Chương 1: Công nghệ sản xuất xi măng1.1. Khái niệm chung.1.1.1. Xi măng và các phương pháp sản xuất xi măng hiện nay.1.1.2 Quá trình lý hoá xảy ra khi nung luyện clinker.1.2. Công nghệ sản xuất xi măng.1.2.1. Khai thác đá.1.2.2. Nghiền nguyên liệu.1.2.3. Đồng nhất liệu1.2.4. Nhiên liệu để nung clinker.1.3. Bản chất của quá trình phối liệu1.3.1. Tỷ lệ của thành phần bột liệu.1.3.2. Chuẩn bị và hỗn hợp nguyên liệu.Chương 2. Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lượng2.1. Giới thiệu về hệ thống cân băng định lượng.2.1.1. Nguyên lý hoạt động2.1.2. Bộ điều chỉnh DISOCONT.2.2. Các thông số kỹ thuật2.3. Giới thiệu các thiết bị trong hệ thống cân băng định lượng.2.3.1. Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens..2.3.2. Các bộ cảm biến.2.3.3. Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha.2.3.4. Các bộ biến đổi DAC, ADC..2.3.5. Đầu cân..2.3.6. Bộ lập trình PLC điều khiển hệ thống cân băng định lượng..Chương 3. Giới thiệu hệ thống dcs tại nhà máy xi măng.3.1. Cấu trúc điều khiển điển hình của hệ thống tự động hoá.3.1.1. Điều khiển tập trung.3.1.2. Điều khiển phân quyền.3.1.3. Điều khiển phân tán.3.2. Giới thiệu hệ thống DCS..3.2.1. Định nghĩa DCS:.3.2.2. Tổng quan về các hệ thống điều khiển phân tán DCS..3.3. Hệ thống điều khiển phân tán của hãng ABB.3.3.1. Tổ chức của hệ thống DCS của hãng ABB.3.3.2. Cấu hình phần cứng.3.3.3. Các bộ điều khiển quá trình.3.3.4. Các modul vàora điển hình743.3.5. Thông tin liên lạc76Chương 4. Phân tích thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống cân băng định lượng 834.1. Đặc điểm..4.2. Cấu trúc phần cứng.4.2.1. Bộ xử lý trung tâm CPU..4.2.2. Bộ nhớ và các bộ phận khác..4.2.3. Khối vào ra..4.2.4. Thiết bị lập trình..4.3. Ngôn ngữ lập trình.4.4. Giới thiệu về thiết bị khả trình S7 300.4.4.1 Cấu hình cứng..4.4.2. Các module của S7300.4.4.3 Lắp đặt phần cứng.4.4.4. Định địa chỉ các modul.4.4.5. Thao tác trên phần mềm lập trình STEP 7 V5.4.4.4.6. Cổng truyền thông:.4.4.7. Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC:.4.4.8. Chỉnh định tương tự:.4.5. Chương trình điều khiển.4.5.1. Lưu đồ thuật toán..4.5.2. Bảng phân công đầu vào đầu ra.4.5.3. Chương trình điều khiển.
Trang 1Lời nói đầu 7
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 Hướng phát triển của đề tài. 2
6 Phương pháp thực hiện. 2
Phần nội dung 3
Chương 1: Công nghệ sản xuất xi măng 3
1.1 Khái niệm chung. 3
1.1.1 Xi măng và các phương 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. 5
1.2.1 Khai thác đá. 5
1.2.2 Nghiền nguyên liệu. 6
1.2.3 Đồng nhất liệu 7
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. 15
Chương 2 Các thiết bị trong hệ thống cân băng định lượng 17
2.1 Giới thiệu về hệ thống cân băng định lượng. 17
2.1.1 Nguyên lý hoạt động 18
2.1.2 Bộ điều chỉnh DISOCONT. 22
2.2 Các thông số kỹ thuật 28
Trang 22.3.2 Các bộ cảm biến 39
2.3.3 Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha 48
2.3.4 Các bộ biến đổi DAC, ADC. 50
2.3.5 Đầu cân. 53
2.3.6 Bộ lập trình PLC điều khiển hệ thống cân băng định lượng. 54
Chương 3 Giới thiệu hệ thống dcs tại nhà máy xi măng 55
3.1 Cấu trúc điều khiển điển hình của hệ thống tự động hoá 55
3.1.1 Điều khiển tập trung 55
3.1.2 Điều khiển phân quyền 56
3.1.3 Điều khiển phân tán 57
3.2 Giới thiệu hệ thống DCS. 59
3.2.1 Định nghĩa DCS: 59
3.2.2 Tổng quan về các hệ thống điều khiển phân tán DCS. 60
3.3 Hệ thống điều khiển phân tán của hãng ABB 64
3.3.1 Tổ chức của hệ thống DCS của hãng ABB 64
3.3.2 Cấu hình phần cứng 66
3.3.3 Các bộ điều khiển quá trình 67
3.3.4 Các modul vào/ra điển hình 74
3.3.5 Thông tin liên lạc 76
Chương 4 Phân tích thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống cân băng định lượng 83
4.1 Đặc điểm. 83
4.2 Cấu trúc phần cứng 84
4.2.1 Bộ xử lý trung tâm CPU. 86
4.2.2 Bộ nhớ và các bộ phận khác. 86
4.2.3 Khối vào ra. 87
4.2.4 Thiết bị lập trình. 88
Trang 34.4.1 Cấu hình cứng. 89
4.4.2 Các module của S7-300 89
4.4.3 Lắp đặt phần cứng 92
4.4.4 Định địa chỉ các modul 93
4.4.5 Thao tác trên phần mềm lập trình STEP 7 V5.4 94
4.4.6 Cổng truyền thông: 104
4.4.7 Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC: 105
4.4.8 Chỉnh định tương tự: 106
4.5 Chương trình điều khiển 106
4.5.1 Lưu đồ thuật toán 106
4.5.2 Bảng phân công đầu vào/ đầu ra 108
4.5.3 Chương trình điều khiển 109
Kết luận 117
Tài liệu tham khảo 118
Trang 4Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng 12
Chương 2 17
Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải 19
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng 21
Hình 2.4: Sơ đồ bộ điều khiển cục bộ VLG 20110 24
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển cục bộ VLG 20110: 24
Hình 2.5: Sơ đồ điều khiển khối VSE 20100 25
Hình 2.6: Bộ điều khiển VLB20120 26
Hình 2.7 : Sơ đồ bộ điều khiển VLB 20120: 26
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 27
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ 27
Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chung 28
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của Loadcell 28
Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật của đầu vào nhị phân 28
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của đầu ra nhị phân: 29
Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật đầu vào tương tự 29
Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật đầu ra tương tự : 29
Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật của giao tiếp RS – 232 30
Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ 30
Hình 2.8: Biến tần Micromaster Vector kiểu MM 440 của Siemens 34
Hình 2.9: Sơ đồ khối của biến tần Micromaster vector kiểu MM 440 36
Bảng 2.12 : Thông số kỹ thuật của biến tần Micromaster Vector kiểu MM440 38
Hình 2.11: Mạch cầu Wheatstone 40
Hình 2.12: Cầu đo thực tế 42
Hình2.13: Giới thiệu hình ảnh một số loadcell có trong thực tế 43
Hình 2.14: Loadcell VLC - 100 và chi tiết về kết cấu cơ khí 44
Bảng 2.13 : Thông số kỹ thuật của Loadcell VLC – 100 44
Trang 5Hình 2.17: Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lượng 49
Hình 2.18: Đặc tính phụ tải 49
Hình 2.19: Sơ đồ bộ chuyển đổi AD9243 51
Hình 2.20: Sơ đồ cấu tạo bộ chuyển đổi AD9243 51
Bảng 2.15: Thông số kỹ thuật của bộ chuyển đổi AD9243 51
Bảng 2.16: Chú thích các chân của bộ chuyển đổi AD9243 52
Hình 2.21: Giới thiệu hình ảnh một số loại đầu cân có trong thực tế 53
Chương 3 55
Hinh 3.1: Cấu trúc tập trung 55
Hình 3.2: Cấu trúc phân quyền 56
Hình 3.3: Một số giải pháp tiêu biểu trong một hệ điều khiển phân tán 58
Hình 3.4 : Mô hình phân cấp 61
Hình 3.5 : Cấu trúc chung của hệ thống DCS 63
Hình 3.6 : Cấu trúc phân cấp của hệ điều khiển tự động hoá 64
Hình 3.8 : Cấu trúc tiêu biểu của hệ thống DCS (ABB) 66
Hình 3.9 : Cấu hình của bộ điều khiển quá trình AC450 68
Hình 3.10 : Giao diện chức năng của AC110 73
Hình 3.12 : Cấu trúc của mạng Master Net 76
Hình 3.13 : Cấu hình của AF100 dùng phương tiện dự phòng 79
Chương 4 83
Hình 4.1: Sơ đồ khối bên trong 83
Hình 4.2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC 85
Hình 4.3: Cấu hình một thanh rack của một trạm PLC S7- 300 89
Hình 4.3: Một số CPU của PLC S7-300 90
Hình 4.4: Một số module mở rộng của PLC S7-300 92
Hình 4.5: Vị trí các module 93
Hình 4.6: Các bước để thiết kế một dự án Step 7 97
Hình 4.5: Sơ đồ chân của cổng truyền thông 105
Trang 7Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển cục bộ VLG 20110: 24
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 27
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ 27
Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chung 28
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của Loadcell 28
Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật của đầu vào nhị phân 28
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của đầu ra nhị phân: 29
Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật đầu vào tương tự 29
Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật đầu ra tương tự : 29
Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật của giao tiếp RS – 232 30
Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ 30
Bảng 2.12 : Thông số kỹ thuật biến tần Micromaster Vector kiểu MM440 38
Bảng 2.13 : Thông số kỹ thuật của Loadcell VLC – 100 44
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 51
Bảng 2.16: Chú thích các chân của bộ chuyển đổi AD9243 52
Trang 8Đối với một quốc gia nói chung và nước ta nói riêng thì những ngànhđóng vai trò then chốt của nền kinh tế là: Điện, than, dầu khí và ngành côngnghiệp xi măng cũng không nằm ngoài chiến lược phát triển kinh tế Côngnghiệp xi măng góp phần thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đấtnước, xây dựng cơ sở hạ tầng phục vụ dân sinh.
Để nâng cao chất lượng, số lượng sản phẩm cũng như hỗ trợ cho conngười những công việc phức tạp, ngành tự động hoá đã ra đời và mang lại hiệuquả rất cao đáp ứng hoàn toàn những yêu cầu đó của con người
Tự động hoá là một lĩnh vực đã được 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 lượng và độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếu trong cuộcsống Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá đã được Đảng và Nhà nước quan tâm vàđầu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nền kinh tế theođịnh hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước
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 ưu việt như dễ dàng lập trình thông qua nhiềukiểu ngôn ngữ (LADDER, STL, FBD), có thể thay đổi chương trình điều khiểnmột cách đơn giản, khả năng truyền thông mạnh với môi trường bên ngoài (với
PC, PLC ), gọn nhẹ, làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt đã làm cho mọi quá trình sản xuất trở nên đơn giản và hiệu quả Tạo nên mốiliên kết giữa điều khiển quá trình sản xuất và quản lý kinh doanh (hệ điều khiểngiám 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, kho
Trang 9Được sự đồng ý của nhà trường, khoa Điện - Điện Tử, với sự hướng dẫn
của cô giáo Trần Thị Kim Dung Em đã nhận đề tài: “Thiết kế hệ thống điều
khiển cho dây chuyền cân băng định lượng nhà máy xi măng”.
Với thời gian và kiến thức có hạn chắc hẳn trong đồ án không tránh đượcnhững sai sót rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để đồ áncủa em được hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn !
Nam Định, ngày 30 tháng 06 năm 2009
Sinh viên thực hiện
Trần Gia Tuấn
Trang 10PHẦN MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài.
Nền kinh tế nước ta đang ngày càng phát triển, nhu cầu về xây dựng cơ sở
hạ tầng ngày càng cao để có thể đáp ứng được đòi hỏi của quá trình công nghiệphoá- hiện đại hoá Để đáp ứng được điều đó thì hàng loạt các nhà máy xi măng
đã được xây dựng và để đảm bảo chất lượng của xi măng thì việc xác định chínhxác tỷ lệ của các thành phần để sản xuất xi măng là việc rất quan trọng chính vìvậy hệ thống cân băng định lượng đã được đưa vào nhà máy Chính vì vậy emchọn đề tài này nhằm giúp em đánh giá được khả năng tích luỹ kiến thức bấy lâutrong nhà trường, cũng từ đó mà nắm vững được kiến thức chuyên ngành, ápdụng tốt linh hoạt 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 lượng đảm bảo kỹ thuật, phù hợp với yêu cầuthực tế
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 lượng
- Giới thiệu hệ thống DCS tại nhà máy
- Phân tích thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống cân băng định lượng
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 nhiều
Trang 11nhu cầu khác nhau của đời sống và được ứng dụng rất thành công đem lại hiệuquả công việc rất cao Một trong những phương án tốt nhất và được sử dụngrộng rãi hiện nay là thay thế hệ thống đó bằng bộ điều khiển PLC Vì vậy thiết
kế hệ thống điều khiển cho dây chuyền cân băng định lượng sử dụng thiết bị lậptrình điều khiển PLC làm nâng cao năng suất, chất lượng của xi măng là mộtđiều tất yếu hiện nay
5 Hướng 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 lượng, tuỳ theo nhu cầu công việc mà ta thiết kếcho hợp lý Từ những kiến thức tiếp thu được qua đề tài này ta có thể phát triển
hệ thống cân băng định lượng sang nhiều lĩnh vực khác như trong sản xuất thựcphẩm, thức ăn gia súc,
Trang 12PHẦN NỘI DUNG Chương 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG
1.1 Khái niệm chung.
1.1.1 Xi măng và các phương pháp sản xuất xi măng hiện nay.
Nước ta đã và đang bước vào thời kỳ hiện đại hoá - công nghiệp hoánhiều công trình xây dựng cần được sửa chữa, xây mới Để đáp ứng được nhucầu đó ở trong nước cũng như ở nước ngoài, nhiều nhà máy xi măng như: BỉmSơn, Bút Sơn, Tam Điệp, Duyên Hà, Hoàng Thạch, đã được xây dựng với côngsuất từ một đến vài triệu tấn/năm Tuỳ thuộc vào dạng phối liệu được chuẩn bịtrước khi đưa vào lò nung mà người ta phân ra các phương pháp sản xuất khácnhau:
- Công nghệ ướt: hỗn hợp nguyên liệu được khuấy đồng nhất trong nướcdưới dạng bùn lỏng trước khi đưa vào lò nung
- Công nghệ bán khô: hỗn hợp bột nguyên liệu được trộn ít nước và tạothành dạng viên trước khi đưa vào lò nung
- Công nghệ khô: hỗn hợp bột nguyên liệu được đồng nhất dưới dạng bộtkhô hoàn toàn trước khi đưa vào lò nung
Tương ứng với các phương pháp sản xuất khác nhau đó thì lại có các hệthống lò nung riêng:
- Công nghệ ướt: 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
Trang 13*) Xi măng là chất kết dính thuỷ lực cứng trong nước và không khí đượctạo ra bởi việc nghiền Clinker với thạch cao và một số phụ gia khác Các phụ gia
và thạch cao được lấy từ tự nhiên (các mỏ), còn clinker thì được tạo ra nhờ quátrình nung luyện các chất như đá vôi, đá sét, silicát, xỉ sắt Chất lượng củaclinker phụ thuộc 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 được thực hiện chủ yếu trong lò quay Nếu nguyên liệuchuẩn bị theo phương 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, đường kính 5 – 7 m
Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược dòng Hỗn hợp nguyên liệu đượcđưa vào đầu cao, khí nóng được 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 lượt trải qua 6 vùng nhiệt độ:
- Tại vùng bay hơi (vùng sấy), với nhiệt độ 70 – 800C, nước 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, nước hoá học bay hơi (ở 450 – 5000C) tạo ra caolinit khan(Al2o3.SiO2) và các liên kết khác Trong phương pháp ướt vùng đốt nóng chiếmđến 50 – 60 % chiều dài lò
- Trong vùng canxi hoá (dài 20 – 30% chiều dài lò) với nhiệt độ từ 700đến 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 lượng nhất Các phản ứng ở trạng thái rắn để tạo thành 3CaO.Al2O3,CaO.Al2O3 và một phần 2CaO.SiO2 cũng xảy ra
Trang 14- 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 ứngđều toả ra một nhiệt lượng lớn (100 Kcal/kg clinker), làm tăng nhanh nhiệt độcủa vật liệu trong vùng tương 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 chảynhư 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 nhưhoàn toàn oxit canxi (trong clinker CaO tự do không lớn hơn 0.5 – 1%) Alit íthoà tan, nó được tách ra khỏi dung dịch nóng chảy ở dạng tinh thể mịn Quátrình tạo Alit diễn ra trong khoảng 15 – 20 phút (Chiếm 10 – 15% chiều dài lò)
Ra khỏi vùng kết khối (nhiệt độ giẩm từ 1450 xuống 13000C) từ dung dịch lỏngcác khoáng 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe2O3, MgO được kết tinh lại
- Tại vùng làm nguội: nhiệt độ giảm từ 1300 xuống 10000C cấu trúc vàthành phần của clinker hoàn toàn được hình thành và hoàn thiện thêm Clinkerđưa ra khỏi lò nung ở dạng hạt màu xẫm hoặc vàng xanh được làm nguội từ
10000C xuống đến 100 – 2000C trong các thiết bị làm nguội bằng không khí rồiđược giữ trong một kho 1 - 2 tuần
1.2 Công nghệ sản xuất xi măng.
1.2.1 Khai thác đá.
*Đá vôi: được khai thác theo phương pháp cắt tầng bằng nổ mìn sau đó
dùng xe ủi xuống chân núi Dưới chân núi , máy xúc có công suất lớn xúc đá lên
xe tải, băng tải xích chuyển về máy đập Đá sau khi được đập có kích thước cựcđại cỡ 25mm, qua hệ thống băng tải cao su vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ.Bụi sinh ra được lọc qua các ống tay áo lọc bụi
Trang 15* Đá sét và silicat: cũng giống như đá vôi, đá sét có kích thước
<1000mm được máy xúc đổ lên xe Camac từ đó vận chuyển vào phễu tiếp liệu,nhờ băng tải xích đá sét đi vào máy đập kiểu va đập đàn hồi đập sơ bộ xuống cỡ
< 75 mm Sau đó đá sét được băng tải cao su vận chuyển tới máy cán hai trục đểđập lần hai xuống kích thước còn < 25 mm Sau khi cán đá sét được hệ thốngbăng tải cao su vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ
* Kho đồng nhất sơ bộ: Đá vôi và đá sét và silicat sau khi đập được
chuyển về kho xếp thành hai đống mỗi loại Mỗi đống đá vôi là 1600 tấn, đá sét
là 7000 tấn Đá vôi được đổ vào kho bởi 1 trong hai cầu rải liệu Cầu rải sẽ rảiliệu thành từng luống ở cả lượt đi và lượt về Có từ 8 đến 29 luống được rải 20lớp theo chiều cao Trên các cầu rải liệu có đặt các cân điện tử Khi xúc liệu sẽđược xúc cắt qua tất cả các lớp từ dưới lên nhằm tạo sự đồng nhất sơ bộ.Nguyên tắc làm việc của kho là đống này được đổ thì đống kia được xúc Đá sétcũng được rải và xúc tương tự như 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 được đưa tới 4 Bunketương ứng nhờ hệ thống băng tải Các bunke chứa liệu được lắp đặt các sensorbáo mức và Loadcell để giám sát mức liệu có trong bunke Tại đáy hình côn củamỗi bunke được gắn thiết bị điều chỉnh lưu lượng khi liệu được tháo ra Từ 4bunker, liệu được tháo xuống hệ thống cân định lượng để xác định thành phầnphần trăm các chất theo tỷ lệ tiêu chuẩn Tỷ lệ các chất được xác định nhờ hệthống băng tải cấp liệu tấm và thiết bị loadcell đặt trên hệ thống cân băng.Tỷ lệcủa các loại nguyên liệu có thể điều chỉnh bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơbăng tải hoặc điều chỉnh độ mở của van cấp liệu Để giám sát tốc độ động cơ thìtrên trục động cơ được đặt thiết bị đo tốc độ Encoder để đưa tín hiệu về thiết bịđiều khiển
Trang 16Sau khi xác định tỷ lệ phần trăm của các chất, liệu được đưa đến trạmnghiền, trước 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 được cung cấp ở dạng hỗn hợp và được sấy khôtới 1% Máy nghiền nguyên liệu là loại máy nghiền con lăn trục đứngPFEIFFER MPS 4785 có năng suất 320 tấn/h Qua máy nghiền, liệu được tánnhỏ nhờ hai cơ cấu con lăn và bàn nghiền Để sấy khô bột liệu đồng thời thìtrong quá trình nghiền, khí nóng được dẫn đến từ tháp trao đổi nhiệt của lò nung.Lượng khí nóng cung cấp cho máy nghiền phụ thuộc vào độ ẩm của hỗn hợpphối liệu trong máy Máy tính của quá trình sẽ nhận tín hiệu từ các thiết bị phântích độ ẩm của hỗn hợp phối liệu có trong máy, từ đó điều chỉnh lưu lượng vànhiệt độ của hỗn hợp phối liệu ra khỏi máy nghiền đạt 900C, độ ẩm không quá1%
Trong máy nghiền, khí thải sẽ mang bột liệu đến thiết bị phân ly động.Trong bộ phân ly, các hạt có kích thước lớn được tách ra và đưa trở lại bànnghiền, các hạt có độ mịn đạt yêu cầu được đưa về 4 cyclone lắng hiệu suất cao.Thông qua các van gió quay, liệu được tháo ra theo máng khí động đến silođồng nhất để chuẩn bị đưa vào lò nung
1.2.3 Đồng nhất liệu
Liệu sau khi được 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 được lấy mẫu nhờ thiết bị lấy mẫu tự động với tần suất lấy mẫu 1 lần/h.Mẫu sẽ được phân tích các thành phần hoá học và so sánh với giá trị đặt trước.Nếu không thoả mãn giá trị đặt trước thì các chất sẽ được điều chỉnh nhờ hệthống cân băng định lượng Bột liệu sau khi nghiền có độ mịn đạt yêu cầu sẽđược vận chuyển bằng gầu tải theo máng khí động vào silo chứa qua hệ thống
Trang 17phân phối song song, silo có sức chứa 20000 tấn Silo đồng nhất bột liệu làmviệc theo nguyên tắc đồng nhất và tháo liên tục Việc đồng nhất bột liệu đượcthực hiện trong quá trình tháo bột liệu ra khỏi silo Mức độ đồng nhất của silo là10:1 Đáy silo có hệ thống khí nén, khí được sục vào trong silo để đồng nhấtphối liệu và tạo ra sự linh động cho phối liệu khi tháo được dễ dàng.
Buồng trộn và cửa tháo của silo được liên thông với nhau để đảm bảoliệu từ silo nạp vào buồng trộn diễn ra đồng thời với nhau bằng dòng khí nén ápsuất cao theo cụm thiết bị tháo và máng khí động Liệu sau khi được tháo từbuồng trộn đưa xuống gầu nâng để đến tháp trao đổi nhiệt Để phân tích thànhphần hoá học và chất lượng của hỗn hợp phối liệu sau khi đồng nhất, thiết bị lấymẫu tự động được đặt ở đáy gầu nâng, tần suất lấy mẫu ở công đoạn này đượcquy định cụ thể trong quá trình vận hành và sản xuất Dòng liệu theo máng khíđộng xuống van gió kiểu quay và cửa tấm lật vào tháp trao đổi nhiệt theo hailuồng riêng biệt
1.2.4 Nhiên liệu để nung clinker.
Trang 18Than mịn được đưa vào đốt ở canciner và trong lò nung Cháy trongcanciner thì nhiệt lượng toả ra khi đốt được bột liệu hấp thụ ngay trong phảnứng: Nhiệt + CaCO3 -> CaO + CO2 Nhiệt độ tạm thời chỉ vượt quá nhiệt độ cânbằng điển hình 8500c - 9000c, ở nhiệt độ thấp này than khó cháy hết nhanh, đểthan ở đây cháy nhanh thì bột than cần mịn hơn hoặc cần tạo ra một khu vực cónhiệt 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 thường được 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 dễcháy hết như mong muốn
Làm nóng tới nhiệt độ không đổi và độ nhớt mong muốn
Tạo áp lực cần thiết để phun mù
Điều chỉnh lưu lượng dầu thích hợp cho vòi đốt
Trang 19rồi đổ vào hai gầu nâng để đưa lên hai máng khí động Hai máng này được hợpvới nhau ở 1 đầu nên liệu từ hai máng theo một đường cùng đổ xuống hai mángkhí động tiếp để đổ vào các cyclone nung sơ bộ Đường by pass được sử dụngkhi thử cân hay khi xảy ra sự cố đường van chính còn bình thường thì đườngnày 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 dưới lên giúp cho quá trình trao đổi nhiệt diễn
ra dễ dàng và đồng thời liệu còn được đồng nhất thêm một lần nữa Sau khiđược Canxi hoá trong RSP Precanxiner khoảng 90% đến 95% và đạt được nhiệt
độ khoảng 870 – 9000C thì liệu được đưa qua C5 vào lò nung để quá trìnhclinker hoá xảy ra hoàn toàn Trong lò quay liệu được 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/hđược truyền động bằng 3 động cơ xoay chiều 380V, 50Hz Các tấm ghi này cótác dụng như sàng Chúng sàng các hạt clinker to để dưa tới búa đập (công suất167tấn/h) đập nhỏ kích thước xuống Clinker được làm mát xuống nhiệt độ
1100C nhờ không khí cấp vào grate cooler bằng các quạt hút theo chiều ngang và
từ dưới lên Các hạt clinker sau khi sàng, đập và làm mát được đổ xuống băngtải xích và vít tải để đưa vào silo chứa và ủ Clinker phế phẩm hoặc clinker sốngdùng để kinh doanh sẽ được đưa qua một máng riêng để đổ ra bãi chứa
Trang 20clinker đọng lại sẽ được gõ rơi xuống các vít tải và băng tải xích để đi tới silochứa clinker.
* 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, được phân tích khí và đưa vào bộ làm mát bằng nước Saukhi làm mát, khí được đưa tới để sấy liệu thô ở máy nghiền nhờ quạt hút Có thểthấy quạt 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 vàmột số vít tải khác hồi về két cân
4 Nghiền xi măng.
Clinker, thạch cao, và phụ gia sau khi đồng nhất được điều chỉnh để đạtđược chất lượng xi măng theo yêu cầu rồi cho vào máy nghiền xi măng để tạo rasản phẩm xi măng Công đoạn nghiền xi măng gồm hai phần: nghiền thô vànghiền tinh Máy nghiền thô là máy nghiền kiểu CKP, máy nghiền tinh là máynghiền bi xi măng Để đảm bảo nhiệt độ của xi măng trong khi nghiền nướcđược phun vào dưới dạng sương mù ở áp suất cao
Xi măng ra khỏi máy nghiền được đưa qua hệ thống phân ly Tại đây có
sự sàng lọc Nếu hạt xi măng qua to thì được thu hồi trở lại đầu máy nghiền.Nếu xi măng đạt tiêu chuẩn thì được đưa vào kho chứa, xi măng qua nhỏ đượcthu hồi bởi hệ thống lọc bụi
5 Đóng bao và xuất xi măng.
Xi măng từ silo chứa được vận chuyển bằng vít tải, gầu xích và băng tảitới phân xưởng đóng bao Tại đây có 2 silo chứa, ở các silo chứa này xi măngđược sục liên tục nhờ các máy nén khí để đồng nhất lần cuối cùng trước khi đưađến các máy đóng bao hoặc đưa 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 lượng được đặt 4
bộ lọc bụi túi, mỗi bộ bao gồm các ống hút và một quạt hút bụi Các ống hút bụi
Trang 21được dẫn từ lọc bụi túi đến các điểm có thể tạo ra nhiều bụi trên băng tải nhưđầu cuối băng tải hay tại các điểm chuyển đổi giữa 2 băng tải Bụi từ băng tảitheo dòng khí đối lưu của quạt hút bụi trong đường ống và được dẫn về lọc bụitúi, tại đây bụi được làm lắng xuống và trở thành các nguyên liệu tinh Ở đáycác bộ lọc bụi túi sẽ có các ống dẫn đưa lượng nguyên liệu này đổ về cácbunker.
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng
đá vôi
Máy đập
Băn
g t ải
Sil
o đồ
ng nhất n iza oze Hemtio
n silo
Tháp tra
o đổ
i nhi
ệt er ow er t heat Pre
Lò nung Kil n
L
m ngu à silicát
ội c linke
r ler oo nker c Cli
Băn
g t ải
Máy đập th
T
u à silicát ch
ở than
Máy nghiền
Sil
o ch
ứa tha
n mịn
Ch
o calxin er
Ch
o lò
Ngh iền
xi măn g
Nghi
ền thô
CK P
Nghi
ền t inh mil Balll
Xi m ăng
Đóng ba o
Th
ị tr ườ ng
Sơ đồcôn
g ngh
ệ sản
xuấ
t x
i măng
Đá Bazal
Cân băng đinh lượng Cân băng đinh lượng
Kho t ổng hợp Qu
ặ ng sắt ( pir
it )
Ph
ụ gia (addt io n)
Th
ạ ch cao ( gypsu m)
ụ gia
Băng tải
Trang 221.3 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 lượng clinker, nó gồm 4 ôxit chính:1) CaO: chiếm (63 - 67)% Là ôxit quan trọng nhất Để xi măng có chấtlượng cao CaO phải liên kết với các ôxit khác Lượng CaO tự do còn lại ở dạngquá lửa làm cho đá xi măng không ổn định thể tích gây hại
Lượng CaO liên kết lớn - xi măng có cường 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 hưởng gì đến chấtlượng xi măng Lượng SiO2 liên kết lớn xi măng có cường độ sau 28 ngày lớn,đóng rắn chậm, 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 cường độ phát triển lúcđầu cao sau chậm, thời gian đóng rắn nhanh, toả nhiệt nhiều khi đóng rắn, kémbền hoá
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 trong
Trang 23clinker Nếu Fe2O3 quá lớn xi măng có tỷ trọng cao, cường 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 nước
Ngoài ra còn có các ôxit khác như TiO2, Mn2O3, P2O5,…có ảnh hưởngnhỏ, không đáng kể đến chất lượng 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 thuộcvào chế 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 cường độ cao nhất sau 28 ngày
Thời gian đông kết nhanh, đóng rắn nhanh
Toả nhiệt nhiều khi đóng rắn
Không bền trong môi trường sulfat2) 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 ỏC2S, õC2S, óC2S Nhưngchỉ có dạng õC2S là chất có tính kết dính dạng mong muốn có
Tính chất của Belít trong xi măng:
Thời gian đông kết chậm
Trang 24 Toả nhiệt ít khi đóng rắn
Bền trong môi trường sulfat3) Aluminát canxi: chiếm (5-15)% Là dung dịch rắn của C3A(CaO.3Al2O3) có tan lẫn (1-2)% CaO,v.v Tuỳ theo lượng CaO, T0, và chế độlàm lạnh clinker mà Aluminát canxi có thể ở dạng C3A, C5A3 Trong clinker ximăng pooclăng chủ yếu là C3A
Tính chất của Aluminát canxi trong xi măng:
Cho xi măng có cường độ phát triển nhanh nhưng sau chậm
Thời gian đông kết nhanh nhất
Toả nhiệt nhiều khi đóng rắn
Không bền trong môi trường 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 cường độ thấp nhất
Thời gian đông kết chậm
Toả nhiệt ít nhất khi đóng rắn
Bền trong môi trường 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 như xỉ sắt, boxit, cát,v.v
Trang 251) Đá vôi: được khai thác bằng khoan nổ mìn vận chuyển tới máy đập đávôi Sau khi được đập nhỏ trong máy đập, kích thước đá vào D = 1,2m giảm cònd=(25-70)mm, độ ẩm ~1%, đá được vận chuyển tới kho đồng nhất sơ bộ, đượcmáy đánh đống rải đồng nhất Máy đập đá vôi là loại máy đập xung lực làm việcvới năng suất 750 tấn/h
2) Đá sét: thường được khai thác bằng máy xúc, ủi, được vận chuyển tớimáy cán sét Trong công nghiệp xi măng thường dùng máy cán 2 trục có rănglàm việc với năng suất 200 tấn/h với vật liệu vào có kích thước Dmax = 800 mm,
độ ẩm Wmax =(25-30)%, kích thước liệu ra dmax = 70 mm sau đó vật liệu đượcvận chuyển tới kho đồng nhất sơ bộ
3) Các chất phụ gia: như đá bazan, thạch cao, đá đen, đá cao silíc,boxit, lượng ít hơn thường được khai thác vận chuyển riêng tới nhà máy vàđược chứa vào các kho, két riêng
Các nguyên liệu đá vôi, đá sét được cầu xúc cấp liệu lên các két chứariêng, và chúng được định lượng theo tỷ lệ tính toán phối liệu và cấp vào máynghiền Sau khi nghiền, bột liệu phải đạt tiêu chuẩn về thành phần, độ mịn, độ
ẩm Bột liệu được đồng nhất trong các silo đồng nhất Có nhiều phương phápđồng nhất, người ta đánh giá mức độ đồng nhất qua sự dao động giữa hàm lượngCaCO3 của vật liệu đầu vào và vật liệu đầu ra
Trang 26Chương 2 CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG CÂN BĂNG
ĐỊNH LƯỢNG
2.1 Giới thiệu về hệ thống cân băng định lượng.
Hiện nay việc đảm bảo chất lượng cho mỗi sản phẩm là việc rất quan trọngđối với các doanh nghiệp Do đó yêu cầu đặt ra là phải làm sao cho các sảnphẩm đó phải có chất lượng và mẫu mã giống nhau Vì vậy nhà sản xuất phảinắm bắt được các thông số kỹ thuật, các tỷ lệ pha trộn phải được cài đặt chínhxác Việc hiệu chỉnh các thông số đầu vào cũng như đầu ra phải dễ thực hiện vàthuận lợi cho người sản xuất và người điều khiển trung tâm Đặc biệt trong côngnghệ sản xuất xi măng công đoạn phối liệu để nghiền liệu và định lượng nghiền
xi măng là rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của xi măng
Với tầm quan trọng của hệ thống cân băng định lượng nên hệ thống nàynằm ngay đầu dây chuyền sản xuất, công nghệ sản xuất xi măng thiết bị địnhlượng này có nhiều loại:
- Theo chế độ vận hành được chia thành vận hành liên tục và gián đoạn
Trang 27- Theo phương pháp định lượng chia thành: định lượng theo thể tích hayđong (tính theo m3); định lượng bằng cân (tính theo kg, tấn, ) hoặc cả dạng hỗnhợp cân và đong.
- Theo phương pháp điều khiển định lượng: Thiết bị định lượng thủcông, tự động theo chương trình định sẵn
Trong số các thiết bị đang dùng hiện nay, cân băng định lượng được 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 được 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 được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật rắn.Vật liệu rắn được tháo ra từ các silô Bề dầy của vật liệu trên băng tải thườngđược trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi Lưulượng vật liệu có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh tốc độ của băng tải.Nguyên lý: Động cơ quay kéo theo hộp giảm tốc làm quay băng tải hoạtđộng đưa nhiên liệu xuống băng tải để vào máy nghiền Liệu sẽ tác động lên tếbào cân và tín hiệu từ tế bào cân sẽ đưa vào tủ điện phòng điều khiển Tại đâynhờ bộ biến tần điều khiển tốc độ quay băng tải theo giá trị cần thiết
Hệ thống định lượng được điều khiển nhờ PLC được 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 được lắp các đầu cân điện tử để đo trọng lượng m(loadcell) trên băng và có đầu đo tốc độ để đo vận tốc dài của băng Vì băng tảicân ngắn, tốc độ từ động cơ đến băng tải truyền qua hộp số cứng nên tốc độbăng tải được đo thông qua tốc độ động cơ Các tín hiệu m và v được đưa vào
Trang 28máy tính thông qua bộ chuyển đổi A/D và máy tính sẽ tính năng suất thực củacân Qt = m.v và so sánh với giá trị định mức Qđ của chúng Từ đó đưa ra tín hiệuđiều khiển Uđk để điều khiển động cơ thông qua các bộ biến tần nhằm đảm bảoduy trì ổn định các thông số trên theo giá trị đặt trước.
Như vậy để đo lưu lượng vận chuyển trên băng tải phải đo được hai thôngsố: tốc độ chuyển động của băng tải và mật độ liệu Trong quá trình sản xuất khi
mà lượng liệu trên băng tải ít, để nhận biết điều này nhờ cảm biến trọng lượngloadcell tác động, cùng với tín hiệu từ cảm biến tốc độ chuyển động của động cơ(băng tải) được Encoder đưa về bộ xử lý trung tâm và so sánh với lượng địnhmức để đưa tín hiệu mở van xả liệu Nếu mở van xả liệu mà vẫn chưa đạt yêucầu thì phải kết hợp điều chỉnh tốc độ băng tải
Khuếch đại
Khuếch đại
Van xả liệu
Cơ cấu điều khiển 1
Động cơ
Biến tần CCĐK2
Điều chỉnh
ADC
DAC
Giao
tiếp
Máy tính điềukhiển
Cảm biến trọng lượng
Trang 29Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ điều khiển cân băng tải
Trang 30Biến tần
RS 485
4 – 20mA
f
T
M n
Trang 31Hình 2.2 :Hình ảnh hệ thống cân băng định lượng
* Nguyên lý đo:
Cân băng được thiết kế để cân liên tục lượng vật liệu vận chuyển trên băngtải Vật liệu được dẫn trên một sàn bố trí dưới băng tải và được giới hạn bởi haicon lăn
Nguyên lý đo:
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng
Từ silô chứa, liệu được đưa xuống băng tải cân qua phễu liệu đổ xuốngbăng tải cân vận chuyển theo phương ngang để vận chuyển liệu vào máy nghiền.Nhờ các cảm biến ta xác định được khối lượng m và tốc độ v của băng tải sau đócác tín hiệu này được khuếch đại và đưa về bộ chuyển đổi tương tự – số để đưavào máy tính Máy tính sẽ tính năng suất thực của các cân, so sánh với năng suấtđịnh mức của chúng và từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển thôngqua các biến tần Nhằm mục đích điều khiển tốc độ hợp lý giữa các băng tải cân
CCĐK
SCHENCK DISOCONT
M
Biến tần
Q Kg/m Vm/s Phễu liệu
Trang 32sao cho sai số giữa giá trị thực và giá trị định mức là nhỏ nhất nên trong hệthống cân định lượng người ta sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC.
Trong quá trình hoạt động tốc độ của băng tải được điều chỉnh bởi động cơthông qua bộ biến tần Với mỗi yêu cầu sản xuất khác nhau thì cân băng tải lạiđược cân chỉnh sao cho phù hợp
2.1.2 Bộ điều chỉnh DISOCONT.
DISOCONT là một hệ thống modul điện tử dùng để trang bị trong hệthống cân, đo lường của hệ thống cấp liệu Khi liệu được cấp là chất rắn và đểcân đo lượng liệu một cách liên tục thì DISOCONT có ứng dụng tối ưu nhất
DISOCONT được trang bị với một modul truyền thông thích hợp tối ưutrong cấu trúc tự động hóa thông qua fieldbus
DISOCONT sử dụng cho tất cả các phép đo lường và các hàm điều khiển;được 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 được kết nối qua
hệ thống truyền thông đưa đến hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển xử lýcác thông tin của dữ liệu, qua bộ chuyển đổi tương tự số A/D tín hiệu số đượctruyền 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 được 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 lượng bộ nhớ : 50MB
+ Màn hình: VGA, 32768 màu + Hệ điều hành Windows 95 hoặc Windows NT 4.0
Trang 33Hệ thống DISOCONT có thể giám sát chặt chẽ quá trình làm việc của hệthống cân băng như tốc độ cấp liệu thực tế (T/h), lượng liệu được cấp trong mộtđơn 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 tínhiệu về bộ điều khiển xử lý đồng thời nhận tín hiệu điều khiển, chuyển đổi tínhiệu để đưa đến cơ cấu điều khiển.
DISOCONT gồm có các bộ phận VSE, bộ phận điều khiển được sử dụngcho thao tác trực tiếp VLB, bộ phận cục bộ VLG,và bộ VEA là môđun vào/ra
bổ sung thêm số lượng đầu vào cho hệ thống Các bộ phận này được kết nối vớinhau qua hệ thống fieldbus để tạo thành một vòng khép kín tối ưu hóa cho quátrình làm việc một hệ thống
2.1.2.1 Bộ điều khiển cục bộ VLG 20110:
Bộ điều khiển cục bộ VLG 20110 là bộ điều khiển phục vụ cho thao tác
làm việc tại chỗ của người trực tiếp vận hành ở đó, nó được gắn một bên cânbăng định lượng
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 trường hợp khẩn cấp mà các bộ điềukhiển khác bị sự cố, bộ phận này gồm năm nút có tác dụng điều khiển tốc độđộng 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
Trang 340 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
Hình 2.4: Sơ đồ bộ điều khiển cục bộ VLG 20110
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển cục bộ VLG 20110:
Trang 351 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 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 VLP102V
L L L L L
-X4 1 2 3 4 5
-X8 MM
+ Nguồn điện cung cấp: 24 VDC hoặc 230VAC
+ Load Cell: Điên trở của Load Cell 350
+ Kết nối với Load Cell: Cáp thường
+ Nguồn điện Load Cell: 12VAC
+ Chuyển đổi tương tự I/O: Giá trị đầu ra là 4 - 20mA
Trang 36SUPPLY 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
VLP 111V
DV - SH
LOCAL BUS COM OK -H2 VLP104V
-W500
1 2 3 2 -3 DEFAULT
1 - 2 BUS TERMINATION VLB 20120.
Là bộ điều khiển được sử dụng cho việc giám sát hoạt động của bộ
DISOCONT Đây là bộ điều khiển được 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 lường và điều khiển, tín hiệu được xử lý và hiển thị ra đèn LED 7đoạn trên màn hình Một bàn phím điều khiển gồm có các phím chức năng nhằmphục vụ cho việc dò tìm và thay đổi giá trị khối lượng cài đặt của nhà máy như:trọng lượng Max, độ sai số cho phép Đây vừa là nơi cho ta thấy được kết quảtrên màn hình, qua đó giám sát được quá trình hoạt động của hệ thống cân băng
Trang 37
Hình 2.7 : Sơ đồ bộ điều khiển VLB 20120:
B ng 2.2: Thông s k thu t b i u khi n VLB 20120ảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ố kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ật bộ điều khiển VLB 20120 ộ điều khiển VLB 20120 điều khiển VLB 20120 ều khiển VLB 20120 ển VLB 20120
Địa chỉ cài đặt qua phần mềm
Thanh dẫn cục bộ được đặt điện trở cuối nhằm triệt tiêu tín hiệu phản xạtránh hiện tượng xung đột tín hiệu
* Thanh dẫn cục bộ:
B ng 2.3: Thông s k thu t c a thanh d n c c bảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ố kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ật bộ điều khiển VLB 20120 ủa thanh dẫn cục bộ ẫn cục bộ ục bộ ộ điều khiển VLB 20120
Tình trạng LED báo truyền thông làm việc
Trang 382.2 Các thông số kỹ thuật
B ng 2.4: Thông s k thu t chungảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ố kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ật bộ điều khiển VLB 20120
Nguồn cung cấp một chiều 24V 300V20%
Nguồn cung cấp xoay chiều 110V 230V/-20%, +10%, 47 63Hz
Khoảng cách tối đa của cáp 500m
2) Đầu vào và đầu ra nhị phân
B ng 2.6: Thông s k thu t c a ảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ố kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ật bộ điều khiển VLB 20120 ủa thanh dẫn cục bộ điều khiển VLB 20120ầu vào nhị phânu v o nh phânà silicát ị phân
B ng 2.7: Thông s k thu t c a ảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ố kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ật bộ điều khiển VLB 20120 ủa thanh dẫn cục bộ điều khiển VLB 20120ầu vào nhị phânu ra nh phõn:ị phân
Trang 39Sự chuyển mạch DC:50 250W( phụ thuộc vào điện áp)
240W với 30VDC
AC:2000VA max
3) Đầu vào và đầu ra tương tự
B ng 2.8: Thông s k thu t ảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ố kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ật bộ điều khiển VLB 20120 điều khiển VLB 20120ầu vào nhị phânu v o tà silicát ương tựng tự
B ng 2.9: Thông s k thu t ảng 2.2: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ố kỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ỹ thuật bộ điều khiển VLB 20120 ật bộ điều khiển VLB 20120 điều khiển VLB 20120ầu vào nhị phânu ra tương tựng t : ự
Trang 40Nguồn cung cấp tải 24V DC, 40mA
Tình trạng LED báo truyền thông làm việc
5) Thanh dẫn cục bộ (Local Bus):
Bảng 2.11: Thông số kỹ thuật của thanh dẫn cục bộ
6) Xây dựng công thức tính toán.
Chỉ một nửa trọng tải của vật liệu được con lăn cân
Sàn con lăn được tính: leff lg2 (2 -1)