Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống điều khiển nhà máy xi măng bút sơn – hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than

Quá trình sản xuất của nhà máy xi măng được xếp vào loại sản xuất liên tục, hàng loạt, với những đặc trưng như: chỉ làm ra một loại sản phẩm (cụ thể là xi măng) với số lượng rất lớnvà liên tục, hệ thống trang thiết bị thuộc loại đặc chủng, thiết kế để sản xuất cho một loại sản phẩm duy nhất và có năng suất rất cao…

Chương Công nghệ sản xuất xi măng CHƯƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG 1.1 Các đặc trưng nhà máy sản xuất xi măng 1.1.1 Loại hình sản xuất nhà máy xi măng Tuy trình sản xuất ngành cơng nghiệp khác có đặc thù khác thân q trình sản xuất có đặc tính chung Và dựa đặc tính chung người ta phân loại thành loại hình sản xuất: - Sản xuất đơn - Sản xuất theo lô - Sản xuất liên tục, hàng loạt Quá trình sản xuất nhà máy xi măng xếp vào loại sản xuất liên tục, hàng loạt, với đặc trưng như: làm loại sản phẩm (cụ thể xi măng) với số lượng lớnvà liên tục, hệ thống trang thiết bị thuộc loại đặc chủng, thiết kế để sản xuất cho loại sản phẩm có suất cao… Với nhà máy xi măng, xuất phát từ nguyên liệu đầu vào như: đá vơi, đá sét, quặng sắt … q trình sản xuất nhà máy tạo sản phẩm đầu loại xi măng Và trình sản xuất diễn liên tục, với suất cao Tại nhà máy xi măng Bút Sơn, hoạt động sản xuất liên tục suốt ngày đêm, luôn tồn ca làm việc ngày Năng suất nhà máy cao, hoạt động hết cơng suất suất nhà máy 4000 clinker/ngày, tương đương với 1,4 triệu xi măng/năm 1.1.2 Mặt sản xuất nhà máy xi măng Cùng với cấu tổ chức, nhà máy có loại mặt sản xuất định Mặt sản xuất liên quan đến việc bố trí trang thiết bị theo yêu cầu cơng nghệ Có ba loại mặt sản xuất: - Mặt cố định - Mặt bố trí theo q trình - Mặt tổ chức theo dịng chảy sản phẩm Mặt sản xuất nhà máy xi măng xếp vào loại mặt tổ chức theo dòng chảy sản phẩm Dạng mặt sử dụng nhà máy thiết kế để sản xuất sản phẩm lớp sản phẩm với khối lượng thể tích lớn Với loại mặt này, trang thiết bị xếp dọc theo dịng chảy sản phẩm Chương Cơng nghệ sản xuất xi măng Hình 1.1 Mặt nhà máy bố trí theo dịng chảy ngun vật liệu Do đặc thù công nghệ, dây chuyền sản xuất nhà máy xi măng lắp đặt diện tích lớn, trang thiết bị bố trí dọc theo dịng chảy nguyên vật liệu: đá vôi, đá sét, quặng sắt … trang thiết bố trí theo công đoạn: khai thác, vận chuyển, rải liệu, nghiền liệu, nung nóng … tức theo dịng chảy nguyên liệu, từ lúc khai thác sản xuất sản phẩm 1.2 Các loại xi măng tiêu chuẩn chất lượng xi măng 1.2.1 Phân loại xi măng Hiện nay, sản phẩm xi măng gồm loại như: xi măng Pclăng (Portland Cement – với ký hiệu PC), xi măng Poóclăng hỗn hợp (portland Cement Blended – ký hiệu PCB) Xi măng Pooclăng chất kết dính thủy lực, sản xuất cách nghiền mịn clinker với thạch cao (với hàm lượng chiếm khoảng 3,5%) Xi măng Pooclăng hỗn hợp sản phẩm nghiền mịn hỗn hợp clinker, thạch cao phụ gia hỗn hợp Trong đó, hàm lượng thạch cao chiếm khoảng 3,5 %; hàm lượng phụ gia hỗn hợp không vượt q 40% (trong phụ gia độn khơng lớn 20%) Ta thấy khác biệt hai loại xi măng trên: thành phần clinker thạch cao giống xi măng Pooclăng, xi măng Pooclăng hỗn hợp cịn có thành phần phụ gia khống (có khơng có hoạt tính) nhằm thu số đặc tính khác cho xi măng Chương Cơng nghệ sản xuất xi măng Theo tiêu chuẩn Việt Nam, ngồi hai loại xi măng cịn có số loại xi măng đặc biệt khác như: - Xi măng Pooclăng trắng : ký hiệu PCW - Xi măng Pooclăng puzôlan: ký hiệu PCpuz - Xi măng xỉ hạt lị cao, tiêu chuẩn hành khơng quy định ký hiệu - Xi măng Pooclăng bền sunphát: ký hiệu PCS PCHS - Xi măng Pooclăng tỏa nhiệt, ký hiệu PCLH … Tên gọi loại xi măng dựa đặc tính chúng: chịu sunphát, tỏa nhiệt, màu trắng… hay dựa loại phụ gia đem trộn vào trình sản xuất xi măng: xỉ lị cao, đá puzơlan… Khi thành phần phụ gia thêm vào có tổng lượng lớn 15% tên xi măng gọi theo tên loại phụ gia 1.2.2 Các tiêu chất lượng clinker Chất lượng clinker định trực tiếp tới chất lượng xi măng sản xuất Các thành phần khống chủ yếu có clinker liệt kê bảng sau: Bảng 1.1 Các hợp chất thành phần Clinker Tên gọi Alít Belít Aluminát can xi Celít Pha thủy tinh Ký hiệu C3S C2S C3A C4AF Cơng thức hóa học 3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 CaO.3Al2O3 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C3A, C4AF, MgO Tỉ lệ (%) 45 ÷ 65 10 ÷ 30 ÷ 15 ÷ 12 15 ÷ 30 Tùy theo hàm lượng thành phần khống có clinker mà cho đặc tính khác Các hệ số sau thường dùng để đánh giá đặc tính clinker: Hệ số bão hồ vơi LSF LSF  100.CaO  (90 �98)% 2.8SiO2  1.18 Al2O3  0.65Fe2O3 (1-1) LSF biểu mối quan hệ CaO tổng lượng CaO cần thiết để bão hoà hoàn tồn ơxit khác Chủ yếu cần có đủ lượng CaO để liên kết hồn tồn ơxit SiO 2, Al2O3, Fe2O3 mặt khác phải tránh thừa CaO tự gây hại cho xi măng LSF có ảnh hưởng lớn đến khả nung Clinker Mô đun silic SIM Chương Công nghệ sản xuất xi măng SIM  100.SiO2  (17 �35)% Al2O3  Fe2O3 (1-2) SIM < 2: Dễ nung, thường pha lỏng quét lớp cola gây hại gạch, khó tạo clinker, lị ổn định Cường độ xi măng thấp SIM > 3: Khó nung, pha lỏng, cần nhiều nhiệt, cola, clinker bột, vơi tự cao, lị ổn định, cường độ xi măng cao, đóng rắn chậm Sự tăng SIM làm giảm khả nung clinker giảm hàm lượng pha lỏng giảm xu hướng hình thành lớp cola lị, tăng SM dẫn tới đóng rắn cường độ xi măng phát triển chậm Sự giảm SIM dẫn đến pha lỏng tăng điều cải thiện khả nung clinker hình thành lớp cola lị Mơ đun nhơm ALM ALM  100 Al2O3  (15 �25)% Fe2O3 (1-3) ALM lớn có nghĩa C 3A lớn, xi măng có xu hướng đóng rắn nhanh ALM nhỏ tức C4AF lớn, xi măng đóng rắn chậm, toả nhiệt thấp đóng rắn 1.2.3 Các tiêu chuẩn xác định mác chất lượng xi măng Thời gian bắt đầu đông kết hồ xi măng Được xác định dụng cụ Vicat phịng thí nghiệm chun dùng Theo TCVN 6260 – 1997 quy định thời gian đông kết loại xi măng sau:  Bắt đầu: không sớm 45 phút  Kết thúc: không chậm 10 Các nhà xây dựng quan tâm tới tiêu để ấn định khối lượng trộn hồ vữa, bê tông phù hợp với thời gian thi công Cường độ xi măng (hay gọi mác xi măng) Đem bẻ ép mẫu làm thí nghiệm dụng cụ chuyên dùng sau ngày thứ 3, thứ thứ 28 để ghi nhận cường độ nén cường độ uốn đạt được, nhờ đánh giá chất lượng xi măng theo loại mác: PCB30, PCB40 … theo TCVN 6260 – 1997 Ngoài hai tiêu chuẩn cịn số tiêu chuẩn chất lượng khác như: Độ mịn xi măng Độ mịn tiêu chí quan trọng xi măng Độ mịn ảnh hưởng tới tính chất xi măng như: thời gian đông kết, cường độ xi măng, độ co độ dẻo xi măng Hiện sử dụng hai phương pháp đo độ mịn xi măng: Chương Công nghệ sản xuất xi măng  Phương pháp sàng: sử dụng sàng có mắt 0.08mm Độ mịn xác định tỉ lệ phần trăm hạt cịn sót lại sàng  Phương pháp bề mặt riêng Blaine: phương pháp phức tạp hơn, độ mịn xi măng xác định thông qua tỉ diện, tức diện tích bề mặt hạt gam mẫu Tính tách nước giữ nước xi măng Trong q trình thi cơng, nước dư tách xi măng cốt pha, bề mặt bê tông, làm giảm cường độ xi măng, gây vết loang bề mặt Xi măng mịn tính chất giữ nước tốt Ngồi cịn số tiêu chuẩn khác như: độ thay đổi thể tích đóng rắn, độ tỏa nhiệt đóng rắn, độ giảm mác lúc lưu kho bảo quản… Các tiêu chuẩn chất lượng số sản phẩm xi măng Tổng hợp tiêu chuẩn chất lượng loại sản phẩm thông dụng thị trường : PCB30 PCB40 theo TCVN 6260 – 1997 bảng sau: Bảng 1.2 Các tiêu chuẩn chất lượng xi măng Các tiêu chuẩn Loại mác xi măng PCB30 PCB40 - Giới hạn bền nén, N/mm2 , - Sau ngày đêm 14 18 - Sau 28 ngày đêm 30 40 - Thời gian ninh kết : - Bắt đầu , phút , 45 - Kết thúc , , max 10 - Độ nghiền mịn : - Lượng sót sàng 0,08 mm , % , max 12 - Bề mặt riêng Blaine, cm2/g , 2.700 - Độ ổn định thể tích ( độ nở Le Chartelier ), mm, 10 max - Hàm lượng SO3 , % , max 3,5 1.3 Tự động hóa việc điều khiển nhà máy xi măng Chương Cơng nghệ sản xuất xi măng 1.3.1 Tích hợp máy tính q trình sản xuất Ngày nay, mơi trường kinh tế thị trường cạnh tranh gay gắt, việc đảm bảo yếu tố như: chất lượng sản phẩm ổn định, giá thành sản phẩm hạ, suất cao… trở thành vấn đề sống nhà máy Đó lý mà việc tự động hóa q trình sản xuất trở nên cần thiết, thiếu sản xuất đại nói chung ngành cơng nghiệp xi măng nói riêng Và để thực giải pháp tự động hóa, việc sử dụng, tích hợp máy tính vào sản xuất nhu cầu tất yếu Ngày nay, máy tính ứng dụng rộng rãi khâu như: điều khiển, giám sát hoạt động sản xuất … Quan hệ việc tích hợp máy tính vào sản xuất hoạt động sản xuất nói chung thể rõ qua mơ hình bánh xe CIM: Hình 1.2 Mơ hình bánh xe CIM Theo mơ hình này, tự động hóa liên quan trực tiếp đến trình sản xuất: biến đổi từ nguyên vật liệu thành sản phẩm cuối Tuy nhiên hoạt động sản xuất diễn cách có hiệu cần phải có loạt hoạt động gián tiếp như: lập kế hoạch, điều hành sản xuất, hoạt động kinh doanh… Các trình chủ yếu liên quan đến việc xử lý thơng tin ngày ứng dụng máy tính nhiều để phục vụ mục đích tự động hóa 1.3.2 Hệ thống truyền thông giải pháp điều khiển Do đặc điểm loại hình sản xuất nhà máy xi măng : sản xuất liên tục với khối lượng lớn, yêu cầu đảm bảo chất lượng sản phẩm mà trình sản xuất xi măng địi hỏi phải có hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hóa mức độ cao Một dây chuyền sản xuất thường chia thành nhiều cơng đoạn nhỏ, có cấu vận chuyển, gia công, lưu trữ sản phẩm trung gian Các nguyên liệu thô đầu vào đưa tới công đoạn, gia công hay chế biến thành sản phẩm trung gian, Chương Công nghệ sản xuất xi măng vận chuyển tới công đoạn tiếp theo, thành sản phẩm cuối Ta mơ tả cơng đoạn cơng nghệ sản xuất xi măng sau: Hình 1.3 Các công đoạn dây chuyền sản xuất xi măng Trong sơ đồ trên: sản phẩm đầu cơng đoạn phía trước đầu vào cơng đoạn phía sau Và cơng đoạn có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, thay đổi thông số kĩ thuật công đoạn kéo theo thay đổi cơng đoạn khác Điều dẫn tới tốn điều khiển q trình sản xuất nhà máy xi măng phức tạp, thực chất tốn điều khiển tổng thể q trình, với trình đơn lẻ điều khiển mối liên hệ chặt chẽ với trình khác Trong giải pháp tự động hóa việc ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin vấn đề cần giải Một điều khiển cần ghép nối với cảm biến cấu chấp hành Giữa điều khiển