Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện tại nhà máy luyện đồng lào cai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ HẢI ANH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT THU BỤI TĨNH ĐIỆN TẠI NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Hà Nội – Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ HẢI ANH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT THU BỤI TĨNH ĐIỆN TẠI NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật điều khiển tự động hóa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Vũ Vân Hà Hà Nội – Năm 2018 LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn, em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới TS Vũ Vân Hà, thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn quý thầy giảng dạy em suốt q trình học cao học vừa qua Cảm ơn gia đình, anh em bạn bè, đồng nghiệp động viên, hỗ trợ, đóng góp ý kiến giúp em hồn thành luận văn Dù cố gắng với trình độ hiểu biết thời gian nghiên cứu thực tế có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận lời dẫn, góp ý thầy/cô bạn đọc để luận văn em hoàn thiện Em trân trọng cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cơng trình riêng tơi, tơi tự thực hướng dẫn TS Vũ Vân Hà Kết đạt hoàn toàn trung thực Để hồn thành luận văn tơi sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 14 tháng 03 năm 2018 Học viên thực Lê Hải Anh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Phương pháp nghiên cứu Đối tượng đề tài Mục tiêu đề tài Ý nghĩa đề tài Chương 1: 10 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI 10 1.1 Giới thiệu chung 11 1.2 Công nghệ nhà máy Luyện đồng Lào Cai 11 1.3 Hệ thống điều khiển giám sát nhà máy 13 Chương 2: 17 XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI 17 2.1 Phân tích yêu cầu hệ thống điều khiển giám sát 18 2.1.1 Giới thiệu hệ thống thu bụi tĩnh điện 18 2.1.2 Đặc tính Volt- Ampe hệ thống 22 2.1.3 Phân tích yêu cầu điều khiển 23 2.1.4 Phân tích yêu cầu giám sát 26 2.2 Thiết kế hệ thống 26 2.2.1 Lựa chọn giải pháp điều khiển, giám sát truyền thông 26 2.2.2 Lựa chọn thiết bị 28 A Lựa chọn cảm biến nhiệt độ (sensor) 28 B Các module mở rộng 32 C Các thiết bị chấp hành 33 D Bộ điều khiển 35 E Giao diện người-máy HMI 36 2.3 Xây dựng lưu đồ thuật tốn lập trình đo điều khiển 37 2.3.1 Bài toán điều khiển 38 2.3.2 Bài tốn giám sát truyền thơng 41 Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ LẬP TRÌNH CÁC CHƯƠNG TRÌNH 47 3.1 Mạch điện điều khiển 48 3.2 Lập trình chương trình điều khiển 57 3.3 Chương trình 57 3.4 Điều khiển gia nhiệt 61 3.5 Điều khiển đọc thông số điện trở 63 3.6 Thiết kế giao diện HMI 66 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 68 BÀN LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ Nhà máy Luyện đồng Lào Cai 12 Hình 1.2 Màn hình HMI điều khiển điện áp nhà máy 13 Hình 1.3 Tủ điều khiển điều khiển điện áp nhà máy 14 Hình 1.4 Mạch lực điều khiển điều khiển điện áp nhà máy 15 Hình 2.1 Hệ thống thu bụi tĩnh điện 20 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu bụi tĩnh điện 21 Hình 2.3 Đặc tính Vol-Ampe hệ thống 22 Hình 2.4 Nguyên lý ion hóa dịng khí 23 Hình 2.5 Trường hợp bụi khô 24 Hình 2.6 Trường hợp bụi ướt 24 Hình 2.7 Vùng hoạt động thu bụi tĩnh điện 25 Hình 2.8 Giải pháp điều khiển, giám sát truyền thông 27 Hình 2.9 Lưu đồ thuật tốn điều khiển gia nhiệt sứ 28 Hình 2.9 Cảm biến nhiệt độ Pt100 29 Hình 2.10 Module đầu vào 6RTD 30 Hình 2.11 Đồng hồ số Grado 918 31 Hình 2.12 Module mở rộng EM235 32 Hình 2.13 Module EM 223 33 Hình 2.14 Máy biến áp cao GGAJ02- 400mA/72kV 33 Hình 2.15 Động rung rũ bụi 34 Hình 2.16 Bộ lọc cao tần 35 Hình 2.17 PLC S7-200 CPU 226 35 Hình 2.18 HMI Weintek – Easyview MT8000i 36 Hình 2.19 Bài tốn điều khiển 38 Hình 2.20 Xác định tham số theo phương pháp