Tài liệu đồ án tốt nghiệp công nghệ sản xuất xi măng và hệ thống điều khiển của nhà máy tam điệp

Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình thực tập tại nhà máy xi măng Tam Điệp em đã có dịp tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng, cũng như hệ thống điều khiển tại nhà máy, đặc biệt là ứng dụng của PLC trong hệ thống điều khiển. Trong đồ án này em được PGS.TS Phan Xuân Minh giao nhiệm vụ tìm hiểu toàn bộ công nghệ sản xuất xi măng, đặc biệt là đi sâu nghiên cứu về Precalciner của nhà máy. Em đã xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ cho Precalciner bằng cách sử dụng thiết bị khả trình PLC S7 – 300 thuộc họ Simatic của hăng Siemens. Ý tưởng này được xuất phát từ một số ưu điểm của PLC S7 – 300: - Thuận lợi trong việc sửa chữa và thay thế. - Dễ dàng tìm mua các thiết bị trên thị trường. - Ngôn ngữ lập trình dễ sử dụng và kiểm tra. - Khả năng kết nối truyền thông cao. - Dễ dàng giám sát và điều khiển khi sử dụng WinCC. Tuy đã cố gắng hết sức nhưng do lần đầu tiên bắt tay vào thiết kế một hệ thống điều khiển phức tạp trong nhà máy và thời gian không có nhiều, nên đồ án không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em mong sẽ nhận nhiều sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ án của em sẽ được hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi. Đồ án của em được hoàn thành ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là PGS.TS Phan Xuân Minh, cùng các cán bộ kỹ sư trong xưởng Điện – Điện Tử của nhà máy xi măng Tam Điệp. Em xin trân trọng cám ơn sự giúp đỡ đó. Công nghệ sản xuất xi măng 1 Đồ án tốt nghiệp PHẦN I CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA NHÀ MÁY CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG Công nghệ sản xuất xi măng 2 Đồ án tốt nghiệp 1.1 Giới thiệu chung về nhà máy: Công ty xi măng Tam Điệp được đặt tại xã Quang Sơn thị xã Tam Điệp tỉnh Ninh Bình, nằm gần quốc lộ 1 và đường sắt Bắc Nam nên rất thuận tiện cho việc giao thông vận tải. Công ty đã bắt đầu chạy thử đầu năm 2004 và đến đầu năm 2005 bao xi măng đầu tiên đã được bán ra thị trường. Dây chuyền sản xuất của công ty theo phương pháp khô với các thiết bị thuộc thế hệ mới, tiên tiến nhất trên thế giới. Mức độ cơ giới hóa và tự động hóa cao, định mức tiêu hao nhiên liệu thấp. Toàn bộ dây chuyển sản xuất của nhà máy từ khâu tiếp nhận nguyên vật liệu tới khâu xuất sản phẩm cho khách hàng đều được điều khiển tự động từ phòng điều khiển trung tâm thông qua hệ thống máy tính và hệ thống các tủ PLC của hãng Allen-Bradley ( Hoa Kỳ ). Việc thiết kế cung cấp thiết bị và phần mềm giám sát do các chuyên gia Đan Mạch đảm nhiệm. Ngoài ra công ty còn được trang bị hệ thống lọc bụi, xử lý nước thải và chống ồn hiện đại của thê giới. Công ty có nguồn nguyên liệu phong phú với chất lượng cao và ổn định rất phù hợp với việc sản xuất xi măng, kết hợp với dây chuyền thiết bị hiện đại, hệ thống phân tích nhanh bằng tia X quang, chương trình tối ưu hóa thành phần phối liệu và hệ thống điều khiển tự động với hàng nghìn các đầu đo, đảm bảo quá trình giám sát và điều khiển liên tục toàn bộ quá trình sản xuất, duy trì ổn đình chất lượng sản phẩm ở mức cao nhất. Các loại sản phẩm chính của công ty xi măng Tam Điệp là: PCB30, PCB40 và PCB50. Sản phẩm của công ty được đóng gói trong bao có 5 lớp giấy Karll hoặc bao phức hợp KPK, đảm bảo chất lượng xi măng tốt nhất khi đến tay người tiêu dùng. Tuy nhiên do dây chuyển mới được đưa vào hoạt động nên sảm phẩm xi măng của công ty chưa tìm được thị trường thích hợp vì vậy sản phẩm chính mà công ty bán vẫn là Clinker. Hiện nay với nhu cầu xây dựng mạnh mẽ của đất nước thì thị trường của sản phẩm xi măng vẫn còn rất rộng lớn, trong một ngày gân đây xi măng Tam Điệp sẽ là sản phẩm không thể thiếu được của mỗi công trình. 