Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện tại Nhà máy luyện đồng Lào Cai

Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện tại Nhà máy luyện đồng Lào Cai Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện tại Nhà máy luyện đồng Lào Cai Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện tại Nhà máy luyện đồng Lào Cai luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

-

LÊ HẢI ANH

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT THU BỤI TĨNH ĐIỆN TẠI NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

-

LÊ HẢI ANH

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT THU BỤI TĨNH ĐIỆN TẠI NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS Vũ Vân Hà

Hà Nội – Năm 2018

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn, đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới

TS Vũ Vân Hà, thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô đã giảng dạy em trong suốt quá trình học cao học vừa qua

Cảm ơn gia đình, anh em bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, hỗ trợ, đóng góp

ý kiến giúp em hoàn thành luận văn này

Dù đã rất cố gắng nhưng với trình độ hiểu biết và thời gian nghiên cứu thực tế

có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những lời chỉ dẫn, góp ý của các thầy/cô và bạn đọc để luận văn của em được hoàn thiện hơn

Em trân trọng cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp này là công trình của riêng tôi, do tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Vũ Vân Hà Kết quả đạt được là hoàn toàn trung thực

Để hoàn thành luận văn này tôi chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 14 tháng 03 năm 2018

Học viên thực hiện

Lê Hải Anh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

DANH SÁCH HÌNH VẼ 5

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 8

1 Lý do chọn đề tài 8

2 Phương pháp nghiên cứu 8

3 Đối tượng của đề tài 9

4 Mục tiêu của đề tài 9

5 Ý nghĩa của đề tài 9

Chương 1: 10

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI 10

1.1 Giới thiệu chung 11

1.2 Công nghệ tại nhà máy Luyện đồng Lào Cai 11

1.3 Hệ thống điều khiển và giám sát tại nhà máy 13

Chương 2: 17

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI 17

2.1 Phân tích yêu cầu của hệ thống điều khiển và giám sát 18

2.1.1 Giới thiệu hệ thống thu bụi tĩnh điện 18

2.1.2 Đặc tính Volt- Ampe của hệ thống 22

2.1.3 Phân tích yêu cầu điều khiển 23

2.1.4 Phân tích yêu cầu giám sát 26

B Các module mở rộng 32

C Các thiết bị chấp hành 33

D Bộ điều khiển 35

E Giao diện người-máy HMI 36

2.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán và lập trình đo và điều khiển 37

2.3.1 Bài toán điều khiển 38

2.3.2 Bài toán giám sát và truyền thông 41

Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ LẬP TRÌNH CÁC CHƯƠNG TRÌNH 47

3.1 Mạch điện điều khiển 48

3.2 Lập trình chương trình điều khiển 57

3.3 Chương trình chính 57

3.4 Điều khiển gia nhiệt 61

3.5 Điều khiển đọc thông số điện trở 63

3.6 Thiết kế giao diện HMI 66

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 68

BÀN LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ tại Nhà máy Luyện đồng Lào Cai 12

