1. Trang Chủ
  2. Cơ khí - Chế tạo máy
  3. Báo cáo môn học Hệ thống tự động hóa nhà máy xi măng: Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất Xi măng Công ty Xi măng Bỉm Sơn

Báo cáo môn học Hệ thống tự động hóa nhà máy xi măng: Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất Xi măng Công ty Xi măng Bỉm Sơn

Đề tài Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất Xi măng Công ty Xi măng Bỉm Sơn có cấu trúc gồm 3 chương mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn; nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn; nghiên cứu bộ điều khiển (PLC) chính của dây chuyền SX. TRƯỜNG ĐẠI HOC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP ====o0o==== BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY XI MĂNG Nghiên cứu hệ

Thể loại Tài liệu miễn phí Cơ khí - Chế tạo máy

Số trang 33

Ngày tạo 4/9/2023 6:59:51 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.42 M

Tên tệp

Tải Báo cáo môn học Hệ thống tự động hóa nhà máy xi mă... (.pdf)

Xem mẫu

  1. TRƯỜNG ĐẠI HOC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP ====o0o==== BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY XI MĂNG Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyển sản xuất Xi măng Công ty Xi măng Bỉm Sơn Mã học phần: EE4325 Mã lớp học: 111947 Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Mạnh Tiến Sinh viên thực hiện: Nguyễn Mạnh Tuấn Lớp: ĐK&TĐH 03 – K61 MSSV: 20164378 Hà Nội, 09-2019
  2. Lời nói đầu Ngày nay, các nhà máy xi măng ngày càng có quy mô lớn, yêu cầu điều khiển tự động cao, tin cậy cũng như khả năng xử lý phân tán, điều khiển cấp cao tối ưu. Vì vậy việc hiểu biết và dây chuyền công nghệ, cấu hình hệ thống điều khiển của nhà máy Xi măng giúp cho sinh viên hiểu biết sâu kiến thức về ngành Tự động hóa cũng như tự tin hơn khi bước qua cánh cổng đại học và định hướng ngành nghề cho bản thân mình. Trong học phần Hệ thống tự động hóa nhà máy xi măng (EE4325) của bộ môn Tự Động Hóa Công Ngiệp, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, em được TS. Nguyễn Mạnh Tiến giao cho đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất Xi măng Công ty Xi măng Bỉm Sơn”. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Mạnh Tiến tận tình hướng dẫn em, dạy cho em nhiều kiến thức về đề tài môn học cũng như những kiến thức thực tế khác trong học phần Hệ thống tự động hóa nhà máy Xi măng. Do hạn chế về trình độ nên báo cáo còn nhiều sai sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 13 tháng 11 năm 2019 Sinh viên thực hiện Nguyễn Mạnh Tuấn SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 1
  3. Mục lục MỤC LỤC Phần I: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn .......................................................................................................................... 3 1. Giới thiệu về Công ty Xi măng Bỉm Sơn ........................................................ 3 2. Công nghệ sản xuất Xi măng VLXD Bỉm Sơn ............................................... 4 2.1 Mặt bằng tổng thể dây chuyền sản xuất xi măng ..................................... 4 2.2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất xi măng: ...................................... 5 2.3 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền sản xuất xi măng: .................................... 6 Phần II: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn ........................................................................ 8 1. Giới thiệu hệ thống DCS ................................................................................ 8 2. Hệ thống điều khiển phân tán DCS của nhà máy xi măng Bỉm Sơn ............. 14 2.1 Mô tả chi tiết và trình bày chức năng cấp điều khiển giám sát ................ 15 2.2 Mô tả chi tiết và trình bày chức năng cấp điều khiển .............................. 16 2.3 Mô tả các BUS và phương thức truyền thông trong hệ thống ................ 19 Phần III:.Nghiên cứu bộ điều khiển (PLC) chính của dây chuyền SX.................... 25 1. Giới thiệu chung .......................................................................................... 25 2. Đặc tính kỹ thuật phần cứng ......................................................................... 27 3. Phầm mềm lập trình ..................................................................................... 30 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 32 SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 2
