Hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất Xi măng Công ty Xi măng Quang Sơn

Dự án Nhà máy Xi măng Thái Nguyên do Thủ tướng Chính phủ quyết định đầu tư giao cho Tổng Công ty Xây dựng Công nghiệp Việt Nam( nay là Tổng Công ty cổ phần Xây dựng Công nghiệp Việt Nam) Bộ Công thương là chủ đầu tư, được khánh thành ngày 25122009. Tổng vốn đầu tư của dự án là 3500 tỷ đồng, công suất thiết kế 4000 tấn clinkerngày, tương đương 1.51 triệu tấn xi măngnăm. Thiết bị được sản xuất bởi các hãng nổi tiếng trên thế giới trong lĩnh vực chế tạo thiết bị ngành xi măng( Pháp, Đức, Italia, Thụy Sĩ). Đặc biệt, tại công đoạn nghiền xi măng được trang bị máy nghiền Horomill bản quyền công nghệ hãng Fives FCB( Cộng hòa Pháp) có ưu thế là giảm tiêu hao điện năng 30% so với các máy nghiền xi măng khác. PLC AC 800M của hãng ABB sản xuất, có thể kết nối với các tín hiệu cấp hiện trường sử dụng các mô đun vàora dòng S800L 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 diện người máy Compact 800 HMI cũng có thể sử dụng cùng với AC 800M hoặc với bất kỳ thiết bị bộ điều khiển PLC của hầu hết các hãng đang cung cấp trên thị trường. Phương thức truyền thông trong hệ thống tận dụng những tính năng nổi trội của chuẩn OPC. Một Panel 800 được kết nối trong hệ thống để phục vụ chức năng điều khiển giao diện người máy, cho phép lắp đặt tại khu vận hành hoặc dùng cho các ứng dụng ở trong máy công cụ. Nó cho phép kết nối với hầu hết các máy tính công nghiệp hoặc PC thông thường thông qua việc tích hợp sẵn các các driver bên trong.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1 MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG CỦA CÔNG TY 2

I Sơ lược về nhà máy xi măng Quang Sơn 2

II Dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy xi măng Quang Sơn 2

1 Khai thác và đồng nhất 3

2 Khuấy liệu, nghiền liệu và nung xi măng 4

3 Làm nguội và nghiền xi măng 6

4 Đóng bao 7

PHẦN 2 NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG 8

I Mô tả cấu hình hệ thống điều khiển DCS(Distributed Control System - Hệ thống điều khiển phân tán) 8

II Các khâu chính trong hệ thống DCS của nhà máy xi măng Quang Sơn 9

1 Phòng điều khiển trung tâm CCR( Central control room) 9

2 Phòng điều khiển cục bộ LCR( Local control room) 10

3 Các bộ điều khiển cục bộ 11

III Các bus và các phương thức truyền thông trong hệ thống 13

1 Tổng quan về bus và truyền thông trong một hệ thống DCS 13

2 Hệ thống bus và mạng truyền thông của nhà máy xi măng Quang Sơn 13

PHẦN 3 NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC CHÍNH CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG 14

I Giới thiệu chung 14

1 Tổng quan về PLC 14

2 Giới thiệu AC800M- PLC chính trong hệ thống điều khiển của nhà máy xi măng Quang Sơn 16

II Đặc tính kỹ thuật phần cứng của AC 800M 17

1 CPU Module 17

2 Các cổng vào ra( I/O Module) 18

3 Ghép nối truyền thông 21

4 Nguồn cấp 22

III Phần mềm lập trình 23

1 Giới thiệu về Compact Control Builder AC 800M 5.1 23

2 Giao diện người dùng của Compact Control Builder và quá trình tạo một project…… 24

3 Kết nối với PLC 29

LỜI MỞ ĐẦU

Sản xuất xi măng là ngành công nghiệp cơ bản và có vai trò quan trọng trong nền kinh

tế quốc dân Trong nhà máy xi măng, hệ thống điều khiển quá trình sản xuất gắn liền vớikiến thức chuyên ngành của sinh viên Kỹ thuật điều khiển- Tự động hóa Trên cơ sở đó,trong khuôn khổ học phần “ Hệ thống tự động hóa nhà máy xi măng”, dưới sự hướng dẫn

của , em thực hiện Bài tập lớn với đề tài: Tìm hiểu về nhà máy xi măng Quang

Sơn( Thái Nguyên).

