Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa cho dây chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 t clanke/ngày

BỘ XÂY DỰNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG
BÁO CÁO TỔNG HỢP
Tên đề tài:
“ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG HÓA CHO DÂY CHUYỀN XI MĂNG LÒ QUAY
CÔNG SUẤT 2.500 T CLANHKE/ NGÀY”
Tổ chức chủ trì: Tổng Công ty Lắp máy Việt nam
Tổ chức thực hiện: Viện Nghiên Cứu Cơ Khí
Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Hữu Hoàng
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Hà Nội - 2008
CẤP NHÀ NƯỚC NĂM 2005 - 2008
Thuộc dự án:
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị chủ yếu dây chuyền đồng bộ
sản xuất xi măng lò quay công suất 2.500 tấn clanhke/ngày, thay thế
nhập ngoại, thực hiện tiến trình nội địa hoá.”
7578
14/12/2009

Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




1

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA 4
LỜI NÓI ĐẦU 5
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6
BẢN KÊ SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI 7
1 TỔNG QUAN 12
1.1 Đặt vấn đề 12
1.2 Mục tiêu nghiên cứu 12
1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 13
1.3.1 Ngoài nước 13
1.3.2 Trong nước 14
1.4 Phạm vi và nội dung nghiên cứu 15
1.5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 18
2 NGHIÊN CỨU HTĐK TỰ ĐỘNG HOÁ CHO DCXM LÒ QUAY 19
2.1 Qui trình vận hành và yêu cầu đ
iều khiển 19
2.1.1 Mô tả sơ bộ qui trình vận hành 19
2.1.2 Khảo sát một số hệ thống điều khiển tại nhà máy 21
2.1.3 Yêu cầu chung về điều khiển 27
2.2 Nghiên cứu hệ thống TĐH để áp dụng cho DCXM lò quay 29
2.2.1 Tổng quan 29

2.2.2 Hệ thống điều khiển CEMAT của SIEMENS 30
2.2.3 Công tác kỹ thuật trên hệ thống điều khiển CEMAT 35
2.2.4 Kết luận 39
2.3 Một số hệ thố
ng phụ trợ 39
2.3.1 Hệ thống quản lý thông tin nhà máy MIS 39
2.3.2 Hệ thống truyền hình công nghiệp CCTV 45
2.3.3 Hệ thống báo cháy 50
2.3.4 Hệ thống phân tích khí 57
2.3.5 Hệ thống quét nhiệt độ vỏ lò 59
2.3.6 Hệ thống điều khiển phối liệu QCX 64
3 THIẾT KẾ HTĐK CHO DCXM LÒ QUAY 72
3.1 Tổng quan 72
3.2 Tiêu chuẩn thiết kế 72
3.2.1 Các tiêu chuẩn áp dụng 72
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




2

3.2.2 Triết lý điều khiển chung 73
3.2.3 Sơ đồ logic và phân nhóm thiết bị 74
3.2.4 Các chế độ vận hành điều khiển 74
3.2.5 Nguyên lý mạch điều khiển động cơ 75
3.2.6 Nguyên lý mạch điều khiển van ON/OFF 76
3.2.7 Nguyên lý mạch điều khiển van chặn 77
3.2.8 Nguyên lý mạch điều khiển thiết bị băng tải 77

3.2.9 Nguyên lý mạch điều khiển thiết bị lọc bụi túi 78
3.2.10 Nguyên lý mạch
điều khiển thiết bị bơm dầu/ mỡ bôi trơn 79
3.2.11 Nguyên lý chung tích hợp các thiết bị đo lường 79
3.2.12 Nguyên lý tích hợp thiết bị đo nhiệt độ 80
3.2.13 Nguyên lý tích hợp thiết bị đo áp suất 80
3.2.14 Nguyên lý tích hợp thiết bị đo lưu lượng 80
3.2.15 Nguyên lý tích hợp thiết bị đo mức 81
3.3 Danh mục tín hiệu đo lường và điều khiển 81
3.4 Thiết kế hệ thống
điều khiển toàn nhà máy 81
3.4.1 Sơ đồ cấu trúc HTĐK toàn nhà máy 81
3.4.2 Mô tả sơ đồ cấu trúc HTĐK toàn nhà máy 81
3.4.3 Danh mục thiết bị cho HTĐK toàn nhà máy 89
3.5 Thiết kế kỹ thuật chi tiết hệ thống điều khiển 90
3.5.1 Bản vẽ điển hình thiết kế tích hợp modul vào ra I/O 90
3.5.2 Nguyên lý thiết kế hệ thống tiếp địa 90
3.5.3 Hệ thống chống sét lan truyền 91
3.5.4 Bản vẽ điể
n hình thiết kế tủ điều khiển và bố trí thiết bị trong tủ 91
3.5.5 Thiết kế phòng điều khiển trung tâm 91
3.5.6 Thiết kế giao diện điều khiển 93
4 LẬP CHƯƠNG TRÌNH CHO HTĐK 94
5 XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 95
5.1 Yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống mô hình mô phỏng 95
5.2 Cấu trúc hệ thống mô hình mô phỏng 95
5.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống mô hình mô phỏ
ng 95
5.2.2 Mô tả và nguyên lý làm việc của hệ thống mô hình mô phỏng 97
5.3 Thiết kế hệ thống mô hình mô phỏng 97

