Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyển sản xuất xi măng quang sơn bài tập lớn hệ THỐNG tự ĐỘNG hóa đại học BÁCH KHOA hà nội

- On- Line Gama ray analyzer: máy tính thực hiện phân tích tia gama. Phòng điều khiển cục bộ LCR Phòng điều khiển cục bộ LCR gồm có 3 phần: - Điều khiển hoạt động của máy nghiền: phần n

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

I Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty 2

1 Khâu đồng nhất sơ bộ 3

2 Khâu nghiền liệu 4

3 Tạo nhiên liệu than mịn cho lò quay và precalciner 5

4 Lò nung 5

5 Vẩn chuyển clinker đến các silo chứa clinker 6

6 Nghiền xi măng 6

7 Đóng bao và xuất xi măng 7

II Nghiên cứu cấu hình hệ thống DCS của dây chuyền sản xuất xi măng 8

1 Mô tả cấu hình hệ thống DCS 8

2 Mô tả các BUS và phương thức truyền thông trong hệ thống 11

III Nghiên cứu bộ điều khiển PLC chính của dây chuyền sản xuất AC800M. 12 1 Giới thiệu chung 12

2 PLC chính AC800M 16

3 Phần mềm lập trình PLC AC 800M 21

LỜI NÓI ĐẦU

Xi măng là một trong những ngành công nghiệp quan trong trong nền kinh tếquốc dân, trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng xã hội Để đáp ứng nhu cầu xây dựngtrong quá trình phát triển và hội nhập, nhiều nhà máy đã không ngừng phát triểncông nghệ, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Nhiều sáng kiến cải tiến

kỹ thuật, đề tài nghiên cứu khoa học đã được áp dụng vào sản xuất kinh tế mang lạihiệu quả kinh tế to lớn

Qua môn học Hệ thống tự động hóa nhà máy xi măng do thầy Nguyễn Mạnh Tiến giảng dạy, em đã được nhận đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyển sản xuất xi măng Quang Sơn”

2 Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của đây chuyền sản xuất ximăng.

3 Nghiên cứu bộ điều khiển PLC chính của dây chuyển sản xuất xi măng PLCAC800M

Do kiến thức và kinh nghiệm của em còn hạn chế nên bản báo cáo này chắcchắn sẽ có nhiều thiếu sót Em kính mong nhận được sự hướng dẫn, góp ý của cácthầy cô để em được hoàn thiện hơn

Sinh viên

Lương Văn Tấn

I Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty.

1 Khâu đồng nhất sơ bộ

Khâu đồng nhất sơ bộĐất sét và đá vôi sau khi khai thác được vận chuyển đến chúng sẽđược tiếp nhận theo từng khối, đất sét 40m3 và đá vôi là 70m3 Sau

đó chúng sẽ được đập nhỏ sơ bộ theo kích thước nhất định, công suấtcủa quá trình đập búa đá vôi đất sét là 950 tấn/h khi đã đập nhỏ chúng

sẽ qua hệ thống phân tích đá vôi, đất sét để lọc ra các tạp chất và phântích hàm lượng của chúng Sau đó chúng sẽ được rải và đưa vào khođồng nhất Kho đồng nhất đá vôi đất sét có sức chứa 30000 (tấn)

Tiếp nhận phụ gia và than.

Ngoài ra phụ gia và than cũng được tiếp nhận đập nhỏ và rải rồi đưavào các két chứa Phụ gia gồm Quartzite, quặng sắt để phục vụ choqua trình nghiền liệu Than để phục vụ cho lò nung, thạch cao vàpozzolane phục vụ quá trình nghiền xi măng Phụ gia và than đượctiếp nhận 20m3 một lần Khâu đập phụ gia có công suất 200 tấn/h vàrải phụ gia có công suất 200 tấn/h, rải than có công suất 500 tấn/h sau

đó chúng được đưa vào các silo chứa Công suất của các silo chứa nhưsau: Quartzie có sức chứa 5000 tấn, quặng sắt sức chứa 3500 tấn, đvchất lượng cao sức chứa 3500 tấn, than sức chứa 15000 tấn, pozzolanesức chứa 8000 tấn, thạch cao sức chứa 5000 tấn