hệ thống điều khiển phân tán cần trao đổi thông tin với để phối hợp thực điều khiển trình sản xuất Ở cấp cao hơn, trạm vận hành trung tâm cần ghép nối giao tiếp với điều khiển để theo dõi, giám sát tồn q trình sản xuất hệ thống điều khiển Bài tốn điều khiển q trình sản xuất nhà máy điều khiển tổng thể trình, trình đơn lẻ điều khiển mối liên hệ chặt chẽ với trình khác Do vậy, công đoạn khác dây chuyền sản xuất xi măng điều khiển cách độc lập, mà chúng cần có trao đổi thơng tin, để phối hợp vận hành hệ thống dây chuyền sản xuất Chương Cơng nghệ sản xuất xi măng Hình 1.4 Giải pháp mạng hệ điều khiển phân tán Mỗi trạm điều khiển cục thực công việc điều khiển công đoạn tương ứng mối liên hệ, trao đổi thông tin với điều khiển trung tâm qua trao đổi thơng tin, phối hợp với trạm điều khiển cục khác Điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điều khiển, giám sát, phối hợp hoạt động trạm điều khiển cấp dưới, đảm bảo điều khiển tổng thể trình sản xuất 1.4 Công nghệ sản xuất nhà máy xi măng Bút Sơn Nhà máy xi măng Bút Sơn sản xuất xi măng theo cơng nghệ lị quay phương pháp khơ Với công suất thiết kế 4000 clinker/ ngày , tương ứng 1,4 triệu xi măng/ năm Hiện nhà máy xây dựng dây chuyền 2, dự tính sau hồn thành, cơng suất nhà máy đạt triệu xi măng/năm thuộc loại nhà máy có suất lớn công nghiệp sản xuất xi măng nước ta Dây chuyền sản xuất nhà máy xi măng Bút Sơn gồm có cơng đoạn chính: - Công đoạn khai thác đồng sơ nguyên liệu thô - Công đoạn nghiền nguyên liệu - Công đoạn nghiền than - Công đoạn nung làm lạnh clinker - Công đoạn nghiền xi măng - Công đoạn đóng bao xuất xi măng Chương Cơng nghệ sản xuất xi măng Hình 1.5 Cơng nghệ sản xuất xi măng nhà máy Chương Công nghệ sản xuất xi măng 1.4.1 Công đoạn khai thác đồng sơ nguyên liệu thô Đối với nhà máy xi măng vị trí xây dựng nhà máy có vị trí quan trọng Việc xây dựng nhà máy đâu tính tốn cho đảm bảo vấn đề kinh tế nhất: - Vị trí đặt nhà máy phải gần mỏ nguyên liệu thô Như việc khai thác vận chuyển nguyên liệu kinh tế, tốn - Nhà máy phải đặt nơi có hệ thống giao thông thuận tiện, đảm bảo cho việc chuyên chở tiêu thụ xi măng thuận lợi - Vị trí phải tính tốn cho đảm bảo vấn đề như: nguồn nước cung cấp, nguồn lao động địa phương, đồng thời phải có khoảng cách định với khu dân cư Khai thác đá vôi Đá vôi khai thác mỏ đá Hồng Sơn Mỏ cách nhà máy khoảng 600m Phương pháp khai thác: khoan nổ mìn phá vỡ cấu trúc đá, khai thác từ đỉnh mỏ đá xuống dần phía Đá vơi sau bốc xúc lên ôtô tải để vận chuyển tới máy đập đá vôi Máy đập đá vôi thuộc loại IMPACT APPR 1822, với suất thiết kế trung bình 600 tấn/giờ Sau đập, đá vơi có kích thước khoảng 70mm cân vận chuyển kho đồng sơ băng tải cao su Tại đây, đá vôi đồng sơ bộ, sử dụng máy đánh đống loại BAH 17,3-1,0-600 với suất rải 600tấn/h Đá vôi rải thành đống, đống khoảng 1600 theo phương pháp rải đống CHEVRON, có mức độ đồng 8:1 Hệ thống băng cào loại BKA 30.01.600 với suất từ 35 – 350 /giờ, vận chuyển đá vôi két chứa đá vôi máy nghiền liệu Khai thác đá sét Đá sét khai thác mỏ Khả Phong, cách nhà máy khoảng 9,5 km Được vận chuyển ôtô tải tới máy cán Máy cán đá sét thuộc loại máy cán hai trục, có cơng suất thiết kế trung bình 250 tấn/giờ Loại máy cán cán cục đất sét có kích thước tới 800mm, độ ẩm 15% Đá sét sau qua máy cán có kích thước khoảng 70mm Sau đá sét cân vận chuyển tới kho đồng sơ bộ, rải thành đống, đống 7000 Sử dụng cầu rải BEDECHI, với công suất thiết kế 250 tấn/giờ Phương pháp rải sử dụng WINDROW, theo phương pháp này, đá sét dải theo chiều dọc đống thành phần nhỏ lớp dưới, sau dải tiếp lên lớp phía cao Phương pháp phức tạp Mức độ đồng 8:1 Chương Công nghệ sản xuất xi măng Đá sét sau qua hệ thống cầu súc loại BELC150/14 với công suất 15 – 150 tấn/giờ, vẩn chuyển két chứa đá sét máy nghiền liệu Quặng sắt phụ gia khác - Quặng sắt: dùng xỷ Pyrite sắt mua nhà máy Supe Phốtphát Lâm Thao, công ty Vật tư - Vận tải xi măng cung ứng - Thạch cao: mua thạch cao Lào, Thái Lan Trung Quốc, công ty kinh doanh thạch cao xi măng cung ứng - Đá silic: khai thác mỏ Khe Non cách nhà máy khoảng 20Km - Một số phụ gia khác như: boxit, puzzolan … số công ty trung gian cung ứng Mục đích chủ yếu cơng đoạn phải đạt - Các nguyên liệu thô: đá vôi, đá sét… khai thác phải đập thành hạt nhỏ có kích thước khoảng 70mm Kích thước phù hợp với thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển giảm tải cho máy nghiền liệu, tiết kiệm lượng nghiền - Các nguyên liệu thô phải đồng sơ bộ: Xuyên suốt công nghệ sản xuất xi măng, phải đảm bảo tỉ lệ thành phần chất có xi măng đầu ổn định, mặt khác, thành phần oxit có đá vơi đá sét khơng phải cố định, vùng khác khu vực khai thác lại có thành phần khác Do đó, việc đồng sơ đá vơi, đá sét giúp ích cho việc đảm bảo độ ổn định thành phần nguyên liệu đầu vào 1.4.2 Công đoạn nghiền liệu Các hệ thống băng tải vận chuyển có nhiệm vụ vận chuyển ngun liệu thơ két chứa tương ứng máy nghiền liệu Qua hệ thống cân định lượng, liệu cấp vào máy nghiền Đây vấn đề quan trọng, hệ thống cân định lượng phải đảm bảo tỉ lệ phối trộn thành phần liệu: đá vôi, đá sét, quặng sắt điều khiển mạch vòng chất lượng QCX Việc có ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng xi măng sản xuất Đồng thời hệ thống cân băng phải đảm bảo việc cấp liệu liên tục, khơng gián đoạn, đảm bảo tính tin cậy Qua hệ thống cân định lượng, liệu nghiền máy nghiền Máy nghiền sử dụng loại máy nghiền lăn trục đứng PFEIFFER MPS 4750, với công suất thiết kế 320 tấn/giờ Trong q trình nghiền, có kết hợp với việc làm khơ liệu, tận dụng khí nóng thu hồi từ q trình tiền canxi hóa Bột liệu đạt yêu cầu kích thước đuợc vận chuyển tới silơ đồng bột liệu, có sức chứa 20.000 , hệ thống máng khí động gầu nâng Silô đồng làm việc Chương Công nghệ sản xuất xi măng theo nguyên tắc đồng tháo liên tục Việc đồng thực q trình tháo bột liệu khỏi Silơ, Silơ có mức độ đồng 10:1 1.4.3 Cơng đoạn nghiền than Than nhiên liệu sử dụng công nghệ sản xuất xi măng Chủ yếu sử dụng cho hai giai đoạn quan trọng calxiner nung clinker Lò nung nhà máy xi măng Bút Sơn thiết kế để chạy 100% than antraxit, dầu MFO sử dụng q trình sấy lị chạy ban đầu Than nhập kho đồng xe tải Tại đây, than rải thành đống lớn, qua hệ thống băng cào, than đưa lên băng tải cao su, phân loại chuyển hai két chứa than tương ứng, chuẩn bị liệu cho máy nghiền than Máy nghiền than loại máy nghiền lăn trục đứng PFEIFFER suất 30tấn/giờ Liệu cấp cho máy nghiền gồm có 40% than antraxit loại 60% than antraxit loại từ hai két chứa tương ứng Bột than mịn sau vận chuyển phân hai két chứa: két dùng để cấp cho lò nung, két dùng để cấp cho calxiner 1.4.4 Cơng đoạn tiền canxi hóa Tiền canxi hóa cơng đoạn quan trọng q trình sản xuất xi măng Cùng với công đoạn nung clinker, hai giai đoạn có nhiệm vụ cấp nhiệt cho ngun liệu thơ để phản ứng hóa học xảy ra, định tới chất lượng xi măng Theo tăng dần nhiệt độ, phản ứng hóa học diễn sau: Bảng 1.3 Các phản ứng hóa học xảy theo nhiệt độ Nhiệt độ 100oC >500oC >900oC >1000oC >1200oC >1280oC Quá trình xảy Nước tự có thành phần liệu bay Nước có thành phần tinh thể bay CaCO3 → CaO + CO2 ( phản ứng canxi hóa ) Phản ứng hóa học diễn CaO với Fe2O3 , Al2O3 , SiO2 Q trình hóa lỏng chất diễn Sự tạo thành C3S hoàn thành phản ứng Canxi Chương Công nghệ sản xuất xi măng Hình 1.6 Nhiệt độ áp suất điểm tháp sấy Q trình tiền canxi hóa diễn tháp sấy với hệ thống cyclon tầng nhà máy Hệ thống cyclon thiết kế để phục vụ trình trao đổi nhiệt liệu thơ khí nóng Các quạt hút có nhiệm vụ tạo áp suất âm phía đỉnh tháp sấy, khí nóng theo lên, liệu chảy từ xuống trình trao đổi nhiệt diễn Khí nóng quạt hút, sau khỏi tháp sấy chia làm đường: phần tận dụng cho q trình làm khơ liệu máy nghiền, phần qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện ngồi theo ống khói Q trình tiền canxi hóa tiêu thụ khoảng 55 - 60% lượng than sử dụng trình sản xuất xi măng 1.4.5 Công đoạn nung làm lạnh clinker Đây giai đoạn quan trọng công nghệ sản xuất xi măng, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng Clinker qua định tới chất lượng xi măng Ngoài việc cung cấp điều kiện cho phản ứng hóa học xảy để đảm bảo tạo Clinker có thành phần khống đạt u cầu nữa, clinker tạo có mác cao tỉ lệ chất độn phụ gia sau thêm vào công đoạn nghiền xi măng tăng lên, góp phần quan trọng việc tăng suất xi măng Chương Công nghệ sản xuất xi măng Lị nung cơng ty xi măng Bút Sơn có đường kính có đường kính 4,5m , chiều dài 72m , có độ nghiêng 3,5o với hệ thống sấy sơ nhánh tầng hệ thống calciner, buồng trộn Năng suất lò 4000 clinker/ngày Lò thiết kế sử dụng vòi đốt than đa kênh ROTAFLAM đốt 100% than antraxit, đốt calciner 55-60%, phần lại đốt lò Sau qua hệ thống tháp sấy sơ tầng, liệu cấp vào lò nung với nhiệt độ liệu cấp vào lò khoảng 800 – 1000 oC Tại lị nung có phân vùng với mức nhiệt độ khác nhau: vùng canxi hóa với nhiệt độ khoảng 1000 – 1100 oC, hoàn thành q trình canxi hóa; zone nung: với nhiệt độ 1450 oC, bột liệu nung nóng chảy, phản ứng oxit diễn ra, hình thành khống có thành phần clinker; vùng làm nguội: có bố trí quạt làm mát cơng suất lớn để giảm nhiệt độ vùng xuống khoảng 900 - 1350 oC, vùng diễn trình đóng rắn, tạo thành tinh thể khống, tạo thành clinker Clinker sau khỏi lò đổ vào thiết bị làm nguội kiểu ghi BMH- SA làm mát quạt gió cơng suất lớn hệ thống phun nước làm mát Clinker đập sơ máy đập búa Clinker thu sau thiết bị làm lạnh vận chuyển tới silô để chứa ủ clinker có tổng sức chứa 2x20.000tấn Bột tả clinker phế phẩm đổ vào silo bột tả có sức chứa 2.000 1.4.6 Cơng đoạn nghiền xi măng Clinker, thạch cao phụ gia vận chuyển lên két chứa tương ứng máy nghiền hệ thống băng tải gầu nâng Từ két máy nghiền, clinker phụ gia đưa qua hệ thống cân băng định lượng, hệ thống cân băng bảo đảm lượng clinker, thạch cao phụ gia hợp lý đưa vào máy nghiền để tạo sản phẩm xi măng có mác tương ứng Clinker phụ gia sau qua hệ thống cân băng định lượng đưa vào máy nghiền sơ CKP 200 nhằm làm giảm kích thước làm nứt vỡ cấu trúc để phù hợp với điều kiện làm việc máy nghiền bi xi măng Thạch cao qua hệ thống cân băng chuyển thẳng