Thiết kế và thay thế hệ thống điều khiển và giám sát một số công đoạn nhà máy xi măng chinfon thủy nguyên hải phòng dùng PLC s7 300

Luận văn cao học LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn: “Thiết kế thay hệ thống điều khiển giám sát số công đoạn nhà máy xi măng Chinfon – Thủy Nguyên Hải Phòng dùng PLC S7300” em thực dựa hƣớng dẫn giảng viên hƣớng dẫn PGS TS Nguyễn Thị Lan Hƣơng tài liệu tham khảo Nội dung luận văn hoàn toàn thực tế, khách quan chƣa đƣợc sử dụng để bảo vệ học vị Tác giả luận văn Nguyễn Hữu Đạt Luận văn cao học MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU .9 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG CHINFON VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY 11 1.1 Sơ lƣợc trình hình thành cấu trúc tổ chức nhà máy xi măng Chinfon - Thủy Nguyên, Hải Phòng 11 1.1.1 Sơ lƣợc trình hình thành nhà máy .11 1.1.2 Vị trí địa l 11 1.2 Đặc điểm hoạt động sản xuất Nhà máy Xi măng Chinfon 12 1.3 Quy trình sản xuất xi măng nhà máy xi măng Chifon 12 1.3.1 Các công nghệ sản xuất xi măng 13 1.3.2 Quy trình sản xuất xi măng nhà máy xi măng Chinfon .14 1.3.2.1 Quá trình chuẩn bị nguyên, nhiên liệu 17 1.3.2.2 Công đoạn nghiền thô 19 1.3.2.3 Lò nung 21 1.3.2.4 Nghiền xi măng 24 1.3.2.5 Cơng đoạn vận chuyển, đóng bao xuất xi măng .26 1.4 Giới thiệu hệ thống điều khiển nhà máy 27 CHƢƠNG CÔNG ĐOẠN NGHIỀN XI NHÀ MÁY XI MĂNG CHINFON 32 2.1 Các loại máy nghiền xi măng chủ yếu 32 2.2 Hoạt động công đoạn nghiền xi 34 2.3 Các thiết bị động lực công đoạn nghiền xi 35 2.4 Yêu cầu công nghệ phƣơng pháp điều khiển công đoạn nghiền xi 38 2.4.1 Chất lƣợng sản phẩm .38 2.4.1.1 Tỷ lệ thành phần Clinker, thạch cao phụ gia 38 2.4.1.2 Chất lƣợng sản phẩm theo phƣơng pháp Blaine 38 Luận văn cao học 2.4.2 Phƣơng pháp điều khiển 39 2.5 Sơ đồ logic liên động nhóm cơng đoạn nghiền xi 41 2.5.1 Sơ đồ logic liên động công đoạn nghiền xi 41 2.5.2 Sơ đồ logic liên động chi tiết nhóm cơng đoạn nghiền xi43 2.6 Thiết bị cấp trƣờng 46 2.6.1 Thiết bị bảo vệ, đóng ngắt trƣờng 46 2.6.1.1 Cảm biến chống lệch băng 46 2.6.1.2 Cảm biến chống trƣợt băng 46 2.6.1.3 Công tắc dừng khẩn cấp .47 2.6.1.4 Cơng tắc giới hạn hành trình 48 2.6.1.5 Cảm biến báo mức .48 2.6.2 Thiết bị đo lƣờng trƣờng 49 2.6.2.1 Cảm biến đo nhiệt độ 49 2.6.2.2 Cảm biến đo tốc độ 51 2.6.2.3 Cảm biến đo áp suất .52 2.6.2.4 Cảm biến đo trọng lƣợng .54 2.6.2.5 Cảm biến đo vị trí 55 CHƢƠNG XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH CHO CƠNG ĐOẠN NGHIỀN XI 57 3.1 Tổng quan số hệ thống điều khiển 57 3.2 Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC S7 - 300 59 3.2.1 Cấu hình phần cứng PLC S7-300 59 3.2.2 Kiểu liệu phân chia nhớ 61 3.2.3 Vòng quét chƣơng trình 63 3.2.4 Trao đổi liệu CPU module mở rộng .64 3.2.5 Cấu trúc chƣơng trình .66 Có hai phƣơng pháp lập trình với PLCS7 - 300: 66 3.2.6 Ngơn ngữ lập trình S7-300 67 3.3 Lựa chọn cấu hình hệ thống điều khiển PLC S7 - 300 cho công đoạn nghiền xi.68 Luận văn cao học 3.3.1 Lựa chọn kiểu vào/ra .68 3.3.2 Lựa chọn bus điều khiển 69 3.3.3 Lựa chọn bus hệ thống cấu trúc điều khiển giám sát 69 3.4 Xây dựng cấu trúc điều khiển 70 3.4.1 Lựa chọn phần tử hệ 70 3.4.2 Xác định số I/O lựa chọn module I/O 71 3.4.3 Xây dựng cấu trúc hệ điều khiển 