Khâu đồng nhất sơ bộ có vai trò rất quan trọng, vì liệu cấp cho lò phải

ổn định về thành phần hóa học

2 Khâu nghiền liệu

Khâu nghiền liệu

Đất sét, đá vôi và phụ gia sẽ được đi vào các két chứa, két chứa đá vôiđất sét có dung lượng 500 tấn, két chứa đv chất lượng cao là 140 tấn,két chứa Quartzite là 160 tấn, két chứa quặng sắt là 240 tấn Sau đóchúng sẽ được đi vào các cân định lượng để định lượng các thànhphần theo đúng chỉ tiêu và đưa vào máy nghiền đứng, công suất 329tấn/h Sau khi nghiền xong, đầu ra là bột liệu 2000 tấn để cấp liệu cho

lò nung

3 Tạo nhiên liệu than mịn cho lò quay và precalciner

Than từ máy cào than sẽ đưa vào két chứa than dung lượng 200 tấn,

percalciner và lò nung Quá trình nghiền than tạo ra khói bụi, sẽ đượcđưa qua khâu lọc bụi túi 2300m2 và đưa ra ống khói.

4 Lò nung

Silô chứa bột mịn đưa đến cân flow được điều khiển rồi đưa đến đỉnhtháp 5 tầng lò quay có nhiệt độ từ 1300 đến 1400 Đầu vào gồm cónguyên liệu là bột liệu từ khâu nghiền liệu Nhiên liệu là than mịn.Ngoài ra còn có gió 1, gió 2 gió 3 Gió 1 là gió sơ cấp từ môi trườngvào để đốt than Gió 2 tạo ra bởi quạt làm mát, gió 3 trích ra từ mộtphần gió 2 Khí sinh ra khi cháy được hút bởi quạt ID

Đầu ra là clinker và khí thải Khí thải được lọc bụi tĩnh điện

Clinker đầu ra còn nóng được làm mát về khoảng 100C và được vậnchuyển về các silo chứa clinker

Lò nung và làm lạnh ảnh hưởng lớn tới chất lượng của xi măng

Quá trình tạo ra clinker

5 Vẩn chuyển clinker đến các silo chứa clinker

Clinker sau khi được làm nguội sẽ được vận chuyển đến các siloclinker thứ phầm 2000 tấn và solo clinker chính phẩm 40000 tấn.Clinker chính phẩm một phần được xuất đi bán khoảng 20 tấn Phầncòn lại sẽ được vận chuyển đến két chứa clinker để phục vụ cho quátrình tạo ra xi măng

6 Nghiền xi măng

Clinker từ két chứa clinker, thạch cao và Pozzolane lần lượt đi qua cáccân băng định lượng và vào máy nghiền xi măng Horomills để tạo ra

xi măng

Nghiền xi măngKhí thải của quá trình nghiền xi măng sẽ được lọc bụi và đưa ra ốngkhói Két chứa clinker là 280 tấn, két chứa thạch cao là 280 tấn, kétchứa Pozzolane là 240 tấn Máy nghiền xi măng có công suất 2x120tấn/h.

7 Đóng bao và xuất xi măng

Xi măng từ máy nghiền sẽ được vận chuyển đến các silo chứa xi măng Có 4 silo chứa xi măng 10000 tấn một phần xi măng sẽ được xuất đi luôn khoảng 300 tấn/h Một phần sẽ được đóng bao bởi các máy đóng bao và xuất đi

II Nghiên cứu cấu hình hệ thống DCS của dây chuyền sản xuất xi

măng.