1.2 Giới thiệu về công nghệ nhà máy: 1.2.1 Khu nghiền liệu: Công nghệ sản xuất xi măng 3 Đồ án tốt nghiệp Đá vôi được khai thác bằng phương pháp nổ mìn và vận chuyển về trạm đập bằng xe ô tô. Tại đây đá được đưa vào máy đập đê làm nhỏ kích thước, máy đập đá là loại máy va đập trực tiếp một rô to có gắn các thanh đập. Đá sau khi đập có kích thước khoảng 150mm và được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ bằng hệ thống băng tải. Máy rải đá vôi (Stacker) có năng suất bình quân 600t/h rải đá vôi thành 2 đống trong kho. Đất sét được khai thác bằng phương pháp bốc xúc trực tiếp và vận chuyển về trạm chứa của nhà máy. Máy đập sét là loại máy đập 2 trục có răng, năng suất đập 250t/h. Đất sét sau khi đập cũng được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ bằng hệ thống băng tải. Kho sét được trang bị 2 máy rải ( Stacker ) rải sét thành 2 Công nghệ sản xuất xi măng 4 Đồ án tốt nghiệp đống dọc kho theo phương pháp đánh luồng. Năng suất rải của mỗi stacker bình quân là 280t/h. Thạch cao ở dạng cục, có thể chứa tại bãi ngoài trời gần với kho chứa tổng hợp. Trước khi đưa vào kho đồng nhất sơ bộ thạch cao cục được đập qua máy đập có năng suất 120t/h. Khối lượng mỗi loại trong kho là: + Than cám : 2 đông x 7500t + Thạch cao : 1 đống x 800t + Xỷ quặng : 1 đống x 5000t Kho chứa đá vôi được lắp đặt một máy cào ( Reclaimer ) kiểu 2 mái bừa, cắt ngang đống, xúc đá vôi vào băng tải ( 151.300 ) chạy dọc kho. Sau đó đổ vào băng (151.320 ) vận chuyển lên két chứa đá vôi ( 331.010 ) . Tốc độ của reclaimer được điều khiển tự động nhằm giữ két chứa ở một độ đầy nhất định ( đã đặt trước ) nhờ sự chỉ báo của tế bào trọng lượng gắn trên két chứa. Kho chứa đất sét cũng được trang bị một reclaimer ( 153.300 ) kiểu cào ngược, cắt ngang luống đưa sét vào băng tải chạy dọc kho sau đó đổ vào băng tải ( 153.340 ) có găn thiết bị định lượng ( 153.345 ) vận chuyển đất trực tiếp vào máy nghiền liệu. Quặng sắt và nguyên liệu giàu SiO 2 cũng được reclaimer kiểu cần cẩu cào vào băng ( 224.700 ) chạy dọc kho đồng nhất và đưa vào các két chứa riêng biệt. Tôc độ của reclaimer ( 224.700 ) sẽ được điều khiển để giữ cho két chứa ở một độ đầy nhất định nhờ sự chỉ báo của các tế bào trọng lượng gắn trên két chứa. Trừ đất sét ( được định lượng qua băng 153.340 ), đá vôi, quặng sắt và nguyên liệu giàu SiO2 để được định lượng nhờ các băng cân trước khi đưa vào máy nghiền liệu. Máy nghiền đứng con lăn Atox được trang bị cho nghiền và sấy hỗn hợp nguyên liệu. Máy phân ly động ( 341. 021 ) được lắp liền trên máy nghiền liệu để phân loại bột liệu. Những hạt quá cỡ sẽ được quay lại bàn nghiền, những hạt thô văng ra khỏi bàn nghiền được cấp liệu rung ( 314.030 ) đưa vào hệ thống tuần hoàn vật liệu. Gồm băng tải ( 331.150 ) và gầu nâng ( 331.140 ) đưa trở lại máy nghiền. Trước khi vào máy nghiền, các kim loại lẫn trong nguyên liệu được tách ra bằng các thiết bị chi tách ( 331.110 ) và ( 331.120 ). Nguồn nhiệt cho sấy được sử dụng chủ yếu là khí thải lò nung sau quạt preheatr. Nhiệt độ khí thải lò nung được điều chỉnh bằng phương pháp phun nước Công nghệ sản xuất xi măng 5 Đồ án tốt nghiệp trong tháp điều hòa khí thải GCT để giữ cho nhiệt độ ra khỏi máy nghiền liệu không đổi ( ở mức đặt trước, khoảng 94 0C ). Khí nóng từ lò nung không đủ nhiệt độ để sấy liệu bên trong máy nghiền thì một máy phát nhiệt ( Generator ) sẽ được khởi động cấp khí nóng bổ sung cho quá trình sấy vật liệu trong máy nghiền. Tỷ lệ phần trăm pha trộn của các loại vật liệu ( đá vôi, đất sét, xỷ, quặng và nguyên liệu giàu SiO2 ) được tính toán cân đối tự động bằng hệ thống điều chỉnh cân đối bột liệu trên cơ sở các hệt số chế tạo do phòng KTSX đưa ra phù hợp với quá trình nung luyện và chất lượng Clinker theo yêu cầu ( chế độ trực tuyến : online mode ). Tỷ lệ trên cũng có thể đặt trực tiếp nếu người vận hành chuyển sang chế độ ngoại tuyến ( off line mode ). Quá trình khởi động hệ thống vận chuyển nguyên liệu tới máy nghiền liệu Reclaimer ( 153.300 ) phải khởi động trước cùng với các băng tải để đất sét có thời gian tới các két chứa đá vôi, xỷ, quặng, nguyên liệu giàu SiO 2. Có nghĩa là các băng cân ( 331.020, 331.060, 331.100 ) phải khởi động trễ một thời gian ( đã tính toán trước ) kể từ khi Reclaimer ( 153.300 ) bắt đầu khởi động. Trường hợp sau khi dừng khẩn cấp máy nghiền, vật liệu thô vẫn còn trong băng tải, khi