Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán cho dây chuyền sản xuất axit sunfuric tại công ty cổ phần dap số 2 vinachem

Một số nhà máy sử dụng các hệ thống điều khiển của hãng Yokogawa như: nhà máy sản xuất Super-phốt phát và hoá chất Lâm Thao, nhà máy nhiệt điện Phả Lại, nhà máy sản xuất khí công nghiệp

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- ĐẶNG THỊ HƯƠNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN DAP SỐ 2 - VINACHEM

Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Đặng Thị Hương

Đề tài luận văn: Thiết kế hệ thống điều khiển phân tán cho dây chuyền sản xuất

axit sunfuric tại Công ty cổ phần DAP số 2 – Vinachem

Chuyên ngành: Điều khiển và tự động hóa

Mã số SV: CA160371

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 26 tháng 4 năm

2018 với các nội dung sau:

- Đã bổ sung phần trích dẫn tài liệu tham khảo ở các trang: 3, 5, 7, 8, 10,

Ngày 20 tháng 5 năm 2018

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS Bùi Quốc Khánh

chính tôi viết ra, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Đỗ Mạnh Cường Để hoàn

thành luận văn này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã được ghi trong bảng những tài liệu tham khảo mà không sử dụng bất cứ một tài liệu nào khác Nếu phát hiện

có sự sao chép, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học viên

Đặng Thị Hương

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Lời nói đầu

Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển phân tán 1

1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển, giám sát 1

1.1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.2 Cấu trúc và các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển, giám sát 3 1.1.3 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển, giám sát 4

1.1.4 Các cấu trúc điều khiển 6

1.2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS 10

1.2.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển phân tán 10

1.2.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển phân tán 12

a) Trạm điều khiển cục bộ 12

b) Trạm vận hành 14

c) Trạm kỹ thuật 15

d) Hệ thống bus truyền thông 16

1.2.3 Các giải pháp cho hệ thống điều khiển phân tán 17

a) Các hệ DCS truyền thống 17

b) Các hệ DCS trên nền PLC 19

c) Các hệ DCS trên nền PC 20

1.2.4 Các vấn đề kỹ thuật 21

Chương 2 Giới thiệu công nghệ sản xuất axit sunfuric tại Công ty CP DAP số 2

- Vinachem 23

2.1 Tổng quan về Công ty CP DAP số 2 - Vinachem 23

2.2 Giới thiệu về công nghệ sản xuất axit sunfuric 25

2.2.1 Công đoạn nấu chảy lưu huỳnh 26

2.2.2 Công đoạn đốt và tiếp xúc 27

2.2.3 Công đoạn sấy và hấp thụ 29

2.2.4 Kho chứa axit sunfuric 31

Chương 3: Hệ thống DCS CENTUM VP của hãng Yokogawa 32

3.1 Tổng quan về hệ thống DCS CENTUM VP 32

3.1.1 Giới thiệu chung 32

3.1.2 Lịch sử phát triển của các hệ thống CENTUM 33

3.1.3 Các ưu điểm của hệ thống CENTUM VP 35

3.2 Cấu trúc phần cứng của hệ thống CENTUM VP 37

3.2.1 Trạm vận hành (Operation Station) 37

3.2.2 Trạm kỹ thuật (Engineering Workstation – EWS) 38

3.2.3 Trạm điều khiển hiện trường (Field Control Station) 39

3.2.4 Mô đun I/O 40

3.2.5 Hệ thống bus, mạng truyền thông 40

3.3 Công cụ phần mềm của hệ thống CENTUM VP 46

3.3.1 Công nghệ phần mềm trong hệ thống CENTUM VP 46

a) Công nghệ phần mềm trong vận hành, giao diện HIS 46

b) Công nghệ phần mềm trong thiết kế 47

3.3.2 Các khối chức năng điều khiển cơ bản 47

a) Khối điều khiển PID 47

b) Bộ điều khiển PI lấy mẫu (PI – HLD) 49

c) Bộ điều khiển PID Batch Switch (PID-BSW) 49

d) Bộ điều khiển PID với chức năng thiết lập lại bằng tay (PID-MR) 50

e) Bộ điều khiển PID tự chỉnh PID-STC 50

3.3.3 Cấu hình phần mềm hệ thống 51

a) System View 51

b) Project 53

c) Chức năng kiểm tra ảo (Virtual Test) 54

Chương 4: Ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển DCS cho dây chuyền sản xuất axit sunfuric tại Công ty CP DAP số 2 - Vinachem 55

4.1 Yêu cầu về mức độ điều khiển 55

4.1.1 Công đoạn nấu chảy lưu huỳnh 55

4.1.2 Công đoạn đốt và tiếp xúc 57

4.1.3 Công đoạn sấy và hấp thụ 60

4.1.4 Kho axit 63

4.1.5 Mạch điều chỉnh tự động 63

4.2 Yêu cầu của hệ điều khiển 65

4.3 Các thiết bị đo lường và cơ cấu chấp hành 66

4.3.1 Thiết bị đo lường 66

4.3.2 Các cơ cấu chấp hành 67

4.3.3 Các hệ thống phụ 67

4.4 Xây dựng cấu trúc của hệ thống DCS 68

4.4.1 Cấp điều khiển 68

4.4.2 Cấp điều khiển giám sát 72

a) Trạm vận hành 72

b) Trạm kỹ thuật 72

4.4.3 Truyền thông 72

4.5 Thiết lập chương trình cho hệ thống DCS 73

4.5.1 Các gói phần mềm 73

4.5.2 Trình tự xây dựng chương trình cho hệ thống DCS 75

4.5.3 Chức năng “Kiểm tra ảo” 85

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục A: Sơ đồ P&ID của dây chuyền sản xuất axit sunfuric tại Công ty

Cổ phần DAP số 2 - Vinachem

Phụ lục B: Cấu hình hệ thống điều khiển

1 DCS Distribution Control System Hệ thống điều khiển phân tán

doanh

người – máy

Bảng 1 So sánh quy mô hệ thống CENTUM VP với các hệ thống CENTUM

CS3000 và hệ thống CS1000 37

Bảng 2 Một số đặc điểm kỹ thuật của Ethernet 45

Bảng 3 Các mạch điều chỉnh tự động 64

Bảng 4 Số lượng I/O của hệ thống 68

Bảng 5 Hệ thống module vào ra và module kết nối 69

Bảng 6 Sự phân bố các slot 71

Bảng 7 Các phần mềm cho trạm kỹ thuật 73

Bảng 8 Các phần mềm cho trạm vận hành 74

Bảng 9 Các phần mềm cho trạm FCS 75

Hình 1.1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển giám sát 3

Hình 1.1.2 Mô hình phân cấp chức năng của một nhà máy công nghiệp 5

Hình 1.1.3 Điều khiển tập trung với cấu trúc vào/ra tập trung 7

Hình 1.1.4 Điều khiển tập trung với cấu trúc vào/ra phân tán 7

Hình 1.1.5 Điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ra tập trung 8

Hình 1.1.6 Điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ra phân tán 10

Hình 1.2.1 Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều khiển phân tán 12

Hình 1.2.2 Hệ thống CENTUM CS3000 của Yokogawa 18

Hình 1.2.3 Hệ thống DeltaV 19

Hình 1.2.4 Hệ thống PCS7 của Siemens 20

Hình 2.2.1 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất axit sunfuric 26

Hình 3.1.1 Mô hình hệ thống CENTUM VP 32

Hình 3.1.2 Lịch sử phát triển của các hệ thống CENTUM 34

Hình 3.2.1 Cửa sổ giao diện vận hành 38

Hình 3.2.2 FIO của hệ thống CENTUM VP 40

Hình 3.2.3 Ví dụ về việc kết nối các node bằng ESB bus và ER bus 41

Hình 3.2.4 Mạng V-net/IP 42

Hình 3.2.5 Fieldbus trong hệ thống CENTUM VP 44

Hình 3.2.6 Ghép nối sử dụng CGW 45

Hình 3.2.7 Cấu hình hệ thống với các BCV 45

Hình 3.3.1 Kiến trúc Exaopc và các máy chủ OPC 46

Hình 3.3.2 Sơ đồ khối chức năng của khối PID 48

Hình 3.3.3 Sơ đồ khối chức năng của khối PID-STC 51

Hình 3.3.4 Cửa sổ chương trình System View 52

Hình 4.5.1 Tạo dự án mới 76

Hình 4.5.2 Xây dựng cấu trúc trạm FCS 76

Hình 4.5.3 Tạo HIS 77

Hình 4.5.6 Tạo Slot mới 78

Hình 4.5.7 Tạo Graphic 79

Hình 4.5.8 Link path 80

Hình 4.5.9 Ví dụ một trang Graphic trong công đoạn nấu chảy lưu huỳnh 81

Hiện nay các hệ thống điều khiển phân tán nói chung và hệ thống điều khiển CENTUM VP của hãng Yokogawa nói riêng đã trở nên phổ biến trong các nhà máy hiện đại trên thế giới Trong sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, ở nước ta, ứng dụng của các hệ thống này ngày càng rộng rãi Một số nhà máy sử dụng các hệ thống điều khiển của hãng Yokogawa như: nhà máy sản xuất Super-phốt phát và hoá chất Lâm Thao, nhà máy nhiệt điện Phả Lại, nhà máy sản xuất khí công nghiệp Messer Hải Dương, Nhà máy LAS Hải Phòng…

Dây chuyền sản xuất axit sunfuric tại Công ty cổ phần DAP số 2 – Vinachem, được cung cấp bởi nhà bản quyền công nghệ Monsato (MECS) là một dây chuyền sản xuất hiện đại, có những yêu cầu cao về hệ thống đo lường điều khiển, nên việc

sử dụng một hệ thống điều khiển thích hợp có vai trò rất quan trọng

Luận văn thực hiện việc nghiên cứu với những nội dung chính như sau:

Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển phân tán Chương này sẽ trình bày những vấn đề cơ bản về hệ thống điều khiển giám sát như cấu trúc, thành phần… cũng như các thành phần, các giải pháp, các vấn đề kỹ thuật của hệ thống điều khiển phân tán

Chương 2: Dây chuyền sản xuất axit sunfuric tại Công ty cổ phần DAP số 2 - Vinachem Chương này sẽ đề cập đến các quy trình công nghệ của nhà máy, bao gồm: công đoạn nấu chảy lưu huỳnh, công đoạn đốt và tiếp xúc, công đoạn sấy và hấp thụ, và kho chứa axit sản phẩm

Chương 3: Hệ thống DCS CENTUM VP của hãng Yokogawa Chương này nêu ra các đặc điểm nổi bật của hệ thống VP cả về phần cứng và phần mềm

Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống DCS CENTUM VP vào dây chuyền sản xuất axit sunfuric, lựa chọn cấu trúc phần cứng, đồng thời nêu trình tự lập trình phần mềm

ơn đến thầy giáo đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các nhân viên kỹ thuật trong công ty Yokogawa và các đồng nghiệp của tôi, đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng luận văn cũng không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của thầy cô và bạn bè để luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2018

Học viên

Đặng Thị Hương

Chương 1

Tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n

Ngày nay, khái niệm Tự động hóa quá trình công nghệ không chỉ dừng lại ở cấp điều khiển hạ tầng, mà được hiểu với chức năng rộng hơn, kể cả việc giám sát và điều hành toàn bộ quá trình sản xuất Sự chuyển hướng trong các giải pháp điều khiển tự động được đánh dấu đậm nết bởi các tiến bộ vượt bậc của công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin Nhu cầu tích hợp hệ thống điều khiển và giám sát cấp cao trong một hệ thống thông tin tổng thể của một xí nghiệp sản xuất và của cả công ty ngày nay trở nên quan trọng và cần thiết

Khi thiết kế một hệ thống tự động hóa quá trình công nghệ, một vấn đề luôn được đặt ra là phải cân nhắc giải pháp hệ thống trên cơ sở các thiết bị riêng lẻ hay trên cơ

sở một hệ thống tích hợp trọn vẹn Thiết kế hệ thống trên cơ sở các thiết bị riêng lẻ yêu cầu người thiết kế phải tự xây dựng cấu hình hệ thống, lựa chọn các thiết bị điều khiển tự động, các phần mềm lập trình điều khiển cơ sở và các thành phần của hệ thống Ngược lại, một hệ thống điều khiển quá trình tích hợp, một mặt không cho phép người dùng có nhiều sự lựa chọn về thiết bị cũng như công cụ phần mềm, mặt khác đòi hỏi đầu tư ban đầu tương đối lớn Giải pháp này thích hợp với các ứng dụng

có quy mô vừa và lớn bởi độ tin cậy cao và hỗ trợ rộng rãi các chức năng điều hành sản xuất Đồng thời, khi đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, độ linh hoạt, mềm dẻo thì giá thành cũng là một yếu tố quan trọng khi thiết kế hệ thống Vì vậy, hai hướng thiết kế

hệ thống sẽ phù hợp với từng trường hợp cụ thể

Sự kết nối các hệ thống tự động riêng lẻ thành một hệ thống duy nhất với sự trợ giúp của mạng máy tính nội bộ cho phép tăng năng suất lao động của các nhà thiết

kế, các nhà công nghệ và các nhà tổ chức sản xuất và do đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Các hệ thống sản xuất như vậy được gọi là hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính (CIM – Computer Integrated Manufacturing), bao gồm:

- Thiết kế trợ giúp của máy tính (CAD – Computer Aided Design);

- Lập quy trình có trợ giúp của máy tính (CAP – Computer Aided Planning);

- Lập kế hoạch sản xuất và kiểm tra (PPC – Production Planning and Check);

- Kiểm tra chất lượng có trợ giúp của máy tính (CAQ – Computer Aided Quality);

- Sản xuất có trợ giúp của máy tính (CAM – Computer Aided Manufacturing) Tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ vi điện tử, kỹ thuật truyền thông tin và công nghệ phần mềm trong những năm gần đây đã tạo ra sự chuyển biến cơ bản trong hướng đi cho các giải pháp tự động hóa công nghiệp Các xu hướng phân tán hóa, mềm hóa và chuẩn hóa là ba trong nhiều điểm đặc trưng cho sự thay đổi này Những xu hướng mới đó không nằm ngoài mục đích giảm giá thành và nâng cao chất lượng hệ thống

Điều khiển và giám sát bao hàm toàn bộ các giải pháp hệ thống nhằm đảm bảo các yêu cầu chức năng của quá trình kỹ thuật như năng suất, chất lượng, an toàn cho con người, máy móc và môi trường Cụ thể quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của quá trình kỹ thuật phải được điều khiển theo một mô hình cho trước trong khi có tác động của môi trường xung quanh, đồng thời ảnh hưởng xấu của quá trình kỹ thuật đối với con người và môi trường xung quanh phải được giảm thiểu Mặc dù điều khiển và giám sát là hai nhiệm vụ khác nhau nhưng chúng lại liên hệ mật thiết với nhau Thực

tế, điều khiển đòi hỏi phải có giám sát và một sự giám sát rất vô nghĩa nếu như thiếu điều khiển, vì thế người ta cũng hay dùng một khái niệm chung là điều khiển

Các giải pháp hệ thống (phần cứng và phần mềm) cho điều khiển và giám sát một quá trình công nghệ hay một dây chuyền lắp ráp không chỉ bao hàm ý “tự động hóa”,

“tin học hóa” các chức năng của hệ thống điều khiển, mà còn hàm ý “tiện lợi hóa”

cho người sử dụng điều hành Hơn nữa nói tới điều khiển và giám sát ta không hạn chế phạm vi người sử dụng ở cấp thao tác viên hay người điều hành xưởng máy, mà còn có thể mở rộng lên cấp quản lý sản xuất hay lãnh đạo công ty Điều này mang nhiều ý nghĩa trong việc nghiên cứu tích hợp các hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System), các hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) với hệ thống điều hành sản xuất MES (Manufacturing Execution System), và các hệ thống hoạch định tài nguyên công

ty ERP (Enterprise Resource Planning)

sát

Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát quá trình được minh họa trên Hình 1.1.1 Các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là giao diện giữa các thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật Trong khi đó, hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện giữa người vận hành và máy Các thiết bị có thể được ghép nối trực tiếp điểm – điểm, hoặc thông qua mạng truyền thông

Hình 1.1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển giám sát

(Nguồn: Mạng truyền thông công nghiệp – PGS.TS Hoàng Minh Sơn)

Tùy theo loại cảm biến, tín hiệu của chúng đưa ra có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hay tín hiệu tương tự theo các chuẩn điện học thông dụng khác nhau (1 10V, 0 5V, 4 20mA, 0 20mA, v.v…) Trước khi có thể xử lý trong máy tính số, các tín hiệu đo cần được chuyển đổi, tương ứng với chuẩn giao diện vào/ra của máy tính Bên cạnh đó, ta cũng cần các biện pháp cách ly điện học để tránh sự ảnh hưởng xấu lẫn nhau giữa các thiết bị Đó chính là các chức năng của module vào/ra (I/O) Tóm lại, một hệ thống điều khiển và giám sát bao gồm các thành phần chức năng chính sau đây:

• Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối vào/ra, chuyển đổi tín hiệu

• Thiết bị điều khiển tự động: Các thiết bị điều khiển như các bộ điều khiển chuyên dụng, bộ điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller), thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ (Compact Digital Controller) và máy tính cá nhân cùng với các phần mềm điều khiển tương ứng

• Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện người máy, các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp

• Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm – điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống

• Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn

Trong trường hợp tổng quát, một hệ thống điều khiển và giám sát trong nhà máy sản xuất có thể chia thành 5 cấp theo chức năng như mô hình sau (Hình 1.1.2) Các cấp dưới thực hiện các chức năng đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, tính thời gian thực Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên chức năng cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới, nhưng lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều

Thông thường người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống điều khiển giám sát Tuy nhiên, biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất) giúp ta hiểu thêm một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp

Hình 1.1.2: Mô hình phân cấp chức năng của một nhà máy công nghiệp

(Nguồn: Mạng truyền thông công nghiệp – PGS.TS Hoàng Minh Sơn) Cấp chấp hành có chức năng chính là đo lường, truyền động và chuyển đổi tín

hiệu trong trường hợp cần thiết Các thiết bị ở cấp chấp hành là các cảm biến, cơ cấu chấp hành Đa số các thiết bị này cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện

đo lường, truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị này có thể thực hiện xử lý thô thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển

Cấp điều khiển có chức năng nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý các thông tin

đó theo một thuật toán nhất định, chuyển lên cấp trên nó, hoặc truyền đạt lại kết quả xuống cơ cấu chấp hành Cấp này bao gồm các thiết bị thực hiện chức năng điều khiển như PC, PLC hay thiết bị điều khiển chuyên dụng

Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ

thuật Cấp này hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt, nâng cấp, mở rộng ứng dụng; thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường

Đối với hệ thống điều khiển phân tán, sơ đồ phân cấp gồm 4 cấp: chấp hành, điều khiển, điều khiển giám sát, quản lý

Có các loại cấu trúc điều khiển như sau:

❖ Điều khiển tập trung với cấu trúc vào/ ra tập trung

❖ Điều khiển tập trung với cấu trúc vào/ ra phân tán

❖ Điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ ra tập trung

❖ Điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ ra phân tán

a) Điều khiển tập trung với cấu trúc vào/ ra tập trung

Cấu trúc tiêu biểu của một hệ điều khiển tập trung được minh họa trên hình 2 Một máy tính duy nhất được dùng để điều khiển toàn bộ quá trình kỹ thuật Máy tính điều khiển ở đây (MTĐK) có thể là các bộ điều khiển số trực tiếp (DDC), máy tính lớn, máy tính cá nhân hoặc các thiết bị điều khiển khả trình Trong điều khiển công nghiệp, máy tính điều khiển tập trung thường được đặt tại phòng điều khiển trung tâm, cách xa hiện trường Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp (điểm – điểm) với máy tính điểu khiển trung tâm qua các cổng vào/ ra của nó Cách bố trí vào/ ra tại máy tính điều khiển trung tâm như vậy cũng được gọi là vào/

ra tập trung

Hình 1.1.3: Điều khiển tập trung với cấu trúc vào/ ra tập trung

(Nguồn: Mạng truyền thông công nghiệp – PGS.TS Hoàng Minh Sơn)

Cấu trúc này thích hợp cho các ứng dụng tự động hóa quy mô vừa và nhỏ Ưu điểm của cấu trúc này là đơn giản, dễ thực hiện, nhưng công việc nối dây phức tạp, giá thành cao, việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn, độ tin cậy kém

b) Điều khiển tập trung với cấu trúc vào/ ra phân tán

Cấu trúc này khắc phục được nhược điểm về việc nối dây và nhiễu trong truyền dẫn tín hiệu của cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ ra tập trung Hình 1.1.4 mô tả một cấu hình mạng đơn giản

Hình 1.1.4: Điều khiển tập trung với cấu trúc vào/ ra phân tán

(Nguồn: Mạng truyền thông công nghiệp – PGS.TS Hoàng Minh Sơn)

Ở đây các module vào/ ra được đẩy xuống cấp trường gần kề với các cảm biến

và cơ cấu chấp hành, vì vậy được gọi là các vào/ra phân tán (Distribution I/O) hoặc các vào/ra từ xa (Remote I/O) Một cách ghép nối khác là sử dụng các cảm biến và

cơ cấu chấp hành thông minh (màu xám trên hình vẽ) có khả năng nối mạng trực tiếp không cần thông qua các module vào/ ra

Sử dụng bus trường và cấu trúc vào/ ra phân tán có những ưu điểm sau:

- Tiết kiệm dây dẫn và công đi dây, nối dây

- Giảm kích thước hộp điều khiển

- Tăng độ linh hoạt hệ thống nhờ sử dụng các thiết bị có giao diện chuẩn và khả năng ghép nối đơn giản

- Thiết kế và bảo trì dễ dàng nhờ hệ thống đơn giản

- Khả năng chuẩn đoán tốt

- Tăng độ tin cậy của toàn hệ thống

c) Điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ ra tập trung

Hình 1.1.5 Điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ra tập trung

Trong đa số các ứng dụng có qui mô vừa và lớn, một dây chuyền sản xuất thường được phân chia thành nhiều phân đoạn, có thể được phân bố tại nhiều vị trí cách xa nhau Mỗi phân đoạn được điều khiển bằng một hoặc một số máy tính điều khiển cục

bộ Nhờ đó khắc phục được sự phụ thuộc vào môt máy tính trung tâm trong cấu trúc

khiển cục bộ thường được đặt rải rác tại các phòng điều khiển của từng phân đoạn, phân xưởng, ở vị trí không xa với quá trình kỹ thuật Các phân đoạn có liên hệ tương tác với nhau, vì vậy để điều khiển quá trình tổng hợp cần có sự điều khiển phối hợp giữa các máy tính điều khiển

Trong phần lớn các trường hợp, các máy tính điều khiển được nối mạng với nhau

và với một hoặc nhiều máy tính giám sát (MTGS) trung tâm qua bus hệ thống Giải pháp này dẫn đến các hệ thống có cấu trúc điều khiển phân tán hay còn được gọi là các hệ điều khiển phân tán (HĐKPT)

d) Điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ ra phân tán

Trong cấu trúc này, ta cũng có thể sử dụng bus trường để thực hiện việc kết nối giữa máy tính điều khiển và các thiết bị hiện trường (cảm biến, cơ cấu chấp hành) Với việc sử dụng bus trường thì máy tính điều khiển có thể đặt tại phòng điều khiển trung tâm hoặc tại các phòng điều khiển cục bộ, tùy theo qui mô của hệ thống và khả năng kéo dài của bus trường

Giải pháp sử dụng các hệ điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ra phân tán và các thiết bị trường thông minh chính là xu hướng trong xây dựng các hệ thống điều khiển

và giám sát hiện đại Bên cạnh độ tin cậy cao, tính năng mở và độ linh hoạt cao thì yếu tố kinh tế cũng đóng vai trò quan trọng

Hình 1.1.6: Điều khiển phân tán với cấu trúc vào/ ra phân tán

(Nguồn: Mạng truyền thông công nghiệp – PGS.TS Hoàng Minh Sơn)

1.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN DCS

1.2.1 Khái niệm hệ thống điều khiển phân tán

Hệ thống điều khiển phân tán được hiểu như là hệ thống dựa trên các phần cứng

và phần mềm điều khiển và thu thập dữ liệu trên cơ sở một đường truyền thông tin tốc độ cao, các module được phân tán và tổ chức theo một cấu trúc nhất định với một chức năng nhiệm vụ riêng Các thiết bị giao tiếp trên đường truyền tốc độ cao này cho phép ghép nối dễ dàng với các thiết bị ngoại vi khác như PLC, các máy tính điều khiển giám sát

Giống như tên gọi về hệ thống điều khiển phân tán – Distributed Control System,

trung trên một máy tính đơn lẻ Một hệ thống DCS tiêu biểu có các trạm điều khiển hoạt động độc lập và điều khiển từng bộ phận chuyên dụng của nhà máy Hơn nữa, trong hệ thống có một vài trạm điều hành để giám sát các dữ liệu trong các trạm điều khiển, cung cấp các giao diện đồ họa và cho phép người vận hành thực hiện các thay đổi một cách dễ dàng

Đây là một mô tả mở rộng về một hệ thống DCS nhưng mô tả này cũng phù hợp với một hệ thống gồm các PLC và các PC với các phần mềm giám sát vận hành Điều này dẫn ta tới một định nghĩa quan trọng thứ hai về DCS Một hệ thống DCS là một

hệ thống tích hợp đầy đủ với một hệ cơ sở dữ liệu toàn cục Không giống như các hệ thống dựa trên PLC, ta không thể sử dụng các bộ điều khiển khác nhau và các trạm điều hành từ các nhà cung cấp khác nhau rồi kết hợp chúng lại với nhau Một hệ thống DCS là một hệ thống hoàn chỉnh, trong đó việc truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các bộ phận của hệ thống sẽ không được thể hiện đối với người dùng Ngoài ra, nếu một điểm (một khối chức năng) được tạo ra trong một bộ điều khiển thì sau đó, toàn

bộ hệ thống sẽ nhận biết nó Tức là không cần phải tạo một cơ sở dữ liệu riêng trong trạm điều hành để phù hợp với dữ liệu trong các bộ điều khiển vì thông tin đã được

tự động tạo ra trong toàn bộ hệ thống

Hệ thống điều khiển phân tán trước kia thường phát triển trong môi trường xử lý hóa chất, trong khi đó các hệ thống dựa trên PLC phát triển trong lĩnh vực điện – điện

tử Trong khi các PLC phát triển từ logic relay thì hệ thống DCS phát triển từ các bộ điều chỉnh tương tự Khả năng xử lý dữ liệu tương tự và chạy các trình tự phức tạp là thế mạnh của hệ thống DCS, trong khi xử lý dữ liệu logic loại relay – tương tự như một PLC thì tốc độ chậm hơn PLC nhiều

Một đặc điểm nổi bật của hệ thống DCS là việc sử dụng tagname Một tagname

là tên do người thiết kế hệ thống định nghĩa cho một đối tượng, áp dụng cho mọi khối chức năng và các điểm I/O trong các bộ điều khiển do đó một điểm có thể được truy cập từ bất kỳ đâu trong hệ thống thông qua tagname của nó

1.2.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển phân tán

Hình 1.2.1: Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều khiển phân tán

(Nguồn: Mạng truyền thông công nghiệp – PGS.TS Hoàng Minh Sơn)

Hệ thống điều khiển phân tán bao gồm các thành phần cơ bản sau:

OS

Control Station 1

Control Station 2

Control Station n

Trong hệ thống điều khiển phân tán, trạm điều khiển cục bộ là thành phần quan trọng nhất, thực hiện các chức năng sau:

các tham số quá trình (nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, mức,…)

Về mặt cấu trúc, trạm điều khiển cục bộ thường được tổ chức theo dạng module, bao gồm các module sau:

- Nguồn (power suply)

- CPU

- Giao diện với bus hệ thống

- Giao diện với bus trường (nếu sử dụng cấu trúc vào ra phân tán)

- Các module vào/ra tương tự, số

Trong cấu trúc vào/ra tập trung, các module vào/ra được nối với CPU thông qua bus nội bộ đằng sau giá đỡ, chính vì vậy các module này cũng phải do nhà sản xuất cung cấp kèm theo CPU Thông thường để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống, các module chính trong trạm điều khiển cục bộ thường được dự phòng

Trạm điều khiển cục bộ cũng thường được cài đặt giao diện HART và các module ghép nối phụ kiện khác Các thiết bị này được lắp đặt trong tủ điều khiển cùng các linh kiện hỗ trợ khác Vị trí đặt là trong phòng điều khiển gần phòng điều khiển trung tâm hoặc rải rác gần khu vực hiện trường

Máy tính điều khiển trong trạm điều khiển cục bộ có thể là máy tính đặc chủng

do nhà sản xuất cung cấp, PLC hoặc máy tính cá nhân công nghiệp

Các yêu cầu kỹ thuật quan trọng được đặt ra đối với trạm điều khiển cục bộ: tính thời gian thực, độ tin cậy và tính sẵn sàng, lập trình thuận tiện

b) Trạm vận hành

Trạm vận hành và trạm kỹ thuật được đặt tại phòng điều khiển trung tâm Các trạm vận hành có thể hoạt động song song, độc lập với nhau Để tiện cho việc vận hành hệ thống, người ta thường sắp xếp mỗi trạm vận hành tương ứng với một phân đoạn hoặc một phân xưởng Tuy nhiên, các phần mềm chạy trên tất cả các trạm hoàn toàn giống nhau, vì thế trong trường hợp cần thiết mỗi trạm đều có thể thay thế chức năng của các trạm khác

Các chức năng tiêu biểu của một trạm vận hành gồm có:

- Hiển thị các hình ảnh chuẩn: hình ảnh tổng quan, hình ảnh nhóm, hình ảnh từng mạch vòng, hình ảnh điều khiển trình tự, các đồ thị thời gian thực và đồ thị quá khứ

- Hiển 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

- Xử lý, lưu trữ và quản lý dữ liệu

- Chẩn đoán hệ thống, hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống

- Hỗ trợ lập báo cáo tự động

Khác với các trạm điều khiển, hầu hết các hệ DCS hiện đại đều sử dụng các sản phẩm thương mại thông dụng như máy tính cá nhân công nghiệp chạy trên nền Windows , hoặc các máy tính trạm chạy trên nền UNIX Trạm vận hành sử dụng màn hình màu lớn, với độ phân giải cao để theo dõi quá trình sản xuất, cùng với các thiết

bị thao tác chuẩn như bàn phím và chuột

c) Trạm kỹ thuật

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 hầu hết 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 thông thường là các máy tính cá nhân công nghiệp chạy trên nền Windows hoặc UNIX Một số đặc tính tiêu biểu của các công cụ phát triển trên trạm kỹ thuật là:

- Các công cụ phát triển được tích hợp sẵn trong hệ thống

- Công việc phát triển không yêu cầu có phần cứng DCS tại chỗ

- Các ngôn ngữ lập trình thông dụng là sơ đồ khối hàm (FBD-Function Block Diagram, hoặc CFC (Continuous Function Chart) và biểu đồ tiến trình (SFC-Sequential Function Chart)

- Một dự án có thể do nhiều người cùng phối hợp phát triển song song

Để việc phát triển hệ thống phần mềm được thuận lợi, các nhà sản xuất cung cấp các thư viện khối hàm chuyên dụng Bên cạnh đó, nhiều nhà sản xuất cũng cung cấp phần mềm mô phỏng để người phát triển hệ thống có thể tạo các đầu vào/ra mô phỏng, giúp cho việc phát triển phần mềm được chắc chắn, an toàn hơn

Trong một số hệ thống, người ta không phân biệt giữa trạm vận hành và trạm kỹ thuật, mà sử dụng một bàn phím có khóa chuyển qua lại giữa hai chế độ vận hành và phát triển

d) Hệ thống bus truyền thông

❖ Bus hệ thống

Bus hệ thống có chức năng nối mạng các trạm điều khiển cục bộ với nhau và với các trạm vận hành và trạm kỹ thuật Trong đa số các hệ thống ứng dụng, người ta lựa chọn cấu hình có dự phòng cho bus hệ thống Qua bus hệ thống, các máy tính điều khiển (trạm điều khiển cục bộ) có thể phối hợp hoạt động với nhau, cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và các trạm giám sát; nhận lệnh, tham số điều khiển

từ các trạm phía trên Ngoài ra, bus hệ thống cũng là phương tiện để trao đổi thông tin giữa các trạm kỹ thuật, trạm vận hành

Các hệ thống mạng được sử dụng nhiều nhất là Ethernet, Profibus-FMS và ControlNet

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 Tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng mà tính năng thời gian thực cũng là một yêu cầu được đặt ra, tuy nhiên không nghiêm ngặt như với bus trường Số lượng trạm tham gia thường không lớn và nhu cầu trao đổi dữ liệu không có đột biến lớn

❖ Bus trường

Bus trường là một khái niệm chung trong công nghiệp chế biến để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp

điều khiển và các thiết bị ở cấp chấp hành (thiết bị trường) Các yêu cầu chung đặt ra với bus trường là tính năng thời gian thực, mức độ đơn giản và giá thành thấp Các loại bus trường được hỗ trợ mạnh nhất là Profibus-DP, Foundation Fieldbus, DeviceNet và AS-I, modbus

Các trạm điều khiển cục bộ sẽ được bổ sung các module giao diện bus để nối với các trạm vào/ra từ xa (remote I/O station) và một số thiết bị trường thông minh Một trạm vào/ra từ xa thực chất có cấu trúc không khác lắm so với một trạm điều khiển cục bộ, chỉ thiếu khối xử lý trung tâm cho chức năng điều khiển Thông thường, các trạm vào/ra từ xa được đặt rất gần với quá trình kỹ thuật, vì thế tiết kiệm nhiều cáp truyền và đơn giản hóa cấu trúc hệ thống Trạm vào/ra từ xa cũng có thể đặt cùng

vị trí với trạm điều khiển cục bộ, tuy nhiên như vậy không lợi dụng được ưu điểm của cấu trúc này Khác với cấu trúc vào/ra tập trung, cấu trúc vào/ra phân tán cho phép sử dụng các trạm vào/ra từ xa của các nhà cung cấp khác với điều kiện có hỗ trợ loại bus trường qui định Tuy nhiên, để có thể khai thác tối đa khả năng các công cụ phần mềm tích hợp và đảm bảo tương thích hoàn toàn giữa các thành phần trong một

hệ DCS, việc dùng trọn sản phẩm của một hãng vẫn là giải pháp tốt nhất

Bên cạnh phương pháp ghép nối thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật thông qua các module vào/ra, ta có thể sử dụng các cảm biến hoặc cơ cấu chấp hành có giao diện bus trường (các thiết bị trường thông minh) Qua đó có thể đơn giản hóa cấu trúc

hệ thống hơn nữa, nâng cao tính năng thời gian thực của hệ thống do tận dụng được khả năng xử lý thông tin của các thiết bị trường

1.2.3 Các giải pháp cho hệ thống điều khiển phân tán

Dựa theo loại trạm điều khiển cục bộ được sử dụng, ta có các giải pháp hệ thống điều khiển phân tán khác nhau Nếu sử dụng máy tính điều khiển chuyên dụng của nhà sản xuất, ta có DCS truyền thống; nếu trạm điều khiển cục bộ sử dụng PC hay PLC ta có hệ điều khiển phân tán trên cơ sở PC, PLC

a) Các hệ DCS truyền thống

Các hệ này sử dụng các bộ điều khiển quá trình đặc chủng theo kiến trúc riêng của nhà sản xuất

Các hệ cũ thường đóng kín, ít tuân theo các chuẩn giao tiếp công nghiệp, các bộ điều khiển được sử dụng cũng thường chỉ làm nhiệm vụ điều khiển quá trình, vì vậy phải sử dụng kết hợp PLC cho các bài toán điều khiển logic và điều khiển trình tự Các hệ mới có tính năng mở tốt hơn, một số bộ điều khiển lai đảm nhiệm cả các chức năng điều khiển quá trình, điều khiển trình tự và điều khiển logic

Để hỗ trợ các bài toán điều khiển quá trình diễn ra đồng thời, khối xử lý trung tâm được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực, đa nhiệm như VxWork- hoặc của riêng nhà sản xuất phát triển

Hình 1.2.3: Hệ thống DeltaV

b) Các hệ DCS trên nền PLC

PLC với cấu trúc ghép nối vào/ra linh hoạt, nguyên tắc làm việc đơn giản theo chu kì, khả năng lập trình và lưu trữ chương trình trong bộ nhớ không cần can thiệp trực tiếp tới phần cứng, PLC nhanh chóng được sử dụng rộng rãi trong điều khiển công nghiệp

PLC là giải pháp lý tưởng để thay thế các mạch logic tổ hợp và tuần tự trong điều khiển các quá trình gián đoạn và các quá trình liên tục như trong công nghiệp chế biến, khai thác…

Ngày nay trừ một số loại nhỏ dùng trong các ứng dụng đơn giản, đa số các PLC hiện đại đều có khả năng làm việc với các tín hiệu tương tự và thực hiện các phép toán số học, các thuật toán điều khiển phản hồi như điều khiển nhiều điểm, PID và điều khiển mờ Các bộ đếm, bộ định thời và một số hàm toán học thông dụng thuộc phạm vi chức năng chuẩn của một PLC

Đa số các PLC vừa có thể sử dụng cho bài toán điều khiển logic và điều khiển quá trình Tuy nhiên, để sử dụng cho các ứng dụng điều khiển phân tán, các PLC

được sử dụng thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình tự cùng với các phương pháp lập trình hiện đại

Một số hệ DCS trên nền PLC tiêu biểu là SattLine (ABB), Modicon TSX (Schneider Electric), PCS7 (Siemens),

Hình 1.2.4: Hệ thống PCS7 của Siemens

c) Các hệ DCS trên nền PC

Giải pháp sử dụng máy tính cá nhân (PC) trực tiếp làm thiết bị điều khiển đã trở thành thực tế phổ biến trong những năm gần đây Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình (PLC) và các bộ điều khiển DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC không những nằm ở tính năng mở, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, mà còn ở khía cạnh kinh tế Các bước tiến lớn trong kỹ thuật máy tính, công nghiệp phần mềm và công nghệ bus trường chính là các yếu tố thúc đẩy khả năng cạnh tranh của PC trong điều khiển công nghiệp

Tuy nhiên khái niệm PC mà ta đề cập ở đây là PC công nghiệp (IPC) chứ không phải máy tính cá nhân thông thường IPC khác hẳn với máy tính cá nhân dùng trong gia đình, văn phòng về cấu tạo phần cứng, và phần mềm: IPC được sử dụng trong một thời gian dài với cấu hình giống nhau, ít thay đồi; hệ điều hành dùng cho IPC có

thể là Windows NT, Windows CE, Linux, hay là các hệ điều hành thời gian thực như VxWorks

Ngày nay PC đóng một vai trò quan trọng trong tự động hoá Nó cạnh tranh mạnh

mẽ với PLC trong các ứng dụng điều khiển PC công nghiệp đã dẫn đến nhiều xu hướng phát triển mới của tự động hoá PC công nghiệp được sử dụng trong hệ thống điều khiển phân tán DCS điều khiển quá trình sản xuất Một trạm điều khiển cục bộ chính là một máy tính cá nhân công nghiệp được cài đặt một hệ điều hành thời gian thực và các card giao diện bus trường và card giao diện bus hệ thống

Như vậy, DCS trên nền PC là một hướng giải pháp tương đối mới, mới có một

số sản phẩm trên thị trường như PCS7 (Siemens, giải pháp Slot-PLC), Stardom (Yokogawa), Ovation (Westinghouse-Emerson Process Management)…

Nhờ những lợi điểm do PC mang lại mà hướng giải pháp này thể hiện nhiều ưu điểm về mặt giá thành, hiệu năng tính toán và tính năng mở

1.2.4 Các vấn đề kỹ thuật

Các vấn đề kỹ thuật dưới đây đặc biệt quan trọng khi nghiên cứu hệ thống điều khiển phân tán:

vật lý, địa lý dẫn đến phân tán về mặt xử lý thông tin Xử lý phân tán là một khái

niệm vay mượn từ lĩnh vực tin học Xử lý phân tán khác với xử lý cục bộ và khác với

xử lý nối mạng ở tính thống nhất, xuyên suốt trong việc xây dựng ứng dụng và trao

đổi dữ liệu giữa các trạm

sàng phản ứng với các sự kiện bên ngoài và đưa ra đáp ứng một cách đúng đắn và kịp thời Với kiến trúc xử lý phân tán, việc đáp ứng tính năng thời gian thực được cải thiện bằng khả năng xử lý thông tin tại chỗ Song cũng nhiều vấn đề được đặt ra trong việc giao tiếp giữa các thành phần (real – time interprocess communication), trong

đó vấn đề giao thức mạng là rất quan trọng

- Tính sẵn sàng (availability) và độ tin cậy (reliability): Một đặc điểm nổi bật

so với các hướng giải pháp khác là tính sẵn sàng cao dựa vào khả năng dự phòng tích hợp, có thể lựa chọn dự phòng cho từng thành phần Tính sẵn sàng, phương thức giao tiếp số, kiến trúc xử lý phân tán, phần mềm đóng gói, phần cứng chuẩn hóa công nghiệp, độ tích hợp cao giữa các thành phần phần cứng và phần mềm là các yếu tố giúp cho các hệ thống điều khiển phân tán có độ tin cậy cao

của các hệ DCS truyền thống, nhưng đây là một yêu cầu không thể thiếu được đối với hệ DCS mới Đặc biệt, sự tương thích với các chuẩn công nghiệp, là tiền đề cho các tính năng mở, cho khả năng tương tác với các thiết bị của các hãng thứ ba

khiển được hỗ trợ bởi các công cụ “lập trình” hoặc “cấu hình” rất mạnh và các thư viện phần mềm đóng gói chuẩn, dựa theo các tiêu chuẩn quốc tế Các công cụ phần mềm điều khiển giám sát cũng được tích hợp và sử dụng chung một cơ sở dữ liệu trong hệ thống Khác với các giải pháp điều khiển đơn lẻ như PLC, hoặc PC, ta không phải sử dụng một công cụ riêng, xây dựng riêng giao diện người – máy (HMI) và các chức năng SCADA khác Quá trình tạo giao diện người – máy, tạo hệ thống cảnh báo, tạo phương thức điều khiển… nằm trong việc phát triển ứng dụng, đi đôi với việc xây dựng chương trình điều khiển cấp thấp

Chương 2

GIíI THIÖU C¤NG NGHÖ S¶N XUÊT AXIT SUNFURIC

T¹I C¤NG TY CP DAP Sè 2 _ VINACHEM

Công ty Cổ phần DAP số 2 – Vinachem là Công ty Cổ phần nhà nước với 3 cổ đông chính là Tập đoàn Hóa chất Việt Nam chiếm 53,5%, Công ty TNHH Apatit Việt Nam 6%, Công ty Cổ phần Nam Việt chiếm 40,5%