72 3.5 Lƣu đồ thuật toán điều khiển công đoạn nghiền xi 75 3.5.1 Thuật tốn điều khiển PID nhóm cân băng định lƣợng 75 3.5.2 Thuật tốn điều khiển PID lƣu lƣợng vị trí 76 3.6 Ứng dụng PLC S7 - 300 lập trình điều khiển trình tự nhóm vận chuyển ngun liệu thơ 77 3.6.1 Lƣu đồ thuật toán vận hành nhóm vận chuyển ngun liệu thơ 77 3.6.2 Bảng tín hiệu vào/ra địa PLC nhóm vận chuyển ngun liệu thơ 78 3.6.3 Chƣơng trình PLC mơ q trình khởi động nhóm vận chuyển ngun liệu thô .80 CHƢƠNG XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT CÔNG ĐOẠN NGHIỀN XI SỬ DỤNG PHẦN MỀM WINCC 85 4.1 Chức hệ thống điều khiển, giám sát 85 4.2 Phần mềm điều khiển giám sát WinCC 85 4.2.1 Giới thiệu chung 85 4.2.2 Chức WinCC 86 4.3 Thiết kế giao diện giám sát công đoạn nghiền xi WinCC 88 4.4 Mô hoạt động nhóm vận chuyển ngun liệu thơ 91 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 94 Luận văn cao học DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 So sánh công nghệ sản xuất xi măng 13 Bảng 2.1 Một số k hiệu theo chuẩn ANSI/ISA 5.1 sử dụng luận văn 43 Bảng 2.2 Bảng nhóm cơng đoạn nghiền xi 44 Bảng 2.3 Tổng hợp sơ đồ logic công đoạn nghiền xi 45 Bảng 2.4 Hệ số nhiệt số nhiệt điện trở kim loại 50 Bảng 2.5 Khoảng đo số nhiệt điện trở kim loại 50 Bảng 2.6 Một số loại cặp nhiệt điện 51 Luận văn cao học DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nhà máy xi măng Chinfon 12 Hình 1.2 Sơ đồ khối cơng đoạn sản xuất xi măng công ty xi măng Chinfon 15 Hình 1.3 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất xi măng 16 Hình 1.4 Kho đá vơi 17 Hình 1.5 Kho chứa phụ gia sét (clay), quặng sắt (iron ore) silica 18 Hình 1.6 Kho chứa than 18 Hình 1.8 Trạm cân băng định lƣợng 19 Hình 1.11 Silo liệu thơ 21 Hình 1.12 Cấp liệu vào lị 22 Hình 1.13 Tháp sấy (preheater) 22 Hình 1.14 Lị nung (Kiln) 23 Hình 1.15 Làm mát Clinker (Cooler) 23 Hình 1.16 Cân băng định lƣợng công đoạn nghiền Cliker 24 Hình 1.17 Hệ thống nghiền Clinker 25 Hình 1.18 Silo xi măng 26 Hình 1.19 Hệ thống đóng bao 27 Hình 2.1 Máy nghiền bi máy nghiền lăn kiểu đứng 32 Hình 2.2 Máy nghiền đứng 34 Hình 2.4 Quan hệ lƣu lƣợng gió tốc độ phân ly với phân bố kích thƣớc hạt nghiền 39 Hình 2.5 Điều khiển tỉ lệ hệ thống cân băng định lƣợng 40 Hình 2.6 Điều khiển lƣu lƣợng nƣớc 41 Hình 2.7 Điều khiển vị trí Damper tốc độ cấp liệu 41 Hình 2.8 Lƣu đồ liên động công đoạn nghiền xi 42 Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến chống lệch băng 46 Luận văn cao học 46 Hình 2.10 Cảm biến tiệm cận chống trƣợt vị trí lắp đặt 47 Hình 2.11 Dạng NPN dạng PNP cực thu hở 47 Hình 2.12 Cơng tắc dừng khẩn cấp vị trí lắp đặt 48 Hình 2.13 Cơng tắc giới hạn cấu tạo 48 Hình 2.14 Cơng tắc báo mức kiểu rung (Paddle Level Switch) 49 Hình 2.15 Nhiệt điện trở cấu tạo nhiệt điện trở 49 Hình 2.16 Cặp nhiệt điện cấu tạo cặp nhiệt điện 50 Hình 2.17 Encoder cơng nghiệp cấu tạo Encoder tƣơng đối 51 Hình 2.18 Sơ đồ thu phát hồng ngoại bố trí cặp thu phát encoder 52 Hình 2.19 Giản đồ xung encoder tƣơng đối 52 Hình 2.20 Cảm biến đo áp suất kiểu màng 53 Hình 2.21 Bộ chuyển đổi kiểu điện dung 53 Hình 2.22 Loadcell cấu tạo Loadcell 54 Hình 2.23 Cảm biến biến trở quan hệ biến trở với di chuyển trƣợt 55 Hình 2.24 Mạch đo dùng cảm biến 56 biến trở 56 Hình 