Ngày nay, hệ thống điều khiển, giám sát tự động không còn quá xa lạ với chúng ta. Nó được ra đời từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người. Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người. Nhóm chúng em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ dây chuyền sản xất xi măng tại nhà máy xi măng Hoàng Thạch”.
Trang 1ĐỒ ÁN MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
ĐỀ TÀI: Quy trình đóng bao xi măng trong nhà máy xi măng Hoàng
Thạch Lấy file mềm chạy thực tế liên hệ: 0962067285
Trang 2
Hà Nội – 2018
MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
LỜI MỞ ĐẦU 4
PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG HOÀNG THẠCH 5
I GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG HOÀNG THẠCH 5
II TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG 7
1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH 7
2 SẢN XUẤT XI MĂNG BAO GỒM 6 CÔNG ĐOẠN CHÍNH 8
Các giai đoạn sản xuất xi măng 8
Giai đoạn 1: Tách chiết nguyên liệu thô 8
Giai đoạn 2: Phân chia tỷ lệ, trộn lẫn và nghiền 9
Giai đoạn 3: Trước khi nung 10
Giai đoạn 4: Giai đoạn trong lò 10
Giai đoạn 5: Làm mát và nghiền thành phẩm 10
Giai đoạn 6: đóng bao và vận chuyển 10
PHẦN 2 MÔ PHỎNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT 12
I MÔ PHỎNG QUY TRÌNH TRÊN PLC S7-1200 và WinCC TRÊN PHẦN MỀM TIA PORTAL V14 12
1 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-1200: 12
1.1 Giới thiệu chung 12
1.2 Những đặc điểm nổi bật của Simatic S7 – 1200 14
1.3 Nguyên lý hoạt động 18
2 TÌM HIỂU VỀ WINCC 19
2.1 Giới thiệu chung: 20
2.2 Các chức năng cơ bản: 21
3 CHỌN THIẾT BỊ 24
Trang 3b Cảm biếm siêu âm 25
Cảm biến siêu âm đo khoảng cách 26
Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm đo khoảng cách 28
Thông số kích thước cảm biến siêu âm 29
c Xilanh khí nén 29
d Cảm biến tiệm cận 31
e Loadcell từ 0-100kg,200 kg 32
4 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 33
5 LẬP TRÌNH TRÊN PLC S7-1200 34
6 MÔ PHỎNG TRÊN WINCC 38
PHẦN 3 CHẠY CHƯƠNG TRÌNH 39
KẾT LUẬN: 40
Trang 4LỜI MỞ ĐẦU
Ngành Tự động hóa là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyếtđịnh cho sự phát triển của một quốc gia Từ những thiết bị thô sơ lạc hậu trong những ngày đầu, đến nay ngành Tự động hóa ở Việt Nam đã có những bước tiến, bước phát triển vượt bậc với các hệ thống cơ sở hạ tầng, công nghệ hiện đại Tự động hóa được xem như là huyết mạch của nền kinh tế, phát triển Tự động hóa sẽ
là tiền đề cho các ngành kinh tế khác phát triển
Ngày nay, hệ thống điều khiển, giám sát tự động không còn quá xa lạ với chúng ta Nó được ra đời từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học
kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người Nhóm chúng em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ dây chuyền sản xất xi măng tại nhà máy xi măng Hoàng Thạch”
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em ngoài sự cố gắng tìm hiểu vàhọc hỏi còn nhận được sự hướng dẫn tận tình từ thầy Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Chúc thầy luôn mạnh khỏe và thành công trong công tác giảng dạy Do khả năng còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn ít nên có những sai sót không thể tránh, nhóm chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo từ quý thầy cô Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn
Trang 5PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG HOÀNG THẠCH
I GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG HOÀNG THẠCH
Sau khi chiến tranh kết thúc, nền kinh tế nước ta đang bước đầu hồi phục, trước tình hình đó Đảng và Nhà nước hoạch định chiến lược phát triển kinh tế xã hội, trong đó xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật của nền kinh tế được coi trọng hàng đầu
Để làm được viêc đó, ngành công nghiệp vật liệu xây dựng phải đi trước một bước
- Ngày 15/11/1976, Thủ tướng Chính phủ ra chỉ thị số 448/TTg về việc "Xây dựng Nhà máy xi măng Hoàng Thạch"
