Việc áp dụng kỹ thuật tiến tiến vào trong quá trình sản xuất là một việc làm cần thiết để nâng cao năng suất lao động. Một quá trình sản xuất có khả năng tự động cao sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế. Tuy nhiên, việc áp dụng tự động hoá vào trong quá trình sản xuất xi măng là một bài toán hết sức khó khăn. Yêu cầu đối với hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất xi măng là không những đảm bảo yêu cầu công nghệ mà còn phải đảm bảo được sự ổn định, chất lượng và sản lượng luôn ở mức tối đa có thể. Do đó, việc nghiên cứu, phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho nhà máy xi măng là vô cùng quan trọng
Trang 1SVTH : Nguy n Ti n Quang ễn Tiến Quang ến Quang Page 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU -2
PHẦN I MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
1.Khái quát chung về hệ thống sản xuất xi măng -3
2.Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy -5
PHẦN II NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS
1.Giới thiệu về hệ thống điều khiển DCS -8
2.Hệ thống điều khiển DCS của nhà máy xi măng Long Sơn -12
PHẦN III BỘ ĐIỀU KHIỂN AC 902F CONTROLLER
1.Giới thiệu AC 902F CONTROLLER -16
2.Đặc tính kỹ thuật AC 902F CONTROLLER -20
PHẦN IV KẾT LUẬN -24
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển xã hội, quá trình công nghiệp hóa cũng phát triển một cách mạnh mẽ và không ngừng Những công trình công nghiệp được xây dựng ngày càng nhiều Trong đó xi măng là vật liệu quan trọng trong xây dựng; xi măng là một loại vật liệu kết dính được hình thành bằng cách pha trộn hỗn hợp đá vôi, đá sét, thạch cao…và một số loại phụ gia cần thiết sau đó nung
như Đan Mạch, Anh, Pháp, Mỹ…vào cuối thế kỷ 19 Đến đầu thế kỷ 20, xi măng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu trong xây dựng và phát triển kinh tế.
Việc áp dụng kỹ thuật tiến tiến vào trong quá trình sản xuất là một việc làm cần thiết để nâng cao năng suất lao động Một quá trình sản xuất có khả năng tự động cao
sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế Tuy nhiên, việc áp dụng tự động hoá vào trong quá trình sản xuất xi măng là một bài toán hết sức khó khăn Yêu cầu đối với hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất xi măng là không những đảm bảo yêu cầu công nghệ mà còn phải đảm bảo được sự ổn định, chất lượng và sản lượng luôn ở mức tối đa có thể.
Do đó, việc nghiên cứu, phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho nhà máy xi măng là vô cùng quan trọng Với ý nghĩa đó Bài tâp lớn của em được đặt ra:
Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất xi măng – Công ty xi măng Long Sơn
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng vì thời gian không nhiều cộng với lượng kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh được sự thiếu sót và nhầm lẫn Rất mong nhận được những đóng góp quý báu của các thầy giáo cùng bạn bè để bài tập lớn được hoàn thiện hơn.
Sau cùng em xin chân thành cám ơn TS.Nguyễn Mạnh Tiến đã nhiệt tình
hướng dẫn em thực hiện bài tập lớn này.
Trang 3PHẦN I MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG CỦA
CÔNG TY XI MĂNG LONG SƠN
1) Khái quát chung hệ thống sản xuất xi măng
sau :
Trang 52) Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy
Công đoạn khai thác và vận chuyển đá vôi.
Đá vôi được khai thác từ núi đá vôi tự nhiên ở Bỉm Sơn – Thanh Hóa bằng phương pháp nổ mìn, sau đó được vận chuyển đổ vào phễu tiếp liệu, băng tải xích chuyển đá đến máy đập, công suất đập 90t/h Sau khi ra khỏi máy đập có kích thước
≤ 15 mm Sau đó được vận chuyển vào kho, mỗi kho có 2 đống ( đồng nhất sơ bộ), mục đích là đồng thời 1 đống rải thì đống kia được xúc bình thường.