Hình 1.2 Màn hình HMI điều khiển điện áp tại nhà máy 13

Hình 1.3 Tủ điều khiển điều khiển điện áp tại nhà máy 14

Hình 1.4 Mạch lực điều khiển điều khiển điện áp tại nhà máy 15

Hình 2.1 Hệ thống thu bụi tĩnh điện 20

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu bụi tĩnh điện 21

Hình 2.3 Đặc tính Vol-Ampe của hệ thống 22

Hình 2.4 Nguyên lý ion hóa dòng khí 23

Hình 2.5 Trường hợp bụi khô 24

Hình 2.6 Trường hợp bụi ướt 24

Hình 2.7 Vùng hoạt động của thu bụi tĩnh điện 25

Hình 2.8 Giải pháp điều khiển, giám sát và truyền thông 27

Hình 2.9 Lưu đồ thuật toán điều khiển gia nhiệt sứ 28

Hình 2.9 Cảm biến nhiệt độ Pt100 29

Hình 2.10 Module đầu vào 6RTD 30

Hình 2.11 Đồng hồ số Grado 918 31

Hình 2.12 Module mở rộng EM235 32

Hình 2.13 Module EM 223 33

Hình 2.14 Máy biến áp cao thế GGAJ02- 400mA/72kV 33

Hình 2.15 Động cơ rung rũ bụi 34

Hình 2.16 Bộ lọc cao tần 35

Hình 2.17 PLC S7-200 CPU 226 35

Hình 2.18 HMI Weintek – Easyview MT8000i 36

Hình 2.19 Bài toán điều khiển 38

Hình 2.20 Xác định các tham số theo phương pháp Ziegler−Nichols 39

Hình 2.26 Switch địa chỉ của 6RTD 43

Hình 2.27 Giao diện chương trình IO Studio 46

Hình 3.1 Sơ đồ lắp đặt màn hình 48

Hình 3.2 Sơ đồ đấu dây cho CPU 226 49

Hình 3.3 Sơ đồ đấu dây cho EM235 50

Hình 3.4 Sơ đồ đấu dây cho EM 223 51

Hình 3.5 Điều khiển đầu ra của EM 223 52

Hình 3.6 Điều khiển búa gõ rung rũ bụi 53

Hình 3.7 Điều khiển gia nhiệt buồng sứ 54

Hình 3.8 Điều khiển gia nhiệt trục sứ biến áp 55

Hình 3.9 Sơ đồ đấu dây bộ thu thập nhiệt độ RTD 56

Hình 4.1 Bộ điều khiển 69

Hình 4.2 Màn hình HMI 70

Hình 4.3 Tủ điện điều khiển 70

Hình 4.4 RTD 71

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Chức năng các switch của 6RTD 43 Bảng 1.2 Một số mã hàm tiêu biểu của Modbus 44 Bảng 1.2 Địa chỉ các thanh ghi trong 6 RTD 45

hệ thống xử lý bụi cho các nhà máy xí nghiệp là yêu cầu bắt buộc và cần thiết cho các nhà máy

Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện tại nhà máy Luyện đồng Lào Cai” là một đề tài mang tính ứng dụng thực tế, áp dụng những kiến thức đã được học vào thực tiễn Bản thân tôi đang công tác tại nhà máy có sự hiểu biết về các yêu cầu điều khiển, giám sát của các nhà máy cũng như các quy định, tiêu chuẩn tại trạm quan trắc bụi và khí thải, do vậy khi thực hiện sẽ có nhiều điều kiện thuận lợi hơn để hoàn thành đề tài

Hệ thống điều khiển và giám sát tại nhà máy được chuyển giao từ Trung Quốc, qua 10 năm sử dụng đã hư hỏng, không có thiết bị thay thế, nhà máy đã thuê một số công ty thực hiện nhưng chưa được hiệu quả Vì vậy, đề tài cũng xuất phát

từ yêu cầu thực tiễn của nhà máy

2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• Khảo sát thực tế, thống kê, phân tích và đánh giá thực trạng,

• Xây dựng bài toán giám sát và điều khiển,

• Xây dựng mô hình thực tế để vận hành, kiểm tra và khẳng định các

mục tiêu đề ra

3 ĐỐI TƯỢNG CỦA ĐỀ TÀI

Đối tượng của đề tài là hệ thống điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện tại nhà máy Luyện đồng Lào Cai- Chi nhánh Luyện đồng Lào Cai- Vimico

4 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Trước hết mục tiêu của đề tài là xây dựng được mô hình trạm điều khiển giám sát thu bụi tĩnh điện tại nhà máy Luyện đồng Lào Cai trong đó tích hợp tự động hóa

hệ thống điều khiển và giám sát các thông số như: Nhiệt độ buồng, nhiệt độ sấy, điện áp phóng, dòng điện, búa rung rũ bụi Dòng điện đầu ra của hệ thống sẽ được điều khiển ổn định, còn các thông số như nhiệt độ, dòng điện, điện áp sẽ được hiển thị trên màn hình

Mục tiêu thứ 2 là xây dựng một giải pháp tự động hóa điều khiển và giám sát các thông số cho hệ thống thu bụi của nhà máy chạy ổn định

5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Đối với nhà máy Luyện đồng Lào Cai đề tài này sẽ đem lại một giải pháp điều khiển và giám sát hiệu quả, giúp nhà máy tự chủ và ổn định về thiết bị, không phụ thuộc vào đơn vị bên ngoài

Chương 1:

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Chi nhánh Luyện đồng Lào Cai- Vimico là đơn vị thuộc Tổng công ty khoáng sản- TKV, trước là Công ty Luyện đồng Lào Cai thành lập ngày 01/08/2007