1 Mô tả cấu hình hệ thống DCS

Hệ thống DCS trong nhà máy xi măng có 3 cấp:

- Cấp trường: gồm có các cơ cấu chấp hành, cảm biến

Hệ thống này gồm 4 máy tính trung tâm để điều khiển và giám sát cáchoạt động của nhà máy 4 máy in HP laserjet, 2 máy in màu HP

Deskjet color A4 và 1 máy in màu HP Deskjet color A3 để in các dữ liệu trong quá trình nhà máy hoạt động

Tiếp đến là các máy tính có các chức năng khác nhau:

- Domain servers: máy chủ miền

- Aspect servers: máy chủ giao diện

- Connectivity servers: máy chủ để kết nối

- Engineering station 1&2: là các trạm kỹ thuật sử dụng cho việc biên soạn, lưu chương trình và đào tạo kỹ thuật

- Kiln shell scanner PC: Máy tính điều khiển việc quét nhiệt độ vỏ lò

- RMP server automation room: là phòng máy chủ tự động

- Knowledge manager server (IMS) automation room: máy chủ quản

lý dữ liệu một cách tự động để quản lý dữ liệu kỹ thuật và của khách hàng

- Các máy tính thu thập dữ liệu kỹ thuật và của khách hàng

- On- Line Gama ray analyzer: máy tính thực hiện phân tích tia gama.

 Phòng điều khiển cục bộ LCR

Phòng điều khiển cục bộ LCR gồm có 3 phần:

- Điều khiển hoạt động của máy nghiền: phần này gồm có một máy tính điều khiển và giám sát hoạt động của máy nghiền, một PLC AC800M để điều khiển quá trình nghiền đá vôi và đất sét

 Tủ điện có PLC để điều khiển các công đoạn.

Gồm có 6 PLC AC800M để điều khiển các quá trình nghiền nguyên liệu, lò nung, nghiền than, làm nguội, quản lý và xử lý nước thải, nghiền xi măng.

2 Mô tả các BUS và phương thức truyền thông trong hệ thống

cung cấp cho các giao thức tầng trên một dịch vụ của các tầng thấp hơn Tín hiệu từ CPU của PLC được truyền và biến đổi thành tín hiệu quang theo chuẩn TCP/IP đưa về phòng điều khiển trung tâm, các tín hiệu này sẽ được hiển thị ở các máy tính trung tâm, căn cứ vào đó các cán bộ trực tại phòng điều khiển trung tâm sẽ đưa ra lệnh điều khiển tới các thiết bị cũng theo đường truyền tín hiệu trên nhưng theo hướngngược lại.

III Nghiên cứu bộ điều khiển PLC chính của dây chuyền sản xuất

AC800M.

1 Giới thiệu chung

PLC viết tắt của Programmable logic controller là bộ điều khiển logic lập trình được, được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và các thiết bị rời cồng kềnh khác, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa vào việc lậptrình trên các thuật toán logic cơ bản Ngoài ra nó còn có thể thực hiệnnhữ tác vụ khác như: định thời gian trễ, đếm, tính toán, v.v…

Ngày nay PLC được sản xuất bởi rất nhiều hãng khác nhau trên thế giới như: ABB, FESTO, MITSUBISHI, OMRON, ALLEN

BRADLEY, LG, SIEMENS PLC ngày càng đượng sử dụng rỗng rãi trong các quá trình tự động ở trong các nhà máy Chúng bao gồm thiết

bị lập trình các bộ phần mềm lập trình, điều khiển, giám sát, lập cấu hình mạng, giao diện người máy như: Step7 microwin, WinCC,

 Mộ số ứng dụng của PLC trong công nghiệp như:

Tủ điện

 Ưu điểm của PLC

- Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu Relay

- Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, muốn thay đổi phương pháp điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển

- Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống

- Nhiều chức năng điều khiển

- Tốc độ xử lý thời gian thực tương đối cao

- Công suất tiêu thụ nhỏ

- Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt

 PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì:

- Bên trong môi trường công nghiệp

- Giao diện không thân thiện với người sử dụng

- Tốc độ xử lý tương đối cao

- Có nhiều loại khác nhau để lựa chọn tùy nhu cầu sử dụng và

độ phức tạp của hệ thống điều khiển

- Có khả năng mở rộng số đầu vào/ra khi mở rộng nhu cầu điều khiển bằng cách nối thêm các khối vào ra chức năng.

