Toàn bộ dây chuyền sản xuất của nhà máy được phân chia thành 10 công đoạn sản xuất (LS), mỗi công đoạn được trang bị một bộ điều khiển khả trình (PLC) là loại TOSLINE S2T thế hệ mới [r]
(1)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn
Lời nói đầu
Ngày nay, nhà máy xi măng ngày có quy mơ lớn, u cầu điều khiển tự động cao, tin cậy khả xử lý phân tán, điều khiển cấp cao tối ưu
Vì việc hiểu biết dây chuyền cơng nghệ, cấu hình hệ thống điều khiển
nhà máy Xi măng giúp cho sinh viên hiểu biết sâu kiến thức ngành Tự động
hóa tựtin bước qua cánh cổng đại học định hướng ngành nghề cho thân
Trong học phần Hệ thống tựđộng hóa nhà máy xi măng (EE4325) của mơn Tự Động Hóa Cơng Ngiệp, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, em TS Nguyễn Mạnh Tiến giao cho đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất Xi măng Công ty Xi măng Bỉm Sơn”
Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Mạnh Tiến tận tình hướng dẫn em, dạy cho em nhiều kiến thức vềđề tài môn học kiến thức thực tế khác học phần Hệ thống tự động hóa nhà máy Xi măng Do hạn chế trình độ nên báo cáo cịn nhiều sai sót, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn đểđềtài hoàn thiện
Hà Nội, ngày 13 tháng 11 năm 2019
Sinh viên thực
(2)Mục lục
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn
MỤC LỤC Phần I: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng công ty xi măng Bỉm Sơn
1 Giới thiệu Công ty Xi măng Bỉm Sơn
2 Công nghệ sản xuất Xi măng VLXD Bỉm Sơn
2.1 Mặt bằng tổng thể dây chuyền sản xuất xi măng
2.2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất xi măng:
2.3 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền sản xuất xi măng:
Phần II: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng công ty xi măng Bỉm Sơn
1 Giới thiệu hệ thống DCS
2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS nhà máy xi măng Bỉm Sơn 14
2.1 Mơ tả chi tiết trình bày chức cấp điều khiển giám sát 15
2.2 Mô tả chi tiết trình bày chức cấp điều khiển 16
2.3 Mô tả BUS phương thức truyền thông hệ thống 19
Phần III:.Nghiên cứu điều khiển (PLC) dây chuyền SX 25
Giới thiệu chung 25
2 Đặc tính kỹ thuật phần cứng 27
3 Phầm mềm lập trình 30
KẾT LUẬN 31
(3)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn
Phần I: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn
1 Giới thiệu Công ty Xi măng Bỉm Sơn
Xi măng Bỉm Sơn - nhãn hiệu Con Voi trở thành niềm tin người sử dụng-Sự bền vững cơng trình Sản phẩm tiêu thụ 10 tỉnh thành nước Trải qua 26 năm xây dựng phát triển, công ty XM Bỉm Sơn sản xuất tiêu thụ 27 triệu sản phẩm Công ty nhà nước tặng thưởng nhiều danh hiệu cao quý Anh hùng Lao động thời kỳ đổi mới, huân chương Độc Lập hạng Công ty cấp chứng ISO 9000-2001 cho hệ thống quản lý chất lượng Sản phẩm Công ty từ 1992 đến liên túc người tiêu dùng bình chọn hàng Việt Nam chất lượng cao?
