Công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống điều khiển của nhà máy Tam Điệp

Khí nóng từ lò nung không đủ nhiệt độ để sấy liệu bên trong máy nghiền thì một máy phát nhiệt Generator sẽ được khởi động cấp khí nóng bổ sung cho quá trình sấy vật liệu trong máy nghi

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình thực tập tại nhà máy xi măng Tam Điệp em đã có dịp tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng, cũng như hệ thống điều khiển tại nhà máy, đặc biệt là ứng dụng của PLC trong hệ thống điều khiển Trong đồ án này em được PGS.TS Phan Xuân Minh giao nhiệm vụ tìm hiểu toàn bộ công nghệ sản xuất xi măng, đặc biệt là đi sâu nghiên cứu về Precalciner của nhà máy Em đã xây dựng

hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ cho Precalciner bằng cách sử dụng thiết bị khả trình PLC S7 – 300 thuộc họ Simatic của hăng Siemens Ý tưởng này được xuất phát từ một số ưu điểm của PLC S7 – 300:

- Thuận lợi trong việc sửa chữa và thay thế

- Dễ dàng tìm mua các thiết bị trên thị trường

- Ngôn ngữ lập trình dễ sử dụng và kiểm tra

- Khả năng kết nối truyền thông cao

- Dễ dàng giám sát và điều khiển khi sử dụng WinCC

Tuy đã cố gắng hết sức nhưng do lần đầu tiên bắt tay vào thiết kế một hệ thống điều khiển phức tạp trong nhà máy và thời gian không có nhiều, nên đồ án không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy, em mong sẽ nhận nhiều sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ án của em sẽ được hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi

Đồ án của em được hoàn thành ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là PGS.TS Phan Xuân Minh, cùng các cán bộ kỹ sư trong xưởng Điện – Điện Tử của nhà máy

xi măng Tam Điệp

Em xin trân trọng cám ơn sự giúp đỡ đó

PHẦN I CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN CỦA NHÀ MÁY

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

1.1 Giới thiệu chung về nhà máy:

Công ty xi măng Tam Điệp được đặt tại xã Quang Sơn thị xã Tam Điệp tỉnh Ninh Bình, nằm gần quốc lộ 1 và đường sắt Bắc Nam nên rất thuận tiện cho việc giao thông vận tải

Công ty đã bắt đầu chạy thử đầu năm 2004 và đến đầu năm 2005 bao xi măng đầu tiên đã được bán ra thị trường Dây chuyền sản xuất của công ty theo phương pháp khô với các thiết bị thuộc thế hệ mới, tiên tiến nhất trên thế giới Mức

độ cơ giới hóa và tự động hóa cao, định mức tiêu hao nhiên liệu thấp Toàn bộ dây chuyển sản xuất của nhà máy từ khâu tiếp nhận nguyên vật liệu tới khâu xuất sản phẩm cho khách hàng đều được điều khiển tự động từ phòng điều khiển trung tâm thông qua hệ thống máy tính và hệ thống các tủ PLC của hãng Allen-Bradley ( Hoa

Kỳ ) Việc thiết kế cung cấp thiết bị và phần mềm giám sát do các chuyên gia Đan Mạch đảm nhiệm Ngoài ra công ty còn được trang bị hệ thống lọc bụi, xử lý nước thải và chống ồn hiện đại của thê giới

Công ty có nguồn nguyên liệu phong phú với chất lượng cao và ổn định rất phù hợp với việc sản xuất xi măng, kết hợp với dây chuyền thiết bị hiện đại, hệ thống phân tích nhanh bằng tia X quang, chương trình tối ưu hóa thành phần phối liệu và hệ thống điều khiển tự động với hàng nghìn các đầu đo, đảm bảo quá trình giám sát và điều khiển liên tục toàn bộ quá trình sản xuất, duy trì ổn đình chất lượng sản phẩm ở mức cao nhất

Các loại sản phẩm chính của công ty xi măng Tam Điệp là: PCB30, PCB40

và PCB50 Sản phẩm của công ty được đóng gói trong bao có 5 lớp giấy Karll hoặc bao phức hợp KPK, đảm bảo chất lượng xi măng tốt nhất khi đến tay người tiêu dùng Tuy nhiên do dây chuyển mới được đưa vào hoạt động nên sảm phẩm xi măng của công ty chưa tìm được thị trường thích hợp vì vậy sản phẩm chính mà công ty bán vẫn là Clinker

Hiện nay với nhu cầu xây dựng mạnh mẽ của đất nước thì thị trường của sản phẩm xi măng vẫn còn rất rộng lớn, trong một ngày gân đây xi măng Tam Điệp sẽ

là sản phẩm không thể thiếu được của mỗi công trình

1.2 Giới thiệu về công nghệ nhà máy:

1.2.1 Khu nghiền liệu:

Két chứa

Máy nghiền Xilô đồng nhất

Quạt sục

Đất sét được khai thác bằng phương pháp bốc xúc trực tiếp và vận chuyển

về trạm chứa của nhà máy Máy đập sét là loại máy đập 2 trục có răng, năng suất đập 250t/h Đất sét sau khi đập cũng được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ bằng

hệ thống băng tải Kho sét được trang bị 2 máy rải ( Stacker ) rải sét thành 2 đống dọc kho theo phương pháp đánh luồng Năng suất rải của mỗi stacker bình quân là 280t/h

Thạch cao ở dạng cục, có thể chứa tại bãi ngoài trời gần với kho chứa tổng hợp Trước khi đưa vào kho đồng nhất sơ bộ thạch cao cục được đập qua máy đập

có năng suất 120t/h Khối lượng mỗi loại trong kho là:

+ Than cám : 2 đông x 7500t + Thạch cao : 1 đống x 800t + Xỷ quặng : 1 đống x 5000t

Kho chứa đá vôi được lắp đặt một máy cào ( Reclaimer ) kiểu 2 mái bừa, cắt ngang đống, xúc đá vôi vào băng tải ( 151.300 ) chạy dọc kho Sau đó đổ vào băng (151.320 ) vận chuyển lên két chứa đá vôi ( 331.010 ) Tốc độ của reclaimer được điều khiển tự động nhằm giữ két chứa ở một độ đầy nhất định ( đã đặt trước ) nhờ sự chỉ báo của tế bào trọng lượng gắn trên két chứa

Kho chứa đất sét cũng được trang bị một reclaimer ( 153.300 ) kiểu cào ngược, cắt ngang luống đưa sét vào băng tải chạy dọc kho sau đó đổ vào băng tải ( 153.340 ) có găn thiết bị định lượng ( 153.345 ) vận chuyển đất trực tiếp vào máy nghiền liệu

Quặng sắt và nguyên liệu giàu SiO2 cũng được reclaimer kiểu cần cẩu cào vào băng ( 224.700 ) chạy dọc kho đồng nhất và đưa vào các két chứa riêng biệt

Tôc độ của reclaimer ( 224.700 ) sẽ được điều khiển để giữ cho két chứa ở một độ đầy nhất định nhờ sự chỉ báo của các tế bào trọng lượng gắn trên két chứa Trừ đất sét ( được định lượng qua băng 153.340 ), đá vôi, quặng sắt và nguyên liệu giàu SiO2 để được định lượng nhờ các băng cân trước khi đưa vào máy nghiền liệu

Máy nghiền đứng con lăn Atox được trang bị cho nghiền và sấy hỗn hợp nguyên liệu Máy phân ly động ( 341 021 ) được lắp liền trên máy nghiền liệu để phân loại bột liệu Những hạt quá cỡ sẽ được quay lại bàn nghiền, những hạt thô văng ra khỏi bàn nghiền được cấp liệu rung ( 314.030 ) đưa vào hệ thống tuần hoàn vật liệu Gồm băng tải ( 331.150 ) và gầu nâng ( 331.140 ) đưa trở lại máy nghiền

Trước khi vào máy nghiền, các kim loại lẫn trong nguyên liệu được tách ra bằng các thiết bị chi tách ( 331.110 ) và ( 331.120 )

Nguồn nhiệt cho sấy được sử dụng chủ yếu là khí thải lò nung sau quạt preheatr Nhiệt độ khí thải lò nung được điều chỉnh bằng phương pháp phun nước trong tháp điều hòa khí thải GCT để giữ cho nhiệt độ ra khỏi máy nghiền liệu không đổi ( ở mức đặt trước, khoảng 940C ) Khí nóng từ lò nung không đủ nhiệt

độ để sấy liệu bên trong máy nghiền thì một máy phát nhiệt ( Generator ) sẽ được khởi động cấp khí nóng bổ sung cho quá trình sấy vật liệu trong máy nghiền

Tỷ lệ phần trăm pha trộn của các loại vật liệu ( đá vôi, đất sét, xỷ, quặng và nguyên liệu giàu SiO2 ) được tính toán cân đối tự động bằng hệ thống điều chỉnh cân đối bột liệu trên cơ sở các hệt số chế tạo do phòng KTSX đưa ra phù hợp với quá trình nung luyện và chất lượng Clinker theo yêu cầu ( chế độ trực tuyến : online mode ) Tỷ lệ trên cũng có thể đặt trực tiếp nếu người vận hành chuyển sang chế độ ngoại tuyến ( off line mode )

