Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán cho dây chuyền sản xuất axit sunfuric tại công ty cổ phần DAP số 2 vinachem

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐẶNG THỊ HƯƠNG ĐẶNG THỊ HƯƠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN DAP SỐ - VINACHEM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA 2016 - 2018 Hà Nội – Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐẶNG THỊ HƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN DAP SỐ - VINACHEM Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ MẠNH CƯỜNG Hà Nội – Năm 2018 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Đặng Thị Hương Đề tài luận văn: Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán cho dây chuyền sản xuất axit sunfuric Công ty cổ phần DAP số – Vinachem Chuyên ngành: Điều khiển tự động hóa Mã số SV: CA160371 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 26 tháng năm 2018 với nội dung sau: - Đã bổ sung phần trích dẫn tài liệu tham khảo trang: 3, 5, 7, 8, 10, 12, 18, 26, 32, 34, 37, 40, 41, 43, 44, 45, 46, 65 Ngày 20 tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS Đỗ Mạnh Cường Đặng Thị Hương CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Bùi Quốc Khánh SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần ngày 11/11/2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn cao học sản phẩm tơi viết ra, hướng dẫn thầy giáo TS Đỗ Mạnh Cường Để hồn thành luận văn này, tơi sử dụng tài liệu ghi bảng tài liệu tham khảo mà không sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Học viên Đặng Thị Hương MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời nói đầu Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển phân tán 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển, giám sát 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Cấu trúc thành phần hệ thống điều khiển, giám sát 1.1.3 Mơ hình phân cấp chức hệ thống điều khiển, giám sát 1.1.4 Các cấu trúc điều khiển 1.2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS 10 1.2.1 Khái niệm hệ thống điều khiển phân tán 10 1.2.2 Các thành phần hệ thống điều khiển phân tán 12 a) Trạm điều khiển cục 12 b) Trạm vận hành 14 c) Trạm kỹ thuật 15 d) Hệ thống bus truyền thông 16 1.2.3 Các giải pháp cho hệ thống điều khiển phân tán 17 a) Các hệ DCS truyền thống 17 b) Các hệ DCS PLC 19 c) Các hệ DCS PC 20 1.2.4 Các vấn đề kỹ thuật 21 ML.1 Chương Giới thiệu công nghệ sản xuất axit sunfuric Công ty CP DAP số - Vinachem 23 2.1 Tổng quan Công ty CP DAP số - Vinachem 23 2.2 Giới thiệu công nghệ sản xuất axit sunfuric 25 2.2.1 Công đoạn nấu chảy lưu huỳnh 26 2.2.2 Công đoạn đốt tiếp xúc 27 2.2.3 Công đoạn sấy hấp thụ 29 2.2.4 Kho chứa axit sunfuric 31 Chương 3: Hệ thống DCS CENTUM VP hãng Yokogawa 32 3.1 Tổng quan hệ thống DCS CENTUM VP 32 3.1.1 Giới thiệu chung 32 3.1.2 Lịch sử phát triển hệ thống CENTUM 33 3.1.3 Các ưu điểm hệ thống CENTUM VP 35 3.2 Cấu trúc phần cứng hệ thống CENTUM VP 37 3.2.1 Trạm vận hành (Operation Station) 37 3.2.2 Trạm kỹ thuật (Engineering Workstation – EWS) 38 3.2.3 Trạm điều khiển trường (Field Control Station) 39 3.2.4 Mô đun I/O 40 3.2.5 Hệ thống bus, mạng truyền thông 40 3.3 Công cụ phần mềm hệ thống CENTUM VP 46 3.3.1 Công nghệ phần mềm hệ thống CENTUM VP 46 a) Công nghệ phần mềm vận hành, giao diện HIS 46 b) Công nghệ phần mềm thiết kế 47 3.3.2 Các khối chức điều khiển 47 a) Khối điều khiển PID 47 b) Bộ điều