CÔNG TY XIN THÔNG BÁO: từ ngày 01/05/2006 Công ty chuyển đổi thành Công ty Cổ phần xi măng Bỉm Sơn theo QD số 486/QĐ-BXD ngày 23/3/2006 Bộ trưởng Bộ xây dựng đăng ký kinh doanh số 2800232620 Sở KH&ĐT tỉnh Thanh Hóa cấp
Lịch sử hình thành phát triển: Công ty Xi măng Bỉm Sơn - Nhà máy xi măng Bỉm Sơn thành lập ngày 4-3-1980
- Ngành nghề kinh doanh: sản xuất, kinh doanh xuất xi măng, Clinker - Ngày 12-8-1993 Bộ xây dựng quyết định thành lập Công ty xi măng Bỉm Sơn
- Năm 2003 Cơng ty hịan thành dự án cải tạo đại hoá dây chuyền số chuyển đổi công nghệ từ ướt sang khô, nâng công suất nhà máy lên 1,8 triệu sản phẩm/năm
- Từ năm 2004 đến Công ty thực tiếp dự án xâydựng nhà máy xi măng công suất triệu sản phẩm/năm [Giới thiệu dự án]
- Ngày 01/05/2006 chuyển đổi thành Công ty cổ phần xi măng Bỉm Sơn a Tên Công ty: CÔNG TY CỔ PHẦN XI MĂNG BỈM SƠN
+ Tên gọi tắt: Công ty xi măng Bỉm Sơn
+ Tên giao dịch Quốc tế: BIMSON JOINT STOCK COMPANY + Tên viết tắt: BCC
(4)Phần 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng công ty xi măng Bỉm Sơn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn
b Ngành nghề kinh doanh:
- Sản xuất, kinh doanh, xuất nhập xi măng, clinker - Sản xuất, kinh doanh loại vật liệu xây dựng khác c Vốn điều lệ: 956.613.970.000 đồng Việt Nam d Người đại diện theo pháp luật Công ty - Chức danh: Tổng Giám đốc công ty
- Họ tên: Ngô Sỹ Túc
2 Công nghệ sản xuất Xi măng VLXD Bỉm Sơn
Quá trình sản xuất xi măng VLXD Bỉm Sơn mô tả qua giai đoạn cụ thể sau:
2.1 Mặt bằng tổng thể dây chuyền sản xuất xi măng
Công ty Xi măng Bỉm Sơn gồm phân xưởng sản xuất chính, phân xưởngsản xuất phụ chủ yếu
⁎ Các phân xưởng sản xuất bao gồm:
- Xưởng mỏ nguyên liệu: Với dụng cụ máy móc thiết bị phục vụ cho việc khai thác đá vôi đá sét tai mỏ nằm cách nhà máy khoảng 3km
- Xưởng ô tô vật tư: Bao gờm loại tơ vận tải có trọng lượng lớn vậnchuyển đá vôi, đá sét công ty
- Xưởng tạo nguyên liệu: Thiết bị máy đập, máy nghiền thiết bị phụ trợ khác làm nhiệm vụ nghiền đá vôi, đá sét để tạo hỗn hợp nguyên liệu sản xuất clanker
(5)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn
- Xưởng nghiền xi măng: thiết bị máy nghiền chuyên dùng thiết bị phụ trợ khác có nhiệm vụ nghiền hỗn hợp clanker, thạch cao chất phụ giathành xi măng
- Xưởng đóng bao: Dùng máy đóng bao có nhiệm vụ đưa xi măng bột vào
đóngbao sản phẩm
⁎ Các phân xưởng sản xuất phụ bao gồm:
- Phân xưởng điện tự động: Phân xưởng điện có chức đảm
bảo cung cấp điện liên tục cho trình sản xuất
- Phân xưởng cấp nước: Có nhiệm vụ cung cấp nước cho sản xuất sinh hoạt công nhân viên đồng thời phần cung cấp nước sinh hoạt cho phận dân cư lân cận
(6)Phần 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng công ty xi măng Bỉm Sơn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn
2.3 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền sản xuất xi măng:
Quá trình sản xuất xi măng mơ tả qua giai đoạn cụ thể sau: 2.3.1 Quá trình chuẩn bị nguyên nhiên liệu:
Từ mỏ, đá vôi khai thác (nở mìn) vận chủn bằng xe tải đổ qua máy đập búa (1) đưa kích thước nhỏ đưa lên máy rải liệu (2) để rải liệu chất thành đống kho (đồng sơ bộ) Tương tự với đất sét, phụ gia điều chỉnh (quặng sắt, đá si líc, quặng bơ xít ), than đá nguyên liệu khác chất vào kho đồng theo cách
Tại kho chứa, loại máy cào liệu (5) (6) cào lớp (đồng lần hai) đưa lên băng chuyền để nạp vào Bin chứa liệu (7) theo loại đá vôi, đất sét, quặng sắt
Than Đá thô từ kho chứa đưa vào máy nghiền đứng (20) để nghiền, với kích thước hạt đạt yêu cầu đưa vào Bin chứa (21) hạt chưa đạt hồi máy nghiền nghiền lại đảm bảo hạt than nhiên liệu cháy hồn tồn cấp cho lị nung tháp trao đởi nhiệt
2.3.2 Q trình sản xuất Clinker thành phẩm:
Từ Bin chứa liệu (7), loại nguyên liệu rút chạy qua hệ thống cân định lượng theo tỷ lệ cấp phối đưa từ nhân viên vận hành điều khiển (tỷ lệ phối liệu quyết định từ phịng thí nghiệm) Tấc ngun liệu gom vào băng tải chung đưa vào máy nghiền đứng (8) để nghiền kích thước yêu cầu, nguyên liệu đồng lần Bột liệu sau nghiền chuyển lên Silo đờng (9) chuẩn bị để cấp cho lị nung, Silo đờng có hệ thống sục khí nén liên tục vào Silo để tiếp tục đồng lần
Để có sản phẩm Clinker ởn định thấy nguyên liệu phải qua lần đồng
Tháp trao đổi nhiệt (11) Lò quay nung Clinker (12)
(7)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn khí nóng lên thực chất q trình trao đởi nhiệt chiều cấu tạo đặc biệt Cyclon trao đởi nhiệt
2 Lị nung (12) có dạng hình trụ trịn đường kính từ - mét dài từ 30 - 80 mét tùy vào công suất lò Vỏ lò nung làm băng thép chịu nhiệt, bên có lót lớp vật liệu chịu lửa Góc nghiêng lị từ 3% - 5% để tạo độ nghiêng cho dòng nguyên liệu chảy bên Tại đầu Clinker có dàn quạt thởi gió tươi làm nguội nhanh Clinker
Than mịn rút từ Bin chứa trung gian (21) cấp cho vịi đốt tháp trao đởi nhiệt lị nung để đốt cháy nung nóng bột liệu
Phối liệu rút từ Silo chứa (9), qua cân định lượng đưa lên đỉnh tháp trao đổi nhiệt bằng thiết bị chuyên dùng Từ đỉnh tháp (11), liệu từ từ xuống qua tầng Cyclone kết hợp với khí nóng từ lị nung lên gia nhiệt dần lên khoảng 800-9000C trước vào lò nung (12) Trong lò, nhiệt độ 14500C oxit CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 có nguyên liệu kết hợp với tạo thành số khống qút định chất lượng Clinker như: C3S, C2S, C3A C4AF Viên Clinker khỏi lò rơi xuống dàn làm lạnh (13), hệ thống quạt cao áp đặt bên thởi gió tươi vào làm nguội nhanh viên Clinker nhiệt độ khoảng 50 ÷ 900C, sau Clinker chuyển lên Silo chứa Clinker
2.3.3 Quá trình sản xuất xi măng đóng bao thành phẩm:
Clinker rút từ Silo, cấp vào Bin chứa (15) để chuẩn bị nguyên liệu cho trình nghiền xi măng Tương tự Thạch Cao Phụ Gia từ kho chuyển vào Bin chứa riêng theo loại Dưới Bin chứa, nguyên liệu qua cân định lượng theo khối lượng đơn phối liệu, xuống băng tải đưa vào máy cán (16) để cán sơ bộ, sau đưa vào máy nghiền xi măng (17) Bột liệu khỏi máy nghiền đưa lên thiết bị phân ly (18), hạt chưa yêu cầu hồi lưu máy nghiền để nghiền tiếp cịn hạt đạt kích thước u cầu phân ly tách ra, theo dòng quạt hút đưa lên lọc bụi (19) thu hời tồn đưa vào Silo chứa xi măng (22) Quá trình nghiền diễn theo chu trình kín liên tục
Từ Silo chứa (22) xi măng cấp theo cách khác nhau: Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận hàng dạng xá/rời
(8)Phần 3: Nghiên cứu bộđiều khiển PLC dây chuyền sản xuấn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn
Phần II: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng công ty xi
măng Bỉm Sơn
1 Giới thiệu hệ thống DCS a. Khái niệm
DCS – (Distributed Control System), hệ thống điều khiển cho dây chuyền sản xuất, trình hoặc hệ thống động học nào, điều khiển không tập trung nơi mà phân toàn hệ thống, với hệ thống điều khiển hoặc nhiều điều khiển Giải pháp thiết kế hệ DCS thương phẩm hướng vào ứng dụng điều khiển phân tán nên thường thiết kế theo hệ thống mở, khả tích hợp cao kể tích hợp với PLC khác điều khiển máy công đoạn sản xuất độc lập Mục tiêu tạo thuận lợi cao cho kỹ sư thiết kế tích hợp hệ thống điều khiển
Thế mạnh DCS khả xử lý tín hiệu tương tự thực chuỗi trình phức tạp, khả tích hợp dễ dàng Các hệ thống DCS thương phẩm ngày thường bao gồm điều khiển (controller), hệ thống mạng truyền thông phần mềm điều hành hệ thống tích hợp Các hệ DCS có thể quản lý từ vài nghìn điểm đến hàng chục nghìn điểm vào/ra Nhờ cấu trúc phần cứng phần mềm, hệ điều khiển có thể thực đờng thời nhiều vòng điều chỉnh, điều khiển nhiều tầng, hay theo thuật toán điều khiển đại: Nhận dạng hệ thống, điều khiển thích nghi, tối ưu, bền vững, điều khiển theo mơ hình dự báo (MPC), fuzzy, neutral, điều khiển chất lượng ( QCS)