  4. Phần 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn Phần I: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn 1. Giới thiệu về Công ty Xi măng Bỉm Sơn Xi măng Bỉm Sơn - nhãn hiệu Con Voi đã trở thành niềm tin của người sử dụng-Sự bền vững của những công trình. Sản phẩm được tiêu thụ tại hơn 10 tỉnh thành trong cả nước. Trải qua hơn 26 năm xây dựng và phát triển, công ty XM Bỉm Sơn đã sản xuất và tiêu thụ hơn 27 triệu tấn sản phẩm. Công ty đã được nhà nước tặng thưởng nhiều danh hiệu cao quý như Anh hùng Lao động thời kỳ đổi mới, huân chương Độc Lập hạng 3. Công ty đã được cấp chứng chỉ ISO 9000-2001 cho hệ thống quản lý chất lượng. Sản phẩm của Công ty từ 1992 đến nay liên túc được người tiêu dùng bình chọn hàng Việt Nam chất lượng cao? CÔNG TY XIN THÔNG BÁO: từ ngày 01/05/2006 Công ty chuyển đổi thành Công ty Cổ phần xi măng Bỉm Sơn theo QD số 486/QĐ-BXD ngày 23/3/2006 của Bộ trưởng Bộ xây dựng và đăng ký kinh doanh số 2800232620 do Sở KH&ĐT tỉnh Thanh Hóa cấp. Lịch sử hình thành và phát triển: Công ty Xi măng Bỉm Sơn - Nhà máy xi măng Bỉm Sơn được thành lập ngày 4-3-1980. - Ngành nghề kinh doanh: sản xuất, kinh doanh và xuất khẩu xi măng, Clinker. - Ngày 12-8-1993 Bộ xây dựng ra quyết định thành lập Công ty xi măng Bỉm Sơn - Năm 2003 Công ty hòan thành dự án cải tạo hiện đại hoá dây chuyền số 2 chuyển đổi công nghệ từ ướt sang khô, nâng công suất nhà máy lên 1,8 triệu tấn sản phẩm/năm. - Từ năm 2004 đến nay Công ty đang thực hiện tiếp dự án xâydựng nhà máy xi măng mới công suất 2 triệu tấn sản phẩm/năm [Giới thiệu dự án] - Ngày 01/05/2006 chuyển đổi thành Công ty cổ phần xi măng Bỉm Sơn. a. Tên Công ty: CÔNG TY CỔ PHẦN XI MĂNG BỈM SƠN + Tên gọi tắt: Công ty xi măng Bỉm Sơn. + Tên giao dịch Quốc tế: BIMSON JOINT STOCK COMPANY. + Tên viết tắt: BCC. + Trụ sở Công ty: Phường Ba Đình-Thị xã Bỉm Sơn-tỉnh Thanh Hóa. + Tel/Fax: 037.824.242/037.824.046 SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 3
  5. Phần 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn b. Ngành nghề kinh doanh: - Sản xuất, kinh doanh, xuất nhập khẩu xi măng, clinker - Sản xuất, kinh doanh các loại vật liệu xây dựng khác. c. Vốn điều lệ: 956.613.970.000 đồng Việt Nam. d. Người đại diện theo pháp luật của Công ty. - Chức danh: Tổng Giám đốc công ty. - Họ và tên: Ngô Sỹ Túc. 2. Công nghệ sản xuất Xi măng VLXD Bỉm Sơn Quá trình sản xuất xi măng VLXD Bỉm Sơn được mô tả qua 3 giai đoạn cụ thể như sau: 2.1 . Mặt bằng tổng thể dây chuyền sản xuất xi măng Công ty Xi măng Bỉm Sơn gồm 6 phân xưởng sản xuất chính, 5 phân xưởngsản xuất phụ chủ yếu. ⁎ Các phân xưởng sản xuất chính bao gồm: - Xưởng mỏ nguyên liệu: Với dụng cụ máy móc thiết bị phục vụ cho việc khai thác đá vôi và đá sét tai các mỏ nằm cách nhà máy khoảng 3km - Xưởng ô tô vật tư: Bao gồm các loại ô tô vận tải có trọng lượng lớn vậnchuyển đá vôi, đá sét về công ty. - Xưởng tạo nguyên liệu: Thiết bị chính là máy đập, máy nghiền và các thiết bị phụ trợ khác làm nhiệm vụ nghiền đá vôi, đá sét để tạo ra hỗn hợp nguyên liệu sản xuất clanker. - Xưởng lò nung: Có thể nói đây là phân xưởng quan trọng nhất của công ty. Tại đây diễn ra quá trình nung hỗn hợp nguyên liệu để tạo ra clanker. Hoạt động của lò nung có ảnh hưởng trực tiếp rất quan trọng trong quá trình sản xuất của công ty. Với hai phương pháp sản xuất xi măng mà công ty đang áp dụng thì cũng có hai loại lò nung phù hợp. SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 4
  6. Phần 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn Xưởng nghiền xi măng: thiết bị chính là máy nghiền chuyên dùng và các - thiết bị phụ trợ khác có nhiệm vụ nghiền hỗn hợp clanker, thạch cao và các chất phụ giathành xi măng. - Xưởng đóng bao: Dùng máy đóng bao có nhiệm vụ đưa xi măng bột vào đóngbao sản phẩm. ⁎ Các phân xưởng sản xuất phụ bao gồm: - Phân xưởng điện tự động: Phân xưởng điện có chức năng chính là đảm bảo cung cấp điện năng liên tục cho quá trình sản xuất. - Phân xưởng cấp thoát nước: Có nhiệm vụ cung cấp nước cho sản xuất và sinh hoạt của công nhân viên đồng thời cũng một phần cung cấp nước sinh hoạt cho một bộ phận dân cư lân cận. Ngoài ra còn có các phân xưởng: sửa chữa thiết bị, sửa chữa công trình, xưởng cơ khí. Các phân xưởng này đều mang tính chất phục vụ cho sản xuất chính 2.2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất xi măng: SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 5