Ziegler−Nichols 39 Hình 2.21 Cài đặt thông số quét 40 Hình 2.22 Đáp ứng đầu hệ thống 40 Hình 2.23 Truyền thông thông số nhiệt độ máy tính 41 Hình 2.24 Truyền thông thông số nhiệt độ PLC 42 Hình 2.25 Cấu trúc tin Modbus RTU 42 Hình 2.26 Switch địa 6RTD 43 Hình 2.27 Giao diện chương trình IO Studio 46 Hình 3.1 Sơ đồ lắp đặt hình 48 Hình 3.2 Sơ đồ đấu dây cho CPU 226 49 Hình 3.3 Sơ đồ đấu dây cho EM235 50 Hình 3.4 Sơ đồ đấu dây cho EM 223 51 Hình 3.5 Điều khiển đầu EM 223 52 Hình 3.6 Điều khiển búa gõ rung rũ bụi 53 Hình 3.7 Điều khiển gia nhiệt buồng sứ 54 Hình 3.8 Điều khiển gia nhiệt trục sứ biến áp 55 Hình 3.9 Sơ đồ đấu dây thu thập nhiệt độ RTD 56 Hình 4.1 Bộ điều khiển 69 Hình 4.2 Màn hình HMI 70 Hình 4.3 Tủ điện điều khiển 70 Hình 4.4 RTD 71 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Chức switch 6RTD 43 Bảng 1.2 Một số mã hàm tiêu biểu Modbus 44 Bảng 1.2 Địa ghi RTD 45 Luận văn tốt nghiệp MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, tất quốc gia khác giới môi trường sống người vấn đề quan tâm hàng đầu, khu cơng nghiệp xử lý bụi khí thải yêu cầu bắt buộc nhà máy Ở Việt Nam khu cơng nghiệp tình trạng khói bụi, khí độc hại thải mơi trường gây ô nhiễm đáng lo ngại Sở Tài Nguyên Mơi Trường tỉnh, Thành phố có quy định việc bắt buộc lắp đặt trạm quan trắc tự động sở sản xuất, nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế, truyền thông Sở ban hành Vì việc trang bị hệ thống xử lý bụi cho nhà máy xí nghiệp yêu cầu bắt buộc cần thiết cho nhà máy Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện nhà máy Luyện đồng Lào Cai” đề tài mang tính ứng dụng thực tế, áp dụng kiến thức học vào thực tiễn Bản thân công tác nhà máy có hiểu biết yêu cầu điều khiển, giám sát nhà máy quy định, tiêu chuẩn trạm quan trắc bụi khí thải, thực có nhiều điều kiện thuận lợi để hoàn thành đề tài Hệ thống điều khiển giám sát nhà máy chuyển giao từ Trung Quốc, qua 10 năm sử dụng hư hỏng, khơng có thiết bị thay thế, nhà máy thuê số công ty thực chưa hiệu Vì vậy, đề tài xuất phát từ yêu cầu thực tiễn nhà máy PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU • Khảo sát thực tế, thống kê, phân tích đánh giá thực trạng, • Xây dựng toán giám sát điều khiển, Luận văn tốt nghiệp Chương trình điều khiển búa âm cực Chương trình điều khiển búa rung rũ bụi Chương trình điều khiển xả bụi Chương trình xử lý tín hiệu nhiệt độ đo Chương trình phân tích trạng thái đầu vào can nhiệt 59 Luận văn tốt nghiệp Chương trình cảnh báo Chương trình xuất tín hiệu đầu PLC Khởi tạo PID 60 Luận văn tốt nghiệp 3.4 ĐIỀU KHIỂN GIA NHIỆT 61 Luận văn tốt nghiệp 62 Luận văn tốt nghiệp 3.5 ĐIỀU KHIỂN ĐỌC THÔNG SỐ ĐIỆN TRỞ Đọc thông số nhiệt độ từ thu thập kênh RTD có Modbus slave Set M30.0 để khởi tạo vòng lặp tin yêu cầu Modbus Master Đọc liệu nhiệt độ trạng thái kênh đo nhiệt độ module 6RTD có địa Modbus 6, chuyển liệu đọc vào vùng nhớ có địa khởi đầu VB0, độ dài 16byte Đọc liệu nhiệt độ trạng thái kênh đo nhiệt độ module 6RTD có địa Modbus 7, chuyển liệu đọc vào vùng nhớ có địa khởi đầu VB20, độ dài 16byte 63 Luận văn tốt nghiệp Đọc liệu nhiệt độ trạng thái kênh đo nhiệt độ module 6RTD có địa Modbus 8, chuyển liệu đọc vào vùng nhớ có địa khởi đầu VB40, độ dài 16byte Đọc liệu nhiệt độ trạng thái kênh đo nhiệt độ module 6RTD có địa Modbus 9, chuyển liệu đọc vào vùng nhớ có địa khởi đầu VB60, độ dài 16byte 64 Luận văn tốt nghiệp 65 Luận văn tốt nghiệp 3.6 THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI Giao diện HMI tủ điều khiển thiết kế phần mềm EasyBuilder Pro cho hình Wientek 66 Luận văn tốt nghiệp 67 Luận văn tốt nghiệp Chương 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 68 Luận văn tốt nghiệp Hình ảnh điều khiển PLC S7-200 module mở rộng EM 223, EM235 tủ điều khiển thu bụi lắp trạm vận hành hệ thống thu