(9)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn khởi động lại trình (thay đởi online)
Cơ sở liệu q trình hệ DCS thương phẩm thiết kế sẵn sở liệu lớn có tính toàn cục thống Các nhà sản xuất DCS cam kết thời gian hỗ trợ với sản phẩm DCS lớn, từ 15 đến 20 năm để đảm bảo thời gian hoạt động khai thác hệ thống lớn
Tất đặc điểm cho thấy hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu giải pháp tự động hố tích hợp tổng thể Các chuyên gia ngày nay, DCS không thể thay thế ứng dụng lớn
b. Mơ hình phân cấp hệ thống
(10)Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 10
Cấp chấp hành: Các chức cấp chấp hành đo lường, truyền động, chủn đởi tín hiệu trường hợp cần thiêt Thực tế, đa số thiết bị cảm biến (Sensor) hay cấu chấp hành (Actuator) có phần điều khiển riêng cho việc thực đo lường/ truyền động xác Cấp điều khiển: Nhiệm vụ cấp điều khiển nhận thơng tin từ cảm biến, xử lý thông tin theo thuật tốn định truyền đạtlại kết xuống cấu chấp hành Khi điều khiển thủ cơng, nhiệm vụ người đứng máy thao tác trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi thiết bị đo lường, sử dụng kiến thức kinh nghiệm để thực thao tác cần thiết Trong hệ thống điều khiển tự động đại thao tác thực thơng qua máy tính
(11)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 11 với
Cấp quản lý công ty: Cấp quản lý cơng ty cấp mơ hình phân cấp hệ thống Nhiệm vụ cấp trao đổi thông tin công ty khách hàng thông qua thư điện tử, hội thảo từ xa, dịch vụ truy cập Internet thương mại điện tử… Cấp quản lý cơng ty cịn có nhiệm vụ tính tốn giá thành, kế hoạch sản xuất, thống kê tài nguyên, xử lý đơn đặt hàng Để kết nối cấp hệ thống phân cấp với ta sử dụng hệ thống bus
c. Phân loại
Các hệ DCS thường phân loại thành ba hệ sau: ➢ Các hệ DCS truyền thống
Các hệ sử dụng điều khiển trình theo kiến trúc riêng nhà sản xuất Các hệ cũ thường đóng kín, tn theo chuẩn giao tiếp công nghiệp, điều khiển sử dụng thường làm nhiệm vụ điều khiển trình, phải sử dụng kết hợp thiết bị điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller) Các hệ có tính mở tốt hơn, số điều khiển đảm nhiệm chức điều khiển trình, điều khiển trình tự lẫn điều khiển logic (hybrid controller)
➢ Các hệ DCS PLC
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) loại máy tính điều khiển chuyên dụng, nhà phát minh người Mỹ Dick Morley sáng chế vào năm 1968 Hầu hết PLC đại khơng có thể thực phép tính logic đơn giản, mà cịn có khả làm việc với tín hiệu tương tự thực phép toán số học, thuật tốn điều khiển phản hời PLC sử dụng hệ điều khiển phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình tự với phương pháp lập trình đại
➢ Các hệ DCS nên PC
(12)Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 12
khiển DCS đặc chủng thế mạnh PC tính mở, khả lập trình tự do, hiệu tính tốn cao đa chức năng, giá thành cạnh tranh
d. Thành phần
Một hệ điều khiển phân tán DCS bao gồm thành phần sau: ➢ Trạm điều khiển cục (local control station, LCS), đơi cịn
gọi khối điều khiển cục (local control unit, LCU) hoặc trạm trình (process station, PS) Các trạm điều khiển cục thuộc cấp điều khiển, nơi thực chức điều khiển cho công đoạn Các trạm thường đặt phòng điều khiển hoặc phòng điện cạnh phòng điều khiển trung tâm hoặc rải rác gần khu vực trường
➢ Trạm vận hành (operator station, OS) đặt phòng điều khiển trung tâm Các trạm vận hành có thể hoạt động song song, độc lập với Để tiện cho việc vận hành hệ thống, người ta thường xếp trạm vận hành tương ứng với phân đoạn hoặc phân xưởng ➢ Trạm kỹ thuật (engineering station, ES) nơi cài đặt công cụ phát
triển, cho phép đặt cấu hình cho hệ thống, tạo theo dõi chương trình ứng dụng điều khiển giao diện người - máy, đặt cấu hình tham số hóa thiết bị trường
➢ Hệ thống truyền thông gồm bus trường (field bus) bus hệ thống (system bus) Bus trường có chức ghép nối trạm điều khiển với trạm vào/ phân tán thiết bị trường thơng minh, cịn bus hệ thống nối mạng trạm điều khiển cục với với trạm vận hành, trạm kỹ thuật