5.3.1 Thiết kế chế tạo hệ thống mô hình mô phỏng 98
5.3.2 Thiết kế bố trí mặt bằng và lắp đặt 98
5.4 Danh mục thiết bị cho hệ thống mô hình mô phỏng 98
5.5 Một số hình ảnh về hệ thống mô hình mô phỏng 100
6 TỔNG HỢP KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI 103
6.1 Các kế
t quả về sản phẩm của đề tài 103
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




3

6.2 Tác động của kết quả nghiên cứu 103
6.3 Liên kết với sản xuất và đời sống 104
7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106
8 PHỤ LỤC 1 – SƠ ĐỒ P& ID CHO DCSX XI MĂNG 107
9 PHỤ LỤC 2 – DANH MỤC TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN 108
10 PHỤ LỤC 3 – CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ HTĐK NHÀ MÁY 109
11 PHỤ LỤC 4 – MỘT SỐ GIAO DIỆN ĐI
ỂN HÌNH 110
12 PHỤ LỤC 5 – BẢN VẼ TK HỆ THỐNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 111


Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày

4

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA

TT Họ và tên Cơ quan công tác
A Chủ nhiệm đề tài
Nguyễn Hữu Hoàng
Viện NCCK
B Cán bộ tham gia nghiên cứu
1 Nguyễn Hải Hà Viện NCCK
2 Nguyễn Mạnh Hùng Viện NCCK
3 Nguyễn Quốc Khánh Viện NCCK
4 Quản Trọng Hùng Viện NCCK
5 Nguyễn Mạnh Cường Viện NCCK
6 Hoàng Kim Cúc Viện NCCK
7 Đồng Xuân Linh Viện NCCK
8 Nguyễn Văn Kha Viện NCCK
9 Phạm Anh Quân Viện NCCK
C Chuyên gia trong nước và nước ngoài
10 Hoàng Hồng Nam Chuyên gia ABB
11 Nguyễn Trường Thanh Cty Xi măng Nghi Sơn
12 Christine Obergassel Siemens (Đức)
13 Greg Daniels Cty Gove (Úc)
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày

5

LỜI NÓI ĐẦU

Nội địa hoá thiết bị xi măng lò quay thuộc chương trình trọng điểm của Chính
phủ về chiến lược phát triển ngành sản xuất xi măng giai đoạn đến 2010.
Dự án “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị chủ yếu cho dây chuyền đồng
bộ sản xuất xi măng lò quay công suất 2.500 tấn clanhke/ ngày, thay thế nhập
ngoại, thực hiện ti
ến trình nội địa hoá” là dự án Khoa học Công nghệ có quy mô
lớn nhằm tạo ra bước đột phá về công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị
cho ngành XMLQ, tạo điều kiện để chúng ta làm chủ từng bước dây chuyền
công nghệ sản xuất XMLQ.
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tự động điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanhke/ ngày” là một trong nhữ
ng
đề tài nhánh của Dự án KHCN nêu trên. Đề tài thực hiện nghiên cứu thiết kế hệ
thống tự động điều khiển cho dây chuyền xi măng lò quay, bao gồm đầy đủ các
công đoạn từ công đoạn chuẩn bị liệu, nghiền liệu, lò nung, làm nguội clinker,
nghiền xi, đóng bao và nghiền than. Sau đó tiến hành lập chương trình điều
khiển cho từng công đoạn trên và xây dựng một hệ th
ống mô hình mô phỏng hệ
thống tự động điều khiển cho dây chuyền sản xuất xi măng. Đề tài cũng làm cơ
sở cho công tác thiết kế và tích hợp các hệ thống tự động hoá cho các dây
chuyền công nghiệp khác không chỉ ngành xi măng.
Trong khuôn khổ báo cáo này chúng tôi chỉ giới hạn ở việc trình bày tổng hợp
các nội dung nghiên cứu thiết kế đạt được như cách thức thực hiện, nguyên lý,
các thiết kế
điển hình, kết quả của chương trình phần mềm, còn các thuyết minh,

