Đồ Án Tìm Hiểu, Nghiên Cứu Phân Xưởng Xeo – Nhà Máy Giấy Bãi Bằng

ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG PHẦN MỘT TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG – TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM Nhà máy giấy Bãi Bằng xây dựng vào năm 70 kỷ XX, công trình hợp tác hai quốc gia Việt Nam Thụy Điển Công trình xây dựng diện tích 82 hécta thị trấn Phong Châu – huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ, nhà máy giấy có dây truyền đại bậc nước ta nói riêng Đông Nam Á nói chung Nhà máy giấy vào hoạt động vào ngày 26/11/1982 với công suất thiết kế 48.000 bột/ năm 55.000 giấy/năm Cũng không khó khăn ban đầu mà nhà máy vào hoạt động, từ năm 1982-1990 thời gian có trợ giúp Thụy Điển chuyên gia, cố vấn kỹ thuật, tài chính, quản lý, điều hành tình hình máy móc, trang thiết bị mới, phù tùng thay có sẵn Tuy nhiên sản lượng năm cao (1986) chị đạt 30.499 giấy/năm (bằng 55% công suất thiết kế) Tuy nhiên trình hoạt động, nhà máy giấy liên tục phát triển sản xuất để ngày đạt sản lượng suất lớn Qua việc đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân viên, kỹ sư lành nghề đầu tư nâng cấp dây truyền sản xuất sản lượng nhà máy ngày nâng cao Năm 1996 ghi nhận lần nhà máy giấy đạt vượt suất thiết kế với sản lượng đạt 57.000 Giấy Tiếp năm 2001 nhà máy giấy sản xuất đạt 72.850 giấy, năm 2002 đạt 75.865 giấy Do yêu cầu thị trường, năm 2003 nhà máy tiến hành đầu tư mở rộng giai đoạn nhằm nâng công suất lên 61.000 bột /năm đến năm 2006 đạt 100.000 giấy/năm đánh dấu trình phát triển lên Trong năm 2004 nhà máy giấy Bãi Bằng đổi thành Tổng công ty giấy Việt Nam hoạt động theo mô hình công ty mẹ - công ty Xí nghiệp vận tải tách thành công ty Vận Tải Và Chế Biến Lâm Sản bên cạnh nhà máy sản xuất giấy.Hiện nay, nhà máy sản xuất tổng công ty bao gồm : • Nhà máy điện • Nhà máy hoá chất • Xí nghiệp bảo dưỡng • Nhà máy giấy: + Phân xưởng nguyên liệu + Phân xưởng bột + Phân xưởng giấy + Phân xưởng hoàn thành SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG PHẦN HAI TỔNG QUAN VỀ CÁC NHÀ MÁY, PHÂN XƯỞNG VÀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GIẤY I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GIẤY Để hình thành nên giấy từ nguyên liệu ban đầu tre, nứa, gỗ phải qua loạt trình xử lý nhà máy phân xưởng nhà máy giấy Tuy nhiên trình sản xuất giấy chia thành công đoạn bản: • Chuẩn bị nguyên liệu • Nấu bột • Xeo giấy • Hoàn thành sản phẩm (Hình vẽ quy trình sản xuất giấy – trang sau) Chuẩn bị nguyên liệu Nguyên liệu làm bột giấy tre, nứa, gỗ chứa bãi, sau cẩu trục đưa lên bãi máy chặt chia làm tuyến: tuyến sợi dài tre, nứa tuyến sợi ngắn gỗ Tre, nứa từ bãi chứa đưa vào băng truyền phun rửa trước đưa vào máy chặt Tại máy chặt, tre đập dập, chặt thành mảnh nhỏ sau đưa qua hệ thống sàng chọn rửa qua băng tải đến sân chứa mảnh Gỗ đưa đến phận bóc vỏ băng tải xích đưa vào thùng bóc vỏ Sau bóc vỏ chúng phun rửa vào máy chặt mảnh Mảnh gỗ thu phải có kích thước: dài từ 25 -35 mm, rộng 10 -20 mm., dày - mm Năng suất máy chặt gỗ 40 tấn/h Sau đó, mảnh gỗ đưa qua hệ thống sàng chọn mảnh dày không thực thẩm thấu nấu cho nhiều mảnh sống bột Còn mảnh dài gây cố nạp mảnh phóng bột Sau sàng, mảnh băng tải đưa sân chứa mảnh gỗ Những mảnh không hợp quy cách chặt lại Từ đống mảnh, mảnh vận chuyển tới nồi nấu hệ thống băng tải vít tải Lúc tỉ lệ mảnh gỗ mảnh tre nứa hệ thống bàn cào cào lấy mảnh từ bãi chứa Sau tất trộn chung vào xilô đưa lên băng tải vít Tỉ lệ mảnh tre nứa trình vận hành hệ thống chặt mảnh gỗ, tre nứa giám sát điều khiển từ hệ thống DCS khu vực nấu bột SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Gỗ đưa đến phận bóc vỏ băng tải xích, băng tải xích đưa gỗ vào thùng bóc vỏ Sau đó, mảnh gỗ đưa qua hệ thống sàng chọn để lọc mảnh gỗ chặt không kích thước