Quá trình khởi động hệ thống vận chuyển nguyên liệu tới máy nghiền liệu Reclaimer ( 153.300 ) phải khởi động trước cùng với các băng tải để đất sét có thời gian tới các két chứa đá vôi, xỷ, quặng, nguyên liệu giàu SiO2 Có nghĩa là các băng cân ( 331.020, 331.060, 331.100 ) phải khởi động trễ một thời gian ( đã tính toán trước ) kể từ khi Reclaimer ( 153.300 ) bắt đầu khởi động

Trường hợp sau khi dừng khẩn cấp máy nghiền, vật liệu thô vẫn còn trong băng tải, khi khởi động lại thì người vận hành CCR có thể khởi động bình thường toàn bộ hệ thống vận chuyển mà không cần có thời gian trễ Bột liệu sau khi được tập trung tai 4 cyclon được vận chuyển bằng máng khí động đưa vào xilô đồng nhất ( 361.040 ) Tốc độ của máy phân ly được điều chỉnh bởi kết quả phân tích độ min sản phẩm của phòng thí nghiệm Lộ trình vận chuyển bột liệu qua gầu nâng ( 361.010 ) hoặc gầu nâng ( 361.100 ) được chọn bởi người vận hành CCR trước khi khởi động nhóm thiết bị vận chuyển Khí và bụi sau cyclon lắng, được tuần hoàn lại máy nghiền liệu hoặc đưa qua lọc bụi tĩnh điện ( 341.390 ) ra ống khói nhờ quạt máy nghiền ( 341.090 ) và quạt khí thải ( 341.400 ) Có 5 vòng điều khiển cho quá trình nghiền liệu

Cầu cào cầu rải

Két chứa than khô

Máy nghiền than

Két chứa than mịn Than

Xilô bột liệu được chế tạo bằng bê tông cốt thép có sức chứa 20.000 tấn bột liệu Đáy xilô được bố trí 7 cửa xả liệu ứng với 7 khoang tròn hình nón và được sục khí bởi hệ thống 3 quạt thổi pít tông quay ( 361.BL.01- 03 ) nhằm đạt tới hiệu quả đồng nhất cao Hệ thống đường ống cấp khí sục phức tạp và các hộp khí đặt tại đáy xilô tạo lên "tầng sôi"

bột liệu xả qua 7 cửa tháo đáy theo chương trình Mỗi lần xả gồm 3 cửa đáy tương ứng với 3 múi tam giác trong 42 múi tại đáy xilô Mỗi chu ky bằng 60 giây Trong chu kỳ xả đáy 12 phút, mỗi chu kỳ được sục đáy một lần Quá trình suc khí xilô và

xả đáy được điều khiển bởi 1 bộ PLC lắp đặt trong một hệ thống vi xử lý

Có 7 cửa tháo tại đáy xilô (361.040 ) mỗi cửa được lắp 2 van, một van vận hành bằng tay một van vận hành bằng khí nén Sau khi bột liệu tập trung tại phễu nhận và theo chu kỳ xả tại các cửa tháo tương ứng Sau khi tập trung tại phễu bột liệu qua van vận hành khí nén (361.050 ) vào cân cấp liệu lò nung Việc tháo xả bột liệu từ cân cấp liệu lò nung nhờ van vận hành mô tơ ( 361.FG11 ) Bột đã qua cân được đưa vào preheater 2 nhánh 5 tầng nhờ máng khí động học ( 361.090 ),các van quay (361.120) và các đối trọng ( Flap Value ) (361.125) và vị trí ống nối giữa cyclone số 2 và cyclone số 1 của 2 nhánh A và B Vị trí van phân chia liệu (361.095) được điều khiển để tình trạng khí giữa 2 nhánh là như nhau Do có sức hút của quạt preheater khí nóng từ lò và calciner cuốn bột liệu vào cyclone Tại cyclone quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa bột liệu và khí nóng, bột liệu tăng dần

trình canxi hóa xảy ra mãnh liệt khi bột liệu được đưa vào calciner Trước khi vào

lò nung mức độ canxi hóa đạt 90% - 95%, nhiệt độ bột liệu vào khoảng 860 –

8750C Do có độ dốc và chuyển động quay của lò nung bột liệu được vận chuyển

từ đầu lò tới máy làm lạnh clinker trên chiều dài 71m của lò Khi ra khỏi lò nung bột liệu có nhiệt độ vào khoảng 13500C được rơi vào máy làm lạnh clinker kiểu ghi

để làm nguội Hệ thống điều khiển lò nung có 11 vòng điều chỉnh Than cám 4A được reclaimer cào vào băng tải chạy dọc kho và được đưa tới két chứa nhờ hệ thống băng tải Trước khi vào két chứa kim loại trong than được chia tách thải bỏ nhờ hai thiết bị phát hiện kim loại Sau đó than được tháo từ két chứa vào máy nghiền, máy nghiền than là loại máy nghiền Atox kiểu 3 con lăn được lắp đặt cùng máy phân ly động kiểu RAKM Có 4 mạch điều khiển được lắp đặt cho máy nghiền than Sau khi nghiền, than mịn được đưa tới các vòi phun nhờ khí từ các quạt thổi cung cấp cho vòi phun calciner và vòi phun chính của lò Dầu MFO được một thiết bị gia nhiệt hâm sấy tới nhiệt độ 120 – 1300C và được bơm tới vòi phun cho giai đoạn sấy và khởi động lò nung Ngoài ra dầu còn được cung cấp tới các generator phát nhiệt cho sấy máy nghiền liệu và máy nghiền than

1.2.3 Khu vực nghiền – đóng bao:

Xilô chứa

Clinker

Máy nghiền xi măng

Máy nghiền CKP

Xilô chứa xi măng

Két chứa xi măng

Máy đóng bao

Máy đóng bao

Máng xuất xi măng

Xuất xi măng rời cho ô tô

Xi măng thành phẩm được hệ thống vít tải, gầu nâng và mang khí động học vận chuyển vào 4 xilô chứa Để đồng nhất và tháo xi măng ra khỏi xilô, hệ thống các quạt thổi được lắp đặt để sục khí vào khoang trộn Xi măng được tháo ra tại đáy duy nhất cho mỗi xilô bên trong khoang trộn rồi qua các van điều khiển lưu lượng vào hệ thống máng khí động học và gầu nâng đến két chứa cho các máy đóng bao Máng khí động học xả xi măng rời trực tiếp ra các xe ô tô

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA NHÀ MÁY

2.1 Hệ thống điều khiển:

Hệ thống điều khiển của nhà máy gồm có 12 bộ PLC lắp đặt cho các công đoạn sau:

+ Đập đá vôi, đập đất sét + Kho đá vôi, đất sét + Nghiền liệu

+ Cấp liệu lò nung + Nung Clinker + Nghiền than + Nghiền sơ bộ + Đập phụ gia, thạch cao + Nghiền xi măng

+ Đóng bao 1 + Đóng bao 2 PLC là bộ điều khiển logic khả trình có những chức năng quan trọng nhất để điều khiển hoạt động toàn nhà máy:

+ Điều khiển đóng mạch PID + Điều khiển trình tự động cơ + Phát hiện sai lỗi vận hành + Xử lý báo động

+ Quét tín hiệu analog, tín hiệu số + Thông tin với hệ thống ECS/OP Station + Thông tin với các PLC khác

Các bộ cáp cho kết nối mạng của hệ thống bao gồm:

+ 1 bộ 500m cáp Ethernet cho kết nối mạng tại vị trí kỹ thuật vận hành + 1 bộ 12km cáp Ethernet cho mạng PLC kể cả phạm vi kết nối giữa

phòng điều khiển trung tâm và phòng điều khiển tại chỗ

Gồm 6 vị trí:

- 5 giao diện vận hành gồm máy tính, chuột, bàn phím để điều khiển quá trình Trong đó có 2 máy tính chủ có dung tích ổ cứng và bộ nhớ gấp đôi máy tính thường, cùng các thiết bị phụ để bảo vệ máy tính chủ Máy in cho phép in các báo động, máy in lazer cho báo cáo, máy in mầu để copy các màn hình cần thiết

- Một vị trí kỹ thuật lập trình gồm 1 máy tính chủ 32 phần mềm PC AnyWhere: phần mềm chương trình PLC AutoCAC Light; Microsoft Office For Window, phần mềm ECS/Op Station cho giao diện HMI

b Tại phòng điều khiển tại chỗ:

Có 4 phòng điều khiển tại chỗ cho các công đoạn sau:

- Đập đá vôi

- Đập đất sét

- Đập thạch cao

- Đóng bao xi măng Thiết bị điều khiển tại mỗi phòng điều khiển tại chỗ gồm:

- 1 máy tính chủ màn hình 21 inch, chuột bàn phím

- Giá đỡ và các thiết bị đầu nối Ngoài hệ thống điều khiển còn được trang bị các modul:

- Modul phần mềm FLS - SDR cho thu nhận dữ liệu, báo động, ghi chép báo cáo và các chức năng khác

- Modul phần mềm FLS - ECS/Op Station hiệu FLSA

- Một modul kỹ thuật FLS - ACE cho hệ thống các giao diện vận hành, hiệu FLSA

Hệ thống điều khiển các quá trình chính bao gồm việc giám sát và điều khiển các công đoạn sau:

- Nghiền liệu

- Cấp liệu lò nung

- Lò nung

sẽ được thưc hiện thông qua hệ thống mạng Ethernet tốc độ cao

Hệ thống điều khiển tại chỗ bao gồm:

- Đập đá vôi

- Đập đất sét

- Đập thạch cao

- 2 xưởng đóng bao Các hệ thống điều khiển tại chỗ này dựa trên cơ sở vị trí vận hành tại chỗ cho giám sát và điều khiển, hệ thống PLC và các Modul I/O cho điều khiển môtơ,

xử lý báo động và các vòng điều khiển Các phòng điều khiển tại chỗ được kết nối tới hệ thống điều khiển quá trình chính thông qua hệ thống mạng Ethernet Người vận hành hệ thống điều khiển quá trình chính ( tại phòng điều khiển trung tâm ) có thể theo dõi, giám sát tình trạng có liên quan tới các công đoạn vận hành tại chỗ

Cho mỗi công đoạn các màn hình sau đây được xác định:

a Hiển thị Mimic ( Mimic display ):

- Trong Mimic các phần của công đoạn được đại diện bằng các hình thể tiếp nối với các loại vật liệu và lưu lượng khí

- Mỗi mô tơ, van mở hay ngắt được hiển thị thông tin về 256 tình trạng khác nhau như: chạy, dừng, báo lỗi, tại chỗ, bình thường, mở, ngắt

- Mỗi thông tin trạng thái được hiển thị mầu được mô tả nguyên văn trên vị trí vận hành

- Các giá trị analog được hiển thị cùng với các mầu khác nhau tương ứng với các mức báo động bằng số hoặc bằng mô hình các thanh

- Các đường cong hướng cho các giá trị kiểm soát có thể được đưa vào hình ảnh mimic

b Hiển thị start - up ( Start - up display ):

- Các mimic đăc biệt được thiết kế để khởi động, dừng các nhóm thiết bị qua các chương trình điều khiển PLC cùng các thông tin về báo động, khoá liên

động cho các nhóm dừng và khởi động

c Hiển thị vòng PID ( PID loop display ):

- Việc điều khiển vòng cùng với thưc đơn bộ điều khiển và hình ảnh đường cong điều khiển dựa trên 3 chế độ vận hành:

+ Chế độ Auto + Chế độ Manual + Chế độ Force down

- Việc điều khiển vòng được thực hiện từ các cửa sổ Pop – up ( PID Faceplate ) sử dụng chuột cùng với các hình thể trong PID Facepiate

Facepiate hiển thị điểm đặt, đầu vào quá trình, đầu ra bộ điều khiển và có thể nhập

vào sơ đồ mimic

d Xem xet báo động:

- Các thông tin về báo động quá trình và hệ thống có thể xảy ra cùng

với thời gian xuất hiện

- Mỗi tín hiệu analog có thể có trên 10 mức khác nhau Mỗi mức đại diện cho 1 mức báo động

- Trong PLC, mỗi báo động được đánh dấu thời gian tại thời điểm ghi và xoá, cho phép phân tích báo động các máy đơn hoặc phân xưởng

e Các đường cong về hướng:

- Cung cấp thông tin về năng suất máy móc và quá trình trong thời kỳ

và so sánh sự phát triển các giá trị quá trình khác nhau cùng với các dữ liệu thực tế

và dữ liệu đã qua

- Xác định các nhóm cùng với 4 đường cong dữ liệu kiểm soát

- Các đường cong đã qua và đường cong tại thời điểm thực tế

- Các báo cáo về báo động

- Các báo cáo về sự việc xảy ra

- Báo cáo về hướng cùng với 4 đường cong

2.4 Giám sát và điều khiển FLF - ECS Expert:

a Thiết bị tối ưu hoá quá trình bao gồm:

- 1 máy tính chủ với bộ nhớ 128Mbyte dung tích ổ cứng 10Gbyte màn hình 21 inch chuột và bàn phím

- 1 máy in lazer

b Điều khiển lò nung:

- 1 modul điều khiển lò FLS - ECS/Fuggy Expert, hiệu FLSA: điều khiển giám sát lò nung khi lò đã nạp tới 70% năng suất nhằm ổn định

lò nung, chất lượng Clinker, kinh tế về nguyên liệu và sản phẩm tối đa dựa trên mức

- Nhóm điều khiển zôn nung:

+ Xử lý tổn thất gạch chịu lửa + Ổn định vận hành

+ Chất lượng Clinker tốt + Sản phẩm tối đa

- Nhóm điều khiển quá trình cháy:

+ Mức CO đúng + Mức O2 đúng + Tiết kiệm về nhiên liệu với nhiệt độ khí gas thải ra là nhỏ nhất

- Nhóm điều khiển điểm đặt dẫn động:

+ Cấp liệu lò nung + Nhiên liệu tới lò + Tôc độ quạt khí thải

c Điều khiển khởi động lò nung:

- Modul điều khiển khởi động lò FLS - ECS/Fuzzy Expert hiệu FLSA: điều khiển và giám sát lò nung từ khi cấp liệu tới khi cấp liệu đạt 70% năng

suất

- Nhóm điều khiển khởi động lò bao gồm các mục tiêu:

+ Làm tăng tốc độ lò và cấp liệu lò nung tới mức sản xuất mong muốn

+ Điều khiển tiêu tốn nhiệt trong phần nung theo chức năng

+ Điều khiển điểm đặt nhiệt độ cho Calciner theo chức năng

- Điều khiển điểm đặt cho dẫn động:

+ Cấp liệu lò + Nhiên liệu cấp cho lò

d Điều khiển máy làm nguội:

Modul phần mềm FLS - ECS/Fuzzy Expert điều khiển máy làm nguội nhãn hiệu FLSA bao gồm:

- Nhóm điều khiển máy làm nguội clinker bao gồm những mục tiêu sau:

+ Điều khiển dòng chảy + Ổn định áp suất dưới ghi + Ổn định và tối đa lượng gió 2 và gió 3 + Tối ưu hoá lượng gió làm mát

+ Những mục tiêu mới do khách hàng qui định

- Điều khiển điểm đặt cho đẫn động:

+ Áp suất ghi số 1

+ Tốc độ các ghi + Lưu lượng gió của tất cả các quạt

e Điều khiển máy nghiền xi măng:

- Modul phần mềm FLS - ECS/fuzzy Expert điều khiển máy nghiền

xi măng nhãn hiệu FLSA bao gồm: việc điều khiển máy phân ly trong giai đoạn nghiền xi măng nhằm đạt chất lượng xi măng và sản lượng tối đa

- Nhóm điều khiển máy nghiền xi măng gồm các mục đích sau:

+ Độ mịn tối ưu + Sản phẩm tối đa và phần quay lại máy nghiền là tối thiểu

+ Những mục tiêu do khách hàng xác định

- Điều khiển điểm đặt cho các dẫn động:

+ Tốc độ máy phân ly + Cấp liệu mới tới máy nghiền

f Máy quét Scanner:

- Hệ thống được trang bị một máy quét nhiệt độ vỏ lò nung để giám sát theo dõi nhiệt độ vỏ lò và gạch chịu lửa Thiết bị scanner là một máy quét tia hồng ngoại tốc độ cao để đo nhiệt độ vỏ lò nung Cứ mỗi vòng quay của vỏ lò nung, toàn bộ nhiệt độ vỏ lò được thu về với 1 hình chữ nhật 20 - 30cm trên màn hình máy quét

- Máy quét Scanner không chỉ là 1 thiết bị báo động đáng tin cậy mà còn sử dụng để đánh giá tình hình gạch chịu lửa lát trong lò, tức là xác định mức

độ hao mòn lớp lót cũng như phát hiện và mức độ mảng nóng phát triển, độ dày của lớp bảo vệ và hình dạng của vòng đỡ lò, mức độ vùng đốt, giúp cho người vận hành tại phòng điều khiển trung tâm có giải pháp phù hợp nhằm tránh hư hại lớn cho lớp lót và duy trì lo nung tiếp tục hoạt động dài ngày, có hiệu quả

- Một máy tính chủ bộ nhớ 128Mbyte, dung tích ổ cứng 10Gbyte, màn hình 21 inch, chuột, bàn phím và máy in màu được lắp đặt trong phòng điều khiển trung tâm để theo dõi và giám sát nhiệt độ vỏ lò

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG MẠNG ETHERNET TOÀN NHÀ MÁY 3.1 Giới thiệu chung:

3.1.1 Giới thiệu chung:

Hệ thống điều khiển tự động của nhà máy được kết nối bởi mô hình mạng Ethernet, dựa trên mô hình 7 lớp OSI Nguyên tắc đấu nối hình sao Star, điều khiển logic kiểu Bus hoặc kiểu mạch vòng Token Ring Phương pháp đường truyền bao gồm : Control Net (CN), RS-232, RS485, Data Highway Plus (DH+), twisted Pair, Fiber Optical

Phần mềm quản lý mạng là WinNT4.0 Server, phần mềm điểu khiển và vận hành

là Plain Guide, OP Station và RSLogic5000

Các trạm vận hành và hệ thống các tủ PLC được máy chủ quản lý bằng các địa chỉ

IP ( Internet Potcol), cấp phát nhờ dịch vụ DHCP của WinNT4.0Server

Hệ thống điều khiển tự động gồm 5 trạm vận hành trung tâm, 5 trạm điều khiển cục bộ và 40 tủ PLC Cabinet