tới máy nghiền bi mà không qua giai đoạn nghiền thô Clinker, phụ gia (đã qua nghiền sơ ) thạch cao cấp vào máy nghiền bi xi măng để nghiền mịn Máy nghiền bi xi măng loại máy nghiền bi ngăn làm việc theo chu trình kín có phân ly trung gian kiểu O’SEPA Qua khỏi máy nghiền bi, xi măng bột vận chuyển tới silơ chứa xi măng bột, có tổng sức chứa 4x10.000 tấn, hệ thống máng khí động gầu nâng Chương Cơng nghệ sản xuất xi măng 1.4.7 Cơng đoạn đóng bao xuất xi măng Từ đáy silo chứa, qua hệ thống cửa tháo, xi măng vận chuyển tới két chứa máy đóng bao hệ thống xuất xi măng rời Hệ thống xuất xi măng rời gồm vịi xuất cho ơtơ suất 100 tấn/giờ vòi xuất cho tàu hoả suất 150 tấn/giờ Tùy theo yêu cầu khách hàng mà xi măng đem tiêu thụ dạng xi măng rời hay đóng bao Hệ thống máy đóng bao gồm máy đóng bao, thuộc loại HAVER kiểu quay với vịi hệ thống cân điện tử Có suất thiết kế 100 tấn/h Sản phẩm bao xi măng có khối lượng 50kg ± 5% Các bao xi măng qua hệ thống băng tải vận chuyển tới máng xi măng, đưa xuống tàu hoả ôtô đem tiêu thụ Chương Hệ thống điều khiển nhà máy CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY 2.1 Tổng quan hạng mục hệ thống điều khiển nhà máy Hệ thống điều khiển dây chuyền nhà máy xi măng Bút Sơn nhà thầu Technip Cle xây dựng theo cấu trúc điều khiển phân tán DCS có cấu trúc phân cấp, sử dụng giải pháp tự động hóa hãng SIEMENS Tồn hệ thống điều khiển nhà máy phân bố cơng trình : - Một tòa nhà điều khiển, bao gồm hạng mục: + Phòng điều khiển trung tâm + Phòng lập trình PLC + Phịng phân tích hóa nghiệm KCS + Phòng kĩ thuật sản xuất + Phòng sửa chữa thiết bị điện – điện tử dây chuyền - Tòa nhà thiết bị điều khiển, bao gồm trang thiết bị: + Toàn PLC sử dụng dây chuyền nhà máy + Các panel điều khiển, với số biến tần bố trí - Tại phân xưởng có phòng kĩ thuật (Technical Room): phục vụ cho việc giao tiếp người điều khiển với thiết bị trường như: card vào /ra (card I/O), hệ thống tủ điện ECS (electrical cabin system) toàn trang thiết bị khác phân xưởng Phòng kĩ thuật phân xưởng hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng ESS (Electrical Supply System) xây dựng hạng mục, với mục đích tạo khả giao tiếp dễ dàng phòng kĩ thuật phân xưởng với hệ thống điện cabin điều khiển động MCC (Motor Control Cabin), nhằm mục đích dễ dàng chẩn đốn tiện lợi cho việc sửa chữa xảy cố 2.2 Cấu trúc điều khiển phân cấp nhà máy Hệ thống điều khiển dây chuyền nhà máy xi măng Bút Sơn thiết kế có cấu trúc phân cấp Hệ thống phân chia thành cấp điều khiển sau: Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Hình 2.1 Mạng điều khiển nhà máy xi măng Bút Sơn Chương Hệ thống điều khiển nhà máy 2.2.1 Cấp trường Các thiết bị cấp trường, hay cấp chấp hành, bao gồm toàn trang thiết bị cần thiết để đảm bảo việc điều khiển trình thu thập liệu Chủng loại thiết bị cấp trường phong phú, đa dạng tùy thuộc vào phân đoạn phân xưởng như: động cơ, biến tần, loại van, cảm biến, hệ thống lọc bụi … Đặc điểm đáng ý thiết bị cấp chấp hành chúng thiết bị bus trường, giao tiếp với cấp điều khiển phía thơng qua hệ thống bus trường Khác với thiết bị thường (có chuyển đổi A/D D/A để giao tiếp với máy tính điều khiển), thiết bị bus trường có thêm module giao diện bus (Bus Interface) để thực giao tiếp với máy tính điều khiển cấp Sự thay thiết bị thường thiết bị bus trường tạo nhiều ưu điểm như: tiết kiệm chi phí dây dẫn cơng lắp đặt, cấu trúc đơn giản: thiết kế bảo trì hệ thống dễ dàng hơn, tăng độ tin cậy hệ thống, tăng độ linh hoạt khả mở rộng dễ dàng hệ thống, vào/ra phân tán với bus trường không thiết phải đặt gần trường Một ưu điểm khác có ý nghĩa sử dụng thiết bị bus trường: tạo điều kiện đời chuẩn truyền thông công nghiệp, khiến việc thiết kế hệ thống tự động hóa trở nên dễ dàng nhiều, tạo tương thích thiết bị hãng với khiến việc lựa chọn thiết bị tự … Tại dây chuyền nhà máy xi măng Bút Sơn, việc giao tiếp thiết bị cấp trường với cấp điều khiển phía thơng qua hệ thống bus theo chuẩn Profibus – DP Việc truyền thông cụ thể chuẩn ta sâu phần sau 2.2.2 Cấp điều khiển Hệ thống điều khiển cấp nhà máy xi măng Bút Sơn xây dựng dựa điều khiển logic khả trình PLC hãng SIEMENS, Cộng hịa liên bang Đức Tại thời điểm xây dựng nhà máy, nhà thầu Technip Cle xây dựng dây chuyền nhà máy dựa giải pháp tự động hóa SIEMENS, sử dụng PLC S5 PLC có nhiệm vụ: thu thập thơng tin q trình, truyền liệu, thực tác vụ điều khiển chức thực với kết … Các PLC cốt lõi hệ thống điều khiển phân xưởng Tại dây chuyền nhà máy xi măng Bút Sơn, hệ thống PLC gồm có 12 PLC thuộc loại S5 155U, dịng PLC SIEMENS có khả tính tốn điều khiển mạnh, khả giao tiếp truyền thông lớn, thiết kế để phục vụ điều khiển trình lớn (chúng tương đương với khả PLC S7 400 giờ) Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Hình 2.2 Các cấp điều khiển nhà máy Mỗi công đoạn dây chuyền sản xuất xi măng điều khiển PLC thuộc loại S5 155U tương ứng: - Đập nhỏ đá vôi cho vào kho chứa ( điều khiển PLC 1S11) - Đập nhỏ đá sét cho vào kho chứa ( điều khiển PLC 1S21) - Đưa thạch cao vào kho chứa (được điều khiển PLC 1S31) - Đưa than vào kho chứa phân bố dầu (được điều khiển PLC 1S91) - Các nguyên liệu thô khác (được điều khiển PLC 1S41) - Các trạm (được điều khiển PLC 1S51) - Trộn bột ngun liệu thơ sấy nóng (được điều khiển PLC 1S51) - Nung nóng làm lạnh clinker (được điều khiển PLC 1S61) - Nghiền than (được điều khiển PLC 1S62) Chương Hệ thống điều khiển nhà máy - Nghiền clinker đưa vào kho chứa (được điều khiển PLC 1S71 & 1S72) - Xử lý nước (được điều khiển PLC 1S91) - Đóng bao xuất hàng (được điều khiển PLC 1S81 &1S82) Ngoài PLC loại lớn S5 155U điều khiển công đoạn lớn hệ thống dây chuyền sản xuất, cấp phía PLC PLC nhỏ thuộc loại S5 115U Số lượng PLC phụ thuộc vào quy mô độ phức tạp công đoạn S5 115U loại PLC hãng SIEMENS sản xuất, thiết kế để điều khiển trình quy mơ nhỏ hơn, đương nhiên, tốc độ tính tốn, khả truyền thông, số lượng vào/ra so với loại PLC S5 155U Trong công đoạn dây chuyền sản xuất, kiến trúc giao tiếp PLC S5 155U với PLC S5 115U cấp kiến trúc Master/Slave Trong đó, PLC S5 155U đóng vai trị master (trạm chủ), PLC S5 115U đóng vai trị trạm tớ (Slave) Vai trò chủ động thuộc PLC S5 155U có nhiệm vụ phối hợp hoạt động PLC S5 115U phân xưởng Chi tiết cách thức truyền thông PLC chủ - tớ ta đề cập phần Để đạt độ tin cậy cao nhất, hệ thống PLC có ứng dụng chế tự kiểm tra chế giám sát thủ tục kiểm tra Trong trường hợp CPU xảy lỗi, PLC đưa đầu điểm “0” định trước Nhà máy có PLC S5 115U dự phịng, nhiên khơng có PLC S5 155U dự phịng Tất PLC trang thiết bị liên quan tới cấp điều khiển xếp Cabin điều khiển Mối công đoạn dây chuyền sản xuất xi măng tương ứng với Cabin điều khiển Các Cabin điều khiển bố trí tòa nhà thiết bị điều khiển nhà máy Ngồi ra, số phân xưởng cịn bố trí panel điều khiển xây dựng dựa tảng SIEMENS OP 25, phục vụ cho việc giám sát liệu trình, cảnh báo thơng tin lỗi q trình Các panel xây dựng phân xưởng cho công đoạn sau: - Nghiền đá vôi vận chuyển vào két chứa - Nghiền đá sét vận chuyển vào két chứa - Vận chuyển thạch cao vào két chứa - Vận chuyển than vào kho chứa phân phối dầu MFO - Đóng bao xuất hàng Tại dây chuyền nhà máy, việc giao tiếp giũa PLC với máy tính điều khiển cấp sử dụng chuẩn Ethernet, chi tiết đặc điểm chuẩn ta sâu phần sau Chương Hệ thống điều khiển nhà máy 2.2.3 Cấp điều khiển giám sát Cấp thực việc giao diện người điều khiển trình sản xuất Nó thực chức cung cấp tồn liệu q trình, chức hiển thị/ đồ họa, cung cấp trạng thái toàn nhà máy chức điều khiển Toàn trang thiết bị cấp điều khiển giám sát bố trí phịng điều khiển trung tâm nhà máy Để thực nhiệm vụ mình, phòng điều khiển trung tâm trang bị đầy đủ hệ thống phần cứng phần mềm cần thiết để thực nhiệm vụ Các thiết bị phần cứng trang bị cho phòng điều khiển trung tâm - Hệ thống hình: Có nhiệm vụ hiển thị phục vụ cho việc giám sát phục vụ cho việc giao tiếp điều khiển người máy Phòng điều khiển trung tâm nhà máy trang bị hình loại CRT, kích cỡ 21”, độ phân giải cao, thuộc loại hình màu, có khả hiển thị đầy đủ hệ thống kí tự thông tin đồ họa Tuy nhiên, hình sử dụng thay hình LCD 32”, chất lượng hiển thị cao nhiều - Hệ thống bàn phím: Tương ứng với hình hệ thống bàn phím tương ứng Chúng có đầy đủ khả phục vụ việc giao tiếp với trình, điều khiển mạch vòng thực chức với kết Các bàn phím sử dụng thuộc loại bàn phím máy tính cơng nghiệp, ngồi phím kí tự phím điều khiển thơng thường, chúng cịn tích hợp phím điều khiển chuyên dụng cung cấp trackball phục vụ cho việc điều khiển nhà máy - Các thiết bị vi xử lý: Cùng với hệ thống hình, bàn phím … vi xử lý tạo nên hệ thống máy tính cơng nghiệp trang bị cho phịng điều khiển trung tâm nhà máy Các CPU xây dựng dựa tảng vi xử lý này, chúng hỗ trợ đầy đủ driver để thực giao tiếp CPU bàn phím, hiển thị lên hình, điều khiển máy in vào/ra liệu truyền thông với thiết bị cấp - Hệ thống máy in: Chúng trang bị phục vụ số chức in: in cảnh báo báo cáo liệu, video copier: thông qua kết nối với mạng, thực in hiển thị từ hình điều khiển Chương Hệ thống điều khiển nhà máy - Máy giám sát nhiệt độ lò quay: thực việc giám sát hiển thị nhiệt độ lò quay, sử dụng cơng nghệ hồng ngoại, hình ảnh bên lị quay đưa lên hình CRT trung tâm, phục vụ việc giám sát Các chức phần mềm phục vụ điều khiển giám sát Để phục vụ việc điều khiển giám sát, máy tính cơng nghiệp sử dụng phòng điều khiển trung tâm cài đặt phần mềm sau: - Hệ điều hành FlexOS IBM phát triển năm 90 - Phần mềm COROS LSB thuộc lớp phần mềm HMI phục vụ giao diện người – máy, SIEMENS phát triển Cùng với hệ thống phần cứng, phần mềm thực chức cấp điều khiển giám sát Với chức như: cung cấp toàn liệu trình, chức hiển thị/ đồ họa, cung cấp trạng thái toàn nhà máy chức xử lý kết quả, liệu Các chức hiển thị sau: Hiển thị giao diện đồ họa (mimics) Bất công đoạn dây chuyền sản xuất nhà máy giao tiếp với người điều khiển thông qua giao diện đồ họa tương ứng, giao diện đồ họa “mô phỏng” lại hình ảnh thực tế cơng đoạn đạng đơn giản hóa Giúp người điều khiển có nhìn trực quan cơng đoạn cần điều khiển, giám sát giúp cho việc nắm bắt thơng tin