khiển PI lấy mẫu (PI – HLD) 49 c) Bộ điều khiển PID Batch Switch (PID-BSW) 49 ML.2 d) Bộ điều khiển PID với chức thiết lập lại tay (PID-MR) 50 e) Bộ điều khiển PID tự chỉnh PID-STC 50 3.3.3 Cấu hình phần mềm hệ thống 51 a) System View 51 b) Project 53 c) Chức kiểm tra ảo (Virtual Test) 54 Chương 4: Ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển DCS cho dây chuyền sản xuất axit sunfuric Công ty CP DAP số - Vinachem 55 4.1 Yêu cầu mức độ điều khiển 55 4.1.1 Công đoạn nấu chảy lưu huỳnh 55 4.1.2 Công đoạn đốt tiếp xúc 57 4.1.3 Công đoạn sấy hấp thụ 60 4.1.4 Kho axit 63 4.1.5 Mạch điều chỉnh tự động 63 4.2 Yêu cầu hệ điều khiển 65 4.3 Các thiết bị đo lường cấu chấp hành 66 4.3.1 Thiết bị đo lường 66 4.3.2 Các cấu chấp hành 67 4.3.3 Các hệ thống phụ 67 4.4 Xây dựng cấu trúc hệ thống DCS 68 4.4.1 Cấp điều khiển 68 4.4.2 Cấp điều khiển giám sát 72 a) Trạm vận hành 72 b) Trạm kỹ thuật 72 4.4.3 Truyền thông 72 4.5 Thiết lập chương trình cho hệ thống DCS 73 4.5.1 Các gói phần mềm 73 4.5.2 Trình tự xây dựng chương trình cho hệ thống DCS 75 ML.3 4.5.3 Chức “Kiểm tra ảo” 85 Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục A: Sơ đồ P&ID dây chuyền sản xuất axit sunfuric Công ty Cổ phần DAP số - Vinachem Phụ lục B: Cấu hình hệ thống điều khiển ML.4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Distribution Control System Hệ thống điều khiển phân tán DCS ETS doanh BCV Bus Converter Bộ chuyển đổi Bus FCS Field Control Station Trạm điều khiển trường FCU Field Control Unit Bộ điều khiển trường OWS Operation Workstation Trạm vận hành EWS Engineering Workstation Trạm kỹ thuật HIS Human Interface Station Trạm vận hành với giao diện Enterprise Technology Solutions Giải pháp công nghệ kinh người – máy OLE Object Linking and Embedding Nhúng liên kết đối tượng 10 OPC OLE for Process Control OLE cho điều khiển trình 11 CGW Communication Gateway 12 SIOS Cổng truyền thơng System Integration OPC Station Trạm OPC tích hợp hệ thống DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng So sánh quy mô hệ thống CENTUM VP với hệ thống CENTUM CS3000 hệ thống CS1000 37 Bảng Một số đặc điểm kỹ thuật Ethernet 45 Bảng Các mạch điều chỉnh tự động 64 Bảng Số lượng I/O hệ thống 68 Bảng Hệ thống module vào module kết nối 69 Bảng Sự phân bố slot 71 Bảng Các phần mềm cho trạm kỹ thuật 73 Bảng Các phần mềm cho trạm vận hành 74 Bảng Các phần mềm cho trạm FCS 75 DWG No 4X1205-20-PID-5001-5.dwg B C D E F G H I J KEY PLAN TCUT 10 Domestic Water DW-2001-2''-ABX1 F032-UT-PID-032 From Domestic water Distribution CSA-2007-3''-A1A1 TCSA 99 Sulfuric Acid CSA-2001-6''-A1A1 4X1025-20-PID-4001 From Production SA Unit CTSA 70 CSA CSA-2005-4''-A1A1 F032-21-PID-003 4'' NOTES To 21-R201 CSA-2002-6''-A1A1 4''x6'' 3'' 0-0.6MPa-g Nor.: 0.32MPa-g CSA-2009-3''-A1A1 LT 6'' 4'' LG M1-20" N7 20" N6-4" 6"x4'' N5 N5-4" N8-4" N1-4" 3'' 3'' 3"x2 1/2'' 3"x2 1/2'' N2-2.1/2" N2-2.1/2" LIA 1'' H 4''x6'' LAL M L CSA-2018-2''-A1A1 1'' CSA-20221''-A1A1 L F032-23-PID-009 To 23-V109 Min.: 1m 1'' CSA-20211''-A1A1 LAL CSA 1'' 0-15m Max.: 11,7m CSA-2010-3''-A1A1 CTSA 71 CSA-2008-2''-A1A1 0~60 m³/h Nor.: 30 m³/h PG 20501 0-15m Max.: 11,7m Min.: 1m H LIA 2'' LT 6'' 4'' LG 6"x4'' M1-20" N1-4" N8-4" N5-4" N6-4" N7-20" 4''x6'' 1'' CSA-2011-1''-A1A1 CSA-2006-6''-A1A1 LEGEND 3'' 20-V501A 20-V501B 2'' 6'' N4-3" 3'' 6" 6" CSA-2013-3''-A1A1 N4-3" 6" 6" CSA-2017-2''-A1A1 3" 2" Drain Acid collecting pit 