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

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

 Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất ximăng

 Nghiên cứu Bộ điều khiển( BĐK) PLC chính của dây chuyền sản xuất

Do hạn chế về kiến thức và năng lực tìm hiểu, bản báo cáo của em còn nhiều thiếu sót

Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy( cô) và các bạn để nội dung bản báo cáo được đầy

đủ và chính xác hơn

PHẦN 1 MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG CỦA

CÔNG TY

I Sơ lược về nhà máy xi măng Quang Sơn

Dự án Nhà máy Xi măng Thái Nguyên do Thủ tướng Chính phủ quyết định đầu tư giaocho Tổng Công ty Xây dựng Công nghiệp Việt Nam( nay là Tổng Công ty cổ phần Xâydựng Công nghiệp Việt Nam)- Bộ Công thương là chủ đầu tư, được khánh thành ngày25/12/2009 Tổng vốn đầu tư của dự án là 3500 tỷ đồng, công suất thiết kế 4000 tấn clinker/ngày, tương đương 1.51 triệu tấn xi măng/năm Thiết bị được sản xuất bởi các hãng nổitiếng trên thế giới trong lĩnh vực chế tạo thiết bị ngành xi măng( Pháp, Đức, Italia, ThụySĩ) Đặc biệt, tại công đoạn nghiền xi măng được trang bị máy nghiền Horomill- bản quyềncông nghệ hãng Fives FCB( Cộng hòa Pháp)- có ưu thế là giảm tiêu hao điện năng 30% sovới các máy nghiền xi măng khác

Sản phẩm thương hiệu xi măng Quang Sơn là PCB30, PCB40, PC40, PC50 và clanhkethỏa mãn tiêu chuẩn Việt Nam và Quốc tế Với ưu thế công nghệ hiện đại hàng đầu thế giới,

từ cuối năm 2009 đến nay xi măng Quang Sơn đã được sử dụng tại các công trình lớn như:đập thủy điện, công trình công nghiệp, công trình giao thông, tòa nhà cao tầng trên khắp cáctỉnh thành phía bắc nước ta

Ngày 01/7/2011, Công ty TNHH MTV Xi măng Quang Sơn chính thức được thành lập,

do Tổng công ty cổ phần xây dựng Công nghiệp Việt Nam làm chủ sở hữu trên cơ sở Dự ánnhà máy xi măng Thái Nguyên Hiện nay, với đội ngũ cán bộ nhân viên Công ty gần 600người Công ty đã tạo một môi trường làm việc hấp dẫn, tạo cơ hội phát triển nghề nghiệpcho từng cá nhân và đóng góp tích cực vào các hoạt động với sự phát triển cộng đồng

II Dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy xi măng Quang Sơn

Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng:

Khai thác,

đập Đồng nhất

QCS khuấy liệụ Nghiền liệu Làm lạnh

Nghiền xi măng Đóng bao

Nhà máy xi măng Quang Sơn sử dụng Công nghệ lò tầng sôi nung luyện clinker ximăng portland

1 Khai thác và đồng nhất

Hai nguyên liệu cơ bản để sản xuất xi măng là đất sét và đá vôi được tiếp nhận ở đầuvào, lần lượt đi qua các khâu đập búa, phân tích, thiết bị rải( với cùng công suất là 950t/h)rồi cuối cùng đi vào kho chứa đồng nhất với sức chứa 30.000t

Đồng thời, các phụ gia để sản xuất xi măng cũng được khai thác, tiếp nhận, đi qua khâuđập phụ gia và rải phụ gia( với cùng công suất 200t/h), cuối cùng được đưa vào kho chứatương ứng Các phụ gia chính của quá trình sản xi măng bao gồm:

 Quartzite: kho có sức chứa 5000t

 Quặng sắt: kho có sức chứa 3500t

 ĐV c/l cao: kho có sức chứa 3500t

 Pozzolane: kho có sức chứa 8000t

 Thạch cao: kho có sức chứa 5000t

Nhiên liệu để cung cấp nhiệt lượng cho lò nung là than được tiếp nhận, qua khâu rảithan( công suất 500t/h) và đưa vào kho chứa có sức chứa 15000t

2 Khuấy liệu, nghiền liệu và nung xi măng.

Sơ đồ dây chuyền công nghệ quá trình khuấy liệu, nghiền liệu và nung xi măng.

Đá vôi và đất sét sau khi đồng nhất sẽ được khuấy trộn bởi máy cào( công suất 310/380t/h) và đi vào két chứa có sức chứa 500t Các phụ gia tham gia vào công đoạn nung xi măng(DV c/l cao, Quartzite, Quặng sắt) cũng được đưa qua máy cào( công suất 120/140 t/h) rồichứa trong két chứa tương ứng.

Hệ thống cân băng định lượng đưa đất sét, đá vôi( đã được đồng nhất) và các phụ giađến máy nghiền liệu đứng( công suất 320 t/h) Hệ thống máy nghiền liệu được sử dụng ở đây

là máy nghiền rulô trục đứng là hệ thống máy nghiền sấy liên hợp chu trình kín, Máy đượcthiết kế để nghiền bột liệu với năng suất ≥ 190 tấn/h, kích thước vật liệu cấp vào máy là ≤ 50mm( max = 60 mm), tốc độ quay của bàn nghiền 28.15 v/p Sản phẩm sót sàng R 0.08 ≤ 14

ữ 16%, độ ẩm của vật liệu đầu vào < 6 %, độ ẩm sản phẩm đầu ra < 1%, Áp lực nghiền ≤12Mpa Khí sấy dùng cho máy nghiền có thể lấy từ lò nung khi lò nung hoạt động, hoặc lấy

từ lò đốt phụ của máy nghiền Hệ thống phân ly khí cho bột liệu được lắp trực tiếp trên máynghiền, tốc độ của phân ly có thể điều chỉnh được nhờ động cơ biến tần để khống chế độ mịncủa bột liệu Bộ dẫn động của máy nghiền được trang bị 01 mô tơ chính có công suất 1800

KW (diện áp 6 Kv) tốc độ quay 990 v/p Giảm tốc của máy nghiền là loại hành tinh được bôitrơn cưỡng bức nhờ hệ thống bơm dầu cao áp và thấp áp Toàn bộ hệ thống máy nghiềnđược trang bị các thiết bị đo lường và chỉ báo ( áp suất, nhiệt độ, năng suất, lưu lượng, độrung…) và các liên động hoạt động liên động an toàn cũng như các mạch vòng điều khiển.Sản phẩm sau khi nghiền là bột liệu được chưa trong silo( sức chứa 20.000t) rồi sẵn sàngđược đưa đến lò nung Công đoạn nghiền liệu của nhà máy có sử dụng hệ thống lọc bụi tĩnhđiện ESP (7500m2)

Than sau khi được khuấy trộn bởi máy cào( công suất 140t/h) sẽ được chứa trong kétchứa( sức chứa 200t), qua hệ thống cân băng định lượng đến máy nghiền than( công suất30t/h) Công đoạn nghiền than của nhà máy sử dụng hệ thống lọc bụi túi( 2500m2) Bột thanmịn có được sau khi nghiền chứa trong két chứa 200m3, được đưa qua các hệ thống địnhlượng để cấp nhiên liệu cho lò nung và Precalciner

Bột liệu được đưa đến tháp trao đổi nhiệt với công suất 280/335 t/h để gia nhiệt nhiệttrước rồi mới tới lò nung để thực hiện công đoạn chính là nung xi măng Nhà máy sử dụng

Công nghệ lò tầng sôi nung luyện clinker xi măng portland Hoạt động của hệ thống này cóthể được tóm tắt như sau: Bột liệu được cấp vào Calciner được bố trí ngay phía trên lò tầngsôi Dòng khí nóng từ lò tầng sôi sẽ cuốn bột liệu lên, và quá trình tiền nung của bột liệudiễn ra Bột liệu nóng được lắng tại Cyclone C1, theo ống chute đổ xuống lò, còn khí thảicủa hệ thống theo đường ống thoát ra ống khói Trên ống chute bột liệu nóng có các vanchặn để làm kín Khi xuống đến lò, cần một cơ cấu phun liệu - thường dùng khí nén – đểđảm bảo dòng liệu được cấp vào lò một cách đều đặn, liên tục, tránh biến động Trong lòtầng sôi, nhiên liệu (than mịn) được phun vào, đồng thời khí nóng thu hồi từ cooler đi từdưới lên sẽ tạo thành một lớp cháy giả lỏng – tầng sôi Bột liệu được nung luyện bên trên bềmặt lớp tầng sôi này sẽ xảy ra các phản ứng hóa lý, kết khối thành clinker có kích thước,khối lượng lớn hơn bột liệu, và có xu hướng di chuyển về biên ngoài của lò Tại đây, chúng

sẽ rơi vào khe hở do cơ cấu tháo clinker đặc biệt, có dạng côn trung tâm tạo ra Để tăngcường làm mát đột ngột clinker, người ta thường thổi vào khe tháo clinker này một dòng khílạnh từ môi trường

3 Làm nguội và nghiền xi măng

Bột liệu sau khi nung được đưa qua khâu làm nguội Quá trình làm nguội diễn ra nhưsau: Theo đường tháo, clinker nóng sẽ đi vào thiết bị làm mát cũng kiểu tầng sôi Tức là cáchạt clinker sẽ di chuyển trên một lớp đệm không khí tươi từ ngoài thổi vào, đến cuối coolerkhi clinker đã nguội sẽ tự rơi xuống đáy và được tháo ra ngoài vận chuyển đi kho chứa bằngcác thiết bị thông thường như băng tải, gầu nâng Công đoạn làm nguội sinh ra gió thải, đượclọc bụi qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện ESP( 7500m2)

Clinker được vận chuyển với công suất 167/250 t/h, phân loại thành clinker thứ phẩm

và clinker chính phẩm rồi được chứa trong các silo riêng biệt Clinker thứ phẩm được chứatrong silo 2000t và xuất đi với công suất 100/120 t/h Clinker chính phẩm được vận chuyểnđến silo chứa 40.000t, một phần nhỏ được xuất ra ngoài (20t), phần lớn được vận chuyểnđến két chứa rồi đi qua khâu định lượng để kết hợp với các phụ gia nghiền thành xi măng.Các phụ gia tham gia vào quá trình nghiền xi măng là thạch cao, Pozzolane sau khi quakhâu khuấy trộn bởi máy cào, được đưa tới chứa trong các két chứa tương ứng, qua hệ thốngđịnh lượng để đưa tới máy nghiền

Nhà máy sử dụng máy nghiền Horomils( công suất 2x120 t/h) Công đoạn nghiền có sửdụng hệ thống lọc bụi dạng túi( 6630m2).

Sơ đồ dây chuyền công nghệ công đoạn làm nguội và nghiền xi măng

4 Đóng bao

Sơ đồ dây chuyền công nghệ quá trình đóng bao

Xi măng sau khi nghiền được vận chuyển tới các silo chứa xi măng có sức chứa 10000tấn Lượng xi măng này có thể xuất trực tiếp dưới dạng xi măng rời( công suất 150t/h mỗi

silo) hoặc qua hệ thống máy đóng bao( mỗi máy có công suất 100t/h) và xuất đi dưới dạngbao xi măng( công suất 2000b/h).

PHẦN 2 NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS

CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG

I Mô tả cấu hình hệ thống điều khiển DCS(Distributed Control System - Hệ thống điều khiển phân tán)

Một hệ thống DCS bao gồm 4 cấp:

 Cấp 1: Cấp thiết bị trường: Các cơ cấu chấp hành, cảm biến

 Cấp 2: Cấp điều khiển cục bộ: Các bộ điều khiển( BĐK) như PC, PLC

 Cấp 3: Cấp giám sát, vận hành: Phòng điều khiên trung tâm( CCR)

 Cấp 4: Cấp giám sát tư vấn

Cấu trúc điển hình của mộ hệ thống điều khiển DCS

II Các khâu chính trong hệ thống DCS của nhà máy xi măng Quang Sơn

1 Phòng điều khiển trung tâm CCR( Central control room)

Sơ đồ phòng điều khiển trung tâm CCR

Nhiệm vụ của phòng điều khiển trung tâm CCR:

 Vận hành nhà máy

 Giám sát hoạt động, đưa ra cảnh báo khi có sự cố

 Chỉnh định và cài đăt tham số

 Xử lý lỗi

 Domain servers: máy chủ miền.

 Aspect servers : máy chủ giao diện

 Connectivity servers: máy chủ để kết nối

 RMP server automation room: Phòng máy chủ tự động

 Knowledge manager server (IMS) automation room: máy chủ quản lý dữ liệumột cách tự động để quản lý dữ liệu kỹ thuật và của khách hàng

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

 ARL 9800 OASIS X-ray: Máy phân tích tia X

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

 Knowledge manager client: Máy tính thu thập dữ liệu khách hàng

 Knowledge manager engineering client: May tính thu thập dữ liệu kỹ thuật củakhách hàng

 Ngoài ra còn có 4 máy in HP laserjet, 2 máy in màu HP Deskjet color A4 và 1máy in màu HP Deskjet color A3