- Dễ dàng điều khiển và giám sát từ máy tính

- Giá thành hợp lý tùy vào từng loại PLC

- Phần mềm: là chương trình do người sử dụng viết Chúng thường được cài ở trong RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên)

để có thể chỉnh sửa được

 Các thành phần của PLC:

- Bộ vi xử lý (CPU: central processing unit)

- Một hệ điều hành để quản lý và thược hiện chương trình

- Bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và dữ liệu vào ra

- Các đầu vào, đầu ra để nhập dữ liệu từ cảm biến và xuất dữ liệu ra cơ cấu chấp hành

Nguyên lý hoạt động của PLC

Trong quá trình hoạt động của PLC, CPU thực hiện ba công việc:

- Đọc dữ liệu: lấy tín hiệu từ các thiết bị trường, lưu vào bộ nhớ

- Xử lý và tính toán: thực hiện chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ do người lập trình tạo ra

- Ghi dữ liệu: xuất các tín hiệu điều khiển, cảnh báo tại đầu ra.PLC thực hiện thoạt động trên một khoảng thời gian nhất định được gọi là chu kỳ quét Chu kỳ quét của PLC thường cỡ vài chục ms, tùy thuộc vào chương trình ứng dụng, số lượng vào, ra

2 PLC chính AC800M.

PLC AC800M

Bộ điều khiển PLC AC 800M là của hãng ABB sản xuất, nó có thể kếtnối với các tín hiệu cấp hiện trường sử dụng các mô đun vào/ra dòngS800L hoặc S800 hoặc cũng có thể cho phép kết hợp với bất kỳ thiết

bị hỗ trợ giao thức Profibus nào hiện có trên thị trường Giao diệnngười máy Compact 800 HMI cũng có thể sử dụng cùng với AC800M hoặc với bất kỳ thiết bị bộ điều khiển PLC của hầu hết các hãngđang cung cấp trên thị trường Phương thức truyền thông trong hệthống tận dụng những tính năng nổi trội của chuẩn OPC Một Panel

máy tính công nghiệp hoặc PC thông thường thông qua việc tích hợpsẵn các các driver bên trong.

 Khối xử lý trung tâm CPU

Thành phần cơ bản của AC800M là khối xử lý trung tâm, chúnggồm nhiều chủng loại: PM851A, PM856A, PM860A, PM861A,PM864A, PM866 và PM891 Chúng khác nhau về tốc độ xử lý,kích thước bộ nhớ và hỗ trợ dự phòng

Mỗi khối CPU được trang bị và xây dựng cổng Ethernet cho phép PLC giao tiếp với các quá trình khác và cho tương tác với người dùng, nhà quản lý và các ứng dụng ở cấp độ cao hơn Những cổng này có thể được cấu hình để dự phòng cho những trường hợp đặc biệt và nó giữ vai trò quan trọng Nó cũng được trang bị hai cổng RS-232C có thể được sử dụng cho liên lạc điểm- đến điểm với lập trình/ gỡ lỗi các công cụ và hệ thống thiết bị của bên thứ 3

Ví dụ một loại CPU PM851A:

Tần số làm việc: 24MHz

Bộ nhớ trong: 8MB

Bộ nhớ chương trình: 2,787 MB

Truyền thông: Ethernet port và RS-232C port

Hiệu suất hoạt động 1000 boolean: 0,46 ms

Tốc độ truyền dữ liệu: 100Mbit/s- 1Gbit/s Ethernet (IEE802.3)Kích thước: W 119 x H 186 x D 135 mm (4.7 x 7.3 x 5.3 in.)Trọng lượng: 1100g

Môi trường dữ liệu cho AC800M

 Vào ra I/O

PLC AC800M sử dụng vào ra I/O với S800 hoặc S800L

Đây là một thiết bị vào ra toàn diện, nó phân phối và liên kết các vào ra I/O của hệ thống với hệ thống điều khiển, hơn nữa với tiêu chuẩn bus trường Nhờ khả năng kết nối của nó phù hợp với hầu hết với các bộ điều khiển quá trình từ ABB đến cácloại khác.

Bằng cách cho phép lắp đặt với cảm biến, thiết bị truyền động, S800 làm giảm chi phí lắp đặt bằng cách giảm chi phí của hệ thống cáp Và nhờ vào các tính năng như hot swap các modun on-line cấu hình lại và dự phòng tùy chọn Nó góp phần làm tăng hiệu quả và nâng cao năng suất.

