Đồ án Tự động hóa (Ứng dụng thiết bị điều khiển khả trình đề tự động hóa hệ thống cân bằng định lượng nhà máy xi măng)

1.1. Kh¸i niÖm chung. Nhà máy xi măng Lam Thạch là doanh nghiệp trực thuộc công ty cổ phần xi măng và xây dựng Quảng Ninh. Nhà máy được khởi công xây dựng ngày 0991995 tại xã Phương Nam – Huyện Uông Bí tỉnh Quảng Ninh và khánh thành đưa vào hoạt động từ ngày 0291997. Cách trung tâm thị xã Uông Bí về phía tây 10 km, nơi có nhiều mỏ đá vôi là nguyên liệu chính phục vụ cho việc sản xuất xi măng, điều kiện giao thông thuận lợi . Nhà máy nằm cạnh con sông Đá bạc có khả năng cung cấp nước dùng cho sản xuất và nằm cạnh quốc lộ 10 cách quốc lộ 18 là 3 km về phía bắc do đó rất thuận lợi cho việc sản xuất và kinh doanh. Nhiệm vụ của nhà máy xi măng Lam Thạch là sản xuất xi măng PC30 , PC40 và Clinker theo tiêu chuẩn Việt Nam 6260.1997 . Nhà máy xi măng Lam Thạch hoạt động trên nguyên tắc hoạch toán kinh tế nội bộ, theo sự chỉ đạo của công ty và chịu trách nhiệm về kết quả, chất lượng của sản phẩm, thực hiện nguyên tắc tập trung dân chủ, chế độ thủ trưởng trong quản lý và điều hành sản xuất, phát huy quyền làm chủ cho cán bộ công nhân viên trong nhà máy. Không ngừng nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm . Công nhân trong Nhà máy gồm 380 cán bộ công nhân viên, trong đó có 42 kỹ sư, 70 trung cấp, 250 công nhân kỹ thuật đa số là đội ngũ công nhân trẻ năng động, sáng tạo.

Mục lục

Lời nói đầu 1

Phần mở đầu 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích 1

3 Nội dung thực hiện 1

4 ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1

5 Hớng phát triển của đề tài 2

6 Phơng pháp thực hiện 2

Phần nội dung 3

Chơng 1: Công nghệ sản xuất xi măng 3

1.1 Khái niệm chung 3

1.1.1 Xi măng và các phơng pháp sản xuất xi măng hiện nay 3

1.1.2 Quá trình lý hoá xảy ra khi nung luyện clinker 4

1.2 Công nghệ sản xuất xi măng 6

1.2.1 Khai thác đá 6

1.2.2 Nghiền nguyên liệu 7

1.2.3 Đồng nhất liệu 8

1.2.4 Nhiên liệu để nung clinker 8

1.3 Bản chất của quá trình phối liệu 13

1.3.1 Tỷ lệ của thành phần bột liệu 13

1.3.2 Chuẩn bị và hỗn hợp nguyên liệu 16

Chơng 2 Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lợng 17

2.1 Giới thiệu về hệ thống cân băng định lợng 17

2.1.1 Nguyên lý hoạt động 18

2.1.2 Bộ điều chỉnh DISOCONT 23

2.2 Các thông số kỹ thuật 29

2.3 Giới thiệu các thiết bị trong hệ thống cân băng định lợng 34

2.3.1 Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens 35

2.3.2 Các bộ cảm biến 40

2.3.3 Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha 49

2.3.4 Các bộ biến đổi DAC, ADC 51

2.3.5 Đầu cân 54

2.3.6 Bộ lập trình PLC điều khiển hệ thống cân băng định lợng 55

Chơng 3 Giới thiệu hệ thống dcs tại nhà máy xi măng 56

3.1 Cấu trúc điều khiển điển hình của hệ thống tự động hoá 56

3.1.1 Điều khiển tập trung 56

3.1.2 Điều khiển phân quyền 57

3.1.3 Điều khiển phân tán 58

3.2 Giới thiệu hệ thống DCS 60

3.2.1 Định nghĩa DCS: 60

3.2.2 Tổng quan về các hệ thống điều khiển phân tán DCS 61

3.3 Hệ thống điều khiển phân tán của hãng ABB 65

3.3.1 Tổ chức của hệ thống DCS của hãng ABB 65

3.3.2 Cấu hình phần cứng 67

3.3.3 Các bộ điều khiển quá trình 68

3.3.4 Các modul vào/ra điển hình 75

3.3.5 Thông tin liên lạc 77

Chơng 4 Phân tích thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống cân băng định lợng 84

4.1 Đặc điểm 84

4.2 Cấu trúc phần cứng 85

4.2.1 Bộ xử lý trung tâm CPU 87

4.2.2 Bộ nhớ và các bộ phận khác 87

4.2.3 Khối vào ra 88

4.2.4 Thiết bị lập trình 89

4.3 Ngôn ngữ lập trình 89

4.4 Giới thiệu về thiết bị khả trình S7 - 300 90

4.4.1 Cấu hình cứng 90

4.4.2 Các module của S7-300 90

4.4.3 Lắp đặt phần cứng 93

4.4.4 Định địa chỉ các modul 94

4.4.5 Thao tác trên phần mềm lập trình STEP 7 V5.4 95

4.4.6 Cổng truyền thông: 105

4.4.7 Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC: 106

4.4.8 Chỉnh định tơng tự: 107

4.5 Chơng trình điều khiển 107

4.5.1 Lu đồ thuật toán 107

4.5.2 Bảng phân công đầu vào/ đầu ra 109

4.5.3 Chơng trình điều khiển 110

Kết luận 118

Tài liệu tham khảo 119

Danh Mục hình

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng 12

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải 20

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý đo lờng của hệ thống cân băng định lợng 22

Hình 2.4: Sơ đồ bộ điều khiển cục bộ VLG 20110 25

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển cục bộ VLG 20110: 25

Hình 2.5: Sơ đồ điều khiển khối VSE 20100 26

Hình 2.6: Bộ điều khiển VLB20120 27

Hình 2.7 : Sơ đồ bộ điều khiển VLB 20120: 27

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 28

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ 28

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chung 29

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của Loadcell 29

Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật của đầu vào nhị phân 29

Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của đầu ra nhị phân: 30

Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật đầu vào tơng tự 30

Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật đầu ra tơng tự : 30

Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật của giao tiếp RS – 232 31

Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ 31

Hình 2.8: Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens 35

Hình 2.9: Sơ đồ khối của biến tần Micromaster vector kiểu MM 440 37

Bảng 2.12 : Thông số kỹ thuật của biến tần Micromaster Vector kiểu MM440 39

Hình 2.11: Mạch cầu Wheatstone 41

Hình 2.12: Cầu đo thực tế 43

Hình2.13: Giới thiệu hình ảnh một số loadcell có trong thực tế 44

Hình 2.14: Loadcell VLC - 100 và chi tiết về kết cấu cơ khí 45

Bảng 2.13 : Thông số kỹ thuật của Loadcell VLC – 100 45

Hình 2.15: Cấu tạo bộ phận đo tốc độ quay Encoder 47

Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý máy đo góc Resolver 49

Hình 2.17: Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lợng 50

Hình 2.18: Đặc tính phụ tải 50

Hình 2.19: Sơ đồ bộ chuyển đổi AD9243 52

Hình 2.20: Sơ đồ cấu tạo bộ chuyển đổi AD9243 52

Bảng 2.15: Thông số kỹ thuật của bộ chuyển đổi AD9243 52

Bảng 2.16: Chú thích các chân của bộ chuyển đổi AD9243 53

Hình 2.21: Giới thiệu hình ảnh một số loại đầu cân có trong thực tế 54

Chơng 3 56

Hinh 3.1: Cấu trúc tập trung 56

Hình 3.2: Cấu trúc phân quyền 57

Hình 3.3: Một số giải pháp tiêu biểu trong một hệ điều khiển phân tán 59

Hình 3.4 : Mô hình phân cấp 62

Hình 3.5 : Cấu trúc chung của hệ thống DCS 64

Hình 3.6 : Cấu trúc phân cấp của hệ điều khiển tự động hoá 65

Hình 3.8 : Cấu trúc tiêu biểu của hệ thống DCS (ABB) 67

Hình 3.9 : Cấu hình của bộ điều khiển quá trình AC450 69

Hình 3.10 : Giao diện chức năng của AC110 74

Hình 3.12 : Cấu trúc của mạng Master Net 77

Hình 3.13 : Cấu hình của AF100 dùng phơng tiện dự phòng 80

Chơng 4 84

Hình 4.1: Sơ đồ khối bên trong 84

Hình 4.2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC 86

Hình 4.3: Cấu hình một thanh rack của một trạm PLC S7- 300 90

Hình 4.3: Một số CPU của PLC S7-300 91

Hình 4.4: Một số module mở rộng của PLC S7-300 93

Hình 4.5: Vị trí các module 94

Hình 4.6: Các bớc để thiết kế một dự án Step 7 98

Hình 4.5: Sơ đồ chân của cổng truyền thông 106

Danh Mục bảng

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển cục bộ VLG 20110: 25

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 28

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ 28

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chung 29

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của Loadcell 29

Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật của đầu vào nhị phân 29

Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của đầu ra nhị phân: 30

Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật đầu vào tơng tự 30

Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật đầu ra tơng tự : 30

Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật của giao tiếp RS – 232 31

Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ 31

Bảng 2.12 : Thông số kỹ thuật biến tần Micromaster Vector kiểu MM440 39

Bảng 2.13 : Thông số kỹ thuật của Loadcell VLC – 100 45

Bảng 2.14: Thông số kỹ thuật của động cơ không đồng bộ rotor dây quấn 50

Bảng 2.15: Thông số kỹ thuật của bộ chuyển đổi AD9243 52

Bảng 2.16: Chú thích các chân của bộ chuyển đổi AD9243 53

Lời nói đầu

Đối với một quốc gia nói chung và nớc ta nói riêng thì những ngành đóngvai trò then chốt của nền kinh tế là: Điện, than, dầu khí và ngành công nghiệp

xi măng cũng không nằm ngoài chiến lợc phát triển kinh tế Công nghiệp ximăng góp phần thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc, xâydựng cơ sở hạ tầng phục vụ dân sinh

Để nâng cao chất lợng, số lợng sản phẩm cũng nh hỗ trợ cho con ngờinhững công việc phức tạp, ngành tự động hoá đã ra đời và mang lại hiệu quả rấtcao đáp ứng hoàn toàn những yêu cầu đó của con ngời

Tự động hoá là một lĩnh vực đã đợc hình thành và phát triển rộng lớn trênphạm vi toàn thế giới, nó đem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các sảnphẩm có chất lợng và độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếu trong cuộcsống ở nớc ta, lĩnh vực tự động hoá đã đợc Đảng và Nhà nớc quan tâm và đầu trất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nền kinh tế theo định h -ớng công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nớc

Nói đến tự động hoá ngày nay không thể không nhắc đến các thiết bị điềukhiển có lập trình Trong đó PLC (Programmable Logic Controler) là một thiết

bị điển hình Với những tính năng u việt nh dễ dàng lập trình thông qua nhiềukiểu ngôn ngữ (LADDER, STL, FBD), có thể thay đổi chơng trình điều khiểnmột cách đơn giản, khả năng truyền thông mạnh với môi trờng bên ngoài (với

PC, PLC ), gọn nhẹ, làm việc tin cậy trong môi trờng công nghiệp khắcnghiệt đã làm cho mọi quá trình sản xuất trở nên đơn giản và hiệu quả Tạonên mối liên kết giữa điều khiển quá trình sản xuất và quản lý kinh doanh (hệ

điều khiển giám sát thu thập số liệu - DCS)

Tại các nhà máy xi măng hầu hết các công đoạn chính trên dây chuyềnsản xuất đều dùng PLC Simatic S7 – 300 của Siemens, các công đoạn sau đây

có dùng PLC S7-300: Máy rút liệu trong các kho đá vôi, đá sét, phụ gia, khothan, cụm đóng bao và cảng nhà máy Đặc biệt là hệ thống cân băng định lợngtrong nhà máy xi măng

Đợc sự đồng ý của nhà trờng, khoa Điện - Điện Tử, với sự hớng dẫn của

thầy giáo Nguyễn Chớ Tỡnh Em đã nhận đề tài: “Ứng dụng thiết bị điều khiển

khả trỡnh đề tự động húa hệ thống cõn bằng định lượng nhà mỏy xi măng”.

Với thời gian và kiến thức có hạn chắc hẳn trong đồ án không tránh đợcnhững sai sót rất mong đợc sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để đồ áncủa em đợc hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 07 tháng 05 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Xuõn Quỳnh

Phần mở đầu

1 Lý do chọn đề tài.

Nền kinh tế nớc ta đang ngày càng phát triển, nhu cầu về xây dựng cơ sởhạ tầng ngày càng cao để có thể đáp ứng đợc đòi hỏi của quá trình công nghiệphoá- hiện đại hoá Để đáp ứng đợc điều đó thì hàng loạt các nhà máy xi măng đã

đợc xây dựng và để đảm bảo chất lợng của xi măng thì việc xác định chính xác

tỷ lệ của các thành phần để sản xuất xi măng là việc rất quan trọng chính vì vậy

hệ thống cân băng định lợng đã đợc đa vào nhà máy Chính vì vậy em chọn đềtài này nhằm giúp em đánh giá đợc khả năng tích luỹ kiến thức bấy lâu trong nhàtrờng, cũng từ đó mà nắm vững đợc kiến thức chuyên ngành, áp dụng tốt linhhoạt vào thực tiễn

2 Mục đích.

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng ta phải tìm tòi, trao đổi kiến thức,tổng hợp nó để vận dụng vào thiết kế sao cho việc thiết kế hệ thống điều khiểncho dây chuyền cân băng định lợng đảm bảo kỹ thuật, phù hợp với yêu cầu thựctế

3 Nội dung thực hiện.

Phạm vi nội dung đồ án tập trung vào các vấn đề sau:

- Công nghệ sản xuất xi măng

- Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lợng

- Giới thiệu hệ thống DCS tại nhà máy

- Phân tích thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống cân băng định lợng

4 ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Ngày nay lĩnh vực tự động hoá và tin học công nghiệp là mũi nhọn của kỹthuật hiện đại, nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời nhằm phục vụ nhiềunhu cầu khác nhau của đời sống và đợc ứng dụng rất thành công đem lại hiệuquả công việc rất cao Một trong những phơng án tốt nhất và đợc sử dụng rộngrãi hiện nay là thay thế hệ thống đó bằng bộ điều khiển PLC Vì vậy thiết kế hệthống điều khiển cho dây chuyền cân băng định lợng sử dụng thiết bị lập trình

điều khiển PLC làm nâng cao năng suất, chất lợng của xi măng là một điều tấtyếu hiện nay

5 Hớng phát triển của đề tài.

Đề tài này cho ta nắm khái quát một hệ thống tự động, tuy nhiên trên thực

tế có nhiều hình thức cân định lợng, tuỳ theo nhu cầu công việc mà ta thiết kếcho hợp lý Từ những kiến thức tiếp thu đợc qua đề tài này ta có thể phát triển hệthống cân băng định lợng sang nhiều lĩnh vực khác nh trong sản xuất thực phẩm,thức ăn gia súc,

1.1 Khái niệm chung.

Nhà mỏy xi măng Lam Thạch là doanh nghiệp trực thuộc cụng ty cổ phần

xi măng và xõy dựng Quảng Ninh Nhà mỏy được khởi cụng xõy dựng ngày 09/9/1995 tại xó Phương Nam – Huyện Uụng Bớ tỉnh Quảng Ninh và khỏnh thành đưa vào hoạt động từ ngày 02/9/1997 Cỏch trung tõm thị xó Uụng Bớ về phớa tõy 10 km, nơi cú nhiều mỏ đỏ vụi là nguyờn liệu chớnh phục vụ cho việc sản xuất xi măng, điều kiện giao thụng thuận lợi Nhà mỏy nằm cạnh con sụng

"Đỏ bạc " cú khả năng cung cấp nước dựng cho sản xuất và nằm cạnh quốc lộ 10

cỏch quốc lộ 18 là 3 km về phớa bắc do đú rất thuận lợi cho việc sản xuất và kinhdoanh.