3.1.2 Hệ thống máy tính quản lý mạng, điều khiển và vận hành:

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống máy tính quản lý mạng toàn nhà máy

3.1.3 Quản lý mạng Ethernet :

Bao gồm 2 máy chủ ECS được cấp phát địa chỉ IP1 và IP2 Mỗi máy chủ đấu nối với 1 Ethernet Switch (bộ chuyển mạch mạng thượng tầng ), quản lý hệ thống mạng bằng địa chỉ IP, qua Ethernet Switch Một trong 2 máy chủ đóng vai trò Back Up Server ( máy chủ sao lưu, dự phòng ) Chúng chạy song hành nhờ dịch

vụ đồng bộ dữ liệu của WinNT Server

Ngoài ra còn có 4 bộ chuyển mạch Ethernet Switch khác phục vụ cho các trạm điều khiển và vận hành cục bộ là 131, 133, 222, 641(1), 641(2)

3.1.4 Điều khiển và vận hành:

Bao gồm 5 trạm điều khiển vận hành trung tâm tại phòng điều khiển trung tâm, 5 trạm điều khiển và vận hành cục bộ 131, 133, 222, 641(1), 641(2).Chúng liên kết với nhau nhờ các bộ chuyển mạch Ethernet Switch và địa chỉ IP cấp phát bởi máy chủ ECS

3.1.5 Lập trịnh PLC và vận hành mô phỏng( lập trình mờ ):

Gồm 2 máy trạm lập trình PLC SMART STAION và 1 máy trạm vận hành

mô phỏng Fuzzy Epress

Lập trình mờ- Hệ chuyên gia : kiến trúc điều khiển và vận hành giả định, mô phỏng chạy thử và tối ưu hoá quy trình vận hành sản xuất

Các máy in báo cáo quá trình vận hành và sản xuất thường nhật, thường kỳ,

tự động và cảnh báo “nóng ” Chúng được được nối bởi bộ Print Server, liên kết trực tiếp với tất cả các trạm thông qua các bộ chuyển mạch Ethernet Switch với IP được cấp phát bởi máy chủ ECS

3.2 Hệ thống mạng lưới đấu nối : gồm 5 phần

3.2.1 Điều khiển trung tâm:

Mọi thiết bị được đấu nối với Ethernet Switch U11.1 và U11.2 bằng truyền thông cáp xoắn Hai máy chủ ECS với địa chỉ IP1, IP2 được đấu nối với 2 Switch

05 trạm vận hành OP-Station được đánh địa chỉ IP11/12/13/14/15 cũng đấu nối tới U11.1 và U11.2 với truyền thông cáp xoắn Ethernet Các hoạt động của chúng dựa trên cơ sở phân cấp và điều hành của WinNT4.0 Tuỳ theo sự phân cấp của máy chủ ECS mà mỗi trạm vận hành có chức năng vận hành giống nhau hoặc khác nhau Một lệnh điều khiển hoặc vận hành từ OP-Station bất kỳ được máy chủ ECS cập nhật, thông qua hệ thống mạng Ethernet chuyển tải xuống từng bộ phận làm việc tương ứng

02 trạm theo dõi tổng thể quá trình sản xuất của nhà máy là Plant Guide được đánh địa chỉ IP31/IP32 và được đấu nối với U11.1 2 trạm Plant Guide sử dụng phần mềm Plant-Guide chạy trên nền hệ điều hành WinNT, đóng vai trò giám sát chặt chẽ mọi hoạt động, phát hiện và cảnh báo sự cố

02 trạm lập trình PLC Smart Station được đánh địa chỉ IP21/IP22 đấu nối với U11.1 và U11.2 cho phép sửa đổi, thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp (Online/Ofline) mọi vị trí trên dây chuyền sản xuất của nhà máy

Hệ thống QCX, lấy mẫu tự động và X-RAY được đấu nối với U11.2 có địa chỉ IP51/71 và 72

Trạm lập trình mờ Fuzzy Expert đấu nối tới U11.1, 4 máy in báo cáo, cảnh báo được đấu nối tới 1 Print Server, từ đây đấu nối trực tiếp tới 2 máy chủ ECS

3.2.2 Đập đá và sét 131/133:

Là một trạm vận hành Local Control có vị trí đặc biệt là cách xa trung tâm nhà máy Trạm vận hành đập đá và sét liên kết với điều khiển trung tâm bằng truyền thông sợi quang đa mode, chế độ Half Duplex Để thực hiện được điều này, nhà máy sử dụng 1 bộ Switch quang tại tram 131 cho phép ghép nối và truyền nhận tín hiệu quang với 731 và với 151/153 một cách chính xác và nhanh nhất

02 trạm vận hành OP-Station Local 131/133 được đánh địa chỉ IP16/17 cho phép hiện thị và vân hành mọi hoạt động tại trạm đập đá và sét Thiết lập chế độ thời gian thực của băng tải, công suất máy đập và đồng bộ quá trình liên động với CCR

Vì những lý do kỹ thuật và địa hình, rõ ràng hệ thống Ethernet tại trạm đập

đá và sét 131/133 là hệ thống mạng phức tạp nhất của nhà máy Đòi hỏi yêu cầu lắp đặt, chạy thử và vận hành phải tuyệt đối chính xác Từ 131/133, người ta còn

sử dụng 3 bộ chia quang Split Fiber, phân làm 3 đoạn, mỗi đoạn dài 1km để kết nối liên động với PLC tại 151/153 Do vậy, tổn thất đường truyền nếu có tại 151/153 là điều hoàn toàn dễ hiểu và có thể xảy ra

3.2.3 Kho tổng hợp(thạch cao, than, phụ gia)222

Tại 222, trạm vận hành tại chỗ OP-Station Local được đánh địa chỉ IP18 cho phép thiết lập thông số với quá trình tiếp nhận,chuyển tải Thạch Cao, Phụ Gia,

Than cho quá trình xi măng Đồng bộ tín hiệu với CCR trong quá trình liên động

Trạm điều hành cục bộ OP-Station Local tại 641/1 và 641/2 được đánh địa

chỉ IP19/IP20 cho phép đồng bộ tín hiệu với CCR băng truyền thông sợi quang

gửi và nơi thực thi mệnh lệnh.Tín hiệu dựa trên cơ sở cấu trúc mạng hình sao

STAR thiết lập 1leadline nhanh nhất, ngắn nhất bằng các cơ sở sẵn có về cấu trúc

vật lý như tốc độ truyền, số bít truyền, số khung truyền, khoảng cách trưyền….Từ

trạm điều hành trung tâm, gói dữ liệu bao gồm những thông số được máy chủ thiết

lập theo tiêu chuẩn Ethernet được gửi đi

Tại các bộ chuyển mạch Ethernet Switch, gói dữ liệu được đưa vào bộ nhớ đệm và chờ đợi Ethernet Switch lựa chọn một cổng địa chỉ thích hợp để gửi tới bộ

phận hạng mục thực thi Cơ chế lựa chọn cổng địa chỉ của ES là cơ chế Logic

mạch vòng-Token Ring Với cơ chế này, ES sẽ quét tất cả các cổng đầu ra và lựa

chọn một cổng tương ứng với thông số mà máy ECS gửi , ở đấy chính là điạ chỉ

IP.Trong trường hợp có lỗi hoặc không tìm thấy địa chỉ IP cần thiết, gói dữ liệu sẽ

trả lại 1 xung tín hiệu gọi là bít dừng (Bit Stop).Máy chủ ECS sẽ phát hiện và

thông báo với trạm vận hành Lúc này, 1mệnh lệnh có thể thực hiện lại từ đầu hoặc

huỷ bỏ

Theo cấu trúc vật lý Ethernet của nhà máy tại một số hạng mục,người ta

thiết lập thêm nhiều cơ chế mạch vòng Token Ring, Conrol net, Device Net, LON

worknet khác cho việc thưc thi mệnh lệnh một cách chính xác và triệt để, Để thực

hiện được điều này, người ta sử dụng thêm một số Ethernet Hub và Ethernet

than, phụ gia)222; phân xưởng đóng bao 641(1); phân xướng đóng bao 641(2).Các Ethernet Hub và Ethernet Switch này thực hiện cơ chế mạch vòng Token Ring tương tự như tại điều khiển trung tâm.Gói dữ liệu được chuyển vào bộ đệm, được lựa chọn địa chỉ IP đầu ra và được trưyền đi với tốc độ cho phép

Tính linh hoạt của Ethernt ngoài việc có thể thiết lập nhiều cơ chế Logic mạch vòng Token Ring và trường Bus trên cơ sở cấu trúc vật lý mạng hình sao Star Nó cũng cho phép thực hiện cơ chế liên kết cơ chế dữ liệu kiểu trường Bus tại từng hạng mục Tiêu biểu là tiêu chuẩn giao diện RS-485 và CN(Control Net)bằng cáp xoắn đôi cho việc liên kết giữa các PLC Cabinet tại các hạng mục