Ngoài thành phần trên, hệ DCS cụ thể có thể bao gồm thành phần khác trạm vào/ra từ xa (remote I/O station), điều khiển chuyên dụng, vv…
e. Ưu
Hệ thống DCS ngày phát triển với ưu thế lớn là:
➢ Mức điều khiển cao
(13)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 13 ➢ Cấu hình linh hoạt
Nhờ khả dự phịng kép tất thành phần, DCS có khả thay đởi chương trình, thay đởi cấu trúc hệ hay thêm bớt thành phần mà không làm gián đoạn hay khởi động lại trình
➢ Tỷ lệ lỗi thấp
Theo thiết kế, hệ DCS thường có hệ thống mở, khả tích hợp cao với PLC khác điều khiển máy cơng đoạn sản xuất độclập Vì vậy, DCS có tỷ lệ lỗi thấp, nhờ đó, việc điều khiển nhà máy hay xí nghiệp vừa tiết kiệm chi phí, vừa dễ bảo trì vận hành ➢ Tính sẵn sàng độ tin cậy
Các hệ điều khiển phân tán DCS đại có chế dự phịng, an tồn, khởi động lại xảy cố chế độ bảo trì, chẩn đốn thị lỗi Bên cạnh đó, hệ DCS cho phép người sử dụng cài đặt chế độ bảo mật để hạn chế, kiểm soát quyền truy nhập liệu điều khiển
f. Phân biệt DCS với SCADA
Trong khứ, SCADA DCS hai hệ thống riêng biệt; nhiên, với phát triển công nghệ ngày nay, hai hệ thống có điểm tương đờng nhiều người có thể nhầm lẫn chúng Để phân biệt SCADA DCS, cần ý tới ba điểm sau hệ thống:
➢ Mục tiêu: hệ DCS thường hướng tới q trình, cịn SCADA hướng tới thu thập liệu DCS tập trung vào q trình kiểm sốt việc đưa thông tin tới người quản lý Trái lại, SCADA tập trung chủ yếu vào trung tâm điều khiển thân người quản lý Các thiết bị điều khiển từ xa hệ SCADA chủ yếu dùng để thu thập thơng tin, mặc dù chúng có thể thực trình điều khiển phức tạp đa dạng ➢ Chức năng: hệ DCS, hệ thống điều khiển có vịng điều khiển
quy trình khép kín thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) hoặc khối điều khiển logic khả trình (PLC) Tuy nhiên, vịng điều khiển quy trình khép kín khơng có SCADA Thay vào đó, SCADA sử dụng giao diện người - máy (HMI), sử dụng người hệ thống điều khiển kiểm soát
(14)Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 14
hiện lệnh nhà quản lý Nhưng SCADA, đường truyền gặp lỗi, hệ thống phải thực theo trình tự Tóm lại, DCS điều khiển theo xu hướng trình, SCADA điếu khiển theo kiện
2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS nhà máy xi măng Bỉm Sơn
DCS nhà máy Xi măng Bỉm Sơn
Tồn q trình sản xuất nhà máy thực tự động hóa mức độ cao điều khiển tập trung CCR( Central Control Room) để kiểm sốt tồn hoạt động nhà áy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời thông số chất lượng sản phẩm thay đơi hoặc có cố bất bình thường xảy
Cụ thể có phịng vận hành:
- Phòng LCR1 (Local Control Room 1-Limestone crushing): Vận hành giám sát cơng đoạn nghiền vơi
- Phịng LCR2 (Local Control Room 2- Clay crushig): Vận hành giám sát công đoạn nghiền đất sét
(15)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 15
- Laboratory: Phịng thí nghiệm
- Phịng LCR3 (Local Control Room 4-No.1 Packing plant): Vận hành giám sát công đoạn đóng bao xi măng số
- Phịng LCR4 (Local Control Room 4-No.1 Packing plant): Vận hành giám sát cơng đoạn đóng bao xi măng số
2.1 Mơ tả chi tiết trình bày chức cấp điều khiển giám sát
• Phịng LCR1 (Local Control Room 1-Limestone crushing): Vận hành giám sát công đoạn nghiền vôi
Gồm trạm vận hành OS1 (Operator Station) để điều khiển giám sát công đoạn nghiền đá vôi (Limestone crushing) kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy)
• Phịng LCR2 (Local Control Room 2- Clay crushig): Vận hành giám sát công đoạn nghiền đất sét.
Gồm trạm vận hành OS1 (Operator Station) để điều khiển giám sát công đoạn nghiền đất sét (Clay crushing) kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy)
• Phịng CCR (Central Control Room): Vận hành giám sát toàn nhà máy.