thiết kế chi tiết hay chương trình được trình bày cụ thể trong các báo cáo chi tiết.
Báo cáo gồm các phần chính như sau:
1) Tổng quan
2) Nghiên cứu HTĐK Tự động hoá cho DCXM lò quay
3) Thiết kế HTĐK Tự động hoá hoá cho DCXM lò quay
4) Lập chương trình cho HTĐK Tự động hoá
5) Xây dựng hệ thống mô hình mô phỏng
Nhóm thực hiện
đề tài chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và cộng tác Bộ Xây Dựng,
Bộ Khoa học Công nghệ, Bộ Công Thương, Tổng Công ty LILAMA, Viện
Nghiên Cứu Cơ Khí cùng với các chuyên gia, các nhà khoa học trong và ngoài
Viện đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành nhiệm vụ.
Tuy nhiên bản báo cáo khó tránh khỏi những thiếu sót, đề tài mong nhận được
sự góp ý và giúp đỡ của các cơ quan và các chuyên gia trong và ngoài Viện để
bản báo cáo được hoàn chỉnh hơn.
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




6

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

DCSX Dây chuyền sản xuất
HTĐK Hệ thống điều khiển
TĐH Tự động hoá
MIMIC Bảng hiển thị quá trình sản xuất có hiển thị thông số và trạng thái
MIS Hệ thống quản lý thông tin

CCTV Hệ thống truyền hình công nghiệp
DCS Hệ thống điều khiển phân tán
I/O Tín hiệu vào ra
PLC Bộ điều khiển khả trình
LCP Bàn điề
u khiển tại hiện trường
IEC Hệ thống tiêu chuẩn điện quốc tế
UPS Bộ lưu điện
HMI Giao diện điều khiển người – máy
MCC Hệ thống điều khiển động cơ
PCCC Phòng cháy chữa cháy
QCX Hệ thống điều khiển phối liệu
P&ID Sơ đồ đường ống và thiết bị đo lường
PC Máy tính
CPU Bộ xử lý trung tâm


Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




7

BẢN KÊ SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI
Dưới đây là bảng kê các sản phẩm mà nhóm đề tài đã hoàn thiện, theo đúng nội
dung yêu cầu trong đề cương đăng ký của đề tài:
1. Dạng kết quả dự kiến của đề tài.
I II III

Mẫu (model, maket) Quy trình công nghệ X Sơ đồ
Sản phẩm Phương pháp Bảng số liệu
Vật liệu Tiêu chuẩn Báo cáo phân tích
Thiết bị, máy móc X Quy phạm Tài liệu dự báo
Dây chuyền công nghệ Đề án, qui hoạch triển khai
Giống cây trồng Luận chứng kinh tế-kỹ thuật, nghiên cứu khả thi
Giống gia súc Chương trình máy tính X

2. Yêu cầu khoa học đối với sản phẩm tạo ra (dạng kết quả II, III)
TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học Chú
thích
1 2 3 4
1 Báo cáo và số liệu của việc khảo sát,
nghiên cứu giải pháp tự động hoá nhà
máy xi măng 2.500tấn clinke/ngày.
Gồm các chuyên đề:
1. Khảo sát, nghiên cứu, phân tích và
lựa chọn giải pháp tự động hoá nhà
máy xi măng c/s lớn hơn hoặc bằng
2.500tấn clinke/ngày
2. Khảo sát và phân tích lựa chọn giải
pháp điều khiển khu vực chuẩn bị
liệu
3. Khảo sát và phân tích lựa chọn giải
pháp
điều khiển khu vực nghiền liệu
4. Khảo sát và phân tích lựa chọn giải
pháp điều khiển khu vực nghiền than
5. Khảo sát và phân tích lựa chọn giải
pháp điều khiển khu vực lò