3.1 Mơ hình hệ thống tự động hóa 57 Hình 3.2 Thiết bị lập trình SIMATIC S7-300 59 Hình 3.3 Vịng qt chƣơng trình 64 Hình 3.4 Nguyên l trao đổi liệu CPU module mở rộng 65 Hình 3.5 Lập trình tuyến tính 66 Hình 3.6 Lập trình có cấu trúc 67 Hình 3.7 Cấu trúc vào/ra kiểu phân tán 69 Hình 3.8 Hệ thống bus điều khiển bus hệ thống 69 Hình 3.9 Cấu trúc điều khiển giám sát bus hệ thống 70 Hình 3.10 Cấu trúc điều khiển giám sát bus hệ thống 73 Hình 3.11 Thuật toán điều khiển cân băng định lƣợng …………………………… 75 Hình 3.12 Thuật tốn điều khiển lƣu lƣợng vị trí… …………………………… 76 Hình 3.13 Lƣu đồ thuật tốn nhóm vận chuyển ngun liệu thơ ………………….77 Hình 4.1 Màn hình thiết kế giao diện điều khiển…… …………………………… 87 Luận văn cao học Hình 4.2 Giao diện vận hành cơng đoạn nghiền xi với thiết bị trạng thái dừng89 Hình 4.3 Mơ chạy thử nhóm vận chuyền ngun liệu thơ ………………… 90 Hình 4.4 Lệnh thao tác cho nhóm……………… …………………………… 91 Hình 4.5 Cửa sổ vận hành thiết bị nhóm thiết bị …………………………… 91 Luận văn cao học MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nền kinh tế nƣớc ta ngày phát triển, nhu cầu xây dựng sở hạ tầng ngày cao để đáp ứng đƣợc địi hỏi q trình cơng nghiệp hố- đại hố Để đáp ứng đƣợc điều hàng loạt nhà máy xi măng đƣợc xây dựng Ngành công nghiệp xi măng ngành áp dụng tự động hóa mức cao, quy mơ lớn có từ lâu giới Chính em chọn đề tài nhằm giúp em đánh giá đƣợc khả tích luỹ kiến thức lâu nhà trƣờng, từ mà nắm vững đƣợc kiến thức chuyên ngành, áp dụng tốt linh hoạt vào thực tiễn Lịch sử nghiên cứu Đề tài hệ thống điều khiển giám sát nhà máy xi măng đƣợc tìm hiểu số luận văn thạc sỹ trƣớc Trong luận văn tác gải xây dựng thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho cơng đoạn nhƣng chƣa có tính hệ thống từ việc nghiên cứu cấu trúc lựa chọn phần cứng đến xây dựng, thiết kế phần điều khiển Vì luận văn em muốn xây dựng cách có hệ thống từ việc khảo sát sơ đồ công nghệ, lựa chọn phần cứng đến xây dựng chƣơng trình điều khiển giám sát hồn thiện Mục đích nghiên cứu Dây chuyền công ty đ� RAW MATERIAL TRANS GROUP "STOP" "RUN" R "STOP" NOT A START PB ON o LOCAL MODE STOP PB MCCB ON ON NOT o BAG FILTER 226BF158 "RUNNING" 50s MCCB THERMAL NOT NOT TRIP o TRIP RAW MATERIAL TRANS GROUP Hình 10 Sơ đồ logic van cấp liệu 22RF151 nhóm vận chuyển ngun liệu thơ 103 Luận văn cao học A RAW MATERIAL TRANS GROUP "START" METAL DETECTOR 226MD151 o o CENTRAL MODE A NOT RAW MATERIAL TRANS GROUP "STOP" NOT A START PB ON o A LOCAL MODE STOP ON PB MCCB NOT ON ROTARY FEEDER 226RF151 "RUNNING" 50s MCCB THERMAL o NOT NOT TRIP o TRIP RAW MATERIAL TRANS GROUP Hình 11 Sơ đồ logic van cấp liệu 226MD151 nhóm vận chuyển nguyên liệu thô 104 S "RUN" R "STOP" ... Nghiền xi măng 24 1.3.2.5 Công đoạn vận chuyển, đóng bao xuất xi măng .26 1.4 Giới thiệu hệ thống điều khiển nhà máy 27 CHƢƠNG CÔNG ĐOẠN NGHIỀN XI NHÀ MÁY XI MĂNG CHINFON. .. 3.8 Hệ thống bus điều khiển bus hệ thống 69 Hình 3.9 Cấu trúc điều khiển giám sát bus hệ thống 70 Hình 3.10 Cấu trúc điều khiển giám sát bus hệ thống 73 Hình 3.11 Thuật tốn điều. .. XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH CHO CƠNG ĐOẠN NGHIỀN XI 57 3.1 Tổng quan số hệ thống điều khiển 57 3.2 Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC S7 - 300 59 3.2.1