q trình dễ dàng Tất liệu trình, đại lượng đo trạng thái thiết bị hiển thị lên giao diện đồ họa Các liệu giao diện cập nhật theo chu kỳ thời gian định trước, tùy thuộc vào đối tượng quan sát Với giao diện này, người điều khiển nhận thơng tin, cảnh báo q trình thực cơng việc điều khiển phân vùng cơng đoạn phân cơng Nhóm giao diện phục vụ điều khiển mạch vòng điều chỉnh Nhóm gồm có mạch vịng điều khiển quan trọng Mỗi nhóm giao diện thể biến trình kết dạng đồ thị Hiển thị xu hướng phát triển biến trình (Trend Display) Thể giá trị biến trình khoảng thời gian trước giá trị thực biến q trình thời điểm hiển thị Các hiển thị dạng đồ họa cho hay nhiều biến trình Phần mềm COROS LSB cho phép hiển thị tối đa biến trình lúc đồ thị, chúng phân biệt màu sắc đường Các giá trị biến trình điểm xem đồ thị Khi di chuyển chuột tới điểm đồ thị giá trị biến q trình điểm Chương Hệ thống điều khiển nhà máy hiển thị hình Kích thước tỉ lệ đồ thị điều chỉnh theo ý người giám sát Các đồ thị có ý nghĩa giúp người điều khiển quan sát xu hướng diễn biến phát triển biến trình, qua nhận biết tốt trạng thái hệ thống, giúp cho việc so sánh xu hướng phát triển biến trình khác Hiển thị chuỗi logic Các chuỗi logic với trạng thái chuỗi giá trị liên quan cho phép hiển thị lên hình Hiển thị tổng thể kết quả: (Sequence overview) Tổng thể tất kết hiển thị cho phép việc giám sát tất chuỗi trạng thái liên quan Hiển thị cảnh báo (Alarm Display) Các cảnh báo có q trình thể với ngày cụ thể Các cảnh báo thuộc trình cảnh báo thuộc hệ thống phân biệt Các cảnh báo xếp theo trình tự thời gian xảy Hiển thị trạng thái hệ thống Trạng thái hệ thống với tất cảnh báo, bao gồm giao diện với cấp trường kênh kết nối hiển thị Hệ thống quản lý cảnh báo Người điều khiển nhận cảnh báo hay quan trọng phân vùng điều khiển mà quản lý từ hệ thống cảnh báo Hệ thống cho phép nhanh chóng xác định cảnh báo cách gọi hiển thị liên quan tóm tắt chi tiết cảnh báo Các cảnh báo xuất dạng thông báo màu đỏ nhấp nháy nhãn cảnh báo với tiếng kêu (buzz) Sau người điều khiển trả lời tín hiệu cảnh báo tiếng kêu chấm dứt màu sắc thẻ thông báo ổn định, ngừng nhấp nháy, cảnh báo biến Các thẻ cảnh báo ứng với vị trí xảy ra, chuỗi,các mạch vịng thơng báo loại cảnh báo Nhật kí cảnh báo giữ lại ghi lại theo thứ tự thời gian xảy cảnh báo 2.2.4 Cấp quản lý tối ưu hóa sản xuất Thực chức quản lý tối ưu hóa hoạt động sản xuất nhà máy Các liệu thu thập từ cấp dưới, quản lý, phục vụ cho việc lập báo cáo việc tối ưu hóa hoạt động sản xuất nhà máy Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Hệ thống quản lý thông tin MIS (Management Information System) Hệ thống quản lý thông tin MIS cung cấp máy tính để bàn tất liệu thời khoảng thời gian trước đó, với thơng tin q trình nhà máy mà quản lý hệ thống PLC như: - Các giá trị đo được: khối lượng, nhiệt độ, mức, áp suất, dòng … - Thời gian chạy, thời gian nghỉ thiết bị - Các cảnh báo - Các trạng thái hoạt động thiết bị -… Các liệu tự động thu thập, phân loại, ghi lại, lưu trữ có yêu cầu người điều khiển liệu xuất lên hình in MIS cung cấp thông tin giá trị đo, mức, nhật ký giá trị biến trình chu kỳ thời gian: giờ/ ca/ ngày/ tuần/ tháng dạng bảng biểu, đường cong, đồ thị, biểu đồ … cung cấp đánh giá giá trị đo được: giá trị lớn nhất, nhỏ nhất, giá trị trung bình, độ lệch chuẩn … Các thiết bị phần cứng trang bị cho MIS - Bộ xử lý liệu xây dựng dựa máy tính để bàn vi xử lý Intel Pentium 3, tốc độ xung nhịp 75Mhz - Một server liệu phục vụ cho xử lý liệu - Một máy tính để bàn trang bị phần mềm MS – DOS, Windows, cấu hình phần cứng: xử lý 80486 xung nhịp 66Mhz, hình màu loại CRT, bàn phím chuột - Một máy in loại laser - Các thiết bị phụ trợ khác Các phần mềm trang bị - Phần mềm quản lý thơng tin MIS Basic gói phần mềm hỗ trợ MIS – MS - Chương trình xử lý liệu sản xuất với EXCEL - Các gói chương trình phục vụ việc thu thập, lưu trữ, ghi nhận liệu, kiện Hệ thống tối ưu hóa khâu nghiền liệu Một vấn đề quan trọng công nghệ sản xuất xi măng phải đảm bảo tỉ lệ khoáng thành phần theo yêu cầu loại mác xi măng Và nhiệm vụ khâu nghiền liệu dây chuyền sản xuất xi măng Hệ thống tối ưu hóa khâu nghiền liệu có nhiệm vụ điều khiển khâu nghiền liệu để sản phẩm xi măng có thành phần khoáng đạt yêu cầu Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Hoạt động hệ thống sau: - Máy phân tích quang phổ hấp thụ, phân tích hàm lượng chất: CaO, SiO 2, Fe2O3, Al2O3, K, Na SO3 có mẫu - Thông tin hàm lượng chất gửi máy tính QCX Máy tính tính thông số mođun LSF, SM AM Vốn thông số quan trọng để đánh giá chất lượng clinker Trong đó: + Hệ số bão hồ vôi LSF (Lime Saturation Factor): LSF  100.CaO  (90 �98)% 2.8SiO2  1.18 Al2O3  0.65 Fe2O3 (2-1) LSF biểu mối quan hệ CaO oxit khác, thể tổng lượng CaO cần thiết để kết hợp hồn tồn với ơxit khác, tạo tỉ lệ khống có sản phẩm xi măng đạt yêu cầu Chủ yếu cần có đủ lượng CaO để liên kết hồn tồn ơxit SiO 2, Al2O3, Fe2O3 mặt khác phải tránh thừa CaO tự gây hại cho xi măng LSF có ảnh hưởng lớn đến khả nung Clinker + Mô đun silic SM (Silica module): SM  100.SiO2  (17 �35)% Al2O3  Fe2O3 (2-2) SM < 2: Dễ nung, thường pha lỏng qt lớp cola gây hại gạch, khó tạo clinker, lị ổn định Cường độ xi măng thấp SM > 3: Khó nung, pha lỏng, cần nhiều nhiệt, cola, clinker bột, vơi tự cao, lị ổn định, cường độ xi măng cao, đóng rắn chậm Sự tăng SM làm giảm khả nung clinker giảm hàm lượng pha lỏng giảm xu hướng hình thành lớp cola lò, tăng SM dẫn tới đóng rắn cường độ xi măng phát triển chậm Sự giảm SM dẫn đến pha lỏng tăng điều cải thiện khả nung clinker hình thành lớp cola lị + Mơ đun nhôm AM: AM  100 Al2O3  (15 �25)% Fe2O3 (2-3) AM lớn có nghĩa C3A lớn, xi măng có xu hướng đóng rắn nhanh AM nhỏ tức C4AF lớn, xi măng đóng rắn chậm, toả nhiệt thấp đóng rắn Thơng tin giá trị chuyển tới máy tính trang bị phần mềm tối ưu hóa nghiền liệu MIRE Xuất phát từ giá trị thực tế có được, chương trình tính giá trị đặt cho hệ số LSF, SIM, ALM, giá trị sai lệch giá trị đích theo thuật toán phần mềm Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Thơng qua chương trình tối ưu hóa nghiền liệu MIRE, máy tính tính tốn lượng đặt cho khối lượng thành phần: đá vôi, đá sét, quặng sắt phụ gia cần thiết, tương ứng với giá trị đặt điều khiển cho cân cấp liệu, qua đảm bảo tỉ lệ thành phần khống có sản phẩm xi măng đầu đạt yêu cầu Hệ thống kỹ thuật ES (Engineering System) Một hệ thống kĩ thuật xây dựng bên tòa nhà trung tâm, cho phép thực thi tất công việc kĩ thuật : cấu hình hệ thống, phát triển chương trình, viết lại chương trình Thực tế cơng việc nhóm kĩ sư thuộc phòng PLC nhà máy xi măng Bút Sơn Các thiết bị có trạm: - Một hình CRT giống CRT phòng điều hành trung tâm, cho phép hiển thị tất thông số có phần tử dây chuyền - Một bàn phím, QWERTY, cho phép việc lập trình - Một máy in laser Việc truy cập vào hệ thống bảo vệ password Phịng PLC có nhiệm vụ cần thiết: viết lại chương trình hệ thống, chỉnh sửa cấu hình PLC v.v… làm cho hệ thống hoạt động ổn định , tối ưu 2.3 Truyền thông liệu mạng điều khiển nhà máy 2.3.1 Mạng Profibus Trong mạng truyền thông nhà máy, mạng Profibus thực việc truyền thông liệu PLC 155U với thiết bị cấp nó: Các PLC 115U, biến tần … PLC 115U với thiết bị cấp nó: cảm biến, van điện… Theo định nghĩa hiệp hội PI (Profibus International): Profibus hệ thống truyền thông số, có tính mở, với khả năng, phạm vi ứng dụng rộng rãi, đặc biệt lĩnh vực sản xuất tự động hóa q trình Bus trường (Field Bus): hệ thống truyền công nghiệp sử dụng phương tiện truyền thông như: cáp đồng, cáp quang công nghệ không dây… với phương thức truyền liệu nối tiếp để kết nối thiết bị trường phân tán (các cảm biến, thiết bị chấp hành, truyền động, biến đổi, thiết bị phân tích…) với điều khiển trung tâm hay hệ thống quản lý Công nghệ bus trường phát triển năm 80 với mục đích thay kiểu dây truyền thống thay kiểu truyền thông liệu cổ điển sử dụng tín hiệu tương tự (4-20 mA hay ± 10V) công nghệ truyền thông số Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Hình 2.3 Giải pháp truyền thơng sử dụng Profibus Ethernet Kiến trúc giao thức (Protocol Architecture) Bất giao tiếp cần ngôn ngữ chung cho đối tác Trong kĩ thuật truyền thông, bên cung cấp dịch vụ bên sử dụng dịch vụ phải tuân thủ theo quy tắc, thủ tục cho việc giao tiếp, gọi giao thức Giao thức sở cho việc thực sử dụng dịch vụ truyền thông Vì lý hiệu suất trao đổi thơng tin giá thành thực nên số hệ thống thực vài lớp số Profibus thực lớp 1, Tuy nhiên Profibus DP PA bỏ qua lớp để đảm bảo tối ưu hóa việc trao đổi liệu trình cấp điều khiển cấp chấp hành Hiệp hội PI đưa số quy định chuyên biệt đặc tính chức đặc thù thiết bị cho số lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu Các đặc tả nhằm mục đích tạo khả tương tác thay lẫn thiết bị từ nhiều nhà sản xuất Hình 2.4 Kiến trúc giao thức Profibus Lớp ứng dụng FMS (Fieldbus Message Specification): tập chuẩn MMS, đảm nhận việc xử lý giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông Lớp liên kết liệu FDL: thực việc kiểm soát truy nhập bus cung cấp dịch vụ truyền liệu Lớp Chương Hệ thống điều khiển nhà máy vật lý: thực kĩ thuật truyền dẫn tín hiệu, đảm bảo mơi trường truyền dẫn thực cấu trúc mạng giao diện học Cả ba giao thức FMS, DP PA có chung lớp liên kết liệu (FDL) Profibus – PA có giao diện sử dụng DP, nhiên tính thiết bị quy định khác nhằm phù hợp với môi trường dễ cháy nổ Kĩ thuật truyền dẫn Lớp vật lý Profibus quy định kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, mơi trường truyền dẫn tín hiệu, cấu trúc mạng giao diện học Các kỹ thuật sử dụng chuẩn Profibus RS-485, RS-485 IS, cáp quang (đối với DP FMS) MBP (đối với PA) Tại nhà máy, mạng profibus sử dụng loại Profibus DP, sử dụng kĩ thuật truyền dẫn RS – 485 nên ta phân tích đặc diểm kĩ thuật chuẩn Chuẩn Profibus theo IEC 61158 quy định đặc tính điện học học giao diện RS – 485 mơi trường truyền thơng Các đặc tính điện học bao gồm: Tốc độ truyền thông từ 9,6 kbit/s đến 12 Mbit/s tùy thuộc vào loại cáp sử dụng độ dài đoạn mạng Các thông số tốc độ truyền cho bảng sau: Bảng 2.1 Tốc độ truyền thông