Công ty Cổ phần DAP số 2 – Vinachem được thành lập vào ngày 15/12/2008 để thực hiện đầu tư dự án xây dựng nhà máy sản xuất phân bón Diamonphosphate (DAP) tại khu công nghiệp Tằng Loỏng – huyện Bảo Thắng – Tỉnh Lào Cai với dây truyền

và công nghệ thiết bị hiện đại xuất xứ từ các nước thuộc nhóm tiên tiến trên thế giới (EU, G7) tổng vốn đầu tư dự án là 5.170 tỷ đồng Với công suất 330.000 tấn/năm đã đáp ứng cơ bản nhu cầu thị trường về phân bón DAP, góp phần bảo đảm an ninh lương thực quốc gia và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên sẵn có của Việt Nam Ngày 26/12/2011 Công ty cổ phần DAP – Vinachem số 2 khởi công xây dựng nhà máy sản xuất phân bón Diamonphosphate (DAP), nhà máy được xây dựng trên hơn 73 ha đất, gồm ba phân xưởng sản xuất, nguyên liệu chính là quặng apatít Lào Cai, có tổng vốn đầu tư hơn 250 triệu USD Giá trị gói thầu EPC khoảng 189 triệu USD do liên doanh nhà thầu gồm năm doanh nghiệp trong nước và Nhật Bản (TTCL-MES-TVC-CECO-VINAINCON) thực hiện Các công đoạn sản xuất của Nhà máy được áp dụng các công nghệ của các nhà bản quyền nổi tiếng như: Công nghệ sản xuất axit sunfuric của MECS – Mỹ; Công nghệ sản xuất axit photphoric của Prayon/SNC-Lavalin – Vương quốc Bỉ; Công nghệ sản xuất DAP của INCRO – Tây Ban Nha

Lô sản phẩm phân bón DAP đầu tiên của Nhà máy DAP số 2 sản xuất từ ngày 26/12/2014, đến ngày 28/12/2014 đã đạt sản lượng 900 tấn ngày 28/12/2014, Nhà máy sản xuất phân bón Diamon Phosphat - DAP số 2 đã tổ chức lễ mừng chào đón

lô sản phẩm đầu tiên với sự tham gia của đồng chí Vũ huy Hoàng – Bộ trưởng Bộ công Thương, đồng chí Cao Quốc Hưng – Thứ trưởng Bộ Công thương

Sau thời gian chạy thử sản phẩm đến tháng 7/2015 nhà máy sản xuất phân bón DAP số 2 đã sản xuất sản phẩm thương mại với thương hiệu DAP Lào Cai và chính thức tiêu thụ sản phẩm trên thị trường trong và ngoài nước

Nhằm khuyến khích tiêu thụ sản phẩm trên thị trường, ngay sau khi có sản phẩm Công ty đã chủ động khảo sát thị trường ngay từ khi có sản phẩm để xây dựng hệ thống kênh phân phối trong và ngoài nước Đến tháng 8/2015 Công ty đã có hệ thống kênh phân phối khắp khu vực miền Bắc, miền Trung – Tây Nguyên và miền Nam Bên cạnh đó Công ty đã làm việc với các đối tác nước ngoài, các đơn vị xuất khẩu trong nước và đã xuất khẩu thành công sang các thị trường khó tính như Hàn Quốc, Myanmar, indonesia, Ấn Độ, Campuchia… với sự đánh giá rất tốt từ phía các khách hàng

Với sản phẩm chất lượng cao, Công tác quảng bá thương hiệu và công tác chăm sóc khách hàng hiệu quả thương hiệu DAP Lào Cai đã và đang ngày càng phát triển tại các thị trường trong và ngoài nước

Công ty Cổ phần DAP số 2 – Vinachem được cấp phép hoạt động trong các lĩnh vực:

phân bón và hóa chất

cho ngành phân bón và hóa chất; Kinh doanh bất động sản, cho thuê văn phòng;

- Tư vấn giám sát thi công các công trình dân dụng, công nghiệp, hạ tầng kỹ thuật do đơn vị làm chủ đầu tư

Các sản phẩm chính của Công ty là DAP Lào Cai, axit sulfuric, axit phosphoric ngoài ra nhằm đa dạng hóa sản phẩm đối với sản phẩm DAP Lào Cai Công ty đã nghiên cứu sản xuất sản phẩm với màu sắc khác nhau là màu vàng tự nhiên, màu nâu café, màu đen, màu xanh ngọc để đáp ứng thị hiếu của từng vùng Thị trường Bên

nguyên liệu sản xuất thuốc trừ sâu từ sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất để xử lý giảm thiểu ô nhiễm môi trường

SUNFURIC

Nhà máy sản xuất axit sunfuric của Công ty Cổ phần DAP số 2 – Vinachem sử dụng công nghệ tiếp xúc kép và hấp thụ kép của Nhà bản quyền MECS – Mỹ Đây là công nghệ sản xuất axit sunfuric hiện đại, tiên tiến, được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như tại Việt Nam

Công suất thiết kế của xưởng là 420.000 tấn/năm (tương đương 53 tấn/giờ) Các công đoạn chính của dây chuyền sản xuất bao gồm:

❖ Công đoạn nấu chảy lưu huỳnh

❖ Công đoạn đốt và tiếp xúc

❖ Công đoạn sấy và hấp thụ

❖ Kho chứa

Hình 2.2.1: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất axit sunfuric

(Nguồn: MECS Operating Manual for SA Unit, DAP no.2 - Vinachem, 2015)

Lưu huỳnh rắn được vận chuyển từ kho chứa Lưu huỳnh sang Bể nấu chảy lưu huỳnh bằng hệ thống băng tải, tại đây Lưu huỳnh được nấu chảy nhờ tác nhân nóng

suất truyền nhiệt cho Bể nấu chảy lưu huỳnh

Vôi bột chứa trong kho vôi được vận chuyển sang khu vực nấu chảy lưu huỳnh rồi cho vào Bể nấu chảy với tỉ lệ được kiểm soát để loại axit dư lẫn trong lưu huỳnh Lưu huỳnh đã nấu chảy thành dạng lỏng từ Bể nấu chảy lưu huỳnh được đưa đến

Bể lưu huỳnh thô và Bể lưu huỳnh trung gian Tại đây, lưu huỳnh lỏng sẽ được khuấy

Quạt thổi

chính

Tháp hấp thụ trung gian

Tháp hấp thụ cuối

Bồn chứa axit sản phẩm- Oleum

Tháp chuyển hóa và hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt

Nồi hơi nhiệt thừa

Lò đốt lưu huỳnh

Tháp sấy khí

Không

khí

Lưu huỳnh

Hơi cao

áp

Hệ thống nấu chảy lưu huỳnh

ATM