- Ngày 15/12/1976, đồng chí Đỗ Mười lúc đó là Phó Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định số 474/TTg “Phê chuẩn nhiệm vụ thiết kế Nhà máy xi măng Hoàng Thạch” (cho phép xây dựng nhà máy xi măng), với tên gọi "Nhà máy xi măng Hoàng Thạch" Địa điểm xây dựng tại thôn Hoàng Thạch xã Minh Tân, huyện Kim Môn, tỉnh Hải Hưng (Minh Tân - Kinh Môn - Hải Dương ngày nay) và thôn Vĩnh Tuy xã Vĩnh Khê, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh Số vốn đầu tư ban đầu để xây dựng là 73.683.000 USD Nhà máy do hãng F.L.Smidth(Đan Mạch) thiết kế, cung cấp thiết bị toàn bộ và cho chuyên gia giúp xây dựng, vận hành nhà máy
- Ngày 19/05/1977, Khởi công xây dựng dây chuyền I Nhà máy xi măng Hoàng Thạch với công suất thiết kế 1,1 triệu tấn/năm, đây là dây chuyền lớn và hiện đại nhất Việt Nam vào thời điểm đó
- Ngày 04/03/1980, Bộ Xây dựng ký Quyết định số 333/BXD-TCCB về việc thành lập Nhà máy xi măng Hoàng Thạch
- Ngày 25/11/1983, Nhà máy sản xuất được mẻ clanh-ke đầu tiên
- Ngày 16/01/1984, bao xi măng mang nhãn hiệu Hoàng Thạch đầu tiên được ra đờiđánh dấu thời kỳ mới, thời kỳ sản xuất xi măng theo chỉ tiêu pháp lệnh của Nhà Nước
Trang 6Để đáp ứng yêu cầu phát triển phù hợp với nền kinh tế thị trường, ngày
12/8/1993, Bộ xây dựng ra Quyết định số 363/QĐ-BXD thành lập Công ty xi măngHoàng Thạch trên cơ sở hợp nhất Nhà máy xi măng Hoàng Thạch với Công ty kinhdoanh xi măng số 3 thành Công ty xi măng Hoàng Thạch Đồng chí Nguyễn Văn Hạnh được bổ nhiệm làm Giám đốc Công ty
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế đất nước, nhu cầu xi măng cho xây dựng ngày một tăng Công ty đã đầu tư mở rộng, khẩn trương tiến hành xâydựng dây chuyền II có công suất thiết kế là 1,2 triệu tấn /năm, trên mặt bằng của Công ty hiện có, dây chuyền II được khởi công ngày 28/12/1993 Sau gần 3 năm thicông xây dựng, ngày 12/5/1996 dây chuyền II đươc khánh thành và đi vào sản xuất,như vậy tổng công suất của 2 dây chuyền lúc này là 2,3 triệu tấn/năm
Được sự quan tâm của Đảng, Nhà nước Công ty xi măng Hoàng Thạch đã khôngngừng lớn mạnh và phát triển sản phẩm của Công ty năm sau cao hơn năm trước, chất lượng sản phẩm luôn ổn định ở mức cao Trước tình hình tăng trưởng kinh tế giai đoạn (2006-2010), dự án đầu tư xây dựng dây chuyền III Công ty xi măng Hoàng Thạch có công suất thiết kế là 1,2 triệu tấn/năm, được Thủ tướng Chính phủ cho phép đầu tư tại quyết định số 91/QĐ-TTg ngày 20/01/2003 Dây chuyền III được khởi công xây dựng ngày 04/02/2007 trên mặt bằng hiện có của Công ty với diện tích đất sử dụng là 7,46 ha, tháng 12 năm 2009 khánh thành đi vào sản suất, đưa tổng công suất của Công ty lên 3,5 triệu tấn/năm
Trang 7II TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG
1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH
Trang 8Hình 2: Sơ đồ quy trình sản xuất xi măng
Các giai đoạn sản xuất xi măng
Giai đoạn 1: Tách chiết nguyên liệu thô
Xi măng có sử dụng các nguyên liệu thô gồm: canxi, sắt, silic, nhôm là thành phần chính trong đất sét, đá vôi và cát Nguyên liệu thô được tách từ các núi đá vôi sau đó thông qua băng chuyền được vận chuyển tới các nhà máy Ngoài ra còn rất nhiều nguyên liệu thô khác tham gia vào quá trình sản xuất xi măng như: đá phiến, vảy thép cán, tro bay và bô xít với lượng yêu cầu nhỏ Trước khi được vận chuyển tới nhà máy thì khối đá lớn được nghiền nhỏ có kích thước tương đương với kích thước các viên sỏi
Hình 3: Mỏ đá vôi trong làm bao xi măng
Giai đoạn 2: Phân chia tỷ lệ, trộn lẫn và nghiền
Các nguyên liệu thô từ quặng sẽ được chuyển đến phòng thí nghiệm của nhà máy, phòng thí nghiệm sẽ tiến hành phân tích để chia tỷ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét trước khi bắt đầu nghiền Thông thường sẽ chia theo tỷ lệ 80% đá vôi và
Trang 9xúc trực tiếp với hỗn hợp để nghiền hỗn hợp thành bột mịn Hỗn hợp nguyên liệu thô còn lại sẽ được dự trữ trong đường ống sau khi đã nghiền hỗn hợp thành bột mịn.