Công đoạn đập và vận chuyển đá sét.
Tương tự đá vôi, đất sét có kích thước < 800 mm được máy xúc để đổ vào phễu tiếp liệu, nhờ băng tải xích đá sét qua búa đập, đập xuống < 75mm, công suất 90t/h Sau đó đá sét được băng tải cao su vận chuyển tới máy cán còn < 25 mm Sau khi cán, đất sét, phụ gia điều chỉnh (quặng sắt, đá silic, quặng bô xít…), than đá và nguyên liệu khác được chất vào kho đồng nhất.
Hệ thống cân băng định lượng.
Từ các Bin chứa liệu, từng loại nguyên liệu được rút ra và chạy qua hệ thống cân băng 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) Tất cả các nguyên liệu đó sẽ được gom vào máy nghiền đứng để nghiền về kích thước yêu cầu, tại đây nguyên liệu được đồng nhất một lần nữa Bột liệu sau khi nghiền được vận chuyển lên silo đồng nhất 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
Công đoạn nghiền.
Liệu sau khi được đồng nhất sơ bộ được đưa vào máy nghiền liệu Máy sấy nghiền có năng suất rất lớn, vật liệu vào máy phải có kích thước < 40 mm Độ ẩm tối
đa 10 % Phối liệu ra khỏi máy nghiền được vận chuyển lên cyclone lắng theo phương pháp phân ly khí động, trong quá trình này hạt qua sàng có độ mịn đảm bảo được thổi lên cyclone, còn hạt thô được hồi lưu trở lại máy nghiền.
Trang 6 Công đoạn đồng nhất liệu.
Phối liệu ở cyclone lắng được tháo vào cyclone sấy theo kiểu tháo chéo Từ tháp đồng nhất, phối liệu được sấy sơ bộ đến gần 10000 trước khi đi vào lò nung Để
có một sản phẩm Clinker ổn định, chúng ta thấy nguyên liệu phải qua ít nhất 4 lần đồng nhất.
lò bởi hệ phun dầu.
Công đoạn nung Clinker.
Lò nung Clinker là loại lò quay bao gồm các hệ thống chính: Hệ thống sấy 5 tầng, lò nung, hệ thống làm mát Lò nung có dạng hình trụ tròn đường kính từ 3-5 mét và dài từ
30 – 80 mét tùy thuộc vào công suất lò Vỏ lò được làm bằng thép chịu nhiệu, bên trong
có lót một lớp vật liệu chịu lửa Góc nghiêng từ 3-5% để tạo độ nghiêng cho dòng nguyên liệu cháy bên trong.Nhiên liệu để nung là bột than được phun ở áp suất cao dưới dạng mù Dòng khí nóng đi ngược từ đáy lò lên đến đỉnh lò Liệu từ
cyclone lắng qua hệ thống sấy 5 tầng được sấy sơ bộ từ 75 ->120 0 C Phối liệu đi vào lò nhiệt độ tăng dần lên phản ứng các pha rắn xảy ra và được kết khối ở 1300 -> 14500 C
tạo thành Clinker.
Công đoạn vận chuyển Clinker.
Clinker ra khỏi lò có nhiệt độ khá cao được làm nguội qua hệ thống làm mát
ghi Hệ thống quạt cao áp đặt bên dưới sẽ thổi gió tươi vào làm nguội nhanh viên Clinker về nhiệt độ 50 - 9000 C.
vào
Trang 7băng cào xích rồi được chuyển lên băng gầu xiên Từ băng gầu xiên Clinker được đổ vào cyclone chứa Ơ đây Clinker được ủ từ 7 đến 15 ngày.
Trang 8 Công đoạn nghiền Clinker.
Clinker, thạch cao và phụ gia được cho vào máy nghiền để nghiền thành xi măng Thành phần Clinker, thạch cao và phụ gia được điều chỉnh theo tỉ lệ phù hợp để đạt được chất lượng xi măng theo yêu cầu Xi măng ra khỏi máy nghiền : Hạt to được hồi lưu lại nhờ hệ thống phân ly, hạt quá nhỏ được thu hồi lại bởi hệ thống lọc bụi.