Địa chỉ: Khu Công nghiệp Tằng Loỏng, Thị trấn Tằng Loỏng, Bảo Thắng, Lào Cai

Công suất thiết kế: đồng 99,95%: 10000 tấn/năm; Vàng 99,9%: 340 kg /năm, Bạc thỏi 98%: 150 kg /năm, axít sunfuric 96-98%: 40000 tấn /năm

Thực hiện chủ trương chế biến sâu khoáng sản của Đảng và nhà nước, Nhà máy Luyện đồng Lào Cai là Nhà máy luyện đồng đầu tiên trong cả nước và khu vực Nhà máy có nhiệm vụ chế biến sâu khoáng sản tạo ra các sản phẩm đảm bảo chất lượng cung cấp cho thị trường nội địa và quốc tế; luyện và chế biến kim loại đồng, vàng, bạc và các khoáng sản đi kèm; sản xuất axít Sunfuric, đất hiếm từ tinh quặng đồng; thiết kế, gia công, chế tạo, sửa chữa thiết bị luyện kim, vận tải, cơ điện

1.2 CÔNG NGHỆ TẠI NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI

Quy trình công nghệ sản xuất đồng của công ty luyện đồng Lào Cai được trình bày trên sơ đồ hình 1.1

Quặng đồng 25% Cu được nấu luyện qua 3 giai đoạn lò, đúc thành đồng tấm dương cực 98% sau đó chuyển sang điện phân thành đồng tấm sản phẩm 99,95% Khói lò chủ yếu là khí SO2 đi qua hệ thống thu bụi tĩnh điện làm sạch khí sau đó được đưa vào để sản xuất axit Sunfuric H2SO4 Phần bụi thu được vẫn còn hàm lượng đồng cao, ngoài ra còn có các kim loại quý như vàng, selen… được thu hồi

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ tại Nhà máy Luyện đồng Lào Cai

1.3 HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TẠI NHÀ MÁY

Hệ thống giám sát và điều khiển tại nhà máy sử dụng hệ thống DCS SUPMAX 800 của Trung Quốc, trong đó phần hệ thống thu bụi là một trạm tách rời, không kế nối với các trạm khác trong hệ thống

Tuy vậy hiện nay tại nhà máy, do hoạt động lâu ngày trong môi trường có tính

ăn mòn, hệ thống điều khiển giám sát thu bụi tại trạm điều khiển đã bị hư hỏng Nhà máy đã thuê các đơn vị ngoài khôi phục hệ thống bằng phương pháp điều khiển theo cấp điện áp Theo phương pháp này hệ thống sẽ gồm 7 cấp điện áp, người vận hành tăng hay giảm cấp điện áp bằng cách điều khiển thông qua màn hình HMI

Hình 1.3 Tủ điều khiển điều khiển điện áp tại nhà máy

Ưu điểm:

- Hệ thống vận hành đơn giản, dễ thay thế sửa chữa

Nhược điểm:

- Hệ thống không tối ưu khả năng thu bụi

- Thường xảy ra hiện tượng phóng điện làm dừng hệ thống khi có sự biến động

về các thông số làm ảnh hưởng đến cách điện của hệ thống

- Điều khiển hệ thống phụ thuộc nhiều vào người vận hành Khi tăng điện áp lên cao có thể xảy ra phóng điện làm dừng hệ thống, phải khởi động lại từ đầu Do vậy thông thường để hệ thống hoạt động ổn định, người vận hành thường đặt điện

áp thứ cấp ở mức thấp, làm giảm hiệu suất thu bụi của nhà máy

Do các nhược điểm kể trên, việc thiết kế hệ thống thu bụi mới có khả năng tự điều chỉnh được điện áp nhằm tối đa hóa hiệu suất thu bụi của nhà máy là yêu cầu cấp thiết

Chương 2:

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIỀU

KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO NHÀ MÁY LUYỆN ĐỒNG LÀO CAI

2.1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

Để đưa ra được phương án thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống thu bụi tĩnh điện, chúng ta cần phải hiểu rõ các yêu cầu điều khiển và giám sát từ đó phân tích và đánh giá, sau đó đưa ra phương án thiết kế, thi công