yêu cầu, mảnh dày không thực thẩm thấu nấu cho nhiều mảnh sống bột Còn mảnh dài gây cố nạp mảnh phóng bột Sau sàng, mảnh băng tải đưa sân chứa mảnh gỗ Còn mảnh không hợp quy cách chặt lại Sau tất trộn chung vào xilô đưa lên băng tải vít Các băng tải đưa mảnh tre, gỗ đến nồi nấu để thực công đoạn nấu bột Nấu bột Trong công đoạn nấu bột, trình thực để nấu từ mảnh tre, gỗ thành bột giấy Các trình là: Quá trình nấu; trình rửa; trình sang; trình tẩy Mảnh nguyên liệu từ xilô chứa công đoạn chuẩn bị nguyên liệu nạp vào nồi nấu, trình sảy theo mẻ Cùng với mảnh nguyên liệu công nghiệp (quá trình xông hơi) dịch nấu nạp vào nồi nấu Nồi nấu trì điều kiện thời gian phân rã mảnh nguyên liệu thành bột (đây thời gian bảo ôn) Sau bột nấu xong, qua trình phóng đỉnh phóng đáy để đưa sang bể chứa Bột đánh tơi thành sơ sợi riêng biệt đưa tới trình rửa bột Sau bột đưa tới máy rửa lọc, trình rửa nhằm mục đích tách dịch khỏi bột đồng thời thu hồi lại hóa chất, tránh ô nhiễm môi trường bên cạnh thu hồi lại chất hòa tan hỗn hợp bột – dịch làm nhiên liệu Để thu hồi hóa chất, dịch đưa qua hệ chưng bốc Bột sau rửa đến trình sàng Sàng bột thực qua nhiều giai đoạn từ sàng thô đến sàng tinh Sàng bột nhằm đạt bột đạt yêu cầu, sợi tách rời nhau, bên cạnh phải loại hết cát, tạp chất mấu, mắt gỗ chưa hình thành nên sợi bột Sau sàng, bột đưa đến bể chứa để đưa sang trình tẩy trắng Tẩy trắng trình cuối công đoạn nấu bột phân xưởng bột Sau qua trình tẩy trắng, bột có hóa tính lý tính theo mong muốn Trong trình tẩy trắng, bột lại qua giai đoạn nhỏ: Bột Clo hóa Cl tiếp kiềm hóa để loại bỏ hợp chất màu, sau tẩy tiếp NaClO cuối đưa vào bể chứa để đưa sang trình Xeo giấy Xeo giấy Xeo giấy gồm trình để hình thành nên tờ giấy: Chuẩn bị bột, đưa bột lên lưới; sấy; trình ép; cuộn giấy cắt cuộn Bột giấy từ công đoạn nấu bột chứa bể chứa, với bột nhập cộng thêm tận dụng lại bột phế phẩm trình sau đưa SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG vào bể đánh tơi Sau bơm sang bể trộn để thành phần (dung dịch) bột có tiêu nồng độ mong muốn Bột bể trộn đưa qua hệ thống nghiền thô nghiền tình (trong có hai loại: nghiền đĩa nghiền côn) nhắm cho độ mịn bột đạt yêu cầu Sau trình nghiền, bột đưa vào bể trộn cuối cùng, bể bể định nồng độ bột đưa vào Xeo giấy Bột từ bể trộn đưa sang bể máy bơm đến phận đưa bột lên lưới Sau bột bơm từ bể máy, bột trộn loại hóa chất, phụ gia để có đạt tiêu chất lượng: độ tro, độ trắng, màu sắc, độ bền… Bột đưa qua hai hệ thống lọc sàng để loại bỏ bỏ cát, tạp chất đồng thời thu lại lượng bột lẫn đường thải hệ thống Bột đưa vào Head Box – Hòm phun để phun lên lưới hình thành nên tờ giấy, kết thúc trình chuẩn bị bột đưa bột lên lưới Sau bột đưa lên lưới, hệ thống lưới, hút chân không tách bỏ thành phần nước hình thành nên tờ giấy Sau giấy bắt đầu đưa vào hệ thống sấy Hệ thống sấy có tác dụng loại bỏ dần thành phần nước giấy đạt đến độ ẩm yêu cầu Cuối trình sấy (ở sấy nóng) lô sấy lạnh nhằm giảm nhiệt độ giấy sau khỏi hệ thống sấy Nằm trình sấy trình ép giấy Quá trình ép gồm có ép Keo ép Quang nhằm cho giấy có độ dai bề mặt đạt tiêu đặt Cuối công đoạn Xeo giấy trình cuộn lại cắt cuộn Giấy khỏi hệ thống sấy hệ thống ép lô cuộn lại thành cuộn, sau chuyển sang phận cắt cuộn để khổ giấy theo yêu cầu Hoàn thành sản phẩm Giấy cắt cuộn qua công đoạn hoàn thành sản phẩm, công đoạn cuối để thành phẩm giấy, trở thành sản phẩm thương mại Giấy cắt theo khổ, đóng gói, kết thúc trình sản xuất giấy II TỔNG QUAN VỀ CÁC NHÀ MÁY, CÁC PHÂN XƯỞNG Nhà máy giấy Bãi Bằng nhà máy theo kiểu khép kín, bên cạnh phân xưởng sản xuất như: Phân xưởng nguyên liệu, phân xưởng nấu bột, phân xưởng Xeo giấy, phân xưởng hoàn thành nhà máy có hai nhà máy bên nhằm phục vụ cho trình sản xuất Đó nhà máy điện nhà máy hóa chất Trong đồ án này, chúng em xin trình bày