Đóng bao.
Từ Silo chứa, xi măng sẽ được cấp theo 2 cách khác nhau:
1 Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận hàng xá rời.
2 Cấp qua máy đóng bao, để tọ thành từng bao 50kg giao đến từng phương tiện nhận hàng.
Trang 9PHẦN II NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS
1.Giới thiệu hệ thống điều khiển DCS
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 khởi động lại quá trình ( thay đổi online ).
Trang 10SVTH : Nguy n Ti n Quang ễn Tiến Quang ến Quang Page 10
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.
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.
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 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.
c Thành phần chính
Một hệ điều khiển phân tán DCS bao gồm các thành phần chính sau:
Trang 11SVTH : Nguy n Ti n Quang ễn Tiến Quang ến Quang Page 11
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, v.v
d 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.
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 độc
Trang 12SVTH : Nguy n Ti n Quang ễn Tiến Quang ến Quang Page 12
lập 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.
Tính sẵn sàng và độ tin cậy
Các hệ điều khiển phân tán DCS hiện đại đều có các cơ chế dự phòng, an toàn, khởi động lại khi xảy ra sự cố cũng như các chế độ bảo trì, chẩn đoán và chỉ thị lỗi Bên cạnh đó, các hệ DCS cũng cho phép người sử dụng cài đặt các chế độ bảo mật để hạn chế, kiểm soát quyền truy nhập dữ liệu và điều khiển.
e Phân biệt SCADA và DCS
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:
Mục tiêu: một hệ DCS thường hướng tới quá trình, còn SCADA hướng 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.
Chức năng: trong một hệ DCS, hệ thống điều khiển có vòng điều khiển 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.
Kết nối: trạm vận hành của DCS thường được kết nối với các trạm vào/ 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 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.
Trang 132 Hệ thống điều khiển phân tán DCS của nhà máy xi măng Long Sơn
Trang 14Toàn 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.
Tầng trên cùng là năm trạm vận hành OS1, OS2, OS3, OS4 và OS5
( Operator Station) để điêu 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 vôi, đập đá shake; vận chuyển và chứa phụ gia; đóng gói bao, sản xuất bao
và xi măng rời; cảng nhà máy; các trạm điện của nhà máy Hệ thống thiết kế sao cho mỗi trạm vận hành OS có thể kiểm ta và giám sát từ 2 công đoạn trở nên.
- Các máy in báo động, cảnh báo, báo cháy, máy hardcopy màu.
- Trạm kỹ thuật ES( Engineer Station) sử dụng cho việc biên soạn, lưu
chương trình và đào tạo kỹ thuật.
Tất cả được kết nối như một mạng LAN theo chuẩn Ethernet ( TCP/IP) Các trạm PCS là các PLC AC 902F Các khu vực quan trọng đều được trang bị PLC với 2 Processor/CPU Các trạm này được kết nối với tuyến cáp dữ liệu kép để đưa về hệ thống Connectivity Sever Thông tin giữa các sever với các trạm vận hành và điều khiển quá trình liên hệ với nhau bằng hệ thống cáp quang kéo sợi thủy tinh theo chuẩn Ethernet(TCP/IP) Mạng này gọi là Cleint/Server Network.
Các tủ phân tán RPC (Remote Periphery Center) chứa các module phân tán S800-I/O, tủ điều khiển động cơtrung tâm MCC (Motor Control Center) chứa các bộ biến tần, các tủ máy cắt… được lắp đặt tại các phòng điện của khu vực sản xuất Số I/O phù hợp từng cụm thiết bị, ngoài ra còn có 20% dự phòng Tất cả đều đưa vềcác CPU AC 902F thông qua tuyến cáp quang.
Từ AC 902F kết nối với các Server qua mạng Ethernet (TCP/IP) còn gọi là Cotrol Network Cotrol Network: Là mạng cục bộ(LAN), việc tối ưu hoá vềthời gian được thực hiện ở mức cao và đáng tin cậy Thời gian của các phản hồi có thể biết