Nhiệm vụ của nhà mỏy xi măng Lam Thạch là sản xuất xi măng PC30 ,PC40 và Clinker theo tiờu chuẩn Việt Nam -6260.1997

Nhà mỏy xi măng Lam Thạch hoạt động trờn nguyờn tắc hoạch toỏn kinh

tế nội bộ, theo sự chỉ đạo của cụng ty và chịu trỏch nhiệm về kết quả, chất lượngcủa sản phẩm, thực hiện nguyờn tắc tập trung dõn chủ, chế độ thủ trưởng trong quản lý và điều hành sản xuất, phỏt huy quyền làm chủ cho cỏn bộ cụng nhõn viờn trong nhà mỏy Khụng ngừng nõng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Cụng nhõn trong Nhà mỏy gồm 380 cỏn bộ cụng nhõn viờn, trong đú cú 42

kỹ sư, 70 trung cấp, 250 cụng nhõn kỹ thuật đa số là đội ngũ cụng nhõn trẻ năngđộng, sỏng tạo

1.1 Xi măng và các phơng pháp sản xuất xi măng hiện nay.

Nớc ta đã và đang bớc vào thời kỳ hiện đại hoá - công nghiệp hoá nhiềucông trình xây dựng cần đợc sửa chữa, xây mới Để đáp ứng đợc nhu cầu đó ởtrong nớc cũng nh ở nớc ngoài, nhiều nhà máy xi măng nh: Bỉm Sơn, Bút Sơn,Tam Điệp, Duyên Hà, Hoàng Thạch, Lam Thạch, đã đợc xây dựng với côngsuất từ một đến vài triệu tấn/năm Tuỳ thuộc vào dạng phối liệu đợc chuẩn bị tr-

ớc khi đa vào lò nung mà ngời ta phân ra các phơng pháp sản xuất khác nhau:

- Công nghệ ớt: hỗn hợp nguyên liệu đợc khuấy đồng nhất trong nớc dớidạng bùn lỏng trớc khi đa vào lò nung

- Công nghệ bán khô: hỗn hợp bột nguyên liệu đợc trộn ít nớc và tạo thànhdạng viên trớc khi đa vào lò nung

- Công nghệ khô: hỗn hợp bột nguyên liệu đợc đồng nhất dới dạng bột khôhoàn toàn trớc khi đa vào lò nung

Tơng ứng với các phơng pháp sản xuất khác nhau đó thì lại có các hệthống lò nung riêng:

- Công nghệ ớt: lò ống dài

- Công nghệ bán khô: lò đứng

- Công nghệ khô: lò ống dài công nghệ khô, lò ống làm nguội kiểu hànhtrình, lò ống có cyclone trao đổi nhiệt, lò ống có tháp tiềm nung

*) Xi măng là chất kết dính thuỷ lực cứng trong nớc và không khí đợc tạo

ra bởi việc nghiền Clinker với thạch cao và một số phụ gia khác Các phụ gia vàthạch cao đợc lấy từ tự nhiên (các mỏ), còn clinker thì đợc tạo ra nhờ quá trình

nung luyện các chất nh đá vôi, đá sét, silicát, xỉ sắt Chất lợng của clinker phụthuộc vào thành phần hoá học và thành phần khoáng của nó.

1.1.2 Quá trình lý hoá xảy ra khi nung luyện clinker.

Nung phối liệu đợc thực hiện chủ yếu trong lò quay Nếu nguyên liệuchuẩn bị theo phơng pháp khô có thể nung cả trong lò đứng

Lò quay là ống trụ bằng thép đặt nghiêng 3 – 4 độ, trong lót bằng vật liệuchịu lửa Chiều dài lò 95 - 185 - 230 m, đờng kính 5 – 7 m

Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngợc dòng Hỗn hợp nguyên liệu đợc đavào đầu cao, khí nóng đợc phun lên từ đầu thấp

Khi lò quay (1- 2 vòng/phút), phối liệu chuyển dần xuống và tiếp xúc vớicác vùng nhiệt có nhiệt độ khác nhau, tạo ra những quá trình lý hoá phù hợp đểcuối cùng hình thành clinker Phối liệu từ khi vào lò đến khi tạo thành clinker rakhỏi lò lần lợt trải qua 6 vùng nhiệt độ:

- Tại vùng bay hơi (vùng sấy), với nhiệt độ 70 – 800C, nớc tự do bay hơi,phối liệu đóng thành cục rồi vỡ vụn ra

- Tại vùng đốt nóng, với khoảng nhiệt độ từ 200 đến 7000C, làm cho chấthữu cơ cháy, nớc hoá học bay hơi (ở 450 – 5000C) tạo ra caolinit khan(Al2o3.SiO2) và các liên kết khác Trong phơng pháp ớt vùng đốt nóng chiếm đến

50 – 60 % chiều dài lò

- Trong vùng canxi hoá (dài 20 – 30% chiều dài lò) với nhiệt độ từ 700

đến 11000 C, phản ứng phân giải canxit để sinh ra CaO và tách các khoáng sétkhan thành các oxít riêng biệt SiO2, Al2O3, Fe2O3.Do đóvùng này tiêu tốn nhiềunhiệt lợng nhất Các phản ứng ở trạng thái rắn để tạo thành 3CaO.Al2O3,CaO.Al2O3 và một phần 2CaO.SiO2 cũng xảy ra

- Tại vùng phóng nhiệt (1100 – 12500C) đã xảy ra các phản ứng ở pha rắn

để tạo ra 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe2O3 và 2CaO.SiO2 Tất cả các phản ứng đềutoả ra một nhiệt lợng lớn (100 Kcal/kg clinker), làm tăng nhanh nhiệt độ của vậtliệu trong vùng tơng đối ngắn (5- 7% chiều dài lò)

- Tại vùng kết khối (1300 – 1450 – 13000C) nhiệt độ lò nung đạt giá trịcao nhất (14500C) ở giai đoạn đầu kết khối (13000C), một phần khoáng dễ chảy

nh 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe2O3, MgO và các tạp chất dễ chảy khác bị chảylỏng ra (20 – 30% thể tích hỗn hợp nung) Khi nhiệt độ đạt đến 14500C 2CaO.SiO2 và CaO tan vào dung dịch clinker lỏng để hình thành Alit 3CaO.SiO2

(khoáng cơ bản của clinker) Quá trình này tiếp tục đến khi liên kết hầu nh hoàn

toàn oxit canxi (trong clinker CaO tự do không lớn hơn 0.5 – 1%) Alit ít hoàtan, nó đợc tách ra khỏi dung dịch nóng chảy ở dạng tinh thể mịn Quá trình tạoAlit diễn ra trong khoảng 15 – 20 phút (Chiếm 10 – 15% chiều dài lò) Rakhỏi vùng kết khối (nhiệt độ giẩm từ 1450 xuống 13000C) từ dung dịch lỏng cáckhoáng 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe2O3, MgO đợc kết tinh lại.

- Tại vùng làm nguội: nhiệt độ giảm từ 1300 xuống 10000C cấu trúc vàthành phần của clinker hoàn toàn đợc hình thành và hoàn thiện thêm Clinker đa

ra khỏi lò nung ở dạng hạt màu xẫm hoặc vàng xanh đợc làm nguội từ 10000Cxuống đến 100 – 2000C trong các thiết bị làm nguội bằng không khí rồi đợc giữtrong một kho 1 - 2 tuần

1.2 Công nghệ sản xuất xi măng.

1.2.1 Khai thác đá.

*Đá vôi: đợc khai thác theo phơng pháp cắt tầng bằng nổ mìn sau đó dùng

xe ủi xuống chân núi Dới chân núi , máy xúc có công suất lớn xúc đá lên xe tải,băng tải xích chuyển về máy đập Đá sau khi đợc đập có kích thớc cực đại cỡ25mm, qua hệ thống băng tải cao su vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ Bụisinh ra đợc lọc qua các ống tay áo lọc bụi

* Đá sét và silicat: cũng giống nh đá vôi, đá sét có kích thớc <1000mm

đ-ợc máy xúc đổ lên xe Camac từ đó vận chuyển vào phễu tiếp liệu, nhờ băng tảixích đá sét đi vào máy đập kiểu va đập đàn hồi đập sơ bộ xuống cỡ < 75 mm.Sau đó đá sét đợc băng tải cao su vận chuyển tới máy cán hai trục để đập lần haixuống kích thớc còn < 25 mm Sau khi cán đá sét đợc hệ thống băng tải cao suvận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ

* Kho đồng nhất sơ bộ: Đá vôi và đá sét và silicat sau khi đập đợc

chuyển về kho xếp thành hai đống mỗi loại Mỗi đống đá vôi là 1600 tấn, đá sét

là 7000 tấn Đá vôi đợc đổ vào kho bởi 1 trong hai cầu rải liệu Cầu rải sẽ rải liệuthành từng luống ở cả lợt đi và lợt về Có từ 8 đến 29 luống đợc rải 20 lớp theochiều cao Trên các cầu rải liệu có đặt các cân điện tử Khi xúc liệu sẽ đợc xúccắt qua tất cả các lớp từ dới lên nhằm tạo sự đồng nhất sơ bộ Nguyên tắc làmviệc của kho là đống này đợc đổ thì đống kia đợc xúc Đá sét cũng đợc rải và xúctơng tự nh đá vôi

Ngoài ra còn có các kho thạch cao, đá Bazan, silicat, xỉ sắt, than,

1.2.2 Nghiền nguyên liệu.

Đá vôi, đá sét, thạch cao và xỉ sắt từ các kho chứa đợc đa tới 4 Bunke tơngứng nhờ hệ thống băng tải Các bunke chứa liệu đợc lắp đặt các sensor báo mức

và Loadcell để giám sát mức liệu có trong bunke Tại đáy hình côn của mỗibunke đợc gắn thiết bị điều chỉnh lu lợng khi liệu đợc tháo ra Từ 4 bunker, liệu

đợc tháo xuống hệ thống cân định lợng để xác định thành phần phần trăm cácchất theo tỷ lệ tiêu chuẩn Tỷ lệ các chất đợc xác định nhờ hệ thống băng tải cấpliệu tấm và thiết bị loadcell đặt trên hệ thống cân băng.Tỷ lệ của các loại nguyênliệu có thể điều chỉnh bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ băng tải hoặc điềuchỉnh độ mở của van cấp liệu Để giám sát tốc độ động cơ thì trên trục động cơ

đợc đặt thiết bị đo tốc độ Encoder để đa tín hiệu về thiết bị điều khiển

Sau khi xác định tỷ lệ phần trăm của các chất, liệu đợc đa đến trạmnghiền, trớc khi đến trạm nghiền thì hỗn hợp các chất sẽ đi qua hệ thống máy dò

và tách kim loại để loại bỏ các thành phần kim loại lẫn trong các chất ra khỏibăng tải

Trong máy nghiền, liệu đợc cung cấp ở dạng hỗn hợp và đợc sấy khô tới1% Máy nghiền nguyên liệu là loại máy nghiền con lăn trục đứng pfeiffermps 4785 có năng suất 320 tấn/h Qua máy nghiền, liệu đợc tán nhỏ nhờ hai cơcấu con lăn và bàn nghiền Để sấy khô bột liệu đồng thời thì trong quá trìnhnghiền, khí nóng đợc dẫn đến từ tháp trao đổi nhiệt của lò nung Lợng khí nóngcung 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 từ các thiết bị phân tích độ ẩm của hỗnhợp phối liệu có trong máy, từ đó điều chỉnh lu lợng và nhiệt độ của hỗn hợpphối 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 thớc lớn đợc tách ra và đa trở lại bàn nghiền,các hạt có độ mịn đạt yêu cầu đợc đa về 4 cyclone lắng hiệu suất cao Thông quacác van gió quay, liệu đợc tháo ra theo máng khí động đến silo đồng nhất đểchuẩn bị đa vào lò nung

1.2.3 Đồng nhất liệu

Liệu sau khi đợc gom lại ở 4 cyclone lắng (hiệu suất đạt 90%), qua cácvan gió kiểu quay theo máng khí động đến gầu nâng Tại đầu vào gầu nâng, bộtliệu sẽ đợc lấy mẫu nhờ thiết bị lấy mẫu tự động với tần suất lấy mẫu 1 lần/h.Mẫu sẽ đợc phân tích các thành phần hoá học và so sánh với giá trị đặt trớc Nếu

không thoả mãn giá trị đặt trớc thì các chất sẽ đợc điều chỉnh nhờ hệ thống cânbăng định lợng Bột liệu sau khi nghiền có độ mịn đạt yêu cầu sẽ đợc vận chuyểnbằng gầu tải theo máng khí động vào silo chứa qua hệ thống phân phối songsong, silo có sức chứa 20000 tấn Silo đồng nhất bột liệu làm việc theo nguyêntắc đồng nhất và tháo liên tục Việc đồng nhất bột liệu đợc thực hiện trong quátrình tháo bột liệu ra khỏi silo Mức độ đồng nhất của silo là 10:1 Đáy silo có hệthống khí nén, khí đợc sục vào trong silo để đồng nhất phối liệu và tạo ra sự linh

động cho phối liệu khi tháo đợc dễ dàng

Buồng trộn và cửa tháo của silo đợc liên thông với nhau để đảm bảo liệu

từ silo nạp vào buồng trộn diễn ra đồng thời với nhau bằng dòng khí nén áp suấtcao theo cụm thiết bị tháo và máng khí động Liệu sau khi đợc tháo từ buồngtrộn đa xuống gầu nâng để đến tháp trao đổi nhiệt Để phân tích thành phần hoáhọc và chất lợng của hỗn hợp phối liệu sau khi đồng nhất, thiết bị lấy mẫu tự

động đợc đặt ở đáy gầu nâng, tần suất lấy mẫu ở công đoạn này đợc quy định cụthể trong quá trình vận hành và sản xuất Dòng liệu theo máng khí động xuốngvan gió kiểu quay và cửa tấm lật vào tháp trao đổi nhiệt theo hai luồng riêng biệt

1.2.4 Nhiên liệu để nung clinker.

Dù nghiền trong máy nghiền đứng hoặc nghiền bi, bột than phải đạt các chỉ tiêu

về độ mịn

Than mịn đợc đa vào đốt ở canciner và trong lò nung Cháy trongcanciner thì nhiệt lợng toả ra khi đốt đợc bột liệu hấp thụ ngay trong phản ứng:Nhiệt + CaCO3 -> CaO + CO2 Nhiệt độ tạm thời chỉ vợt quá nhiệt độ cân bằng

điển hình 8500c - 9000c, ở nhiệt độ thấp này than khó cháy hết nhanh, để than ở

đây cháy nhanh thì bột than cần mịn hơn hoặc cần tạo ra một khu vực có nhiệt

độ cao hơn nhiệt độ cân bằng Đây chính là lý do tại sao đốt ở canciner dễ bị sự

cố hơn ở lò nung ở lò nung thờng đợc trang bị với vòi đốt nhiều kênh, hiện đại

để dễ điều chỉnh ngọn lửa, ít sự cố, trong lò nhiệt độ nung cao than dễ cháy hết

 Làm nóng tới nhiệt độ không đổi và độ nhớt mong muốn

 Tạo áp lực cần thiết để phun mù

 Điều chỉnh lu lợng dầu thích hợp cho vòi đốt

đờng van phụ ( by pass) ở điều kiện bình thờng, liệu cấp cho lò từ van đợc đổxuống cân băng định lợng rồi xuống hai máng khí động rồi đổ vào hai gầu nâng

để đa lên hai máng khí động Hai máng này đợc hợp với nhau ở 1 đầu nên liệu từhai máng theo một đờng cùng đổ xuống hai máng khí động tiếp để đổ vào cáccyclone nung sơ bộ Đờng by pass đợc sử dụng khi thử cân hay khi xảy ra sự cố

đờng van chính còn bình thờng thì đờng này không sử dụng

* Tháp trao đổi nhiệt và lò nung:

Tháp trao đổi nhiệt gồm có 5 cyclone và 1 canxiner Bột liệu nạp vàonhánh cyclone qua van quay vào vị trí ống giữa C2 và C1 (sấy 5 tầng) Liệu cóthể sấy 4 tầng (bỏ qua C1) hoặc tầng 5 tuỳ theo yêu cầu về nhiệt Liệu đi từ trênxuống còn khí thải lò nung đi từ dới lên giúp cho quá trình trao đổi nhiệt diễn ra

dễ dàng và đồng thời liệu còn đợc đồng nhất thêm một lần nữa Sau khi đợcCanxi hoá trong RSP Precanxiner khoảng 90% đến 95% và đạt đợc nhiệt độkhoảng 870 – 9000C thì liệu đợc đa qua C5 vào lò nung để quá trình clinker hoá

xảy ra hoàn toàn Trong lò quay liệu đợc clinker hoá ở nhiệt độ 14300C sau đó

đổ vào hệ thống làm mát kiểu tấm ghi (grate cooler)