khởi động lại thì người vận hành CCR có thể khởi động bình thường toàn bộ hệ thống vận chuyển mà không cần có thời gian trễ. Bột liệu sau khi được tập trung tai 4 cyclon được vận chuyển bằng máng khí động đưa vào xilô đồng nhất ( 361.040 ). Tốc độ của máy phân ly được điều chỉnh bởi kết quả phân tích độ min sản phẩm của phòng thí nghiệm. Lộ trình vận chuyển bột liệu qua gầu nâng ( 361.010 ) hoặc gầu nâng ( 361.100 ) được chọn bởi người vận hành CCR trước khi khởi động nhóm thiết bị vận chuyển. Khí và bụi sau cyclon lắng, được tuần hoàn lại máy nghiền liệu hoặc đưa qua lọc bụi tĩnh điện ( 341.390 ) ra ống khói nhờ quạt máy nghiền ( 341.090 ) và quạt khí thải ( 341.400 ). Có 5 vòng điều khiển cho quá trình nghiền liệu. 1.2.2 Khu vực lò nung: Công nghệ sản xuất xi măng 6 Đồ án tốt nghiệp Xilô bột liệu được chế tạo bằng bê tông cốt thép có sức chứa 20.000 tấn bột liệu. Đáy xilô được bố trí 7 cửa xả liệu ứng với 7 khoang tròn hình nón và được sục khí bởi hệ thống 3 quạt thổi pít tông quay ( 361.BL.01- 03 ) nhằm đạt tới hiệu quả đồng nhất cao. Hệ thống đường ống cấp khí sục phức tạp và các hộp khí đặt tại đáy xilô tạo lên "tầng sôi" bột liệu xả qua 7 cửa tháo đáy theo chương trình. Mỗi lần xả gồm 3 cửa đáy tương ứng với 3 múi tam giác trong 42 múi tại đáy xilô. Mỗi chu ky bằng 60 giây. Trong chu kỳ xả đáy 12 phút, mỗi chu kỳ được sục đáy một lần. Quá trình suc khí xilô và xả đáy được điều khiển bởi 1 bộ PLC lắp đặt trong một hệ thống vi xử lý. Có 7 cửa tháo tại đáy xilô (361.040 ) mỗi cửa được lắp 2 van, một van vận hành bằng tay một van vận hành bằng khí nén. Sau khi bột liệu tập trung tại phễu nhận và theo chu kỳ xả tại các cửa tháo tương ứng. Sau khi tập trung tại phễu bột liệu qua van vận hành khí nén (361.050 ) vào cân cấp liệu lò nung. Việc tháo xả bột liệu từ cân cấp liệu lò nung nhờ van vận hành mô tơ ( 361.FG11 ). Bột đã qua cân được đưa vào preheater 2 nhánh 5 tầng nhờ máng khí động học ( 361.090 ),các van quay (361.120) và các đối trọng ( Flap Value ) (361.125) và vị trí ống nối giữa cyclone số 2 và cyclone số 1 của 2 nhánh A và B. Vị trí van phân chia liệu (361.095) được điều khiển để tình trạng khí giữa 2 nhánh là như nhau. Do có sức hút của quạt preheater khí nóng từ lò và calciner cuốn bột liệu vào cyclone. Tại cyclone quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa bột liệu và khí nóng, bột liệu tăng dần nhiệt độ và xảy ra các phản ứng mất nước, phản ứng phân hủy khoáng sét. Quá trình canxi hóa xảy ra mãnh liệt khi bột liệu được đưa vào calciner. Trước khi vào lò nung mức độ canxi hóa đạt 90% - 95%, nhiệt độ bột liệu vào khoảng 860 – Công nghệ sản xuất xi măng 7 Đồ án tốt nghiệp 8750C. Do có độ dốc và chuyển động quay của lò nung bột liệu được vận chuyển từ đầu lò tới máy làm lạnh clinker trên chiều dài 71m của lò. Khi ra khỏi lò nung bột liệu có nhiệt độ vào khoảng 13500C được rơi vào máy làm lạnh clinker kiểu ghi để làm nguội. Hệ thống điều khiển lò nung có 11 vòng điều chỉnh. Than cám 4A được reclaimer cào vào băng tải chạy dọc kho và được đưa tới két chứa nhờ hệ thống băng tải. Trước khi vào két chứa kim loại trong than được chia tách thải bỏ nhờ hai thiết bị phát hiện kim loại. Sau đó than được tháo từ két chứa vào máy nghiền, máy nghiền than là loại máy nghiền Atox kiểu 3 con lăn được lắp đặt cùng máy phân ly động kiểu RAKM. Có 4 mạch điều khiển được lắp đặt cho máy nghiền than. Sau khi nghiền, than mịn được đưa tới các vòi phun nhờ khí từ các quạt thổi cung cấp cho vòi phun calciner và vòi phun chính của lò. Dầu MFO được một thiết bị gia nhiệt hâm sấy tới nhiệt độ 120 – 130 0C và được bơm tới vòi phun cho giai đoạn sấy và khởi động lò nung. Ngoài ra dầu còn được cung cấp tới các generator phát nhiệt cho sấy máy nghiền liệu và máy nghiền than. 1.2.3 Khu vực nghiền – đóng bao: Xi măng thành phẩm được hệ thống vít tải, gầu nâng và mang khí động học vận chuyển vào 4 xilô chứa. Để đồng nhất và tháo xi măng ra khỏi xilô, hệ thống các quạt thổi được lắp đặt để sục khí vào khoang trộn. Xi măng được tháo ra tại đáy duy nhất cho mỗi xilô bên trong khoang trộn rồi qua các van điều khiển lưu lượng vào hệ thống máng khí động học và gầu nâng đến két chứa cho các máy đóng bao. Máng khí động học xả xi măng rời trực tiếp ra các xe ô tô. CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA NHÀ MÁY 2.1 Hệ thống điều khiển: Công nghệ sản xuất xi măng 8 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điều khiển của nhà máy gồm có 12 bộ PLC lắp đặt cho các công đoạn sau: + Đập đá vôi, đập đất sét + Kho đá vôi, đất sét + Nghiền liệu + Cấp liệu lò nung + Nung Clinker + Nghiền than + Nghiền sơ bộ + Đập phụ gia, thạch cao + Nghiền xi măng + Đóng bao 1 + Đóng bao 2 PLC là bộ điều khiển logic khả trình có những chức năng quan trọng nhất để điều khiển hoạt động toàn nhà máy: + Điều khiển đóng mạch PID + Điều khiển trình tự động cơ + Phát hiện sai lỗi vận hành + Xử lý báo động + Quét tín hiệu analog, tín hiệu số + Thông tin với hệ thống ECS/OP Station + Thông tin với các PLC khác Các bộ cáp cho kết nối mạng của hệ thống bao gồm: + 1 bộ 500m cáp Ethernet cho kết nối mạng tại vị trí kỹ thuật vận hành + 1 bộ 12km cáp Ethernet cho mạng PLC kể cả phạm vi kết nối giữa phòng điều khiển trung tâm và phòng điều khiển tại chỗ + 1 bộ 4km cáp Device Net cho mạng cáp từ hệ thống PLC đến các thiết bị được điều khiển từ xa hoặc tại chỗ. + Một modul kỹ thuật FLS – ACE/PLC nhãn hiệu FLSA + Một modul tài liệu FLS – ACE/PLC nhãn hiệu FLSA 2.2 Các vị trí vận hành: a. Tại phòng điều khiển trung tâm: Gồm 6 vị trí: - 5 giao diện vận hành gồm máy tính, chuột, bàn phím để điều khiển quá trình. Trong đó có 2 máy tính chủ có dung tích ổ cứng và bộ nhớ gấp đôi máy tính Công nghệ sản xuất xi măng 9 Đồ án tốt nghiệp thường, cùng các thiết bị phụ để bảo vệ máy tính chủ. Máy in cho phép in các báo động, máy in lazer cho báo cáo, máy in mầu để copy các màn hình cần thiết. - Một vị trí kỹ thuật lập trình gồm 1 máy tính chủ 32 phần mềm PC AnyWhere: phần mềm chương trình PLC AutoCAC Light; Microsoft Office For Window, phần mềm ECS/Op Station cho giao diện HMI b. Tại phòng điều khiển tại chỗ: Có 4 phòng điều khiển tại chỗ cho các công đoạn sau: - Đập đá vôi - Đập đất sét - Đập thạch cao - Đóng bao xi măng Thiết bị điều khiển tại mỗi phòng điều khiển tại chỗ gồm: - 1 máy tính chủ màn hình 21 inch, chuột bàn phím - Giá đỡ và các thiết bị đầu nối Ngoài hệ thống điều khiển còn được trang bị các modul: - Modul phần mềm FLS - SDR cho thu nhận dữ liệu, báo động, ghi chép báo cáo và các chức năng khác. - Modul phần mềm FLS - ECS/Op Station hiệu FLSA - Một modul kỹ thuật FLS - ACE cho hệ thống các giao diện vận hành, hiệu FLSA 2.3 Chức năng của hệ thống: Việc đánh giá hệ thống tự động điều khiển quá trình dựa trên cơ sở khái niệm về hệ thống FLS - ACE/System (Adaptable Control Engineering ) bao gồm các giao diện vận hành cho người và thiết bị dựa trên hệ thống FLS ECS/Op Station và các bộ điều khiển logic khả lập trình cho việc điều khiển và thu nhận dữ liệu quá trình dựa trên hệ thống FLS - ACE Allen Bradley PLS System. Hệ thống điều khiển các quá trình chính bao gồm việc giám sát và điều khiển các công đoạn sau: - Nghiền liệu - Cấp liệu lò nung - Lò nung - Máy làm nguội - Nghiền than - Nghiền sơ bộ xi măng - Nghiền xi măng Công nghệ sản xuất xi măng 10 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điều khiển các quá trình chính dựa trên cơ sở hệ thống máy tính tại vị trí vận hành trung tâm cho giao diện HMI. Các PLC phân tán và các Modules I/O ( lắp đặt trong các trạm ) cho việc điều khiển môtơ, xử lý báo động và điều khiển vòng. Thông tin giữa các vị trí vần hành trung tâm và hệ thống PLC phân tán sẽ được thưc hiện thông qua hệ thống mạng Ethernet tốc độ cao. Hệ thống điều khiển tại chỗ bao gồm: - Đập đá vôi - Đập đất sét - Đập thạch cao - 2 xưởng đóng bao Các hệ thống điều khiển tại chỗ này dựa trên cơ sở vị trí vận hành tại chỗ cho giám sát và điều khiển, hệ thống PLC và các Modul I/O cho điều khiển môtơ, xử lý báo động và các vòng điều khiển. Các phòng điều khiển tại chỗ được kết nối tới hệ thống điều khiển quá trình chính thông qua hệ thống mạng Ethernet. Người vận hành hệ thống điều khiển quá trình chính ( tại phòng điều khiển trung tâm ) có thể theo dõi, giám sát tình trạng có liên quan tới các công đoạn vận hành tại chỗ. Cho mỗi công đoạn các màn hình sau đây được xác định: a. Hiển thị Mimic ( Mimic display ): - Trong Mimic các phần của công đoạn được đại diện bằng các hình thể tiếp nối với các loại vật liệu và lưu lượng khí. - Mỗi mô tơ, van mở hay ngắt được hiển thị thông tin về 256 tình trạng khác nhau như: chạy, dừng, báo lỗi, tại chỗ, bình thường, mở, ngắt - Mỗi thông tin trạng thái được hiển thị mầu được mô tả nguyên văn trên vị trí vận hành. - Các giá trị analog được hiển thị cùng với các mầu khác nhau tương ứng với các mức báo động bằng số hoặc bằng mô hình các thanh. - Các đường cong hướng cho các giá trị kiểm soát có thể được đưa vào hình ảnh mimic. b. Hiển thị start - up ( Start - up display ): - Các mimic đăc biệt được thiết kế để khởi động, dừng các nhóm thiết bị qua các chương trình điều khiển PLC cùng các thông tin về báo động, khoá liên động cho các nhóm dừng và khởi động. c. Hiển thị vòng PID ( PID loop display ): - Việc điều khiển vòng cùng với thưc đơn bộ điều khiển và hình ảnh đường cong điều khiển dựa trên 3 chế độ vận hành: + Chế độ Auto Công nghệ sản xuất xi măng 11 Đồ án tốt nghiệp + Chế độ Manual + Chế độ Force down - Việc điều khiển vòng được thực hiện từ các cửa sổ Pop – up ( PID Faceplate ) sử dụng chuột cùng với các hình thể trong PID Facepiate. Facepiate hiển thị điểm đặt, đầu vào quá trình, đầu ra bộ điều khiển và có thể nhập vào sơ đồ mimic. d. Xem xet báo động: - Các thông tin về báo động quá trình và hệ thống có thể xảy ra cùng. với thời gian xuất hiện - Mỗi tín hiệu analog có thể có trên 10 mức khác nhau. Mỗi mức đại . diện cho 1 mức báo động - Trong PLC, mỗi báo động được đánh dấu thời gian tại thời điểm ghi và xoá, cho phép phân tích báo động các máy đơn hoặc phân xưởng. e. Các đường cong về hướng: - Cung cấp thông tin về năng suất máy móc và quá trình trong thời kỳ và so sánh sự phát triển các giá trị quá trình khác nhau cùng với các dữ liệu thực tế và dữ liệu đã qua. - Xác định các nhóm cùng với 4 đường cong dữ liệu kiểm soát. - Các đường cong đã qua và đường cong tại thời điểm thực tế. f. Các báo cáo: - Các báo cáo quá trình chứa đựng 16 giá trị điểm khác nhau về giá trị vận hành như sản phẩm, mức tiêu tốn nguyên, nhiên liệu... được báo cáo tự động trong 24h. - Báo cáo tháng hoặc giá trị trung bình ngày, báo cáo năm với tính toán tháng hoặc giá trị trung bình tháng, số giờ làm việc liên tục của thiết bị. - Các báo cáo về báo động - Các báo cáo về sự việc xảy ra - Báo cáo về hướng cùng với 4 đường cong 2.4 Giám sát và điều khiển FLF - ECS Expert: a. Thiết bị tối ưu hoá quá trình bao gồm: - 1 máy tính chủ với bộ nhớ 128Mbyte dung tích ổ cứng 10Gbyte màn hình 21 inch chuột và bàn phím. - 1 máy in lazer b. Điều khiển lò nung: - 1 modul điều khiển lò FLS - ECS/Fuggy Expert, hiệu FLSA: điều Công nghệ sản xuất xi măng 12 Đồ án tốt nghiệp khiển giám sát lò nung khi lò đã nạp tới 70% năng suất nhằm ổn định lò nung, chất lượng Clinker, kinh tế về nguyên liệu và sản phẩm tối đa dựa trên mức. - Nhóm điều khiển zôn nung: + Xử lý tổn thất gạch chịu lửa + Ổn định vận hành + Chất lượng Clinker tốt + Sản phẩm tối đa - Nhóm điều khiển quá trình cháy: + Mức CO đúng + Mức O2 đúng + Tiết kiệm về nhiên liệu với nhiệt độ khí gas thải ra là nhỏ nhất. - Nhóm điều khiển điểm đặt dẫn động: + Cấp liệu lò nung + Nhiên liệu tới lò + Tôc độ quạt khí thải c. Điều khiển khởi động lò nung: - Modul điều khiển khởi động lò FLS - ECS/Fuzzy Expert hiệu FLSA: điều khiển và giám sát lò nung từ khi cấp liệu tới khi cấp liệu đạt 70% năng suất. - Nhóm điều khiển khởi động lò bao gồm các mục tiêu: + Làm tăng tốc độ lò và cấp liệu lò nung tới mức sản xuất mong muốn. + Điều khiển tiêu tốn nhiệt trong phần nung theo chức năng. + Điều khiển điểm đặt nhiệt độ cho Calciner theo chức năng. - Điều khiển điểm đặt cho dẫn động: + Tốc độ lò + Cấp liệu lò + Nhiên liệu cấp cho lò d. Điều khiển máy làm nguội: Modul phần mềm FLS - ECS/Fuzzy Expert điều khiển máy