  7. Phần 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn 2.3 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền sản xuất xi măng: Quá trình sản xuất xi măng được mô tả qua 3 giai đoạn cụ thể như sau: 2.3.1 Quá trình chuẩn bị nguyên nhiên liệu: Từ mỏ, đá vôi được khai thác (nổ mìn) và được vận chuyển bằng xe tải về đổ qua máy đập búa (1) đưa về kích thước nhỏ hơn và đưa lên máy rải liệu (2) để rải liệu chất thành đống trong kho (đồng nhất sơ bộ). Tương tự với đất sét, phụ gia điều chỉnh (quặng sắt, đá si líc, quặng bô xít...), than đá và nguyên liệu khác cũng được chất vào kho và đồng nhất theo cách trên. Tại kho chứa, mỗi loại sẽ được máy cào liệu (5) và (6) cào từng lớp (đồng nhất lần hai) đưa lên băng chuyền để nạp vào từng Bin chứa liệu (7) theo từng loại đá vôi, đất sét, quặng sắt... Than Đá thô từ kho chứa sẽ được đưa vào máy nghiền đứng (20) để nghiền, với những kích thước hạt đạt yêu cầu sẽ được đưa vào Bin chứa (21) còn những hạt chưa đạt sẽ hồi về máy nghiền nghiền lại đảm bảo hạt than nhiên liệu cháy hoàn toàn khi cấp cho lò nung và tháp trao đổi nhiệt. 2.3.2 Quá trình sản xuất Clinker thành phẩm: Từ các Bin chứa liệu (7), từng loại nguyên liệu được rút ra và chạy qua hệ thống cân định lượng theo đúng tỷ lệ cấp phối đưa ra từ nhân viên vận hành điều khiển (tỷ lệ phối liệu được quyết định từ phòng thí nghiệm). Tấc cả nguyên liệu đó sẽ được gom vào một băng tải chung và đưa vào máy nghiền đứng (8) để nghiền về kích thước yêu cầu, tại đây nguyên liệu đã được đồng nhất một lần nữa. Bột liệu sau khi nghiền được chuyển lên Silo đồng nhất (9) chuẩn bị để cấp cho lò nung, dưới Silo đồng nhất có hệ thống sục khí nén liên tục vào Silo để tiếp tục đồng nhất lần nữa. Để có một sản phẩm Clinker ổn định chúng ta thấy nguyên liệu phải qua ít nhất 4 lần đồng nhất. Tháp trao đổi nhiệt (11) và Lò quay nung Clinker (12) 1. Tháp trao đổi nhiệt (11) là một hệ thống gồm từ 3-5 tầng, mỗi tầng có 1 hoặc 2 Cyclone có cấu tạo để tăng thời gian trao đổi nhiệt của bột liệu. Bột liệu được cấp từ trên đỉnh tháp và đi xuống, nhiệt nóng từ than được đốt cháy từ Calciner và lò nung đi lên sẽ tạo điều kiện cho phản ứng tạo khoáng bên trong bột liệu. Mặc dù bột liệu đi xuống SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 6
  8. Phần 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn và khí nóng đi lên nhưng thực chất quá trình này là trao đổi nhiệt cùng chiều do cấu tạo đặc biệt của các Cyclon trao đổi nhiệt. 2. Lò nung (12) có dạng hình trụ tròn đường kính từ 3 - 5 mét và dài từ 30 - 80 mét tùy vào công suất của lò. Vỏ lò nung được làm băng thép chịu nhiệt, bên trong có lót một lớp vật liệu chịu lửa. Góc nghiêng của lò từ 3% - 5% để tạo độ nghiêng cho dòng nguyên liệu chảy bên trong. Tại đầu ra của Clinker sẽ có một dàn quạt thổi gió tươi làm nguội nhanh Clinker. Than mịn được rút từ Bin chứa trung gian (21) cấp cho các vòi đốt ở tháp trao đổi nhiệt và lò nung để được đốt cháy nung nóng bột liệu. Phối liệu được rút ra từ Silo chứa (9), qua cân định lượng và được đưa lên đỉnh tháp trao đổi nhiệt bằng thiết bị chuyên dùng. Từ trên đỉnh tháp (11), liệu từ từ đi xuống qua các tầng Cyclone kết hợp với khí nóng từ lò nung đi lên được gia nhiệt dần lên khoảng 800-9000C trước khi đi vào lò nung (12). Trong lò, ở nhiệt độ 14500C các oxit CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 có trong nguyên liệu kết hợp với nhau tạo thành một số khoáng chính quyết định chất lượng của Clinker như: C3S, C2S, C3A và C4AF. Viên Clinker ra khỏi lò sẽ rơi xuống dàn làm lạnh (13), hệ thống quạt cao áp đặt bên dưới sẽ thổi gió tươi vào làm nguội nhanh viên Clinker về nhiệt độ khoảng 50 ÷ 900C, sau đó Clinker sẽ được chuyển lên Silo chứa Clinker. 