tổng quan số phân xưởng nhà máy Nhà máy điện Nhà máy điện có nhiệm vụ cung cấp điện năng, công nghiệp, nước khí nén cho dây truyền sản xuất bột giấy Ngoài phục vụ cho nhu cầu đời sống sinh hoạt nhà máy khu dân cư xung quanh SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Nhà máy nhiệt điện hoạt động với công suất tổng cộng 28 Kw Nhà máy gồm hai lò đốt sinh Lò gọi lò Động lực sử dụng than đốt (tiêu thụ 145 than /h) cho công suất phát điện 16 Kw Lò phụ gọi lò Thu hồi sử dụng việc đốt dịch đen để phát điện (tiêu thụ 36 dịch /h) cho công suất phát điện 12 Kw Nhà máy có trạm động lực gồm: Trạm hút nước từ sông Lô cung cấp lượng nước cho toàn nhà máy; trạm sử thô lý nước từ trạm hút; trạm xử lý bổ xung Phần nhà máy điện hệ thống lò cung cấp Hai lò Động lực Thu hồi hoạt động tạo công nghiệp phục vụ cho phân xưởng khác nhà máy (hệ thống thứ cấp) Tuy nhiên phần hai lò cung cấp cho hai tuabin đối áp 12 Mw tuabin ngưng tụ 16 Mw (hệ thống sơ cấp) Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển như: Bộ điều chỉnh áp lực, điều chỉnh trình cháy, điều chỉnh áp suất buồng đốt… giúp cho nồi ổn định trình vận hành Để phân phối điện hai cặp tuabin sinh ra, nhà máy điện có hệ thống phân phối điện nối với lưới điện quốc gia 110 Kv theo hai tuyến riêng biệt 110 Kv Thác Bà 110 Kv Việt Trì Hệ thống có biến công suất 25 MVA, 110Kv/10Kv, hai để cung cấp cho nhu cầu phân xưởng nhà máy giấy Bãi Bằng Nhà máy điện cung cấp đủ điện cho nhu cầu phần hòa vào lưới điện quốc gia, nhiên không đủ công suất nhận điện từ lưới điện Bên cạnh việc cung cấp điện năng, nhà máy điện có ba máy nén khí hoạt động mô tơ điện để cung cấp nén cho nhu cầu toàn nhà máy giấy Bãi Bằng Có trạm cung cấp nước, với xử lý thô xử lý nước để cung cấp cho nhu cầu sử dụng nước vào việc rửa nguyên liệu (tre, nứa, gỗ), hay nước sản xuất, nước sinh hoạt Nhà máy điện giám sát điều khiển hoàn toàn hệ thống điều khiển phân tán Phân xưởng nấu bột Phân xưởng nấu bột có nhiệm vụ nấu mảnh tre, gỗ, tạo chúng thành bột giấy (tạo sơ sợi bột) để Xeo thành giấy Phân xưởng nấu bột có ba nồi nấu hình trụ đứng (và nâng cấp thêm nồi thứ tư) để nấu mảnh thành bột Các nồi nấu hoạt động theo mẻ, sử dụng công nghiệp để nấu mảnh Năng suất nấu bột 150 tấn/ngày Bên cạnh nồi nấu bể phóng có dung tích 400 m để phóng bột hỏi nồi nấu Sau bể phóng bể chứa, bể có cánh khuấy hai tầng nhằm đánh tơi dăm mảnh nấu thành sơ sợi riêng biệt Hệ thống rửa bột gồm bốn máy lọc rửa vận hành mô tơ điện thông qua giảm tốc bánh – trục vít Mỗi máy lọc rửa có lô quay bọc lưới bên ngoài, hoạt động theo nguyên tắc hút chân không SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Hệ thống sàng gồm nhiều loại sàng, loại sàng đặt liên tiếp hệ thống sàng để thực sàng qua nhiều giai đoạn từ sàng thô đến sàng tinh Phục vụ cho nấu bột, rửa, sàng, tẩy có hệ thống phụ trợ như: Hệ thống không khí, hệ thống pha loãng, hệ thống điều khiển mức, hệ thống làm mát… hệ chưng bốc nhằm thu hồi lại hóa chất tận dụng nhiên liệu Toàn phân xưởng điều khiển, giám sát hệ thống điều khiển phân tán kết hợp với panel cấp trường Phân xưởng xeo giấy Phân xưởng xeo giấy có nhiệm vụ từ bột giấy phân xưởng nấu bột, qua trình xeo hình thành nên tờ giấy Trong phân xưởng xeo có hai máy Xeo hoạt động song song với Các máy Xeo có hệ thống: Chuẩn bị bột, sấy, ép, cắt cuộn vận hành theo kiểu liên tục, trình tự từ đầu đến cuối Chuẩn bị bột hệ thống gồm phần có chức riêng biệt: phần bể trộn, phần nghiền, phần hóa chất phụ gia, phần sàng – lọc, phần lên lưới hình thành giấy Phần đầu cảu hệ thống chuẩn bị bột máy Xeo phần tiếp nhận bột (phần hai máy Xeo xử dụng chung), gồm có sáu thùng trộn (hai thùng trộn bột nội – bột nhà máy tự sản xuất, ba thùng trộn bột nhập ngoại thùng trộn bột hỏng tái sử dụng) Sáu thùng nầy có tác dụng đánh tơi bột trước