Hơn nữa S800L là một phiên bản hoàn thiện hơn của S800 với hơn 8000000 kênh cài đặt Nó mang đầy đủ tính năng và sẵn sàng cao

Các module vào ra của S800 được tóm tắt qua các bảng sau:

Module vào số:

Module đầu vào xung:

Module đầu ra số:

Module đầu vào tương tự:

Module đầu ra tương tự:

Module vào ra với giao diện nội an toàn:

Module vào ra dự phòng:

 Truyền thông

Khi sử dụng bộ điều khiển AC 800M trong giải pháp tự động hóa,

sẽ có rất nhiều tùy chọn cho mục đích truyền thông đa nhiệm:

ra các thư viện chuẩn Các kiểu cho người dùng tự định nghĩa từ các project khác, cũng có thể đưa vào project hiện tại Control Builder hỗ trợ 5 ngôn ngữ khác nhau: Function Block Diagram,

Nó được tính hợp để chạy trên windows 7 hoặc windows sever

2008 R1, nó cung cấp các công cụ cho các ứng dụng lập trình và cấu hình các thiết bị phần cức AC800M

Hình 1

 Các thư viện

Compact Control Builder cung cấp các thư viện chuẩn có sẵn, bao gồm các kiểu dữ liệu, các chức năng, các hàm và các mô đun điều khiển được sử dụng trong project

Tất cả các thư viện chuẩn đã có sẵn trong Control Builder từ khi cài chương trình Compact Control Builder bao gồm các thư viện sau:

Thư viện cơ bản bao gồm: Các kiểu dữ liệu, các hàm, và các

mô đun điều

khiển, có các chức năng có thể mở rộng, được thiết kế bởi ABB

Các thư viện truyền thông bao gồm: Các khối hàm cho MMS,ModBus,

ModBus TCP, SattBus, COMLI, MOD5-to-MOD5 (MTM), và Siemens

3964R protocols

Các thư viện điều khiển gồm: Điều khiển PID đơn và kép,

mô đun điều

khiển,

Thư viện cảnh báo và sự kiện gồm: Các khối chức năng để phát hiện cảnh

báo và sự kiện

Cài đặt chung cho các phần cứng có sẵn, nằm trong các thư viện phần cứng chuẩn, trong phần mềm Compact Control

Builder Các phần cứng được sử dụng trong project để cấu hình phần cứng PLC.Tất cả các thư viện phần cứng nằm trong phần mềm Compact Control Builder và có thể sử dụng trong các project

Phần cứng được phân loại như sau:

Phần cứng cơ bản bao gồm các loại phần cứng cơ bản cho phần cứng PLC

như: các loại AC 800M, CPU, truyền thông Ethernet, cổng Com, Module

Bus,

Phần cứng PROFIBUS bao gồm các loại phần cứng cho PROFIBUS Giao diện truyền thông, ABB Drives và ABB Panel 800

Phần cứng truyền thông bao gồm các loại phần cứng cho giaodiện truyền thông, MasterBus 300, ModBus TCP, IEC 61850, MOD5, AF 100, EtherNet/IP, PROFINET IO, INSUM,

 Kết nối PLC và cấu hình

AC 800M được sử dụng để download các ứng dụng xuống PLC

từ Project Explorer

Các câu lệnh làm việc trong PLC.

Hình 2 Trạm Compact Control Builder kết nối với một PLC

Chú ý: Không chạy nhiều chương trình Compact Control

Builder cùng lúc trên một máy tính

 Các chức năng của phần mềm Compact control builder

Compact Control Builder được sử dụng để lập các Project điều khiển Các Project này được tạo ra trong Control Builder

Nhiều cấp điều khiển nằm trong một Project Một project trong Control Builder có thể điều khiển tới 1024 ứng dụng, và mỗi ứng dựng có thể điều lên đến 64 chương trình Tối đa 32

Control Builder PC có thể được sử dụng cùng nhau trong môi trường nhiều người dùng, và 1 số lượng lớn 32 PLC có thể được tạo ra và điều khiển trong một project Sử dụng Control Builder, để tạo các thư viện tự định nghĩa bao gồm các kiểu dữ liệu, các khối hàm và các loại mô đun điều khiển được tạo ra ở bất kỳ project nào