- Gồm trạm vận hành OS3, OS4, OS5, OS6, OS7 OS8 (Operator Station) để điều khiển giám sát công đoạn: Chứa vận chuyển nguyên liệu; đồng bột liệu cung cấp cho lò nung; làm nguội clanhke, kho chưa chất clanhke phận dịch vụ; nghiền xi măng; nghiền than; trạm, đập đá shake; vận chuyển chứa phụ gia Hệ thống thiết kế cho trạm vận hành OS có thể kiểm ta giám sát từ công đoạn trở nên
- Trạm kỹ thuật ES (Engineer Station) sử dụng cho việc biên soạn, lưu chương trình đào tạo kỹ thuật, kết nói với monochrome laser printer
- Trạm quản lý mạng management station gờm máy tính chạy phần mềm quản lý SNMP (SNMP management application), dùng để giám sát điều khiển tập trung kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy)
- Trạm tối ưu hóa (kiln optimization)
(16)Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 16
Tất trạm kết nối với máy in báo động, cảnh báo, báo cháy, máy hardcopy màu
• Laboratory: Phịng thí nghiệm
Gờm hệ thống QCS kết nối với trạm định lượng thông qua hệ thống DCS, để nâng cao ổn định chất lượng sản phẩm kết nối với hệ thống quản lý chất lượng bao gồm chuỗi từ máy tính điều khiển vận hành tự động máy quét phân tích phở huỳnh quanh tia X (máy phân tích X – ray) Đặc biệt, với việc trang bị hệ thống lấy mẫu( truyền thơng với phịng CCR) gửi mẫu tự động cho cơng đoạn có bán thành phẩm dạng bột mịn (gồm: bột liệu sau nghiền, bột liệu cấp cho lò nung, xi măng sau nghiền, than mịn sau nghiền) cho phép lấy mẫu cách khoa học đại Mẫu sau gửi tự động Phịng Thí nghiệm phân tích máy phân tích X-Ray cho kết để phục vụ cho trình nhiệu chỉnh tối ưu, đảm bảo sản phẩm ln trì ởn định mức cao
• Phịng LCR3 (Local Control Room 3-No.1 Packing plant): Vận hành giám sát công đoạn đóng bao xi măng số 1.
Gờm trạm vận hành OS9 (Operator Station) để điều khiển giám sát cơng đoạn đóng bao (Packing plant) kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy)
• Phịng LCR4 (Local Control Room 4-No.2 Packing plant): Vận hành giám sát cơng đoạn đóng bao xi măng số 2.
Gồm trạm vận hành OS10 (Operator Station) để điều khiển giám sát cơng đoạn đóng bao (Packing plant) kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy)
2.2 Mơ tả chi tiết trình bày chức cấp điều khiển
Toàn dây chuyền sản xuất nhà máy phân chia thành 10 công đoạn sản xuất (LS), công đoạn trang bị điều khiển khả trình (PLC) loại TOSLINE S2T thế hệ Hãng TOSHIBA lắp đặt trạm điện Các điều khiển công đoạn sản xuất, cụ thể sau:
+ LS1(Limestome crushing): Bộ điều khiển công đoạn đập đá vôi + LS2(Limestone storage): Bộ điều khiển công lưu trữ đá vôi
+ LS3(Clay crushing&stogare): Bộ điều khiển công đoạn nghiền lưu trữ đất sét
(17)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 17 + LS5(Homo silo, Preheatea&kiln): Bộ điều khiển cơng đoạn lị nung
+ LS5(Clinker cooler): Bộ điều khiển công đoạn làm nguội Clinker
+ LS5(Coal mill): Bộ điều khiển công đoạn nghiền than, phần dư đưa đến bãi than
+ LS6(No.1 Cement Milk): Bộ điều khiển Cement milk số (xi măng có dạng giống sữa)
+ LS6(No.2 Cement Milk): Bộ điều khiển Cement milk số (xi măng có dạng giống sữa)
+ LS7(Cement silo): Bộ điều khiển thùng chứa xi măng, đồng + LS8(N0.1 Packing plant): Bộ điều khiển cơng đoạn đóng bao xi măng + LS9(N0.2 Packing plant): Bộ điều khiển công đoạn đóng bao xi măng + LS10(Coal stogare): Bộ điều khiển phần than khơng chưa sử dụng đến Ngồi cịn có PLC điều khiển trạm điện nhà máy Main substation (MS)
Đối với công đoạn lò nung, làm nguội Clinker, nghiền liệu, nghiền than, nghiền xi măng cung cấp nước xử lý nước để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống, công đoạn thiết kế trang bị điều khiển kép (có dự phịng nóng)
