Đồ án tốt nghiệp,Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát cho công đoạn nghiền liệu trong nhà máy xi măng Hoàng Mai –Nghệ An ,Lập trình PLC Siemens PLCS7400,Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát, Nghiên cứu quá trình nghiền liệu trong nhà máy xi măng ,bản vẽ hệ thống điều khiển ,giám sát trong nhà máy
Giới thiệu về nhà máy xi măng Hoàng Mai
Công ty Cổ phần Xi măng Hoàng Mai, trực thuộc Tổng Công ty Công nghiệp Xi măng Việt Nam, được thành lập vào ngày 07 tháng 10 năm 1995 tại Thị xã Hoàng Mai, tỉnh Nghệ An Tiền thân của công ty là Công ty Xi măng Nghệ An, được phê duyệt đầu tư dự án nhà máy xi măng Hoàng Mai với công suất 4.000 tấn clinker/ngày, tương đương 1,4 triệu tấn xi măng/năm theo quyết định số 216/TTg của Thủ tướng Chính phủ vào ngày 15 tháng 04 năm 1996.
Sau 32 tháng khởi công xây dựng vào tháng 6/1999, Công ty cổ phần xi măng Hoàng Mai đã chính thức sản xuất thành công những tấn Clinker chính phẩm đầu tiên vào ngày 06 tháng 3 năm 2002, đánh dấu bước phát triển quan trọng trong quá trình hoạt động của công ty Sự kiện này được thực hiện dưới sự hướng dẫn và chuyển giao công nghệ của chuyên gia hãng FCB (Cộng hòa Pháp) cùng với sự giám sát của Tư vấn quốc tế Jurong (Singapore).
Xi măng Vicem Hoàng Mai, đơn vị tiên phong trong Tổng công ty Công nghiệp xi măng Việt Nam, đã áp dụng mô hình tiêu thụ sản phẩm qua Nhà phân phối chính, tối ưu hóa năng lực xã hội trong việc tiêu thụ sản phẩm và tạo ra lợi ích hài hòa giữa nhà sản xuất và nhà phân phối Với đội ngũ lao động chuyên môn cao, giàu kinh nghiệm và dây chuyền công nghệ tiên tiến từ Pháp và các nước G7, sản phẩm của Vicem Hoàng Mai đã được cung cấp cho nhiều công trình trọng điểm quốc gia như Trung tâm hội nghị Quốc gia, Thủy điện Bản Vẽ, Hủa Na, Trung Sơn, Bá Thước, Thủy lợi Ngàn Trươi, cũng như các công trình cầu như Cầu Vĩnh Tuy và Bến Thủy 2, cùng nhiều dự án lớn khác.
Công ty xi măng Vicem Hoàng Mai, thuộc Tổ hợp gang thép Formosa và các khu kinh tế Nghi Sơn, Vũng Áng, đã khẳng định vị thế vững chắc trên thị trường xi măng Việt Nam và xuất khẩu sang Lào, Indonesia Từ khi bắt đầu sản xuất, công ty đã tiêu thụ gần 20 triệu tấn sản phẩm, nhận được sự tín nhiệm cao từ khách hàng về chất lượng và dịch vụ Vicem Hoàng Mai đã được Nhà nước trao tặng Huân chương Lao động hạng Ba và giành nhiều giải thưởng uy tín như Sao vàng đất Việt (2004) và Cúp vàng “Doanh nghiệp tiêu biểu Việt Nam” (2009) Hệ thống phân phối của công ty có năng lực cao, luôn sẵn sàng đáp ứng kịp thời nhu cầu xi măng của khách hàng.
Trong những năm qua, Công ty Cổ phần xi măng Vicem Hoàng Mai đã tích cực tham gia các hoạt động xã hội, nhân đạo và từ thiện Công ty đã quyên góp cho quỹ vì người nghèo và quỹ Bảo trợ trẻ em, hỗ trợ trẻ em khuyết tật, xoá nhà tranh tre nứa lá, và tổ chức thăm hỏi các gia đình thương binh, liệt sỹ gặp khó khăn Ngoài ra, công ty còn xây dựng nhà tình nghĩa và tặng sổ tiết kiệm cho các Bà mẹ Việt Nam anh hùng nhân dịp kỷ niệm ngày thương binh liệt sỹ và ngày Quốc phòng toàn dân.
Công ty Cổ phần xi măng Vicem Hoàng Mai luôn nghiên cứu và phát triển các sản phẩm xi măng đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và khí hậu Việt Nam Sản phẩm của Vicem Hoàng Mai bao gồm xi măng poóc lăng hỗn hợp PCB30, PCB40, và xi măng poóc lăng PC40, PC50, tất cả đều đạt tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 và 2682:2009, đồng thời đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của khách hàng với tiêu chí thân thiện với môi trường.
Kể từ tháng 8 năm 2004, Công ty đã nhận được Giấy chứng nhận ISO 9001 và ISO 14001 từ Trung tâm chứng nhận phù hợp tiêu chuẩn thuộc Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng Sản phẩm của công ty đã giành nhiều huy chương vàng tại các Hội chợ và Triển lãm tại Hà Nội, Thành phố Vinh, Nha Trang và Thành phố Hồ Chí Minh Năm 2004, công ty được vinh danh với Giải thưởng Sao vàng đất Việt và Giải thưởng chất lượng Việt Nam, tiếp theo là Giải thưởng hàng Việt Nam chất lượng cao do người tiêu dùng bình chọn năm 2005, Giải thưởng vàng chất lượng năm 2005, cùng với Bằng khen của Thủ tướng Chính phủ.
Công ty xi măng Hoàng Mai đã nỗ lực không ngừng trong những năm qua và được Tỉnh ủy, HDND, UBND tỉnh Nghệ An, Bộ Xây dựng, Tổng công ty xi măng Việt Nam trao nhiều cờ thưởng thi đua Vào ngày 21 tháng 9 năm 2005, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định số 993/QĐ.TTg tặng bằng khen cho công ty vì những thành tích xuất sắc trong công tác, góp phần vào sự nghiệp xây dựng Chủ nghĩa xã hội và bảo vệ Tổ quốc.
Công ty xi măng Hoàng Mai đã thực hiện chủ trương của Nhà nước về cổ phần hóa doanh nghiệp nhà nước bằng cách thành lập Ban cổ phần hóa và hợp tác với Công ty cổ phần chứng khoán Bảo Việt để triển khai các thủ tục từ đầu năm 2007 Đến quý III/2007, các thủ tục cổ phần hóa đã hoàn tất, và vào ngày 30/11/2007, công ty tổ chức bán đấu giá cổ phiếu cho các cổ đông Ngày 03/3/2008, Đại hội đồng cổ đông lần thứ nhất được tổ chức, dẫn đến việc thành lập Công ty cổ phần xi măng Hoàng Mai và bầu ra Hội đồng quản trị cùng Ban kiểm soát Đến ngày 9/7/2009, cổ phiếu Xi măng Hoàng Mai (HOM) chính thức niêm yết trên Sở giao dịch chứng khoán Hà Nội.
Với chiến lược phù hợp và giải pháp đồng bộ, Tổng công ty công nghiệp xi măng Việt Nam, dưới sự lãnh đạo kiên quyết của công ty, sẽ tiếp tục khẳng định vị thế của sản phẩm mang biểu tượng "con Chim Lạc" trên thị trường.
Xi măng Vicem Hoàng Mai, với hơn 15 năm xây dựng và phát triển, đã vượt qua nhiều thách thức để khẳng định vị thế và thương hiệu của mình trên thị trường Công ty không ngừng nỗ lực hoàn thành tốt chức năng và nhiệm vụ, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xi măng.
Dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng
Nguyên liệu
Đá vôi được khai thác từ mỏ và vận chuyển đến trạm đập bằng ô tô, sau đó được đổ vào phễu cấp máy đập (111-HP1) và qua băng tải xích (111-AC1) để vào máy đập búa (111-CR1) Máy đập đá vôi Hazemag app 1822 (111-CR1) sử dụng động cơ roto dây quấn và biến trở dung dịch NaCO trong quá trình khởi động Các thông số kỹ thuật của máy đập cũng rất quan trọng trong quy trình xử lý đá vôi.
- Cỡ cục vật liệu quá cỡ sau khi đập có: ≤ 5% trên sàng R70
- Kích cỡ vật liệu cho vào đập: ≤ 1000 mm
- Độ ẩm của vật liệu cho vào đập: ≤ 4,5%
Hình 1-2 Cấu tạo máy đập đá vôi Hazemag app 1822
Máy đập có khả năng xử lý hạt có kích thước dưới 1000mm, với sản phẩm đầu ra đạt kích thước nhỏ hơn 70mm và độ sót sàng dưới 5% trên sàng 70mm Khi vật liệu được đưa vào máy, động cơ quay làm cho các thanh đập chuyển động nhanh, va chạm mạnh vào vật liệu, tạo ra lực phá hủy và làm nhỏ kích thước vật liệu Một phần vật liệu bị văng ra và va chạm vào các tấm phản hồi, tiếp tục tạo ra lực phá hủy Dưới tác động của nhiều lực, vật liệu sẽ vỡ ra, và những hạt đạt kích thước yêu cầu sẽ lọt qua sàng 70mm, rơi xuống băng tải để được vận chuyển về kho.
Vật liệu sau khi được đập và lọt qua sàng, cùng với vật liệu từ phễu hứng dưới băng tải xích, sẽ được đổ xuống băng tải (111-BC1) và tiếp tục chuyển sang băng tải (112-BC1) Tại đây, vật liệu được cân định lượng và phân chia thành hai đống theo phương pháp Chevron bằng cầu rải (112-ST1) Tất cả các băng tải đều được trang bị lọc bụi tay áo, với thời gian giữ bụi được cài đặt tại bảng điều khiển ở chân thiết bị, và lượng bụi hồi về sẽ được thu gom qua van xoay xuống băng tải.
Trên băng tải, hệ thống dây an toàn được trang bị để xử lý sự cố, cho phép người sử dụng kích hoạt từ bất kỳ vị trí nào mà không cần phải trở về thiết bị đóng cắt Hệ thống này sử dụng PLC S7-400 để giám sát và truyền thông tin về phòng điều khiển Đá sét được khai thác từ mỏ và vận chuyển đến trạm đập bằng ô tô, sau đó được đổ vào phễu (113-HP1) và qua băng tải xích (113-AC1) để vào máy cán trục (113-CR1).
Hình 1-3 Cấu tạo máy cán trục Các thông số kĩ thuật của máy cán trục:
- Cỡ cục vật liệu cho vào đập : max 500x500x250 mm
- Độ ẩm vật liệu cho vào đập: 14%
- Cỡ hạt sau khi đập: 95% < 0 – 50 mm
Khi mô tơ hoạt động qua hệ thống khớp nối, hộp giảm tốc và hộp bánh răng, hai ru lô máy cán chuyển động ngược chiều nhau với cùng tốc độ Vật liệu được đưa vào khe hở giữa hai ru lô và bị phá vỡ nhờ lực nén từ chúng, các hạt vật liệu đạt kích thước phù hợp sẽ rơi xuống và được chuyển đến kho đồng nhất sơ bộ Tiếp theo, đá sét được vận chuyển bằng hệ thống băng tải 114-BC1 và 114-BC2 tới kho đồng nhất sơ bộ, nơi chúng được rải thành hai đống theo phương pháp rải windrow thông qua hệ thống cầu rải liệu 114-ST1.
Thạch cao, Bazan nhập mua được ôtô vận chuyển về trạm đập sơ bộ Sau đó Bazan hoặc
Thạch Cao từ đống được cho vào phễu cấp cho máy đập (115-HP1) và băng tải xích(115-
Máy đập hàm 115-CR1 được sử dụng để thực hiện quá trình đập sơ bộ trước khi chuyển sang máy đập thanh 115-CR2, giúp giảm kích thước vật liệu hiệu quả hơn Thông số kỹ thuật của máy đập hàm 115-CR1 rất quan trọng trong quy trình này.
- Công suất động cơ : 90Kw
Hình 1-4 Cấu tạo máy đập hàm 115-CR1
Sau khi hoàn tất quá trình đập, nguyên liệu sẽ được đưa vào phễu chứa (115-CH5) trước khi chuyển xuống băng tải (115-BC2) Từ đây, nguyên liệu tiếp tục di chuyển đến băng tải (116-BC2) để được vận chuyển về kho tổng hợp Tại băng tải (116-BC2), nguyên liệu sẽ được cân định lượng (116-BW1) và được xếp thành đống theo phương pháp Coneshell thông qua cầu rải (116-ST1).
Nhà máy hiện đang sử dụng hai loại than, gồm than 3C và than 4A, được nhập khẩu bằng xe ô tô và vận chuyển qua băng tải (116-BC2) đến kho chứa liệu Tại kho, than được phân loại thành hai đống riêng biệt nhờ thiết bị đánh đống (116-ST1) theo phương pháp Chevron, mỗi đống có trữ lượng 5000 tấn.
Dầu FOR được bơm từ ôtô vào bể chứa có dung tích 1.630m³, sau đó chuyển sang bể trung gian với sức chứa 172m³ Dầu DO được tiếp nhận vào két chứa 24m³, được sử dụng chủ yếu để đốt trong bộ phận gia nhiệt cho dầu tải nhiệt.
Pyrit và phụ gia đất giàu sắt, đất giàu silic được nhập khẩu vào nhà máy qua phễu tiếp nhận 116-HP1 Sau đó, chúng được vận chuyển vào kho qua hệ thống băng tải 116-BC2 Tại đây, máy rải thực hiện quá trình rải thành từng đống riêng biệt theo phương pháp Coneshell, mỗi đống có trọng lượng 5000T.
Công đoạn nghiền liệu
Sơ đồ dây chuyền công nghệ
Các thiết bị chính trong công đoạn :
02-02: van kín khí(122-FG1) 02-15: vít tải
02-03: gầu nâng 02-16: lọc bụi tĩnh điện
02-05: băng tải cao su 02-18: ống khói
02-06: van cánh chớp 02-19: gầu nâng
02-07: quạt gió 02-20: máng khí động
02-08: van cánh chớp 02-21: silô đồng nhất liệu
02-09: Xyclon lắng 02-22: két đá vôi
02-10: van cánh khế 02-23: két đá sét
02-11: máng khí động 02-24: két đất giàu sắt
02-12: máng khí động 02-25: két đất giàu silic
02 -1 4 02 -0 8 02 -1 0 P M P m p p Sơ đ ồ cô ng n gh ệ cô ng đ oạ n ng hi ền li ệu
K hí s ấy từ th áp 5 tầ ng
Hình 1-5 Sơ đồ công nghệ công đoạn nghiền liệu
Nguyên liệu từ băng tải sẽ được đưa vào máy nghiền qua van 2 ngã 121 – DG1 Trong trường hợp có sự cố hoặc quá tải ở máy nghiền, nguyên liệu sẽ được chuyển vào silo chứa Hệ thống băng tải cấp liệu được trang bị tách kim loại từ tính và phi từ tính để đảm bảo an toàn cho quá trình nghiền Lượng liệu hồi lưu từ máy nghiền cũng sẽ qua hệ thống tách kim loại phi từ tính trước khi trở lại bàn nghiền Trước khi vào máy nghiền, nguyên liệu sẽ đi qua các van kín khí 122-FG1, 122-FG2, 122-FG3 để tránh tình trạng tắc nghẽn Cuối cùng, nguyên liệu được đưa vào hệ thống máy nghiền đứng (122RL1) kết hợp với sấy khô, với năng suất đạt 350 t/h, sử dụng tác nhân sấy từ lò đốt phụ hoặc khí thải lò nung.
Bàn nghiền hoạt động nhờ vào mô tơ và hộp giảm tốc, tạo ra chuyển động quay Lực li tâm giúp phân tán đều vật liệu vào khu vực nghiền giữa các rulô Nhờ vào ma sát và áp lực từ rulô lên bàn nghiền, vật liệu sẽ được đập nhỏ và nghiền mịn.
Dòng khí nóng được sử dụng để sấy vật liệu trong máy nghiền, với nhiệt độ và áp suất được điều chỉnh từ tháp điều hòa 142-CT1 hoặc lò đốt phụ 122-HG1 Khí được dẫn qua ống gió đầu vào, chia thành hai nhánh, và lưu lượng khí có thể điều chỉnh thông qua van của quạt Sau khi nghiền, vật liệu di chuyển về phía vòng phun khí, nơi dòng khí sấy thổi qua giúp cuốn hỗn hợp vật liệu lên phân ly Các hạt liệu thô va vào cánh của phân ly sẽ mất động năng và rơi xuống côn thu hồi, được hồi lưu về buồng nghiền.
Băng tải 122-CV1 và gầu nâng 122-BE2 được sử dụng để hồi nguyên liệu có kích cỡ lớn và nguyên liệu còn lại trong máy nghiền về băng tải chính khi xảy ra sự cố Để bảo vệ máy nghiền và các ổ trục, bạc của con lăn, ngoài hệ thống làm kín chịu mài mòn đã có, cần sử dụng quạt làm kín 122-FN5 nhằm tạo áp suất dương trong các khoảng trống của ổ trục, đảm bảo không cho bột liệu xâm nhập gây kẹt hoặc hỏng bạc.
Hệ thống bơm nước 122 – WI1 cải thiện sự ổn định của lớp vật liệu trên bề mặt bàn nghiền Bằng cách điều chỉnh lượng nước bơm vào, người dùng có thể kiểm soát nhiệt độ của liệu khi ra khỏi máy nghiền.
Quạt hút 122-FN1 và 123-FN1 giúp thông gió cho máy nghiền thông qua việc điều chỉnh các van 123-DA2, 123-DA3, 123-DA1, 122-DA3, và 122-DA5 Quạt 122-FN1 cũng vận chuyển bột liệu tới phân ly, nơi các hạt thô được tách ra và đưa trở lại để nghiền Bột liệu mịn và khí thoát ra từ máy nghiền được dẫn đến Cyclone lắng, nơi chúng được lắng qua hệ thống Cyclone và chuyển vào silo đồng nhất tinh qua máng khí động và gầu nâng Khí và bột liệu rất mịn không lắng qua Cyclone sẽ được xử lý qua lọc bụi tĩnh điện để tách tiếp.
Hệ thống vận chuyển sau nghiền đảm bảo bột mịn được lắng lại qua Cyclone 122-CN1 Những phần liệu không lắng được sẽ được chuyển tiếp đến lọc bụi tĩnh điện 123-EP1 để thu hồi thêm một lần nữa.
Khí sạch được thải ra môi trường qua ống khói 123-CY1 sau khi đã lọc bụi Bột liệu mịn tách ra từ lọc bụi được vận chuyển qua vít tải, máng khí động và gầu nâng, sau đó đưa vào silo đồng nhất liệu Độ mịn của bột liệu sau máy nghiền được điều chỉnh thông qua tốc độ phân ly và chế độ gió.
Van 122-RF1, 122-RF2, và 123-RF1 giúp liệu ra khỏi Cyclone và lọc bụi một cách ổn định Sau khi ra khỏi Cyclone, liệu được dẫn qua các máng khí động 123-AS1, 123-AS2 nhờ quạt gió 123-FN3 và 123-FN6, đến máng khí động 123-AS3 Tại đây, thiết bị lấy mẫu sẽ phân tích và đưa ra quyết định phối liệu hợp lý Nguyên liệu mịn trong máng khí động sẽ được các quạt thông gió 123-FN4 và 123-FN7 tiếp tục vận chuyển Tại điểm này, có hai sự lựa chọn được đưa ra.
- Mill elevator : Liệu sẽ được van 123-DG1 vận chuyển tới chân gầu nâng 123-BE1 rồi theo hệ thống máng khí động vào silo
Trong trường hợp gầu 123-BE1 hỏng, hệ thống sẽ sử dụng van 123-DG1 để chia khí động tới máng 123-AS4 Sau đó, van 123-DG2 sẽ phân phối khí tới chân gầu nâng 123-SM2 và 123-SM3, từ đó vận chuyển nguyên liệu tới silo hoặc cấp liệu trực tiếp tới lò.
Lọc bụi tĩnh điện cần được kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, áp suất và phân tích khí Việc vận hành lọc bụi ở nhiệt độ quá thấp có thể dẫn đến hiện tượng ngưng tụ, gây ảnh hưởng đến hiệu suất lọc.
Công đoạn nghiền than
Sơ đồ dây chuyền công nghệ
04 – 01: máy nghiền 04 – 07: Két than mịn
04 – 02 : Két than thô 04 – 08: Lọc bụi tĩnh điện
04 – 03: Cân định lượng 04 – 09: Van cánh chớp
04 – 05: Van cánh khế 04 – 11: Ống khói
04 – 06: Vít tải 04 – 12: Buồng đốt phụ
Tới canxinơ Khí sấy từ ghi làm lạnh
Sơ đ ồ cô ng n gh ệ cô ng đ oạ n ng hi ền th an 04 -1 1
Hình 1-6 Sơ đồ công nghệ nghiền than
Than được chuyển từ kho tổng hợp lên băng tải cao su 116-BC7, nơi có hệ thống phát hiện từ 150-MT1 và tách từ 150-MS1 Sau đó, than được đổ vào cửa phân phối 150-DG1 và được đưa vào hai bun-ke chứa 150-HP1 và 150-HP2 qua băng tải hai chiều Trong quá trình này, hai lọc bụi túi 150-BF1 và 150-BF2 giúp lọc bụi than Từ hai bun-ke, than được cân cấp liệu và đưa vào máy nghiền 150-RL1 Khí sấy có thể được lấy từ buồng đốt phụ 150-HG1 khi chưa có khí nóng từ cooler.
Khí và bụi sau khi phân ly qua thiết bị 150-DY1 sẽ được dẫn vào Cyclon lắng 150-CN1 Than mịn sẽ được thu gom và chuyển đến vít tải 150-SC1, sau đó qua bộ phận lấy mẫu 150-SM1, than sẽ tiếp tục được vận chuyển bằng vít tải 150-SC2 vào két cấp liệu 150-FB1 hoặc 150-FB2.
Khí thải từ Cyclon được dẫn vào lọc bụi điện 150-EP1 để loại bỏ bụi còn lại Sau khi qua lọc bụi điện, khí thải được quạt 150-FN7 hút ra, trong đó một phần được thải ra ngoài qua ống khói 150-CY1, và phần còn lại quay trở lại máy nghiền, với lượng gió hồi lưu được điều chỉnh bằng van 150-DA4 Bột than thu được từ lọc bụi điện được thu hồi vào các phễu 150-CHE, 8, 9, và sau đó được chuyển đến vít tải 150-SC1 thông qua băng tải xích 150-CV1.
Bột than từ vít tải 150-SC2 được chuyển vào hai két chứa than 150-FB1 và 150-FB2 Than từ két 150-FB1 được cân bằng thiết bị 150-FD1 và sau đó được đưa đến vòi đốt calciner thông qua quạt 150-BL1 Trong khi đó, than từ két 150-FB2 đi qua cân 150-FD2 trước khi vào vòi đốt lò quay nhờ quạt thổi 150-BL2 Quạt 150-BL3 được sử dụng làm dự trữ trong trường hợp xảy ra sự cố.
Tại các vị trí đỉnh và đáy của két chứa 150-FB1 và 150-FB2, cũng như trong máy nghiền, lọc bụi điện và Cyclon, hệ thống tự động phun khí CO2 được trang bị nhằm ngăn chặn nguy cơ nổ bụi than.
Công đoạn nung luyện Clinker
Bột liệu từ Silô được cấp vào hệ thống qua các thiết bị như máng tháo, két trung gian, và cân cấp liệu, kết nối với Cyclon trao đổi nhiệt 5 tầng 2 nhánh giữa C1 và C2 Gió nóng từ C2 thổi bột liệu vào Cyclon C1, tạo ra dòng xoáy giữa bột liệu và khí nóng Sau khi trao đổi nhiệt tại C1, bột liệu lắng xuống Cyclon C2, trong khi khí thải từ C1 được dẫn đến tháp điều hòa.
Trong hệ thống tháp trao đổi nhiệt 5 tầng, bột liệu lắng xuống ở các Cyclon tầng dưới trong khi khí nóng di chuyển lên trên Quá trình trao đổi nhiệt giữa bột liệu và khí nóng diễn ra cùng chiều ở mỗi Cyclon và ngược chiều ở các Cyclon khác nhau Bột liệu từ C4 được chuyển qua canxiner và buồng khói với tỷ lệ thiết kế 60% và 40% để phân hủy cacbonat, với hiệu suất canxi hóa đạt khoảng 90% Sau đó, bột liệu lắng xuống C5 trước khi được cấp vào lò nung, nơi clinker được hình thành ở nhiệt độ lên tới 1450 °C Clinker sau khi ra khỏi lò quay sẽ được làm nguội đến nhiệt độ ≤ 150 °C và được vận chuyển đến các silô chứa clinker.
Công đoạn nghiền xi măng
Sơ đồ dây chuyền công nghệ
Các thiết bị chính trong dây chuyền:
06 – 01: Máy nghiền xi măng 06 – 06: Máng khí động
06 – 02: Máy nghiền CKP 06 – 07: Gầu nâng
06 – 03: Phân ly 06 – 08: Silô xi măng
06 – 05: Lọc bụi tĩnh điện 06 – 10: Quạt
Hình 1-7 Sơ đồ công nghệ nghiện xi măng
Máy rút liệu 116-RE1 lấy nguyên liệu bazal, thạch cao, đá vôi từ kho tổng hợp và chuyển vào băng tải 116-BC3 để cấp vào các két chứa Clinker được lấy từ đáy silô qua hai băng tải 161-BC1 và 161-BC2, mỗi silô có sáu cửa xả, sau đó được vận chuyển đến băng tải 161-BC3 và chuyển đến gầu nâng 161-BE1 để vào két clinker.
Thạch cao được rút qua cân băng định lượng và cấp liệu vào máy nghiền bi, trong khi clinker, đá vôi và bazal cũng được xử lý tương tự trước khi vào máy nghiền đứng CKP 200 Sau khi nghiền sơ bộ, đá vôi và bazal được chuyển qua gầu nâng để cấp vào máy nghiền bi cùng với thạch cao, một phần trở lại CKP để duy trì hoạt động ổn định của máy nghiền Máy nghiền xi măng sử dụng thiết kế 2 ngăn, với ngăn 1 thực hiện quá trình đập và ngăn 2 thực hiện quá trình nghiền.
Xi măng sau khi ra khỏi máy nghiền được vận chuyển đến máy phân ly O-Sepa qua hệ thống máng khí động và gầu nâng Gió vào phân ly được lấy từ khí hút ra khỏi máy nghiền và một phần gió hồi lưu từ Cyclon lắng Xi măng mịn và khí thoát ra từ phân ly sẽ được đưa qua Cyclon lắng, trong khi xi măng thô không đạt yêu cầu sẽ quay trở lại máy nghiền Xi măng mịn lắng tại Cyclon cùng với xi măng thu hồi từ lọc bụi điện sẽ được vận chuyển qua hệ thống máng khí động và gầu nâng vào 4 silô xi măng Khí sạch sau khi lọc bụi tĩnh điện sẽ được thải ra môi trường qua ống khói.
TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO NHÀ
MÁY XI MĂNG HOÀNG MAI
Hệ thống điều khiển giám sát DCS
Khái niệm về DCS
DCS, hay Hệ thống điều khiển phân tán, là một giải pháp tổng thể bao gồm phần cứng, phần mềm và truyền thông, được phát triển từ các ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất Khác với hệ thống điều khiển dựa trên PLC, DCS hỗ trợ các ứng dụng điều khiển phân tán và thường được thiết kế theo hệ thống mở, cho phép tích hợp cao với các PLC khác nhau và các công đoạn độc lập Hệ thống này còn có khả năng trao đổi dữ liệu trực tiếp giữa các thiết bị điều khiển, nhằm tối ưu hóa quá trình thiết kế và tích hợp hệ thống cho các kỹ sư.
Hệ thống điều khiển sản xuất với cấu trúc DCS nổi bật với khả năng xử lý tín hiệu tương tự và thực hiện các chuỗi quá trình phức tạp, cùng với khả năng tích hợp dễ dàng Hiện nay, các hệ thống điều khiển sản xuất thương phẩm thường bao gồm thiết bị điều khiển, hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hỗ trợ khả năng điều khiển phân tán Những hệ thống này có khả năng quản lý từ vài nghìn đến hàng chục nghìn điểm vào/ra, mang lại hiệu quả cao trong quản lý sản xuất.
Hệ điều khiển hiện đại nhờ vào cấu trúc phần cứng và phần mềm đồng nhất, có khả năng thực hiện nhiều vòng điều chỉnh và điều khiển đa tầng, áp dụng các thuật toán tiên tiến như nhận dạng hệ thống, điều khiển thích nghi, tối ưu, bền vững, điều khiển theo mô hình dự báo (MPC), Fuzzy, Neural, và điều khiển chất lượng (QCS) Để tối ưu hóa việc trao đổi thông tin trong chức năng DCS, các hệ thống điều khiển thương phẩm hiện nay hỗ trợ nhiều phương thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản lý, với các giao thức đã được chuẩn hóa như Profibus, Ethernet và Foundation FieldBus.
Hệ thống điều khiển thương phẩm với cấu trúc DCS hiện nay đạt độ tin cậy cao nhờ vào khả năng dự phòng kép cho tất cả các thành phần như controller, modul I/O và bus truyền thông Ngoài ra, hệ thống còn cho phép thay đổi chương trình, cấu trúc hệ, và thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn quá trình hoạt động, nhờ vào khả năng thay đổi online Đặc biệt, cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ điều khiển DCS cam kết thời gian hỗ trợ sản phẩm từ 15-20 năm, đảm bảo thời gian hoạt động và khai thác hiệu quả của hệ thống.
Các hệ điều khiển sản xuất với tính năng DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về giải pháp tự động hóa tích hợp Theo các chuyên gia, hệ thống điều khiển DCS vẫn không thể thay thế trong các ứng dụng lớn, và thị trường hệ điều khiển DCS toàn cầu đang tăng trưởng 2-3% mỗi năm.
Cấu hình của hệ thống điều khiển phân tán
Hệ thống điều khiển và giám sát quá trình bao gồm các thành phần cơ bản như cảm biến và cơ cấu chấp hành, chúng hoạt động như giao diện giữa thiết bị điều khiển và quá trình kỹ thuật Đồng thời, hệ thống giám sát cũng kết nối người vận hành với máy móc Các thiết bị có thể được kết nối trực tiếp theo kiểu điểm – điểm hoặc thông qua mạng truyền thông.
Hình 2-1 Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống điều khiển giám sát
Tùy thuộc vào loại cảm biến, tín hiệu có thể là nhị phân, số hoặc tương tự theo các chuẩn điện học như 1÷10V, 4÷20 mA, 0÷20 mA Để xử lý tín hiệu trong máy tính số, cần chuyển đổi và thích ứng các tín hiệu đo với chuẩn giao diện vào/ra của máy tính Ngoài ra, biện pháp cách ly điện học cũng cần thiết để ngăn chặn sự ảnh hưởng giữa các thiết bị, và đây chính là chức năng của các module vào/ra (I/O).
Một hệ thống DCS 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
- Hệ thống truyền thông : Ghép nối điểm–điểm, bus cảm biến chấp hành, bus trường, bus hệ thống
Thiết bị điều khiển tự động bao gồm các bộ PLC, bộ điều khiển chuyên dụng, thiết bị điều khiển số đơn lẻ và máy tính cá nhân, kết hợp với phần mềm điều khiển tương ứng để tối ưu hóa quá trình tự động hóa.
- Hệ thống điều khiển giám sát : Các thiết bị và phần mềm HMI, các trạm kĩ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cấp cao
- Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn.
Mô hình phân cấp hệ điều khiển giám sát
Hệ thống DCS tiêu chuẩn bao gồm ba cấp độ, kết nối với cấu trúc quản lý và điều hành sản xuất thông qua hệ thống quản lý thông tin Điều này cho phép tích hợp hiệu quả vào các hệ thống quản lý sản xuất, quản lý thông tin, và phối hợp quản lý trên quy mô lớn.
Mô hình phân cấp của một hệ điều khiển giám sát được mô tả như hình 2-2
Mô hình phân cấp hệ điều khiển giám sát cho thấy đặc điểm của cấu trúc điều khiển phân tán, trong đó thiết bị được phân bố gần với các quá trình kỹ thuật Việc sử dụng các mạng truyền thông công nghiệp giúp kết nối và trao đổi thông tin hiệu quả giữa các thiết bị.
Ở các cấp thấp, chức năng chủ yếu mang tính chất cơ bản và yêu cầu độ nhạy cùng thời gian phản ứng cao Ngược lại, ở các cấp cao hơn, chức năng được xây dựng dựa trên các chức năng cấp dưới, không yêu cầu thời gian phản ứng nhanh nhưng đòi hỏi khả năng trao đổi và xử lý thông tin cao hơn.
Cấp châp hành (Cấp trường)
Các chức năng chính của cấp chấp hành bao gồm đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu khi cần thiết, sau đó truyền thông tin lên cấp điều khiển Hầu hết các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành đều có hệ thống điều khiển riêng, giúp thực hiện quá trình đo lường và truyền động một cách chính xác và nhanh nhạy.
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành thông minh đã tạo ra những sản phẩm có khả năng kết nối trực tiếp vào hệ thống mạng Những thiết bị này không chỉ xử lý thông tin một cách hiệu quả mà còn gửi dữ liệu lên cấp điều khiển mà không cần thông qua các bộ phận vào/ra phân tán.
Các chấp hành cảm biến có thể được kết nối với PLC và máy tính công nghiệp, giúp điều khiển máy sản xuất hoặc các công đoạn sản xuất độc lập một cách hiệu quả.
Cấp điều khiển bao gồm các bộ điều khiển, là nơi thực hiện mọi chức năng điều khiển của toàn nhà máy
Cấp điều khiển không chỉ thực hiện chức năng xử lý thông tin từ cảm biến mà còn phải truyền thông với các cơ cấu chấp hành để thu thập dữ liệu Sau khi xử lý thông tin và thực hiện các thuật toán điều khiển, nó sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các đầu ra và thiết bị chấp hành Ngoài ra, các bộ điều khiển có khả năng đọc và trao đổi dữ liệu qua mạng truyền thông ở cấp điều khiển.
Cấp giám sát có nhiệm vụ giám sát và vận hành quy trình kỹ thuật, hỗ trợ người dùng trong việc cài đặt ứng dụng, theo dõi và xử lý các tình huống bất thường Trong khi các chức năng đo lường và điều khiển chủ yếu được thực hiện ở cấp cơ sở, cấp điều khiển giám sát còn thực hiện các bài toán điều khiển cấp cao như điều khiển phối hợp và điều khiển theo công thức Điểm khác biệt là cấp này không yêu cầu thiết bị phần cứng đặc biệt, chỉ cần sử dụng các máy tính thông thường như máy tính cá nhân, máy trạm hay máy chủ.
Sự phân cấp chức năng trong các hệ thống có thể thay đổi tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, nhưng việc áp dụng sơ đồ phân cấp chức năng sẽ giúp thuận tiện hơn trong việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị phù hợp.
Các chức năng của một hệ thống điều khiển giám sát
Chức năng điều khiển
Chức năng chính và là chức năng quan trọng nhất của DCS là điều khiển toàn bộ các quá trình công nghệ nhà máy
Chức năng điều khiển do các bộ điều khiển đảm nhận, được đặt tại phòng điều khiển
Hệ thống DCS thực hiện đầy đủ các chức năng điều khiển cơ bản trong nhà máy thông qua các thành phần được gọi là "khối hàm" (Function Block) Mỗi khối hàm đại diện cho một phần nhỏ nhất trong bài toán điều khiển Thiết kế chức năng điều khiển là quá trình kết hợp các khối hàm một cách hợp lý để đạt được hiệu quả tối ưu trong quản lý và điều khiển.
Các vòng điều chỉnh phản hồi trong các quá trình liên tục được thực hiện bởi các thành phần chính như khối PID, khối hàm chuyển đổi định dạng dữ liệu vào/ra và khối hàm toán học Những thành phần này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chức năng điều chỉnh tự động hiệu quả cho hệ thống.
- Chức năng thực hiện các thuật toán điều khiển tuần tự :
Chức năng này cho phép thực hiện các công đoạn làm việc theo chuỗi sự kiện nối tiếp trong nhà máy, điều khiển từng công đoạn độc lập và quản lý toàn bộ chuỗi sự kiện trong hệ thống Nó có thể được áp dụng cho các bài toán liên động hoặc kết hợp thực hiện các công đoạn liên tục trong nhà máy.
Chức năng vận hành và giám sát
Giám sát tổng quan toàn bộ quá trình
Hệ thống DCS cung cấp các công cụ xây dựng đồ họa và thư viện phong phú, giúp biểu diễn trực quan toàn bộ quá trình và thiết bị trong nhà máy Điều này cho phép người dùng dễ dàng giám sát và nhận biết trạng thái hoạt động của nhà máy thông qua các đối tượng đồ họa và giao diện điều khiển.
Hình 2-3 Giao diện đồ họa giám sát hệ thống
Để quản lý và giám sát hiệu quả toàn bộ nhà máy với nhiều thiết bị và trạng thái khác nhau, hệ thống DCS phân chia, sắp xếp và hiển thị các tham số trạng thái dưới nhiều hình thức khác nhau, giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và điều chỉnh quá trình.
Hình 2-4 Giám sát quá trình nghiền liệu nhà máy xi măng
Chúng ta có thể theo dõi các biển quá trình thông qua các tag_name của chúng hoặc sử dụng các đồ thị để so sánh và đánh giá chất lượng điều khiển, từ đó hỗ trợ cho việc ra quyết định hiệu quả.
Cảnh báo các sự kiện quá trình
Ngoài việc giám sát trạng thái, hệ thống DCS cần cung cấp cảnh báo cho người vận hành và gợi ý xử lý Các cảnh báo trong hệ thống được phân loại thành nhiều cấp độ khác nhau.
Cảnh báo nguy cơ là tín hiệu quan trọng cho người vận hành, nhấn mạnh rằng họ cần chú ý đến các tham số quá trình liên quan mà chưa cần phải can thiệp vào hệ thống.
Bào động (Alarm) là loại cảnh báo yêu cầu người vận hành thực hiện một số gợi ý hoặc can thiệp nhỏ để đưa hệ thống ra khỏi khu vực nguy hiểm.
Báo lỗi (Failure) là tình trạng nguy hiểm cần phải can thiệp ngay để ngăn chặn rủi ro và tổn thất cho hệ thống Khi xảy ra lỗi, hệ thống thường đã thực hiện một số biện pháp đã được lập trình sẵn nhằm phòng ngừa các hiểm họa có thể xảy ra.
DCS cung cấp báo cáo dữ liệu định kỳ hoặc theo yêu cầu để hỗ trợ giám sát quản lý quá trình, bao gồm thông tin về các biến quá trình và các khu vực quan trọng Ngoài ra, hệ thống cũng thực hiện các báo cáo thường xuyên nhằm thu thập, lưu trữ và in ấn thông tin về trạng thái hoạt động Các báo cáo này bao gồm cảnh báo, thông điệp liên quan đến thiết bị, tín hiệu vào/ra và trạng thái của các khối hàm.
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống và ngăn chặn lỗi trong quá trình vận hành, DCS cung cấp khả năng phân chia quyền truy cập cụ thể đến từng thiết bị và khối hàm Mỗi người vận hành chỉ có quyền hạn và trách nhiệm trong một khu vực nhất định, với nhiều mức độ bảo mật từ cấp khu vực đến từng thiết bị trong nhà máy Mỗi người sẽ có tài khoản riêng, chỉ được truy cập vào khu vực đã được định nghĩa trước và chịu trách nhiệm hoàn toàn với khu vực đó, từ đó giúp ngăn chặn lỗi vận hành hiệu quả.
Hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn nghiền liệu nhà máy xi măng Hoàng Mai
Hệ thống DCS cho quá trình nghiền liệu tại nhà máy xi măng Hoàng Mai bao gồm ba phần chính: cấp trường, cấp điều khiển và cấp vận hành giám sát, nhằm đáp ứng các yêu cầu tổng quan của hệ thống.
Hình 2-6 Cấu hình DCS công đoạn nghiền nhà máy xi măng Hoàng Mai
Các thiết bị chấp hành, bao gồm cảm biến, motor và van điều khiển, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các thao tác sản xuất như đo nhiệt độ và đo áp suất.
…đồng thời thực hiện các lệnh điều khiển từ cấp trên ra lệnh xuống
Cấp điều khiển là phần quan trọng trong hệ thống, thực hiện việc kiểm soát toàn bộ quy trình Nó nhận dữ liệu từ các tín hiệu cảm biến, van và các thông số quá trình, sau đó sử dụng chương trình đã được lập trình sẵn để gửi lệnh điều khiển đến các cơ cấu chấp hành.
Cấp vận hành giám sát
Giám sát trạng thái thiết bị trường là một chức năng quan trọng, cho phép hiển thị trạng thái hệ thống trên màn hình vận hành Người vận hành có thể điều khiển và tác động đến các thiết bị từ phòng điều khiển trung tâm Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng lưu trữ dữ liệu vào server của nhà máy và lập báo cáo định kỳ, nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành.
Từ những chức năng cơ bản trên, việc thiết kế hệ DCS cho quá trình nghiền liệu nhà máy xi măng Hoàng Mai sẽ gồm 2 phần :
- Thiết kế phần cứng, tủ điều khiển
- Thiết kế giao diện vận hành giám sát và lập trình PLC
Hiện tại, phần mềm PCS7 của Siemens đang được sử dụng để điều khiển và giám sát toàn bộ nhà máy Vì vậy, tôi đã quyết định chọn giải pháp đồng bộ từ Siemens cho cả phần cứng lẫn phần mềm, bao gồm PLC và phần mềm HMI của hãng này.
THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ NGHIỀN
Máy nghiền liệu MPS5000B
Cấu tạo
Hình 3-1 Cấu tạo máy nghiền
Các thông số kỹ thuật của máy nghiền liệu
Bảng 3-1 Các thông số kỹ thuật của máy nghiền liệu
1 Kích thước hạt liệu vào < 70 mm
2 Độ ẩm (lớn nhất trên tổng khối lượng) 7%
1 Năng suất trung bình 320 tph
2 Độ mịn(trờn sàng 80àm) 10%
3 Độ ẩm (lớn nhất trên tổng khối lượng) 1%
1 Kiểu nghiền con lăn đứng
3 Công suất tiêu thụ tại điều kiện giới hạn(tại giới hạn động cơ-chỉ nghiền)
1 Tổng lượng nước phun theo liệu (4,5%) 15000 kg/h
2 Lượng nước còn dư (0,5%) 1700 kg/h
Thông số chính cấu tạo máy nghiền
1 Đường kính bàn nghiền 5000 mm
3 Đường kính con lăn 2800 mm
4 Thiết kế vỏ con lăn Ghép mảnh
5 Số lượng tấm lót bàn nghiền 39
6 Vật liệu bàn nghiền Thép đúc (hight Cr)
7 Vật liệu làm con lăn Thép đúc (hight Cr)
2 Công suất truyền vào 3000 kW
5 Tuổi thọ thiết kế lý thuyết 50000 h
1 Động cơ chính 3300/1000 kW/rpm
2 Động cơ bộ phận phân ly 132/1500 kW/rpm
3 Hệ thống gây áp lực con lăn 5,5/1500 kW
Nguyên lý hoạt động
Quá trình nghiền diễn ra khi nguyên liệu được cấp trực tiếp vào bàn nghiền, nơi bàn nghiền quay quanh hệ thống ba con lăn Áp lực nghiền được tạo ra bởi hệ thống thủy lực, giúp các con lăn nén chặt nguyên liệu để nghiền nhỏ hạt Nhờ vào chuyển động quán tính, các hạt dần di chuyển ra ngoài bàn nghiền Để tăng hiệu quả nghiền, tác nhân sấy được cung cấp từ hệ thống tháp trao đổi nhiệt hoặc lò đốt phụ qua hệ thống vành kim phun xung quanh bàn nghiền.
Quá trình sấy khô các hạt diễn ra khi chúng được khí sấy thổi lên khỏi bàn nghiền đồng Sau đó, các hạt này được chuyển đến hệ thống phân ly, bao gồm cánh phân ly tĩnh và cánh phân ly động Cánh phân ly tĩnh được bố trí cố định, trong khi cánh phân ly động hoạt động nhờ trục truyền động từ môtơ Khi va đập vào cánh phân ly tĩnh, các hạt thô mất động năng và rơi trở lại bàn nghiền, chỉ cho phép các hạt trung bình và mịn tiếp tục đi qua.
Các hạt trung bình và mịn sẽ va đập vào hệ thống cánh phân ly động, trong đó các hạt trung bình mất động năng và rơi trở lại bàn nghiền qua phễu thu hồi Chỉ những hạt mịn mới được phân ly và đi qua khỏi máy nghiền.
Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ
Khởi động trực tiếp
Hình 3-2 Khởi động trực tiếp Đóng Aptomat nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới ,động cơ quay Ưu điểm :
- Thiết bị khởi động đơn giản
- Thời gian khởi động 𝑡 nhỏ
- Dòng khởi động 𝐼 lớn làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác
- Phương pháp này dùng cho những động cơ công suất nhỏ và công suất của nguồn lớn hơn nhiều lần công suất động cơ.
Khởi động bằng phương pháp đổi nối Y/∆
Hình 3-3 Khởi động bằng phương pháp đổi nối
Phương pháp này áp dụng cho động cơ khi hoạt động ở chế độ bình thường với nối Δ, trong khi khởi động sử dụng nối Y Sau khi tốc độ quay gần ổn định, động cơ sẽ chuyển về nối Δ để tiếp tục làm việc Ưu điểm của phương pháp này là giúp giảm dòng khởi động và bảo vệ động cơ khỏi các cú sốc điện.
- Điện áp đặt vào động cơ giảm √3 lần
- Dòng điện khởi động giảm 3 lần
- Thích hợp cho khởi động không tải hoặc các phụ tải nhẹ
- Mô men khởi động giảm 3 lần
3.2.3 Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu
Hình 3-4 Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu
Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu dùng mở máy cho công suất và quán tính lớn : máy bơm, máy nén khí…
- Đóng AT1, đóng AT cấp điện cho máy biến áp tự ngẫu
- Đóng K1, động cơ bắt đầu khởi động
- Khi tốc độ đạt 70-80% định mức, ngắt K1, đóng K2
- Ngắt MBA ra bằng ngắt AT Ưu điểm
- Nếu đặt tỉ số = k (lần) > 1 thì dòng khởi động 𝐼 giảm 𝑘 lần
- Mô men khởi động giảm 𝑘 lần.
Khởi động bằng cuộn kháng mắc vào stato
Khởi động bằng cuộn kháng mác vào stato là một phương pháp phổ biến và hiệu quả, đặc biệt thích hợp cho việc khởi động các loại phụ tải nhẹ hoặc không tải.
- Đóng AT cấp điện cho mạch điêu khiển
- Đóng K1, động cơ bắt đầu khởi động
- Khi tốc độ đạt 70-80% định mức, đóng K2 ngắn mạch kháng Ưu điểm
- Rẻ tiền, tin cậy, đơn giản
- Nếu đặt tỉ số = k (lần) > 1 thì dòng khởi động 𝐼 giảm k lần
- Mô men khởi động giảm 𝑘 lần.
Khởi động bằng biến tần
Hình 3-6 Khởi động động cơ sử dụng biến tần Ưu điểm
- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ.
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau
- Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng
- Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau
- Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (dệt, băng tải )
- Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ : Quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha …
- Có thể kết nối mạng với hệ thống điều khiển trung tâm, động cơ xoay chiềù
- Đòi hỏi người lắp đặt và vận hành thiết bị phải có kiến thức nhất định
- Chi phí đầu tư ban đầu cao.
Khởi động bằng phương pháp Soft Starter
Hình 3-7 Khởi động bằng phương pháp Soft Starter Ưu điểm
- Khởi động và dừng động cơ nhẹ nhàng, có điều khiển
- Có các chức năng bảo vệ động cơ quá tải, ngược pha, mất pha …
- Giá thành thấp (Thấp hơn so với biến tần)
Phương pháp khởi động qua điện trở nước
Hình 3-8 Phương pháp khởi động qua điện trở nước Trong đó :
2 Động cơ nâng hạ điện cực
3 Điện cực ở vị trí max
4 Điện cực ở vị trí min
5 Công tắc tơ loại bỏ điện trở phụ
6 Cảm biến vị trí 𝑆 đo 𝑅 , 𝑆 đo 𝑅
7 Động cơ chính Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có công suất lớn ( hàng nghìn kW) được khởi động theo phương pháp đưa điện trở phụ vào rôto
Bộ khởi động được thiết kế đặc biệt để khởi động động cơ, với thành phần chính là thùng điện trở phụ chứa dung dịch Na2CO3 Nồng độ dung dịch được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo điện trở phù hợp với yêu cầu khởi động, mang lại hiệu quả cao trong quá trình vận hành.
- Dòng điện khởi động 𝐼 nhỏ
- Chỉ áp dụng được với động cơ KĐB rô to dây quấn
Động cơ rôto dây quấn có cấu tạo phức tạp hơn so với rôto lồng sóc, dẫn đến giá thành cao hơn, khó bảo quản và hiệu suất thấp hơn Tại nhà máy xi măng Hoàng Mai – Nghệ An, động cơ sử dụng là loại 122-RL1M01 với công suất 300 kW và điện áp 6 kV Do là động cơ rôto dây quấn, tôi sẽ thiết kế mạch khởi động cho loại động cơ này theo phương pháp khởi động qua điện trở nước.
Thiết kế tủ điều khiển cho động cơ nghiền liệu
Sơ đồ khối chức năng hệ truyền động cho động cơ nghiền
Hình 3-9 Sơ đồ khối chức năng hệ truyền động cho động cơ nghiền Trong đó :
- Tủ điều khiển tại chỗ và tủ điều khiển cho nhóm động cơ liên động được bố trí trong xưởng gần quạt gió
- Tủ đo lường và điều khiển được bố trí tại phòng điều khiển (cách âm) trong xưởng quạt gió
- Tủ máy cắt trung áp MC được bố trí tại trạm phân phối nguồn 6 kV của nhà máy.
Tính toán lựa chọn khí cụ điện bảo vệ
Nhóm động cơ dẫn động bao gồm các loại động cơ với thông số kỹ thuật như sau: Động cơ di chuyển bản cực có điện áp 380V, công suất 0.4Kw, hệ số công suất cosφ 0.86, hệ số K 5, hiệu suất η 0.8 và 0.9 Động cơ làm mát dung dịch cũng có điện áp 380V, công suất 0.25Kw, hệ số công suất cosφ 0.86, hệ số K 5, hiệu suất η 0.8 và 0.9 Cuối cùng, động cơ bơm tuần hoàn làm mát dung dịch cũng nằm trong nhóm này.
380 2.2 0.86 5 0.8 0.9 Động cơ nghiền chính 122RL1M01 là động cơ roto dây quấn có các thông số : Động cơ 𝑈 (V) 𝑃 (Kw) cos𝜑 𝐾 𝐾 𝜂
Tính toán lựa chọn cầu chì
𝛼 = 2,5 Đối với động cơ mở máy nhẹ , không tải (máy bơm ,quạt…)
𝛼 = 1,6 Đối với động cơ mở máy nặng , có tải (cầu trục ,máy nâng ,cần cẩu…)
Xét trên nhánh động cơ 1 :
- Loại tải : Động cơ di chuyển bản cực là động cơ mở máy nặng → 𝛼 = 1,6 Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 80 (V) Điều kiện mở máy :
Xét trên nhánh động cơ 2 :
- Loại tải : Động cơ làm mát dung dịch là động cơ mở máy nhẹ→ 𝛼 = 2,5 Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 80 (V) Điều kiện mở máy :
Xét trên nhánh động cơ 3 :
- Loại tải : Động cơ bơm tuần hoàn làm mát dung dịch là động cơ mở máy nhẹ→ 𝛼 2,5 Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 80 (V) Điều kiện mở máy :
Xét trên nhánh động cơ nghiền
- Loại tải : Động cơ nghiền liệu là động cơ mở máy nặng → 𝛼 = 1,6 Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 6000 (V) Điều kiện mở máy :
Bảng 3-2 Lựa chọn cầu chì
Cầu chì Hãng sản xuất 𝑈 (V) 𝐼 (A) 𝐼 ỏ (A) CC1 Siemens 380 3 3.5
Tính toán lựa chọn Aptomat
- Dòng điện định mức : 𝐼 = (1,1 ÷ 1,2) 𝐼 → Chọn 𝐼 = 1,2 𝐼
- Dòng cắt sự cố ngắn mạch : 𝐼 ≥ 𝐼
- Dòng cắt ổn định điện động : 𝐼 ≥ 𝐼 = 18.√2 𝐼 Chọn 𝐼 ≥ 𝐼 1,8.√2 10 𝐼
Xét trên nhánh động cơ 1 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V)
Dòng điện định mức : 𝐼 = (1,1 ÷ 1,2) 𝐼 → Chọn 𝐼 = 1,2 𝐼 = 1,2 0,79 0.95 (A)
Dòng cắt sự cố ngắn mạch : 𝐼 ≥ 𝐼 = 5 𝐼 = 5.0,79 = 4(A)
Dòng cắt ổn định điện động : 𝐼 ≥ 𝐼 = 1,8.√2 10 𝐼 = 1,8 √2 10.0,95
Xét trên nhánh động cơ 2 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V)
Dòng điện định mức : 𝐼 = (1,1 ÷ 1,2) 𝐼 → Chọn 𝐼 = 1,2 𝐼 = 1,2 0,49 0.6 (A)
Dòng cắt sự cố ngắn mạch : 𝐼 ≥ 𝐼 = 5 𝐼 = 5.0,49 = 2.5(A)
Dòng cắt ổn định điện động : 𝐼 ≥ 𝐼 = 1,8.√2 10 𝐼 = 1,8 √2 10.0,6 15,3(A)
Xét trên nhánh động cơ 3 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V)
Dòng điện định mức : 𝐼 = (1,1 ÷ 1,2) 𝐼 → Chọn 𝐼 = 1,2 𝐼 = 1,2 4,3 5,2 (A)
Dòng cắt sự cố ngắn mạch : 𝐼 ≥ 𝐼 = 5 𝐼 = 5.4,3 = 21.5(A)
Dòng cắt ổn định điện động : 𝐼 ≥ 𝐼 = 1,8.√2 10 𝐼 = 1,8 √2 10.5,2 132,4(A)
Lựa chọn Công tắc tơ
Xét trên nhánh động cơ 1 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V)
𝐼 = 𝐼 = 0,79(𝐴) Điện áp cuộn dây : 380VAC
Xét trên nhánh động cơ 2 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V)
𝐼 = 𝐼 = 0,49(𝐴) Điện áp cuộn dây : 380VAC
Xét trên nhánh động cơ 3 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 80 (V)
𝐼 = 𝐼 = 4,3(𝐴) Điện áp cuộn dây : 380VAC
Xét trên nhánh động cơ nghiền: Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 6000 (V)
Tính chọn rơ le nhiệt
Xét trên nhánh động cơ 1 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V)
Xét trên nhánh động cơ 2 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V)
Xét trên nhánh động cơ 3 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V)
Bảng 3-5 Tính chọn Role nhiệt
Role nhiệt Hãng sản xuất 𝑈 (V) 𝐼 (A)
- Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 6 (KV)
- Dòng điện ổn định động : 𝐼 ≥ 𝐼 = √2 1,8.1900 = 4837 (A)
- Công suất cắt định mức : 𝑆 ≥ 𝑆 = √3 6.1,9 = 20 (MVA)
Lựa chọn máy cắt không khí ACB của Schneider có các thông số :
Bảng 3-6 Thông số máy cắt không khí ACB Hãng sản xuất 𝑈 (KV) 𝑆 (MVA) 𝐼 (A) 𝐼 (A) 𝐼 (𝐴)
Lưu đồ thuật toán quá trình khởi động
Hình 3-10 Lưu đồ thuật toán quá trình khởi động Điều kiện liện động :
- Điện cực ở vị trí trên cùng
- Điện cực di chuyển trong một giới hạn cho phép
- Nguồn điện áp điều khiển
- Tất cả các cầu chì đều tốt
- Nhiệt độ dung dịch trong khoảng 5 ÷ 85℃
- Mức dung dịch ở trong giới hạn cho phép Điều kiện liên động quá trình khởi động
- Nhiệt độ dung dịch không vượt quá 85℃
- Thời gian khởi động không vượt quá trị số đặt trước
- Dòng điện động cơ di chuyển điện cực không vượt quá trị số dòng định mức
Tác động của hệ thống ở cuối hành trình khởi động
- Contactor ngắn mạch có điện, ngắn mạch ở roto
- Động cơ di chuyển điện cực về vị trí ban đầu.
Sơ đồ mạch động lực
Hình 3-11 Động cơ làm mát Thuyết minh sơ đồ :
Nguồn cung cấp cho bộ khởi động vào Q2 qua trạm biến áp T2(380V/220V)
Khi nhiệt độ dung dịch vượt quá 70℃, B5 sẽ kích hoạt K7 để đóng nguồn cho K11, từ đó làm cho quạt làm mát dung dịch hoạt động Đồng thời, K12 sẽ cung cấp dòng điện cho bơm tuần hoàn, giúp làm mát dung dịch cho đến khi nhiệt độ giảm xuống dưới 70℃ Khi nhiệt độ này đạt được, B5 sẽ mở mạch, dẫn đến K7, K11 và K12 mất điện, khiến quạt làm mát và bơm tuần hoàn dừng hoạt động, trong khi động cơ di chuyển bản cực.
Khi có điện cực R = 𝑅 ở vị trí cao nhất, cảm biến S1 phát hiện, bắt đầu quá trình khởi động động cơ
Cuộn dây K9 có điện ,tiếp điểm K9 ở mạch lực đóng ,động cơ quay ngược di chuyển điện cực lên loại dần điện trở
Khi R = 𝑅 , thì cảm biến S2 phát hiện, cuộn dây K9 mất điện, động cơ di chuyển điện cực dừng
Khi K8 có điện, tiếp điểm K8 ở mạch lực đóng Động cơ quay thuận đưa điện cự về R
= 𝑅 Khi S1 phát hiện R = 𝑅 thì K8 mất điện, động cơ dừng Động cơ chính
Hình 3-12 Mạch lực động cơ chính
Hình 3-13 Kết nối động cơ nghiền
Khi động cơ được cấp nguồn, quá trình khởi động bắt đầu với điện trở R = 𝑅, dẫn đến mô men xoắn M lớn Sau khi khởi động hoàn tất, tiếp điểm K2 sẽ đóng lại, loại bỏ điện trở khởi động, cho phép động cơ hoạt động ở chế độ định mức.
Thiết bị cảm biến và rơ le trung gian
Hình 3-14 Thiết bị cảm biến và role trung gian
Khi mức dung dịch thấp, bộ khởi động sẽ báo lỗi và không cho phép khởi động, đồng thời gửi thông báo đến trung tâm.
Khi điện cực di chuyển quá giới hạn, S5 sẽ báo động và khiến K1 mất điện, dẫn đến việc bộ khởi động không hoạt động Để đưa điện cực về vị trí bình thường, cần sử dụng tay quay để quay điện cực về vị trí ban đầu, lúc này S6 sẽ cho phép quay bản cực bằng tay quay.
Cảm biến S1 xác định vị trí bản cực của bộ khởi động ở mức cao nhất, dẫn đến điện trở lớn khiến K3 mất điện, và đầu vào PLC ghi nhận vị trí điện cực với giá trị RMax.
Cảm biến S2 xác định vị trí của bản cực bộ khởi động khi ở mức thấp nhất (điện trở nhỏ nhất RMin) Khi bản cực đạt vị trí này, cảm biến S2 sẽ kích hoạt K4 ngừng hoạt động, và đầu vào PLC sẽ ghi nhận vị trí điện cực với giá trị RMin.
Khi nhiệt độ dung dịch dưới 85 °C, K5 có điện và bộ khởi động sẵn sàng hoạt động Ngược lại, khi nhiệt độ vượt quá 85 °C, B3 sẽ hở, K5 mất điện, dẫn đến việc bộ khởi động báo lỗi và không cho phép khởi động động cơ.
Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 3-15 Sơ đồ I/O của PLC S7-400
Sơ đồ đầu ra của PLC S7-400
Hình 3-16 Sơ đồ đầu ra của PLC S7-400
Sơ đồ nguyên lý mạch điện máy cắt
Hình 3-17 Sơ đồ mạch sấy và mạch tích năng lò xo
Hình 3-20 Tiếp điểm phụ máy cắt
THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ
Lựa chọn thiết bị
Yêu cầu chung khi lựa chọn thiết bị
Yêu cầu chung về hệ DCS
Thời gian đáp ứng của tín hiệu :
- Đối với tín hiệu trạng thái 2 bits và 1 bits : 10ms
- Đối với giá trị đo lường : 2s
- Sai số đo lường của hệ DCS ≤ 1% trên toàn dải đo
- Độ trễ của tín hiệu không vượt quá 4s
Để đảm bảo hoạt động liên tục, cần có bộ nhớ trung gian đủ lớn nhằm lưu trữ các thông tin thay đổi trạng thái trong trường hợp mất kết nối với trung tâm điều độ, tối thiểu trong 10 ngày Sau khi kết nối được khôi phục, các thông tin này sẽ được truyền tải lại.
Bộ nhớ cơ sở dữ liệu của PLC cần duy trì ít nhất 30 ngày mà không có nguồn điện Trong trường hợp mất điện kéo dài đến 30 ngày, PLC phải có khả năng khởi động lại mà không cần nạp lại cơ sở dữ liệu.
Tất cả các thay đổi trạng thái cần phải được ghi lại với đầy đủ nhãn thời gian bao gồm năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây và mili giây, nhằm đảm bảo phản ánh chính xác thời điểm diễn ra những thay đổi này.
Yêu cầu đồi với PLC
Mức độ dự phòng cho tín hiệu vào/ra cần đạt ít nhất 20% cho mỗi loại tín hiệu, bao gồm nhiều khối hoạt động độc lập với mỗi khối được trang bị CPU riêng, tối thiểu 16 bits.
- Độ phân giải ADC tối thiểu 11bit và có 1 bit dấu
- Phù hợp với môi trường, khí hậu nơi lắp đặt
- Nguồn điện cấp cho PLC phải đảm bảo ngay cả khi mất điện tự dùng của nhà máy
- Đồng bộ thời gian với máy tính chủ tại trung tâm theo giao thức truyền tin
Để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống PLC, cần có tính năng điều khiển từ xa, giám sát, chẩn đoán sự cố và nạp cơ sở dữ liệu Đối với PLC tập trung, yêu cầu lắp đặt tủ giao diện SIC (Supervisory Substation Interface Cubicle) để kết nối các thiết bị thu thập dữ liệu Dung lượng tủ giao diện sẽ phụ thuộc vào quy mô của từng hệ thống Trong khi đó, PLC phân tán lắp đặt tại tủ điều khiển không cần tủ SIC Dù ở dạng nào, việc lắp đặt hàng kẹp giao diện với thiết bị điện theo từng khu vực và gán nhãn tương ứng là điều bắt buộc.
Phần cứng và phần mềm của PLC được thiết kế theo các tiêu chuẩn quốc tế phổ biến, cho phép mở rộng dung lượng một cách dễ dàng đến mức tối đa.
Tất cả các sự kiện diễn ra tại PLC sẽ được ghi lại kèm theo thời gian cụ thể và sau đó được truyền về trung tâm Để đảm bảo tính chính xác, thời gian của PLC tại hiện trường cần phải được đồng bộ với thời gian ở trung tâm.
Yêu cầu đối với các thiết bị cấp trường
Các thiết bị cảm biến cần có dải đo phù hợp với các thông số như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng chất lỏng và khí Đầu ra của cảm biến phải tương thích với chuẩn kết nối của bộ điều khiển, chẳng hạn như 4÷20 mA hoặc 0÷10 V Nếu không, cần sử dụng các bộ Tranducer để chuyển đổi tín hiệu về dạng chuẩn Độ chính xác của Tranducer phải đạt ≤ 0,2% Đối với các thiết bị điều khiển như động cơ, cần chọn module đầu ra rơle đảm bảo cách ly điện áp để đảm bảo an toàn trong quá trình điều khiển.
Lựa chọn thiết bị điều khiển
PLC S7-400, phát triển bởi Siemens, là thiết bị kế nhiệm S7-300, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp lớn Với khả năng thực hiện hầu hết các nhiệm vụ tự động hóa thông qua các mô-đun linh hoạt, S7-400 mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các bộ điều khiển logic khả trình trước đó, cả về phần cứng lẫn phần mềm.
- CPU được phân loại chuyên biệt rõ ràng
- CPU có tốc độ xử lý và tính tương tác cao
- Có nhiều loại module phù hợp cho cấu hình trung tâm và cấu hình phân tán
- Các module tín hiệu có thể lắp vào, gỡ ra khi hệ thống đang có điện Thuận tiện khi thay thế module
- Hoạt động không cần quạt tản nhiệt
- Hệ thống truyền thông và giao diện kết nối được tối ưu
Bộ điều khiển S7-400 kết nối với máy tính qua mạng LAN và sử dụng cáp bus nội bộ để kết nối với các module I/O Các module trong bộ điều khiển bao gồm nhiều thành phần khác nhau.
- Module nguồn : PS407 10A; 6ES 407-0KA00-0AA0
- Module CPU412-1(6ES 412-1XJ05-0AB0)
- Module đầu vào số SM421 : DI 32xDC 24V(6ES7 421-1BL01-0AA0)
- Module đầu ra số SM422 : DI 32xDC 24V/0.5A (6ES7 422-1BL00-0AA0)
- Module đầu vào tương tự : SM 43, AI16x13bit (6ES7 43-0HH00-0AB0)
- Module truyền thông : CP 441(6ES7 441-1AA05-0AE0)
Dựa trên danh mục các điểm đo lường điều khiển tại mục 4.1.1 và yêu cầu về mức độ dự phòng tối thiểu 20% cho số lượng đầu vào ra cùng với đặc tính của các module I/O, tôi đã tính toán và đưa ra bảng số lượng I/O cần sử dụng.
Bảng 4-1 Bảng tính toán số lượng module I/O
Số Module sử dụng 3 x SM421 2x SM422 5xSM431 0
Lựa chọn các thiết bị cấp trường dùng trong hệ thống
Cảm biến đo nhiệt độ là thiết bị cần thiết để giám sát nhiệt độ trong quá trình nghiền liệu Trong môi trường công nghiệp xi măng khắc nghiệt, với bụi bẩn và điều kiện làm việc khó khăn, cảm biến cặp nhiệt điện loại K được lựa chọn để đảm bảo độ chính xác và độ bền.
Nguyên lý :Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi (mV) Ưu điểm : Bền, đo nhiệt độ cao, thích hợp cho môi trường công nghiệp
Nhược điểm của các loại cảm biến nhiệt độ là có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác, dẫn đến sai số và độ nhạy không cao Hiện nay, có hai loại chính là loại K và R, bên cạnh đó còn có loại S và B, mỗi loại phù hợp với các dải đo nhiệt độ khác nhau.
Thông số cơ bản can nhiệt loại K :
- Thời gian đáp ứng nhanh
Cảm biến đo áp suất
Hình 4-3 Cảm biến đo áp suất SR1 Thông số cơ bản cảm biến áp suất SR1 :
Cảm biến quang Để xác định vị trí R , R trong quá trình khởi động động cơ nghiền, ta sử dụng cảm biến quang để phát hiện vị trí
Thông số cơ bản của cảm biến quang Omron E3S-C :
- Khoảng cách phát hiện : 30m (đồi với loại thu -phát)
- Thời gian đáp ứng : 2ms
Cảm biến theo dõi mức
Hình 4-5 Cảm biến theo dõi mức VEGAPULS 67 Thông số cơ bản cảm biến theo dõi mức VEGAPULS 67 :
- Điện áp đầu vào : 20 …42 VAC ,50/60 Hz
- Áp suất hoạt động : -1 …+2 bar
- Đầu ra : 4÷ 20 mA / HART- two-wire.