Dây chuyền sản xuất chính cũng như các công đoạn phụ trợ đều được cơ khí hoá, tự động hoá mức độ cao, sản xuất ra sản phẩm có chất lượng và năng suất, giảm mức tiêu hao nhiên vật liệu To
Trang 1TR ƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NG Đ I H C BÁCH KHOA HÀ N I ẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ỘI
B môn T đ ng hóa công nghi p ộ môn Tự động hóa công nghiệp ự động hóa công nghiệp ộ môn Tự động hóa công nghiệp ệp
BÀI TẬP LỚN
Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất Xi măng
Công ty Xi măng Quang sơn
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Mạnh TiếnSinh viên thực hiên : Kim Văn Sơn
MSSV : 20122341 Lớp : ĐK-TĐH01-K57
Hà Nội, tháng 12 năm 2015
Trang 2Mục Lục
Giới thiệu nhà máy Xi măng Quang Sơn 1
Chương 1:Giới thiệu về công nghệ nhà máy 2
1.1 Khu nghiền liệu 2
1.2 Khu vực lò nung: 6
1.3 Khu vực nghiền – đóng bao 7
CHƯƠNG 2: Hệ thống điều khiển của nhà máy 9
2.1 Mô tả cấu hình hệ thống điều khiển (DCS) 9
2.2 Chức năng các khâu trong hệ thống 12
2.3 Các BUS và phương thức truyền thông 15
Chương 3: Hệ thống điều khiển PLC 16
3.1 Giới thiệu chung về AC 800M 16
3.2 Phần mềm lập trình 20
Trang 3Giới thiệu nhà máy Xi măng Quang Sơn
Đầu năm 2010, dự án xi măng có quy mô lớn nhất tại Thái Nguyên, sử dụng công nghệ hiện đại tiên tiến nhất trong ngành sản xuất xi măng Dự án mang một kỳ vọng lớn, sẽ tạo sức bật cho công nghiệp của Thái Nguyên và các tỉnh vùng núi phía Bắc phát triển
Công nghệ vượt trội: Hệ thống dây chuyền thiết bị của Nhà máy với công nghệ lò quay, tiên tiến nhất hiện nay được cung cấp bởi các hãng nổi tiếng trên thế giới trong lĩnh vực chế tạo thiết bị sản xuất xi măng tại Pháp và các nước thuộc nhóm G7 Đặc biệt, tại công đoạn nghiền xi măng được trang bị hệ thống máy nghiền képHoromill của hãng Fcb.Ciment (Cộng hoà Pháp) lần đầu tiên được sử dụng ở Việt Nam Đây là các thiết bị thế hệ mới đang được sử dụng trong các nhà máy xi mănglớn trên thế giới, có khả năng đáp ứng được mọi yêu cầu công nghệ, đảm bảo năng suất ổn định, tuổi thọ cao Dây chuyền sản xuất chính cũng như các công đoạn phụ trợ đều được cơ khí hoá, tự động hoá mức độ cao, sản xuất ra sản phẩm có chất lượng và năng suất, giảm mức tiêu hao nhiên vật liệu
Toàn bộ thiết bị điện và hệ thống phần mềm điều khiển quá trình sản xuất xi măng đều của hãng ABB (Thụy Sĩ) Các thiết bị điện tiên tiến có độ bền, độ ổn định và chính xác cao, có khả năng kiểm soát được quá trình, đáp ứng được mọi yêu cầu công nghệ Phần mềm điều khiển quá trình được tối ưu hoá trong công nghệ sản xuất xi măng Lò nung có công suất thiết kế đạt 4.000 tấn clinker/ngày, tương đương với 1.26 triệu tấn clinker/năm hay 1,5 triệu tấn xi măng/năm Sản phẩm bao gồm: - Clinker CPC50, Xi măng Pooc lăng hỗn hợp PCB30; PCB40, Xi măng Pooc lăng PC30; PC40 Tới thời điểm hiện nay, toàn bộ dây chuyền thiết bị của Nhà máy cũng như các nguồn cung cấp nguyên nhiên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm đã bước đầu vận hành đồng bộ đáp ứng yêu cầu khai thác, vận hành dự