Quá trình thực thi 1 mệnh lệnh trong điều khiển và tự động hoá của nhà máy cho ta thấy cấu trúc Ethernet tiêu biểu Đó là cấu trúc phân tán theo lớp với tốc độ cao, chính xác tuyệt đối và dễ dàng sửa đổi, nâng cấp mở rộng.Mặc dù vậy,

nó cũng đòi hỏi khả năng vận hành và quản trị mạng lưới chấp nhận được

3.3.2 Cấu trúc mạng –Topology:

- Cấu trúc hình sao-Star:

Trạm trung tâm ECS quan trọng hơn tất cả các nút khác, ECS sẽ điều khiển truyền thông của toàn mạng Các thành viên khác như các trạm vận hành, các tủ PLC, các trạm SLC, được kết nối gián tiếp với nhau qua trạm trung gian ECS Liên kết về mặt vật lý là điểm - điểm, về mặt logic vẫn có thể là đa điềm

Trong nhà máy, mạng Ethernet có cấu trúc hình sao về mặt vật lý nhưng lại

có cấu trúc logic như 1 mạch vòng và 1 hệ bus Bởi các trạm từ 131 đến 641 vẫn

có thể hoạt động tại bản thân nó ngay cả khi không có sự điều hành của trạm trung tâm tại 731

Nhờ có Ethernet Switch/Hub hiện đại và cáp truyền dẫn quang tốc độ cao lên tới 100Mps, cấu trúc hình sao hoàn toàn có thể đảm đương các chức năng điều khiển tự động của nhà máy

Với cấu trúc hình sao, nhà máy có khả năng nâng cấp và mở rộng hệ thống mạng dễ dàng

Hình 3.2 Sơ đồ nối dây hình sao

Star

- Control Net :

Dựa trên cơ sở cấu trúc Bus Tất cả các thành viên của mạng đều nối trực tiếp với 1 đường dẫn chung Có thể thấy ở hầu hết các hệ thống PLC và SLC tại các phân xưởng Từ các tủ PLC Cabinet nối tới các tủ I/O, nối tới các bộ SLC của các thiết bị, các động cơ, các đầu đo, van

Trong hệ thống Ethernet của nhà máy, cấu trúc Control Net phát huy tính năng của nó giúp hoàn thiện quá trình liên động của hệ thống Đáp ứng yêu cầu tương thích của các cấu trúc Profibus, CAN, LON Work

Có 3 loại cấu trúc Control Net-Bus :

- Daisy Chain: mỗi trạm được nối mạng trực tiếp tại giao lộ của 2 đoạn dây dẫn, không qua đoạn dây nối phụ vào

- Trunk-line/ Drop-line: mỗi trạm được nối qua một đường line) để đến đường trục(trunk-line)

nhánh(Drop Mạch vòng không tích cực: chỉ khác với trunknhánh(Drop line/ dropnhánh(Drop line ở chổ đường truyền được khép kín

- Profibus DP:

Thể hiện rõ ở hệ thống lấy mẫu tự động 731PT01A01 Profibus DP được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về tính năng thời gian trao đổi dữ liệu dưới cấp trường Như giữa thiết bị khả trình PLC hoặc máy tính cá nhân công nghiệp với các thiết bị trường phân tán như I/O, các thiết bị đo, truyền động và van

Các dịch vụ truyền thông cần thiết được định nghĩa qua các hàm Decentral Periphery cơ sở theo chuẩn EN50170 DP còn hỗ trợ các dịch vụ truyền thông tuần hoàn, phục vụ tham số hoá, vận hành và chuẩn đoán các thiết

DP-bị truờng thông minh

- Device net:

Thể hiện rõ ở hạng mục Silo CF và cấp liệu lò nung 361

Hệ thống được hãng Allen Bradley phát triển dựa trên cơ sở của CAN chuẩn hoá quốc tế ISO11898.Sử dụng nối mạng cho các tiết bị đơn giản ở cấp chấp hành Chuẩn hoá bởi IEC62026-3

Không đơn thuần là chuẩn giao thức cho lớp ứng dụng của CAN(Controller Area Network)mà còn bổ sung 1 số chi tiết thực hiện lớp vật lý và đưa ra các phương thức giao tiếp kiểu tay đôi(Peer-to-peer)hoặc chủ /tớ (Master/Slave).Cấu hình mạng đường trục/đường nhánh, chiều dài nhánh hạn chế dười 6m 3 tốc độ quy định125,250,500KBPS tương ứng với chiều dài tối đa đường trục là 500, 250, 100m

3.4 Hệ thống PLC CCABINET:

PLC nhìn chung bao gồm bộ cung cấp nguồn 24 VDC SITOP của hãng Siemens, bộ điều khiển và sử lý Control Logic 1747 và 1756, các bộ đầu vào/ ra tương tự -số, các kênh I/O, các điểm đo, các bộ bổ trợ ghép nối như EthernetAdapter, Ethernet Adapter Repeater… của hãng Rockwell PLC Cabinet cho phép ghép nối các bộ điều khiển logic lập trình được trên một hệ thống mở, liên kết với nhau bởi hệ thống mạng Ethernet và phần mềm điều khiển RSLogic chạy trên WinNT Server

3.4.1 PLC Cabinets

Bao gồm 40 PLC Cabinet chính và nhiều PLC phụ trợ cùng hệ thống tủ bảng PLC phân bổ đều trên các hạng mục của nhà máy Chúng liên kết với nhau giữa PLC chủ yếu bằng phương pháp đấu nối Control Net(CN) hoặc DH+

3.4.2 PLC Cabinet được chia thành 2 loại sau:

- TS8205: chứa các bộ xư lý CPU,các bộ điều khiển!

 Tiêu chuẩn: EN60439-1

 Điện áp tiêu thụ cho mạch: 24 VDC

 Các giới hạn cho phép: ±10% với VAC; ±5% với VDC

 Lớp rào chắn,bảo vệ: IP54

 Bảo vệ chống lại tăng điện áp:Rào chắn

 Điều khiển vận hành: sáng sủa, khô giáo, ít bụi, độ ẩm 90%, nhiệt độ cho phép -5oC tới 40oC, trong 24h liên tục nhiệt độ trung bình cao nhất +35oC

- AE1110: chứa các bộ chuyển đổi vào /ra số và tương tự, các điểm đo, các hệ thống rơle an toàn

 Tiêu chuẩn EN60439-1

 Điện áp tiêu thụ cho mạch:24 VDC

 Giới hạn cho phép: ±10% với VAC; ±5% với VDC

 Mức bảo vệ: IP65

 Bảo vệ quá áp:Rào chắn

 Điều kiện vận hành: sáng sủa, khô giáo, ít bụi, đọ ẩm 100% nhiệt đọ cho phép- 25oC tới 50oC,trong 24h liên tục nhiệt độ trung bình cao nhất+45oC

Hệ thống tiếp đất:TN-S

3.4.3 PLC cho các hạng mục như sau:

131CS01 Limstone &Shale Đập đá và sét 05

222 CS01 Gypsum Coal Additive Kho tổng hợp 03

341 CS01 Raw Mill Nghiền thô 03

361 CS01 Kiln Feed Cấp liệu lò nung 05

541 CS01 PreGrinder Mill Tiền nghiền xi măng 04

541 CS02 Cement Mill Nghiền xi măng 04

641 CS01 Packing Plant 1 Đóng bao 1 03

641 CS02 Packing Plant 2 Đóng bao 2 01

731 CS01 Ethernet Mạng thượng tầng 01

3.4.4.Nguyên tắc điều khiển và vận hành hệ thống PLC:

Việc nhập một chương trình giá trị logic vào trong bộ điều khiển được sử dụng bởi phần mềm Khi đó, bộ điều khiển được đặt ở chế độ chạy RUN,bắt đầu vòng điều khiển và vận hành Vòng điều khiển, vận hành sẽ thực thi tiến trình cho truớc trừ khi bị thay đổi bởi chương trình logic

Hình 3.4 Chu kỳ điều khiển và vận hành hệ thống PLC

(1) Kiểm tra/ quét tín hiệu lối vào: quá trình được thực hiện bởi bộ điều khiển

để kiểm tra và đọc tất cả dữ liệu lối vào, thông thường kéo dài khoảng ms (2) Kiểm tra/ quét chương trình: quá trình được thực hiện bởi bộ xử lý để tiến hành những chỉ thị/lệnh của chương trình Thời gian kiểm tra nhiều hay ít phụ thuộc những lệnh được thực hiện và mỗi trạng thái chỉ thị trong suốt thời gian kiểm tra

(3) Kiểm tra tín hiệu lối ra: quá trình được thực hiện bởi bộ điều khiển để kiểm tra và ghi lại tất cả tín hiệu lối ra, thông thường kéo dài cỡ ms

(4) Kết nối dịch vụ: một phần của vòng điều khiển và vận hành là việc kết nối tới các thiết bị khác như 1 HHT hoặc PC

(5) Giữ lại và truyền qua; thời gian trả cho việc quản lý bộ nhớ và những lần nâng cấp hoặc đăng nhập bên trong