đưa sang thiết bị khác hệ thống Sau hệ thống bể trộn để pha loãng dần nồng độ bột Mỗi máy Xeo có bể trộn, bốn bể trộn sơ cấp để trộn bột cấp trung gian bể trộn dể định nồng độ bột trước đưa lên lưới để xeo giấy Phần nghiền máy Xeo giúp cho bột có độ mịn đạt yêu cầu Hệ thống nghiền gồm có nghiền thô nghiền tinh Nghiền thô lại có hai loại thiết bị nghiền đĩa nghiền côn, có máy nghiền đĩa lại có bốn máy nghiền côn Nghiền tinh gồm hai máy loại nghiền côn Hóa chất phụ gia: Chất bảo lưu, Bentonite, màu, OBA, Keo AKD, chất độn CaCO3, loại có hệ thống bể chứa bơm để cấp cho máy Xeo Phần lên lưới hình thành hay gọi đầu máy Xeo loạt thiết bị liên hợp gồm có hòm phun bột, phận lưới kết hợp với bơm hút chân không chăn ép Hệ thống sấy máy Xeo gồm có sáu nhóm sấy, hoạt động chủ yếu nguyên tắc sấy tiếp, tức giấy tiếp xúc trược tiếp với lô nóng Mỗi nhóm sấy có nhiều lô sấy cung cấp nhiệt công nghiệp Ngoài lô sấy hệ thống bình ngưng, bơm giàn trao đổi nhiệt giúp cho tuần hoàn hơi, nước ngưng thu hồi nhiệt Ép keo ép tinh bột lên bề mặt tờ giấy nhằm đạt độ dai độ thấm hút tờ giấy Ép quang làm cho tờ giấy mịn Hai hệ thống sử dụng kiểu SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG ép thủy lực, sử dụng lô chế tạo đặc biệt, bên cạnh hai máy nén thủy lực để phục vụ cho hệ thống ép Toàn phân xưởng Xeo điều khiển thông qua hệ thống hệ thống điều khiển phân tán (DCS – Distributer Control System) hệ thống điều khiển chất lượng (QCS – Quality Control System), có panel điều khiển cấp trường Hai hệ thống DCS QCS gần độc lập với nhau, vài thiết bị chịu điều khiển hai hệ thống Hệ thống DCS phụ trách điều khiển phần chuẩn bị bột QCS phụ trách hệ thống sấy ép Các thiết bị điều khiển biến tần PLC SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG PHẦN BA TÌM HIỂU PHÂN TÍCH CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TRONG PHÂN XƯỞNG XEO CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TRONG PHÂN XƯỞNG XEO I CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Điều khiển trình a Điều khiển trình (Process control): hiểu ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động điều khiển, vận hành giám sát trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất an toàn cho người, máy móc môi trường (“Cơ sở điều khiển trình” – PGS.TS Hoàng Minh Sơn) Điều khiển trình có đặc thù riêng nó: - Quy mô (quy mô phạm vi chức điều khiển quy mô mặt tổ chức quản lý ) điều khiển trình vừa lớn - Độ tin cậy tính sẵn sàng yêu cầu quan trọng đặt cho hệ thống điều khiển trình - Điều khiển trình quan tâm đến toán điều chỉnh Các phương pháp điều khiển áp dụng phương pháp tin cậy kiểm chứng nhiều thực tế - Điều khiển trình phải ý đến thiết kế công nghệ ràng buộc liên quan Vì điều định đến khả vận hành điều khiển trình - Điều khiển trình có đặc thù mô hình đối tượng, không cần quan tâm đến mô hình hay có mô hình (mô hình toán học) gần b Quá trình: Quá trình trình tự diễn biến vật lý, hóa học sinh học, vật chất, lượng thông tin biến đổi, vận chuyển lưu trữ (IEC60050-351 [1], ANSI/ISA 88.01 [2], DIN 19222 [4]) Quá trình có trình công nghệ trình kỹ thuật Quá trình công nghệ trình liên quan tới biến đổi, vận chuyển lưu trữ vật chất lượng, nằm dây chuyền công nghệ nhà máy sản xuất lượng Quá trình kỹ thuật trình với đại lượng kỹ thuật đo hoặc/ can thiệp Quá trình kỹ thuật hiểu trình công nghệ với phương tiện kỹ thuật thiết bị đo thiết bị chấp hành Quá trình phân loại số lượng biến vào, biến là: trình đơn biến, trình đa biến Quá trình phân loại sở đặc tính SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG đại lượng đặc trưng là: trình liên tục, trình gián đoạn, trình rời rạc, trình mẻ c Biến trình: Biến trình nơi thể trạng thái diễn biến trình Biến trình gồm ba loại: Biến vào: đại lượng điều kiện phản ánh tác động từ bên vào