20-P501A M 2"x2.1/2" 6''x3'' 20-P502 6'' CSA-2020-2''-A1A1 2" 2" 4''x6'' 2''x4'' M CSA-2015-3/4''-A1A1 3/4" 6'' CSA-2004-6''-A1A1 6''x3'' CSA-2003-6''-A1A1 20-P501A/B 20-P502 20-V501A/B SULFURIC ACID PUMP DRAIN WATER PUMP SULFURIC ACID TANK TYPE : HORIZONTAL CENTRIFUGAL TYPE : HORIZONTAL CENTRIFUGAL TYPE : ATMOSPHERIC VESSEL CAPACITY : 50 m3/h CAPACITY : 12.5 m3/h CAPACITY : 3010 m3 HEAD : 50 mH2O HEAD MOTOR (kW) : 15 : 30 mH2O MATERIAL 2'' 20-P501B 6''x3'' 3/4" M CSA-2016-3/4''-A1A1 4''x6'' 2''x4'' 2'' M2-24" N3-6" M2-24" N3-6" CSA-2012-3''-A1A1 SAFETY SHOWER AT SULFURIC 2''x 1.1/2" ACID STORAGE 6'' Acid collecting pit VCSA 02 : A36M MOTOR (kW) : 1.8 2 CSA-2014-3''-A1A1 INTERLOCK NOTES: GHI CHÚ LIÊN NG 20P501A T.D.T N.M.H CL FV CL FV CL FV CL FV CL FV CL FV 06 20 ' 13 T.D.T N.M.H CL FV 03 15 '13 T.D.T N.M.H CL FV 01 17 ' 13 T.D.T N.M.H CL FV 10 20 '12 CSA-2019-2''-A1A1 3" 3" 3" 3" For Review P.Q.K D.T.H P.Q.K D.T.H P.Q.K D.T.H P.Q.K D.T.H P.Q.K D.T.H P.Q.K D.T.H P.Q.K D.T.H N.K.N L.T.T N.K.N L.T.T N.K.N L.T.T N.K.N L.T.T N.K.N L.T.T N.K.N L.T.T N.K.N L.T.T DESCRIPTION DWN CHK'D A/E As Build G For Construction F For Construction E For Construction D For Review C For Review B A REV N.K.N D.T.H N.K.N D.T.H N.K.N D.T.H N.K.N D.T.H N.K.N D.T.H N.K.N D.T.H N.K.N D.T.H L.N.V L.T.T L.N.V L.T.T L.N.V L.T.T L.N.V L.T.T L.N.V L.T.T L.N.V L.T.T L.N.V L.T.T T.D.T N.M.H T.D.T N.M.H T.D.T N.M.H CHIEF MGR APPR ISSUE 05 20 '14 04 12 '14 DATE MM/DD/YY Stop Sulfuric Acid Pump 20-P501A on if one of the following conditions occur: - Low acid level in 20-V501A or 20-V501B (LAL-20501A or LAL-20501B) CSA-2014-3''-A1A1 - Low low flow in acid pipe outlet (FALL-20502) VIN AINCON D ng b m axit Sunphuric 20-P501A m t i u ki n sau x y ra: - M c axit b n ch a 20-V501A ho c 20-V501B -L ul ng ng ng axit m c th p (LAL-20501A ho c LAL-20501B) ABBR FOR ISSUE C=CUSTOMER L=LICENSOR F=FIELD m c r t th p (FALL-20502) V=VENDOR I 20P501B ISSUE MARK Stop Sulfuric Acid Pump 20-P501B on if one of the following conditions occur: - Low acid level in 20-V501A or 20-V501B (LAL-20501A or LAL-20501B) CSA-2014-3''-A1A1 - Low low flow in acid pipe outlet (FALL-20502) 3" CECO JOB No 4X1205 3" D ng b m axit Sunphuric 20-P501A m t i u ki n sau x y ra: - M c axit b n ch a 20-V501A ho c 20-V501B -L ul ng ng ng axit m c th p (LAL-20501A ho c LAL-20501B) m c r t th p (FALL-20502) SCALE A B C ACCOUNT CUSTOMER'S ORDER No SULFURIC ACID STORAGE PIPING AND INSTRUMENT DIAGRAM KHO AXIT SUNPHURIC S NG NG VÀ O L NG D E F G H I DWG No SIZE: A1 4X1205-20-PID-5001 SCALE PLOT J FILE NAME :4X1205-20-PID-5001-5.dwg ' PHỤ LỤC B CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CEMS *1 MÁY NÉN CHÍNH NET *1 HT B O V ANOT PDP *1 L C L U HU NH FIO-02 FIO-01 SYS FIO-03 TR M BI N ÁP U KHI N (CONTROL ROOM) PHÒNG NG (FIELD) HI N TR FIO-04 MCC *1 ... thiệu công nghệ sản xuất axit sunfuric Công ty CP DAP số - Vinachem 23 2. 1 Tổng quan Công ty CP DAP số - Vinachem 23 2. 2 Giới thiệu công nghệ sản xuất axit sunfuric 25 2. 2.1... nghệ sản xuất DAP INCRO – Tây Ban Nha 23 Chương 2_ Dây chuyền công nghệ sản xuất axit sunfuric Công ty CP DAP số – Vinachem Lơ sản phẩm phân bón DAP Nhà máy DAP số sản xuất từ ngày 26 / 12/ 2014,... Công ty CP DAP số – Vinachem Chương GIíI THIệU CÔNG NGHệ SảN XUấT AXIT SUNFURIC TạI CÔNG TY CP DAP Sè _ VINACHEM 2. 1 TỔNG QUAN VỀ CƠNG TY CP DAP SỐ – VINACHEM Cơng ty Cổ phần DAP số – Vinachem Công