3.4.5 Các kiểu đầu nối PLC:

- IP-Internet Protocol: Theo giao thức Internet

- DH+ - Data Highway Plus: Băng thông rộng có mở rộng

- CN – Control Net: Điều khiển mạng ở dạng giao thức gần và cục bộ

- OLM – Optipcal Link Module: Bộ kết nối quang

Operating Cycle Vßng VËn Hµnh

Input Scan

Program Scan

Overhead

Service Comms

Output Scan

(1)

(2)

(3) (4)

(5)

3.5 Bộ xử lý điều khiển ( Process controller)

- Kiểu bộ điều khiển thường dùng là bộ Series Control Logic với các cổng tuần tự vào ra (I/O Series) cho Control Logic và FLEX I/O

- Bộ vi xử lý Control Logic là bộ điều khiển chính, được ghép nối với cấu hình đơn lẻ

- Sự kết nối tới hệ thống HMI được thực thi theo kiểu 1 cấu hình Ethernet dư (để thừa khoảng trống)

- Tín hiệu vào/ra-TS8205AB2 và –TS8205AB3.Phương tiện kết nối CN-Control Net là loại cáp điện động trục(Electrical Coax Cable) khi các tủ I/O là cùng phòng với tủ CPU Nếu các tủ I/O nằm ở phòng/nhà khác nhau thì phương tiện/phương thức Control Net là cáp quang(Fiber Optic )

- FLEX I/O được đặt trong tủ cửa kéo I/O- AE1110AB1 Việc kết nối tới các tủ I/O này được thực hiện theo đường kết nối CN Phương tiện cho CN này là cáp quang

- việc kết nối tới hệ thống PLC tổng được thực hiện theo đường kết nối DH+ Phương tiện cho DH+ là cáp đôi xoắn điện

Mỗi cổng Ethernet Switch lưu giữ một địa chỉ thiết bị nối đến cổng đó Do vậy, Ethernet Switch Phải đủ bộ nhớ tương ứng với cổng để chứa địa chỉ của tất cả các nút có thể nối vào nó Ethernet Switch sử dụng địa chỉ được lưu giữ tại mỗi cổng để truyền đi một gói được nhận trên một cổng đến cổng thích hợp Hoạt động này được gọi là Switching Chức năng Switching được thực hiện khi địa

Switch tạo thành một miền va chạm CSMA/CD riêng biệt Hiện tượng va chạm phát sinh trên một đoạn Ethernet do đó sẽ không truyền đến đoạn khác

Hình 3.5 Sơ đồ đầu nối của Ethernet Switch

Etherne Switch có thể cho phép chọn lựa tốc độ truyền 10/100Mbps bằng việc thiết lậpcho các cổng Nó cũng cho phép chọn lựa chế độ Hafl Duplex hoặc Full Duplex để đặt cho các giới hạn khoảng cách truyền bằng cách thiết lập cầu nối (Jumper Setting) trong các modul cổng hoặc tự động điều chỉnh

3.7.2 Các thông số quan trọng:

a Tổng quan:

- Tốc độ chung chuyển dữ liệu:

- 2380.800 Frames p/s cho 16 Port 100 Mbps( VD:Magnum QS5116)

- Tốc độ truyền dữ liệu:

- 1.190.400 Frames p/s cho 8 Port 100 Mbps( VD Magnum S580/5108)

- Tốc độ truyền dữ liệu: 10Mbps &100Mbps

- Số lượng bảng địa chỉ lớn nhất: 24K nốt địa chỉ (12K trong loại 8 Port)

- Trễ đường truyền:

 5µs+ thời gian gói (100 to 100Mbps)

 15µs+ thời gian gói (10 to 10Mbps và 10 to 100Mbps)

b Các tiêu chuẩn Ethernet phù hợp:

- Ethernet V1.0/V2.0 IEEE 802.3: 10BASE-T

- Ethernet V1.0/V2.0 IEEE802.3u:100 BASE-TX,100BASE-FX

c Độ dài lớn nhất theo từng đoạn kết nối của mạng thượng tầng 10Mbps:

- Cáp xoắn không bọc: 100m (328 Feet)

- Cáp xoắn có bọc: 150m(492Ft)

- Cáp quang đa mode 10BASE-FL: 2km(6562Et)

- Cáp quang đơn mode 100BASE-FL: 10km(62,810Ft)

Ethernet Switch

d Độ dài lớn nhất theo từng đoạn kết nối dựa trên tiêu chuẩn Fast Ethernet:

- 10BASE-T (CAT3,4,5 UTP): 100m

- 100BASE-TX (CAT 5UTP): 100m

- Cáp xoắn có bọc:150m

- 100BASE-FX, HDX,sợi quang đa mode: 412m

- 100BASE-FX, FDX, sợi quang đa mode: 2km

- 100BASE-FX, bước sóng ngắn HDX sợi quang đa mode: 300m

- 100BASE-FX, HDX, sợi quang đơn mode: 412m

- 100BASE-FX,FDX,sợi quang đơn mode: 15m

e Kết nối sợi quang đa mode:

- Kiểu SC( hàm sập- snap in):100BASE-FX

- Kiểu ST( kẹp xoắn –twist lock):100BASE-FX

- Kiểu MTRJ( phích cắm-plug in):100BASE- FX

- Kiểu VF45 ( phích cắm-plug-in): 100BASE-FX

- Kiểu ST( kẹp xoắn- twist lock):10ASE-FL

f kết nối sợi quang đơn mode:

- Kiểu ST( kẹp xoắn-twist lock):100BASE-FX

g Đèn báo LED cho mổi cổng:

- LK: Steady On: sẵn sàng On khi liên kết truyền cho vận hành

- ACT: hoạt động: trạng thái làm việc với việc kích hoạt các cổng nhận

- FDX/HDX: On-chế đọ Full Duplex; OFF- chế độ Haff Duplex

- 100/10: On-tốc độ 100Mbps; OFF - tốc độ 10Mps

h môi trường vận hành:

- Nhiêt độ bao quanh: 0-500 C

- Nhiệt độ khoang chứa:-20-600 C

- Độ ẩm cho phép:10%- 95% (không ngưng tụ nước)

i Nguồn cung cấp:

- Công tắc đầu vào ON/OFF, đầu cắm đạt tiêu chuẩn IEC

- Điện áp lối vào: 110-240 VAC ( tự động điều chỉnh)

- Tần số lối vào: 47 -63 hz (tự động điều chỉnh)

- Công suất tiêu thụ:20W (8 cổng) và 35W (16 cổng)

k Nguồn cấp 48 VDC (Option)

- Điện áp nối vào: 36 -70 VDC ( tự động và điều chỉnh)

PH ẦN II THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ CHO

PRECALCINER

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TIỀN NUNG

PRECALCINER

1.1 Cấu tạo và chức năng của Precalciner:

Mỗi một Precalciner bao gồm các thiết bị chính sau đây:

- 1 khoang xoáy

- 1 buồng calciner xoáy

- 1 ống dẫn để nối xuống buồng trộn

RECOUPED AIR INLET HOT POINT

(1200 – 1600)C SWIRL CALCINER

SWIRL BURNER

Hình 2.1 Các bộ phận chính trong precalciner

1.2 Thiết kế của khoang xoáy:

Than được bơm vào bởi một mỏ phun đơn nằm ngang được đặt ở đỉnh của khoang xoáy Khoang xoáy gồm có một buồng xoáy và một buồng nung vôi xoáy

Cả hai khoang xoáy đều được cấu tạo theo kiểu xoắn ốc Một phần của không khí cháy ( khoảng 25% ) được bơm vào buồng xoáy và cân chứa liệu thô được đưa vào buồng nung vôi xoáy

Tác dụng của cấu tạo xoắn ốc là để phát ra luồng không khí nóng theo phương tiếp tuyến

Hỗn hợp khí cháy và liệu thô được đưa qua ống dẫn bụi và tới đáy của buồng trộn nơi mà khí cháy thải ra từ lò cũng được đẩy vào Tỉ lệ khí oxy khi ra khỏi Precalciner ( khoảng 4% - 5% ) chỉ thị rằng khoảng 80% nhiên liệu đã được

sử dụng trước khi đưa đến buồng trộn Tại buồng trộn sự cháy của không khí bơm vào được hoàn tất làm cơ sở để điểm xoáy thừ hai

1.3 Nguyên lý của buồng trộn:

Ở đáy của buồng trộn bao gồm một màng ngăn có điều chỉnh, nó được thiết kế đặc biệt để tạo ra hai vùng xoáy với mục đích là để trộn giữa hai dòng chảy Một là từ lò dòng kia từ khoang xoáy và buồng nung, sau đó hoàn thành tiến trình phản ứng ( Phản ứng đốt cháy và phản ứng khử CO2 )

Dòng khí được thoát ra theo cổ hẹp của màng ngăn có điều chỉnh, tại đây lưu lượng của dòng khí được thay đổi một cách phù hợp, ngăn dòng liệu trực tiếp đi vào buồng lò Màng ngăn điều chỉnh đồng thời điều khiển sự phân tán của không khí cháy giữa lò nung và Precalciner theo điểm chung được tạo ra bởi hệ thống làm mát

Từ khi xảy ra sự trao đổi nhiệt xuất hiện cho đến khi phản ứng khử CO2

xảy ra mạnh, nhiệt độ trung bình của liệu trong Precalciner thấp hơn

Nguyên nhân là bởi thời gian đốt cháy than ngắn hơn và nó được tính toán để sao cho hiệu suất của nó không quá thấp