2.1.1 Giới thiệu hệ thống thu bụi tĩnh điện

Thu bụi tĩnh điện là hệ thống lọc bỏ các hạt bụi có kích thước nhỏ khỏi dòng không khí chảy qua buồng thu, trên nguyên lý ion hoá và tách bụi ra khỏi không khí khi chúng đi qua vùng có trường điện lớn Thiết bị thu bụi tĩnh điện được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, nhiệt điện… Thu bụi tĩnh điện có những ưu điểm vượt trội so với những thiết bị lọc bụi khác:

- Hiệu suất thu bụi cao, trên 95%, chi phí năng lượng thấp: 0,3-1,8MJ/ 100m3khí thải

- Nhiệt độ khí có thể đạt được tới 500OC

- Có thể thu được các hạt bụi với kích thước nhỏ tới 0,1 µm và nồng độ bụi từ vào gam cho đến 50g/m3

- Có thể làm việc với dòng điện cao

Tuy nhiên thu bụi tĩnh điện cũng có những nhược điểm sau:

- Độ nhạy cao: Khi có sự sai khác nhỏ giữa giá trị thực tế của các thông số công nghệ và các giá trị tính toán thiết kế thì hiệu quả giảm nhiều

- Những sự cố cơ học nhỏ cũng ảnh hưởng lớn tới hiệu quả thu bụi Thực tế khi làm việc trong môi trường khí có tính ăn mòn như SO2 tại nhà máy Luyện đồng Lào Cai, các tấm bản cực thường bị ăn mòn, đứt dẫn đến chạm chập

- Không sử dụng được cho những chất khí dễ nổ, do thường xuất hiện các tia lửa điện

Cấu tạo của hệ thống thu bụi tĩnh điện

Buồng thu bụi tĩnh điện được cấu tạo hình hộp chữ nhật, bên trong có đặt các tấm bản cực rộng làm cực lắng và các dây thép gai làm cực phóng Trên điện cực phóng được cung cấp dòng điện một chiều có điện thế cao từ 40kV đến 72kV Do điện thế cao nên cường độ điện trường xung quanh có giá trị lớn và gây ra hiện tượng va đập ion mãnh liệt ( hiệu ứng corona), biểu hiện là nhìn thấy một quầng sáng bao phủ xung quanh điện cực này Cực phóng điện quầng sáng không lan rộng

ra toàn bộ không gian giữa hai điện cực mà yếu đi và tắt dân theo phương từ cực phóng đến cực lắng Điện trường giữa hai điện cực là điện trường không đều Các ion chủ yếu được tạo ra trong vùng quầng sáng quanh điện cực âm

Điện cực phóng có thể có điện thế âm hoặc dương Tại nhà máy Luyện đồng Lào Cai, khí lò chủ yếu là SO2, mang điện tích âm trong tự nhiên, có khả năng hấp thụ electron tự do tốt nên chọn điện cực phóng là cực âm Ngoài ra tia lửa điện trong điện cực âm cao hơn so với khi điện cực phóng là dương, do vậy đạt điện trường lớn hơn Các ion âm cũng có độ linh động lớn hơn so với các ion âm

Dòng điện sử dụng trong thu bụi phải là điện một chiều để sinh ra điện trường

cố định hút bụi về phía cực lắng

Dưới tác dụng của lực điện trường các ion sẽ dịch chuyển về phía điện cực trái dấu của chúng tạo thành dòng điện Khi thổi khí thải có chứa bẩn qua không gian giữa hai điện cực thì các ion sẽ bám dính lên bề mặt của các hạt bụi và các hạt bụi trở nên mang điện Dưới ảnh hưởng của lực điện trường các hạt bụi đã tích điện sẽ chuyển dịch tới các điện cực trái dấu với các điện tích chúng tích được, khi tới điện cực các hạt bụi bám lại trên bề mặt điện cực

Hình 2.1 Hệ thống thu bụi tĩnh điện

Hiệu quả của hệ thống lọc bụi tĩnh điện phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố như: kích thước của hạt bụi, tính chất của điện cực, thiết bị điện điều khiển điện trường, tốc độ chuyển động và sự phân bố đồng đều lượng không khí trong vùng điện trường Với điều kiện hoạt động tốt hệ thống có thể đạt hiệu suất lọc bụi đạt trên 95% Bụi sẽ được tách khỏi các tấm cực bằng việc rung rũ tấm cực

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lọc bụi tĩnh điện ở hình 2.2 Nguồn điện xoay chiều 380V được đưa đến bộ biến đổi AC-AC 1 pha dùng phần tử bán dẫn Thyristor Điện áp sau bộ biến đổi này được đưa đến máy biến thế tăng áp BA (380V/72kV) Điện áp cao áp xoay chiều của máy biến áp được chỉnh lưu thành điện áp một chiều bằng bộ chỉnh lưu cầu diode cao áp Điện áp cao áp một chiều được đưa đến tháp lọc bụi để ion hoá các hạt bụi

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu bụi tĩnh điện

Các dàn treo bản cực âm và dương được treo cách điện với vỏ và hệ thống búa

gõ bằng các trục sứ xuyên cao áp Các trục sứ này làm việc trong môi trường khói bụi nên cần không bám bụi để đảm bảo cách điện

Khói bụi từ lò luyện được đi qua 04 buồng thu bụi -72kV Điện áp buồng bụi được điều khiển bằng bộ điều khiển xung áp Tiristo phía sơ cấp trên nguyên tắc đẩy điện áp lên cao dần, khi xảy ra phóng điện thì quay trở lại mức điện áp cũ Điện áp phía thứ cấp được chỉnh lưu bằng mạch diode chỉnh lưu cầu cao áp Trong quá trình thu bụi, hệ thống liên tục đo nhiệt độ tại các buồng sứ gửi về bộ điều khiển để duy trì nhiệt độ 160-185oC, tránh để nhiệt độ xuống thấp tạo axit tại các quả sứ làm giảm cách điện, gây phóng điện trên bề mặt sứ Bộ điều khiển cũng được cài đặt thời gian để điều khiển các động cơ rung rũ bụi tại các buồng bụi

2.1.2 Đặc tính Volt- Ampe của hệ thống

Hình 2.3 Đặc tính Vol-Ampe của hệ thống

Qua hình vẽ chúng ta thấy trong giai đoạn từ “0” đến A( u = 0 ~ UA) các ion

và điện tử tự do có sẵn trong chất khí ( do yếu tố ion hoá bên ngoài) dưới tác dụng của điện trường sẽ chuyển động về các điện cực và tạo nên dòng điện Khi điện áp tăng thì cường độ điện trường giữa hai điện cực sẽ tăng ( E = u/S) ; lực tác dụng lên các điện tích sẽ tăng lên ( F = qE), do vậy tốc độ chuyển động của các điện tích tăng

và dòng sẽ tăng tuyến tính theo định luật Ôm ( Vùng I) Ở trong vùng I các điện tích dương và âm có thể kết hợp với nhau thành phân tử trung hoà Ở điểm A có điện áp cao, tốc độ chuyển dộng của các điện tích lớn, quá trình tăng của dòng điện chấm dứt vì toàn bộ các điện tích đều tới được điện cực

Giai đoạn từ “A” đến “B” là giai đoạn bão hoà ( u = uA + uB ) Trong vùng II này dòng điện vẫn duy trì nhưng không tăng là do số lượng điện tích sinh ra bởi nhân tố ion hoá bên ngoài có hạn Tốc độ chuyển dộng của điện tích khá cao, có bao

nhiêu điện tích sinh ra thì có bấy nhiêu điện tích đi về các điện cực hết ( không còn

sự kết hợp) và dòng điện đạt trị số bão hoà

- Giai đoạn sau điểm B ( u > uB ):

Nếu cho điện áp tiếp tục tăng, cường độ điện trường tăng cao và tốc độ chuyển động của các điện tích khá lớn, khi va chạm với phân tử trung hoà sẽ gây nên ion hoã mãnh liệt Số lượng điện tích tăng lên theo hàm sỗ mũ, đến Uth dòng điện tăng vọt lên và gây nên phóng điện giữa hai điện cực Dòng điện tăng đến Inm, điện áp giữa hai cực giảm về 0

Vùng III là vùng duy trì hồ quang Quá trình ion hoá trong giai đoạn này là quá trình tự duy trì vì nó không phụ thuộc vào nhân tố ion hoá bên ngoài Lúc này chất khí bị mất hoàn toàn tính chất cách điện trở thành vật dẫn ở trạng thái plazma Trong plazma, phần lớn các phần tử khí được ion hóa và số điện tích âm ( chủ yếu

là electron) đã tạo nên điện dẫn chất khí Tuy nhiên điện dẫn electron của plazma có khác với điện dẫn electron của kim loại vì các điện tích khác dấu của nó không ngừng kết hợp với nhau, do đó để có dẫn điện trong plazma phải luôn luôn có quá trình ion hoá để giữ cho mật độ điện tích ổn định

2.1.3 Phân tích yêu cầu điều khiển

âm Lúc này dưới tác dụng của điện trường, các hạt bụi bị hút về phía các tấm bản cực dương Có 2 trường hợp xảy ra:

Trường hợp 1: Bụi khô ( điện trở cao)

Hình 2.5 Trường hợp bụi khô

Các hạt bám vào bản cực dương tạo thành các lớp có điện trở cao ngăn cách giữa bản cực dương và các hạt đến bám, gây ra hiện tượng phóng điện giữa các lớp bụi, làm giảm điện thế giữa hai bản cực và tăng dòng điện Hiện tượng này gọi là Back Corona Để tránh hiện tượng này, phải giảm điện thế giữa hai bản cực, dẫn đến giảm khả năng thu bụi của hệ thống Do vậy, cần rung rũ bụi liên tục để tránh bụi bám quá dày trên bản cực dương

Trường hợp 2: Bụi ướt ( điện trở thấp)

Hình 2.6 Trường hợp bụi ướt

Lớp bụi ướt bám trên bề mặt bản cực dương bị nhiễm điện dương làm giảm khoảng cách giữa hai bản cực, đến độ dày nhất định gây ra hiện tượng phóng điện giữa hai bản cực, làm giảm điện áp và có thể gây ra cháy cuộn dây thứ cấp của máy biến áp do ngắn mạch Do vậy cần luôn duy trì nhiệt độ ổn định trong khoảng trên

200OC để bụi không bị ẩm

Trong thực tế, nhiệt độ của khí lò là rất cao nên ở các bản cực dương bụi khá khô Tuy nhiên tại các trục sứ cách điện gần với môi trường bên ngoài nhiệt độ thấp hơn, khí SO2 kết hợp với hơi ẩm có trong không khí tạo thành axit dạng keo bám trên bề mặt sứ làm giảm cách điện Do vậy, cần điều khiển gia nhiệt tại các trục sứ này ở khoảng nhiệt độ 160-185OC Nhiệt độ quá cao có thể ảnh hưởng đến độ bền

cơ học của sứ

Hình 2.7 Vùng hoạt động của thu bụi tĩnh điện

Trong vùng hoạt động của hệ thống, dòng điện tăng tuyến tính với điện áp,

khó khăn khi bụi thay đổi như đã phân tích ở trên, do vậy nên chọn điều khiển theo

ổn định dòng điện

2.1.4 Phân tích yêu cầu giám sát

Các thông số như điện áp, dòng điện của cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA cao

áp, nhiệt độ buồng cần phải được cập nhật, hiển thị lên tục trên màn hình để có thể giám sát liên tục Để làm được điều này cần sử dụng các thiết bị đo dòng, áp, bộ phân áp, các can nhiệt điện trở Các thiết này sẽ biến đổi các thông số như dòng điện, điện áp, nhiệt độ thành các tín hiệu điện áp 0-10V hoặc từ 4-20mA tương ứng, các tín hiệu này sẽ được đưa vào bộ điều khiển để lập trình và hiển thị lên màn hình cảm ứng

2.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.2.1 Lựa chọn giải pháp điều khiển, giám sát và truyền thông

Yêu cầu điều khiển ở đây là ổn định dòng điện đầu ra của máy biến áp Cần có biến dòng, bộ phân áp để đo lường, phản hồi và hiển thị các thông số Giá trị đặt được đặt trực tiếp trong phần mềm vào PLC thông qua máy tính

Nhiệt độ đo từ tháp được hiển thị và cài đặt giá trị mong muốn qua màn hình giao tiếp giữa người và máy (HMI)

Thời gian giữa các lần chạy búa gõ rũ bụi được hiển thị và cài đặt giá trị mong muốn qua màn hình giao tiếp giữa người và máy (HMI)

Yêu cầu giám sát ở đây là giám sát online các thông số dòng điện, điện áp, nhiệt độ

Về vấn đề truyền thông, do trạm điều khiển và giám sát nằm ngay phía dưới

hệ thống thu bụi nên có thể sử dụng RS485 để truyền tín hiệu nhiệt độ về bộ chuyển đổi RTD 8 kênh, đầu ra của bộ chuyển đổi RTD truyền thông với bộ điều khiển S7-