2 Phòng điều khiển cục bộ LCR( Local control room)

Phòng điều khiển cục bộ LCR gồm 3 bộ phận:

Bộ phận điều khiển quá trình nghiền đá vôi và đất sét:

 Một trạm vận hành máy nghiền OS Crusher

 Một PLC AC800M điều khiển quá trình nghiền đá vôi và đất sét

 May in HP laserjet

Bộ phận điều khiển quá trình nghiền thạch cao và xếp kho:

 Mộ trạm vận hành OS

 Một PLC AC800M điều khiển quá trình nghiền và xếp kho

Bộ phận điều khiển quá trình đóng gói và vận chuyển:

 Một trậm vận hành OS

 Một PLC AC800M điều khiển quá trình đóng gói và vận chuyển

Sơ đồ phòng điều khiển cục bộ LCR

3 Các bộ điều khiển cục bộ

Gồm 6 PLC AC800M điều khiển 6 công đoạn khác nhau, là:

 Bộ điều khiển quá trình nghiền liệu

 Bộ điều khiển lò nung

 Bộ điều khiển công đoạn nghiền than

 Bộ điều khiển công đoạn làm nguội

 Bộ điều khiển công đoạn quản lý và xử lý nước thải

 Bộ điều khiển công đoạn nghiền xi măng

Sơ đồ hệ thống các BĐk cục bộ của nhà máy xi măng Quang Sơn

III Các bus và các phương thức truyền thông trong hệ thống

1 Tổng quan về bus và truyền thông trong một hệ thống DCS

Cấu trúc của một hệ thống DCS gồm 2 loại bus:

Hệ thống bus kết nối giữa cấp 1( cấp thiết bị trường) và cấp 2( Cấp điều khiển cụcbộ) chủ yếu sử dụng Profibus, gồm 2 loại:

 Profibus DP: dùng chủ yếu

 Profibus PA: dùng trong các môi trường dễ cháy nổ

Truyền thông ở cấp này có số lượng thông tin ít nhưng tốc độ xử lý nhanh

Hệ thống bus kết nối giữa cấp 2( cấp điều khiển cục bộ) với cấp 3( cấp giám sát vậnhành) có thể dùng Internet hoặc Ethernet

Truyền thông ở cấp này có lượng thông tin nhiều nhưng tốc độ xử lý không cần nhanh

2 Hệ thống bus và mạng truyền thông của nhà máy xi măng Quang Sơn

Dựa trên bản vẽ sơ đồ cấu hình hệ thống điều khiển nhà máy, ta thấy có 2 mạng truyềnthông chính:

 Mạng nội bộ cấp giám sát và vận hành( Plant network)

 Mạng nối giữa cấp giám sát vận hàng với cấp điều khiển cục bộ( Controlnetwork)

Cả 2 mạng truyền thông trên đều sử dựng giao thức truyền thông TCP/IP Như nhiều

bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể được coi là một tập hợp các tầng, mỗi tầnggiải quyết một tập các vấn đề có liên quan đến việc truyền dữ liệu, và cung cấp cho các giaothức tầng cấp trên một dịch vụ được định nghĩa rõ ràng dựa trên việc sử dụng các dịch vụcủa các tầng thấp hơn Về mặt lôgic, các tầng trên gần với người dùng hơn và làm việc với

dữ liệu trừu tượng hơn, chúng dựa vào các giao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu thànhcác dạng mà cuối cùng có thể được truyền đi một cách vật lý

PHẦN 3 NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC CHÍNH CỦA DÂY

CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG

I Giới thiệu chung

1 Tổng quan về PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được(khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngônngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các

sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua cáchoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế cácmạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trênđầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lậptrình của PLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLCnhư Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell

 Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC

 Các Modul vào /ra

Cấu trúc của một PLC

Ứng dụng của PLC trong công nghiệp

Hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệpnhư:

 Hệ thống nâng vận chuyển

 Dây chuyền đóng gói

 Các robot lắp giáp sản phẩm

 Điều khiển bơm

 Dây chuyền xử lý hoá học

 Công nghệ sản xuất giấy

 Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh

 Sản xuất xi măng

 Công nghệ chế biến thực phẩm

 Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn

 Dây chuyền lắp giáp Tivi

 Điều khiển hệ thống đèn giao thông

 Quản lý tự động bãi đậu xe

 Hệ thống báo động

 Dây chuyền may công nghiệp

 Điều khiển thang máy

 Dây chuyền sản xuất xe ôtô