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của các ngành kĩ thuật điện tử, công nghệ thông tin, điều khiển tự động, tự động hóa đã và đang đạt được nhiều thành tựu to lớn.Quan trọng là các kết quả này đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất thực tế. Tự động hóa quá trình sản xuất không những làm giảm nhẹ sức lao động của con người mà còn góp phần đáng kể trong việc nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Trong quá trình phát triển công nghiệp, ngành sản xuất giấy đóng vai trò quan trọng. Các sản phẩm giấy có mặt trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Trong quá trình sản xuất giấy, bên cạnh quá trình sản xuất bột, dây chuyền xeo giấy đóng một vai trò rất quan trọng. Dây chuyền xeo giấy có nhiệm vụ chuyển bột thành giấy, quyết định đến chất lượng giấy thành phẩm. Trong đó, hòm phun bột đặt ở đầu dây chuyền xeo đóng vai trò hết sức quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ dày mỏng, định lượng của giấy thành phẩm. Vì vậy, để sản phẩm giấy có chất lượng cao trước tiên cần hòm phun bột làm việc ổn định. Xuất phát từ yêu cầu này, em đã tiến hành thực hiện thiết kế đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển hòm phun bột”. Nội dụng đồ án tốt nghiệp được trình bày gồm 4 chương với các nội dung chính sau: - Chương 1: Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy - Chương 2: Tổng quan hệ thống điều khiển nâng cao chất lượng giấy QCS - Chương 3: Hòm phun bột - Chương 4: Phân tích quá trình điều khiển hòm phun bột Để hoàn thành đồ án này, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Bùi Quốc Khánh và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp, khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn tận tình em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đồ án. Em muốn bày tỏ lòng biết ơn đến thầy PGS.TS Bùi Quốc Khánh và các thầy cô trong bộ môn.Đồng thời em cũng xin cảm ơn các cán bộ công nhân viên tại tổng công ty giấy Bãi Bằng đã hỗ trợ em hoàn thành đồ án. Do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế và khó khăn về tài liệu tham khảo, đồ án chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của các thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Trần Duy Hùng 7 CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY VÀ GIẤY 1.1. Tổng quan dây chuyền công nghệ sản xuất giấy 1.1.1. Giới thiệu chung Tổng công ty giấy Bãi Bằng là công trình hợp tác quốc tế giữa Việt Nam và Thụy Điển, được xây dựng tại thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ. Với vị trí gần đường bộ, đường thủy và đường sắt nên thuận lợi cho quá trình vận chuyển và tiêu thụ sản phẩm. Dây chuyền công nghệ hiện đại, hoàn chỉnh và đồng bộ được xây dựng trên một diện tích 20 ha, cung cấp giấy viết, giấy in… cho thị trường trong nước và xuất khẩu ra nước ngoài. Năng suất 48.000 tấn bột/năm và 50.000 tấn giấy/năm trong đó 50.000 tấn giấy viết in và 5000 tấn giấy bao gói. Nhưng đến năm 2003 Bãi Bằng đã tiến hành đầu tư mở rộng giai đoạn I nhằm nâng cao năng suất lên 61.000 tấn bột/năm và 100.000 tấn giấy/năm đánh dấu một quá trình phát triển đi lên của mình. 1.1.2. Quá trình sản