án Dây chuyền sản xuất đạt được tất cả các yêu cầu về kỹ thuật, môi trường Để đáp ứng yêu cầu vận hành, trong nhiều năm qua Nhà máy đã tuyển chọn, xây dựngđội ngũ cán bộ quản lý, kỹ sư, chuyên viên và công nhân có trình độ chuyên môn Nhờ đó đội ngũ cán bộ, kỹ sư, công nhân đã làm chủ hoàn toàn công nghệ sản xuấttiên tiến và tự quản lý, vận hành Nhà máy
Trang 4Tên đầy đủ : CÔNG TY TNHH MỘT THÀNH VIÊN XI Tên giao dịch : CÔNG
TY XI MĂNG QUANG SƠN
Dự án nhà máy Xi măng Thái Nguyên do Thủ tướng Chính
Tổng số vốn đầu tư Dự án hơn 3.500 tỷ đồng
Công suất thiết kế 4.000 tấn clanhke/ngày, tương đương 1,51 triệu tấn Xi măng/nă
Chương 1:Giới thiệu về công nghệ nhà máy 1.1 Khu nghi n li uền liệu ệu
Trang 5Đá vôi được khai thác bằng phương pháp nổ mìn và vận chuyển về trạm đập Tại đây đá được đưa vào máy đập đê làm nhỏ kích thước Đá sau khi đập có kích thướckhoảng 75mm và được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ bằng hệ thống băng tải.Máy rải đá vôi có năng suất bình quân 950t/h.
Đất sét được khai thác bằng phương pháp bốc xúc trực tiếp, cày ủi và vận chuyển
về trạm chứa của nhà máy Máy đập sét là loại máy năng suất đập 250t/h Đất sét sau khi đập cũng được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ bằng hệ thống băng tải Kho sét được trang bị máy rải sét công suất 950 t/h
Trang 6Kho chứa đá vôi được lắp đặt một máy cào công suất 310 tấn/h, cắt ngang đống, xúc đá vôi vào băng tải chạy dọc kho Sau đó đổ vào băng vận chuyển lên két chứa đá vôi Tốc độ của reclaimer được điều khiển tự động nhằm giữ két chứa ở một độ đầy nhất định ( đã đặt trước ) nhờ sự chỉ báo của tế bào trọng lượng gắn trên két chứa.
Kho chứa đất sét cũng được trang bị một máy cào công suất 380 tấn/h, cắt ngang luống đưa sét vào băng tải chạy dọc kho sau đó đổ vào băng tải vận chuyển đất vàokét chứa
Két chứa đá vôi, đất sét có dung tích 500 tấn Đá vôi và sét được vận chuyể trực tiếp đến máy nghiền liệu thông qua hệ thống cân định lượng 37/370 tấn/h
Thạch cao ở dạng cục, có thể chứa tại bãi ngoài trời gần với kho chứa tổng hợp Trước khi đưa vào kho đồng nhất sơ bộ thạch cao cục được đập qua máy đập có năng suất 200t/h Sau đó thạch cao và phụ gia được rải thành các đống Khối lượngmỗi loại trong kho là:
+ Két chứa than: 200 tấn
+ Két chứa quặng sắt: 240 tấn
Trang 7Hệ thống máy nghiền liệu được sử dụng đề cập ở đây là máy nghiền rulô trục đứng
là hệ thống máy nghiền sấy liên hợp chu trình kín, Máy được thiết kế để nghiền bộtliệu với năng suất ≥ 190 tấn/h, kích thước vật liệu cấp vào máy là ≤ 50 mm( 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 máy nghiền, tốc độ của phân ly có thể điều chỉnh được nhờ động cơ biến tần để khống chế độ mịn của 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 bôi trơn cưỡng bức nhờ hệ thống bơm dầu cao áp và thấp áp Toàn bộ hệ thống máy nghiền được trang
bị các thiết bị đo lường và chỉ báo ( áp suất, nhiệt độ, năng suất, lưu lượng, độ rung…) và các liên động hoạt động liên động an toàn cũng như các mạch vòng điều khiển Khi làm việc bình thường, máy nghiền được vận hành từ phòng điều khiển trung tâm kết hợp với sự giám sát chặt chẽ của tại công đoạn Việc tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn và các quy định về vận hành sẽ quyết định tới