theo độ dài đoạn mạng (cáp STP loại A) Tốc độ (kbit/s) Chiều dài (mét) 9,6/19,2/ 45,45/93,75 1200 187,5 500 1500 1000 400 200 3000/6000/ 12000 100 Cấu trúc đường thẳng kiểu đường trục/đường nhánh (trunk-line/ drop-line) daisy – chain, tốc độ truyền từ 1,5 Mbit/s trở nên yêu cầu cấu trúc daisy – chain Station Station Drop - line Drop - line Trunk - line Drop - line Station Drop - line Station Cable Drop - line Station Hình 2.5 Cấu trúc Bus Trunk –line/ Drop – line Trong cấu trúc đơn giản này, tất thành viên mạng nối trực tiếp với đường dẫn chung, việc lắp đặt cáp đơn giản tiết kiệm dây dẫn Trường Chương Hệ thống điều khiển nhà máy hợp trạm hỏng (nếu không đóng vai trị Master) khơng gây ảnh hưởng đến trạm lại Tuy nhiên, việc dùng chung đường dây lại đòi hỏi phương pháp phân chia thời gian sử dụng cho trạm thích hợp, gọi phương pháp truy nhập Bus Ở đây, trạm đóng vai trị trạm chủ (master) hay trạm tớ (slave) Cáp dẫn loại bao gồm hai đôi dây xoắn cáp Một đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây đồng quấn cách ly ơm vào nhau, có tác dụng trung hịa trường điện từ Cáp loại STP loại cáp đôi dây xoắn bọc bảo vệ - Số lượng tối đa trạm đoạn mạng 32 Có thể dùng tối đa lặp, tức 10 đoạn mạng Tổng số trạm tối đa mạng 126 - Chế độ truyền tải không đồng hai chiều không đồng thời - Phương pháp mã hóa bit NRZ - Về giao diện học cho nối: loại D-Sub chân sử dụng phổ biến với cấp bảo vệ IP20 Phương pháp truy nhập Bus Trong cấu trúc Bus sử dụng Trunk-line/Drop-line, ưu điểm lớn tiết kiệm dây dẫn, nhiên việc tất trạm (Master hay Slave) sử dụng chung đường dây lại đòi hỏi phương pháp phân chia thời gian sử dụng cho trạm thích hợp, gọi phương pháp truy nhập Bus Phương pháp truy nhập bus vấn đề hệ thống bus, phương pháp khác có ảnh hưởng khác tới đặc tính kỹ thuật hệ thống Có ba khía cạnh đặc biệt quan tâm: độ tin cậy, tính thời gian thực hiệu suất sử dụng đường truyền Tính thời gian thực yếu tố quan trọng bậc hệ thống truyền thơng cơng nghiệp nói chung mạng Profibus nói riêng Tính thời gian thực yêu cầu thông tin trao đổi khơng địi hỏi phải xác mà cịn phải kịp thời tin cậy Có thể phân loại phương pháp truy nhập Bus thành hai nhóm: nhóm phương pháp tiền định nhóm phương pháp truy nhập ngẫu nhiên Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Hình 2.6 Phân loại phương pháp truy nhập bus Với phương pháp tiền định, trình tự truy nhập bus xác định rõ rang Việc truy nhập bus kiểm soát chặt chẽ theo cách tập trung trạm chủ (phương pháp Master/Slave hay chủ/tớ), theo quy định trước thời gian (phương pháp TDMA) phân tán thành thành viên (phương pháp Token Passing) Ngược lại, phương pháp truy cập ngẫu nhiên, trình tự truy nhập bus khơng quy định chặt chẽ trước, mà để xảy hoàn toàn theo nhu cầu trạm Mỗi thành viên mạng thử truy nhập bus để gửi thông tin lúc Để loại trừ tác hại việc xung đột gây nên, có phương pháp phổ biến nhận biết xung đột (CSMA/CD) tránh xung đột (CSMA/CA) Phương pháp truy nhập bus Master/Slave Trong phương pháp chủ/tớ, trạm chủ có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truy nhập bus cho trạm tớ Các trạm tớ đóng vai trị bị động, có quyền truy nhập bus gửi tín hiệu có yêu cầu Trạm chủ dùng phương pháp hỏi (polling) theo chu kỳ để kiểm sốt tồn hoạt động giao tiếp hệ thống Nhờ trạm tớ gửi liệu thu thập từ trình kỹ thuật tới trạm chủ (có thể PLC, PC …) nhận thông tin điều khiển từ trạm chủ Hình 2.7 Phương pháp truy nhập bus chủ/tớ Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Trình tự tham gia giao tiếp, hay trình tự hỏi của trạm tớ người dùng quy định trước (tiền định) công cụ tạo lập cấu hình Trong trường hợp có trạm chủ nhất, thời gian cần cho trạm chủ hoàn thành việc hỏi vịng thời gian tối thiểu chu kỳ bus Do chu kỳ bus tính tốn trước cách tương đối chắn Đây yếu tố thể tính thời gian thực hệ thống Phương pháp truy nhập bus kết hợp Master/Slave Token Passing Token Passing sử dụng kết hợp với phương pháp chủ/tớ Trong trạm có quyền giữ token trạm chủ, hay cịn gọi trạm tích cực Phương pháp cịn gọi nhiều chủ (Multi – Master), tiêu biểu hệ Profibus Các trạm chủ điều khiển máy tính lập trình, cịn trạm tớ (trạm khơng tích cực) thiết bị vào/ra phân tán, thiết bị trường thông minh Mỗi trạm chủ quản lý quyền truy nhập số trạm tớ phụ thuộc, trạm chủ quyền truy nhập bus phân chia theo cách chuyển token Hình 2.8 Cấu hình Multi – Master Profibus Khung UART Profibus FMS DP sử dụng phương thức truyền khơng đồng bộ, việc đồng hóa bên gửi bên nhận phải thực với kí tự Cụ thể, byte điện từ lớp chuyển xuống lớp vật lý xây dựng thành khung ký tự UART dài 11 bit Trong có bit khởi đầu (Start bit), bit chẵn lẻ (Parity bit) bit kết thúc (Stop bit) Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Hình 2.9 Ký tự khung UART sử dụng Profibus Việc thực truyền tuân thủ theo nguyên tắc sau đây: - Trạng thái bus rỗi tương ứng với mức tín hiệu bit 1, tức mức tín hiệu thấp theo phương pháp mã hóa bit NRZ (0 ứng với mức cao) - Trước khung yêu cầu (Request frame) cần thời gian rỗi tối thiểu 33 bit phục vụ mục đích đồng hóa hai bên gửi bên nhận - Khơng cho phép thời gian rỗi kí tự khung - Với kí tự UART, bên nhận kiểm tra bit khởi đầu, bit cuối bit chẵn lẻ Với khung, bên nhận kiểm tra byte SD, DA, SA, FCS, ED, LE/LEr (nếu có) thời gian rỗi trước khung yêu cầu Nếu có lỗi, tồn khung phải hủy bỏ PROFIBUS – DP Tại dây chuyền nhà máy, việc giao tiếp PLC S5 155U sử dụng chuẩn giao tiếp Profibus – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao tính thời gian trao đổi liệu Đối chiếu với mơ hình OSI, Profibus – DP thực lớp 2, lý hiệu suất xử lý giao thức tính thời gian Giao thức Profibus – DP chia thành ba phiên với kí hiệu Profibus – DP V0, Profibus – DP V1, Profibus – DP V2 Phiên DP –V0 quy định chức DP sở bao gồm: - Trao đổi liệu tuần hồn - Chẩn đốn trạm, module kênh - Hỗ trợ cấu hình với tập tin GSD Phiên DP – V1 bao gồm chức DP –V0 chức DP mở rộng, có: - Trao đổi liệu khơng tuần hồn PC PLC với trạm tớ - Tích hợp khả cấu hình với kỹ thuật đại EDD FDT - Các khối chức theo chuẩn IEC 61131-3 - Giao tiếp an toàn (PROFIsafe) - Hỗ trợ cảnh báo báo động Phiên DP – V2 mở rộng DP – V1 với chức sau: Chương Hệ thống điều khiển nhà máy - Trao đổi liệu trạm tớ theo chế chào hàng/đặt hàng - Chế độ giao tiếp đẳng thời - Đồng hóa đồng hồ đóng dấu thời gian - Hỗ trợ giao tiếp qua giao thức HART - Truyền nạp vùng nhớ lên xuống - Khả dự phòng Trao đổi liệu tuần hoàn Trao đổi liệu trạm chủ trạm tớ gán cho thực theo trình tự quy định sẵn Trước trao đổi liệu tuần hoàn, trạm chủ chuyển thơng cấu hình tham số đặt xuống trạm tớ Khi thông tin với cấu hình thực thiết bị bắt đầu trao đổi liệu tuần hoàn với trạm chủ Hình 2.10 Nguyên tắc trao đổi liệu tuần hồn Master/Slave Trong chu kỳ, trạm chủ đọc thơng tin đầu vào từ trạm tớ lên đệm đưa thông tin đầu từ nhớ đệm xuống trạm tớ theo trình tự quy định sẵn Với trạm tớ, trạm chủ gửi khung yêu cầu chờ đợi khung đáp ứng Thời gian trạm chủ cần để xử lý lượt danh sách hỏi chu kỳ bus 2.3.2 Mạng Ethernet Trong nhà máy, mạng Ethernet sử dụng để thực việc truyền thông PLC S5 155U với máy tính điều khiển cấp Như phân tích phần trên, kết hợp PROFFIBUS – DP ETHERNET tạo giải pháp truyền thơng có nhiều ưu điểm, nhà thầu Technip Cle xây dựng mạng truyền thông nhà máy dựa sở hai mạng Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Ethernet lịch sử phát triển Ethernet kiểu mạng cục (LAN) sử dụng rộng rãi Ethernet mạng cấp dưới, sử dụng lớp vật lý phần lớp liên kết liệu Có thể sử dụng giao thức khác phía trên, đó, TCP/IP tập giao thức sử dụng phổ biến Ethernet sử dụng vào năm 1975, sản phẩm hãng XEROX, sử dụng cáp đồng trục dài 1km, tốc độ truyền 2,94 Mbit/s phương pháp truy nhập bus CSMA/CD Từ đến phiên khác Ethernet phát triển mạnh mẽ Ethernet ngày đóng vai trị quan trọng cơng nghiệp Bên cạnh việc sử dụng cáp đồng trục đơi dây xoắn cáp quang, Ethernet cịn sử dụng kĩ thuật truyền không dây Wireless theo chuẩn IEEE 802.11 Kiến trúc giao thức Hiện phổ biến phiên Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 Theo chuẩn này, Ethernet sử dụng lớp vật lý phần liên kết liệu Lớp liên kết liệu chia thành lớp LLC (logical Link Control) MAC (Medium Access Control) Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 sử dụng lớp vật lý lớp MAC Hình 2.11 Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 Cấu trúc mạng kỹ thuật truyền dẫn Ethernet có cấu trúc bus mặt logic Về mặt vật lý, cấu trúc mạng đường thẳng hình tùy theo phương tiện truyền dẫn Các loại cáp thông dụng đặc tính chúng liệt kê bảng sau: Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Bảng 2.2 Các loại cáp truyền Ethernet thông dụng Tên hiệu Loại cáp 10BASE5 10BASE2 10BASE-T 10BASE-F Cáp đồng trục dầy Cáp đồng trục mỏng Đôi dây xoắn Cáp quang Tốc độ tối đa (Mbit/s) 10 10 10 10 Chiều dài đoạn tối đa 500m 200m 100m 2000m Số trạm tối đa đoạn 100 30 1024 1024 Với 10BASE5, nối gọi vịi hút (vampire tap) đóng vai trò thu phát (transceiver) Bộ thu phát chứa vi mạch điện tử thực chức nghe ngóng đường truyền nhận biết xung đột Với 10BASE2, card giao diện mạng nối với cáp đồng trục thông qua nối thụ động BNC hình chữ T Bộ thu phát tích hợp bảng mạch điện tử module giao diện mạng bên máy tính Như vậy, trạm có thu phát riêng Với 10BASE-T, trạm nối với qua chia giống cách nối máy điện thoại Trong cấu trúc này, việc bổ sung tách trạm khỏi mạng đơn giản Nhược điểm tốn dây nối chia chất lượng đắt Bên cạnh cáp đồng trục đôi dây xoắn cáp quang sử dụng Với cách ghép nối điểm – điểm, cấu trúc mạng daisy – chain, hình hình Nhược điểm cáp quang giá thành đắt Cấu trúc điện IEEE 802.3/Ethernet quy định lớp MAC lớp vật lý, điện gọi khung MAC Cấu trúc điện sau: Hình 2.12 Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/Ethernet Mở đầu khung MAC 56 bit luân phiên Với mã MBP tín hiệu tương ứng có dạng tuần hồn, bên nhận sử dụng để đồng nhịp với bên gửi Như việc đồng hóa thực lần cho điện Ở tốc độ truyền 10 Mbit/s, khoảng thời gian đồng hóa 5.6 µs Tiếp sau byte SFD (Start of Frame Delimiter), đánh dấu khởi đầu khung MAC Địa đích nguồn byte