xuất bột và giấy Bột giấy có thể được sản xuất từ gỗ, tre nứa, sợi, giấy tái sinh…có thể sản xuất bằng phương pháp cơ học ,phương pháp hóa học và phương pháp bán hóa học. Bột giấy từ gỗ: gỗ được bóc vỏ, rửa, chặt thành từng mảnh trong máy băm, lọc qua máy sàng rồi phân loại mảnh dăm theo kích cỡ đồng đều. Dăm gỗ sau đó có thể được xử lý bằng cách mài, nghiền, nấu (phương pháp cơ học) hoặc bằng hóa chất (phương pháp hóa học) tạo thành bột giấy thô (chưa tẩy). Sau đó bột này mới được đưa đi tẩy trắng với mức độ tùy theo yêu cầu, rồi pha loãng để đưa qua máy xeo cán thành giấy cuộn. 8 Hình 1.1. Tổng quan công nghệ sản xuất giấy 1.2. Quy trình công nghệ sản xuất bột 1.2.1 Công đoạn xử lý nguyên liệu Hình 1.2. Bãi nguyên liệu của Tổng công ty giấy Bãi Bằng Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là tre, nứa và gỗ. Tre nứa được đưa từ bãi chứa vào băng chuyền và được rửa sạch trước khi đưa vào máy chặt. Tại đây tre nứa được băm thành các mảnh nhỏ có kích thước theo tiêu chuẩn: + Chiều dài: 35 mm. + Chiều rông: 10 mm. 9 + Chiều dày: 2,5 mm. Các mảnh được đưa vào hệ thống rửa mảnh và qua băng tải đến sân chứa mảnh. Năng suất của máy chặt tre nứa là 20 tấn/h. Gỗ được đưa đến bộ phận bóc vỏ bằng băng tải xích. Gỗ sau khi đã bóc vỏ được rửa sạch rồi đi vào máy chặt mảnh. Mảnh gỗ sau khi chặt có kích thước theo tiêu chuẩn: + Chiều dài: 35 mm. + Chiều rộng: 10 mm. + Chiều dày: 2,5 mm. Hình 1.3. Thùng bóc vỏ Mảnh gỗ được đưa qua sàng chọn và đưa ra sân chứa bằng băng tải. Máy chặt gỗ có năng suất là 40 tấn/h. Mảnh tre nứa và gỗ được đưa vào nồi nấu bởi hệ thống thổi mảnh. Tùy theo yêu cầu đơn đặt hàng của khách mà có tỷ lệ tre nứa và gỗ khác nhau. 1.2.2. Công đoạn nấu bột Bột được sản xuất theo phương pháp sunphat có thu hồi hóa chất. Nguyên liệu được nấu trong 3 nồi có hình trụ đứng với dung tích mỗi thùng là V = 140 m 3 . Thời gian để hoàn thành một chu kỳ nấu là 240 phút kể cả thời gian nạp mảnh. 10 [...]... - Hệ thống phần chương trình phục vụ cho hai nhóm điều khiển chính là: Một là điều khiển CD (Cross Machine Direction) bao gồm các vòng điều khiển dọc theo dây chuyền như điều khiển định lượng, điều khiển độ tro và điều khiển độ ẩm Hai là điều khiển CD gồm vòng điều khiển có mục đích ổn định định lượng theo chiều ngang Ngoài ra chương trình còn cung cấp một số tiện ích khác như giám sát tình trạng hệ. .. phát tín hiệu điều khiển độ mở của van điều khiển của van định lượng F21 2.3 Tổng quan cấu hình toàn hệ điều khiển QCS Thực chất, QCS là một hệ điều khiển phân tán (DCS), có chức năng chuyên để điều khiển chất lượng của sản phẩm (ở đây là chất lượng của giấy thành phẩm) Thành phần chính trong nó là hệ MASTERPIECE 200, cụ thể ở đây là: MASTERPIECE 200/1 phục vụ cho qua trình điều khiển hệ thống 2.3.1... thống QCS gồm 3 cấp cơ bản: 22 + Cấp điều khiển giám sát + Cấp điều khiển hiện trường + Thiết bị hiện trường Và một hệ thống mạng công nghiệp liên kết các cấp và giữa hệ QCS với các hệ khác 2.1.2 Mô hình cơ bản của hệ QCS Chức năng cơ bản của hệ QCS là thu thập các số liệu về các thông số của sản phẩm đồng thời điều khiển theo giá trị đặt.Vì vậy để tìm hiểu về hệ thống QCS thì