sự ổn định của máy nghiền, nâng cao tuổi thọ cho thiết bị đồng thời tránh được sự
cố cho thiết bị và mất an toàn cho con người Vì vậy, mọi cá nhân khi được giao nhiệm vụ vận hành máy nghiền liệu phải được học và tuân thủ tuyệt đối quy trình vận hành
Nguyên liệu sau khi định lượng được vận chuyển vào máy nghiền bằng băng tải qua van hai ngả và hệ thống van quay Trên băng tải cấp liệu được bố trí hệ thống
Trang 8tách kim loại từ tính và phi từ tính Lượng liệu hồi lưu của máy nghiền cũng được qua hệ thống tách kim loại phi từ tính trước khi quay lại bàn nghiền Vật liệu được đưa vào trung tâm bàn nghiền
Bàn nghiền được dẫn động nhờ mô tơ qua hộp giảm tốc Nhờ chuyển động quay của bàn nghiền, dưới tác dụng của lực li tâm vật liệu được dàn đều và đi vào vùng nghiền giữa các rulô Do ma sát và áp lực của ru lo lên bàn nghiền, vật liệu được đập nhỏ và nghiền mịn
Dòng khí nóng để sấy vật liệu đưa vào máy nghiền được lấy sau tháp điều hoà hoặc lò đốt phụ, qua ống gió đầu vào được chia làm 2 nhánh Lưu lượng khí qua máy nghiền có thể điều chỉnh được thông qua độ mở van của quạt
Vật liệu sau khi được nghiền sẽ dịch chuyển theo hướng về phía vòng phun khí Dòng khí sấy thổi qua vòng phun khí đẩy hỗn hợp với vật liệu được cuốn lên phân
ly Những hạt liệu thô va vào cánh của phân ly mất động năng rơi xuống côn thu hồi, hồi lưu về buồng nghiền, những hạt vật liệu nhỏ hơn đạt kích thước độ mịn theo yêu cầu theo dòng khí được vận chuyển lên các két lắng (cyclon) và được thu hồi phần lớn ở đây, phần còn lại theo dòng khí chuyển sang lọc bụi tĩnh điện và được thu hồi nốt tại lọc bụi
Tỷ lệ phần trăm pha trộn của các loại vật liệu ( đá vôi, đất sét, xỷ, quặng và nguyênliệu giàu SiO2 ) được tính toán cân đối tự động bằng hệ thống điều chỉnh cân đối bột liệu trên cơ sở các hệt số chế tạo do phòng KTSX đưa ra phù hợp với quá trình nung luyện và chất lượng Clinker theo yêu cầu
Than được cân định lượng rồi đưa vào máy nghiền than với năng xuất 30 tấn/h Thông qua băng tải vận chuyển tới két chứa than mịn để cân định lượng cho lò nung và định lượng cho precalciner
Trang 91.2 Khu vực lò nung:
Xilô bột liệu được chế tạo bằng bê tông cốt thép có sức chứa 20.000 tấn bột liệu
Do có sức hút của quạt preheater khí nóng từ lò và calciner cuốn bột liệu vào cyclone Tại cyclone quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa bột liệu và khí nóng, bột liệu tăng dần nhiệt độ và xảy ra các phản ứng mất nước, phản ứng phân hủy
khoáng sét Quá trình canxi hóa xảy ra mãnh liệt khi bột liệu được đưa vào
calciner Trước khi vào lò nung mức độ canxi hóa đạt 90% - 95%, nhiệt độ bột liệuvào khoảng 860 – 8750C Do có độ dốc và chuyển động quay của lò nung bột liệu được vận chuyển từ đầu lò tới máy làm lạnh clinker Khi ra khỏi lò nung bột liệu
có nhiệt độ vào khoảng 13500C được rơi vào máy làm lạnh clinker kiểu ghi để làm nguội Thông qua băng truyền vận chuyển clinker đến các silo ứng với mỗi loại khác nhau:
Silo clinker chính phẩm 40000 tấn
Silo clinker thứ phẩm 2000 tấn
Trang 10Một phần clinker được xuất đi cho các nhà máy nghiền khác.