Có hai loại địa Ethernet địa cục địa toàn cầu, phân biệt bit 46 (bit gần cao nhất) Các địa cục Chương Hệ thống điều khiển nhà máy đổ cứng đặt phần mềm khơng có ý nghĩa ngồi mạng cục Ngược lại, địa toàn cầu IEEE cấp phát, đổ cứng vi mạch để đảm bảo thống toàn giới Với 46bit, có tổng cộng 7*10 địa toàn cầu 7*103 địa cục Tuy nhiên, số lượng trạm cho phép hệ thống mạng cơng nghiệp cịn phụ thuộc vào kiểu cáp truyền, giao thức phía đặc tính thiết bị tham gia mạng Phương pháp truy nhập bus Phương pháp thông dụng tiếng sử dụng mạng Ethernet phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Nguyên tắc làm việc CSMA/CD: - Mỗi trạm phải tự nghe đường dẫn (carrier sense), đường dẫn rỗi phát - Do việc lan truyền tín hiệu cần thời gian nên có khả hai trạm phát tín hiệu nên đường dẫn Chính vậy, phát trạm phải nghe đường dẫn để so sánh tín hiệu phát với tín hiệu nhận xem có xảy xung đột hay không (collision detection) - Trong trường hợp xảy xung đột, trạm phải hủy bỏ điện mình, chờ thời gian ngẫu nhiên thử gửi lại Hình 2.13 Minh họa nguyên tắc làm việc CSMA/CD Nếu A C xảy xung đột phải sau thời gian chờ ngẫu nhiên thử gửi lại Tuy nhiên thời gian chờ ngẫu nhiên phải theo tính theo thuật tốn để cho thời gian chờ ngắn cách hợp lý không giống trạm chờ Thông thường thời gian chờ bội số hai lần thời gian lan truyền tín hiệu TS Chương Hệ thống điều khiển nhà máy Thuật toán tiếng để giải vấn đề có tên BEB (Binary Exponential Backoff) Với nội dung sau: Khe thời gian: thời gian lan truyền tín hiệu lần qua lại đường truyền Giá trị tính cho tối đa 2,5 km đường truyền bốn lặp 512 thời gian bit hay 51,2 µs Sau lần xảy xung đột đầu tiên, trạm chọn ngẫu nhiên lần khe thời gian chờ trước thử gửi lại Nếu hai trạm ngẫu nhiên chọn khoảng thời gian, có xung đột với trạm thứ ba, số khe thời gian lựa chọn chờ 0, 1, Sau lần xung đột thứ i, số khe thời gian chọn ngẫu nhiên nămg khoảng (2 i -1) Tuy nhiên sau 10 lần xung đột, số khe thời gian chờ tối đa giữ lại 1023 Sau 16 lần xung đột liên tiếp, trạm coi lỗi hệ thống báo trở lại lớp giao thức phía để xử lý Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than CHƯƠNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÂN CẤP LIỆU CHO MÁY NGHIỀN THAN 3.1 Than vai trị cơng nghệ sản xuất xi măng 3.1.1 Vai trò than Than nhiên liệu chủ yếu sử dụng dây chuyền sản xuất xi măng Hai khâu quan trọng bậc công nghệ sản xuất xi măng là: khâu tiền canxi hóa (precalxiner) khâu nung clinker sử dụng lượng từ việc đốt than Lý than sử dụng dây chuyền sản xuất xi măng ưu điểm so với dạng nhiên liệu khác dầu nặng hay khí gas Mà bật số ưu điểm vượt trội tính kinh tế: than rẻ nhiều so với hai dạng nhiên liệu dầu nặng khí đốt, đảm bảo tiêu kĩ thuật Một lý khác trữ lượng than giới lớn, đảm bảo cho hoạt động lâu dài nhà máy xi măng Đặc biệt Việt Nam, trữ lượng than lớn mỏ Quảng Ninh đảm bảo việc cấp nhiên liệu ổn định mà đảm bảo giá mức hợp lý cho nhà máy xi măng 3.1.2 Các tiêu chất lượng than Loại than sử dụng nhà máy xi măng nói chung nhà máy xi măng Bút Sơn nói riêng than antraxit, hay gọi than cám So với dạng nhiên liệu khác dầu hay khí đốt, đặc tính than biến thiên khoảng rộng Ví dụ từ loại than antraxit có đặc tính tốt với giá trị calo lớn, hàm lượng chất dễ bay độ ẩm thấp, loại than non có hàm lượng ẩm chất dễ bay chiếm tới 60% Tuy vậy, tính riêng loại than antraxit, đặc tính biến thiên khoảng đáng kể Các đặc tính than tro có ảnh hưởng lớn đến suất tuổi thọ nhà máy Các đặc tính than cần quan tâm bao gồm: Tỉ lệ cacbon nhiệt cháy (carbon content) Hai thông số có tính chất quan trọng chất lượng than, chúng có liên quan tới Tỉ lệ cacbon có than cao dẫn tới nhiệt cháy than lớn Khi nhiệt cháy than lớn đương nhiên lượng than cần sử dụng Tỉ lệ chất dễ bay (Volatile Content) Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Tỉ lệ chất bay có than cao tốc độ than bắt lửa cháy cao Tỉ lệ chất dễ bay cao (trên 35%) cịn có nguy gây nổ cao nhiều so với loại than có tỉ lệ chất thấp (dưới 25%) Loại than có tỉ lệ chất bay 45% địi hỏi cẩn trọng đặc biệt Vì lý an tồn, loại than antraxit sử dụng cơng nghệ sản xuất xi măng thường có tỉ lệ chất bay 10% Đặc tính giãn nở (Swelling properties) Trong trình xử lý, nghiền than, nhiệt độ than nâng lên cao Các hạt than có độ giãn nở định so với kích thước chúng nhiệt độ bình thường Nếu độ giãn nở lớn than dễ cháy hơn, dẫn đến thời gian cháy hạt than nhanh Thành phần ẩm (Moisture Content) Than có hai thành phần ẩm: loại ẩm bề mặt loại ẩm tồn dạng nước kết tinh Thông thường, nước tồn dạng kết tinh mà cao phản ứng hóa học than mãnh liệt khả gây nổ cao Để đảm bảo cho trình đốt than, ẩm tồn dạng bề mặt cần loại bỏ trình nghiền than Ngược lại, ẩm dạng tinh thể không thiết phải loại bỏ, trái lại cần làm giảm q trình khơng q trình đốt nước khơng khí có khả phản ứng cao với than gây nổ Tỉ lệ tro than (Ash Content) Thành phần hóa học tro than có ảnh hưởng đáng kể đến số trình Dẫn đến loại than chọn cần phải có tỉ lệ tro than thích hợp Độ cứng số mài mòn (Hardness and Abrision) Độ cứng than ảnh hưởng đến khả nghiền máy nghiền than, than cứng khó nghiền làm giảm độ mịn bột than Trong số mài mịn than có ảnh hưởng đến tuổi thọ máy nghiền 3.2 Công đoạn nghiền than nhà máy Bút Sơn Than sử dụng dây chuyền sản xuất nhà máy xi măng loại than antraxit Than mua từ tập đoàn Than Khoáng Sản Việt Nam, chở kho chứa nhà máy thông qua đường Nhiệm vụ trình nghiền than đảm bảo cung cấp đủ khối lượng chất lượng than cho trình nung Clinker tiền canxi hóa Chất lượng than bao hàm yếu tố: độ mịn, tỉ lệ bon, tỉ lệ nước, nhiệt độ, tỉ lệ chất dễ bay Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Hình 3.1 Cơng đoạn nghiền than Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than 3.2.1 Quá trình vận chuyển than vào kho chứa Than vận chuyển kho chứa nhà máy chất thành đống Sau đó, than cào lên băng chuyền 1181, đổ xuống băng tải 1190 Băng tải đưa than đến máy rải liệu 1191, than rải thành đống lớn, đống có khối lượng khoảng 7500 Trong trình rải than thành đống, máy rải liệu thực việc đồng than theo kiểu Chevron 3.2.2 Quá trình vận chuyển than lên két chứa Sau rải thành hai đống, than cầu cào 1184 đưa lên băng tải 1185A, vận chuyển xuống băng chuyền 1187 Trong trình vận chuyển than băng chuyền có diễn q trình loại bỏ tạp chất kim loại than nhờ máy tách kim loại 1188 Với mục đích bảo vệ cho máy nghiền than, tránh việc phải nghiền tạp chất kim loại Băng tải 1187 vận chuyển than tới băng tải 1514 Từ đó, than phân phối vào hai két chứa 1500A 1500B, két chứa có dung tích 100 Trong trình vận chuyển than vào hai két chứa có diễn q trình phân loại than Cụ thể, két chứa 1500A chứa than antraxit loại két chứa 1500B chứa than antraxit loại Việc phân phối than vào két chứa dựa sở phân tích phịng thí nghiệm KCS chất lượng than đầu vào Dựa phân tích mà mẻ than tương ứng vận chuyển vào hai két chứa 1500A (than loại 3) 1500B (than loại 4) Và việc thực thông qua điều khiển chiều cho động 1514M1 (là loại động đảo chiều) truyền động cho băng tải 1514 đổ vào hai két 3.2.3 Quá trình nghiền than Than từ hai két chứa 1500A 1500B thông qua hệ thống cân cấp liệu, đưa vào máy nghiền than Và việc điều chỉnh lượng than đưa vào máy nghiền, hay nói cách khác điều chỉnh suất nghiền máy nhiệm vụ hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Ngoài ra, việc điều chỉnh tỉ lệ lượng than loại loại đưa vào máy nghiền hệ thống cân cấp liệu đảm nhận 3.2.4 Quá trình phân phối bột than vào hai két chứa Bột than sau qua khỏi máy nghiền, qua máy phân ly khơng khí, lắng tụ chủ yếu cyclone 1542, lượng than lại thu hồi qua máy lọc bụi tĩnh điện Than mịn đưa qua van điện 1544 (được điều khiển độ mở van động 1544M1) Than đưa tiếp xuống van phân chia 1545A, có nhiệm vụ phân chia lượng than phục vụ hai trình là: nung clinker tiền canxi hóa Van 1545A điều khiển 1545AM1 Tại than phân chia thành đường: Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than - Than phục vụ cho trình nung clinker: đưa xuống két chứa 1520 theo kênh CH1508 Với dung tích chứa 80 - Than phục vụ cho q trình tiền canxi hóa: đưa tới máng 1545 vận chuyển xuống két chứa 1530, dung tích chứa 80 Bảng 3.1 Các thông số máy nghiền than 1506 Thông số Năng suất Tỉ lệ chất dễ bay Kích thước hạt đầu vào Độ mịn (sót lại lưới 90µm) Độ ẩm than: Đầu vào Đầu Nhiệt độ: bình thường max Áp suất Hãng sản xuất Model Số lượng lăn Lực nghiền lăn Đường kính than Đường kính bàn Đường kính lăn Đơn vị t/h % mm % % % C C mmH2O KN mm mm mm Giá trị 30 6-9 max 15 max Max 12 Max 1.5 200 450 -70 PFEIFFER MPS 2450 670 4120 3070 1750 3.3 Hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Như đề cập phần trên, nhiệm vụ trực tiếp hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than đảm bảo trì lượng than cấp ổn định cho máy nghiền, qua điều chỉnh suất máy nghiền 3.3.1 Yêu cầu than sử dụng nhà máy Bút Sơn Than sử dụng công nghệ sản xuất xi măng nhà máy xi măng Bút Sơn than antraxit, có yêu cầu đặc tính sau: - Giá trị nhiệt lượng thấp nhất: 6600 – 7480 kcal/kg - Tỉ lệ chất dễ bay hơi: – % - Tỉ lệ tro than : 10 – 12 % Vì lý an tồn lên loại than có tỉ lệ chất dễ bay cao 8% không sử dụng, chúng dễ gây nổ trình nghiền hay đốt lị gặp tỉ lệ oxi thích hợp Để đạt tỉ lệ than phân loại dựa phân tích mẫu than từ phịng thí nghiệm KCS, thành loại than: than loại than loại Khi tiến hành cấp liệu Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than cho máy nghiền: than tiến hành trộn theo tỉ lệ 40% than antraxit loại 60% than antraxit loại 3.3.2 Nhu cầu than sử dụng dây chuyền sản xuất nhà máy Than sử dụng hai công đoạn quan trọng nhà máy: cơng đoạn tiền canxi hóa (Precalxiner) cơng đoạn lị nung Trong đó, tương quan lượng than sử dụng: cơng đoạn tiền canxi hóa chiếm khoảng 60% lượng than sử dụng, công đoạn lị nung chiếm 40% cịn lại Trong q trình khởi động, bắt đầu với q trình sấy lị, dầu MFO đốt để sưởi lị nung Và q trình sấy lị thơng thường tới 24 Sau khoảng 24 sấy lò với dầu MFO, nhiệt độ lò lúc đạt khoảng 950 0C bắt đầu q trình khởi động vịi đốt than cho lị nung Lượng cấp liệu cho lò nung giai