làm nguội nhãn hiệu FLSA bao gồm: - Nhóm điều khiển máy làm nguội clinker bao gồm những mục tiêu sau: + Điều khiển dòng chảy Công nghệ sản xuất xi măng 13 Đồ án tốt nghiệp + Ổn định áp suất dưới ghi + Ổn định và tối đa lượng gió 2 và gió 3 + Tối ưu hoá lượng gió làm mát + Những mục tiêu mới do khách hàng qui định - Điều khiển điểm đặt cho đẫn động: + Áp suất ghi số 1. + Tốc độ các ghi + Lưu lượng gió của tất cả các quạt e. Điều khiển máy nghiền xi măng: - Modul phần mềm FLS - ECS/fuzzy Expert điều khiển máy nghiền xi măng nhãn hiệu FLSA bao gồm: việc điều khiển máy phân ly trong giai đoạn nghiền xi măng nhằm đạt chất lượng xi măng và sản lượng tối đa. - Nhóm điều khiển máy nghiền xi măng gồm các mục đích sau: + Độ mịn tối ưu + Sản phẩm tối đa và phần quay lại máy nghiền là tối thiểu. + Những mục tiêu do khách hàng xác định. - Điều khiển điểm đặt cho các dẫn động: + Tốc độ máy phân ly + Cấp liệu mới tới máy nghiền f. Máy quét Scanner: - Hệ thống được trang bị một máy quét nhiệt độ vỏ lò nung để giám sát theo dõi nhiệt độ vỏ lò và gạch chịu lửa. Thiết bị scanner là một máy quét tia hồng ngoại tốc độ cao để đo nhiệt độ vỏ lò nung. Cứ mỗi vòng quay của vỏ lò nung, toàn bộ nhiệt độ vỏ lò được thu về với 1 hình chữ nhật 20 - 30cm trên màn hình máy quét. - Máy quét Scanner không chỉ là 1 thiết bị báo động đáng tin cậy mà còn sử dụng để đánh giá tình hình gạch chịu lửa lát trong lò, tức là xác định mức độ hao mòn lớp lót cũng như phát hiện và mức độ mảng nóng phát triển, độ dày của lớp bảo vệ và hình dạng của vòng đỡ lò, mức độ vùng đốt, giúp cho người vận hành tại phòng điều khiển trung tâm có giải pháp phù hợp nhằm tránh hư hại lớn cho lớp lót và duy trì lo nung tiếp tục hoạt động dài ngày, có hiệu quả. - Một máy tính chủ bộ nhớ 128Mbyte, dung tích ổ cứng 10Gbyte, màn hình 21 inch, chuột, bàn phím và máy in màu được lắp đặt trong phòng điều khiển trung tâm để theo dõi và giám sát nhiệt độ vỏ lò. Công nghệ sản xuất xi măng 14 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG MẠNG ETHERNET TOÀN NHÀ MÁY 3.1 Giới thiệu chung: 3.1.1. Giới thiệu chung: Hệ thống điều khiển tự động của nhà máy được kết nối bởi mô hình mạng Ethernet, dựa trên mô hình 7 lớp OSI. Nguyên tắc đấu nối hình sao Star, điều khiển logic kiểu Bus hoặc kiểu mạch vòng Token Ring. Phương pháp đường truyền bao gồm : Control Net (CN), RS-232, RS485, Data Highway Plus (DH+), twisted Pair, Fiber Optical. Phần mềm quản lý mạng là WinNT4.0 Server, phần mềm điểu khiển và vận hành là Plain Guide, OP Station và RSLogic5000. Công nghệ sản xuất xi măng 15 Đồ án tốt nghiệp Các trạm vận hành và hệ thống các tủ PLC được máy chủ quản lý bằng các địa chỉ IP ( Internet Potcol), cấp phát nhờ dịch vụ DHCP của WinNT4.0Server Hệ thống điều khiển tự động gồm 5 trạm vận hành trung tâm, 5 trạm điều khiển cục bộ và 40 tủ PLC Cabinet. 3.1.2. Hệ thống máy tính quản lý mạng, điều khiển và vận hành: Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống máy tính quản lý mạng toàn nhà máy 3.1.3 Quản lý mạng Ethernet : Bao gồm 2 máy chủ ECS được cấp phát địa chỉ IP1 và IP2. Mỗi máy chủ đấu nối với 1 Ethernet Switch (bộ chuyển mạch mạng thượng tầng ), quản lý hệ thống mạng bằng địa chỉ IP, qua Ethernet Switch. Một trong 2 máy chủ đóng vai trò Back Up Server ( máy chủ sao lưu, dự phòng ). Chúng chạy song hành nhờ dịch vụ đồng bộ dữ liệu của WinNT Server. Ngoài ra còn có 4 bộ chuyển mạch Ethernet Switch khác phục vụ cho các trạm điều khiển và vận hành cục bộ là 131, 133, 222, 641(1), 641(2). 