2.3.3 Quá trình sản xuất xi măng và đóng bao thành phẩm: Clinker sẽ được rút từ Silo, cấp vào Bin chứa (15) để chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình nghiền xi măng. Tương tự Thạch Cao và Phụ Gia từ kho cũng được chuyển vào Bin chứa riêng theo từng loại. Dưới mỗi Bin chứa, nguyên liệu được qua cân định lượng theo đúng khối lượng của đơn phối liệu, xuống băng tải chính đưa vào máy cán (16) để cán sơ bộ, sau đó được đưa vào máy nghiền xi măng (17). Bột liệu ra khỏi máy nghiền được đưa lên thiết bị phân ly (18), tại đây những hạt chưa yêu cầu sẽ được hồi lưu về máy nghiền để nghiền tiếp còn những hạt đạt kích thước yêu cầu được phân ly tách ra, đi theo dòng quạt hút đưa lên lọc bụi (19) thu hồi toàn bộ và đưa vào Silo chứa xi măng (22). Quá trình nghiền sẽ diễn ra theo một chu trình kín và liên tục. Từ Silo chứa (22) xi măng sẽ được cấp theo 2 cách khác nhau: 1. Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận hàng dạng xá/rời. 2. Và cấp qua máy đóng bao (23), để đóng thành từng bao 50kg giao đến từng phương tiện nhận hàng. SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 7
  9. Phần 3: Nghiên cứu bộ điều khiển PLC chính của dây chuyền sản xuấn Phần II: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng của công ty xi măng Bỉm Sơn 1. Giới thiệu hệ thống DCS a. Khái niệm DCS – (Distributed Control System), là một hệ thống điều khiển cho một dây chuyền sản xuất, một quá trình hoặc bất cứ một hệ thống động học nào, trong đó các bộ điều khiển không tập trung tại một nơi mà được phân tấn trên toàn bộ hệ thống, với mỗi hệ thống con được điều khiển bởi một hoặc nhiều bộ điều khiển. Giải pháp thiết kế của các hệ DCS thương phẩm là hướng vào các ứng dụng điều khiển phân tán nên nó thường được thiết kế theo hệ thống mở, khả năng tích hợp cao kể cả tích hợp với các PLC khác nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập. Mục tiêu tạo thuận lợi cao nhất cho kỹ sư thiết kế và tích hợp hệ thống điều khiển. Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thực hiện các chuỗi quá trình phức tạp, khả năng tích hợp dễ dàng. Các hệ thống DCS thương phẩm ngày nay thường bao gồm các bộ điều khiển (controller), hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp. Các hệ DCS có thể quản lý được từ vài nghìn điểm đến hàng chục nghìn điểm vào/ra. Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm, hệ điều khiển có thể thực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh, điều khiển nhiều tầng, hay theo các thuật toán điều khiển hiện đại: Nhận dạng hệ thống, điều khiển thích nghi, tối ưu, bền vững, điều khiển theo mô hình dự báo (MPC), fuzzy, neutral, điều khiển chất lượng ( QCS). Để phục vụ cho việc trao đổi thông tin, các hệ DCS thương phẩm ngày nay hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản lý. Hiện nay các giao thức này đã được chuẩn hoá (Profibus, Foudation FieldBus, Ethernet). Các hệ DCS thương phẩm ngày nay có độ tin cậy rất cao: nhờ có khả năng dự phòng kép ở tất cả các thành phần trong hệ (controller, mođun I/O, bus truyền thông), khả năng thay đổi chương trình (sửa chữa và download), thay đổi cấu trúc của hệ, thêm bớt các thành phần mà không cần làm gián đoạn, không cần SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 8
  10. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn khởi động lại quá trình (thay đổi online). Cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ DCS thương phẩm cũng được thiết kế sẵn và là cơ sở dữ liệu lớn có tính toàn cục và thống nhất. Các nhà sản xuất DCS cũng cam kết thời gian hỗ trợ với các sản phẩm DCS lớn, từ 15 đến 20 năm để đảm bảo thời gian hoạt động và khai thác của các hệ thống lớn. Tất cả những đặc điểm trên cho thấy các hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về một giải pháp tự động hoá tích hợp tổng thể. Các chuyên gia cho tới ngày nay, DCS vẫn là không thể thay thế được trong các ứng dụng lớn. b. Mô hình phân cấp hệ thống Càng ở cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về tốc độ đáp ứng hay tính thời gian thực. Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới, nhưng ngược lại 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 điểu khiển và giám sát. Tuy nhiên, biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất) giúp ta hiểu thêm mô hình lý tưởng một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các nhà máy. SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 9