Thực tế nếu số lượng cacbon không được đốt cháy hết sẽ rất có hại, bởi hiệu xuất của phản ứng khử CO2 thấp điều đó sẽ dẫn đến nhiệt độ sẽ thấp vì đây là phản ứng toả nhiệt

Động học của quá trình đốt cháy nhiên liệu rắn ( than ) là rất phức tạp, vì các tham số của quá trình luôn bị xáo trộn trong khi đốt, vì vậy để đảm bảo cho sự cháy, các vấn đề sau đây phải được đặc biệt lưu ý:

- Nhiệt độ

- Sự chuyển động hỗn loạn của hỗn hợp khí cháy

- Chất lượng khí cháy

- Sự oxy hoá

- Thời gian của quá trình cháy

Để biểu diễn quan hệ của các tham số trên người ta dựa vào đặc trưng:

- Sự đốt cháy than xuất hiện trong khoang độc lập dưới sự có mặt của không khí sạch

- Vai trò của khoang xoáy là đặc biệt cần thiết từ đó cho phép một tâm nhiệt được tạo ra ( nhiệt độ khoảng 150000C ) ở tâm của khoang xoáy Điều đó đã tạo ra thuận lợi cho sự đốt cháy của hoạt tính như sau:

+ Nhanh chóng đưa chất đốt đến nhiệt độ đặt + Chất đốt được xới trộn đều (để cháy ) Trong thực tế, nhiết độ cao ở tâm của khoang xoáy được duy trì cố định bởi một hệ thống điều khiển Hệ thống mà điều chỉnh số lượng không khí của đường gió ba bơm vào khoang xoáy như là một chức năng điều khiển nhiệt độ Hệ thống được sử dụng để điều chỉnh lượng không khí cháy chính xác nhất có thể tuỳ theo lượng chất đốt được sử dụng Kinh nghiệm cho thấy rằng sự có mặt của điểm nóng này không kéo theo sự tạo cặn của liệu hay bụi bẩn, lớp gạch chịu lửa được bảo vệ bởi một lớp vật liệu đặc biệt Precalciner do đó cho phép thay đổi lượng bụi

than đưa vào sử dụng

1.4 Công thức hoạt động:

Dòng liệu rời cyclon 4 và được đẩy vào dòng khí của đường gió ba chảy

từ hệ thống làm mát theo phương tiếp tuyến Nó được phân tán ra và được đưa vào khoang xoáy qua một hệ thống các thanh chắn định vị trong đường ống dẫn của đường liệu vào

Cấu tạo hình xoắn ốc kết hợp với nhiệt độ cao đã tạo ra sự trao đổi nhiệt lớn Nó tiếp diễn và hoàn thành ở trong buồn trộn, nơi mà khí và dòng liệu rời khỏi khoang xoáy trộn lẫn với khí nóng thoát ra từ lò nung

Nhiệt độ ngọn lửa được điều khiển theo số lượng của không khí đi vào trong khoang xoáy nhiều hay ít Nó được đo bởi một pyromet quang học Tốc độ dòng khí tăng lên đồng thời cùng với sự tăng nhiệt độ

Dung tích của Precalciner cho phép quá trình cháy được điều chỉnh và tối ưu hoá như là một chức nắng đặc thù Sự trao đổi nhiệt giữa khí đốt và liệu

được kéo dài là nhờ đường ống dẫn dài nối giữa buồng trộn và đường vào cyclon

4

Sự cân bằng của hai hệ thống khí, một của lò, một của hệ thống hai Precalciner được quy định bởi một màng ngăn định vị ở cuối của buồng trộn Mục đích của nó là để ngăn chặn sự đổ trực tiếp của dòng liệu từ Precalciner vào lò

1.5 Pyromet quang học:

Đây là thiết bị đo nhiệt độ dựa trên cường độ bức xạ đơn sắc của đối tượng đo nhiệt độ mô tả bằng định luật Plank Nguyên lý đo nhiệt độ của pyromet quang học là dựa trên phép so sánh cường độ bức xạ đơn sắc trong vùng bước sóng quan sát được của đối tượng đo nhiệt độ với cường độ ánh sáng của dây tóc bóng đèn mẫu ( hay còn gọi là đèn hoả kế ) Thường thì việc so sánh này được thực hiện bởi con người, nhưng ở nhà máy có thêm một thiết bị đo nhiệt độ này có gắn kèm thêm một hệ thống tự động so sánh vì vậy loại bỏ được sai số chủ quan của con người

1.6 Phễu cấp than:

Phễu này chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ chứa than mịn đưa đến từ máy nghiền than và cấp xuống một cân Schesk ( Cân này có nhiệm vụ đo lưu lượng than được cấp để xác định điểm đặt cho van cấp than ), ở đáy phễu có một đĩa xoáy, đĩa này xoay tròn nhằm tạo lực ly tâm để văng than tới đường ống dẫn than, đồng thời để tránh tắc, ứ đọng than Sau đó nhờ một hệ thống quạt gió để đưa tới Precalciner

Ngay phần đuôi phễu có gắn một van, đó chỉ là loại van ON - OFF tưc là loại chỉ

có thể đóng hoàn toàn hay mở hoàn toàn, thực ra trong quá trình chạy bình thường van này không được điều chỉnh và để mở 100%, van chỉ được điều chỉnh khi gặp

sự cố: ví dụ như gặp sự cố ngừng hoạt động thì ta phải đóng van này lại để ngừng cấp than cho Precalciner

1.7 Van cấp than và động cơ hỗ trợ:

Tín hiệu nhiệt độ lấy từ Precalciner được quy về tín hiệu lưu lượng than tương đương, sau đó lưu lượng này được so sánh với lưu lượng than thực được cấp

và tìm ra sai số để từ đó đưa tín hiệu điều khiển vào động cơ servo Đây là động cơ phụ trợ cho việc mở đóng van cấp liệu (động cơ này là động cơ không đồng bộ 3 pha công suất 200W ) Van cấp liệu đây là loại van đóng mở phần trăm, tương ứng với một độ mở van nào đó là một lưu lượng cố định của than được cấp

Một điều cần lưu ý là trên các van đóng mở phần trăm đều có hai tín hiệu là ZSL ( zone sensor high ) là các tín hiệu báo vị trí tối đa của độ mở van, hoạt

động của chúng như sau: giả sử góc mở của van được khống chế trong khoảng [ min ; max ], tại vị trí min đặt một công tắc báo ứng với ZLS và ở vị trí max là ZSH thì khi động cơ làm quay van đến các tiếp điểm trên mà động cơ không dừng lại ( quá góc mở ) thì ZSL ( ZSH ) sẽ đưa tín hiệu lên PLC tương ứng để dừng động cơ ( trước khi đưa lên PLC các tín hiệu này được chuyển sang tín hiệu logic

là ZLL (zone logic low ) và ZLH )

Như vậy bài toán điều khiển mà ta đã xây dựng ở trên đã nêu ra đối tượng điều khiển chí là Precalciner, và các thiết bị tham ra trực tiếp vào mạch vòng điều khiển chính gồm có: Precalciner, van cấp than và động cơ điều khiển van Ta cần phải điều khiển nhiệt độ của Precalciner sao cho chất lượng của Clinker sau khi ra khỏi lò đạt yêu cầu đặt ra Precalciner là một đối tượng nhiệt truyển thống, đây là một đối tượng phức tạp nhiều đầu vào và nhiều đầu ra, và có thể có các nhiễu Các đầu vào chính có thể chỉ ra ở đây như: lưu lượng than, lưu lượng dầu, lưu lượng gió Nhưng với yếu tố đầu ra quan tâm là nhiệt độ của Precalciner thì hai đầu vào chính ảnh hưởng nhiều nhất là lưu lượng than và dầu nặng MFO Mặt khác như đã nói ở trên dầu ít được sử dụng, người ta thường sử dụng dầu để đốt nóng Precalciner lúc ban đầu, ta cần nhiệt độ của Precalciner một cách nhanh chóng so với lúc trước đó nhiệt độ lò rất thấp do dừng hệ thống để sửa chữa hoặc

tu bổ hoặc khi lượng than thổi vào Precalciner là 100% nhưng vẫn không đủ lượng nhiệt yêu cầu thì ta sẽ dùng thêm dầu MFO để đốt thêm Còn bình thường để điều chỉnh nhiệt độ cho Precalciner người ta thường điều chỉnh lượng than và điều chỉnh lượng gió là đủ

Vì thế để đơn giản ta chỉ quan tâm đến đầu vào của Precalciner là lưu lượng than được thổi vào và đầu ra của Precalciner là nhiệt độ yêu cầu Nhiệu độ của Precalciner được đo bởi cặp nhiệt điện loại XK ( hoặc pyromet quang học ), dải đo 00 ÷ 13700 Tín hiệu nhiệt độ phản hồi này ( thực chất nó chính là dòng điện quy chuẩn có dải từ 4mA ÷ 20mA ) được so sánh với tín hiệu nhiệt độ đặt cho Precalciner để lấy sai số đưa vào bộ PID để xử lý

Để điều khiển nhiệt độ của Precalciner ta sử dụng hai hệ thống điều khiển:

- Hệ thống điều khiển lượng nhiên liệu ( than bụi ) cung cấp cho mỏ đốt

- Hệ thống điều khiển lưu lượng không khí cấp 3 để đốt cháy nhiên liệu

Hệ thống điểu khiển lượng nhiên liệu ( than bụi ): đại lượng dùng làm căn cứ điều

chỉnh là nhiệt độ Td của khí thải ( mang theo bột liệu ) khi ra khỏi calciner Bộ điều chỉ PID1 sẽ cho tín hiệu điều khiển tốc độ động cơ dẫn động vít tải cung cấp than

bụi Động cơ này có thể là động cơ điện một chiều nhưng thường dùng là động cơ không đồng bộ 3 pha

Ta có thể đưa ra mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ của Precalciner như sau:

Hình 2.2 Mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ Precalciner

Hệ thống điều khiển lưu lương không khí cấp 3: Bộ điều khiển PID2 dùng điều

chỉnh tỷ lệ nhiên liệu ( thông qua tín hiệu tốc độ động cơ dẫn động vít tải ) và không khí cấp 3 để đốt bằng tác động thay đổi độ mở van V2 Sẽ có một cảm biến

đo hàm lượng khí O2 trong khí thải để hiệu chỉnh lượng không khí ( gió ) cung cấp cho mỏ đốt Lưu lượng than buị tuy không đo được nhưng tốc độ vít tải ( động cơ )

sẽ phản ảnh mức độ cung cấp than bụi ( nhiều/ít ) Cho nên sẽ được dùng làm căn

cứ để điều chỉnh lưu lượng không khí cấp 3 để đốt Vì thực tế lưu lượng than có quan hệ với lượng khí thông qua một hệ số tỷ lệ α nhất định Van điều khiển gió là loại van tỷ lệ.Quan hệ tỷ lệ giữa lưu lượng than và lượng gió được liên kết cứng với nhau thông qua van tỷ lệ này.Vòng điều khiển gió chỉ có tác dụng hiệu chỉnh lại lưu lượng gió để có được phản ứng cháy xảy ra hoàn toàn và hàm lượng các chất khí thải đạt yêu cầu

Từ đây ta có thể đưa ra mô hình hệ thống điều khiển gió

Hình 2.3Mô hình hệ thống điều khiển gió

1.8 Mô hình hóa đối tượng:

Các phần từ tham gia vào hệ thống điều khiển ở đây bao gồm:

- Van cấp than

- Van cấp gió

- Động cơ servo điều chỉnh độ mở van cấp than

- Động cơ xoay chiều ba pha điều chỉnh van cấp gió

- Precalciner

1.8.1 Van cấp than:

Đây là một khâu tác động nhanh đầu vào là tín hiệu điều khiển từ động cơ servo hay cũng chính là góc quay của động cơ và đầu ra là độ mở của van tương ứng với một lưu lượng nhất định của than được cấp xuống cho Precalciner Van cấp than được mô tả toán học trong miền toán tử laplace là một khâu tích phân ( vì đây là loại van từ khác với van khí nén được biểu diễn bởi một khây khuếch đại )

Ts

k

W V1 Song trong thực tế hằng số thời gian của van là rất nhỏ ( khoảng 3 – 5s ) so với hằng số thời gian của Precalciner ( vài trăm giây ) Tức là khi van đã ở chế độ xác lập rất lâu ta mới có Precalciner ở chế độ xác lập Vậy để đơn giản cho quá trình khảo sát nhưng không mất đi tính chính xác ta bỏ hằng số thời gian T của van lúc bấy giờ mô hình toán học của va chỉ còn là:

W V2  0 , 7

1.8.3 Động cơ điều chỉnh van cấp than:

Đây là động cơ xoay chiều ba pha, đầu vào của động cơ là tín hiệu điều khiển từ bộ PID và tín hiệu ra của động cơ là góc quay của động cơ Ta biết rằng động cơ xoay chiều ba pha có thể mô tả bởi một khâu quán tính bậc nhất có trễ

Dựa vào các thông số trên nhãn máy ta tính toán được mô hình của động cơ

s

s s

1851,1

02,1)





1.8.4 Động cơ điều khiển van gió:

Cũng là động cơ xoay chiều ba pha giống như động cơ điều khiển van cấp than nhưng có công suất nhỏ hơn Mô hình của động cơ là:

s

s s

W 2 0 5

15.1

1)

Để đơn giản ta coi đầu vào của Precalciner là lưu lượng than và lưu lượng gió cấp

ba, còn đầu ra là nhiệt độ Các tham số đầu vào và đầu ra khác ta coi là không thay đổi Dựa vào các thông số của nhà máy ta có mô hình của Precalciner là:

s

s s

1 180

850 )





1.9 Nhiệm vụ điều khiển:

Yêu cầu đặt ra với chất lượng của hệ thống điều khiển:

- Hệ thống phải ổn định theo thời gian

- Sai lệch giữa nhiệt độ đặt và nhiệt độ thực của hệ thống là không quá lớn ( sai số trong phạm vi cho phép )

- Thời gian xác lập phải không được quá lớn

- Độ quá điều chỉnh không vượt quá 20%

Từ các yêu cầu chất lượng đặt ra với hệ thống ta xây dựng được các phương pháp điều khiển, ở đây ta chọn phương pháp điều khiển tối ưu đối xứng để mong có được chất lượng yêu cầu đặt ra là tốt nhất

PID Đối tượng điều

khiển

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO HỆ THỐNG

CẤP THAN VÀ CẤP GIÓ 2.1 Giới thiệu bộ điều khiển PID:

Hơn 50 năm qua và cho đến ngay nay bộ điều khiển PID vẫn được sử dụng rộng rãi trong các bộ điều khiển công nghiệp, là một phần tử không thể thiếu được trong quá trình tự động khống chế nhiệt độ, mức, tốc độ Do tính đơn giản trong cấu trúc cũng như trong nguyên lý làm việc, dễ hiểu, dễ sử dụng và dễ dàng thay đổi tham số của bộ điều khiển, từ đó thay đổi đặc tính động và tĩnh của đối tượng điều khiển Bộ điều khiển PID được xây dựng từ 3 thành phần cơ bản: Khuyếch đại

tỷ lệ P, thành phần tích phân I, thành phần vi phân D Nó được sử dụng theo phương pháp hồi tiếp:

Hình 2.4 Mô hình điều khiển dùng PID

Bộ điều khiển PID tương tự có thể mô tả bằng phương trình vi phân:

dt

t de T d e T t e K t

t

I p

)()

(

1)(.)(

KP : hệ số khuếch đại của luật điều khiển tỷ lệ

TI : hằng số thời gian tích phân

TD : hằng số thời gian vi phân

Từ (1) ta có hàm truyền đạt:

)1)(

1()

11()

I P

s

K K s T s T K

s

Với:

KP : hệ số khuyếch đại

W PID

2.2 Phân tích các luật điều khiển

2.2.1 Luật điều khiển tỉ lệ P: u = Kp.e

Hàm truyền đạt: W(s) = Kp => W(jω) = Kp = A(ω) eiφ(ω)

Khi hệ số Kp có giá trị nhỏ, tín hiệu ra của bộ điều khiển nhỏ, nên đáp ứng quá độ có sai số lớn

Khi tăng hệ số khuyếch đại Kp trong giới hạn nào đó thì hệ thống sẽ ổn định, sai lệch tĩnh có xu hương giảm Khi tăng Kp lên một giới hạn nào đó thì đáp ứng của hệ thống bắt đầu dao động và hệ thống mất ổn định Vì thế tăng Kp trong 1 giới hạn nhất định

+ Ưu điểm: Tác động nhanh, chính xác, thời gian qua độ ngắn Tqd + Nhược điểm: Luôn luôn tồn tại sai lệch tĩnh

2.2.2 Luật điều khiển tích phân I:

u

0

.1

Hình 2.6 Các đường đặc tính của luật tích phân

+ Ưu điểm: Triệt tiêu sai lệch tĩnh + Nhược điểm: Tác động chậm, dễ dao động, gây mất ổn định cho hệ thống

Vì thế trong thực tế ít sử dụng quy luật điều khiển này, thường kết hợp với quy luật

tỉ lệ

2

1

1)(

1)(

I

e T T

j j

W

s T s W







2.2.3 Luật điều khiển tỉ lệ - tích phân PI:

)

11(

u

Là sự kết hợp của quy luật điều khiển tỉ lệ và quy luật điều khiển tích phân, đây là

bộ điều khiển kha phổ biến, đem lại hiệu quả cao:

Hàm truyền đạt:

)

1 1 ( ) (

)

1 1 ( ) (

I P

I P

T j K j

W

s T K

s W

Hình 2.7 Các đường đặc tính của luật tỷ lệ tích phân.

Nhận xét:

Quy luật tỉ lệ - tích phân PI có 2 tham số cần điều chỉnh Kp và TI Thông số thời gian tích phân TI có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của hệ thống Việc đặt giá trị TI không phù hợp sẽ làm cho quá trình quá độ của hệ thống xấu đi, đôi khi

hệ thống trở nên mất ổn định

Ưu điểm:

+ Tốc độ tác động nhanh ( nhờ có thành phần PI ) + Sai lệch tĩnh giảm ( nhờ có thành phần I )