Tại CCR, kỹ sư vận hành có thể điều khiển, vận hành giám sát tồn q trình sản xuất nhà máy thơng qua máy tính vận hành, phịng CCR thiết kế trang bị trạm vận hành (OS3, OS4, OS5, OS6, OS7, OS8), trạm vận hành nghiền liệu, lị nung, nghiền than nghiền xi măng Ngồi ra, để tăng tính linh hoạt trạm vận hành thiết kế để có thể điều khiển vận hành tất công đoạn sản xuất dây chuyền sản xuất Tại phòng LCR thiết kế để người vận hành có thể vận hành giám sát công đoạn sản xuất
Các máy tính vận hành kết nối với điều khiển trình thuộc công đoạn sản xuất thông qua mạng truyền thông Công nghiệp (Industrial Ethernet) bằng cáp quang Để tăng độ tin cậy cho hệ thống mạng truyền thơng Ethernet thiết kế mạng kép (có dự phịng nóng)
(18)Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
(19)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 19 2.3 Mô tả BUS phương thức truyền thông hệ thống
2.3.1 Mạng truyền thông công nghiệp Ethernet nhà máy xi măng Bỉm Sơn
Tất kết nối mạng LAN theo chuẩn Ethernet (TCP/IP) Các máy tính vận hành kết nối với điều khiển q trình thuộc cơng đoạn sản xuất thông qua mạng truyền thông Công nghiệp (Industrial Ethernet) bằng cáp quang Để tăng độ tin cậy cho hệ thống mạng truyền thơng Ethernet thiết kế mạng kép (có dự phịng nóng)
(20)Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 20
2.3.2 Mạng truyền thông công nghiệp Ethernet nhà máy xi măng nói chung
➢ Lịch sử phát triển Ethernet
Sự phát triển không ngừng việc sử dụng hệ thống xử lý số liệu việc đưa hệ thống vào áp dụng nhiều lĩnh vực chẳng hạn như: hoạt động mơi trường văn phịng, ứng dụng khoa học cơng nghệ, xây dựng, chế tạo máy móc buộc nhà quản lý lĩnh vực cần phải nghĩ đến đưa mạng truyền liệu lớn, có tính cao cấp vào sử dụng nhằm đáp ứng yêu cầu
Ngay từ năm 1972, hãng Xerox bắt đầu nghiên cứu phát triển mạng cục kết nối theo dạng bus (LAN) trung tâm nghiên cứu phát triển Palo Alto họ, sử dụng phương pháp truy cập có tên CSMA/CP Tên phương pháp truy cập chữ viết tắt tính chất sau:
- Carrier Sense (cảm nhận sóng mang) - Multiple Acces (đa truy cập)
- Collision Detection (phát xung đột) Ý nghĩa tính chất hiểu là:
+ Carrier Sense: Các thành viên mạng (Network users) liên tục "lắng nghe", kiểm tra xem đường truyền lúc có tự hay khơng? (tức có thông tin truyền mạng hay không)
+ Multiple Acces: nếu đường truyền mạng tự (khơng có thơng tin truyền mạng) thành viên mạng có thể bắt đầu truy cập truyền liệu lên mạng
+ Collision Detection: Nếu có nhiều thành viên mạng đồng thời khởi động truyền thơng tin lên mạng điều có nghĩa xung đột xảy thành viên mà truyền liệu lúc phải dừng lại chờ xem thành viên phép ưu tiên truyền lại liệu lần truyền tiếp theo
(21)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 21 Xerox, công ty hợp tác với thành liên danh có tên DIX để nghiên cứu phát triển, hướng tới mục tiêu với kết thu cách hoàn hảo hãng Xerox nêu Năm 1980, DIX cho đời phiên V1.0 Ethernet Mơ hình chiếu OSI phát triển thành lớp (layer) phân chia sau:
(22)Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 22
Sơ đồ nguyên lý truy cập CSMA/CD
➢ Tại gọi Ethernet công nghiệp?
(23)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 23 Cùng với tính truyền thơng chuẩn hóa theo mơ hình OSI, tảng kiến trúc liên tục tạo mà mở rộng phát triển không ngừng từ cấp độ bên văn phòng, phòng điều khiển, giám sát vươn tới tận thiết bị trường, máy móc, cảm biến Theo hướng vậy, việc xử lý thông tin liệu hiển diện mức trường mà cịn liên tục tích hợp hệ thống thu thập liệu mức kiểm sốt cao
Hình ảnh cho thấy phân cấp có thể tạo hệ thống:
Hình 2: Ví dụ phân cấp hệ thống tự động hóa cơng nghiệp.