đoạn khởi động Song song với việc khởi động vòi đốt than việc khởi động trình cấp liệu cho lị nung Vì lý an tồn để tránh gây rung động cho lị nung Q trình cấp liệu cho lò nung giai đoạn khởi động thực với 50% cơng suất lị nung Tại nhà máy Bút Sơn, lò nung thiết kế với công suất 4000 Clinker/ngày (tương ứng lưu lượng thô 270 tấn/h) , trình khởi động lị nung, q trình cấp liệu thực với mức 135 tấn/giờ Sau đó, lượng liệu cấp tăng lên dần đạt tới mức giá trị đặt vịng -9 sau Tốc độ quay lò nung Tốc độ quay lò nung cần đảm bảo hợp lý tương quan với lượng cấp liệu Công thức kinh nghiệm sau áp dụng cho việc xác định tốc độ quay lò nung mà nhà thầu Technip Cle sử dụng: Tốc độ quay lị nung (v/ph) = 0,01005 × lưu lượng liệu thơ (t/h) (3-1) Vì thời gian liệu thơ qua tháp sấy ngắn nên tốc độ lò quay cần điều chỉnh tương ứng với tỉ lệ liệu cấp, tránh gây rung động (shockwave) cho lò quay Lượng than cấp cho lò Calxiner Lưu lượng than cấp cho lò quay hai Calxiner phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố: lưu lượng liệu cấp tốc độ lò quay Và lượng than tiêu thụ giai đoạn khởi động nói chung lớn giai đoạn vận hành ổn định, lý do, giai đoạn khởi động, trình hồi lưu nhiệt, cân nhiệt chưa đạt tới độ tối ưu Nhà thầu Technip Cle dẫn việc cấp than cho lò quay Calxiner theo bảng sau: Bảng 3.2 Lượng than cấp cho trình khởi động Thời gian Lưu lượng Tốc độ lò Than cấp cho Than cấp cho Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than (giờ) liệu (tấn/giờ) quay (vòng/phút) lò quay (kg/giờ) Calxiner (kg/giờ) 0,3 139 139 139 166 193 219 232 245 257 270 270 1,75 1,75 1,40 1,67 1,94 2,19 2,33 2,46 2,58 2,71 2,71 7620 7500 7140 7000 6960 6960 6960 6960 6960 6960 6960 7050 7050 7050 7860 8300 9050 9280 9670 10040 10460 10460 Với lưu ý lưu lượng liệu thô 270 tấn/giờ tương ứng với suất 4000 Clinker/giờ, mức cơng suất thiết kế cho lị quay nhà máy xi măng Bút Sơn Gốc thời gian “0” tính từ lúc bắt đầu cấp liệu cho lị bắt đầu q trình đốt than Tức khoảng 24 kể từ bắt đầu trình khởi động 3.3.3 Các thành phần hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Hình 3.2 Hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than nhà máy xi măng gồm có thành phần sau: Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than - Hai băng tải xích 1503A 1503B có nhiệm vụ vận chuyển than từ hai két chứa tương ứng 1500A 1500B, đưa tới hai cân cấp liệu tương ứng 1504A 1504B - Hai cân cấp liệu 1504A 1504B: có nhiệm vụ phản hồi lượng liệu có hai băng tải cho hệ thống điều khiển - Băng tải 1505A: nhận than từ hai cân cấp liệu 1504A 1504B, vận chuyển cấp cho máy nghiền than 1506 Ta có nhận xét quan trọng: khác với hệ thống cân cấp liệu than nhà máy khác (thường có nhánh cấp liệu với băng tải cấp liệu băng tải vận chuyển), hệ thống cân cấp liệu nhà máy gồm có hai nhánh cấp liệu với thành phần Điều có ưu điểm sau: - Bảo đảm chất lượng than: từ khâu vận chuyển than nhà máy, than phân loại thành hai: loại loại 4, sau q trình cấp liệu, hai loại than lại trộn theo tỉ lệ với Điều đảm bảo chất lượng than đầu vào cho trình nghiền than than nhập nhà máy có chất lượng khơng thật tốt - Khả phòng ngừa cố: Tại nhà máy khác, có nhánh cấp liệu than, xảy cố băng chuyền thực vấn đề nghiêm trọng: dẫn tới hoạt động nghiền than bị ngừng trệ, thiếu than cấp cho lị nung Calxiner, dầu đốt phải thay than trường hợp này, gây tổn thất đáng kể dầu đốt đắt Tại nhà máy Bút Sơn, nhờ có hai nhánh cấp liệu nên nhánh bị hỏng nhánh cịn lại hoạt động hết cơng suất để bù lại lượng than thiếu, đó, giảm thiểu tổn thất gây nên 3.3.4 Các mạch vịng điều khiển Trong hệ thống điều khiển tồn mạch vòng điều khiển: Mạch vịng ngồi mạch vịng điều chỉnh lưu lượng than cấp, mạch vòng mạch vòng điều chỉnh tốc độ băng tải cấp liệu Lưu ý, hệ thống điều khiển số với tham gia máy tính điều khiển PLC Người vận hành can thiệp, điều chỉnh giá trị đặt cho mạch vịng điều khiển Có thể biểu diễn mạch vòng sau: Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Hình 3.3 Các vịng điều khiển hệ thống cân cấp liệu Việc điều khiển hệ thống cân cấp liệu sử dụng hai mạch vòng PID1 PID2, điều khiển số, thực PLC biến tần 3.4 Hệ thống cân định lượng Hình 3.4 Cân băng định lượng Nguyên lý cân định lượng thể hình vẽ sau đây: Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Hình 3.5 Nguyên lý cân định lượng Đặc điểm bật cân định lượng hệ thống cân cho trình liên tục Dòng chảy vật liệu băng tải vận chuyển liên tục phục vụ cho trình sản xuất, việc đo lường điều khiển cân tương đối phức tạp Nguyên lý hoạt động hệ thống cân định lượng sau: nhiệm vụ hệ thống cân định lượng điều khiển lưu lượng liệu Giá trị lưu lượng liệu tính theo công thức sau: Q(t) = q(t).v(t) (3-2) Với Q(t) [kg/s]: giá trị lưu lượng liệu băng tải thời điểm t q(t) [kg/m]: khối lượng liệu băng tải đơn vị chiều dài v(t) [m/s]: vận tốc băng tải thời điểm t Trong thực tế, lưu lượng liệu cấp Q thường quy đổi đơn vị tấn/giờ Về hệ thống cân định lượng gồm có phận sau: - Băng tải: có nhiệm vụ chuyên chở vật liệu, nơi gắn thiết bị cảm biến, truyền động Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than - Các cảm biến: có nhiệm vụ đo lường giá trị khối lượng liệu có băng tải (tại thời điểm tại, thông qua áp lực khối lượng liệu gây nên băng tải, cảm biến thường dùng loadcell), đo vận tốc băng tải: cảm biến thường dùng loại encorder - Bộ tổng hợp (Integrator): có nhiệm vụ nhận tín hiệu đo lường từ hai loại cảm biến tổng hợp lại, tính tốn giá trị lưu lượng liệu theo công thức (1) Giá trị phản hồi điều khiển (PLC) - Bộ điều khiển tốc độ - động cơ: có nhiệm vụ điều khiển vận tốc băng tải, thơng qua đó, điều chỉnh lưu lượng liệu 3.4.1 Các cảm biến sử dụng hệ thống cân băng Có hai loại cảm biến sử dụng là: cảm biến đo vận tốc băng tải (encorder) cảm biến đo áp lực (loadcell) Load cell Có nhiệm vụ đo lường áp lực khối lượng vật liệu có gây nên băng tải, phản hồi cho tổng hợp để tính tốn lưu lượng liệu Nguyên tắc hoạt động: loadcell gồm có cấu đo điện trở lực căng, mỏng, loại dán Các điện trở dán lên đối tượng cần đo Khi có lực tác dụng lên đối tượng, điện trở dán thay đổi (hiệu ứng Tenzo) Đo thay đổi này, ta tính tốn áp lực đặt lên đối tượng Để đo thay đổi điện trở miếng dán, ta thường sử dụng mạch cầu cân (cầu Wheatstone) cấp nguồn chiều hình vẽ: Hình 3.6 Mạch cầu Wheatstone Khi cầu khơng làm việc, điệnt trở trạng thái cân bằng: RT R4  R2 R3 (3-3) Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Khi đối tượng làm việc, chịu lực tác dụng, R T thay đổi thành εTRT Lúc đó, cầu cân ta tính giá trị điện áp theo công thức: (1   R ) RT R3  R2 R4 U  U (3-4) [(1   R ) RT  R4 ](R2  R3 ) Người ta thường chọn: R2 = R3 = R4 = RT0 Khi đó, cơng thức xấp xỉ thành: U  0.5Uk R (3-5) Thông qua giá trị đo Ura sau chuẩn hóa, chuyển đổi dạng tín hiệu chuẩn -20 mA Thơng tin áp lực, đại lượng thể khối lượng liệu, gửi tổng hợp Cảm biến loadcell sử dụng cân cấp liệu than thuộc loại MCS Có số thơng số sau: - Độ xác: 0.5 – 1% tùy theo ứng dụng - Tải trọng cân: 13 – 130 - Hệ số nhiệt độ: 0.050%/0C - Độ nhạy: 1,5mV/V - Điện trở cách điện: 20MΩ Cảm biến đo vận tốc – Encorder Encorder loại cảm biến đo vận tốc thông dụng Encode đo tốc độ quay động cơ, vật trung gian thường dùng đĩa gắn liền với trục quay cần đo tốc độ Đĩa có cấu tạo tuần hồn: bề mặt đĩa chia thành p phần nhau, phần mang dấu hiệu đặc trưng lỗ, đường vát, bánh Một cảm biến thích hợp đặt với vật trung gian để ghi nhận cách ngắt quãng có dấu hiệu qua lần cung cấp tín hiệu xung Biểu thức tần số f tín hiệu xung viết dạng: f = p.N (3-6) Trong f tần số đo Hz, p số lượng dấu hiệu đĩa N số vòng quay đĩa giây Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Hình 3.7 Cấu tạo phận đo tốc độ quay Encode Vật quay phải có vùng phản xạ bố trí tuần hồn hình trịn chiếu tia sáng, vật gắn với đĩa có phần suốt xen kẽ phần chắn sáng đặt nguồn sáng đầu thụ quang Đầu thu quang nhận thơng lượng biến điệu phát tín hiệu có tần số tỷ lệ với tốc độ quay biên độ tín hiệu khơng phụ thuộc vào ω Phạm vi tốc độ đo phụ thuộc vào hai yếu tố chính: - Số lượng lỗ đĩa quay - Dải thông đầu thu quang mạch điện tử Để đo tốc độ nhỏ, thí dụ ~ 0,1 vịng/phút, phải dùng đĩa có số lượng lỗ lớn (500÷1000) Trong trường hợp cần đo tốc độ lớn (10 5÷106 vịng/phút) phải sử dụng loại đĩa quay có lỗ, tần số ngắt mạch điện đại lượng xác định tốc độ cực đại đo Ưu điểm : Ở thông tin thu nhận tần số nên có khả chống nhiễu, chống suy giảm dễ biến đổi sang dạng số 3.4.2 Bộ tổng hợp (Integrator) Bộ tổng hợp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc cảm biến đo áp lực, sau chuyển đổi thành thơng tin lưu lượng liệu, phản hồi cho điều khiển Tùy theo thiết kế mà tổng hợp đảm nhiệm thêm số chức khác Tại nhà máy, tổng hợp sử dụng cho cân băng thuộc loại BW500 Các tính hiển thị cảnh báo: Các giá trị cân băng như: tốc độ, lưu lượng liệu, tổng khối lượng … thể hình hiển thị BW500 Khi giá trị vượt ngưỡng đặt trước BW500 báo tín hiệu cảnh báo lên hình hiển thị Kết nối với PLC S62 Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Việc kết nối BW500 điều khiển tốc độ cho động chiều truyền động cho băng tải 1503 việc kết nối với PLC thông qua cổng vào tương tự, sử dụng tín hiệu -20 mA Kết nối với cảm biến Trong hệ thống cân cấp liệu BW500 sử dụng hai cảm biến áp lực cảm biến tốc độ Việc kết nối đơn giản, BW500 tương thích với loại cảm biến trình bày phần Kết nối BW500 loại cảm biến sử dụng loại cáp sau: - Kết nối với hai cảm biến loadcell: sử dụng cáp loại Belden9260, lõi dây cáp, chiều dài cho phép tối đa 150m Kết nối với chân BW 500: chân số 1, 2, 3, 11, 12, 13, 14 - Kết nối với cảm biến tốc độ: cáp sử dụng Belden8770, lõi dây cáp, chiều dài tối đa cho phép 300m Kết nối với chân tương ứng BW500: chân số 16 (trắng), 17 (đen) 19 (đỏ) 3.4.3 Các thủ tục trước vận hành cân băng Những nguyên nhân gây sai số Do đặc điểm đo lường điều khiển cân băng diễn nguyên vật liệu vận chuyển liên tục nhiều nguyên nhân gây sai số như: - Do trọng lượng riêng phần băng tải chuyển động ảnh hưởng đến kết đo loadcell - Do sức căng băng không đủ, gây sai số cho kết đo - Do độ trượt băng cao su với Puli đầu trục, gây ảnh hưởng tới kết đo tốc độ băng tải - Do vận tốc vận chuyển có giới hạn nên gây độ trễ kết đo so với giá trị thực tế Trước vận hành cân băng có thủ tục quan trọng sau cần thực để đảm bảo cho cân băng hoạt động xác Hiệu chỉnh độ căng băng Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Hình 3.8 Ảnh hưởng sức căng băng lên kết đo load cell Đối với băng tải cao su nào, cấu hiệu chỉnh độ căng băng phận thiếu Trước đưa vào hoạt động, băng tải cao su cần hiệu chỉnh để đạt độ căng băng hợp lý, tránh gây sai số kết đo Thơng thường, cấu hiệu chỉnh cân băng gồm có thành phần hình vẽ sau: Hình 3.9 Hiệu chỉnh độ căng băng với lăn trượt Trong có cấu trên, lăn di chuyển dọc theo chiều dài cân băng di chuyển theo chiều lên xuống, từ ảnh hưởng tới sức căng băng Điều chỉnh vị trí lăn này, ta hiệu chỉnh sức căng băng tải Chỉnh định bù tốc độ băng tải Do độ trượt băng tải nên tốc độ cân băng bị đo với sai số đáng kể ể đạt độ xác cao việc tính tốn lưu lượng liệu tốc độ băng tải cần tổng hợp định giá trị với giá trị thực tế Nói cách khác, giá trị tốc độ băng tải hiển thị hình tổng hợp phải xác so với giá trị tốc độ thực tế Nếu tốc độ sai khác, ta phải tiến hành bù tốc độ cho băng tải Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Hình 3.10 Ảnh hưởng độ trượt lên kết đo cảm biến tốc độ Cách tiến hành chỉnh định Để chỉnh định lại tốc độ băng tải ta tiến hành phép thử nhiều lần với phép đo vận tốc chuẩn, sau tiến hành bù lại sai lệch cho điều khiển Chỉnh định “điểm không”cho loadcell (Zeroing) Vấn đề: Áp lực tác động lên loadcell gồm có hai thành phần sau: + Áp lực khối lượng riêng băng tải chuyển động tác động lên + Áp lực liệu chuyển động gây nên Cả hai thành phần áp lực gây áp lực nên loadcell ảnh hưởng đến điện áp đầu loadcell Tuy nhiên, có khối lượng liệu cân nên ảnh hưởng khối lượng băng tải cần phải triệt tiêu Nói cách khác tổng hợp cần hiểu thành phần điện áp đầu loadcell băng tải gây nên cần phải bỏ qua, coi “điểm khơng” Cách chỉnh định Bất kỳ tổng hợp cần có chức chỉnh định này, thực thơng qua giao diện với người sử dụng Người sử dụng thơng qua bàn phím tổng hợp để chỉnh định lại “điểm không” Việc chỉnh định tiến hành thông qua thực nghiệm cho băng tải không chở liệu chuyển động Ảnh hưởng áp lực gây nên bù loại bỏ Chỉnh định SPAN Vấn đề: để băng tải hoạt động xác, tức lưu lượng liệu thể hình LCD tổng hợp xác với lưu lượng thực tế ta cần tiến hành chỉnh định Span Cách làm thông dụng chỉnh định span thực kiểm tra việc cân liệu với khối lượng mẫu liệu biết trước So sánh khối lượng liệu thể LCD Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than tổng hợp với khối lượng thực mẫu, độ lệch nằm phạm vi cho phép kết thúc chỉnh định Nếu không, cần tiến hành lại nhiều lần để việc chỉnh định xác Hình 3.11 Thực nghiệm để chỉnh định span 3.4.4 Điều chỉnh động điện chiều truyền động cho cân băng Hệ thống cân băng sử dụng động điện chiều truyền động cho băng tải Động điện chiều sử dụng cấp nguồn điều khiển điều khiển động điện chiều Bộ điều khiển cấp tín hiệu điều khiển từ BW500 trình bày phần Bộ điều khiển động điện chiều Trong hệ thống cân băng cấp liệu cho máy nghiền than, điều khiển sử dụng thuộc loại 6RA70 Bộ điều khiển thiết kế để điều khiển động điện chiều Với dòng điện phần ứng làm việc dải 15 – 1680A, dịng kích từ cho động điện chiều điều chỉnh lên tới 85A tùy thuộc dải dịng điện phần ứng làm việc Hình 3.12 Bộ điều khiển động điện chiều 6RA70 Về bản, 6RA70 gồm có mơđun sau: Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than - Các module mạch lực: + Bộ chỉnh lưu cầu pha: gồm có hai chỉnh lưu cầu pha mắc song song ngược, cho phép điều chỉnh góc phần tư + Bộ chỉnh lưu pha: lấy nguồn từ pha cấp cho biến đổi, chỉnh lưu thành dịng chiều để kích từ cho động chiều + Hệ thống công tắc tơ đóng cắt nguồn cấp + Hệ thống cầu chì bảo vệ cho phần tử bán dẫn … - Các module điều khiển: module điều khiển xây dựng dựa cấu trúc vi xử lý, có nhiệm vụ như: điều khiển xung phát cho mạch lực, điều khiển hình hiển thị giao tiếp với người dùng, điều khiển tín hiệu vào/ra … - Các module truyền thông: số ứng dụng đòi hỏi, 6RA70 cho phép ghép thêm module để thực truyền thông theo chuẩn: profibus dp … Hình 3.13 Sơ đồ tổng qt mơđun điều khiển 6RA70 Khối mạch lực Các điều khiển động điện chiều thường điều khiển theo hay góc phần tư Để làm điều đó, mạch lực điều khiển gồm có hai chỉnh lưu cầu pha thyristor mắc song song ngược Tuy nhiên, số ứng dụng không cần đảo chiều quay động nên mạch lực cần có chỉnh lưu cầu pha thyristor Do băng tải 1503 không cần đảo chiều quay nên 6RA70 có chỉnh lưu cầu pha cấp cho động 1503M1 Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than Hình 3.14 Sơ đồ khối chỉnh lưu 6RA70 Bộ chỉnh lưu môđun thành phần mơđun mạch lực 6RA70 Ngồi ra, cịn có mơđun khác như: mơđun cấp nguồn cho cơng tắc tơ, cầu chì bảo vệ cho thyristor… Khối trung tâm điều khiển CUD1 Khối điều khiển trung tâm CUD1 có nhiệm vụ điều khiển tất hoạt động như: điều khiển tín hiệu vào/ra tương tự số, điều khiển việc giao tiếp với người sử dụng thơng qua bàn phím, điều khiển cấp phát xung cho thyristor mạch lực v.v… Thông qua cổng giao tiếp X109, CUD1 thực giao tiếp, điều khiển hoạt động khối hình hiển thị, bàn phím, xử lý tín hiệu cảnh báo, điều khiển khối phát xung cho thyristor mạch lực … Thiết lập thông số 6RA70 Để điều khiển 6RA70 thực nhiệm vụ hệ thống cân băng, ta cần thiết lập thơng số cho như: - Nhận tín hiệu tốc độ đặt tín hiệu tương tự – 20 mA từ PLC - Độ phân giải tín hiệu 12 bit - Phương pháp điều khiển tốc độ động điều khiển điện áp phần ứng - Thiết lập thông số PID cho điều khiển tốc độ v.v… Để thiết lập chế độ hoạt động người sử dụng thơng qua bàn phím hình hiển thị 6RA70 Nhập thơng số cho động - Truy nhập P100 để nhập dòng định mức động : 15 (A) - Truy nhập P101 để nhập điện áp định mức động : 500 (VDC) - Truy nhập P102 để nhập dịng kích từ định mức cho động Chương Nghiên cứu hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than - Truy nhập P114 để nhập giá trị thời gian tải mà động chịu được: 10 (phút) Nhập thông số cho đầu vào analog - Truy nhập đặt P700 = : giá trị tốc độ tín hiệu analog – 20 mA - Truy nhập đặt P707= ±12 (bits) để chọn độ phân giải 12 bits (4*2048 thang chia) cho tín hiệu vào tương tự Nhập thơng số cảm biến tốc độ - Truy nhập đặt P083 = : tốc độ phản hồi lấy từ Encorder - Truy nhập đặt P140 = 1: mặc định loại xung encorder - Truy nhập P141 để nhập thơng số encorder: số xung/vịng - Truy nhập đặt P142=1 để chọn nguồn cấp 15V cho encorder Nhập thơng số cho mạch kích từ - Truy nhập đặt P082=1 để chọn nguồn cấp lấy từ mạch lực Thiết lập giá trị cho chế độ đặt - Để mặc định thơng số P433=K0011 để tín hiệu đặt lấy từ đầu vào analog chân khối X174 6RA70 Thiết lập thơng số cho điều khiển dịng phần ứng - Truy nhập thông số P155 để đặt giá trị cho KP (trong khoảng 0.01 ÷ 200, step : 0.01) - Truy nhập thông số P156 để đặt giá trị cho T I (trong khoảng 0.001÷ 10s, step: 0.001s) - Nếu P051 = 25: thiết lập chế độ tối ưu cho điều khiển dịng phần ứng, đó, thơng số KP TI điều chỉnh dịng phần ứng điều chỉnh tự động liên tục (online) tùy theo thông số thực hệ thống Thiết lập thông số cho điều khiển tốc độ - Truy nhập thông số P255 để đặt giá trị cho KP (trong khoảng 0.1 ÷ 200, step : 0.01) - Truy nhập thông số P266 để đặt giá trị cho TI (trong khoảng 0.01÷ 10, step: 0.001s) - Truy nhập thông số P228 để thiết lập số thời gian cho khâu lọc tín hiệu điều khiển tốc độ ( 0÷ 1000ms, step: 1ms) - Nếu P051 = 26: thiết lập chế độ tối ưu cho điều khiển tốc độ, đó, thơng số KP TI số thời gian cho mạch lọc điều chỉnh tốc độ điều chỉnh tự động liên tục (online) tùy theo thông số thực hệ thống Chương Tính tốn điều khiển lập trình PLC CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH PLC 4.1 Tính toán điều khiển Để điều chỉnh hệ thống cân cấp liệu than, hệ thống điều khiển gồm có mạch vòng điều khiển: - Mạch vòng điều chỉnh lưu lượng thực PLC - Mạch vòng nó: mạch vịng tốc độ, thực điều khiển động chiều Ngồi ra, phía mạch vịng tốc độ cịn có mạch vịng điều chỉnh dịng để hạn chế dịng phần ứng Hình 4.1 Các mạch vòng điều chỉnh Đối với điều khiển động chiều 6RA70, chế độ điều khiển cho phép lựa chọn tối ưu mạch vòng điều chỉnh dòng phần ứng, tối ưu mạch vòng điều chỉnh tốc độ Đối với hệ thống cân, yêu cầu nên ta chọn tối ưu mạch vòng tốc độ Khi đó, thơng số điều khiển PI mạch vịng dịng phần ứng người sử dụng nhập thơng qua bàn phím giữ ngun q trình hoạt động Các thông số điều khiển PI mạch vòng điều chỉnh tốc độ điều chỉnh linh hoạt theo thông số thực hệ thống, có nghĩa hệ số K P TI điều khiển thay đổi (trong khoảng giá trị cho phép nhà sản xuất quy định) Chương Tính tốn điều khiển lập trình PLC 4.1.1 Bộ điều khiển dòng điện phần ứng Bộ điều khiển thực điều khiển động chiều 6RA70 Để thiết kế điều khiển PID số, ta tiến hành phương pháp thiết kế miền thời gian xấp xỉ liên tục Theo phương pháp này,việc tổng hợp tiến hành theo bước: - Tổng hợp điều khiển PI liên tục - Chọn chu kỳ trích mẫu T1 - Tiến hành gián đoạn hóa điều khiển PI, tạo điều khiển PI số Tổng hợp điều khiển PI liên tục Trước hết, ta xét mơ hình mạch vịng dịng điện sau: Hình 4.2 Sơ đồ khối mạch vịng dịng điện Trong đó: Tf , Tđk , Tv0 , Tư , Ti : số thời gian mạch lọc, mạch điều khiển chỉnh lưu, chuyển mạch chỉnh lưu, số thời gian phần ứng sensor dòng điện Rư: điện trở mạch phần ứng Ud  K cl : hệ số khuếch đại chỉnh lưu  Trong trường hợp hệ thống truyền động điện có số thời gian học lớn nhiều lần so với số thời gian điện từ mạch phần ứng ta coi sức điện động động khơng ảnh hưởng tới q trình điều chỉnh mạch vòng dòng điện ( tức coi E=0 thiết kế Ri ) Hàm truyền đối tượng điều chỉnh sau: Soi ( p)  K cl Ki / Ru (1  pT f )(1  pTdk )(1  pTvo )(1  pTu )(1  pTi ) (4-1) Trong đó, số thời gian Tf , Tđk , Tv0 , Ti nhỏ so với số thời gian điện từ Tư Đặt Ts = Tf + Tđk + Tv0 + Ti viết lại hàm truyền đối tượng điều chỉnh sau: Soi  K cl K i / Ru (1  pTs )(1  pTu ) (4-2) Chương Tính tốn điều khiển lập trình PLC ( Trong đó, Ts