3.1.4. Điều khiển và vận hành: Công nghệ sản xuất xi măng 16 Đồ án tốt nghiệp Bao gồm 5 trạm điều khiển vận hành trung tâm tại phòng điều khiển trung tâm, 5 trạm điều khiển và vận hành cục bộ 131, 133, 222, 641(1), 641(2).Chúng liên kết với nhau nhờ các bộ chuyển mạch Ethernet Switch và địa chỉ IP cấp phát bởi máy chủ ECS. 3.1.5 Lập trịnh PLC và vận hành mô phỏng( lập trình mờ ): Gồm 2 máy trạm lập trình PLC SMART STAION và 1 máy trạm vận hành mô phỏng Fuzzy Epress. Lập trình mờ- Hệ chuyên gia : kiến trúc điều khiển và vận hành giả định, mô phỏng chạy thử và tối ưu hoá quy trình vận hành sản xuất. 3.1.6 Phòng thí nghiệm : Gồm 1 hệ thống lấy mẫu tự động, 1 trạm phân tích quang phổ X-RAY và 1 trạm quản lý chất lượng QCX. 3.1.7 Hệ thống giám sát Cem-Scanner : Gồm 1 trạm Cem-Scanner kết nối với 2 trạm giám sát độc lập LON WORK tại lò nung và vi lò. 3.1.8 Phần còn lại : Các máy in báo cáo quá trình vận hành và sản xuất thường nhật, thường kỳ, tự động và cảnh báo “nóng ”. Chúng được được nối bởi bộ Print Server, liên kết trực tiếp với tất cả các trạm thông qua các bộ chuyển mạch Ethernet Switch với IP được cấp phát bởi máy chủ ECS. 3.2 Hệ thống mạng lưới đấu nối : gồm 5 phần 3.2.1 Điều khiển trung tâm: Mọi thiết bị được đấu nối với Ethernet Switch U11.1 và U11.2 bằng truyền thông cáp xoắn. Hai máy chủ ECS với địa chỉ IP1, IP2 được đấu nối với 2 Switch U11.1 và u11.2. 05 trạm vận hành OP-Station được đánh địa chỉ IP11/12/13/14/15 cũng đấu nối tới U11.1 và U11.2 với truyền thông cáp xoắn Ethernet. Các hoạt động của chúng dựa trên cơ sở phân cấp và điều hành của WinNT4.0. Tuỳ theo sự phân cấp của máy chủ ECS mà mỗi trạm vận hành có chức năng vận hành giống nhau hoặc khác nhau. Một lệnh điều khiển hoặc vận hành từ OP-Station bất kỳ được máy chủ ECS cập nhật, thông qua hệ thống mạng Ethernet chuyển tải xuống từng bộ phận làm việc tương ứng. 02 trạm theo dõi tổng thể quá trình sản xuất của nhà máy là Plant Guide được đánh địa chỉ IP31/IP32 và được đấu nối với U11.1. 2 trạm Plant Guide sử Công nghệ sản xuất xi măng 17 Đồ án tốt nghiệp dụng phần mềm Plant-Guide chạy trên nền hệ điều hành WinNT, đóng vai trò giám sát chặt chẽ mọi hoạt động, phát hiện và cảnh báo sự cố. 02 trạm lập trình PLC Smart Station được đánh địa chỉ IP21/IP22 đấu nối với U11.1 và U11.2 cho phép sửa đổi, thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp (Online/Ofline) mọi vị trí trên dây chuyền sản xuất của nhà máy. Hệ thống QCX, lấy mẫu tự động và X-RAY được đấu nối với U11.2 có địa chỉ IP51/71 và 72. Trạm lập trình mờ Fuzzy Expert đấu nối tới U11.1, 4 máy in báo cáo, cảnh báo được đấu nối tới 1 Print Server, từ đây đấu nối trực tiếp tới 2 máy chủ ECS. 3.2.2 Đập đá và sét 131/133: Là một trạm vận hành Local Control có vị trí đặc biệt là cách xa trung tâm nhà máy. Trạm vận hành đập đá và sét liên kết với điều khiển trung tâm bằng truyền thông sợi quang đa mode, chế độ Half Duplex. Để thực hiện được điều này, nhà máy sử dụng 1 bộ Switch quang tại tram 131 cho phép ghép nối và truyền nhận tín hiệu quang với 731 và với 151/153 một cách chính xác và nhanh nhất. 02 trạm vận hành OP-Station Local 131/133 được đánh địa chỉ IP16/17 cho phép hiện thị và vân hành mọi hoạt động tại trạm đập đá và sét. Thiết lập chế độ thời gian thực của băng tải, công suất máy đập và đồng bộ quá trình liên động với CCR. Vì những lý do kỹ thuật và địa hình, rõ ràng hệ thống Ethernet tại trạm đập đá và sét 131/133 là hệ thống mạng phức tạp nhất của nhà máy. Đòi hỏi yêu cầu lắp đặt, chạy thử và vận hành phải tuyệt đối chính xác. Từ 131/133, người ta còn sử dụng 3 bộ chia quang Split Fiber, phân làm 3 đoạn, mỗi đoạn dài 1km để kết nối liên động với PLC tại 151/153. Do vậy, tổn thất đường truyền nếu có tại 151/153 là điều hoàn toàn dễ hiểu và có thể xảy ra. 3.2.3 Kho tổng hợp(thạch cao, than, phụ gia)222 Tại 222, trạm vận hành tại chỗ OP-Station Local được đánh địa chỉ IP18 cho phép thiết lập thông số với quá trình tiếp nhận,chuyển tải Thạch Cao, Phụ Gia, Than cho quá trình xi măng. Đồng bộ tín hiệu với CCR trong quá trình liên động toàn nhà máy. Đấu nối với CCR bằng truyền thông sợi quang. Bố trí 1 Ethernet Hub thực hiện việc tiếp nhận, phân chia đường truyền và tín hiệu. 3.2.4 Phân xưởng đóng bao 641 (1) và 641 (2): Tương tự như 222. Trạm điều hành cục bộ OP-Station Local tại 641/1 và 641/2 được đánh địa chỉ IP19/IP20 cho phép đồng bộ tín hiệu với CCR băng truyền thông sợi quang bằng 2 Ethernet Hub. Công nghệ sản xuất xi măng 18 Đồ án tốt nghiệp 3.3 Hoạt động của mạng Ethernet của nhà máy: 3.3.1.Hoạt động chung: Trong quá trình điều khiển và vận hành, 1 mệnh lệnh sau khi được người vận hành đưa vào