Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống điều khiển nhà máy xi măng bút sơn – hệ thống cân cấp liệu cho máy nghiền than

Quá trình sản xuất của nhà máy xi măng được xếp vào loại sản xuất liên tục, hàng loạt, với những đặc trưng như: chỉ làm ra một loại sản phẩm (cụ thể là xi măng) với số lượng rất lớnvà liên tục, hệ thống trang thiết bị thuộc loại đặc chủng, thiết kế để sản xuất cho một loại sản phẩm duy nhất và có năng suất rất cao…

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

1.1 Các đặc trưng của nhà máy sản xuất xi măng

1.1.1 Loại hình sản xuất của nhà máy xi măng

Tuy các quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp khác nhau có những đặc thùkhác nhau nhưng bản thân các quá trình sản xuất có những đặc tính cơ bản chung Và dựatrên các đặc tính chung này người ta phân loại thành 3 loại hình sản xuất:

- Sản xuất đơn chiếc

- Sản xuất theo lô

- Sản xuất liên tục, hàng loạt

Quá trình sản xuất của nhà máy xi măng được xếp vào loại sản xuất liên tục, hàng loạt,

với những đặc trưng như: chỉ làm ra một loại sản phẩm (cụ thể là xi măng) với số lượngrất lớnvà liên tục, hệ thống trang thiết bị thuộc loại đặc chủng, thiết kế để sản xuất cho mộtloại sản phẩm duy nhất và có năng suất rất cao…

Với nhà máy xi măng, xuất phát từ các nguyên liệu đầu vào như: đá vôi, đá sét, quặngsắt … quá trình sản xuất của nhà máy tạo ra sản phẩm đầu ra là các loại xi măng Và quátrình sản xuất diễn ra liên tục, với năng suất rất cao Tại nhà máy xi măng Bút Sơn, hoạtđộng sản xuất liên tục suốt ngày đêm, luôn luôn tồn tại 3 ca làm việc trong ngày Năngsuất nhà máy rất cao, nếu hoạt động hết công suất thì năng suất của nhà máy là 4000 tấnclinker/ngày, tương đương với 1,4 triệu tấn xi măng/năm

1.1.2 Mặt bằng sản xuất của nhà máy xi măng

Cùng với cơ cấu tổ chức, mỗi nhà máy đều có một loại mặt bằng sản xuất nhất định.Mặt bằng sản xuất liên quan đến việc bố trí các trang thiết bị theo yêu cầu công nghệ Có

Hình 1.1 Mặt bằng nhà máy bố trí theo dòng chảy nguyên vật liệu

Do đặc thù công nghệ, dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng được lắp đặt trên mộtdiện tích lớn, các trang thiết bị được bố trí dọc theo dòng chảy của nguyên vật liệu: đá vôi,

đá sét, quặng sắt … và các trang thiết được bố trí theo từng công đoạn: khai thác, vậnchuyển, rải liệu, nghiền liệu, nung nóng … tức là theo đúng dòng chảy của nguyên liệu, từlúc khai thác cho tới khi sản xuất ra sản phẩm

1.2 Các loại xi măng và tiêu chuẩn chất lượng xi măng

1.2.1 Phân loại xi măng

Hiện nay, sản phẩm xi măng gồm các loại chính như: xi măng Poóclăng (PortlandCement – với ký hiệu là PC), xi măng Poóclăng hỗn hợp (portland Cement Blended – kýhiệu là PCB)

Xi măng Pooclăng là chất kết dính thủy lực, được sản xuất bằng cách nghiền mịnclinker với thạch cao (với hàm lượng chiếm khoảng 3,5%)

Xi măng Pooclăng hỗn hợp là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp clinker, thạch cao vàphụ gia hỗn hợp Trong đó, hàm lượng thạch cao chiếm khoảng 3,5 %; hàm lượng phụ giahỗn hợp không vượt quá 40% (trong đó phụ gia độn không lớn hơn 20%)

Ta có thể thấy sự khác biệt giữa hai loại xi măng trên: ngoài 2 thành phần clinker vàthạch cao giống như xi măng Pooclăng, xi măng Pooclăng hỗn hợp còn có thành phần phụgia khoáng (có hoặc không có hoạt tính) nhằm thu được một số đặc tính khác cho xi măng

Theo tiêu chuẩn Việt Nam, ngoài hai loại xi măng chính trên còn có một số loại ximăng đặc biệt khác như:

- Xi măng Pooclăng trắng : ký hiệu là PCW

- Xi măng Pooclăng puzôlan: ký hiệu là PCpuz

- Xi măng xỉ hạt lò cao, tiêu chuẩn hiện hành không quy định ký hiệu

- Xi măng Pooclăng bền sunphát: ký hiệu là PCS và PCHS

- Xi măng Pooclăng ít tỏa nhiệt, ký hiệu là PCLH …

Tên gọi các loại xi măng này dựa trên đặc tính của chúng: chịu sunphát, ít tỏa nhiệt,màu trắng… hay dựa trên loại phụ gia đem trộn vào trong quá trình sản xuất xi măng: xỉ lòcao, đá puzôlan… Khi thành phần phụ gia thêm vào có tổng lượng lớn hơn 15% thì tên ximăng được gọi theo tên của loại phụ gia này

1.2.2 Các chỉ tiêu chất lượng của clinker

Chất lượng của clinker quyết định trực tiếp tới chất lượng của xi măng được sản xuất.Các thành phần khoáng chủ yếu có trong clinker được liệt kê trong bảng sau:

Bảng 1.1 Các hợp chất thành phần của Clinker

Tùy theo hàm lượng các thành phần khoáng có trong clinker mà cho những đặc tínhkhác nhau Các hệ số sau đây thường được dùng để đánh giá đặc tính clinker:

Hệ số bão hoà vôi LSF

  (1-1) LSF biểu hiện mối quan hệ giữa CaO và tổng lượng CaO cần thiết để bão hoà hoàn toàncác ôxit khác Chủ yếu là cần có đủ lượng CaO để liên kết hoàn toàn các ôxit SiO2, Al2O3,

Fe2O3 mặt khác phải tránh thừa CaO tự do gây hại cho xi măng LSF có ảnh hưởng lớnđến khả năng nung của Clinker

Mô đun silic SIM

 (1-2) SIM < 2: Dễ nung, thường pha lỏng quét lớp cola gây hại gạch, khó tạo clinker, lò kém

ổn định Cường độ xi măng thấp

SIM > 3: Khó nung, ít pha lỏng, cần nhiều nhiệt, ít cola, clinker bột, vôi tự do cao, lòkém ổn định, cường độ xi măng cao, đóng rắn chậm

Sự tăng SIM làm giảm khả năng nung clinker do sự giảm hàm lượng pha lỏng và giảm

xu hướng hình thành lớp cola trong lò, sự tăng SM cũng dẫn tới sự đóng rắn và cường độ

xi măng phát triển chậm Sự giảm SIM dẫn đến sự pha lỏng tăng điều này cải thiện khảnăng nung của clinker và hình thành lớp cola trong lò

Mô đun nhôm ALM

Fe O

   (1-3) ALM lớn có nghĩa là C3A lớn, xi măng có xu hướng đóng rắn nhanh ALM nhỏ tức là

C4AF lớn, xi măng đóng rắn chậm, toả nhiệt thấp khi đóng rắn

1.2.3 Các tiêu chuẩn xác định mác và chất lượng xi măng

Thời gian bắt đầu và đông kết của hồ xi măng

Được xác định bằng dụng cụ Vicat trong phòng thí nghiệm chuyên dùng Theo TCVN

6260 – 1997 quy định thời gian đông kết của các loại xi măng như sau:

 Bắt đầu: không sớm hơn 45 phút

 Kết thúc: không chậm hơn 10 giờ

Các nhà xây dựng quan tâm tới chỉ tiêu này để ấn định khối lượng trộn hồ vữa, bê tôngphù hợp với thời gian thi công

Cường độ xi măng (hay còn gọi là mác xi măng)

Đem bẻ và ép mẫu làm thí nghiệm bằng dụng cụ chuyên dùng ở sau những ngày thứ 3,thứ 7 và thứ 28 để ghi nhận cường độ nén và cường độ uốn đạt được, nhờ đó đánh giá chấtlượng xi măng theo các loại mác: PCB30, PCB40 … theo TCVN 6260 – 1997

Ngoài hai tiêu chuẩn cơ bản trên thì còn một số tiêu chuẩn chất lượng khác như:

 Phương pháp sàng: sử dụng sàng có các mắt 0.08mm Độ mịn xác định bằng tỉ lệ phầntrăm các hạt còn sót lại trên sàng.

 Phương pháp bề mặt riêng Blaine: đây là phương pháp phức tạp hơn, độ mịn của ximăng xác định thông qua tỉ diện, tức diện tích bề mặt các hạt trên 1 gam mẫu

Tính tách nước và giữ nước của xi măng

Trong quá trình thi công, nước dư tách ra giữa xi măng và cốt pha, trên bề mặt bê tông,làm giảm cường độ xi măng, gây vết loang bề mặt Xi măng càng mịn thì tính chất giữnước càng tốt

Ngoài ra còn một số tiêu chuẩn khác như: độ thay đổi thể tích khi đóng rắn, độ tỏa nhiệtkhi đóng rắn, độ giảm mác lúc lưu kho bảo quản…

Các tiêu chuẩn chất lượng của một số sản phẩm xi măng

Tổng hợp các tiêu chuẩn chất lượng của 2 loại sản phẩm thông dụng nhất trên thị trườnghiện nay là : PCB30 và PCB40 theo TCVN 6260 – 1997 trong bảng sau:

Bảng 1.2 Các tiêu chuẩn chất lượng xi măng

1 - Giới hạn bền khi nén, N/mm2 , min

- Sau 3 ngày đêm

- Sau 28 ngày đêm

1430

1840

2 - Thời gian ninh kết :

- Bắt đầu , phút , min

- Kết thúc , giờ , max

4510

3 - Độ nghiền mịn :