trình Có thể nói thể nguyên nhân trình Biến ra: đại lượng điều kiện thể tác động trình bên Có thể nói thể kết trình Biến trạng thái: biến mang thông tin trạnh thái bên trình Trong trường hợp biến trạng thái coi biến Nhiệm vụ bài toán điều khiển trình Nhiệm vụ bào toán điều khiển trình can thiệp biến vào trình cách hợp lý để biến thỏa mãn tiêu cho trước, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng xấu trình kỹ thuật người môi trường xung quanh Trong trình can thiệp đến biến vào đó, hay cần điều khiển biến Trong toán điều khiển trình, người ta phân có: biến cần điều khiển, biến điều khiển nhiễu - Biến cần điều khiển (controlled variable): biến biến trạng thái trình điều khiển, điều chỉnh cho gần với giá trị mong muốn hay giá trị đặt bám theo biến chủ đạo/ tín hiệu mẫu - Biến điều khiển (manipulated variable): biến vào trình can thiệp trực tiếp từ bên ngoài, qua tác động tới biến theo ý muốn - Nhiễu: biến vào mà không can thiệp cách trực tiếp hay gián tiếp phạm vi trình quan tâm Nhiễu phân biệt hai loại: nhiễu trình (disturbance), nhiễu đo (noise) Mục đích và chức bài toán điều khiển trình Những mục đích chức toán điều khiển trình đặt toán điều khiển trình có khả thực nhiệm vụ mình, đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, hiệu kinh tế cho trình công nghệ Phân tích mục đích điều khiển giúp xây dựng chức cần thực hệ thống điều khiển trình Các chức hệ thống phân loại xếp nhằm phục vụ năm mục đích: • Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: giữ cho hệ thống hoạt động ổn định điểm làm việc chuyển chế độ cách trơn tru đảm bảo điều kiện theo yêu cầu chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG F11 PdIC 01 F12 PIC 01 PIC 02 PdIC 02 P11 P12 R2 R1 F22 F21 FH2, FN2 FH1, FN1 LC 01 P21 L T L1 PI PI LC 02 P22 L T F31 L2 F32 Trong hệ thống này, tận dụng lượng thừa từ nhóm sấy sau (hoạt động áp suất cao hơn) đưa đến nhóm sấy trước Lượng thừa từ nhóm sấy trước tận dụng cho nhóm sấy khác, đưa đến thiết bị ngưng tụ để thu hồi nước Nhận xét: Hệ thống giống hệ thống sấy nhóm sấy nối tiếp nhau, khác lượng khỏi bình phân ly nhóm đưa trở lô sấy nhóm Mục đích sử dụng: Thiết kế sách lước điều khiển - Biến trình: biến gồm (P11, P12 hay ∆P1 (= P11 – P21), L1) , (P21, P22 hay ∆P2 (= P12 – P22), L2) thông số giấy (G 2, ω2, Tout), 21 biến vào gồm lưu lượng khối vào/ra (F11, F21, F31, FH1, FN1, R1), (F12, F22, F32, FH2, FN2, R2) thông số giấy vào (G1, ω1, Tin), độ mở van (s11, s21, s31, s11, s21, s31 ) Giả thiết: + Ri = FNi tức nước ngưng tụ lô có nhiêu nước đẩy khỏi lô sấy + Trong bình phân ly, trao đổi chất pha lỏng (ngưng tụ, bay hơi) không đáng kể SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG + Áp suất cấp cho máy Xeo lấy từ đường ống có áp suất ổn định, coi số (PN) + Hơi từ bình phân ly đưa đến thiết bị ngưng tụ tái sử dụng nhóm sấy khác (thuộc trình khác), coi áp suất không đổi (PO) + Các điều kiện nhiệt độ ẩm, nhiệt độ môi trường nhóm sấy trì ổn định Các phương trình cân bằng: Nhóm1 : dP11 = ( F11 + F22 − FH − R1 ) dt V11 dP21 ( FH − F21 ) = dt A1 ( H1 − L1 ) dL1 = ( FN − F 31 ) dt ρA1 R1 = FN ∆P1 = P11 − P21 Nhóm : dP12 = ( F12 − FH − R2 ) dt V12 dP22 = ( FH − F22 ) dt A2 ( H − L2 ) dL2 ( FN − F 32 ) = dt ρA2 R2 = FN ∆P2 = P12 − P22 Cách tính lưu lượng dòng hơi, nước hệ thống nhóm sấy qS1 = G1Cv1 ( Tout1 − Tin1 ) + W1r qS = G12Cv ( Tout − Tout1 ) + W2 r Trong đó: qS1 công suất truyền nhiệt lô sấy nhóm 1, q S2 nhóm Từ đó, thông số giấy đầu ra: G12 = G1 − W1 G2 = G12 − W2 ω2 = II G1ω1 − W1 − W2 G2 PHẦN MÃ NGUỒN Chúng ta xét hệ thống sấy nhóm sấy, hệ thống hai nhóm sấy tương tự: SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Các tham số: #define T_SURR (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,0))[0]) #define PHI_SURR (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,0))[1]) #define