tham chiếu với mô hình... vào giao diện màn hình để thay đổi các thông số điều khiển truyền xuống cho cấp điều khiển hiện trường Như vậy yêu cầu cơ bản của cấp điều khiển giám sát là tạo ra một sự tương tác người máy để vận hành có thể ngồi ở cấp điều khiển giám sát có thể giám sát được quy trình hoạt động của hệ thống đồng thời qua cấp điều khiển giám sát có thể ra lệnh điều khiển các thiết bị hiện trường mong muốn.Trên cấp... cầu của sản phẩm Bột đã pha trộn phụ gia trong bể chứa sau đó được đưa qua hệ thống phụ trợ: Sàng áp lực, lọc cát và các thành phần khác có ảnh hưởng đến tờ giấy rồi được đưa tới hòm phun bột, bắt đầu quá trình sản xuất giấy 1.3 Quy trình công nghệ xeo giấy Hình 1.5 Quá trình sản xuất giấy trong phân xưởng xeo 1.3.1 Hòm phun bột Nhiệm vụ của hòm phun bột là phân phối một lưu lượng bột đồng đều trên... 2,5 ÷ 2,8 MPa - Điều khiển chất lượng nước gia ven Nồng độ Cl2 hữu hiệu: 80÷85 g/lít NaOHdư = 2÷4 g/lít - Điều khiển độ pH = 5÷8 21 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIẤY QCS 2.1 Tổng quan về hệ thống QCS 2.1.1 Khái niệm cơ bản QCS (Quality Control System) là hệ thống được xây dựng do yêu cầu của việc kiểm tra và giám sát chất lượng sản phẩm công nghiệp .Hệ thống có nhiệm vụ... khiển các thiết bị chấp hành để đạt được các thông số mong muốn Thực tế, QCS là một hệ thống SCADA trong đó chú trọng đến phần đo thông số sản phẩm đầu ra, thường đặt cuối dây chuyền sản xuất Hình 2.1 Máy scanner của hệ điều khiển QCS Ngoài chức năng cơ bản là một hệ điều khiển độc lập thì nó còn kết hợp với các hệ thống khác, như DCS qua các giao thức mạng công nghiệp Có thể tổng quát mô hình hệ thống. .. phân cấp là một cách tiếp cận tường minh nhất a Cấp điều khiển giám sát Chức năng cơ bản của cấp điều khiển giám sát là tạo ra được giao diện giao tiếp giữa người và máy, mà trong đó, người vận hành có thể thao tác điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống thông qua sự tương tác với giao diện này Cấp điều khiển giám sát sẽ thu thập các dữ liệu mà cấp điều khiển hiện trường ngay dưới đó gửi về để xử lý và... tờ giấy, nhằm giám sát và điều khiển các thông số cơ bản đó của tờ giấy Riêng độ dày thì hệ thống chỉ đo và giám sát chứ không điều khiển Hệ thống các đầu 35 đo được bố trí thành hai khối thu và phát liên tục quét ngang tờ giấy để thu thập các thông số như đã trình bày ở trên 2.4.2 SmartWeight Profiler (SWP) SmartWeight Profiler là hệ thống chấp hành đặc biệt dùng để điều khiển định lượng trung bình... lệnh và truyền số liệu từ các OS và từ các OS có thể điều khiển các trạng thái làm việc của các SPF,SWP thông qua điều khiển của MasterPiece tới các terminal này 2.4.4 Trạm Operator Station (OS) Hệ thống có hai trạm vận hành (OS) được mặc định điều khiển riêng cho từng máy xeo.Tuy nhiên hệ thống có cấu trúc phân tán do đó hai trạm vận hành có thể điều khiển thay thế lẫn nhau, khi có sự cố hoặc khi phục . LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển hòm phun bột” do em tự thiết kế dưới sự. Hình 3.3 Bộ phận tạo chảy rối với các thanh mỏng 44 Hình 3.4 Dòng chảy khi không có thanh mỏng 45 Hình 3.5 Các thanh mỏng trong môi phun bột 46 Hình 3.6