DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................................... 2 LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................................... 3 CHƢƠNG I. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ.......................................................................... 4 1.1. Giới thiệu về Công ty xi măng Long Sơn .................................................................. 4 1.2. Dây chuyền công nghệ ............................................................................................... 5 1.2.1. Vận chuyển và nghiền đá vôi............................................................................. 5 1.2.2. Lƣu kho tạm thời và trộn nguyên liệu ............................................................... 5 1.2.3. Phối liệu ............................................................................................................. 6 1.2.4. Đồng nhất........................................................................................................... 6 1.2.5. Bộ nung sơ bộ.................................................................................................... 7 1.2.6. Làm mát và lƣu trữ ............................................................................................ 7 1.2.7. Phối trộn tỉ lệ xi măng ....................................................................................... 8 1.2.8. Nghiền xi măng.................................................................................................. 9 1.2.9. Đóng gói xi măng .............................................................................................. 9 CHƢƠNG II. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS .................................................................... 10 2.1. Mô tả cấu hình hệ thống DCS .................................................................................. 10 2.2. Chức năng các khâu trong hệ thống ......................................................................... 11 2.2.1. Trạm vận hành (Operating Station) ................................................................. 11 2.2.2. Trạm kỹ thuật (Engineering Station) ............................................................... 12 2.2.3. Trạm trƣờng..................................................................................................... 12 2.2.4. Một số thành phần khác................................................................................... 13 2.3. Mô tả các Bus và phƣơng thức truyền thông trong hệ thống ................................... 14 CHƢƠNG III. BỘ ĐIỀU KHIỂN CHÍNH CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT................... 16 3.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................... 16 3.2. PLC chính AC 902F................................................................................................. 17 3.2.1. CPU PM 902F.................................................................................................. 18 3.2.2. IO .................................................................................................................... 19 3.2.3. Ghép nối truyền thông ..................................................................................... 21 3.3. Phần mềm lập trình................................................................................................... 23 KẾT LUẬN............................................................................................................................. 30 DANH MỤC THAM KHẢO .......
Trang 1MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ 2
LỜI NÓI ĐẦU 3
CHƯƠNG I DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 4
1.1 Giới thiệu về Công ty xi măng Long Sơn 4
1.2 Dây chuyền công nghệ 5
1.2.1 Vận chuyển và nghiền đá vôi 5
1.2.2 Lưu kho tạm thời và trộn nguyên liệu 5
1.2.3 Phối liệu 6
1.2.4 Đồng nhất 6
1.2.5 Bộ nung sơ bộ 7