  11. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động, và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiêt. Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (Sensor) hay cơ cấu chấp hành (Actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/ truyền động được chính xác. Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạtlại kết quả xuống các cơ cấu chấp hành. Khi còn điều khiển thủ công, thì các nhiệm vụ đó được các người đứng máy thao tác trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi các thiết bị đo lường, sử dụng kiến thức và kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết. Trong một hệ thống điều khiển tự động hiện đại những thao tác đó được thực hiện thông qua máy tính. Cấp điều khiển giám sát: Có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật. Khi đa số các chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được các cấp dưới thực hiện, thì nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường. Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức (ví dụ trong chế biến dược phẩm, hoá chất). Khác với cấp dưới, cấp điều khiển giám sát không đòi hỏi phương tiện đặc biệt, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, terminal…). Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị. Cấp điều hành sản xuất: Nhiệm vụ của cấp điều hành sản xuất là nhận các thông tin về trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các giàn máy, cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm. Đồng thời cấp điều hành sản xuất có nhiệm vụ xử lý các số liệu, lập kế hoạch sản xuất, ra quyết định bảo dưỡng máy móc, tối ưu hoá sản xuất và đưa các thông tin về các thông số thiết kế, công thức điều khiển, và mệnh lệnh điều hành xuống cấp dưới. Mặt khác cấp điều hành sản xuất còn có chức năng là trao đổi thông tin với cấp quản lý công ty. Cấp điều hành sản xuất bao gồm các máy tính văn phòng nối mạng cục SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 10
  12. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn bộ với nhau. Cấp quản lý công ty: Cấp quản lý công ty là cấp trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống. Nhiệm vụ của cấp này trao đổi thông tin giữa công ty và khách hàng thông qua thư điện tử, hội thảo từ xa, dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử… Cấp quản lý công ty còn có nhiệm vụ tính toán giá thành, kế hoạch sản xuất, thống kê tài nguyên, xử lý đơn đặt hàng. Để kết nối các cấp trong hệ thống phân cấp với nhau ta sử dụng các hệ thống bus. c. Phân loại Các hệ DCS thường được phân loại thành ba hệ sau: ➢ Các hệ DCS truyền thống Các hệ này sử dụng các bộ điều khiển quá trình theo kiến trúc riêng của từng 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 các thiết bị điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller). Các hệ mới có tính năng mở tốt hơn, một số bộ điều khiển đảm nhiệm cả các chức năng điều khiển quá trình, điều khiển trình tự lẫn điều khiển logic (hybrid controller). ➢ Các hệ DCS trên nền PLC Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) là một loại máy tính điều khiển chuyên dụng, do nhà phát minh người Mỹ Dick Morley sáng chế vào năm 1968. Hầu hết các PLC hiện đại không chỉ có thể thực hiện các phép tính logic đơn giản, mà còn 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. PLC được sử dụng trong các hệ điều khiển phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình tự cùng với các phương pháp lập trình hiện đại. ➢ Các hệ DCS trên nên PC Giải pháp sử dụng máy tính cá nhân (PC) làm thiết bị điều khiển đã trở nên phổ biến. Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình (PLC) và các bộ điều SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 11