200 qua cổng truyền thông Modbus

Giải pháp điều khiển, giám sát và truyền thông được mô tả tóm tắt theo hình 2.8

Hình 2.8 Giải pháp điều khiển, giám sát và truyền thông

Yêu cầu điều khiển dòng điện phóng được cài đặt trực tiếp vào bộ điều khiển

Việc giám sát các thông số trên mạng lưới được thu thập và hiển thị trên màn hình HMI Điện áp và dòng điện sơ cấp hiển thị trực tiếp trên đồng hồ đo lắp tại tủ

Đối với yêu cầu điều chỉnh nhiệt độ gia nhiệt trục sứ, người dùng sẽ đặt khoảng giá trị điều khiển ( min, max) vào màn hình HMI Giá trị sau đó sẽ được đưa tới bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ so sánh giá trị đặt và giá trị đo được từ cảm biến nhiệt độ và xuất ra tín hiệu điều khiển phù hợp tới bộ gia nhiệt để điều khiển

Lưu đồ thuật toán điều chỉnh nhiệt độ được thể hiện trên hình

Hình 2.9 Lưu đồ thuật toán điều khiển gia nhiệt sứ

2.2.2 Lựa chọn thiết bị

A Lựa chọn các cảm biến nhiệt độ (sensor)

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến nhiệt điện trở (RTD) Tại nhà máy Luyện đồng Lào Cai đang sử dụng loại nhiệt điện trở Pt100 của hãng Quick Sense India Thông số của cảm biến như sau :

Sử dụng các nhiệt điện trở RTD đặt tại các buồng sứ để đo nhiệt độ tại các buồng, mỗi buồng đặt tại 3 vị trí Hệ thống gồm 5 buồng sứ, 4 trục sứ và 4 buồng cao áp cần lắp đặt 5x3+4+4= 23 điện trở

Do số lượng RTD lớn nên cần sử dụng 4 module vào ra RTD I/O module Mỗi module vào ra có 18 đầu vào cho 6 cảm biến 3 dây

PLC sẽ lần lượt quét từng module này để nhận dữ liệu về nhiệt độ tại các điểm

đo của hệ thống

Hình 2.10 Module đầu vào 6RTD

o Hãng sản xuất: Brainchild Electronic

o Độ phân giải: 0.1OC

o Tín hiệu đầu ra: 4-20 mA

B Các module mở rộng

Đối với bộ thu thập dữ liệu (tại nhà máy) ở đây có chức năng thu thập các

thông số, đó là: dòng điện, điện áp, nhiệt độ Mặt khác các điểm đo nằm phía trên trung tâm điều khiển nên truyền thông giữa bộ thu thập dữ liệu tại nhà máy và bộ điều khiển trung tâm chúng ta chọn truyền thông có dây Do đó chọn bộ thu thập dữ liệu Module mở rộng EM235 của Siemens

Hình 2.13 Module EM 223

C Các thiết bị chấp hành

1 Máy biến áp cao thế GGAJ02- 400mA/72kV

o Dòng điện sơ cấp: 108A

o Dòng điện thứ cấp: 400 mA

o Công suất: 41kVA

2 Động cơ rung rũ bụi

Bụi được rũ bằng các búa gõ lệch tâm, công suất động cơ 0,75kW

Hình 2.15 Động cơ rung rũ bụi

3 Các diode chỉnh lưu cao áp

Điện áp mỗi Diode chịu là 36kV, dòng Itbv = 400mA/2= 200mA Chọn Diode gồm 04 Diode loại 12kV, dòng 350mA

4 Bộ lọc cao tần

Hình 2.16 Bộ lọc cao tần

Gồm các cuộn dây lõi không khí được ghép nối tiếp giữa chỉnh lưu và điện cực đầu ra để bảo vệ bộ chỉnh lưu cầu khỏi các xung ngược tần số cao khi có phóng điện Các cuộn dây có trị số từ 20-50mH và có khả năng chịu đươc 2 lần điện áp thứ cấp

D Bộ điều khiển

Theo thiết kế ngoài chức năng giám sát, điều khiển dòng điện đầu ra của máy bơm, các bơm còn lại của hệ thống được bật tắt bằng cả các nút ấn trên tủ và bật tắt trên màn hình HMI, theo tính toán chúng ta cần 6 đầu vào số, 8 đầu ra số 1 đầu ra Analog Chọn bộ điều khiển là PLC S7-200 CPU 226