bụi nhà máy Trong trình hoạt động, hệ thống làm việc ổn định Hình 4.1 Bộ điều khiển Màn hình điều khiển trạm điều khiển nhà máy Trên hình cài đặt theo dõi thông số nhiệt độ buồng máy biến áp, buồng sứ, trục sứ để kịp thời điều chỉnh 69 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.2 Màn hình HMI Tủ điện điều khiển trạm vận hành thiết kế thêm đèn báo để cơng nhận vận hành quan sát thiết bị từ xa Trên tủ lắp đặt công tắc chuyển mạch auto- manual Hình 4.3 Tủ điện điều khiển 70 Luận văn tốt nghiệp Các thu thập nhiệt độ 6RTD lắp đặt tủ điều khiển thể hình 4.4 với 18 đầu vào từ cảm biến nhiệt Ngồi cịn có thêm hiển thị nhiệt độ đầu dịng khí lị cho người vận hành theo dõi cơng nghệ Hình 4.4 RTD 71 Luận văn tốt nghiệp BÀN LUẬN Sau 08 tháng nghiên cứu, luận văn “ Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển hệ thống thu bụi tĩnh điện nhà máy Luyện đồng Lào Cai” đạt kết sau: • Xây dựng giải pháp khả thi để lắp đặt hệ thống điều khiển giám sát cho nhà máy Luyện đồng Lào Cai • Tạo nên thiết kế chi tiết từ vấn đề chọn thiết bị đến chương trình lập trình cho tốn điều khiển giám sát nhà máy, • Thực thành công hệ thống trạm điều khiển thu bụi tĩnh điện nhà máy, kết vận hành đạt mục tiêu đề ra, giám sát liên tục dòng điện, điện áp nhiệt độ Hướng phát triển đề tài: • Áp dụng thuật toán điều khiển cao cấp vào điều khiển điều khiển tối ưu hiệu suất cách khống chế lần phóng điện, tự động điều chỉnh tham số điều khiển theo mơi trường… • Xây dựng module điều khiển riêng sử dụng vi xử lý để đạt chất lượng điều khiển cao Trong q trình làm đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót, khuyết điểm Do thời gian kinh nghiệm thực tế thân hạn chế, kết đạt chưa thực chuẩn với yêu cầu đặt Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Vũ Vân Hà tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! 72 Luận văn tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Bacchiega - IRS S.r.l – www.irsweb.it, R Sala -I Gallimberti -P Tronville - F Zatti, The design of electrostatic precipitators by use of physical models [2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh (2004), Điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] M.G.Morshad, ESP Rectifier transformer [4] Bùi Hồng Huế, Nguyễn Văn Doanh (2013), Hướng dẫn thực hành PLC S7-200, NXB Xây dựng, Hà Nội [5] Trần Trọng Minh, Vũ Hoàng Phương ( 2014), Thiết kế điều khiển cho biến đổi điện tử công suất, ( tài liệu nội bộ) Hà Nội [6] Nguyễn Doãn Phước (2009), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [7] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung (2008), Lý thuyết điều khiển phi tuyển, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [8] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà (2000), Tự động hóa với S7-300, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [9] Hồng Minh Sơn, Mạng truyền thơng công nghiệp (2006.), NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [10] Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển trình (2009), NXB Bách khoa Hà Nội, Hà Nội 73 ... HẢI ANH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT THU BỤI TĨNH ĐIỆN TẠI NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI Chuyên ngành : Kỹ thu? ??t điều khiển tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU? ??T Kỹ thu? ??t điều khiển tự... Luyện đồng Lào Cai 12 Luận văn tốt nghiệp 1.3 HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TẠI NHÀ MÁY Hệ thống giám sát điều khiển nhà máy sử dụng hệ thống DCS SUPMAX 800 Trung Quốc, phần hệ thống thu bụi trạm... điện nhà máy Luyện đồng Lào Cai- Chi nhánh Luyện đồng Lào Cai- Vimico MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Trước hết mục tiêu đề tài xây dựng mơ hình trạm điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện nhà máy Luyện đồng