6. Khảo sát và phân tích lựa chọn giải
pháp điều khiển khu vực làm nguội
clinker
7. Khảo sát và phân tích lựa chọn giải
pháp điều khiển khu vực nghiền xi
8.
Khảo sát và phân tích lựa chọn giải
pháp điều khiển các cụm phụ trợ
9. Khảo sát và phân tích lựa chọn giải
pháp điều khiển khu vực đóng bao
xuất kho
- Đủ số liệu theo yêu cầu công nghệ
- Thông số thiết bi
- Tìm hiểu cấu trúc hệ thống tự động
hóa tại các nhà máy xi măng
- Trình bày sơ đồ công nghệ cho mỗi
công đoạn
- Xây dựng cấu trúc phầ
n điều khiển
cho mỗi công đoạn
- Danh mục các thiết bị điều khiển
chính cho từng công đoạn


Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày

8

2 Bộ bản vẽ và thuyết minh về yêu cầu
chung logic điều khiển, thông tin xuất
nhập và hiển thị
Gồm chuyên đề:
1. Xây dựng toàn bộ đợc yêu cầu
chung logic điều khiển, thông tin
xuất nhập và hiển thị

- Xây dựng cấu trúc thoả mãn các yêu
cầu công nghệ và vận hành
- Trình bày tổ chức phân chia các
công đọan trong hệ thống
- Các chế độ vận hành của dây chuyền
- Yêu cầ
u chung cho hệ thống điều
khiển tự động hóa
- Yêu cầu chung cho hệ thống các
thiết bị đo lường

3 Bộ bản vẽ và thuyết minh cấu hình chung
hệ thống tự động hoá điều khiển nhà máy
xi măng lò quay
Gồm chuyên đề:
1. Thiết kế cấu hình chung hệ thống tự
động hoá điều khiển nhà máy xi
măng lò quay

- Kiểu hệ thống mở, dễ dàng vận hành

đáp ứng yêu cầu công nghệ, đảm bảo
vận hành an toàn, chính xác.
- Trình bày giải pháp tự động hóa cho
dây chuyền xi măng
- Trình bày sơ đồ cấu hình hệ thống tự
động hóa
- Mô tả hệ thống tự động hóa
- Danh mục thiết bị cho hệ thống tự
động hóa

4 Bộ bản vẽ, thuyết minh và chương trình
ĐK công đoạn chuẩn bị liệu
Gồm chuyên đề:
1. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển
khu vực chuẩn bị liệu
2. Lập chương trình cho hệ thống điều
khiển khu vực chuẩn bị liệu

5 Bộ bản vẽ, thuyết minh và chương trình
ĐK công đoạn nghiền liệu
Gồm chuyên đề:
1. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển
khu vực nghiền liệu
2. Lập chương trình cho hệ thống điều
khiển khu vực nghiền liệu

6 Bộ bản vẽ, thuyết minh và chương trình
ĐK công đoạn nghiền than
Gồm chuyên đề:
1. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển

khu vực nghiền than
2. Lập chương trình cho hệ thống điều
khiển khu vực nghiền than

7 Bộ bản vẽ, thuyết minh và chương trình
ĐK công đoạn lò
Gồm chuyên đề:
1. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển
khu vực lò
2. Lập chương trình cho hệ thống điều
khiển khu vực lò
- Đáp ứng yêu cầu vận hành công
nghệ của từng công đoạn sản xuất và
liên động giữa các công đoạn trên dây
chuyền sả
n xuất.
- Khả năng sẵn sàng trong điều khiển:
lớn hơn hoặc bằng 99.9%
- Khả năng lưu trữ dữ liệu theo yêu
cầu công nghệ
- Khả năng đáp ứng hệ thống theo yêu
cầu cụ thể của từng công đoạn sản
xuất
- Thời gian hiển thị Mimic phải đảm
bảo được yêu cầu vận hành công nghệ
sản xu
ất
- Dự phòng I/O cho hệ thống điều
khiển là 10% của tống I/O
- Thiết kế điện phải theo tiêu chuẩn

IEC
- Tiêu chuẩn cho các thiết bị đặt ngoài
trời phải là IP55
- Thiết kế chi tiết bao gồm từ yêu cầu
vận hành, xây dựng danh mục các
điểm đo lường, cấu trúc hệ thống điều
khiển, thiết kế sơ đồ nguyên lý, sơ đồ
lắp đặt tủ, đi dây.
- Chương trình: bao gồm từ phân chia
nhóm thiết bị, sơ đồ liên động các
nhóm, chương trình điều khiển PLC,

Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




9

8 Bộ bản vẽ, thuyết minh và chương trình
ĐK công đoạn làm nguội clinker
Gồm chuyên đề:
1. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển
khu vực làm nguội clinker
2. Lập chương trình cho hệ thống điều
khiển khu vực làm nguội clinker