• ERP: hoạch định ng̀n tài ngun kinh doanh (Enterprise resource planning) • SCADA: điều khiển giám sát thu thập liệu (Supervisory control & data acquisition)
(24)Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 24
• PLC: Bộ điều khiển logic có khả lập trình (Programmable Logic Controler)
• Bus trường (Fieldbus)
Những loại Bus trường (fieldbus) có sẵn thị trường sử dụng nhiều loại phương tiện truyền tải liệu khác giao diện với mạng cấp cao thông qua "gateway" Đa số nhà sản xuất fieldbus phát triển giao thức họ xây dựng dựa theo chuẩn Ethernet như: Modbus/TCP; EtherNet/IP; ProfiNet, FFHSE; PowerLink
Bên cạnh đó, Ethernet tạo tăng đột biến độ rộng băng thơng so với fieldbus (ví dụ: Profibus DP có băng thơng tối đa tới 12Mbit/s, Ethernet có độ rộng băng thơng tối đa tới (10) Gbit/s)
Ethernet khơng có khả phát triển tích hợp theo chiều thẳng đứng mà cịn cung cấp giao thức mở để phát triển theo chiều rộng
(25)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 25
Phần III: Nghiên cứu điều khiển (PLC) dây chuyền SX
Bộ điều khiển: TOSLINE S2T
1 Giới thiệu chung
Bộ điều khiển Toshiba S2T loại nhỏ, kiểu mơ-đun điều khiển lập trình phù hợp với rơle đơn giản thay thế cho phương thức điều khiển phức tạp TISLINE S2T thế hệ thứ Series T2 CPUs sử dụng với Giá đỡ V-Series, I / O nguồn điện TOSLINE S2T cung cấp sản phẩm kinh tế nhỏ gọn ứng dụng automotive, điều khiển máy móc hệ thống điều khiển tự động
Các tính chính:
Đối với S2T, cơng cụ lập trình dịng PROSEC T-PDS sử dụng Các chương trình tương thích với dịng T Trong trì tính tích hợp dịng V, tài ngun phần mềm dịng T có thể sử dụng
Local I/O 2048 Points Program 32/64 Ksteps
(Includes Comments) Speed 0.09 s/contact
0.54 s/transfer
12.1s/floating point add Station Bus Yes
a. Chương trình tương
(26)Phần 3: Nghiên cứu bộđiều khiển PLC dây chuyền sản xuất
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 26
c Tích hợp chức điều khiển xử lý liệu PLC
Nhiều cấu hình CPU với module điều khiển vịng kín (L2) hoặc mơ đun điều khiển chuỗi (S2) điều khơng có khả
b Tốc độ cao, hiệu suất trình điều khiển cao
Hoạt động song song xử lý 32bit đa xử lý ngôn ngữ phát triển độc lập đạt xử lý tốc độ cao hướng dẫn lập trình giảm chi phí qt lớn Ngồi ra, bus xử lý 32bit cho phép trao đổi liệu tốc độ cao S2T mô đun mạng hoặc mô đun máy tính S2T lý tưởng cho ứng dụng quan trọng thời gian
Giữa module máy tính (C2) S2T, việc trao đởi liệu có thể thực đơn giản nhanh Là điều khiển chức cao với chức điều khiển xử lý liệu PLC, hệ thống IT-compatible có thể có cấu hình đơn giản
d Cổng giao tiếp tích hợp
(27)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 27
e. 1M byte data memory
Hai loại CPU S2T có sẵn, loại tiêu chuẩn PU662T loại PU672T nâng cao PU672T trang bị nhớ liệu mở rộng 1M byte (512k từ) Người dùng có thể truy cập nhớ bằng hướng dẫn truyền liệu mở rộng (XFER) Vì nhớ lưu bằng pin, nên có thể sử dụng để ghi liệu, …
2 Đặc tính kỹ thuật phần cứng ▪ Thông số kỹ thuật chung
(28)Phần 3: Nghiên cứu bộđiều khiển PLC dây chuyền sản xuất
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 28
▪ Thơng số máy tính
▪ Ghép nối truyền thông
(29)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 29 ▪ Ethenet
(30)Phần 3: Nghiên cứu bộđiều khiển PLC dây chuyền sản xuất
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 30
3 Phầm mềm lập trình
T-PDS (Toshiba-Program Development Software) sử dụng để nhập chương trình vào CPU S2E & S2T T-PDS phần mềm chạy máy tính Toshiba Notebook hoặc máy tính cá nhân IBM-PC tương thích khác T-PDS hỗ trợ lập trình trực tuyến & ngoại tuyến, gỡ lỗi tài liệu chương trình cho tất điều khiển lập trình T-Series T-PDS có:
Trình chỉnh sửa chương trình đầy đủtính bao
gồm cắt dán tìm kiếm & thay thế, chèn, xóa, v.v
Lập trình nhóm sáp nhập khối
Tải, lưu so sánh chương trình tệp đĩa
CPU
Theo dõi trạng thái dịng điện chương trình
thang trực tuyến giá trịđăng ký
Dấu vết mẫu đểxác định mối quan hệ thời gian
các kiện
I / O Buộc BẬT & TẮT từ bàn phím
In tùy chọn đồnhư giá trịđăng ký, sử dụng
đăng ký / thiết bị, tham chiếu chéo đầy đủ, v.v
(31)SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 31 KẾT LUẬN
Sau gian tìm hiểu, báo cáo giải quyết vấn đề sau: - Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất xi măng nhà máy Xi măng Bỉm Sơn - Tìm hiểu hệ thống điều khiển phân tán (DCS)
- Tìm hiểu khai thác ứng dụng phần mềm S2T
(32)TÀI LIÊU THAM KHẢO
SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 Hồng Minh Sơn, Mạng truyền thơng cơng nghiệp, NXB khoa học kĩ thuật 2004
2 Tài liệu kỹ thuật nhà máy xi măng Bỉm Sơn Tiếng Anh