- Lượng sót sàng 0,08 mm , % , max

- Bề mặt riêng Blaine, cm2/g , min

122.700

1.3.1 Tích hợp máy tính trong quá trình sản xuất

Ngày nay, trong môi trường kinh tế thị trường cạnh tranh gay gắt, việc đảm bảo các yếu

tố như: chất lượng sản phẩm ổn định, giá thành sản phẩm hạ, năng suất cao… trở thànhnhững vấn đề sống còn đối với bất kỳ một nhà máy nào Đó cũng là lý do mà việc tự độnghóa quá trình sản xuất trở nên cần thiết, không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại nóichung và trong ngành công nghiệp xi măng nói riêng

Và để thực hiện các giải pháp tự động hóa, việc sử dụng, tích hợp máy tính vào trongsản xuất là một nhu cầu tất yếu Ngày nay, máy tính được ứng dụng rộng rãi trong cáckhâu như: điều khiển, giám sát các hoạt động sản xuất … Quan hệ giữa việc tích hợp máytính vào sản xuất và các hoạt động sản xuất nói chung được thể hiện rõ nhất qua mô hìnhbánh xe CIM:

Hình 1.2 Mô hình bánh xe CIM

Theo mô hình này, tự động hóa liên quan trực tiếp đến các quá trình sản xuất: biến đổi

từ nguyên vật liệu thành sản phẩm cuối cùng Tuy nhiên để cho các hoạt động sản xuấtdiễn ra một cách có hiệu quả thì cần phải có một loạt các hoạt động gián tiếp như: lập kếhoạch, điều hành sản xuất, các hoạt động kinh doanh… Các quá trình này chủ yếu liênquan đến việc xử lý thông tin và ngày càng ứng dụng máy tính nhiều để phục vụ mục đích

tự động hóa

1.3.2 Hệ thống truyền thông trong giải pháp điều khiển

Do những đặc điểm về loại hình sản xuất của nhà máy xi măng : sản xuất liên tục vớikhối lượng rất lớn, và cũng do yêu cầu đảm bảo chất lượng sản phẩm mà quá trình sảnxuất xi măng đòi hỏi phải có hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hóa ở mức độ rất cao.Một dây chuyền sản xuất thường có thể chia thành nhiều công đoạn nhỏ, và có các cơ cấuvận chuyển, gia công, lưu trữ các sản phẩm trung gian Các nguyên liệu thô đầu vào đượcđưa tới lần lượt các công đoạn, được gia công hay chế biến thành các sản phẩm trung gian,

và được vận chuyển tuần tự tới các công đoạn tiếp theo, cho tới khi thành sản phẩm cuốicùng Ta có thể mô tả các công đoạn trong công nghệ sản xuất xi măng như sau:

Hình 1.3 Các công đoạn trong dây chuyền sản xuất xi măng

Trong sơ đồ trên: sản phẩm đầu ra của công đoạn phía trước là đầu vào của công đoạnphía sau nó Và các công đoạn có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, sự thay đổi thông số kĩthuật của một công đoạn sẽ kéo theo sự thay đổi của các công đoạn khác

Điều đó dẫn tới bài toán điều khiển quá trình sản xuất nhà máy xi măng rất phức tạp,thực chất đó là bài toán điều khiển tổng thể quá trình, với một quá trình đơn lẻ được điềukhiển trong mối liên hệ chặt chẽ với các quá trình khác

Trong bất cứ một giải pháp tự động hóa nào thì việc ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin

là một trong những vấn đề cơ bản cần giải quyết Một bộ điều khiển cần được ghép nối vớicác cảm biến và cơ cấu chấp hành Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thống điều khiểnphân tán cũng cần trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển cả quátrình sản xuất Ở những cấp cao hơn, các trạm vận hành trung tâm cũng cần được ghépnối và giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo dõi, giám sát toàn bộ quá trình sảnxuất và hệ thống điều khiển

Bài toán điều khiển quá trình sản xuất nhà máy là điều khiển tổng thể quá trình, mỗi quátrình đơn lẻ được điều khiển trong mối liên hệ chặt chẽ với các quá trình khác Do vậy, cáccông đoạn khác nhau của dây chuyền sản xuất xi măng không phải điều khiển một cáchđộc lập, mà giữa chúng cần có sự trao đổi thông tin, để phối hợp vận hành cả hệ thống dâychuyền sản xuất

Hình 1.4 Giải pháp mạng trong hệ điều khiển phân tán

Mỗi trạm điều khiển cục bộ sẽ thực hiện công việc là điều khiển công đoạn tương ứngtrong mối liên hệ, trao đổi thông tin với điều khiển trung tâm và qua đó trao đổi thông tin,phối hợp với các trạm điều khiển cục bộ khác Điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điềukhiển, giám sát, phối hợp hoạt động của các trạm điều khiển cấp dưới, đảm bảo điều khiểntổng thể quá trình sản xuất

1.4 Công nghệ sản xuất của nhà máy xi măng Bút Sơn

Nhà máy xi măng Bút Sơn sản xuất xi măng theo công nghệ lò quay phương pháp khô.Với công suất thiết kế 4000 tấn clinker/ ngày , tương ứng 1,4 triệu tấn xi măng/ năm Hiệnnhà máy đang xây dựng dây chuyền 2, dự tính sau khi hoàn thành, công suất nhà máy đạt

3 triệu tấn xi măng/năm và thuộc loại nhà máy có năng suất lớn nhất trong công nghiệpsản xuất xi măng của nước ta

Dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng Bút Sơn gồm có các công đoạn chính:

- Công đoạn khai thác và đồng nhất sơ bộ nguyên liệu thô

- Công đoạn nghiền nguyên liệu

- Công đoạn nghiền than

- Công đoạn nung và làm lạnh clinker

- Công đoạn nghiền xi măng

- Công đoạn đóng bao và xuất xi măng

Hình 1.5 Công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy

1.4.1 Công đoạn khai thác và đồng nhất sơ bộ nguyên liệu thô

Đối với bất cứ nhà máy xi măng nào thì vị trí xây dựng nhà máy có một vị trí quantrọng Việc xây dựng nhà máy tại đâu được tính toán sao cho đảm bảo vấn đề kinh tế nhất:

- Vị trí đặt nhà máy phải gần các mỏ nguyên liệu thô Như vậy việc khai thác và vậnchuyển các nguyên liệu sẽ kinh tế, ít tốn kém nhất

- Nhà máy phải đặt tại nơi có hệ thống giao thông thuận tiện, đảm bảo cho việc chuyênchở và tiêu thụ xi măng thuận lợi

- Vị trí phải được tính toán sao cho đảm bảo các vấn đề như: nguồn nước cung cấp,nguồn lao động tại địa phương, đồng thời cũng phải có khoảng cách nhất định với khu dân

cư

Khai thác đá vôi

Đá vôi được khai thác tại mỏ đá Hồng Sơn Mỏ cách nhà máy khoảng 600m Phươngpháp khai thác: khoan nổ mìn phá vỡ cấu trúc của đá, và được khai thác từ trên đỉnh mỏ đáxuống dần phía dưới Đá vôi sau đó được bốc xúc lên các ôtô tải để vận chuyển tới máyđập đá vôi

Máy đập đá vôi thuộc loại IMPACT APPR 1822, với năng suất thiết kế trung bình là

600 tấn/giờ Sau khi đập, đá vôi sẽ có kích thước khoảng 70mm và được cân và vậnchuyển về kho đồng nhất sơ bộ bằng băng tải cao su

Tại đây, đá vôi được đồng nhất sơ bộ, sử dụng máy đánh đống loại BAH 17,3-1,0-600 vớinăng suất rải là 600tấn/h Đá vôi được rải thành 2 đống, mỗi đống khoảng 1600 tấn theophương pháp rải đống CHEVRON, có mức độ đồng nhất là 8:1 Hệ thống băng cào loạiBKA 30.01.600 với năng suất từ 35 – 350 tấn /giờ, vận chuyển đá vôi về két chứa đá vôicủa máy nghiền liệu

Khai thác đá sét

Đá sét được khai thác tại mỏ Khả Phong, cách nhà máy khoảng 9,5 km Được vậnchuyển bằng ôtô tải tới máy cán Máy cán đá sét thuộc loại máy cán răng hai trục, có côngsuất thiết kế trung bình là 250 tấn/giờ Loại máy cán này có thể cán những cục đất sét cókích thước tới 800mm, độ ẩm 15% Đá sét sau khi qua máy cán có kích thước khoảng70mm

Sau đó đá sét được cân và vận chuyển tới kho đồng nhất sơ bộ, và được rải thành 2đống, mỗi đống 7000 tấn Sử dụng cầu rải BEDECHI, với công suất thiết kế là 250tấn/giờ Phương pháp rải sử dụng là WINDROW, theo phương pháp này, đá sét sẽ đượcdải theo chiều dọc của đống thành từng phần nhỏ ở lớp dưới, sau đó sẽ được dải tiếp lên ởnhững lớp phía trên cao hơn Phương pháp này phức tạp hơn Mức độ đồng nhất là 8:1

Đá sét sau đó qua hệ thống cầu súc loại BELC150/14 với công suất 15 – 150 tấn/giờ,được vẩn chuyển về két chứa đá sét của máy nghiền liệu.

Quặng sắt và phụ gia khác

- Quặng sắt: dùng xỷ Pyrite sắt mua của nhà máy Supe Phốtphát Lâm Thao, do công ty

Vật tư - Vận tải xi măng cung ứng

- Thạch cao: mua thạch cao Lào, Thái Lan hoặc Trung Quốc, do công ty kinh doanhthạch cao xi măng cung ứng

- Đá silic: khai thác ở mỏ Khe Non cách nhà máy khoảng 20Km

- Một số phụ gia khác như: boxit, puzzolan … do một số công ty trung gian cung ứng

Mục đích chủ yếu của công đoạn này phải đạt được

- Các nguyên liệu thô: đá vôi, đá sét… được khai thác và phải được đập thành nhữnghạt nhỏ có kích thước khoảng 70mm Kích thước như vậy phù hợp với thiết kế của hệthống băng tải vận chuyển và giảm tải cho máy nghiền liệu, tiết kiệm năng lượng nghiền

- Các nguyên liệu thô phải được đồng nhất sơ bộ: Xuyên suốt công nghệ sản xuất ximăng, do phải đảm bảo tỉ lệ thành phần các chất có trong xi măng đầu ra là ổn định, mặtkhác, thành phần các oxit có trong đá vôi và đá sét không phải là cố định, ở mỗi vùng khácnhau trong khu vực khai thác lại có thành phần khác nhau Do đó, việc đồng nhất sơ bộ đávôi, đá sét cũng giúp ích cho việc đảm bảo độ ổn định thành phần của các nguyên liệu đầuvào

1.4.2 Công đoạn nghiền liệu

Các hệ thống băng tải vận chuyển có nhiệm vụ vận chuyển các nguyên liệu thô về cáckét chứa tương ứng của máy nghiền liệu Qua hệ thống cân định lượng, liệu được cấp vàomáy nghiền Đây là một vấn đề quan trọng, hệ thống cân định lượng phải đảm bảo được tỉ

lệ phối trộn của các thành phần liệu: đá vôi, đá sét, quặng sắt được điều khiển bởi mạchvòng chất lượng QCX Việc này có ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng xi măng sản xuất.Đồng thời hệ thống cân băng phải đảm bảo việc cấp liệu là liên tục, không gián đoạn, đảmbảo tính tin cậy

Qua hệ thống cân định lượng, liệu được nghiền tại máy nghiền Máy nghiền sử dụng làloại máy nghiền con lăn trục đứng PFEIFFER MPS 4750, với công suất thiết kế là 320tấn/giờ Trong quá trình nghiền, có kết hợp với việc làm khô liệu, tận dụng khí nóng thuhồi được từ quá trình tiền canxi hóa

Bột liệu đạt yêu cầu về kích thước sẽ đuợc vận chuyển tới silô đồng nhất bột liệu, cósức chứa 20.000 tấn , bằng hệ thống máng khí động và gầu nâng Silô đồng nhất làm việc

theo nguyên tắc đồng nhất và tháo liên tục Việc đồng nhất được thực hiện trong quá trìnhtháo bột liệu ra khỏi Silô, Silô có mức độ đồng nhất là 10:1.

1.4.3 Công đoạn nghiền than

Than là nhiên liệu chính sử dụng trong công nghệ sản xuất xi măng Chủ yếu sử dụngcho hai giai đoạn quan trọng là calxiner và nung clinker Lò nung của nhà máy xi măngBút Sơn được thiết kế để chạy 100% than antraxit, dầu MFO chỉ sử dụng trong quá trìnhsấy lò và chạy ban đầu

Than được nhập về kho đồng nhất bằng xe tải Tại đây, than được rải thành đống lớn,qua hệ thống băng cào, than được đưa lên băng tải cao su, được phân loại và chuyển về haikét chứa than tương ứng, chuẩn bị liệu cho máy nghiền than Máy nghiền than là loại máynghiền con lăn trục đứng PFEIFFER năng suất 30tấn/giờ Liệu cấp cho máy nghiền gồm

có 40% than antraxit loại 3 và 60% than antraxit loại 4 từ hai két chứa tương ứng Bột thanmịn sau đó được vận chuyển và phân về hai két chứa: 1 két dùng để cấp cho lò nung, 1 kétdùng để cấp cho calxiner

1.4.4 Công đoạn tiền canxi hóa

Tiền canxi hóa cũng là một công đoạn quan trọng trong quá trình sản xuất xi măng.Cùng với công đoạn nung clinker, hai giai đoạn này có nhiệm vụ cấp nhiệt cho các nguyênliệu thô để các phản ứng hóa học xảy ra, quyết định tới chất lượng xi măng

Theo sự tăng dần nhiệt độ, thì các phản ứng hóa học diễn ra như sau:

Bảng 1.3 Các phản ứng hóa học xảy ra theo nhiệt độ

Nhiệt độ Quá trình xảy ra

100oC Nước tự do có trong thành phần liệu bay hơi

>500oC Nước có trong thành phần các tinh thể bay hơi

>900oC CaCO3 → CaO + CO2 ( phản ứng canxi hóa )

>1000oC Phản ứng hóa học diễn ra giữa CaO với Fe2O3 , Al2O3 , SiO2

>1200oC Quá trình hóa lỏng các chất diễn ra

>1280oC Sự tạo thành C3S và hoàn thành các phản ứng của Canxi

Hình 1.6 Nhiệt độ và áp suất tại các điểm trên tháp sấy

Quá trình tiền canxi hóa diễn ra tại tháp sấy với hệ thống cyclon 5 tầng của nhà máy Hệthống các cyclon được thiết kế để phục vụ quá trình trao đổi nhiệt giữa liệu thô và khínóng Các quạt hút có nhiệm vụ tạo ra áp suất âm ở phía trên đỉnh tháp sấy, khí nóng theo

đó sẽ đi lên, liệu chảy từ trên xuống và quá trình trao đổi nhiệt diễn ra Khí nóng được cácquạt hút, sau khi thoát ra khỏi tháp sấy chia làm 2 đường: một phần được tận dụng cho quátrình làm khô liệu tại các máy nghiền, một phần qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện và thoát rangoài theo ống khói Quá trình tiền canxi hóa tiêu thụ khoảng 55 - 60% lượng than sửdụng trong cả quá trình sản xuất xi măng

1.4.5 Công đoạn nung và làm lạnh clinker

Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất xi măng, ảnh hưởng trực tiếptới chất lượng Clinker và qua đó quyết định tới chất lượng xi măng Ngoài việc cung cấpcác điều kiện cho các phản ứng hóa học xảy ra để đảm bảo tạo ra Clinker có thành phầncác khoáng đạt yêu cầu thì hơn nữa, nếu clinker tạo ra có mác cao thì tỉ lệ các chất độn vàphụ gia sau này thêm vào trong công đoạn nghiền xi măng cũng sẽ tăng lên, góp phầnquan trọng trong việc tăng năng suất xi măng

Lò nung của công ty xi măng Bút Sơn có đường kính có đường kính 4,5m , chiều dài72m , có độ nghiêng 3,5o với hệ thống sấy sơ bộ 2 nhánh 5 tầng cùng hệ thống calciner,buồng trộn Năng suất của lò là 4000 tấn clinker/ngày Lò được thiết kế sử dụng vòi đốtthan đa kênh ROTAFLAM đốt 100% than antraxit, trong đó đốt tại calciner là 55-60%,phần còn lại đốt trong lò

Sau khi qua hệ thống tháp sấy sơ bộ 5 tầng, liệu được cấp vào lò nung với nhiệt độ củaliệu cấp vào lò khoảng 800 – 1000oC Tại lò nung có 3 phân vùng chính với các mức nhiệt

độ khác nhau: vùng canxi hóa với nhiệt độ khoảng 1000 – 1100 oC, tại đây hoàn thành quátrình canxi hóa; zone nung: với nhiệt độ 1450 oC, tại đây bột liệu được nung nóng chảy,các phản ứng giữa các oxit diễn ra, hình thành các khoáng có trong thành phần clinker;vùng làm nguội: có bố trí 9 quạt làm mát công suất lớn để giảm nhiệt độ của vùng nàyxuống khoảng 900 - 1350 oC, trong vùng này diễn ra quá trình đóng rắn, tạo thành các tinhthể khoáng, tạo thành clinker

Clinker sau khi ra khỏi lò được đổ vào thiết bị làm nguội kiểu ghi BMH- SA được làmmát bởi 9 quạt gió công suất lớn cùng hệ thống phun nước làm mát Clinker được đập sơ

bộ bởi máy đập búa Clinker thu được sau thiết bị làm lạnh được vận chuyển tới 2 silô đểchứa và ủ clinker có tổng sức chứa là 2x20.000tấn Bột tả hoặc clinker phế phẩm được đổvào silo bột tả có sức chứa 2.000 tấn

1.4.6 Công đoạn nghiền xi măng

Clinker, thạch cao và phụ gia sẽ được vận chuyển lên két chứa tương ứng của máynghiền bằng hệ thống băng tải và gầu nâng Từ các két của máy nghiền, clinker và phụ gia

sẽ được đưa qua hệ thống cân băng định lượng, hệ thống cân băng bảo đảm lượng clinker,thạch cao và phụ gia hợp lý đưa vào máy nghiền để tạo ra các sản phẩm xi măng có máctương ứng

Clinker và phụ gia sau khi qua hệ thống cân băng định lượng thì được đưa vào máynghiền sơ bộ CKP 200 nhằm làm giảm kích thước và làm nứt vỡ cấu trúc để phù hợp vớiđiều kiện làm việc của máy nghiền bi xi măng Thạch cao khi qua hệ thống cân băng thìđược chuyển thẳng tới máy nghiền bi mà không qua giai đoạn nghiền thô

Clinker, phụ gia (đã qua nghiền sơ bộ ) và thạch cao sẽ được cấp vào máy nghiền bi ximăng để nghiền mịn Máy nghiền bi xi măng là loại máy nghiền bi 2 ngăn làm việc theo 2chu trình kín có phân ly trung gian kiểu O’SEPA Qua khỏi máy nghiền bi, xi măng bộtđược vận chuyển tới 4 silô chứa xi măng bột, có tổng sức chứa là 4x10.000 tấn, bằng hệthống máng khí động và gầu nâng

1.4.7 Công đoạn đóng bao và xuất xi măng

Từ đáy các silo chứa, qua hệ thống cửa tháo, xi măng sẽ được vận chuyển tới các kétchứa của các máy đóng bao hoặc các hệ thống xuất xi măng rời Hệ thống xuất xi măngrời gồm 2 vòi xuất cho ôtô năng suất 100 tấn/giờ và 1 vòi xuất cho tàu hoả năng suất 150tấn/giờ Tùy theo yêu cầu của khách hàng mà xi măng đem đi tiêu thụ dưới dạng xi măngrời hay đóng bao

Hệ thống máy đóng bao gồm 4 chiếc máy đóng bao, thuộc loại HAVER kiểu quay với 8vòi và hệ thống cân điện tử Có năng suất thiết kế là 100 tấn/h Sản phẩm ra là các bao ximăng có khối lượng 50kg ± 5% Các bao xi măng qua hệ thống băng tải sẽ được vậnchuyển tới các máng xi măng, và được đưa xuống tàu hoả hoặc ôtô đem đi tiêu thụ

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY

2.1 Tổng quan các hạng mục hệ thống điều khiển của nhà máy

Hệ thống điều khiển dây chuyền 1 nhà máy xi măng Bút Sơn được nhà thầu TechnipCle xây dựng theo cấu trúc điều khiển phân tán DCS và có cấu trúc phân cấp, sử dụng giảipháp tự động hóa của hãng SIEMENS Toàn bộ hệ thống điều khiển của nhà máy đượcphân bố trong các công trình :

- Một tòa nhà điều khiển, bao gồm các hạng mục:

+ Phòng điều khiển trung tâm

+ Phòng lập trình PLC

+ Phòng phân tích hóa nghiệm KCS

+ Phòng kĩ thuật sản xuất

+ Phòng sửa chữa thiết bị điện – điện tử trong dây chuyền

- Tòa nhà thiết bị điều khiển, bao gồm các trang thiết bị:

+ Toàn bộ các PLC sử dụng trong dây chuyền 1 của nhà máy

+ Các panel điều khiển, cùng với một số biến tần được bố trí tại đây

- Tại mỗi phân xưởng đều có một phòng kĩ thuật (Technical Room): phục vụ cho việcgiao tiếp giữa người điều khiển với các thiết bị trường như: các card vào /ra (card I/O), hệthống các tủ điện ECS (electrical cabin system) và toàn bộ các trang thiết bị khác trongphân xưởng Phòng kĩ thuật của mỗi phân xưởng và hệ thống cung cấp điện cho phânxưởng ESS (Electrical Supply System) luôn được xây dựng trong cùng một hạng mục, vớimục đích tạo khả năng giao tiếp dễ dàng giữa phòng kĩ thuật của phân xưởng với hệ thốngđiện và các cabin điều khiển động cơ MCC (Motor Control Cabin), và cũng nhằm mụcđích dễ dàng chẩn đoán và tiện lợi cho việc sửa chữa khi xảy ra sự cố

2.2 Cấu trúc điều khiển phân cấp của nhà máy

Hệ thống điều khiển dây chuyền 1 của nhà máy xi măng Bút Sơn được thiết kế có cấutrúc phân cấp Hệ thống được phân chia thành các cấp điều khiển như sau:

Hình 2.1 Mạng điều khiển nhà máy xi măng Bút Sơn

2.2.1 Cấp trường

Các thiết bị cấp trường, hay cấp chấp hành, bao gồm toàn bộ các trang thiết bị cần thiết

để đảm bảo việc điều khiển quá trình và thu thập dữ liệu Chủng loại của các thiết bị cấptrường rất phong phú, đa dạng tùy thuộc vào từng phân đoạn trong từng phân xưởng như:các động cơ, biến tần, các loại van, các cảm biến, các hệ thống lọc bụi …

Đặc điểm đáng chú ý của các thiết bị ở cấp chấp hành là chúng đều là các thiết bị bustrường, giao tiếp với cấp điều khiển phía trên thông qua hệ thống bus trường Khác với cácthiết bị thường (có các bộ chuyển đổi A/D và D/A để giao tiếp với máy tính điều khiển), ởcác thiết bị bus trường có thêm module giao diện bus (Bus Interface) để thực hiện giaotiếp với máy tính điều khiển cấp trên

Sự thay thế các thiết bị thường bằng các thiết bị bus trường đã tạo ra rất nhiều ưu điểmnhư: tiết kiệm chi phí dây dẫn và công lắp đặt, cấu trúc đơn giản: thiết kế và bảo trì hệthống dễ dàng hơn, tăng độ tin cậy của hệ thống, tăng độ linh hoạt và khả năng mở rộng dễdàng của hệ thống, vào/ra phân tán với bus trường không nhất thiết phải đặt gần hiệntrường

Một ưu điểm khác và rất có ý nghĩa khi sử dụng các thiết bị bus trường: đó là nó tạođiều kiện để cho ra đời các chuẩn truyền thông công nghiệp, khiến việc thiết kế hệ thống

tự động hóa trở nên dễ dàng hơn rất nhiều, tạo sự tương thích giữa các thiết bị của cáchãng với nhau khiến việc lựa chọn các thiết bị tự do hơn …

Tại dây chuyền 1 nhà máy xi măng Bút Sơn, việc giao tiếp giữa các thiết bị cấp trườngvới các cấp điều khiển phía trên thông qua hệ thống bus theo chuẩn Profibus – DP Việctruyền thông cụ thể của chuẩn này ta sẽ đi sâu trong các phần sau

2.2.2 Cấp điều khiển

Hệ thống điều khiển cấp này của nhà máy xi măng Bút Sơn được xây dựng dựa trên các

bộ điều khiển logic khả trình PLC của hãng SIEMENS, Cộng hòa liên bang Đức Tại thờiđiểm xây dựng nhà máy, nhà thầu Technip Cle xây dựng dây chuyền 1 nhà máy dựa trêncác giải pháp tự động hóa của SIEMENS, sử dụng các PLC S5 PLC có nhiệm vụ: thuthập thông tin về quá trình, truyền dữ liệu, thực hiện các tác vụ điều khiển và các chứcnăng thực hiện với kết quả …

Các PLC là cốt lõi của hệ thống điều khiển tại các phân xưởng Tại dây chuyền 1 nhàmáy xi măng Bút Sơn, hệ thống các PLC gồm có 12 PLC thuộc loại S5 155U, là dòngPLC của SIEMENS có khả năng tính toán điều khiển mạnh, khả năng giao tiếp truyềnthông lớn, thiết kế để phục vụ điều khiển các quá trình lớn (chúng tương đương với khảnăng của PLC S7 400 hiện giờ)

Hình 2.2 Các cấp điều khiển của nhà máy

Mỗi một công đoạn trong dây chuyền sản xuất xi măng được điều khiển bởi một PLCthuộc loại S5 155U tương ứng:

- Đập nhỏ đá vôi cho vào kho chứa ( được điều khiển bởi PLC 1S11)

- Đập nhỏ đá sét cho vào kho chứa ( được điều khiển bởi PLC 1S21)

- Đưa thạch cao vào kho chứa (được điều khiển bởi PLC 1S31)

- Đưa than vào kho chứa và phân bố dầu (được điều khiển bởi PLC 1S91)

- Các nguyên liệu thô khác (được điều khiển bởi PLC 1S41)

- Các trạm chính (được điều khiển bởi PLC 1S51)

- Trộn các bột nguyên liệu thô và sấy nóng (được điều khiển bởi PLC 1S51)

- Nung nóng và làm lạnh clinker (được điều khiển bởi PLC 1S61)

- Nghiền than (được điều khiển bởi PLC 1S62)

- Nghiền clinker và đưa vào kho chứa (được điều khiển bởi PLC 1S71 & 1S72).

- Xử lý nước (được điều khiển bởi PLC 1S91)

- Đóng bao và xuất hàng (được điều khiển bởi PLC 1S81 &1S82)

Ngoài các PLC loại lớn là S5 155U điều khiển mỗi công đoạn lớn trong hệ thống dâychuyền sản xuất, cấp phía dưới các PLC này là các PLC nhỏ hơn và thuộc loại S5 115U

Số lượng các PLC này phụ thuộc vào quy mô và độ phức tạp của từng công đoạn

S5 115U là loại PLC cũng do hãng SIEMENS sản xuất, được thiết kế để điều khiển cácquá trình ở quy mô nhỏ hơn, đương nhiên, tốc độ tính toán, khả năng truyền thông, và sốlượng vào/ra cũng kém hơn so với loại PLC S5 155U Trong mỗi công đoạn của dâychuyền sản xuất, kiến trúc giao tiếp giữa PLC S5 155U với các PLC S5 115U cấp dưới nó

là kiến trúc Master/Slave Trong đó, PLC S5 155U đóng vai trò là master (trạm chủ), cácPLC S5 115U đóng vai trò là các trạm tớ (Slave) Vai trò chủ động thuộc về PLC S5 155U

và nó có nhiệm vụ phối hợp hoạt động của các PLC S5 115U trong phân xưởng Chi tiếthơn về cách thức truyền thông giữa các PLC chủ - tớ ta sẽ đề cập trong các phần tiếp theo

Để đạt độ tin cậy cao nhất, hệ thống các PLC có ứng dụng các cơ chế tự kiểm tra hoặc

cơ chế giám sát và các thủ tục kiểm tra Trong trường hợp một CPU xảy ra lỗi, PLC sẽ đưacác đầu ra của nó về điểm “0” định trước Nhà máy có các PLC S5 115U dự phòng, tuynhiên không có PLC S5 155U dự phòng

Tất cả PLC cùng các trang thiết bị liên quan tới cấp điều khiển này đều được sắp xếptrong các Cabin điều khiển Mối một công đoạn trong dây chuyền sản xuất xi măng sẽtương ứng với một Cabin điều khiển này Các Cabin điều khiển được bố trí trong tòa nhàthiết bị điều khiển của nhà máy

Ngoài ra, tại một số phân xưởng còn bố trí các panel điều khiển được xây dựng dựa trênnền tảng là SIEMENS OP 25, phục vụ cho việc giám sát các dữ liệu của quá trình, cáccảnh báo và thông tin về các lỗi trong quá trình Các panel này được xây dựng tại các phânxưởng cho các công đoạn sau:

- Nghiền đá vôi và vận chuyển vào két chứa

- Nghiền đá sét và vận chuyển vào két chứa

- Vận chuyển thạch cao vào két chứa

- Vận chuyển than vào kho chứa và phân phối dầu MFO

- Đóng bao và xuất hàng

Tại dây chuyền 1 của nhà máy, việc giao tiếp giũa các PLC với các máy tính điều khiểncấp trên sử dụng chuẩn Ethernet, chi tiết về các đặc điểm của chuẩn này ta sẽ đi sâu trongcác phần sau

2.2.3 Cấp điều khiển giám sát

Cấp này thực hiện việc giao diện giữa người điều khiển và quá trình sản xuất Nó thựchiện các chức năng là cung cấp toàn bộ các dữ liệu quá trình, các chức năng hiển thị/ đồhọa, cung cấp trạng thái của toàn nhà máy và các chức năng điều khiển Toàn bộ các trangthiết bị của cấp điều khiển giám sát được bố trí tại phòng điều khiển trung tâm của nhàmáy Để thực hiện nhiệm vụ của mình, phòng điều khiển trung tâm được trang bị đầy đủ

hệ thống phần cứng và phần mềm cần thiết để thực hiện nhiệm vụ của mình

Các thiết bị phần cứng trang bị cho phòng điều khiển trung tâm

- Hệ thống 8 màn hình:

Có nhiệm vụ hiển thị phục vụ cho việc giám sát và phục vụ cho việc giao tiếp điềukhiển giữa người và máy Phòng điều khiển trung tâm của nhà máy được trang bị 8 mànhình loại CRT, kích cỡ 21”, độ phân giải cao, thuộc loại màn hình màu, có khả năng hiểnthị đầy đủ các hệ thống kí tự và các thông tin đồ họa Tuy nhiên, hiện nay các màn hình sửdụng tại đây đã được thay thế bằng các màn hình LCD 32”, chất lượng hiển thị cao hơn rấtnhiều

- Hệ thống các bàn phím:

Tương ứng với 8 màn hình là hệ thống 8 bàn phím tương ứng Chúng có đầy đủ khảnăng phục vụ việc giao tiếp với các quá trình, điều khiển các mạch vòng và thực hiện cácchức năng với các kết quả Các bàn phím sử dụng thuộc loại bàn phím máy tính côngnghiệp, ngoài các phím kí tự và phím điều khiển thông thường, chúng còn được tích hợpcác phím điều khiển chuyên dụng và cũng được cung cấp 1 trackball phục vụ cho việcđiều khiển nhà máy

- Các thiết bị vi xử lý:

Cùng với các hệ thống màn hình, bàn phím … các bộ vi xử lý tạo nên hệ thống cácmáy tính công nghiệp trang bị cho phòng điều khiển trung tâm của nhà máy Các CPUđược xây dựng dựa trên nền tảng các vi xử lý này, chúng hỗ trợ đầy đủ các driver để thựchiện giao tiếp giữa CPU và bàn phím, hiển thị lên màn hình, điều khiển các máy in và vào/

ra dữ liệu truyền thông với các thiết bị cấp dưới

- Hệ thống các máy in:

Chúng được trang bị phục vụ một số chức năng in: in các cảnh báo và các báo cáo dữliệu, video copier: thông qua kết nối với mạng, có thể thực hiện in bất cứ hiển thị từ mànhình điều khiển bất kỳ

- Máy giám sát nhiệt độ lò quay: thực hiện việc giám sát và hiển thị nhiệt độ lò quay, sửdụng công nghệ hồng ngoại, hình ảnh bên trong lò quay được đưa lên trên một màn hìnhCRT tại trung tâm, phục vụ việc giám sát.

Các chức năng phần mềm phục vụ điều khiển giám sát

Để phục vụ việc điều khiển giám sát, các máy tính công nghiệp sử dụng tại phòng điềukhiển trung tâm được cài đặt các phần mềm sau:

- Hệ điều hành FlexOS do IBM phát triển những năm 90

- Phần mềm COROS LSB thuộc lớp các phần mềm HMI phục vụ giao diện người –máy, do SIEMENS phát triển

Cùng với hệ thống các phần cứng, các phần mềm này thực hiện các chức năng của cấpđiều khiển giám sát Với các chức năng như: cung cấp toàn bộ các dữ liệu quá trình, cácchức năng hiển thị/ đồ họa, cung cấp trạng thái của toàn nhà máy và các chức năng xử lýkết quả, dữ liệu Các chức năng hiển thị như sau:

Hiển thị giao diện đồ họa (mimics)

Bất cứ một công đoạn nào trong dây chuyền sản xuất của nhà máy đều giao tiếp vớingười điều khiển thông qua giao diện đồ họa tương ứng, giao diện đồ họa này “mô phỏng”lại hình ảnh thực tế của các công đoạn dưới đạng đơn giản hóa Giúp người điều khiển cócái nhìn trực quan về công đoạn cần điều khiển, giám sát và cũng giúp cho việc nắm bắtđược các thông tin về quá trình dễ dàng hơn

Tất cả các dữ liệu quá trình, các đại lượng đo được và các trạng thái của các thiết bị đềuđược hiển thị lên giao diện đồ họa này Các dữ liệu trên giao diện được cập nhật theo từngchu kỳ thời gian định trước, tùy thuộc vào các đối tượng quan sát

Với giao diện này, người điều khiển có thể nhận được mọi thông tin, cảnh báo về quátrình và thực hiện công việc điều khiển các phân vùng trong công đoạn được phân công

Nhóm các giao diện phục vụ điều khiển các mạch vòng và điều chỉnh

Nhóm gồm có 5 mạch vòng điều khiển quan trọng Mỗi nhóm trong giao diện này thểhiện các biến quá trình và các kết quả dưới dạng đồ thị thanh

Hiển thị xu hướng phát triển của các biến quá trình (Trend Display)

Thể hiện giá trị các biến quá trình trong một khoảng thời gian trước đó và các giá trịthực của biến quá trình tại thời điểm hiển thị Các hiển thị này dưới dạng đồ họa cho mộthay nhiều biến quá trình Phần mềm COROS LSB cho phép hiển thị tối đa 6 biến quá trìnhcùng lúc trên cùng một đồ thị, chúng phân biệt nhau bởi màu sắc của các đường

Các giá trị biến quá trình của các điểm có thể xem được ngay tại trên đồ thị Khi dichuyển chuột tới điểm nào đó trên đồ thị thì giá trị của biến quá trình tại điểm đó sẽ được

hiển thị trên màn hình Kích thước và tỉ lệ của các đồ thị này có thể được điều chỉnh theo ýcủa người giám sát.

Các đồ thị này có ý nghĩa giúp người điều khiển quan sát xu hướng diễn biến phát triểncủa các biến quá trình, qua đó có thể nhận biết tốt hơn về trạng thái của hệ thống, và cũng

có thể giúp cho việc so sánh xu hướng phát triển của các biến quá trình khác nhau

Hiển thị các chuỗi logic

Các chuỗi logic với trạng thái của chuỗi và các giá trị liên quan đều cho phép hiển thịlên màn hình

Hiển thị tổng thể các kết quả: (Sequence overview)

Tổng thể của tất cả các kết quả được hiển thị cho phép việc giám sát tất cả các chuỗi vàcác trạng thái liên quan

Hiển thị cảnh báo (Alarm Display)

Các cảnh báo hiện có về quá trình được thể hiện với ngày và giờ cụ thể Các cảnh báothuộc về quá trình và các cảnh báo thuộc về hệ thống được phân biệt Các cảnh báo đượcsắp xếp theo trình tự thời gian xảy ra

Hiển thị trạng thái của hệ thống

Trạng thái của hệ thống với tất cả các cảnh báo, bao gồm giao diện với cấp trường vàcác kênh kết nối đều được hiển thị

sẽ ổn định, ngừng nhấp nháy, cho tới khi các cảnh báo biến mất

Các thẻ cảnh báo là duy nhất ứng với mỗi vị trí xảy ra, các chuỗi,các mạch vòng và cácthông báo về loại cảnh báo Nhật kí về các cảnh báo được giữ lại và được ghi lại theo thứ

tự thời gian xảy ra cảnh báo

2.2.4 Cấp quản lý và tối ưu hóa sản xuất

Thực hiện các chức năng quản lý và tối ưu hóa hoạt động sản xuất của nhà máy Các dữliệu được thu thập từ các cấp dưới, được quản lý, phục vụ cho việc lập các báo cáo và việctối ưu hóa các hoạt động sản xuất của nhà máy

Hệ thống quản lý thông tin MIS (Management Information System)

Hệ thống quản lý thông tin MIS cung cấp trên một máy tính để bàn tất cả các dữ liệuhiện thời và các khoảng thời gian trước đó, cùng với các thông tin về quá trình và về nhàmáy mà được quản lý bởi hệ thống các PLC như:

- Các giá trị đo được: khối lượng, nhiệt độ, mức, áp suất, dòng …

- Thời gian chạy, thời gian nghỉ của các thiết bị

đo được: các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất, giá trị trung bình, độ lệch chuẩn …

Các thiết bị phần cứng được trang bị cho MIS

- Bộ xử lý dữ liệu xây dựng dựa trên máy tính để bàn và bộ vi xử lý Intel Pentium 3, tốc

độ xung nhịp là 75Mhz

- Một server dữ liệu phục vụ cho bộ xử lý dữ liệu

- Một máy tính để bàn trang bị các phần mềm MS – DOS, Windows, cấu hình phầncứng: bộ xử lý 80486 xung nhịp 66Mhz, 1 màn hình màu loại CRT, 1 bàn phím và mộtchuột

- Một máy in loại laser

- Các thiết bị phụ trợ khác

Các phần mềm được trang bị

- Phần mềm quản lý thông tin MIS Basic và các gói phần mềm hỗ trợ như MIS – MS

- Chương trình xử lý dữ liệu sản xuất với EXCEL

- Các gói chương trình phục vụ việc thu thập, lưu trữ, ghi nhận các dữ liệu, các sự kiện

Hệ thống tối ưu hóa khâu nghiền liệu

Một trong những vấn đề quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất xi măng là phải đảmbảo được tỉ lệ các khoáng thành phần theo đúng yêu cầu đối với từng loại mác xi măng

Và đó là nhiệm vụ của khâu nghiền liệu trong dây chuyền sản xuất xi măng Hệ thống tối

ưu hóa khâu nghiền liệu có nhiệm vụ điều khiển khâu nghiền liệu để sản phẩm xi măng cócác thành phần khoáng đạt yêu cầu

Hoạt động của hệ thống như sau:

- Máy phân tích quang phổ hấp thụ, sẽ phân tích hàm lượng các chất: CaO, SiO2,

Fe2O3, Al2O3, K, Na và SO3 có trong mẫu

- Thông tin về hàm lượng các chất trên sẽ được gửi về máy tính QCX Máy tính sẽ tínhcác thông số về các mođun LSF, SM và AM Vốn là 3 thông số quan trọng nhất để đánhgiá chất lượng clinker Trong đó:

+ Hệ số bão hoà vôi LSF (Lime Saturation Factor):

Al2O3, Fe2O3 mặt khác phải tránh thừa CaO tự do gây hại cho xi măng LSF có ảnh hưởnglớn đến khả năng nung của Clinker

+ Mô đun silic SM (Silica module):

Sự tăng SM làm giảm khả năng nung clinker do sự giảm hàm lượng pha lỏng và giảm

xu hướng hình thành lớp cola trong lò, sự tăng SM cũng dẫn tới sự đóng rắn và cường độ

xi măng phát triển chậm Sự giảm SM dẫn đến sự pha lỏng tăng điều này cải thiện khảnăng nung của clinker và hình thành lớp cola trong lò

+ Mô đun nhôm AM:

Fe O

   (2-3)

AM lớn có nghĩa là C3A lớn, xi măng có xu hướng đóng rắn nhanh AM nhỏ tức là

C4AF lớn, xi măng đóng rắn chậm, toả nhiệt thấp khi đóng rắn

Thông tin về các giá trị này được chuyển tới máy tính trang bị phần mềm tối ưu hóanghiền liệu MIRE Xuất phát từ các giá trị thực tế có được, chương trình sẽ tính giá trị đặtcho các hệ số LSF, SIM, ALM, các giá trị sai lệch và giá trị đích theo thuật toán của phầnmềm

Thông qua chương trình tối ưu hóa nghiền liệu MIRE, máy tính sẽ tính toán lượng đặtcho khối lượng các thành phần: đá vôi, đá sét, quặng sắt và phụ gia cần thiết, và tương ứngvới giá trị đặt điều khiển cho các cân cấp liệu, qua đó đảm bảo tỉ lệ thành phần các khoáng

có trong sản phẩm xi măng đầu ra đạt yêu cầu

Hệ thống kỹ thuật ES (Engineering System)

Một hệ thống kĩ thuật được xây dựng bên trong tòa nhà trung tâm, cho phép thực thi tất

cả các công việc kĩ thuật như : cấu hình hệ thống, phát triển chương trình, và viết lạichương trình Thực tế đây là công việc của nhóm các kĩ sư thuộc phòng PLC của nhà máy

Việc truy cập vào các hệ thống được bảo vệ bằng password

Phòng PLC có nhiệm vụ khi cần thiết: có thể viết lại các chương trình của hệ thống,chỉnh sửa cấu hình của PLC bất kỳ v.v… làm cho hệ thống hoạt động ổn định hơn , tối ưuhơn

2.3 Truyền thông dữ liệu trong mạng điều khiển của nhà máy

2.3.1 Mạng Profibus

Trong mạng truyền thông của nhà máy, mạng Profibus thực hiện việc truyền thông dữliệu giữa các PLC 155U với các thiết bị cấp dưới nó: Các PLC 115U, các biến tần … vàgiữa các PLC 115U với các thiết bị cấp dưới nó: các cảm biến, các van điện…

Theo định nghĩa của hiệp hội PI (Profibus International): Profibus là một hệ thốngtruyền thông số, có tính mở, với khả năng, phạm vi ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnhvực sản xuất và tự động hóa quá trình

Bus trường (Field Bus): là hệ thống truyền công nghiệp sử dụng các phương tiện truyềnthông như: cáp đồng, cáp quang hoặc công nghệ không dây… với phương thức truyền dữliệu nối tiếp để kết nối các thiết bị trường phân tán (các cảm biến, thiết bị chấp hành, các

bộ truyền động, các bộ biến đổi, thiết bị phân tích…) với điều khiển trung tâm hay hệthống quản lý

Công nghệ bus trường được phát triển trong những năm 80 với mục đích thay thế kiểu

đi dây truyền thống và thay thế kiểu truyền thông dữ liệu cổ điển sử dụng tín hiệu tương tự(4-20 mA hay ± 10V) bằng công nghệ truyền thông số

Hình 2.3 Giải pháp truyền thông sử dụng Profibus và Ethernet

Kiến trúc giao thức (Protocol Architecture)

Bất cứ sự giao tiếp nào cũng cần một ngôn ngữ chung cho các đối tác Trong kĩ thuậttruyền thông, bên cung cấp dịch vụ cũng như bên sử dụng dịch vụ đều phải tuân thủ theocác quy tắc, thủ tục cho việc giao tiếp, gọi là giao thức Giao thức chính là cơ sở cho việcthực hiện và sử dụng các dịch vụ truyền thông

Vì lý do hiệu suất trao đổi thông tin và giá thành thực hiện nên một số hệ thống chỉ thựchiện một vài lớp trong số đó Profibus chỉ thực hiện các lớp 1, 2 và 7 Tuy nhiên Profibus

DP và PA bỏ qua cả lớp 7 để đảm bảo tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu quá trình giữa cấpđiều khiển và cấp chấp hành Hiệp hội PI còn đưa ra một số quy định chuyên biệt về đặctính và chức năng đặc thù của thiết bị cho một số lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu Các đặc tảnày nhằm mục đích tạo ra khả năng tương tác và thay thế lẫn nhau của thiết bị từ nhiềunhà sản xuất

Hình 2.4 Kiến trúc giao thức của Profibus

Lớp ứng dụng FMS (Fieldbus Message Specification): là một tập con của chuẩn MMS,đảm nhận việc xử lý giao thức và cung cấp các dịch vụ truyền thông Lớp liên kết dữ liệuFDL: thực hiện việc kiểm soát truy nhập bus và cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu Lớp

vật lý: thực hiện kĩ thuật truyền dẫn tín hiệu, đảm bảo môi trường truyền dẫn và thực hiệncấu trúc mạng và các giao diện cơ học.

Cả ba giao thức FMS, DP và PA đều có chung lớp liên kết dữ liệu (FDL) Profibus –

PA có cùng giao diện sử dụng như DP, tuy nhiên tính năng của các thiết bị được quy địnhkhác nhau nhằm phù hợp với môi trường dễ cháy nổ

Kĩ thuật truyền dẫn

Lớp vật lý của Profibus quy định về kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, môi trường truyền dẫntín hiệu, cấu trúc mạng và các giao diện cơ học Các kỹ thuật được sử dụng trong cácchuẩn Profibus là RS-485, RS-485 IS, và cáp quang (đối với DP và FMS) cũng như MBP(đối với PA) Tại nhà máy, mạng profibus sử dụng là loại Profibus DP, sử dụng kĩ thuậttruyền dẫn RS – 485 nên ta đi phân tích các đặc diểm kĩ thuật của chuẩn này

Chuẩn Profibus theo IEC 61158 quy định các đặc tính điện học và cơ học của giao diện

RS – 485 cũng như môi trường truyền thông Các đặc tính điện học bao gồm:

Tốc độ truyền thông từ 9,6 kbit/s đến 12 Mbit/s tùy thuộc vào loại cáp sử dụng và độdài của đoạn mạng Các thông số về tốc độ truyền cho trong bảng sau:

Bảng 2.1 Tốc độ truyền thông theo độ dài đoạn mạng (cáp STP loại A)

(mét)

Cấu trúc đường thẳng kiểu đường trục/đường nhánh (trunk-line/ drop-line) hoặc daisy –chain, trong đó các tốc độ truyền từ 1,5 Mbit/s trở nên yêu cầu đối với cấu trúc daisy –chain

Trunk - line Drop - line Drop - line Drop - line

Cable

Hình 2.5 Cấu trúc Bus Trunk –line/ Drop – line

Trong cấu trúc đơn giản này, tất cả các thành viên của mạng đều được nối trực tiếp vớimột đường dẫn chung, vì thế việc lắp đặt cáp đơn giản và tiết kiệm được dây dẫn Trường

hợp một trạm hỏng (nếu không đóng vai trò Master) thì không gây ảnh hưởng đến cáctrạm còn lại Tuy nhiên, việc dùng chung một đường dây lại đòi hỏi một phương phápphân chia thời gian sử dụng cho các trạm thích hợp, gọi là phương pháp truy nhập Bus Ởđây, các trạm có thể đóng vai trò là trạm chủ (master) hay trạm tớ (slave).

Cáp dẫn loại này bao gồm hai đôi dây xoắn trong một cáp Một đôi dây xoắn bao gồmhai sợi dây đồng được quấn cách ly ôm vào nhau, có tác dụng là trung hòa trường điện từcủa nhau Cáp loại STP là loại cáp đôi dây xoắn được bọc bảo vệ

- Số lượng tối đa các trạm trong mỗi đoạn mạng là 32 Có thể dùng tối đa 9 bộ lặp, tức

là 10 đoạn mạng Tổng số trạm tối đa trong một mạng là 126

- Chế độ truyền tải là không đồng bộ và hai chiều không đồng thời

- Phương pháp mã hóa bit là NRZ

- Về giao diện cơ học cho các bộ nối: loại D-Sub 9 chân được sử dụng phổ biến nhất vớicấp bảo vệ IP20

Phương pháp truy nhập Bus

Trong cấu trúc Bus sử dụng Trunk-line/Drop-line, ưu điểm lớn nhất là tiết kiệm dâydẫn, tuy nhiên việc tất cả các trạm (Master hay Slave) sử dụng chung một đường dây lạiđòi hỏi phương pháp phân chia thời gian sử dụng cho các trạm thích hợp, gọi là phươngpháp truy nhập Bus

Phương pháp truy nhập bus là một trong những vấn đề cơ bản nhất đối với các hệ thốngbus, bởi mỗi phương pháp khác nhau có ảnh hưởng khác nhau tới các đặc tính kỹ thuật của

hệ thống Có ít nhất ba khía cạnh đặc biệt được quan tâm: độ tin cậy, tính năng thời gianthực và hiệu suất sử dụng đường truyền

Tính năng thời gian thực là một trong những yếu tố quan trọng bậc nhất của hệ thốngtruyền thông công nghiệp nói chung và mạng Profibus nói riêng Tính năng thời gian thực

ở đây chỉ yêu cầu thông tin được trao đổi không những đòi hỏi phải chính xác mà còn phảikịp thời và tin cậy

Có thể phân loại các phương pháp truy nhập Bus thành hai nhóm: nhóm các phươngpháp tiền định và nhóm các phương pháp truy nhập ngẫu nhiên

Hình 2.6 Phân loại các phương pháp truy nhập bus

Với các phương pháp tiền định, trình tự truy nhập bus được xác định rõ rang Việc truynhập bus được kiểm soát chặt chẽ theo cách tập trung ở một trạm chủ (phương phápMaster/Slave hay chủ/tớ), theo sự quy định trước về thời gian (phương pháp TDMA) hoặcphân tán bởi các thành thành viên (phương pháp Token Passing)

Ngược lại, trong các phương pháp truy cập ngẫu nhiên, trình tự truy nhập bus khôngđược quy định chặt chẽ trước, mà để xảy ra hoàn toàn theo nhu cầu của các trạm Mỗithành viên trong mạng có thể thử truy nhập bus để gửi thông tin bất cứ lúc nào Để loại trừtác hại của việc xung đột gây nên, có những phương pháp phổ biến như nhận biết xung đột(CSMA/CD) hoặc tránh xung đột (CSMA/CA)

Phương pháp truy nhập bus Master/Slave

Trong phương pháp chủ/tớ, một trạm chủ có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truynhập bus cho các trạm tớ Các trạm tớ đóng vai trò bị động, chỉ có quyền truy nhập bus vàgửi tín hiệu đi khi có yêu cầu Trạm chủ có thể dùng phương pháp hỏi tuần tự (polling)theo chu kỳ để kiểm soát toàn bộ hoạt động giao tiếp của hệ thống Nhờ vậy các trạm tớ cóthể gửi các dữ liệu thu thập được từ quá trình kỹ thuật tới trạm chủ (có thể là một PLC,một PC …) cũng như nhận thông tin điều khiển từ trạm chủ

Hình 2.7 Phương pháp truy nhập bus chủ/tớ

Trình tự được tham gia giao tiếp, hay trình tự được hỏi của của các trạm tớ có thể dongười dùng quy định trước (tiền định) bằng các công cụ tạo lập cấu hình Trong trườnghợp chỉ có một trạm chủ duy nhất, thời gian cần cho trạm chủ hoàn thành việc hỏi tuần tựmột vòng cũng chính là thời gian tối thiểu của chu kỳ bus Do vậy chu kỳ bus có thể tínhtoán trước được một cách tương đối chắc chắn Đây chính là một trong những yếu tố thểhiện tính năng thời gian thực của hệ thống.

Phương pháp truy nhập bus kết hợp Master/Slave và Token Passing

Token Passing cũng có thể sử dụng kết hợp với phương pháp chủ/tớ Trong đó mỗi trạm

có quyền giữ token là một trạm chủ, hay còn được gọi là trạm tích cực Phương pháp nàycòn được gọi là nhiều chủ (Multi – Master), tiêu biểu trong hệ Profibus Các trạm chủ này

có thể là các bộ điều khiển hoặc các máy tính lập trình, còn các trạm tớ (trạm không tíchcực) là các thiết bị vào/ra phân tán, các thiết bị trường thông minh Mỗi trạm chủ quản lýquyền truy nhập của một số trạm tớ phụ thuộc, trong khi các giữa các trạm chủ thì quyềntruy nhập bus được phân chia theo cách chuyển token

Hình 2.8 Cấu hình Multi – Master trong Profibus

Khung UART

Profibus FMS và DP sử dụng phương thức truyền không đồng bộ, vì vậy việc đồng bộhóa giữa bên gửi và bên nhận phải thực hiện với từng kí tự Cụ thể, mỗi byte trong bứcđiện từ lớp 2 khi chuyển xuống lớp vật lý được xây dựng thành một khung ký tự UARTdài 11 bit Trong đó có một bit khởi đầu (Start bit), một bit chẵn lẻ (Parity bit) và một bitkết thúc (Stop bit)

Hình 2.9 Ký tự khung UART sử dụng trong Profibus

Việc thực hiện truyền tuân thủ theo các nguyên tắc sau đây:

- Trạng thái bus rỗi tương ứng với mức tín hiệu của bit 1, tức mức tín hiệu thấp theophương pháp mã hóa bit NRZ (0 ứng với mức cao)

- Trước một khung yêu cầu (Request frame) cần một thời gian rỗi tối thiểu là 33 bitphục vụ mục đích đồng bộ hóa giữa hai bên gửi và bên nhận

- Không cho phép thời gian rỗi giữa các kí tự của một khung

- Với mỗi kí tự UART, bên nhận kiểm tra các bit khởi đầu, bit cuối và bit chẵn lẻ Vớimỗi khung, bên nhận kiểm tra các byte SD, DA, SA, FCS, ED, LE/LEr (nếu có) cũng nhưthời gian rỗi trước mỗi khung yêu cầu Nếu có lỗi, toàn bộ khung phải hủy bỏ

PROFIBUS – DP

Tại dây chuyền 1 của nhà máy, việc giao tiếp giữa các PLC S5 155U sử dụng chuẩngiao tiếp này Profibus – DP được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về tính năngthời gian trong trao đổi dữ liệu Đối chiếu với mô hình OSI, Profibus – DP chỉ thực hiệncác lớp 1 và 2, vì lý do hiệu suất xử lý giao thức và tính năng thời gian

Giao thức Profibus – DP được chia thành ba phiên bản với các kí hiệu Profibus – DPV0, Profibus – DP V1, Profibus – DP V2

Phiên bản DP –V0 quy định các chức năng DP cơ sở bao gồm:

- Trao đổi dữ liệu tuần hoàn

- Chẩn đoán trạm, module và kênh

- Hỗ trợ cấu hình với tập tin GSD

Phiên bản DP – V1 bao gồm các chức năng của DP –V0 và các chức năng DP mở rộng,trong đó có:

- Trao đổi dữ liệu không tuần hoàn giữa PC hoặc PLC với các trạm tớ

- Tích hợp các khả năng cấu hình với các kỹ thuật hiện đại EDD và FDT

- Các khối chức năng theo chuẩn IEC 61131-3

- Giao tiếp an toàn (PROFIsafe)

- Hỗ trợ cảnh báo và báo động

Phiên bản DP – V2 mở rộng DP – V1 với các chức năng sau:

- Trao đổi dữ liệu giữa các trạm tớ theo cơ chế chào hàng/đặt hàng.

- Chế độ giao tiếp đẳng thời

- Đồng bộ hóa đồng hồ và đóng dấu thời gian

- Hỗ trợ giao tiếp qua giao thức HART

- Truyền nạp các vùng nhớ lên và xuống

- Khả năng dự phòng

Trao đổi dữ liệu tuần hoàn

Trao đổi dữ liệu giữa trạm chủ và các trạm tớ gán cho nó được thực hiện theo một trình

tự quy định sẵn Trước khi trao đổi dữ liệu tuần hoàn, trạm chủ chuyển thông cấu hình vàcác tham số đã được đặt xuống các trạm tớ Khi thông tin này đúng với cấu hình thực củathiết bị thì nó mới bắt đầu trao đổi dữ liệu tuần hoàn với trạm chủ

Hình 2.10 Nguyên tắc trao đổi dữ liệu tuần hoàn Master/Slave

Trong mỗi chu kỳ, trạm chủ đọc thông tin đầu vào lần lượt từ các trạm tớ lên các bộđệm cũng như đưa thông tin đầu ra từ bộ nhớ đệm lần lượt xuống các trạm tớ theo mộttrình tự quy định sẵn Với mỗi trạm tớ, trạm chủ gửi một khung yêu cầu và chờ đợi mộtkhung đáp ứng Thời gian trạm chủ cần để xử lý một lượt danh sách hỏi tuần tự chính làchu kỳ bus

Ethernet và lịch sử phát triển

Ethernet là kiểu mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Ethernet chỉ

là mạng cấp dưới, sử dụng lớp vật lý và một phần lớp liên kết dữ liệu Có thể sử dụng cácgiao thức khác nhau ở phía trên, trong đó, TCP/IP là tập giao thức được sử dụng phổ biếnnhất hiện nay

Ethernet được sử dụng đầu tiên vào năm 1975, là một sản phẩm của hãng XEROX, sửdụng cáp đồng trục dài 1km, tốc độ truyền 2,94 Mbit/s và phương pháp truy nhập busCSMA/CD Từ đó đến nay các phiên bản khác nhau của Ethernet được phát triển mạnh

mẽ Ethernet ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp Bên cạnh việc sử dụngcáp đồng trục và đôi dây xoắn và cáp quang, Ethernet còn sử dụng kĩ thuật truyền khôngdây Wireless theo chuẩn IEEE 802.11

Kiến trúc giao thức

Hiện nay phổ biến nhất là phiên bản Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 Theo chuẩn này,Ethernet chỉ sử dụng lớp vật lý và một phần liên kết dữ liệu Lớp liên kết dữ liệu được chiathành 2 lớp con là LLC (logical Link Control) và MAC (Medium Access Control).Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 chỉ sử dụng lớp vật lý và lớp MAC

Hình 2.11 Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3

Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn

Ethernet có cấu trúc bus về mặt logic Về mặt vật lý, cấu trúc mạng có thể là đườngthẳng hoặc hình sao tùy theo phương tiện truyền dẫn

Các loại cáp thông dụng và các đặc tính của chúng được liệt kê trong bảng sau:

Bảng 2.2 Các loại cáp truyền Ethernet thông dụng

(Mbit/s)

Chiều dài đoạntối đa

Số trạm tối đatrên 1 đoạn

Với 10BASE2, card giao diện mạng được nối với cáp đồng trục thông qua bộ nối thụđộng BNC hình chữ T Bộ thu phát được tích hợp trong bảng mạch điện tử của modulegiao diện mạng bên trong máy tính Như vậy, mỗi trạm có một bộ thu phát riêng

Với 10BASE-T, các trạm được nối với nhau qua một bộ chia giống như cách nối cácmáy điện thoại Trong cấu trúc này, việc bổ sung hoặc tách một trạm ra khỏi mạng là rấtđơn giản Nhược điểm của nó là tốn dây nối và bộ chia chất lượng cũng rất đắt

Bên cạnh cáp đồng trục và đôi dây xoắn thì cáp quang cũng được sử dụng Với cáchghép nối duy nhất là điểm – điểm, cấu trúc mạng là daisy – chain, hình sao hoặc hình cây.Nhược điểm của cáp quang là giá thành rất đắt

Cấu trúc bức điện

IEEE 802.3/Ethernet chỉ quy định lớp MAC và lớp vật lý, vì vậy một bức điện còn đượcgọi là khung MAC Cấu trúc một bức điện như sau:

Hình 2.12 Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/Ethernet

Mở đầu một khung MAC là 56 bit 0 và 1 luân phiên Với mã MBP tín hiệu tương ứng

sẽ có dạng tuần hoàn, được bên nhận sử dụng để đồng bộ nhịp với bên gửi Như vậy việcđồng bộ hóa chỉ được thực hiện một lần cho cả bức điện Ở tốc độ truyền 10 Mbit/s,khoảng thời gian đồng bộ hóa là 5.6 µs Tiếp sau đó là một byte SFD (Start of FrameDelimiter), đánh dấu khởi đầu của một khung MAC

Địa chỉ đích hoặc nguồn có thể là 2 hoặc 6 byte Có hai loại địa chỉ Ethernet là các địachỉ cục bộ và các địa chỉ toàn cầu, được phân biệt bit 46 (bit gần cao nhất) Các địa chỉ cục

bộ có thể được đổ cứng hoặc đặt bằng phần mềm và không có ý nghĩa ngoài mạng cục bộ.Ngược lại, một địa chỉ toàn cầu được IEEE cấp phát, luôn được đổ cứng trong vi mạch đểđảm bảo sự thống nhất trên toàn thế giới Với 46bit, có thể có tổng cộng 7*103 địa chỉ toàncầu cũng như 7*103 địa chỉ cục bộ Tuy nhiên, số lượng các trạm cho phép trong một hệthống mạng công nghiệp còn phụ thuộc vào kiểu cáp truyền, giao thức phía trên cũng nhưđặc tính của các thiết bị tham gia mạng.

Phương pháp truy nhập bus

Phương pháp thông dụng và nổi tiếng nhất sử dụng trong mạng Ethernet là phươngpháp truy nhập bus ngẫu nhiên CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with CollisionDetection) Nguyên tắc làm việc của CSMA/CD:

- Mỗi trạm đều phải tự nghe đường dẫn (carrier sense), nếu đường dẫn rỗi thì mớiđược phát

- Do việc lan truyền tín hiệu cần một thời gian nào đó nên vẫn có khả năng hai trạmcùng phát tín hiệu nên đường dẫn Chính vì vậy, trong khi phát thì mỗi trạm vẫn phải ngheđường dẫn để so sánh tín hiệu phát đi với tín hiệu nhận được xem có xảy ra xung đột haykhông (collision detection)

- Trong trường hợp xảy ra xung đột, mỗi trạm đều phải hủy bỏ bức điện của mình, chờmột thời gian ngẫu nhiên và thử gửi lại

Hình 2.13 Minh họa nguyên tắc làm việc của CSMA/CD

Nếu A và C xảy ra xung đột thì phải sau thời gian chờ ngẫu nhiên mới thử gửi lại Tuynhiên thời gian chờ ngẫu nhiên này phải theo được tính theo một thuật toán nào đó để saocho thời gian chờ ngắn một cách hợp lý và không giống nhau giữa các trạm cũng chờ.Thông thường thời gian chờ này là một bội số của hai lần thời gian lan truyền tín hiệu TS

Thuật toán nổi tiếng để giải quyết vấn đề này có tên BEB (Binary Exponential Backoff).Với nội dung như sau:

Khe thời gian: là thời gian lan truyền tín hiệu một lần qua lại đường truyền Giá trị nàyđược tính cho tối đa 2,5 km đường truyền và bốn bộ lặp là 512 thời gian bit hay 51,2 µs.Sau lần xảy ra xung đột đầu tiên, mỗi trạm sẽ chọn ngẫu nhiên 0 hoặc 1 lần khe thời gianchờ trước khi thử gửi lại Nếu hai trạm ngẫu nhiên cùng chọn một khoảng thời gian, hoặc

có sự xung đột mới với một trạm thứ ba, thì số khe thời gian lựa chọn chờ sẽ là 0, 1, 2hoặc 3 Sau lần xung đột thứ i, số khe thời gian chọn ngẫu nhiên nămg trong khoảng (2i -1) Tuy nhiên sau 10 lần xung đột, số khe thời gian chờ tối đa sẽ được giữ lại ở 1023 Sau

16 lần xung đột liên tiếp, các trạm sẽ coi là lỗi hệ thống và báo trở lại lớp giao thức phíatrên để xử lý

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÂN CẤP LIỆU CHO

MÁY NGHIỀN THAN

3.1 Than và vai trò trong công nghệ sản xuất xi măng

3.1.1 Vai trò của than

Than là nhiên liệu chủ yếu sử dụng trong dây chuyền sản xuất xi măng Hai khâu quantrọng bậc nhất của công nghệ sản xuất xi măng là: khâu tiền canxi hóa (precalxiner) vàkhâu nung clinker đều sử dụng năng lượng từ việc đốt than Lý do than được sử dụngtrong dây chuyền sản xuất xi măng là những ưu điểm của nó so với các dạng nhiên liệukhác như dầu nặng hay khí gas Mà nổi bật trong số đó là ưu điểm vượt trội về tính kinhtế: than rẻ hơn nhiều so với hai dạng nhiên liệu là dầu nặng và khí đốt, trong khi vẫn đảmbảo được các chỉ tiêu kĩ thuật

Một lý do khác đó là trữ lượng than trên thế giới rất lớn, đảm bảo cho sự hoạt động lâudài của nhà máy xi măng Đặc biệt tại Việt Nam, trữ lượng than lớn tại các mỏ như QuảngNinh không những đảm bảo việc cấp nhiên liệu ổn định mà còn đảm bảo được giá cả ởmức hợp lý cho các nhà máy xi măng

3.1.2 Các chỉ tiêu chất lượng của than

Loại than sử dụng trong các nhà máy xi măng nói chung và nhà máy xi măng Bút Sơnnói riêng là than antraxit, hay còn gọi là than cám So với các dạng nhiên liệu khác nhưdầu hay khí đốt, các đặc tính của than biến thiên trong một khoảng rộng hơn Ví dụ như từloại than antraxit có đặc tính tốt nhất với giá trị calo lớn, hàm lượng các chất dễ bay hơi và

độ ẩm thấp, cho tới loại than non có hàm lượng hơi ẩm và các chất dễ bay hơi chiếm tớihơn 60% Tuy vậy, chỉ tính riêng trong loại than antraxit, các đặc tính cũng đã biến thiêntrong một khoảng đáng kể Các đặc tính của than và tro của nó có ảnh hưởng lớn đến năngsuất và tuổi thọ của nhà máy Các đặc tính của than cần quan tâm bao gồm:

Tỉ lệ cacbon và nhiệt cháy (carbon content)

Hai thông số này có tính chất quan trọng đối với chất lượng than, và chúng có liên quantới nhau Tỉ lệ cacbon có trong than cao sẽ dẫn tới nhiệt cháy của than lớn Khi nhiệt cháycủa than lớn thì đương nhiên lượng than cần sử dụng cũng sẽ ít hơn

Tỉ lệ các chất dễ bay hơi (Volatile Content)

Tỉ lệ các chất bay hơi có trong than càng cao thì tốc độ than bắt lửa và cháy càng cao Tỉ

lệ các chất dễ bay hơi cao (trên 35%) còn có nguy cơ gây nổ cao hơn nhiều so với loạithan có tỉ lệ các chất này thấp hơn (dưới 25%) Loại than có tỉ lệ các chất bay hơi trên 45%đòi hỏi sự cẩn trọng đặc biệt Vì lý do an toàn, loại than antraxit được sử dụng trong côngnghệ sản xuất xi măng thường có tỉ lệ các chất bay hơi dưới 10%

Đặc tính giãn nở (Swelling properties)

Trong quá trình xử lý, nghiền than, nhiệt độ của than được nâng lên cao Các hạt than vìvậy có độ giãn nở nhất định so với kích thước của chúng ở nhiệt độ bình thường Nếu độgiãn nở này lớn thì than dễ cháy hơn, dẫn đến thời gian cháy của các hạt than nhanh hơn

Thành phần hơi ẩm (Moisture Content)

Than có hai thành phần hơi ẩm: loại hơi ẩm bề mặt và loại hơi ẩm tồn tại dưới dạngnước kết tinh Thông thường, hơi nước tồn tại dưới dạng kết tinh mà cao thì các phản ứnghóa học của than mãnh liệt hơn và khả năng gây nổ cũng cao hơn Để đảm bảo cho quátrình đốt than, hơi ẩm tồn tại ở dạng bề mặt cần được loại bỏ trong quá trình nghiền than.Ngược lại, hơi ẩm dưới dạng tinh thể không nhất thiết phải loại bỏ, trái lại cần làm giảmquá trình này nếu không trong quá trình đốt hơi nước trong không khí có khả năng phảnứng cao hơn với than và có thể gây nổ

Tỉ lệ tro than (Ash Content)

Thành phần hóa học của tro than có ảnh hưởng đáng kể đến một số quá trình Dẫn đếnloại than được chọn cần phải có tỉ lệ tro than thích hợp

Độ cứng và chỉ số mài mòn (Hardness and Abrision)

Độ cứng của than ảnh hưởng đến khả năng nghiền của máy nghiền than, than càng cứngthì càng khó nghiền và làm giảm độ mịn của bột than Trong khi đó chỉ số mài mòn củathan có ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy nghiền

3.2 Công đoạn nghiền than nhà máy Bút Sơn

Than được sử dụng trong dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng là loại thanantraxit Than được mua từ tập đoàn Than Khoáng Sản Việt Nam, được chở về kho chứanhà máy thông qua đường bộ Nhiệm vụ cơ bản của quá trình nghiền than là đảm bảo cungcấp đủ khối lượng và chất lượng than cho quá trình nung Clinker và tiền canxi hóa Chấtlượng than ở đây bao hàm các yếu tố: độ mịn, tỉ lệ các bon, tỉ lệ hơi nước, nhiệt độ, tỉ lệcác chất dễ bay hơi

Hình 3.1 Công đoạn nghiền than