  13. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn khiển DCS đặc chủng thì thế mạnh của PC chính là tính năng mở, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao và đa chức năng, cũng như giá thành cạnh tranh. d. Thành phần chính Một hệ điều khiển phân tán DCS bao gồm các thành phần chính sau: ➢ Trạm điều khiển cục bộ (local control station, LCS), đôi khi còn được gọi là các khối điều khiển cục bộ (local control unit, LCU) hoặc các trạm quá trình (process station, PS). Các trạm điều khiển cục bộ thuộc cấp điều khiển, là nơi thực hiện mọi chức năng điều khiển cho một công đoạn. Các trạm này thường được đặt trong phòng điều khiển hoặc phòng điện ở cạnh phòng điều khiển trung tâm hoặc rải rác gần khu vực hiện trường. ➢ Trạm vận hành (operator station, OS) 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 ➢ Trạm kỹ thuật (engineering station, ES) 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. ➢ Hệ thống truyền thông gồm bus trường (field bus) và bus hệ thống (system bus). Bus trường có chức năng ghép nối trạm điều khiển với các trạm vào/ ra phân tán và các thiết bị trường thông minh, còn bus hệ thống sẽ nối mạng các trạm điều khiển cục bộ với nhau và với các trạm vận hành, trạm kỹ thuật. Ngoài các thành phần chính trên, một hệ DCS cụ thể có thể bao gồm các thành phần khác như trạm vào/ra từ xa (remote I/O station), các bộ điều khiển chuyên dụng, vv… e. Ưu thế Hệ thống DCS ngày nay được phát triển với 4 ưu thế lớn là: ➢ Mức điều khiển cao Hầu hết các hệ thống DCS đều bao gồm các bộ điều khiển, hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp. Do đó, DCS có khả năng quản lý được rất nhiều điểm vào/ra. SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 12
  14. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn ➢ Cấu hình linh hoạt Nhờ khả năng dự phòng kép ở tất cả các thành phần, DCS có khả năng thay đổi các chương trình, thay đổi cấu trúc của hệ hay thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn hay khởi động lại quá trình. ➢ Tỷ lệ lỗi thấp Theo thiết kế, các hệ DCS thường có hệ thống mở, khả năng tích hợp cao với các PLC khác nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độclập. Vì vậy, DCS có tỷ lệ lỗi thấp, nhờ đó, việc điều khiển trong các nhà máy hay xí nghiệp sẽ vừa tiết kiệm chi phí, vừa dễ bảo trì và vận hành. ➢ Tính sẵn sàng và độ tin cậy Các hệ điều khiển phân tán DCS hiện đại đều có các cơ chế dự phòng, an toàn, khởi động lại khi xảy ra sự cố cũng như các chế độ bảo trì, chẩn đoán và chỉ thị lỗi. Bên cạnh đó, các hệ DCS cũng cho phép người sử dụng cài đặt các chế độ bảo mật để hạn chế, kiểm soát quyền truy nhập dữ liệu và điều khiển. f. Phân biệt DCS với SCADA Trong quá khứ, SCADA và DCS là hai hệ thống riêng biệt; tuy nhiên, với sự phát triển công nghệ ngày nay, hai hệ thống này đôi khi cũng có những điểm tương đồng và nhiều người có thể nhầm lẫn chúng. Để phân biệt SCADA và DCS, chúng ta cần chú ý tới ba điểm sau của mỗi hệ thống: ➢ Mục tiêu: một hệ DCS thường hướng tới quá trình, còn SCADA hướng tới thu thập dữ liệu. DCS tập trung vào quá trình kiểm soát và việc đưa thông tin tới người quản lý. Trái lại, SCADA tập trung chủ yếu vào trung tâm điều khiển và bản thân người quản lý. Các thiết bị điều khiển từ xa của hệ SCADA chủ yếu được dùng để thu thập thông tin, mặc dù chúng có thể thực hiện các quá trình điều khiển phức tạp và đa dạng hơn. ➢ Chức năng: trong một hệ DCS, hệ thống điều khiển có vòng điều khiển quy trình khép kín tại thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) hoặc các khối điều khiển logic khả trình (PLC). Tuy nhiên, vòng điều khiển quy trình khép kín này không có ở SCADA. Thay vào đó, SCADA sử dụng giao diện người - máy (HMI), sử dụng con người như là hệ thống điều khiển kiểm soát. ➢ Kết nối: trạm vận hành của DCS thường được kết nối với các trạm vào/ ra thông qua mạng cục bộ và bus trường. Người quản lý sẽ đưa ra yêu cầu trực tiếp với trạm vào/ ra khi cần lấy thông tin. Điều này có nghĩa là các sự kiện trường có thể trực tiếp làm gián đoạn hệ thống và thực SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 13