* Hệ thống làm mát clinker kiểu tấm ghi (grate cooler) 1440:

Có 3 tấm ghi chuyển động với vận tốc stroke/phút, công suất 62 tấn/h đợctruyền động bằng 3 động cơ xoay chiều 380V, 50Hz Các tấm ghi này có tácdụng nh sàng Chúng sàng các hạt clinker to để da tới búa đập (công suất 167tấn/h) đập nhỏ kích thớc xuống Clinker đợc làm mát xuống nhiệt độ 1100C nhờkhông khí cấp vào grate cooler bằng các quạt hút theo chiều ngang và từ dới lên.Các hạt clinker sau khi sàng, đập và làm mát đợc đổ xuống băng tải xích và víttải để đa vào silo chứa và ủ Clinker phế phẩm hoặc clinker sống dùng để kinhdoanh sẽ đợc đa qua một máng riêng để đổ ra bãi chứa

* Lọc bụi tĩnh điện:

Khí thải ở phần cuối của grate cooler và phần cuối lò trớc khi thải ra ngoài

đợc phun nớc giảm áp và phân tích khí rồi đa qua bộ lọc bụi tĩnh điện để táchbụi Quạt hút sẽ hút các khí đã lọc bụi để đẩy ra ống khói còn các hạt bụi clinker

đọng lại sẽ đợc gõ rơi xuống các vít tải và băng tải xích để đi tới silo chứaclinker

* Tháp điều hoà (Bộ làm mát):

Sau khi qua tháp nung sơ bộ để trộn liệu và trao đổi nhiệt, khí thải của lònung còn rất nóng, đợc phân tích khí và đa vào bộ làm mát bằng nớc Sau khilàm mát, khí đợc đa tới để sấy liệu thô ở máy nghiền nhờ quạt hút Có thể thấyquạt hút có tác dụng điều khiển toàn bộ quá trình nhiệt độ trong buồng đốt Liệu

đọng lại sau khi làm mát khí thải lò nung sẽ rơi xuống vít tải qua van và một sốvít tải khác hồi về két cân

4 Nghiền xi măng.

Clinker, thạch cao, và phụ gia sau khi đồng nhất đợc điều chỉnh để đạt đợcchất lợng xi măng theo yêu cầu rồi cho vào máy nghiền xi măng để tạo ra sảnphẩm xi măng Công đoạn nghiền xi măng gồm hai phần: nghiền thô và nghiềntinh Máy nghiền thô là máy nghiền kiểu CKP, máy nghiền tinh là máy nghiền bi

xi măng Để đảm bảo nhiệt độ của xi măng trong khi nghiền nớc đợc phun vàodới dạng sơng mù ở áp suất cao

Xi măng ra khỏi máy nghiền đợc đa qua hệ thống phân ly Tại đây có sựsàng lọc Nếu hạt xi măng qua to thì đợc thu hồi trở lại đầu máy nghiền Nếu ximăng đạt tiêu chuẩn thì đợc đa vào kho chứa, xi măng qua nhỏ đợc thu hồi bởi

hệ thống lọc bụi

5 Đóng bao và xuất xi măng.

Xi măng từ silo chứa đợc vận chuyển bằng vít tải, gầu xích và băng tải tớiphân xởng đóng bao Tại đây có 2 silo chứa, ở các silo chứa này xi măng đợc sụcliên tục nhờ các máy nén khí để đồng nhất lần cuối cùng trớc khi đa đến các máy

đóng bao hoặc đa đến cầu cảng để xuất xi măng rời

6 Hệ thống xử lý bụi trên băng tải

Để xử lý bụi trên các băng tải, hệ thống cân băng định lợng đợc đặt 4 bộlọc bụi túi, mỗi bộ bao gồm các ống hút và một quạt hút bụi Các ống hút bụi đ-

ợc dẫn từ lọc bụi túi đến các điểm có thể tạo ra nhiều bụi trên băng tải nh đầucuối băng tải hay tại các điểm chuyển đổi giữa 2 băng tải Bụi từ băng tải theodòng khí đối lu của quạt hút bụi trong đờng ống và đợc dẫn về lọc bụi túi, tại đâybụi đợc làm lắng xuống và trở thành các nguyên liệu tinh ở đáy các bộ lọc bụitúi sẽ có các ống dẫn đa lợng nguyên liệu này đổ về các bunker

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng

1.3 Bản chất của quá trình phối liệu

1.3.1 Tỷ lệ của thành phần bột liệu.

1 Thành phần hoá học của clinker.

Là yếu tố quan trọng đánh giá chất lợng clinker, nó gồm 4 ôxit chính:

1) CaO: chiếm (63 - 67)% Là ôxit quan trọng nhất Để xi măng có chấtlợng cao CaO phải liên kết với các ôxit khác Lợng CaO tự do còn lại ở dạng quálửa làm cho đá xi măng không ổn định thể tích gây hại

Máy đập đá sét

ệt er ow er t heat Pre

Lò nung Kil n

Làm nguội c

Ch

o calxin er

Ch

o lò

Ngh iền

xi măng

Nghi

ền thô

CK P

Nghi

ền t inh mil Balll

Xi m

ăng

Đóng ba o

đồ côn

g ngh

ệ sản xuấ

t x

i măng

Kho tổng hợp Quặ

ng sắt (

pir

it )

Phụ gia (addt io n)

Thạ

ch cao( gy psu m)

Băng tải

Lợng CaO liên kết lớn - xi măng có cờng độ cao Đóng rắn nhanh, khi

đóng rắn toả nhiệt nhiều, không bền hoá

2) SiO2: chiếm (21- 24)% Liên kết với CaO tạo khoáng SLC, cáckhoáng này có khả năng đóng rắn SiO2 tự do không ảnh hởng gì đến chất lợng

xi măng Lợng SiO2 liên kết lớn xi măng có cờng độ sau 28 ngày lớn, đóng rắnchậm, toả nhiệt nhỏ khi đóng rắn, bền hoá hơn

3) Al2O3: chiếm (4 - 8)% Liên kết với CaO tạo thành khoáng Aluminát

và Alumô fezit can xi Al2O3 liên kết lớn - xi măng có cờng độ phát triển lúc đầucao sau chậm, thời gian đóng rắn nhanh, toả nhiệt nhiều khi đóng rắn, kém bềnhoá

4) Fe2O3: chiếm (2.5-5)% Liên kết với CaO tạo fezit canxi Fe2O3 lớnnhiệt độ kết khối của phối liệu giảm, độ nhớt pha lỏng nhỏ dễ tạo khoáng trongclinker Nếu Fe2O3 quá lớn xi măng có tỷ trọng cao, cờng độ thấp, đóng rắnchậm, toả nhiệt thấp, bền hoá

5) MgO (< 5%): Khi MgO > 5% làm xi măng không ổn định thể tíchkhi đóng rắn vì nó ở dạng dung dịch rắn, thuỷ tinh, periclaz

6) Kiềm: chiếm (0.1-1)% Là thành phần không mong muốn vì nó làmgiảm độ nhớt pha lỏng, tăng dính bết, thay đổi tốc độ đóng rắn xi măng, tạonhững vết loang trên cấu trúc Tác dụng với SiO2 tạo gel silicát kiềm có thể tíchlớn gây mất ổn định, không bền nớc

Ngoài ra còn có các ôxit khác nh TiO2, Mn2O3, P2O5,…có ảnh hởng nhỏ,không đáng kể đến chất lợng xi măng

2 Thành phần khoáng của Clinker xi măng pooclăng.

1) Alít: chiếm (45-65)% Là khoáng quan trọng nhất, là dung dịch rắn của

C3S (3CaO.SiO2) có tan lẫn (24)% các ôxit khác Alít (C3S) tạo thành ở nhiệt độ

12500c:

C + C2S = C3S

Và chủ yếu tạo thành khi có mặt pha lỏng Nó bền ở nhiệt độ 12500C

-19000C Khi nhiệt độ < 12500C thì C3S = C + C2S Sự biến đổi này phụ thuộc vàochế độ làm lạnh và sự có mặt các hợp chất hoà tan trong C3S

Tính chất của Alít trong xi măng:

 Cho xi măng có cờng độ cao nhất sau 28 ngày

 Thời gian đông kết nhanh, đóng rắn nhanh

 Toả nhiệt nhiều khi đóng rắn

2) Belít: chiếm (10-30)% Là dung dịch rắn của C2S (2CaO.SiO2) có tanlẫn (1-3)% các ôxit khác C2S có nhiều dạng thù hình αC2S, βC2S, γC2S Nhng chỉ

có dạng βC2S là chất có tính kết dính dạng mong muốn có

Tính chất của Belít trong xi măng:

 Thời gian đông kết chậm

 Toả nhiệt ít khi đóng rắn

 Bền trong môi trờng sulfat3) Aluminát canxi: chiếm (5-15)% Là dung dịch rắn của C3A(CaO.3Al2O3) có tan lẫn (1-2)% CaO,v.v Tuỳ theo lợng CaO, T0, và chế độ làmlạnh clinker mà Aluminát canxi có thể ở dạng C3A, C5A3 Trong clinker xi măngpooclăng chủ yếu là C3A

Tính chất của Aluminát canxi trong xi măng:

 Cho xi măng có cờng độ phát triển nhanh nhng sau chậm

 Thời gian đông kết nhanh nhất

 Toả nhiệt nhiều khi đóng rắn

 Không bền trong môi trờng sulfat4) Celít: chiếm (5-12)% Là dung dịch rắn của C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3)

có các phần khác nhau phụ thuộc vào phối liệu và điều kiện nung luyện: C8A3F,

C4AF, C2AF,… Chủ yếu là C4AF

Tính chất của C 4 AF:

 Cho xi măng có cờng độ thấp nhất

 Thời gian đông kết chậm

 Toả nhiệt ít nhất khi đóng rắn

 Bền trong môi trờng sulfat5) Pha thuỷ tinh trong Clinker

Do C3A, C4AF ở nhiệt độ cao -> lỏng -> làm lạnh -> thuỷ tinh

 Pha thuỷ tinh có lẫn MgO và các tạp chất khác

 Tuỳ chế độ làm lạnh mà pha thuỷ tinh nhiều hay ít

 Pha thuỷ tinh nhiều, xi măng khi đóng rắn toả nhiệt nhiều

1.3.2 Chuẩn bị và hỗn hợp nguyên liệu.

Nguyên liệu chính dùng để sản xuất xi măng là đá vôi và đá sét, ngoài racòn có một số nguyên liệu phụ bổ sung nh xỉ sắt, boxit, cát,v.v

1) Đá vôi: đợc khai thác bằng khoan nổ mìn vận chuyển tới máy đập đávôi Sau khi đợc đập nhỏ trong máy đập, kích thớc đá vào D = 1,2m giảm cònd=(25-70)mm, độ ẩm ~1%, đá đợc vận chuyển tới kho đồng nhất sơ bộ, đợc máy

đánh đống rải đồng nhất Máy đập đá vôi là loại máy đập xung lực làm việc vớinăng suất 750 tấn/h

2) Đá sét: thờng đợc khai thác bằng máy xúc, ủi, đợc vận chuyển tới máycán sét Trong công nghiệp xi măng thờng dùng máy cán 2 trục có răng làm việcvới năng suất 200 tấn/h với vật liệu vào có kích thớc Dmax = 800 mm, độ ẩm Wmax

=(25-30)%, kích thớc liệu ra dmax = 70 mm sau đó vật liệu đợc vận chuyển tớikho đồng nhất sơ bộ

3) Các chất phụ gia: nh đá bazan, thạch cao, đá đen, đá cao silíc, boxit, lợng ít hơn thờng đợc khai thác vận chuyển riêng tới nhà máy và đợc chứa vàocác kho, két riêng

Các nguyên liệu đá vôi, đá sét đợc cầu xúc cấp liệu lên các két chứa riêng,

và chúng đợc định lợng theo tỷ lệ tính toán phối liệu và cấp vào máy nghiền Saukhi nghiền, bột liệu phải đạt tiêu chuẩn về thành phần, độ mịn, độ ẩm Bột liệu đ-

ợc đồng nhất trong các silo đồng nhất Có nhiều phơng pháp đồng nhất, ngời ta

đánh giá mức độ đồng nhất qua sự dao động giữa hàm lợng CaCO3 của vật liệu

đầu vào và vật liệu đầu ra

Chơng 2 Các thiết bị trong hệ thống cân băng

định lợng

2.1 Giới thiệu về hệ thống cân băng định lợng.

Hiện nay việc đảm bảo chất lợng 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

đó phải có chất lợng và mẫu mã giống nhau Vì vậy nhà sản xuất phải nắm bắt

đ-ợc các thông số kỹ thuật, các tỷ lệ pha trộn phải đđ-ợc cài đặt chính xác Việc hiệuchỉnh các thông số đầu vào cũng nh đầu ra phải dễ thực hiện và thuận lợi cho ng-

ời sản xuất và ngời điều khiển trung tâm Đặc biệt trong công nghệ sản xuất ximăng công đoạn phối liệu để nghiền liệu và định lợng nghiền xi măng là rấtquan trọng, nó quyết định đến chất lợng của xi măng

Với tầm quan trọng của hệ thống cân băng định lợng nên hệ thống này nằmngay đầu dây chuyền sản xuất, công nghệ sản xuất xi măng thiết bị định lợngnày có nhiều loại:

- Theo chế độ vận hành đợc chia thành vận hành liên tục và gián đoạn

- Theo phơng pháp định lợng chia thành: định lợng theo thể tích hay

đong (tính theo m3); định lợng bằng cân (tính theo kg, tấn, ) hoặc cả dạng hỗnhợp cân và đong

- Theo phơng pháp điều khiển định lợng: Thiết bị định lợng thủ công, tự

động theo chơng trình định sẵn

Trong số các thiết bị đang dùng hiện nay, cân băng định lợng đợc dùngrộng rãi nhất, nó thuộc loại thiết bị cân tự động Thiết bị này cho phép cấp mộtdòng liệu liên tục đều đặn từ két chứa tới thiết bị gia công

Để điều chỉnh đợc tỷ lệ pha trộn nguyên liệu chính xác và thay đổi năngsuất dễ dàng ta sử dụng biến tần nguồn áp để điều chỉnh tốc độ động cơ điệnkhông đồng bộ xoay chiều ba pha

2.1.1 Nguyên lý hoạt động

Hệ thống cân băng đợc thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật rắn.Vật liệu rắn đợc tháo ra từ các silô Bề dầy của vật liệu trên băng tải thờng đợctrải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi Lu lợng vật liệu

có thể đạt đợc thông qua việc điều chỉnh tốc độ của băng tải

Nguyên lý: Động cơ quay kéo theo hộp giảm tốc làm quay băng tải hoạt

động đa nhiên liệu xuống băng tải để vào máy nghiền Liệu sẽ tác động lên tếbào cân và tín hiệu từ tế bào cân sẽ đa vào tủ điện phòng điều khiển Tại đây nhờ

bộ biến tần điều khiển tốc độ quay băng tải theo giá trị cần thiết

Hệ thống định lợng đợc điều khiển nhờ PLC đợc sử dụng ở nhà máy ximăng bao gồm 4 băng cân giống nhau để cân 4 loại liệu: đá vôi, đá sét, đá bazan

và quặng sắt

Mỗi băng tải cân đợc lắp các đầu cân điện tử để đo trọng lợng m (loadcell)trên băng và có đầu đo tốc độ để đo vận tốc dài của băng Vì băng tải cân ngắn,tốc độ từ động cơ đến băng tải truyền qua hộp số cứng nên tốc độ băng tải đợc

đo thông qua tốc độ động cơ Các tín hiệu m và v đợc đa vào máy tính thông qua

bộ chuyển đổi A/D và máy tính sẽ tính năng suất thực của cân Qt = m.v và sosánh với giá trị định mức Qđ của chúng Từ đó đa ra tín hiệu điều khiển Uđk để

điều khiển động cơ thông qua các bộ biến tần nhằm đảm bảo duy trì ổn định cácthông số trên theo giá trị đặt trớc

Nh vậy để đo lu lợng vận chuyển trên băng tải phải đo đợc hai thông số: tốc

độ chuyển động của băng tải và mật độ liệu Trong quá trình sản xuất khi mà l ợng liệu trên băng tải ít, để nhận biết điều này nhờ cảm biến trọng lợng loadcelltác động, cùng với tín hiệu từ cảm biến tốc độ chuyển động của động cơ (băngtải) đợc Encoder đa về bộ xử lý trung tâm và so sánh với lợng định mức để đa tínhiệu mở van xả liệu Nếu mở van xả liệu mà vẫn cha đạt yêu cầu thì phải kết hợp

Động cơ

Biến tần CCĐK2

ADC

DAC

Giao tiếp

Máy tính

điềukhiểnCảm biến

trọng l ợng

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải

M n

f

T

M n

Hình 2.2 :Hình ảnh hệ thống cân băng định lợng

* Nguyên lý đo:

Cân băng đợc thiết kế để cân liên tục lợng vật liệu vận chuyển trên băng tải.Vật liệu đợc dẫn trên một sàn bố trí dới băng tải và đợc giới hạn bởi hai con lăn Nguyên lý đo:

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý đo lờng của hệ thống cân băng định lợng

Từ silô chứa, liệu đợc đa xuống băng tải cân qua phễu liệu đổ xuống băngtải cân vận chuyển theo phơng ngang để vận chuyển liệu vào máy nghiền Nhờcác cảm biến ta xác định đợc khối lợng m và tốc độ v của băng tải sau đó các tínhiệu này đợc khuếch đại và đa về bộ chuyển đổi tơng tự – số để đa vào máytính Máy tính sẽ tính năng suất thực của các cân, so sánh với năng suất địnhmức của chúng và từ đó đa ra tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển thông quacác biến tần Nhằm mục đích điều khiển tốc độ hợp lý giữa các băng tải cân saocho sai số giữa giá trị thực và giá trị định mức là nhỏ nhất nên trong hệ thống cân

định lợng ngời ta sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC

Trong quá trình hoạt động tốc độ của băng tải đợc điều chỉnh bởi động cơthông qua bộ biến tần Với mỗi yêu cầu sản xuất khác nhau thì cân băng tải lại

Q Kg/m

V m/s Phễu liệu

2.1.2 Bộ điều chỉnh DISOCONT.

DISOCONT là một hệ thống modul điện tử dùng để trang bị trong hệthống cân, đo lờng của hệ thống cấp liệu Khi liệu đợc cấp là chất rắn và để cân

đo lợng liệu một cách liên tục thì DISOCONT có ứng dụng tối u nhất

DISOCONT đợc trang bị với một modul truyền thông thích hợp tối u trongcấu trúc tự động hóa thông qua fieldbus

DISOCONT sử dụng cho tất cả các phép đo lờng và các hàm điều khiển;

đợc trang bị với các cổng dịch vụ phục vụ cho việc kết nối của máy tính hay bộphận điều khiển

Truyền thông Fieldbus với những môđun vào/ra trong hệ thống cho phéptruyền tất cả các dữ liệu đến nơi điều khiển Các môđun vào/ra đợc kết nối qua

hệ thống truyền thông đa đến hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển xử lý cácthông tin của dữ liệu, qua bộ chuyển đổi tơng tự số A/D tín hiệu số đợc truyền

đến PLC để điều khiển cơ cấu chấp hành

Bộ phận điều khiển hiển thị rõ trên màn hình với các tham số, đồ thị điềukhiển hoặc các tham số đã đợc chuẩn hóa và các thông số cài đặt

- Yêu cầu cấu hình PC :

+ CPU: Pentium+ Bộ nhớ: 16Mbyte cho Windows 95, 24 MB cho Windows NT+ Dung lợng bộ nhớ : 50MB

+ Màn hình: VGA, 32768 màu + Hệ điều hành Windows 95 hoặc Windows NT 4.0

Hệ thống DISOCONT có thể giám sát chặt chẽ quá trình làm việc của hệthống cân băng nh tốc độ cấp liệu thực tế (T/h), lợng liệu đợc cấp trong một đơn

vị thời gian Từ những tín hiệu phản hồi về lấy từ cơ cấu chấp hành, DISOCONT

có chức năng khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu, hiển thị, truyền tín hiệu về bộ điềukhiển xử lý đồng thời nhận tín hiệu điều khiển, chuyển đổi tín hiệu để đa đến cơcấu điều khiển

DISOCONT gồm có các bộ phận VSE, bộ phận điều khiển đợc sử dụngcho thao tác trực tiếp VLB, bộ phận cục bộ VLG,và bộ VEA là môđun vào/ra bổsung thêm số lợng đầu vào cho hệ thống Các bộ phận này đợc kết nối với nhauqua hệ thống fieldbus để tạo thành một vòng khép kín tối u hóa cho quá trìnhlàm việc một hệ thống

2.1.2.1 Bộ điều khiển cục bộ VLG 20110:

0 3

4 2 3

1

2 3

FAULT RELLEASE SPEED SE POINT

DRIVE UNIT INTEGR DRIVE

DRIVE 3 DRIVE 2 DRIVE 1

DI1 DI2 DO1 DO2

DO3 DO4

LOCAL MODE ACTIVE FAULT RELEASE

SPEED SETPOINT A0

15 -X2 7 8 9 10 11 12 13 14

-X0 -X0 12

R 5 E

A 10k

-R

ELECTIONNIC MODULE VLP 110V

-XD 8 DI10 9

11 DI20

DI19 7 10

6

1 3 5 4

Bộ điều khiển cục bộ VLG 20110 là bộ điều khiển phục vụ cho thao tác

làm việc tại chỗ của ngời trực tiếp vận hành ở đó, nó đợc gắn một bên cân băng

định lợng

Đây là bộ điều khiển có thể điều chỉnh trực tiếp bằng tay, nó phục vụ choquá trình điều chỉnh tốc độ băng tải khi có trờng hợp khẩn cấp mà các bộ điềukhiển khác bị sự cố, bộ phận này gồm năm nút có tác dụng điều khiển tốc độ

động cơ kéo băng tải và độ mở của van xả liệu

- Khoá chuyển đổi S1 cho chúng ta lựa chọn cách thức làm việcLocal/Remote (tại chỗ/từ xa)

- Khoá chuyển đổi R1: Điều khiển tốc độ động cơ truyền động

- Khoá chuyển đổi S2 S4 :Là những khoá điều khiển các bộ phận phụ

Hình 2.4: Sơ đồ bộ điều khiển cục bộ VLG 20110

1 2 -X1

9pol Sub - D

L1/+ POWE -N/- PE SUPPLY

24 - 300 VDC

115 - 230 VAC

REF1 REF2 OUT12 OUT1 IN1 IN2

LOAD CELL SPEED

MONITOR MONITORING BELT

BINARI INPUTS

20 - 30V 0/4 - 20ma

ONPUTS ANALOG

230VAC/1A

OUPTUTS BINARI

DO4

1 2 DO4

VSE 20100

D11 D12

OV24

+9V D13 C R ODV

14 11 14 11 14 11 14 11

L L

R 5k 5k R R R

R

-X6 2 1 4 3 5 10 7 8 9 6

C ODV D14

-H1 POWER O.K.

CPU O.K.

-H2 H4 FIELDBUS COM O.K.

OV24 OV24 VGL

L L L L L

-X4 1 2 3 4 5

-X8 MM

đợc lu giữ tại thẻ nhớ này Thẻ nhớ VSM có chức năng lu giữ thông tin, truyền

về bộ điều khiển lập trình PLC xử lý, đồng thời cũng là nơi thu nhận thông tin

điều khiển từ PLC truyền về để làm nhiệm vụ điều khiển các cơ cấu chấp hành

Hình 2.5: Sơ đồ điều khiển khối VSE 20100

*Modul hệ thống DC-1 (P/N VSE 20100):

Modul thu nhận và điều khiển dữ liệu (CPU)

Những đặc tính bao gồm:

+ Nguồn điện cung cấp: 24 VDC hoặc 230VAC

+ Load Cell: Điên trở của Load Cell 350 

+ Kết nối với Load Cell: Cáp thờng

+ Nguồn điện Load Cell: 12VAC

115 - 230 VAC

24 - 300 VDC SUPPLY POWE PE -N/- L1/+

4A C

V U VLB 20120

-H1 CPU O.K.

POWER O.K.

-H3

+5DV DVD +5V - CFL OV - CFL CANH CANL V+ V-

OVD RXDO RX

L

L L L

5 4 3 2 1 -X4

-XB MM 2 3 5 -X9 MM 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 -X10 1 2 4 6 8 10

10 9 7 5 3 -X10 1 7 -X100 8 10

39 31 13

40

12 12

40

13 31 39

11 9 7 -X12

1 3 4 2 V

-X100

SERIA INTERFACE 9pole Sub - D BUS

LOCAL V- CAN L DV - SH CAN H V+ 15 - pole Sub - D

Là bộ điều khiển đợc sử dụng cho việc giám sát hoạt động của bộ DISOCONT.

Đây là bộ điều khiển đợc sử dụng trực tiếp thay cho điều khiển bằng máy tính

Hình 2.6: Bộ điều khiển VLB20120VLB gồm một màn hình LCD hiển thị tất cả các thông tin cần thiết củaquá trình đo lờng và điều khiển, tín hiệu đợc xử lý và hiển thị ra đèn LED 7 đoạntrên màn hình Một bàn phím điều khiển gồm có các phím chức năng nhằm phục

vụ cho việc dò tìm và thay đổi giá trị khối lợng cài đặt của nhà máy nh: trọng ợng Max, độ sai số cho phép Đây vừa là nơi cho ta thấy đợc kết quả trên mànhình, qua đó giám sát đợc quá trình hoạt động của hệ thống cân băng

Hình 2.7 : Sơ đồ bộ điều khiển VLB 20120:

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120

Bộ cấp điện DC (Một chiều) 24V 300V 20%

Bộ cấp điện AV (Xoay chiều) 110V 230V, -20%+10%, 47 63Hz

Phạm vi nhiệt độ làm việc -20oC 50oC

Phạm vi nhiệt độ bảo vệ -20oC 60oC

* Đặt địa chỉ thanh dẫn cục bộ:

Địa chỉ cài đặt qua phần mềm

Thanh dẫn cục bộ đợc đặt điện trở cuối nhằm triệt tiêu tín hiệu phản xạtránh hiện tợng xung đột tín hiệu

* Thanh dẫn cục bộ:

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ

Tình trạng LED báo truyền thông làm việc

2.2 Các thông số kỹ thuật

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chung

Nguồn cung cấp một chiều 24V 300V20%

Nguồn cung cấp xoay chiều 110V 230V/-20%, +10%, 47 63Hz

2) §Çu vµo vµ ®Çu ra nhÞ ph©n

B¶ng 2.6: Th«ng sè kü thuËt cña ®Çu vµo nhÞ ph©n

B¶ng 2.7: Th«ng sè kü thuËt cña ® u ra nh phân:ầu ra nhị phân: ị phân:

3) §Çu vµo vµ ®Çu ra t¬ng tù

B¶ng 2.8: Th«ng sè kü thuËt ®Çu vµo t¬ng tù

B¶ng 2.9: Th«ng sè kü thuËt ®ầu ra tương tự :

§Çu nèi Kho¶ng c¸ch 5mm

Nguån cung cÊp t¶i 24V DC, 40mA

T×nh tr¹ng LED b¸o truyÒn th«ng lµm viÖc

5) Thanh dÉn côc bé (Local Bus):

B¶ng 2.11: Th«ng sè kü thuËt cña thanh dÉn côc bé

Thời gian tính toán là t(ms), số xung đếm đợc là x Khi bánh xe quay đợcmột số vòng thì số xung đếm đợc là y xung.

Suy ra: Với y xung thì bánh xe Encoder quay đợc là x/y (vòng) tơng ứng với góc

quay là: 2y*x (rad)

Sau 1ms bánh xe Encoder quay đợc 1t *2y*x (rad)

Tốc độ của bánh xe Encoder   1000 *1t*2y*x (rad/s)

Vận tốc bánh xe Encoder

bt ed

s

m d y

x t

d V

1 1000 2

* 2

k

n D

Trong đó: D - đờng kính con lăn (m)

R = 1.4 m - chiều rộng của băng tải

L = 2.5 m - chiều dài của băng tải

d = 0.1 m - đờng kính bánh xe Encoder

* Chuẩn hoá vận tốc băng tải:

Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vợt quá giá trị định mức một lợng: n

Suy ra vận tốc bánh xe Encoder:

60

* 2

* 2

R Q

* Chuẩn hoá tải trọng băng tải cho đầu vào Anolog:

Đầu vào Anolog với dải giá trị dòng điện đợc chuẩn hoá từ 4 – 20mA khiqua bộ chuyển đổi AD tơng ứng với dải giá trị từ 0 đến 32767

Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lợng:

32767

max

b q

Chuẩn hoá:

0 , 0 1 , 00

max

max max







V Q

V Q I

x

2.3 Giới thiệu các thiết bị trong hệ thống cân băng định lợng.

Hệ thống cân băng định lợng thực hiện định lợng liệu theo một tỷ lệ nhất

định đòi hỏi độ chính xác, công việc này thực hiện đợc nhờ vào nhiều bộ phậncấu thành, mà trong đó bao gồm một số phần tử đo lờng, điều khiển và giám sátsau:

* Máy tính:

Máy tính đợc đặt tại phòng điều khiển trung tâm, có chức năng: cho phép

kỹ thuật viên giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống để điều khiển quátrình, hiển thị báo cáo về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lờng dới dạng cáctrang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, thu thập dữ liệu và đa vào lu trữ theotrang nhất định

* PLC:

PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần để

điều khiển tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tầntruyền về lại cho máy tính xử lý

* Biến tần:

Biến tần sử dụng phơng pháp điều khiển véctơ từ thông, thực hiện các lệnh

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 củaluật điều khiển PID nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến nhanh đến giá trị mongmuốn

* Động cơ điện xoay chiều ba pha:

Động cơ này có nhiệm vụ chính là truyền chuyển động chính cho băng tải

* Hộp số:

Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động giữa động cơ với băng tải

và các con lăn Nó gồm bộ phận truyền bánh răng hay trục vít để giảm số vòngquay và truyền công suất tới các cơ cấu chấp hành

* Các bộ biến đổi ADC, DAC

Là các thiết bị biến đổi tín hiệu tơng tự – số, số – tơng tự để giao tiếpgiữa máy tính với đối tợng điều khiển

* Đầu cân

Là thiết bị dùng để chuyển tín hiệu điện từ 4 đến 20 mA hoặc từ 0 đến10V thành tín hiệu số

2.3.1 Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens.

Ta chọn biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens sửdụng để điều khiển và thay đổi tốc độ động cơ

Hình 2.8: Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens

Thiết bị Micromaster Vector kiểu MM 440 đợc thiết kế kiểu module,

có thể điều khiển bằng bàn phím gắn trên máy hoặc lựa chọn ghép nối với mạngProfibus qua Profibus module

Bộ biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens có các

đặc điểm sau:

- Thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt

- Điều khiển vector vòng kín ( Tốc độ/Moment)

- Có nhiều lựa chọn truyền thông: PROFIBUS, DIVICE NET, CANOPEN

- Ba bộ tham số trong một nhằm thích ứng biến tần với các chế độ hoạt

động khác nhau

- Định mức theo tải Moment không đổi hoặc bơm, quạt

- Dự trữ động năng để chống sụt áp

- Tích hợp sẵn bộ bấm dùng điện trở cho các biến tần đến 75Kw

- 4 tần số ngắt quãng tránh cộng hởng lên động cơ hoặc lên máy

- Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay

- Tích hợp chức năng bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC/KTY

- Khối chức năng Logic tự do: AND,OR, định thời, đếm

- Momen không đổi khi qua tốc độ 0

- Kiểm soát momen tải

* Sơ đồ khối biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440:

Hình 2.9: Sơ đồ khối của biến tần Micromaster vector kiểu MM 440

2.3.1.1 Cách đấu nối dây.

A/D

A/D D/A

PE U, V, W

DC

DC 0V

3AC 208 230V 3AC 380 500V 3AC 525 575V

0V 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

RL1

RL2 N P

Hình 2.10: Sơ đồ đấu nối biến tần