1.3 Khu vực nghiền – đóng bao
Sau khi clinker chính phẩm được vận chuyển vào két chứa clinker, thông qua cân định lượng, phối liệu cùng thạch cao và pozzolane để cấp liệu cho máy nghiền xi măng Horomills
Xi măng thành phẩm được hệ thống vít tải, gầu nâng và mang khí động học vận chuyển vào 4 xilô chứa Để đồng nhất và tháo xi măng ra khỏi silô, hệ thống các quạt thổi được lắp đặt để sục khí vào khoang trộn Xi măng được tháo ra tại đáy duy nhất cho mỗi silô bên trong khoang trộn rồi qua các van điều khiển lưu lượng vào hệ thống máng khí động học và gầu nâng đến két chứa cho các máy đóng bao Máng khí động học xả xi măng rời trực tiếp ra các xe ô tô
Trang 11CHƯƠNG 2: Hệ thống điều khiển của nhà máy
2.1 Mô tả cấu hình hệ thống điều khiển (DCS)
Trang 12Các hệ thống chiếu sáng, thiết bị điều chỉnh hệ số công suất, các tổ máy phát điện
dự phòng, cáp quang, hệ thống dò và cảnh báo cháy; hệ thống điều khiển tối ưu, hệthống điều khiển trung tâm CCR (Centrer Control Room), điều khiển cục bộ LCR (local control room), hệ thống quản lý thông tin IMS, lấy mẫu tự động và thí
nghiệm, các phụ kiện dự phòng, thay thế và các dịch vụ khác do hãng ABB cung cấp
Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy được thực hiện tự động hoá ở mức độ cao
và điều khiển tập trung CCR (Central Control Room) để kiểm soát toàn bộ hoạt động của nhà máy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số khi chất lượng của sản phẩm thay đổi hoặc khi có sự cố bất thường xảy ra
Sự phân tán chức năng xử lý thông tin cũng như chức năng điều khiển cùng với cấu trúc I/O phân tán; khả năng dự phòng nóng của bộ điều khiển cũng như hệ
Trang 13thống bus truyền thông làm cho hệ thống DCS có độ tin cậy và độ linh hoạt cao, đặc biệt là khả năng làm việc theo thời gian thực.
Các trạm kỹ thuật (Engineering Station) chạy trên hệ điều hành Windows, giúp quản lý việc thiết kế toàn bộ hệ thống điều khiển dễ dàng hơn Hỗ trợ quản lý bằngcác phần mềm ứng dụng
Hệ thống DCS có tính mở thể hiện ở khả năng kết nối với thiết bị (cảm biến, cơ cấu chấp hành) và hệ thống giám sát của nhiều nhà cung cấp khác nhau thông qua các chuẩn truyền thông khác nhau
Hệ thống điều khiển của nhà máy gồm có 9 bộ PLC lắp đặt cho các công đoạn sau:
+ Quản lý và xử lý nước thải
PLC là bộ điều khiển logic khả trình có những chức năng quan trọng nhất để điều khiển hoạt động toàn nhà máy:
+ Điều khiển đóng mạch PID
+ Điều khiển trình tự động cơ
+ Phát hiện sai lỗi vận hành
+ Xử lý báo động
+ Quét tín hiệu analog, tín hiệu số
Trang 14+ Thông tin với hệ thống Central Control
+ Thông tin với các PLC khác
2.2 Ch c năng các khâu trong h th ng ức năng các khâu trong hệ thống ệu ống
Trạm vận hành (Operator Station): Là một máy tính công nghiệp có giao diện
vận hành HMI (Human Machine Interface) trang bị thêm bàn phím chuyên dụng đểngười vận hành có thể theo dõi giám sát và điều khiển hoạt động các tổ máy dể dàng hơn
Tầng trên cùng là bốn trạm vận hành OS1, OS2, OS3, OS4 để điều khiển và giám sát các công đoạn sau: Chứa và vận chuyển nguyên liệu; đồng nhất bột liệu và cung cấp cho lò nung; làm nguội clanhke, kho chứa xuất clanhke và các bộ phận dịch vụ; nghiền xi măng; nghiền than; các trạm đập đá vôi, đá shake ;vận chuyển
và chứa phụ gia; đóng bao, xuất xi măng bao và xi măng rời; cảng nhà máy; các trạm điện của toàn nhà máy Hệ thống thiết kế sao cho mỗi trạm vận hành (OS) có thể kiểm tra và giám sát từ 2 công đoạn trở lên
Trạm kĩ thuật (Engineering Station): Là máy tính trên đó cho phép thực hiện
các tác vụ kỹ thuật như: giả lập các tín hiệu I/O digital và analog, sửa đổi chương trình điều khiển các cơ cấu chấp hành, phát triển các ứng dụng hoặc nâng cấp hệ thống khi cần thiết sử dụng cho việc biên soạn, lưu chương trình và đào tạo kỹ thuật
Connectivity Server: Cung cấp các dịch vụ truy cập dữ liệu theo thời gian thực,
nhật ký vận hành, các cảnh báo và sự kiện từ các thiết bị lưu trữ khác trong mạng đọc các dữ liệu, cảnh báo, sự kiện theo thời gian thực từ bộ điều khiển
Aspect servers: Chức năng upload, hỗ trợ cho việc thiết lập cấu hình, các đồ hoạ
cơ bản, đóng gói dữ liệu hỗ trợ đường truyền cho hệ thống AC800M đến kho lưu trữ
Các máy in báo động, cảnh báo, báo cáo, máy in màu: In ấn các trạng thái của
hệ thống, các báo cáo và quá trình làm việc, lưu trữ, báo cáo dữ liệu, tài liệu khi có
sự cố
Máy phân tích tia gama: Điều khiển bằng bộ vi xử lý được trang bị chương trình
đo kiểm tra tình trạng của hệ thống Máy tính xử lý dữ liệu của máy phân tích tia
Trang 15gama sẽ được nối với các máy tính điều khiển của hệ thống thông qua các tuyến cáp truyền dữ liệu Các mẫu liệu, xi măng Sẽ được tự động đưa về phòng kiểm định chất lượng theo các khoảng thời gian định trước.
LS01 (PLC điều khiển đá vôi, sét): Điều khiển quá trình cấp đá vôi, sét vào các
silo chuẩn bị cho quá trình cấp liệu
+ Định lượng đá vôi cấp vào silo+ Lượng khí thải ra tối ưu
LS02: Hệ thống giám sát và điều khiển định lượng cấp thạch cao, phụ gia cho quá
trình:
+ Phân tích, định lượng thành phần thạch cao, phụ gia để cho đúng chất lượng mong muốn
LS03: Nghiền liệu điều khiển cấp liệu mới tới máy nghiền, kích thước liệu nghiền
LS04: Điều khiển lò nung điều khiển giám sát lò nung khi lò đã nạp tới 70% năng
suất nhằm ổn định lò nung, chất lượng Clinker, kinh tế về nguyên liệu và sản phẩmtối đa dựa trên mức
+ Ổn định vận hành+ Chất lượng Clinker tốt+ Sản phẩm tối đa
- Nhóm điều khiển quá trình cháy:
+ Mức CO đúng+ Mức O2 đúng+ Tiết kiệm về nhiên liệu với nhiệt độ khí gas thải ra là nhỏ nhất
- Nhóm điều khiển điểm đặt dẫn động:
+ Cấp liệu lò nung+ Nhiên liệu tới lò
Trang 16+ Tôc độ quạt khí thải
LS05: Điều khiển máy làm nguội
+ Điều khiển dòng chảy+ Ổn định áp suất dưới ghi+ Ổn định và tối đa lượng gió 2 và gió 3+ Tối ưu hoá lượng gió làm mát
+ Những mục tiêu mới do khách hàng qui định+ Áp suất ghi
+ Tốc độ các ghi+ Lưu lượng gió của tất cả các quạt
LS06: Điều khiển nghiền than
+ Độ mịn tối ưu+ Cấp liệu mới tới máy nghiền+ Phần quay lại máy nghiền than là tối thiểu+ Lọc bụi
LS07: Điều khiển máy nghiền xi măng điều khiển máy phân ly trong giai đoạn
nghiền xi măng nhằm đạt chất lượng xi măng và sản lượng tối đa
+ Độ mịn tối ưu+ Sản phẩm tối đa và phần quay lại máy nghiền là tối thiểu
+ Những mục tiêu do khách hàng xác định
+ Tốc độ máy phân ly+ Cấp liệu mới tới máy nghiền
LS08: Điều khiển, giám sát đóng gói và vận chuyển xi măng