Giai đoạn 3: Trước khi nung
Những nguyên liệu được nghiền hoàn chỉnh sẽ được đưa vào buồng trước khi nung Buồng này sẽ chứa một chuỗi các buồng xoay trục đứng, nguyên liệu thô được đẩy qua đây và vào trong lò nung Buồng trước nung này sẽ tận dụng nhiệt tỏa ra từ lò, giúp tiết kiệm năng lượng và làm cho nhà máy thân thiện với môi trường hơn
Giai đoạn 4: Giai đoạn trong lò
Nhiệt độ trong lò có thể lên tới 1450 C do xảy ra phản ứng hóa học khử ⁰
cacbon và thải khí CO2 Chuỗi phản ứng hóa học giữa Ca và SiO2 tạo ra CasiO3 làthành phần chính trong xi măng Lò nhận được nhiệt từ bên ngoài nhờ khí tự nhiên hoặc than đá Khi nguyên liệu rơi xuống phần thấp nhất của lò nung thì sẽ hình thành lên sỉ khô
Hình 4: Hệ thống lò nung
Giai đoạn 5: Làm mát và nghiền thành phẩm
Sau khi ra khỏi lò, sỉ được làm mát nhờ vào khí cưỡng bức, sỉ sẽ tỏa ra lượng nhiệt hấp thụ và từ từ giảm nhiệt, lượng nhiệt sỉ tỏa ra sẽ được thu lại quay trở vào
Trang 10lò, giúp tiết kiệm năng lượng Các viên bi sắt sẽ giúp nghiền bột mịn ra thành xi măng.
Giai đoạn 6: đóng bao và vận chuyển
Sau khi nghiền thành bột, xi măng sẽ được đóng bao với trọng lượng từ 45 – 50kg/ 1 bao, chúng sẽ được phân phối tới cửa hàng và tới tay người tiêu dùng
Hình 5: Máy đóng bao xi măng
Trang 11PHẦN 2 MÔ PHỎNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT
I MÔ PHỎNG QUY TRÌNH TRÊN PLC S7-1200 và WinCC TRÊN
PHẦN MỀM TIA PORTAL V14
1 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-1200:
1.1 Giới thiệu chung
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thực toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện môt loạt trình
tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích tác động vàoplc hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kì hay thời gian được đếm Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu
ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối, người ta đã chế tao bộ điều khiển plc nhẳm thoả mãn các yêu cẩu sau:
Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học
Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa
Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp
Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, cácmodule mở rộng
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối và các logic thời gian Tuy nhiên bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí cũng như giá cả… Chính điều này đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp, các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch…Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số
Trang 12lượng I/O nhiều hơn Trong PLC phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển và sử lí hệ thống, chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bằng một chương trình Chương trình này sẽ được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ Ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật
lí nào so với các bộ dây nối hay Relay
Cấu hình phần cứng.
Để có thể thực hiện được chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng nhưmột máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ đểlưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên là phải có các cổng vào/ra để giaotiếp với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm cáckhối chức năng đặc biệt như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)…và nhữngkhối hàm chuyên dụng
HÌnh 6: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic quá trình
Trang 13 Fail-safe CPUs: CPU 1212 FC, CPU 1214 FC, CPU 1215 FC
SIPLUS fail-safe CPUs: SIPLUS CPU 1214 FC
Mỗi loại CPU có những tính năng khác nhau, thích hợp cho từng loại ứng dụng
Trang 14 Các kiểu cấp nguồn và đầu vào ra có thể là AC/DC/ Rly, DC/DC/DC hayDC/DC/Rly.
Đều có khe cắm thẻ nhớ, dùng cho khi mở rộng bộ nhớ cho CPU, copychương trình ứng dụng hay cập nhật firmware
Chẩn đoán lỗi online/offline
Một đồng hồ thời gian thực cho các ứng dụng thời gian thực
c Các chức năng nổi bật của CPU 1215C
Có 6 bộ đếm tốc độ cao HSC dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường
Có 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ, động cơ bước hay servo
Có ngõ ra PWM điều chế độ rộng xung cho các ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ, valve, nhiệt độ
Có 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số cho bộ điều khiển (Autotuning)
d Sơ đồ đấu dây PLC CPU 1215C DC/DC/DC
e Board tín hiệu của S7-1200
Board tín hiệu – một dạng module mở rộng tín hiệu vào/ra với số lượng tín hiệu ít, giúp tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng yêu cầu mở rộng số lượng , Gồm các board: 1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (0-10VDC, 0- 20mA)
Trang 15f Modules mở rộng tín hiệu vào/ra
Các module mở rộng tín hiệu vào/ra được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog, giúp linh hoạt trong sử dụng S7-1200 Tính đa dạng của các module tín hiệu vào/ra sẽ được tiếp tục phát triển
g Module Analog
SM – tín hiệu module cho các đầu vào và đầu ra Analog (cho CPU 1212C tối
đa của 2 SM có thể sử dụng, cho 1214C tối đa là 8)
Trang 16h Module truyền thông
Giao tiếp với RS 232/RS 485, PROFIBUS
i Thẻ nhớ
SIMATIC thẻ nhớ 2MB hoặc 24MB cho các chương trình lưu trữ dữ liệu và thay thế CPU đơn giản để bảo trì
Trang 17Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả các vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ Địa chỉcủa từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ nằm bên trong bộ vi xử lý
Bộ vi xử lý sẽ có giá trị trong bộ đếm này thêm một trước khi xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này gọi là quá trình đọc
Trang 18Bộ nhớ bên trong của PLC được tạo bởi vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000-16000 dòng lệnh tuỳ theo loại vi mạch trong PLC các bộ nhớ như RAM và EPROM đều được sử dụng +RAM có thể nạp chương trình, thay đổi hay xoá bỏ nội dung bất kì lúc nào, nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị pin khô có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tếRAM được dung khởi tạo và kiểm tra chương trình Khuynh hướng hiện nay dung CMOSRAM do khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ cao.
EPROM là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được, nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã dược nhà sản xuất nạp và chứa sẵn hệ điều hành Nếu người
sử dụng không muốn sử dụng bộ nhớ thì chỉ dùng EPROM gắn bên trong PLC Trên PG có sẵn chổ ghi và xoá EPROM +EEEPROM liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định Nội dung của nó có thể xoá và lập trình bằng điện tuy nhiên số lần là có giới hạn
2 TÌM HIỂU VỀ WINCC
2.1 Giới thiệu chung:
WinCC (Windows Control Center - Trung tâm điều khiển trên nền Windows),cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các
hệ điều hành của Microsoft như Windows NT và Windows 2000 Trong dòng cácsản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứhạng SCADA với những chức năng hữu hiệu dành cho việc điều khiển
Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính mở Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên giao diện người - máy HMI đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác Những nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống
Trang 19Hình 5.1: Đặc tính mở của phần mềm WinCC.
WinCC kết hợp các bí quyết của hãng Siemens - công ty hàng đầu trong tự độnghoá quá trình và Microsoft - công ty hàng đầu trong việc phát triển phần mềm cho PC Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏkhác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàncông ty như: việc tích hợp với những hệ thống cấp cao MES (Manufacturing ExcutionSystem - hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise ResourcePlanning)
WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp
của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới.
2.2 Các chức năng cơ bản:
a Hệ thống đồ hoạ (Graphics System):
Hệ thống đồ hoạ của WinCC xử lý tất cả các đầu vào và đầu ra thể hiện trên màn hình trong quá trình vận hành Khả năng hiển thị thông tin điều khiển dưới dạng đồ hoạ được thực hiện bởi một module chương trình có tên gọi là Graphics Designer Công cụ này có thể cung cấp các công cụ có sẵn như:
- Các hình vẽ của các phần tử tiêu biểu (như bơm, van, động cơ, silô )
- Các phím, hộp thoại, thanh trượt
- Các màn hình ứng dụng và màn hình hiển thị