  15. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn hiện lệnh của nhà quản lý. Nhưng đối với SCADA, một khi đường truyền gặp lỗi, hệ thống phải thực hiện theo trình tự. Tóm lại, DCS được điều khiển theo xu hướng quá trình, trong khi SCADA là điếu khiển theo sự kiện. 2. Hệ thống điều khiển phân tán DCS của nhà máy xi măng Bỉm Sơn DCS nhà máy Xi măng Bỉm Sơn Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy được thực hiện tự động hóa ở mức độ cao và được điều khiển tập trung CCR( Central Control Room) để kiểm soát toàn bộ hoạt động của nhà áy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số khi chất lượng của sản phẩm thay đôi hoặc khi có sự cố bất bình thường xảy ra. Cụ thể có 6 phòng vận hành: - Phòng LCR1 (Local Control Room 1-Limestone crushing): Vận hành và giám sát công đoạn nghiền vôi. - Phòng LCR2 (Local Control Room 2- Clay crushig): Vận hành và giám sát công đoạn nghiền đất sét. - Phòng CCR (Central Control Room): Vận hành và giám sát toàn bộ nhà máy. SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 14
  16. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn - Laboratory: Phòng thí nghiệm - Phòng LCR3 (Local Control Room 4-No.1 Packing plant): Vận hành và giám sát công đoạn đóng bao xi măng số 1. - Phòng LCR4 (Local Control Room 4-No.1 Packing plant): Vận hành và giám sát công đoạn đóng bao xi măng số 2. 2.1 Mô tả chi tiết và trình bày chức năng cấp điều khiển giám sát • Phòng LCR1 (Local Control Room 1-Limestone crushing): Vận hành và giám sát công đoạn nghiền vôi. Gồm duy nhất trạm vận hành OS1 (Operator Station) để điều khiển và giám sát công đoạn nghiền đá vôi (Limestone crushing) được kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy). • Phòng LCR2 (Local Control Room 2- Clay crushig): Vận hành và giám sát công đoạn nghiền đất sét. Gồm duy nhất trạm vận hành OS1 (Operator Station) để điều khiển và giám sát công đoạn nghiền đất sét (Clay crushing) được kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy). • Phòng CCR (Central Control Room): Vận hành và giám sát toàn bộ nhà máy. - Gồm 6 trạm vận hành OS3, OS4, OS5, OS6, OS7 và OS8 (Operator Station) để điều khiển và giám sát các công đoạn: Chứa và vận chuyển nguyên liệu; đồng nhất bột liệu và cung cấp cho lò nung; làm nguội clanhke, kho chưa chất clanhke và các bộ phận dịch vụ; nghiền xi măng; nghiền than; các trạm, đập đá shake; vận chuyển và chứa phụ gia. Hệ thống thiết kế sao cho mỗi trạm vận hành OS có thể kiểm ta và giám sát từ 2 công đoạn trở nên. - Trạm kỹ thuật ES (Engineer Station) sử dụng cho việc biên soạn, lưu chương trình và đào tạo kỹ thuật, được kết nói với monochrome laser printer. - Trạm quản lý mạng management station gồm một máy tính chạy phần mềm quản lý SNMP (SNMP management application), dùng để giám sát và điều khiển tập trung được kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy). - Trạm tối ưu hóa (kiln optimization) - Màn hình giám sát (CCTV Monitor): gồm 6 màn hình kết nối giám sát 6 công đoạn: Limestone storage, Raw materal feed, Coal stogare, No 1&2 Cement milk feed, No.1 packing plant, No.1 packing plant. SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 15
  17. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn Tất cả các trạm đều được kết nối với các máy in báo động, cảnh báo, báo cháy, máy hardcopy màu. • Laboratory: Phòng thí nghiệm Gồm hệ thống QCS kết nối với các trạm định lượng thông qua hệ thống DCS, để nâng cao và ổn định chất lượng sản phẩm được kết nối với hệ thống quản lý chất lượng bao gồm chuỗi từ các máy tính điều khiển vận hành tự động và máy quét phân tích phổ huỳnh quanh tia X (máy phân tích X – ray). Đặc biệt, với việc trang bị hệ thống lấy mẫu( truyền thông với phòng CCR) và gửi mẫu tự động cho các công đoạn có bán thành phẩm dạng bột mịn (gồm: bột liệu sau nghiền, bột liệu cấp cho lò nung, xi măng sau nghiền, than mịn sau nghiền) cho phép lấy mẫu một cách khoa học và hiện đại nhất. Mẫu sau khi gửi tự động về Phòng Thí nghiệm ngay lập tức được phân tích bởi máy phân tích X-Ray cho ra kết quả để phục vụ cho trình nhiệu chỉnh tối ưu, đảm bảo sản phẩm luôn được duy trì ổn định ở mức cao. • Phòng LCR3 (Local Control Room 3-No.1 Packing plant): Vận hành và giám sát công đoạn đóng bao xi măng số 1. Gồm duy nhất trạm vận hành OS9 (Operator Station) để điều khiển và giám sát công đoạn đóng bao (Packing plant) được kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy). • Phòng LCR4 (Local Control Room 4-No.2 Packing plant): Vận hành và giám sát công đoạn đóng bao xi măng số 2. Gồm duy nhất trạm vận hành OS10 (Operator Station) để điều khiển và giám sát công đoạn đóng bao (Packing plant) được kết nối với máy hardcopy màu (color inkjet print hard copy). 2.2 Mô tả chi tiết và trình bày chức năng cấp điều khiển Toàn bộ dây chuyền sản xuất của nhà máy được phân chia thành 10 công đoạn sản xuất (LS), mỗi công đoạn được trang bị một bộ điều khiển khả trình (PLC) là loại TOSLINE S2T thế hệ mới của Hãng TOSHIBA được lắp đặt trong các trạm điện. Các bộ điều khiển công đoạn sản xuất, cụ thể như sau: + LS1(Limestome crushing): Bộ điều khiển công đoạn đập đá vôi. + LS2(Limestone storage): Bộ điều khiển công lưu trữ đá vôi.. + LS3(Clay crushing&stogare): Bộ điều khiển công đoạn nghiền và lưu trữ đất sét. + LS4(Raw milk, Circ, Water pump): Bộ điều khiển công đoạn cung cấp nước và xử lý nước. SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 16
  18. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn + LS5(Homo silo, Preheatea&kiln): Bộ điều khiển công đoạn lò nung. + LS5(Clinker cooler): Bộ điều khiển công đoạn làm nguội Clinker. + LS5(Coal mill): Bộ điều khiển công đoạn nghiền than, phần còn dư được đưa đến bãi than. + LS6(No.1 Cement Milk): Bộ điều khiển Cement milk số 1 (xi măng có dạng giống như sữa) + LS6(No.2 Cement Milk): Bộ điều khiển Cement milk số 1 (xi măng có dạng giống như sữa) + LS7(Cement silo): Bộ điều khiển thùng chứa xi măng, đồng nhất. + LS8(N0.1 Packing plant): Bộ điều khiển công đoạn đóng bao xi măng. + LS9(N0.2 Packing plant): Bộ điều khiển công đoạn đóng bao xi măng. + LS10(Coal stogare): Bộ điều khiển phần than không chưa sử dụng đến Ngoài ra còn có PLC điều khiển các trạm điện của nhà máy Main substation (MS) Đối với các công đoạn như lò nung, làm nguội Clinker, nghiền liệu, nghiền than, nghiền xi măng và cung cấp nước và xử lý nước để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống, các công đoạn này được thiết kế và trang bị các bộ điều khiển kép (có dự phòng nóng). Tại CCR, các kỹ sư vận hành có thể điều khiển, vận hành và giám sát toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy thông qua các máy tính vận hành, phòng CCR được thiết kế và trang bị 6 trạm vận hành (OS3, OS4, OS5, OS6, OS7, OS8), đó là các trạm vận hành nghiền liệu, lò nung, nghiền than và nghiền xi măng. Ngoài ra, để tăng tính linh hoạt thì đối với mỗi trạm vận hành được thiết kế để có thể điều khiển và vận hành tất cả các công đoạn sản xuất trong dây chuyền sản xuất. Tại các phòng LCR được thiết kế để người vận hành chỉ có thể vận hành và giám sát một công đoạn sản xuất duy nhất. Các máy tính vận hành trên được kết nối với các bộ điều khiển quá trình thuộc các công đoạn sản xuất thông qua mạng truyền thông Công nghiệp (Industrial Ethernet) bằng cáp quang. Để tăng độ tin cậy cho hệ thống thì mạng truyền thông Ethernet cũng được thiết kế là mạng kép (có dự phòng nóng). Ngoài việc các thiết bị trong dây chuyền sản xuất được thiết kế để có thể vận hành tập trung từ CCR và LCR thì còn có thể được vận hành tại chỗ tại hiện trường thông qua Engineering Toll để phục vụ việc kiểm tra, sửa chữa thiết bị. SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 17
  19. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 18
  20. Phần 2: Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng Bỉm Sơn 2.3 Mô tả các BUS và phương thức truyền thông trong hệ thống 2.3.1 Mạng truyền thông công nghiệp Ethernet trong nhà máy xi măng Bỉm Sơn Tất cả được kết nối như một mạng LAN theo chuẩn Ethernet (TCP/IP). Các máy tính vận hành trên được kết nối với các bộ điều khiển quá trình thuộc các công đoạn sản xuất thông qua mạng truyền thông Công nghiệp (Industrial Ethernet) bằng cáp quang. Để tăng độ tin cậy cho hệ thống thì mạng truyền thông Ethernet cũng được thiết kế là mạng kép (có dự phòng nóng). Tại CCR nhà máy Xi măng Bỉm Sơn bố trí 02 máy tính chủ (server) cấu hình như nhau và cài đặt phần mềm hệ thống để đảm bảo hoạt động song song (duplex) trong chế độ vận hành bình thường. Khi có sự cố một máy tính chủ sẽ thay thế toàn bộ công việc của máy tính chủ bị lỗi trong khi toàn bộ hệ thống vẫn hoạt động bình thường. SVTH: Nguyễn Mạnh Tuấn 19
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược