Trường Đại Học Bách Khoa Hà NộiMôn học Hệ thống tự động hóa nhà máy Xi măng (EE4325)GVHD: TS Nguyễn Mạnh TiếnSVTH: Nguyễn Mạnh TuấnLớp: KT ĐKTĐH 03 K61Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyển sản xuất Xi măng Công ty Xi măng Bỉm Sơn1. Mô tả dây chuyển công nghệ sản xuất xi măng của công ty. 2. Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng :+ Mô tả cấu hình hệ thống DCS.+ Trình bày chức năng của các khâu trong hệ thống.+ Mô tả các BUS và phương thức truyền thông trong hệ thống.3. Nghiên cứu bộ điều khiển (PLC) chính của dây chuyền SX :+ Giới thiệu chung+ Đặc tính kỹ thuật phần cứng : CPU, IO, ghép nối truyền thông.+ Phần mềm lập trình.Thiết bị : + Bộ điều khiển chỉnh : TOSLINE S2T
Trang 1Lời nói đầu
Ngày nay, các nhà máy xi măng ngày càng có quy mô lớn, yêu cầu điều khiển tự động cao, tin cậy cũng như khả năng xử lý phân tán, điều khiển cấp cao tối ưu
Vì vậy việc hiểu biết và dây chuyền công nghệ, cấu hình hệ thống điều khiển của nhà máy Xi măng giúp cho sinh viên hiểu biết sâu kiến thức về ngành Tự động hóa cũng như tự tin hơn khi bước qua cánh cổng đại học và định hướng ngành nghề cho bản thân mình
Trong học phần Hệ thống tự động hóa nhà máy xi măng (EE4325) của bộ môn
Tự Động Hóa Công Ngiệp, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, em được TS
Nguyễn Mạnh Tiến giao cho đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây
chuyền sản xuất Xi măng Công ty Xi măng Bỉm Sơn”
Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Mạnh Tiến tận tình hướng dẫn em, dạy cho em nhiều kiến thức về đề tài môn học cũng như những kiến thức thực tế khác trong
học phần Hệ thống tự động hóa nhà máy Xi măng Do hạn chế về trình độ nên
báo cáo còn nhiều sai sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn
Hà Nội, ngày 13 tháng 11 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Mạnh Tuấn
Trang 2Mục lục
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 2
MỤC LỤC Phần I: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn 3
1 Giới thiệu về Công ty Xi măng Bỉm Sơn 3
2 Công nghệ sản xuất Xi măng VLXD Bỉm Sơn 4
2.1 Mặt bằng tổng thể dây chuyền sản xuất xi măng 4
2.2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất xi măng: 5
2.3 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền sản xuất xi măng: 6
Phần II: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn 8
1 Giới thiệu hệ thống DCS 8
2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS của nhà máy xi măng Bỉm Sơn 14
2.1 Mô tả chi tiết và trình bày chức năng cấp điều khiển giám sát 15
2.2 Mô tả chi tiết và trình bày chức năng cấp điều khiển 16
2.3 Mô tả các BUS và phương thức truyền thông trong hệ thống 19
Phần III:.Nghiên cứu bộ điều khiển (PLC) chính của dây chuyền SX 25
1 Giới thiệu chung 25
2 Đặc tính kỹ thuật phần cứng 27
3 Phầm mềm lập trình 30
KẾT LUẬN 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO 32
Trang 3Phần I: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng
của công ty xi măng Bỉm Sơn
1 Giới thiệu về Công ty Xi măng Bỉm Sơn
Xi măng Bỉm Sơn - nhãn hiệu Con Voi đã trở thành niềm tin của người sử dụng-Sự bền vững của những công trình Sản phẩm được tiêu thụ tại hơn 10 tỉnh thành trong cả nước Trải qua hơn 26 năm xây dựng và phát triển, công ty
XM Bỉm Sơn đã sản xuất và tiêu thụ hơn 27 triệu tấn sản phẩm Công ty đã được nhà nước tặng thưởng nhiều danh hiệu cao quý như Anh hùng Lao động thời kỳ đổi mới, huân chương Độc Lập hạng 3 Công ty đã được cấp chứng chỉ ISO 9000-2001 cho hệ thống quản lý chất lượng Sản phẩm của Công ty
từ 1992 đến nay liên túc được người tiêu dùng bình chọn hàng Việt Nam chất lượng cao?