1.2.6 Làm mát và lưu trữ 7
1.2.7 Phối trộn tỉ lệ xi măng 8
1.2.8 Nghiền xi măng 9
1.2.9 Đóng gói xi măng 9
CHƯƠNG II HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS 10
2.1 Mô tả cấu hình hệ thống DCS 10
2.2 Chức năng các khâu trong hệ thống 11
2.2.1 Trạm vận hành (Operating Station) 11
2.2.2 Trạm kỹ thuật (Engineering Station) 12
2.2.3 Trạm trường 12
2.2.4 Một số thành phần khác 13
2.3 Mô tả các Bus và phương thức truyền thông trong hệ thống 14
CHƯƠNG III BỘ ĐIỀU KHIỂN CHÍNH CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 16
3.1 Giới thiệu chung 16
3.2 PLC chính AC 902F 17
3.2.1 CPU PM 902F 18
3.2.2 I/O 19
3.2.3 Ghép nối truyền thông 21
3.3 Phần mềm lập trình 23
KẾT LUẬN 30
DANH MỤC THAM KHẢO 31
Trang 2DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1:Nhà máy sản xuất xi măng Long Sơn 4
Hình 2: Nghiền đá vôi 5
Hình 3: Khâu trộn trước 5
Hình 4:Khâu phối liệu 6
Hình 5: Đồng nhất nguyên liệu 6
Hình 6: Bộ sung sơ bộ 7
Hình 7: Làm nguội clinker 8
Hình 8: Khâu phối trộn tỉ lệ xi măng 8
Hình 2.1: Nhiệm vụ chức năng các cấp trong nhà máy 10
Hình 2.2: Hệ thống điều khiển DCS nhà máy xi măng Long Sơn 11
Hình 2.3: Trạm vận hành 11
Hình 2.4: Trạm kỹ thuật 12
Hình 2.5: Các trạm trường 13
Hình 2.6: Một số thiết bị và hệ thống khác trong nhà máy xi măng Long Sơn 14
Hình 3.1: Hình ảnh AC 902F 18
Hình 3.2: S700 I/O 20
Hình 3.3: S800 I/O 20
Hình 3.4: S900 I/O 21
Hình 3.5: Thông số CI 930F 22
Hình 3.6: Thông số CI 773F 22
Hình 3.7: Thông số CI 910F 23
Hình 3.8: Các chức năng trong Freelance Engineering 24
Hình 3.9: Project Tree with Funtion Block Diagram 26
Hình 3.10: Danh sách thẻ với các tham chiếu chéo 27
Hình 3.11: Chương trình với màn hình tham số hóa và kiểm tra 28
Hình 3.12: Chương trình SFC 28
Trang 3LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang trong quá trình Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa mạnh mẽ
Nhu cầu về sử dụng các trang thiết bị, nguyên vật liệu cho ngành công nghiệp xây dựng đang ở mức cao Là một trong những ngành công nghiệp quan trọng ở nước ta, ngành công nghiệp sản xuất xi măng đang được đầu tư và phát triển mạnh
Trong đó Công ty xi măng Long Sơn là doanh nghiệp có trang thiết bị, dây chuyền công nghệ hiện đại, đội ngũ kỹ sư lành nghề, hằng năm sản xuất hang triệu tấn xi măng phục vụ cho đất nước và xuất khẩu
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu môn học “Hệ thống tự động hóa trong nhà máy xi măng” em được giao nhiệm vụ tìm hiểu về Công ty xi măng Long Sơn Với
sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Mạnh Tiến, em đã học được nhiều kiến thức thực
tế và bổ ích Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy đã hướng dẫn em trong suốt quãng thời gian học tập môn học
Trong bài báo cáo, mặc dù em và các bạn đã cố gắng học hỏi, tìm hiểu để hoàn thành tốt nhất Song, bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những góp ý từ thầy
Em xin chân thành cảm ơn !
Trang 4CHƯƠNG I DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu về Công ty xi măng Long Sơn
Từ năm 2014, nhà máy xi măng Long Sơn đã được xây dựng tại phường Đông Sơn, Thị xã Bỉm Sơn, tỉnh Thanh Hóa với hai dây chuyền sản xuất đồng bộ Tổng công suất 14.000 tấn/ngày, tương đương 5 triệu tấn xi măng một năm Đây là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của công ty TNHH Long Sơn và góp phần tạo nên cụm công nghiệp xi măng lớn nhất tại thị xã Bỉm Sơn, tỉnh Thanh Hóa
Hình 1:Nhà máy sản xuất xi măng Long Sơn
Các loại nguyên liệu trong sản xuất xi măng Long Sơn được cung cấp trực tiếp từ vùng núi đã Bỉm Sơn Theo các chuyên gia Liên Xô khảo sát thì đây là vùng nguyên liệu được đánh giá tốt nhất Việt Nam Kết hợp với dây chuyền thiết bị của các hãng nổi tiếng Loscher, IKN, ABB của Cộng Hòa Liên Bang Đức và công nghệ sản xuất tiên tiến của Nhật Bản thì xi măng Long Sơn đã đáp ứng đủ tiêu chuẩn sản xuất được sản phẩm xi măng tốt nhất thị trường
Tầm nhìn: Với mục tiêu trở thành một trong những nhà máy sản xuất xi măng hàng đầu trong nước Nhà máy xi măng Long Sơn phấn đấu trở thành nền kinh tế hàng đầu Việt Nam, có uy tín và vị thế trên thế giới Xây dựng thành công thương hiệu xi măng Việt Nam, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của người Việt
Trang 51.2 Dây chuyền công nghệ
Dây chuyền sản xuất xi măng đươc chia làm nhiều khu vực chức năng khác nhau nhưng được tóm tắt qua các khâu chính như sau
1.2.1 Vận chuyển và nghiền đá vôi
Nguyên liệu được khai thác và vận chuyển bằng xe tải tới trạm nghiền Chúng được đập vỡ với nhau làm tang tính đồng nhất của vật liệu và giảm lượng bụi thải
Hình 2: Nghiền đá vôi
Đá vôi từ mỏ được làm giảm kích thước, vật liệu thô cũng có thể cần được sấy để pha trộn và đập hiệu quả hơn
1.2.2 Lưu kho tạm thời và trộn nguyên liệu
Sản phẩm sau khâu nghiền đá vôi sẽ được đưa qua khâu trộn trước Nguyên liệu được vận chuyển qua máy cào liệu và kho tròn bằng băng tải, được trộn sơ bộ trước
Hình 3: Khâu trộn trước
Trang 61.2.3 Phối liệu
Sau khi trộn trước, đá vôi được đưa qua khâu phối liệu Trộn và nghiền với các nguyên liệu khác theo tỉ lệ nhất định như Silic, đất sét, quặng sắt tạo ra nguyên liệu nghiền raw material grinding
Hình 4:Khâu phối liệu
1.2.4 Đồng nhất
Bột liệu được trộn đều và chứa trong silo đồng nhất (Homogenizing silo) từ đó cấp tới lò nung (Kiln feeding)
Hình 5: Đồng nhất nguyên liệu
Trang 7Sau khi đƣợc làm nguội clinker đƣợc băng tải vận chuyển vào khâu nghiền và cho vào kho chứa clinker là trạm cấp liệu cho giai đoạn tiếp theo
Trang 8Hình 7: Làm nguội clinker
1.2.7 Phối trộn tỉ lệ xi măng
Phụ gia đƣợc đƣa vào trộn chung với clinker đã nghiền theo tỉ lệ khác nhau để tạo
ra nhiều chủng loại sản phẩm Ví dụ nhƣ trộn vào đá bazan, đá vôi, thạch cao…
Hình 8: Khâu phối trộn tỉ lệ xi măng
Trang 10CHƯƠNG II HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS 2.1 Mô tả cấu hình hệ thống DCS
Để quản lý hệ thống một cách đồng bộ, tin cậy, đáp ứng được thời gian thực thì hệ thống phải tổ chức như thế nào về vấn đề kết nối, phân chia nhiệm vụ làm việc và phải có
độ dự phòng cao Tất cả những vấn đề này đòi hỏi phải có một hệ thống mở và đa nhiệm
Hình 2.1: Nhiệm vụ chức năng các cấp trong nhà máy
Các hoạt động của nhà máy như tính toán lãi suất, kế hoạch phát triển được điều hành thông qua dữ liệu, thong số mà ban sản xuất báo cáo Quá trình sản xuất được thực hiện và giám sát thông qua hệ DCS
Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy được thực hiện tự động hóa ở mức độ cao
và điều khiển tập trung CCR (Central Control Room) để kiểm soát toàn bộ hoạt động của nhà máy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số khi chất lượng của sản phẩm thay đổi hoặc có sự cố bất thường xảy ra
Ở nhà máy xi măng Long Sơn trang bị 9 màn hình giám sát thông số ở phòng điều khiển trung tâm Đồng thời có 5 trạm vận hành (Operator Station) OS1, OS2, OS3, OS4, OS5 ở tầng trên được đặt ở phòng điều khiển trung tâm
Một trạm vận hành OS đặt ở nhà máy ở khâu Limestone Crushing
Trang 11Trạm kỹ thuật ES ( Engineer Station) cũng đặt ở phòng điều khiển trung tâm cho phép thiết lập cấu hình hệ thống
Tầng dưới có 10 trạm hiện trường FS (Field Station), mỗi trạm thực hiện các công đoạn khác nhau trong nhà máy
Hình 2.2: Hệ thống điều khiển DCS nhà máy xi măng Long Sơn
2.2 Chức năng các khâu trong hệ thống
2.2.1 Trạm vận hành (Operating Station)
Thực hiện chức năng giám sát, điều khiển các công đoạn khác nhau của nhà máy Các trạm được thiết kế để giám sát và điều khiển ít nhất là hai công đoạn sản xuất Tuy nhiên các phần mềm chạy trên tất cả các trạm giống nhau nên trong trường hợp cần thiết mỗi trạm đều có thể thay thế chức năng của các trạm khác
Hình 2.3: Trạm vận hành
Trang 12Chức năng cụ thể:
Hiện thị các hình ảnh chuẩn (hifnha rnh tổng quan, hình ảnh nhóm, hifnha rnh từng mạch vòng, hình ảnh điều khiển trình tự, các đồ thị thời gian thực và đồ thị quá khứ)
Hiện thị các hình ảnh đồ họa tự do (lưu đồ công nghệ, các phím điều khiển)
Hỗ trợ vận hành hệ thống qua các công cụ thao tác tiêu biểu, các hệ thống hướng dẫn chỉ đạo và hướng dẫn trợ giúp
Tạo và quản lý các công thức điều khiển (cho điều khiển mẻ)
Xử lý các sự kiện, sự cố, hỗ trợ lập báo cáo tự động
Chuẩn đoán hệ thống, hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống Xử lý, lưu trữ và quản lý thông tin
OS sử dụng máy tính công nghiệp với màn hình lớn (19inh) và độ phân giải cao để theo dõi quá trình sản xuất Trạm có thể có cả hệ thống hỗ trợ thao tác như chuột và bàn phím Đặc điểm tiêu biểu của các trạm vận hành hiện đại là sử dụng kỹ thuật giao diện người – máy kiểu đa cửa sổ với các phần tử giao diện chuẩn
2.2.2 Trạm kỹ thuật (Engineering Station)
Hình 2.4: Trạm kỹ thuật
Là nơi cài đặt các công cụ phát triển, cho phép đặt cấu hình cho hệ thống, tạo và theo dõi các chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện người máy, đặt cấu hình và tham số hóa các thiết bị trường Việc tạo ứng dụng điều khiển được thực hiện theo phương pháp khai báo, đặt tham số và ghép nối các khối chức năng có sẵn trong thư viện Cũng như các trạm vận hành, thiết bị sử dụng là các máy tính công nghiệp
2.2.3 Trạm trường
Mỗi trạm thực hiện chức năng điều khiển các công đoạn khác nhau trong nhà máy
Trang 13Hình 2.5: Các trạm trường
E.R for Limestone Crushing: Nghiền đá vôi, có trạm vận hành riêng
E.R for Limestone Preblending: Trộn trước đá vôi
E.R for Raw Material Proportioning: Phối liệu
E.R for Raw Mill: Đồng nhất và nghiền
E.R for Preheater: Sấy sơ bộ
E.R for Cooler & Clinker Storage: Làm lạnh và lưu kho clinker
E.R for Cement Proportioning: Trộn xi măng với phụ gia
E.R for Cement Grinding: Xay xi măng
E.R for Cement Packing: Đóng gói
E.R for Limestone Conveying: Vận chuyển đá vôi
Các trạm trường này sử dụng bộ điều khiển chính là PLC AC902F của ABB để điều khiển các quá trình, hoạt động trong nhà máy
2.2.4 Một số thành phần khác
- Hệ thống quét nhiệt độ Kiln scanner
- Hệ thống phân tích X – Ray: phân tích vật liệu và độ dày lớp phủ
- Hệ thống camera theo dõi hiện trường
Trang 14Hình 2.6: Một số thiết bị và hệ thống khác trong nhà máy xi măng Long Sơn
2.3 Mô tả các Bus và phương thức truyền thông trong hệ thống
Trong hệ thống có hai loại Bus chính là Bus hệ thống và Bus trường
- Bus hệ thống có chức năng nối mạng các trạm điều khiển cục bộ với nhau và với trạm vận hành và trạm kỹ thuật Ở đây người ta lựa chọn cấu hình có dự phòng cho bus hệ thống Đặc điểm của việc trao đổi thông tin qua bus hệ thống là lưu lượng thông tin lớn, vì vậy tốc độ đường truyền phải tương đối cao Tính năng thời gian thực cũng là một yêu cầu được đặt ra, tuy nhiên không nghiêm ngặt như bus trường
- Khi sử dụng cấu trúc vào ra phân tán, các trạm điều khiển cục bộ sẽ được bổ sung các module giao diện bus để nối với các trạm vào ra vào ra từ xa và một số thiết bị trường thông minh Các yêu cầu chung đặt ra cho bus trường là tính thời gian thực, mức độ đơn giản và gí thành thấp
Mạng Ethernet công nghiệp
Ethernet là phương thức truy cập mạng máy tính cục bộ (LAN) được sử dụng phổ biến nhất
Ethernet được định nghĩa chuẩn 802.3 của IEEE, kết nối tối đa 1024 trạm, phương thức dùng để kết nối các trạm OS với nhau, 2 server và trạm máy chủ ES
Hệ thống điều khiển được cấu trúc theo dạng mạch vòng có dự phòng duy trì, trong đó, các máy tính ở phòng vận hành được liên kết theo hình sao - Star topology
Trang 15thông qua Switch tạo thành 1 mạng Lan và kết nối với các bộ điều khiển PLC trong từng công đoạn thông qua mạng truyền thông công nghiệp Ethernet tạo nên một mạch vòng khép kín
Truyền thông sử dụng giao thức Profibus – DP (Distributed Peripheral)
Phục vụ cho việc trao đổi thông tin đòi hỏi tốc độ truyền nhanh Profibus – DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển Profibus – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi
dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van
Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave Với số trạm tối đa một mạng là 126, Profibus – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master) Một đặc trưng nữa của Profibus –
DP là tốc độ truyền cao, có thể đạt tới 12Mbit/s
Trang 16CHƯƠNG III BỘ ĐIỀU KHIỂN CHÍNH CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 3.1 Giới thiệu chung
PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển logic khả trình được thiết
kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng role và các thiết bị cồng kềnh khác, nó tạo ra một khả năng điều khiển dễ dàng và linh hoạt dựa vào việc lập trình trên các thuật toán logic cơ bản Ngoài ra nó còn có thể thực hiện những tác vụ khác như định thời gian trễ, đếm, tính toán…
Ngày này PLC được sản xuất bởi rất nhiều hãng khác nhau trên thế giới như: ABB, MITSUBISHI, OMRON, SIEMENS…PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các quá trình tự động ở trong các nhà máy Chúng bao gồm thiết bị lập trình, các bộ phần mềm điều khiển, giám sát, lập cấu hình mạng, giao diện người máy như Step7, WinCC, TIA…
Ưu điểm của PLC:
- Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu role Giao diện than thiện với người sử dụng
- Dễ dàng sử dụng và giám sát từ máy tính, muốn thay đổi phương pháp điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển
- Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống, nhiều chức năng điều khiển
- Tốc độ xử lý thời gian thực tương đối cao, có nhiều loại khác nhau để lựa chọn tùy vào nhu cầu sử dụng và độ phức tạp của hệ thống cần điều khiển
- Công suất tiêu thụ nhỏ mà không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt, giá thành hợp lý
- Có khả năng mở rộng số đầu vào/ra khi mở rộng nhu cầu điều khiển bằng cách nối thêm các khối vào ra chức năng
Chính những ưu điểm đó mà PLC được người dùng, doanh nghiệp sử dụng một cách rộng rãi trong công nghiệp
Trang 17- Chương trình: là một bộ phận phần mềm, nó được cài đặt sẵn và sử dụng cho việc khởi động sau khi có nguồn cấp vào Hơn nữa, một PLC còn có một hệ điều hành được lưu trong ROM hoặc EPROM
- Phần mềm: là chương trình do người sử dụng viết Chúng thường được cài trong RAM để có thể chỉnh sửa được
- PLC gồm bộ vi xử lý CPU, một hệ điều hành để quản lý và thực hiện chương trình, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và dữ liệu ra/vào, các đầu vào/ra để nhập dữ liệu từ cảm biến và xuất dữ liệu ra cơ cấu chấp hành
3.2 Bộ điều khiển chính AC 902 F
Sau nhiều năm kinh nghiệm trong các sản phẩm điều khiển và tự động hóa, bộ điều khiển AC 902F được phát hành đã mở rộng danh mục phần cứng của hệ thống điều khiển phân tán DCS AC 902F ở đây là cách gọi cho mô-đun CPU tiêu chuẩn PM 902F của bộ điều khiển AC 900F
Với tính năng vượt trội so với các sản phẩm cùng dòng là hiệu suất cao, có sự hỗ trợ của thẻ SD Đặc biệt màn hình tùy chọn mới của AC 900F cho phép tải ứng dụng hoặc chương trình cơ sở và bộ điều khiển mà không cần thiết dùng trên máy tính Một số nổi bật chính là:
- Mạnh hơn bất kỳ bộ điều khiển nào trước đó
- Kết nối nhiều hơn với các cổng nối tiếp và cổng Ethernet
- Hỗ trợ tích hợp thẻ SD
- Giao thức trên Ethernet mới – Modbus TCP và IEC 60870-5-104
- Cung cấp nguồn tích hợp
- LCD cung cấp bảo mật nâng cao thông qua khóa điều khiển
Thiết kế kỹ thuật của bộ điều khiển có 4 lỗ ở phía sau cho phép dễ dàng treo tường Lắp đường ray DIN nhanh và dễ dang hơn bằng cách chỉ cần đặt thiết bị lên trên đường ray và đẩy xuống để khóa nó lại Bộ điều khiển AC 900F bao gồm một mô-đun CPU là thành phần chính Theo ứng dụng và yêu cầu, các mô-đun tiếp theo có thể được them vào Những mô-đun này là mô-đun giao diện Fieldbus và mô-đun I/O AC 900F gồm:
- Mô-đun CPU PM 902F với bốn giao diện Ethernet ( CPU PM 901F với ba giao diện Ethernet) Một giao diện chẩn đoán Hai giao diện nối tiếp Đơn vị hiển thị (tùy chọn)
- Tối đa mười mô-đun I/O S700 được gắn trực tiếp trên các thiết bị đầu cuối