hệ thống sẽ được máy chủ ECS xác nhận địa chỉ IP nơi gửi và nơi thực thi mệnh lệnh.Tín hiệu dựa trên cơ sở cấu trúc mạng hình sao STAR thiết lập 1leadline nhanh nhất, ngắn nhất bằng các cơ sở sẵn có về cấu trúc vật lý như tốc độ truyền, số bít truyền, số khung truyền, khoảng cách trưyền….Từ trạm điều hành trung tâm, gói dữ liệu bao gồm những thông số được máy chủ thiết lập theo tiêu chuẩn Ethernet được gửi đi. Tại các bộ chuyển mạch Ethernet Switch, gói dữ liệu được đưa vào bộ nhớ đệm và chờ đợi Ethernet Switch lựa chọn một cổng địa chỉ thích hợp để gửi tới bộ phận hạng mục thực thi. Cơ chế lựa chọn cổng địa chỉ của ES là cơ chế Logic mạch vòng-Token Ring. Với cơ chế này, ES sẽ quét tất cả các cổng đầu ra và lựa chọn một cổng tương ứng với thông số mà máy ECS gửi , ở đấy chính là điạ chỉ IP.Trong trường hợp có lỗi hoặc không tìm thấy địa chỉ IP cần thiết, gói dữ liệu sẽ trả lại 1 xung tín hiệu gọi là bít dừng (Bit Stop).Máy chủ ECS sẽ phát hiện và thông báo với trạm vận hành. Lúc này, 1mệnh lệnh có thể thực hiện lại từ đầu hoặc huỷ bỏ. Theo cấu trúc vật lý Ethernet của nhà máy tại một số hạng mục,người ta thiết lập thêm nhiều cơ chế mạch vòng Token Ring, Conrol net, Device Net, LON worknet khác cho việc thưc thi mệnh lệnh một cách chính xác và triệt để, Để thực hiện được điều này, người ta sử dụng thêm một số Ethernet Hub và Ethernet Switch khác cho các hạng mục như đập đá và sét 131/131;kho tổng hợp(thạch cao, than, phụ gia)222; phân xưởng đóng bao 641(1); phân xướng đóng bao 641(2).Các Ethernet Hub và Ethernet Switch này thực hiện cơ chế mạch vòng Token Ring tương tự như tại điều khiển trung tâm.Gói dữ liệu được chuyển vào bộ đệm, được lựa chọn địa chỉ IP đầu ra và được trưyền đi với tốc độ cho phép. Tính linh hoạt của Ethernt ngoài việc có thể thiết lập nhiều cơ chế Logic mạch vòng Token Ring và trường Bus trên cơ sở cấu trúc vật lý mạng hình sao Star. Nó cũng cho phép thực hiện cơ chế liên kết cơ chế dữ liệu kiểu trường Bus tại từng hạng mục. Tiêu biểu là tiêu chuẩn giao diện RS-485 và CN(Control Net)bằng cáp xoắn đôi cho việc liên kết giữa các PLC Cabinet tại các hạng mục. Quá trình thực thi 1 mệnh lệnh trong điều khiển và tự động hoá của nhà máy cho ta thấy cấu trúc Ethernet tiêu biểu. Đó là cấu trúc phân tán theo lớp với Công nghệ sản xuất xi măng 19 Đồ án tốt nghiệp tốc độ cao, chính xác tuyệt đối và dễ dàng sửa đổi, nâng cấp mở rộng.Mặc dù vậy, nó cũng đòi hỏi khả năng vận hành và quản trị mạng lưới chấp nhận được. 3.3.2. Cấu trúc mạng –Topology: - Cấu trúc hình sao-Star: Trạm trung tâm ECS quan trọng hơn tất cả các nút khác, ECS sẽ điều khiển truyền thông của toàn mạng. Các thành viên khác như các trạm vận hành, các tủ PLC, các trạm SLC, được kết nối gián tiếp với nhau qua trạm trung gian ECS. Liên kết về mặt vật lý là điểm - điểm, về mặt logic vẫn có thể là đa điềm. Trong nhà máy, mạng Ethernet có cấu trúc hình sao về mặt vật lý nhưng lại có cấu trúc logic như 1 mạch vòng và 1 hệ bus. Bởi các trạm từ 131 đến 641 vẫn có thể hoạt động tại bản thân nó ngay cả khi không có sự điều hành của trạm trung tâm tại 731. Nhờ có Ethernet Switch/Hub hiện đại và cáp truyền dẫn quang tốc độ cao lên tới 100Mps, cấu trúc hình sao hoàn toàn có thể đảm đương các chức năng điều khiển tự động của nhà máy. Với cấu trúc hình sao, nhà máy có khả năng nâng cấp và mở rộng hệ thống mạng dễ dàng. Star Hình 3.2 Sơ đồ nối dây hình sao - Control Net : Dựa trên cơ sở cấu trúc Bus. Tất cả các thành viên của mạng đều nối trực tiếp với 1 đường dẫn chung. Có thể thấy ở hầu hết các hệ thống PLC và SLC tại các phân xưởng. Từ các tủ PLC Cabinet nối tới các tủ I/O, nối tới các bộ SLC của các thiết bị, các động cơ, các đầu đo, van... Trong hệ thống Ethernet của nhà máy, cấu trúc Control Net phát huy tính năng của nó giúp hoàn thiện quá trình liên động của hệ thống. Đáp ứng yêu cầu tương thích của các cấu trúc Profibus, CAN, LON Work. Có 3 loại cấu trúc Control Net-Bus : - Daisy Chain: mỗi trạm được nối mạng trực tiếp tại giao lộ của 2 đoạn dây dẫn, không qua đoạn dây nối phụ vào. Công nghệ sản xuất xi măng 20