CÔNG TY XIN THÔNG BÁO: từ ngày 01/05/2006 Công ty chuyển đổi thành Công ty Cổ phần xi măng Bỉm Sơn theo QD số 486/QĐ-BXD ngày 23/3/2006 của Bộ trưởng Bộ xây dựng và đăng ký kinh doanh số 2800232620 do Sở KH&ĐT tỉnh Thanh Hóa cấp
Lịch sử hình thành và phát triển: Công ty Xi măng Bỉm Sơn
- Nhà máy xi măng Bỉm Sơn được thành lập ngày 4-3-1980
- Ngành nghề kinh doanh: sản xuất, kinh doanh và xuất khẩu xi măng, Clinker
- Ngày 12-8-1993 Bộ xây dựng ra quyết định thành lập Công ty xi măng Bỉm Sơn
- Năm 2003 Công ty hòan thành dự án cải tạo hiện đại hoá dây chuyền số 2 chuyển đổi công nghệ từ ướt sang khô, nâng công suất nhà máy lên 1,8 triệu tấn sản phẩm/năm
- Từ năm 2004 đến nay Công ty đang thực hiện tiếp dự án xâydựng nhà máy
xi măng mới công suất 2 triệu tấn sản phẩm/năm [Giới thiệu dự án]
- Ngày 01/05/2006 chuyển đổi thành Công ty cổ phần xi măng Bỉm Sơn
a Tên Công ty: CÔNG TY CỔ PHẦN XI MĂNG BỈM SƠN
+ Tên gọi tắt: Công ty xi măng Bỉm Sơn
+ Tên giao dịch Quốc tế: BIMSON JOINT STOCK COMPANY
+ Tên viết tắt: BCC
+ Trụ sở Công ty: Phường Ba Đình-Thị xã Bỉm Sơn-tỉnh Thanh Hóa
+ Tel/Fax: 037.824.242/037.824.046
Trang 4Phần 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn
b Ngành nghề kinh doanh:
- Sản xuất, kinh doanh, xuất nhập khẩu xi măng, clinker
- Sản xuất, kinh doanh các loại vật liệu xây dựng khác
c Vốn điều lệ: 956.613.970.000 đồng Việt Nam
d Người đại diện theo pháp luật của Công ty
- Chức danh: Tổng Giám đốc công ty
- Họ và tên: Ngô Sỹ Túc
2 Công nghệ sản xuất Xi măng VLXD Bỉm Sơn
Quá trình sản xuất xi măng VLXD Bỉm Sơn được mô tả qua 3 giai đoạn cụ thể như sau:
2.1 Mặt bằng tổng thể dây chuyền sản xuất xi măng
Công ty Xi măng Bỉm Sơn gồm 6 phân xưởng sản xuất chính, 5 phân
xưởngsản xuất phụ chủ yếu
⁎ Các phân xưởng sản xuất chính bao gồm:
- Xưởng mỏ nguyên liệu: Với dụng cụ máy móc thiết bị phục vụ cho việc
khai thác đá vôi và đá sét tai các mỏ nằm cách nhà máy khoảng 3km
- Xưởng ô tô vật tư: Bao gồm các loại ô tô vận tải có trọng lượng lớn
vậnchuyển đá vôi, đá sét về công ty
- Xưởng tạo nguyên liệu: Thiết bị chính là máy đập, máy nghiền và các
thiết bị phụ trợ khác làm nhiệm vụ nghiền đá vôi, đá sét để tạo ra hỗn hợp nguyên liệu sản xuất clanker
- Xưởng lò nung: Có thể nói đây là phân xưởng quan trọng nhất của công
ty Tại đây diễn ra quá trình nung hỗn hợp nguyên liệu để tạo ra clanker Hoạt động của lò nung có ảnh hưởng trực tiếp rất quan trọng trong quá trình sản xuất của công ty Với hai phương pháp sản xuất xi măng mà công ty đang áp dụng thì cũng có hai loại lò nung phù hợp
Trang 5- Xưởng nghiền xi măng: thiết bị chính là máy nghiền chuyên dùng và các
thiết bị phụ trợ khác có nhiệm vụ nghiền hỗn hợp clanker, thạch cao và các chất phụ giathành xi măng
- Xưởng đóng bao: Dùng máy đóng bao có nhiệm vụ đưa xi măng bột vào
đóngbao sản phẩm
⁎ Các phân xưởng sản xuất phụ bao gồm:
- Phân xưởng điện tự động: Phân xưởng điện có chức năng chính là đảm
bảo cung cấp điện năng liên tục cho quá trình sản xuất
- Phân xưởng cấp thoát nước: Có nhiệm vụ cung cấp nước cho sản xuất
và sinh hoạt của công nhân viên đồng thời cũng một phần cung cấp nước sinh hoạt cho một bộ phận dân cư lân cận
Ngoài ra còn có các phân xưởng: sửa chữa thiết bị, sửa chữa công trình, xưởng
cơ khí Các phân xưởng này đều mang tính chất phục vụ cho sản xuất chính
2.2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất xi măng:
Trang 6Phần 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn
2.3 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền sản xuất xi măng:
Quá trình sản xuất xi măng được mô tả qua 3 giai đoạn cụ thể như sau:
2.3.1 Quá trình chuẩn bị nguyên nhiên liệu:
Từ mỏ, đá vôi được khai thác (nổ mìn) và được vận chuyển bằng xe tải về đổ qua máy đập búa (1) đưa về kích thước nhỏ hơn và đưa lên máy rải liệu (2) để rải liệu chất thành đống trong kho (đồng nhất sơ bộ) Tương tự với đất sét, phụ gia điều chỉnh (quặng sắt, đá si líc, quặng bô xít ), than đá và nguyên liệu khác cũng được chất vào kho và đồng nhất theo cách trên
Tại kho chứa, mỗi loại sẽ được máy cào liệu (5) và (6) cào từng lớp (đồng nhất lần hai) đưa lên băng chuyền để nạp vào từng Bin chứa liệu (7) theo từng loại
đá vôi, đất sét, quặng sắt
Than Đá thô từ kho chứa sẽ được đưa vào máy nghiền đứng (20) để nghiền, với những kích thước hạt đạt yêu cầu sẽ được đưa vào Bin chứa (21) còn những hạt chưa đạt sẽ hồi về máy nghiền nghiền lại đảm bảo hạt than nhiên liệu cháy hoàn toàn khi cấp cho lò nung và tháp trao đổi nhiệt
2.3.2 Quá trình sản xuất Clinker thành phẩm:
Từ các Bin chứa liệu (7), từng loại nguyên liệu được rút ra và chạy qua hệ thống cân định lượng theo đúng tỷ lệ cấp phối đưa ra từ nhân viên vận hành điều khiển (tỷ lệ phối liệu được quyết định từ phòng thí nghiệm) Tấc cả nguyên liệu đó sẽ được gom vào một băng tải chung và đưa vào máy nghiền đứng (8) để nghiền về kích thước yêu cầu, tại đây nguyên liệu đã được đồng nhất một lần nữa Bột liệu sau khi nghiền được chuyển lên Silo đồng nhất (9) chuẩn bị để cấp cho lò nung, dưới Silo đồng nhất có hệ thống sục khí nén liên tục vào Silo để tiếp tục đồng nhất lần nữa
Để có một sản phẩm Clinker ổn định chúng ta thấy nguyên liệu phải qua ít nhất 4 lần đồng nhất
Tháp trao đổi nhiệt (11) và Lò quay nung Clinker (12)
1 Tháp trao đổi nhiệt (11) là một hệ thống gồm từ 3-5 tầng, mỗi tầng
có 1 hoặc 2 Cyclone có cấu tạo để tăng thời gian trao đổi nhiệt của bột liệu Bột liệu được cấp từ trên đỉnh tháp và đi xuống, nhiệt nóng
từ than được đốt cháy từ Calciner và lò nung đi lên sẽ tạo điều kiện cho phản ứng tạo khoáng bên trong bột liệu Mặc dù bột liệu đi xuống
Trang 7và khí nóng đi lên nhưng thực chất quá trình này là trao đổi nhiệt cùng chiều do cấu tạo đặc biệt của các Cyclon trao đổi nhiệt
2 Lò nung (12) có dạng hình trụ tròn đường kính từ 3 - 5 mét và dài từ
30 - 80 mét tùy vào công suất của lò Vỏ lò nung được làm băng thép chịu nhiệt, bên trong có lót một lớp vật liệu chịu lửa Góc nghiêng của lò từ 3% - 5% để tạo độ nghiêng cho dòng nguyên liệu chảy bên trong Tại đầu ra của Clinker sẽ có một dàn quạt thổi gió tươi làm nguội nhanh Clinker
Than mịn được rút từ Bin chứa trung gian (21) cấp cho các vòi đốt ở tháp trao đổi nhiệt và lò nung để được đốt cháy nung nóng bột liệu
Phối liệu được rút ra từ Silo chứa (9), qua cân định lượng và được đưa lên đỉnh tháp trao đổi nhiệt bằng thiết bị chuyên dùng Từ trên đỉnh tháp (11), liệu từ
từ đi xuống qua các tầng Cyclone kết hợp với khí nóng từ lò nung đi lên được gia nhiệt dần lên khoảng 800-9000C trước khi đi vào lò nung (12) Trong lò,
ở nhiệt độ 14500C các oxit CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 có trong nguyên liệu kết hợp với nhau tạo thành một số khoáng chính quyết định chất lượng của Clinker như: C3S, C2S, C3A và C4AF Viên Clinker ra khỏi lò sẽ rơi xuống dàn làm lạnh (13), hệ thống quạt cao áp đặt bên dưới sẽ thổi gió tươi vào làm nguội nhanh viên Clinker về nhiệt độ khoảng 50 ÷ 900C, sau đó Clinker sẽ được chuyển lên Silo chứa Clinker
2.3.3 Quá trình sản xuất xi măng và đóng bao thành phẩm:
Clinker sẽ được rút từ Silo, cấp vào Bin chứa (15) để chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình nghiền xi măng Tương tự Thạch Cao và Phụ Gia từ kho cũng được chuyển vào Bin chứa riêng theo từng loại Dưới mỗi Bin chứa, nguyên liệu được qua cân định lượng theo đúng khối lượng của đơn phối liệu, xuống băng tải chính đưa vào máy cán (16) để cán sơ bộ, sau đó được đưa vào máy nghiền
xi măng (17) Bột liệu ra khỏi máy nghiền được đưa lên thiết bị phân ly (18), tại đây những hạt chưa yêu cầu sẽ được hồi lưu về máy nghiền để nghiền tiếp còn những hạt đạt kích thước yêu cầu được phân ly tách ra, đi theo dòng quạt hút đưa lên lọc bụi (19) thu hồi toàn bộ và đưa vào Silo chứa xi măng (22) Quá trình nghiền sẽ diễn ra theo một chu trình kín và liên tục
Từ Silo chứa (22) xi măng sẽ được cấp theo 2 cách khác nhau:
1 Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận hàng dạng xá/rời
2 Và cấp qua máy đóng bao (23), để đóng thành từng bao 50kg giao đến từng phương tiện nhận hàng
Trang 8Phần 3: Nghiên cứu bộ điều khiển PLC chính của dây chuyền sản xuấn
đó các bộ điều khiển không tập trung tại một nơi mà được phân tấn trên toàn bộ
hệ thống, với mỗi hệ thống con được điều khiển bởi một hoặc nhiều bộ điều khiển Giải pháp thiết kế của các hệ DCS thương phẩm là hướng vào các ứng dụng điều khiển phân tán nên nó thường được thiết kế theo hệ thống mở, khả năng tích hợp cao kể cả tích hợp với các PLC khác nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập Mục tiêu tạo thuận lợi cao nhất cho kỹ sư thiết kế
và tích hợp hệ thống điều khiển
Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thực hiện các chuỗi quá trình phức tạp, khả năng tích hợp dễ dàng Các hệ thống DCS thương phẩm ngày nay thường bao gồm các bộ điều khiển (controller), hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp Các hệ DCS có thể quản lý được từ vài nghìn điểm đến hàng chục nghìn điểm vào/ra Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm, hệ điều khiển có thể thực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh, điều khiển nhiều tầng, hay theo các thuật toán điều khiển hiện đại: Nhận dạng hệ thống, điều khiển thích nghi, tối ưu, bền vững, điều khiển theo
mô hình dự báo (MPC), fuzzy, neutral, điều khiển chất lượng ( QCS)
Để phục vụ cho việc trao đổi thông tin, các hệ DCS thương phẩm ngày nay hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản lý Hiện nay các giao thức này đã được chuẩn hoá (Profibus, Foudation FieldBus, Ethernet) Các hệ DCS thương phẩm ngày nay có độ tin cậy rất cao: nhờ có khả năng dự phòng kép ở tất cả các thành phần trong hệ (controller, mođun I/O, bus truyền thông), khả năng thay đổi chương trình (sửa chữa và download), thay đổi cấu trúc của hệ, thêm bớt các thành phần mà không cần làm gián đoạn, không cần
Trang 9khởi động lại quá trình (thay đổi online)
Cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ DCS thương phẩm cũng được thiết kế sẵn
và là cơ sở dữ liệu lớn có tính toàn cục và thống nhất Các nhà sản xuất DCS
cũng cam kết thời gian hỗ trợ với các sản phẩm DCS lớn, từ 15 đến 20 năm để
đảm bảo thời gian hoạt động và khai thác của các hệ thống lớn
Tất cả những đặc điểm trên cho thấy các hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về
một giải pháp tự động hoá tích hợp tổng thể Các chuyên gia cho tới ngày nay,
DCS vẫn là không thể thay thế được trong các ứng dụng lớn
b Mô hình phân cấp hệ thống
Càng ở cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi
yêu cầu cao hơn về tốc độ đáp ứng hay tính thời gian thực Một chức năng ở
cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời
gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới, nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao
đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều Thông thường, người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc
phạm vi của một hệ thống điểu khiển và giám sát Tuy nhiên, biểu thị hai cấp
trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất) giúp ta hiểu thêm mô hình lý
tưởng một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các nhà máy
Trang 10Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường,
truyền động, và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiêt Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (Sensor) hay cơ cấu chấp hành (Actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/ truyền động được chính xác
Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ
các cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạtlại kết quả xuống các cơ cấu chấp hành Khi còn điều khiển thủ công, thì các nhiệm vụ đó được các người đứng máy thao tác trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi các thiết bị đo lường, sử dụng kiến thức và kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết Trong một hệ thống điều khiển tự động hiện đại những thao tác đó được thực hiện thông qua máy tính
Cấp điều khiển giám sát: Có chức năng giám sát và vận hành một quá
trình kỹ thuật Khi đa số các chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được các cấp dưới thực hiện, thì nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường Ngoài ra, trong một
số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức (ví dụ trong chế biến dược phẩm, hoá chất) Khác với cấp dưới, cấp điều khiển giám sát không đòi hỏi phương tiện đặc biệt, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, terminal…) Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị
Cấp điều hành sản xuất: Nhiệm vụ của cấp điều hành sản xuất là nhận
các thông tin về trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các giàn máy, cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm Đồng thời cấp điều hành sản xuất có nhiệm vụ xử lý các số liệu, lập kế hoạch sản xuất, ra quyết định bảo dưỡng máy móc, tối ưu hoá sản xuất và đưa các thông tin về các thông số thiết kế, công thức điều khiển, và mệnh lệnh điều hành xuống cấp dưới Mặt khác cấp điều hành sản xuất còn có chức năng là trao đổi thông tin với cấp quản lý công ty Cấp điều hành sản xuất bao gồm các máy tính văn phòng nối mạng cục
Trang 11bộ với nhau
Cấp quản lý công ty: Cấp quản lý công ty là cấp trên cùng trong mô hình
phân cấp hệ thống Nhiệm vụ của cấp này trao đổi thông tin giữa công ty và khách hàng thông qua thư điện tử, hội thảo từ xa, dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử… Cấp quản lý công ty còn có nhiệm vụ tính toán giá thành, kế hoạch sản xuất, thống kê tài nguyên, xử lý đơn đặt hàng Để kết nối các cấp trong hệ thống phân cấp với nhau ta sử dụng các hệ thống bus
➢ Các hệ DCS trên nền PLC
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) là một loại máy tính điều khiển chuyên dụng, do nhà phát minh người Mỹ Dick Morley sáng chế vào năm 1968 Hầu hết các PLC hiện đại không chỉ có thể thực hiện các phép tính logic đơn giản, mà còn có khả năng làm việc với các tín hiệu tương tự và thực hiện các phép toán số học, các thuật toán điều khiển phản hồi PLC được sử dụng trong các hệ điều khiển phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình tự cùng với các phương pháp lập trình hiện đại
➢ Các hệ DCS trên nên PC
Giải pháp sử dụng máy tính cá nhân (PC) làm thiết bị điều khiển đã trở nên phổ biến Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình (PLC) và các bộ điều
Trang 12Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
khiển DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC chính là tính năng mở, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, cũng như giá thành cạnh tranh
d Thành phần chính
Một hệ điều khiển phân tán DCS bao gồm các thành phần chính sau:
➢ Trạm điều khiển cục bộ (local control station, LCS), đôi khi còn được
gọi là các khối điều khiển cục bộ (local control unit, LCU) hoặc các trạm quá trình (process station, PS) Các trạm điều khiển cục bộ thuộc cấp điều khiển, là nơi thực hiện mọi chức năng điều khiển cho một công đoạn Các trạm này thường được đặt trong phòng điều khiển hoặc phòng điện ở cạnh phòng điều khiển trung tâm hoặc rải rác gần khu vực hiện trường
➢ Trạm vận hành (operator station, OS) được đặt tại phòng điều khiển
trung tâm Các trạm vận hành có thể hoạt động song song, độc lập với nhau Để tiện cho việc vận hành hệ thống, người ta thường sắp xếp mỗi trạm vận hành tương ứng với một phân đoạn hoặc một phân xưởng
➢ Trạm kỹ thuật (engineering station, ES) là nơi cài đặt các công cụ phát
triển, cho phép đặt cấu hình cho hệ thống, tạo và theo dõi các chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện người - máy, đặt cấu hình và tham số hóa các thiết bị trường
➢ Hệ thống truyền thông gồm bus trường (field bus) và bus hệ thống
(system bus) Bus trường có chức năng ghép nối trạm điều khiển với các trạm vào/ ra phân tán và các thiết bị trường thông minh, còn bus hệ thống
sẽ nối mạng các trạm điều khiển cục bộ với nhau và với các trạm vận hành, trạm kỹ thuật
Ngoài các thành phần chính trên, một hệ DCS cụ thể có thể bao gồm các thành phần khác như trạm vào/ra từ xa (remote I/O station), các bộ điều khiển chuyên dụng, vv…
e Ưu thế
Hệ thống DCS ngày nay được phát triển với 4 ưu thế lớn là:
➢ Mức điều khiển cao
Hầu hết các hệ thống DCS đều bao gồm các bộ điều khiển, hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp Do đó, DCS có khả năng quản lý được rất nhiều điểm vào/ra
Trang 13➢ Cấu hình linh hoạt
Nhờ khả năng dự phòng kép ở tất cả các thành phần, DCS có khả năng thay đổi các chương trình, thay đổi cấu trúc của hệ hay thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn hay khởi động lại quá trình
➢ Tỷ lệ lỗi thấp
Theo thiết kế, các hệ DCS thường có hệ thống mở, khả năng tích hợp cao với các PLC khác nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độclập Vì vậy, DCS có tỷ lệ lỗi thấp, nhờ đó, việc điều khiển trong các nhà máy hay xí nghiệp sẽ vừa tiết kiệm chi phí, vừa dễ bảo trì và vận hành
f Phân biệt DCS với SCADA
Trong quá khứ, SCADA và DCS là hai hệ thống riêng biệt; tuy nhiên, với
sự phát triển công nghệ ngày nay, hai hệ thống này đôi khi cũng có những điểm tương đồng và nhiều người có thể nhầm lẫn chúng Để phân biệt SCADA và DCS, chúng ta cần chú ý tới ba điểm sau của mỗi hệ thống:
tới thu thập dữ liệu DCS tập trung vào quá trình kiểm soát và việc đưa thông tin tới người quản lý Trái lại, SCADA tập trung chủ yếu vào trung tâm điều khiển và bản thân người quản lý Các thiết bị điều khiển từ xa của hệ SCADA chủ yếu được dùng để thu thập thông tin, mặc dù chúng
có thể thực hiện các quá trình điều khiển phức tạp và đa dạng hơn
quy trình khép kín tại thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) hoặc các khối điều khiển logic khả trình (PLC) Tuy nhiên, vòng điều khiển quy trình khép kín này không có ở SCADA Thay vào đó, SCADA sử dụng giao diện người - máy (HMI), sử dụng con người như là hệ thống điều khiển kiểm soát
ra thông qua mạng cục bộ và bus trường Người quản lý sẽ đưa ra yêu cầu trực tiếp với trạm vào/ ra khi cần lấy thông tin Điều này có nghĩa
là các sự kiện trường có thể trực tiếp làm gián đoạn hệ thống và thực
Trang 14Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
hiện lệnh của nhà quản lý Nhưng đối với SCADA, một khi đường truyền gặp lỗi, hệ thống phải thực hiện theo trình tự Tóm lại, DCS được điều khiển theo xu hướng quá trình, trong khi SCADA là điếu khiển theo sự kiện
2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS của nhà máy xi măng Bỉm Sơn
DCS nhà máy Xi măng Bỉm Sơn
Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy được thực hiện tự động hóa ở mức độ cao
và được điều khiển tập trung CCR( Central Control Room) để kiểm soát toàn bộ hoạt động của nhà áy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số khi chất lượng
của sản phẩm thay đôi hoặc khi có sự cố bất bình thường xảy ra
Trang 152.1 Mô tả chi tiết và trình bày chức năng cấp điều khiển giám sát
• Phòng LCR1 (Local Control Room 1-Limestone crushing): Vận hành và
giám sát công đoạn nghiền vôi
Gồm duy nhất trạm vận hành OS1 (Operator Station) để điều khiển và giám
sát công đoạn nghiền đá vôi (Limestone crushing) được kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy)
• Phòng LCR2 (Local Control Room 2- Clay crushig): Vận hành và giám sát
công đoạn nghiền đất sét
Gồm duy nhất trạm vận hành OS1 (Operator Station) để điều khiển và giám
sát công đoạn nghiền đất sét (Clay crushing) được kết nối với máy hardcopy
màu (color inkjet print hard copy)
• Phòng CCR (Central Control Room): Vận hành và giám sát toàn bộ nhà
máy
- Gồm 6 trạm vận hành OS3, OS4, OS5, OS6, OS7 và OS8 (Operator
Station) để điều khiển và giám sát các công đoạn: Chứa và vận chuyển
nguyên liệu; đồng nhất bột liệu và cung cấp cho lò nung; làm nguội clanhke, kho chưa chất clanhke và các bộ phận dịch vụ; nghiền xi măng; nghiền than; các trạm, đập đá shake; vận chuyển và chứa phụ gia Hệ thống thiết kế sao cho mỗi trạm vận hành OS có thể kiểm ta và giám sát
từ 2 công đoạn trở nên
- Trạm kỹ thuật ES (Engineer Station) sử dụng cho việc biên soạn, lưu
chương trình và đào tạo kỹ thuật, được kết nói với monochrome laser printer
- Trạm quản lý mạng management station gồm một máy tính chạy phần
mềm quản lý SNMP (SNMP management application), dùng để giám sát
và điều khiển tập trung được kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy)
- Trạm tối ưu hóa (kiln optimization)
- Màn hình giám sát (CCTV Monitor): gồm 6 màn hình kết nối giám sát 6 công đoạn: Limestone storage, Raw materal feed, Coal stogare, No 1&2 Cement milk feed, No.1 packing plant, No.1 packing plant
Trang 16Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
Tất cả các trạm đều được kết nối với các máy in báo động, cảnh báo, báo
cháy, máy hardcopy màu
• Laboratory: Phòng thí nghiệm
Gồm hệ thống QCS kết nối với các trạm định lượng thông qua hệ thống
DCS, để nâng cao và ổn định chất lượng sản phẩm được kết nối với hệ thống
quản lý chất lượng bao gồm chuỗi từ các máy tính điều khiển vận hành tự
động và máy quét phân tích phổ huỳnh quanh tia X (máy phân tích X – ray)
Đặc biệt, với việc trang bị hệ thống lấy mẫu( truyền thông với phòng CCR)
và gửi mẫu tự động cho các công đoạn có bán thành phẩm dạng bột mịn
(gồm: bột liệu sau nghiền, bột liệu cấp cho lò nung, xi măng sau nghiền, than
mịn sau nghiền) cho phép lấy mẫu một cách khoa học và hiện đại nhất
Mẫu sau khi gửi tự động về Phòng Thí nghiệm ngay lập tức được phân tích
bởi máy phân tích X-Ray cho ra kết quả để phục vụ cho trình nhiệu chỉnh
tối ưu, đảm bảo sản phẩm luôn được duy trì ổn định ở mức cao
• Phòng LCR3 (Local Control Room 3-No.1 Packing plant): Vận hành và
giám sát công đoạn đóng bao xi măng số 1
Gồm duy nhất trạm vận hành OS9 (Operator Station) để điều khiển và giám
sát công đoạn đóng bao (Packing plant) được kết nối với máy hardcopy màu
(color inkjet print hard copy)
• Phòng LCR4 (Local Control Room 4-No.2 Packing plant): Vận hành và
giám sát công đoạn đóng bao xi măng số 2
Gồm duy nhất trạm vận hành OS10 (Operator Station) để điều khiển và giám
sát công đoạn đóng bao (Packing plant) được kết nối với máy hardcopy màu
(color inkjet print hard copy)
2.2 Mô tả chi tiết và trình bày chức năng cấp điều khiển
Toàn bộ dây chuyền sản xuất của nhà máy được phân chia thành 10 công đoạn
sản xuất (LS), mỗi công đoạn được trang bị một bộ điều khiển khả trình (PLC) là
loại TOSLINE S2T thế hệ mới của Hãng TOSHIBA được lắp đặt trong các trạm
điện Các bộ điều khiển công đoạn sản xuất, cụ thể như sau:
+ LS1(Limestome crushing): Bộ điều khiển công đoạn đập đá vôi
+ LS2(Limestone storage): Bộ điều khiển công lưu trữ đá vôi
+ LS3(Clay crushing&stogare): Bộ điều khiển công đoạn nghiền và lưu
trữ đất sét
+ LS4(Raw milk, Circ, Water pump): Bộ điều khiển công đoạn cung cấp nước
và xử lý nước