AREA_TOTAL (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,0))[2]) #define UHEAT (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,0))[3]) #define V_RUN (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,0))[4]) #define P_SUPLY (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,0))[5]) #define VOLUME (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,0))[6]) #define KVAL1 (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,1))[0]) #define KVAL2 (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,1))[1]) #define FMAX3 (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,1))[2]) #define KPLATE (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,1))[3]) #define TVAL1 (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,1))[4]) #define TVAL2 (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,1))[5]) #define TVAL3 (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,1))[6]) #define XINITIAL mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,2)) #define CP_W (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,3))[0]) #define DEN_W (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,3))[1]) #define DEN_S (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,3))[2]) #define P_CON (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,3))[3]) #define A_BPL (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,4))[0]) #define H_BPL (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,4))[1]) #define DKM (mxGetPr(ssGetSFcnParam(S,4))[2]) Chúng ta sử dụng vector tham số: Tham số Tên Ý nghĩa T_SURR Nhiệt độ môi trường bên nhóm sấy PHI_SURR Độ ẩm môi trường bên nhóm sấy AREA_TOTAL Diện tích trao đổi nhiệt I II UHEAT Hệ số truyền nhiệt tổng thể V_RUN Tốc độ chuyển động không khí bề mặt giấy P_SUPLY Áp suất cấp từ đường hệ thống VOLUME Dung tích lô sấy KVAL1 Hệ số van KVAL2 KVAL3 SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG KPLATE Hệ số giới hạn TVAL1 Hằng số thời gian van TVAL2 TVAL3 III IV V XINITIAL Sơ kiện hệ thống CP_W Nhiệt dung riêng giấy ẩm DEN_W Khối lượng riêng nước DEN_S Khối lượng riêng P_CON Áp suất thiết bị mà từ bình phân ly tới A_BPL Diện tích đáy bình phân ly H_BPL Chiều cao bình phân ly DKM 1: Tự động; 0: Bằng tay (điều khiển mức) Các cổng vào, và biến trạng thái: Biến trạng thái: Có biến gồm P1, P2, L độ mở van s1, s2, s3: x[0]: P1 x[1]: s1 x[2]: s2 x[3]: s3 x[4]: P2 x[5]: L Các cổng vào: Chúng ta sử dụng cổng vào, cổng cung cấp trạng thái giấy đầu vào (ω1, G1, Tin) (nhiễu) cổng lại tín hiệu điều khiển độ mở van tương ứng Các cổng ra: Gồm cổng trạng thái giấy sau sấy (ω2, G2, Tout), P1, ∆P (= P1 - P2), L, lượng lượng khỏi bình phân ly F2 (để đánh giá lượng lãng phí) Mã nguồn sau: int narg = 5; int nstates = 6; int ninputs = 3; int noutputs = 3; ssSetNumSFcnParams( S, narg); if (ssGetNumSFcnParams(S) != ssGetSFcnParamsCount(S)) { return; /* Parameter mismatch will be reported by Simulink */ SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG } ssSetNumContStates( S, nstates); ssSetNumDiscStates( S, 0); if (!ssSetNumInputPorts(S, 4)) return; ssSetInputPortWidth(S, 0, ninputs); ssSetInputPortWidth(S, 1, 1); ssSetInputPortWidth(S, 2, 1); ssSetInputPortWidth(S, 3, 1); ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 0, 1, 2, 3, 1); 1); 1); 1); if (!ssSetNumOutputPorts(S, 5)) return; ssSetOutputPortWidth(S, 0, noutputs); ssSetOutputPortWidth(S, ssSetOutputPortWidth(S, ssSetOutputPortWidth(S, ssSetOutputPortWidth(S, 1, 2, 3, 4, 1); 1); 1); 1); Tính toán đầu Các công thức tính toán có từ phần trước, nhiệt độ tính theo OC + Lượng vào lô sấy: F_steam_in = KVAL1*x[1]*sqrt((P_SUPLY-x[0])*DEN_S); + Nhiệt độ bề mặt lô sấy nhiệt độ ngưng tụ áp suất P1 (OK): Tsat_S = GetTSatFromBar(x[0]); + Công suất nhiệt truyền từ lô sấy sang vật liệu sấy (giấy): qs = UHEAT*AREA_TOTAL*(Tsat_S - T_SURR - 273); + Đây dòng nhiệt ngưng tụ tỏa ra: DHcond = DH_eva(Tsat_S); R = qs/DHcond; + Lưu lượng khỏi lô qua giới hạn: F_steam_out = KPLATE*sqrt((x[0] - x[4])*DEN_S); + Tính nhiệt độ giấy sau sấy Pb2 = exp(12 - 4026.42/(235.5 + T_SURR)); d2 = 0.621*PHI_SURR*Pb2/(1 - PHI_SURR*Pb2); // KG am/ KG kk Pa = 1*d2/(0.621 +d2); // bar a = UHEAT*(Tsat_S - T_SURR - 273)/(30.5625*pow(V_RUN, 0.8) *DH_eva(273+ T_SURR)); T_out = 4026.42/(12 - log(Pa + a)) - 235.5; // Do C + Tốc độ bay giấy R_SAY = (qs - U0(1)*CP_W*(T_out - U0(2)))/DH_eva(273 + T_SURR); SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG + Lưu lượng nước vào bình phân ly: F_win = R; + Lưu lượng nước khỏi bình phân ly, DKM = 1, tức mức giữ ổn định tự động (điều khiển mức hoàn hảo, giống bể tràn) F_wout = F_win*DKM + (1 - DKM)*FMAX3*x[3]; + Lưu lượng vào bình phân ly F_hin = F_steam_out; + Lưu lượng khỏi bình phân ly: F_hout = KVAL2*x[2]*sqrt((x[4] - P_CON)*DEN_S); + Tính đầu y0[0] = W/(U0(1) - R_SAY); // Do am VLS sau say y0[1] = (U0(1) - R_SAY); // Khoi luong VLS sau say y0[2] = T_out; // Nhiet sau say /*==========================*/ y1[0] = x[0]; // Ap suat lo say /*==========================*/ y2[0] = x[0] - x[4]; // Do chenh ap y3[0] = x[5]; // Muc binh /*==========================*/ y4[0] = F_hout; Phương trình vi phân Tính toán giá trị cần thiết phần tính toán đầu ra, phương trình vi phân viết sau: dx[0] = 1/(VOLUME)*(F_steam_in - F_steam_out - R); dx[1] = (U1(0) - x[1])/TVAL1; dx[2] = (U2(0) - x[2])/TVAL2; dx[3] = (U3(0) - x[3])/TVAL3; dx[4] = (F_hin - F_hout)/(A_BPL*(H_BPL - x[5])); dx[5] = (F_win - F_wout)/(DEN_W*A_BPL); III MÔ PHỎNG SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Đặt tham số: Chú ý đơn vị đại lượng: Nhiệt độ: OC Diện tích: m2 Khối lượng riêng: kg/m3 Hệ số trao đổi nhiệt: KJ/m2hK Nhiệt dung riêng: KJ/kg độ Lưu lượng: Kg/h Tốc độ không khí bề mặt giấy đơn vị m/s IV THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Thiết kế bộ điều khiển áp suất Đối tượng PIC GCH Gn GS P1 dP1 = ( F1 − FH − R ) dt V1 F1 = K1s1 PN − P1 ds1 = ( u1 − s1 ) dt TVAL1 s1 lớn F1 lớn Ta dùng P Nếu coi F1 = K sx s1 ≈ K ( P1SP − P1 ) , K > điều khiển thiết kế giống với trường hợp thiết kế điều khiển mức phần trước K P1 ( p ) = P1SP − ( FH + R ) V1 p + K V1 p + K K lớn sai lệch tĩnh nhỏ Tuy nhiên ta sử dụng phép sấp xỉ nên kết độ điều chỉnh lớn (với K = 100) SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Để khắc phục vấn đề sử dụng điều khiển PD Khi đó: F1 = K (1 + Td p )( PSP − P1 ) K (1 + Td p ) P1 ( p ) = P1SP − ( F + R) (V1 + KTd ) p + K (V1 + KTd ) p + K H = ( Td p + 1)  V1   + Td  p + K  P1SP − 1/ K ( FH + R )  V1   + Td  p + K  Ta chọn K lớn để giảm ảnh hưởng nhiễu tăng tốc độ đáp ứng Ta có kết sau (K = 100, Td = 1) SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Ta nhận thấy rằng, bắt đầu chạy hệ thống, áp suất lô giảm đột ngột, van có độ trễ, lượng vào làm áp suất bị sụt Thiết kế bộ điều khiển độ chênh áp FH Đối tượng P1 GH F2 PdIC GCH dP GS P2 GL L dP1 = ( F1 − FH − R ) dt V1 dP2 ( FH − F2 ) = dt A( H − L ) F2 = K s2 P2 − PO ds2 = ( u2 − s2 ) dt TVAL ∆P = P1 − P2 SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Ta coi FH, L nhiễu Sử dụng luật điều chỉnh P, chấp nhận sai lệch nhỏ Nếu K [...]... NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ 1 – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Ngoài việc dựa vào đặc điểm của hệ thống điều khiển quá trình của Máy xeo, vấn đề phân chia hệ thống thành các bài toán điều khiển quá trình nhỏ hơn để có thể tìm hiểu, phân tích chúng em còn dựa vào những mục đích, chức năng mà một bài toán điều khiển luôn hướng đến Trong nội dung đồ án chúng... TRONG PHÂN XƯỞNG XEO Trong phân xưởng xeo có hai Máy xeo là Máy xeo 1 và Máy xeo 2, hai Máy xeo này tuy có những phần khác nhau trong bộ phận lưới hình thành giấy, hệ thống ép quang, hệ thống éo keo nhưng về mặt công nghệ, hay bài toán điều khiển quá trình thì không có gì là khác nhau Vì vậy trong nội dung đồ án này, chúng em chọn Máy xeo 1 cũng như các lưu đồ công nghệ của Máy xeo 1 để tìm hiểu và phân. .. sự hoạt động của toàn bộ nhà máy, vì thế bài toán điều khiển nồng độ tuy không phải là một bài toán phức tạp những lại là bài toán rất điển hình và đóng vai quan trọng, trực tiếp trong hệ thống, trong bài toán điều khiển quá trình lớn của toàn bộ nhà máy SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ 1 – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN QUÁ... VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ 1 – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Nhiệm vụ được đặt ra cho bài toán điều khiển quá trình ở đây là điều khiển hòm phun bột sao cho nó phun bột lên lưới đồng đều theo chiều ngang của lưới (tức là đảm bảo giấy có chất lượng đồng đều theo khổ ngang) và đồng đều theo thời gian (tức là giấy có chât lượng đồng đều theo khổ... Fw.w QPP Các biến cần điều khiển Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống đánh bột và các bể trộn SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ 1 – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG CHƯƠNG 4 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH BỂ HỖN HỢP I QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG BỂ HỖN HỢP Trong nhà máy giấy sử dụng 3 tuyến bột: bột nhập ngoại, bột nội và bột giấy rách Các đường bột này sau khi được nghiền,... bể Ch70 SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ 1 – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Hình Bể trộn Ch66 2 Bài toán điều khiển nồng độ Nhìn trên lưu đồ P&ID bài toán điều khiển nồng độ có ở các bể: Ch70, Ch71, Ch63, ChN64-1, ChN64-2, Ch65, Ch66 Tổng quát về một bài toán điều khiển mức có lưu đồ P&ID như dưới đây: Hình Bài toán điều khiển nồng độ bột Ở... nghiền II PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Trong bài toán điều khiển quá trình của hệ thống nghiền mục đích đặt ra chính là chỉ tiêu về độ mịn của bột sau khi ra khỏi hệ thống Nhìn từ lưu đồ SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ 1 – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG P&ID, hệ thống nghiền có nghiền thô và nghiền tinh Nghiền thô gồm sáu máy nghiền... HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ 1 – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Biến vào Biến ra Nhiễu FBP- in FPP- in QBP Các biến điều khiển Quá trình trộn Fw.w QPP Các biến cần điều khiển Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống đánh bột và các bể trộn III CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN Trong bài toán tổng quát về điều khiển quá trình hệ thống đánh bột và bể trộn như đã được phân tích ở trên, xét... pha loãng xuống nồng độ thấp hơn bằng cách sử dụng một đường nước pha loãng SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ 1 – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Việc duy trì mức trong bể trộn sẽ đảm bảo được các yêu cầu như tránh tràn, tránh cạn, đảm bảo sự hoạt động liên tục của cả hệ thống sản xuất giấy Xuất phát từ nguyên lý cân bằng vật chất của hệ thống ở trạng... biến được điều khiển Hình 1.1 Sơ đồ khối quá trình trộn bột III BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN TRONG BỂ HỖN HỢP Bài toán cơ bản ở đây chính là bài toán điều khiển mức trong bình trộn Lưu đồ P&ID điều khiển mức trong bình trộn được thể hiện như hình sau SINH VIÊN: NGUYỄN KHÁNH BÌNH, HOÀNG ĐẠI HUỲNH ĐKTĐ 1 – K47 ĐỒ ÁN TÌM HIỂU, NGHIÊN CỨU PHÂN XƯỞNG XEO – NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG F1 FFRC F03 F2 FFRC F01 FFRC