9 Bộ bản vẽ, thuyết minh và chương trình
ĐK công đoạn nghiền xi

Gồm chuyên đề:
1. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển
khu vực nghiền xi
2. Lập chương trình cho hệ thống điều
khiển khu vực nghiền xi

10 Bộ bản vẽ, thuyết minh và chương trình
ĐK các cụm phụ trợ
Gồm chuyên đề:
1. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển
các cụm phụ trợ
2. Lập chương trình cho hệ thống điều
khiển các cụm phụ trợ

11 Bộ bản vẽ, thuyết minh và chương trình
ĐK công đoạn đóng bao xuất kho
Gồm chuyên đề:
1. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển
khu vực đóng bao xuất kho
2. Lập chương trình cho hệ thống điều
khiển khu vực đóng bao xuất kho
giao diện điều khiển

12 Bộ bản vẽ các thiết bị phụ trợ: tủ điện,
bàn điều khiển, in ấn, UPS
Gồm chuyên đề:
1. Khảo sát và thiết kế thiết bị phụ trợ:
tủ điện, bàn điều khiển, hệ thống
UPS, in ấn

- Giải pháp điều khiển tiên tiến
- Thiết kế theo tiêu chuẩn IEC
- Thiết kế chung tủ điề
u khiển
- Thiết kế chung phòng điều khiển
- Thiết kế chung hệ thống UPS
- Thiết kế chung hệ thống máy in

13 Bộ bản vẽ thiết kế hệ thống thiết bị mô
hình mô phỏng
Gồm chuyên đề:
1. Khảo sát và phân tích lựa chọn hệ
thống thiết bị mô hình mô phỏng
2. Thiết kế chi tiết hệ thống thiết bị mô
hình mô phỏng
3. Tích hợp và lắp đặt hệ thống thiết bị
mô hình mô phỏng
- Giải pháp điều khiển tiên tiến
- Thiết k
ế theo tiêu chuẩn IEC
- Thiết kế chi tiết bao gồm từ yêu cầu
vận hành, danh mục điểm đo lường,
cấu trúc hệ thống điều khiển, thiết kế
sơ đồ nguyên lý, chế tạo bảng mimic,
bản vẽ lắp đặt, sơ đồ lắp đặt tủ, đi dây.
- Chương trình: bao gồm chương trình
điều khiển PLC, giao diện điều khiển


Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây

chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




10

14 Bộ bản vẽ và báo cáo khảo sát, phân tích
lựa chọn và thiết kế hệ thống quản lý
thông tin nhà máy MIS, CCTV, phân tích
khí,
Gồm chuyên đề:
1. Khảo sát và phân tích lựa chọn hệ
thống thiết bị kiểm tra, hiệu chỉnh
thiết bị điều khiển
2. Thiết kế chi tiết hệ thống thiết bị
kiểm tra, hiệu chỉnh thiết bị điều
khiển
3. Tích hợp và lắp đặt hệ thống thiết bị
kiểm tra, hiệu chỉnh thiết bị điều
khiển
4. Khảo sát, phân tích lựa chọn hệ
thống quản lý thông tin nhà máy
MIS
5. Thiết kế tích hợp hệ thống quản lý
thông tin nhà máy MIS
6. Thiết kế tích hợp hệ thống truyền
hình công nghiệp CCTV
7. Khảo sát, phân tích lựa chọn hệ
thống báo cháy

8.
Thiết kế tích hợp hệ thống báo cháy
9. Khảo sát, phân tích lựa chọn hệ
thống phân tích khí
10. Thiết kế tích hợp hệ thống phân tích
khí
11. Khảo sát, phân tích lựa chọn hệ
thống quét nhiệt độ vỏ lò
12. Thiết kế tích hợp hệ thống quét nhiệt
độ vỏ lò
- Giải pháp điều khiển tiên tiến
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động thiết
bị
, chủng loại và thông số thiết bị
- Thiết kế nguyên lý chung sử dụng
tích hợp thiết bị cho nhà máy xi măng

15 Bộ bản vẽ và báo cáo khảo sát, phân tích
lựa chọn và thiết kế hệ thống điều khiển
chất lượng QCX
Gồm chuyên đề:
1. Khảo sát và phân tích lựa chọn hệ
thống điều khiển phối liệu QCX
2. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển
phối liệu QCX
- Giải pháp điều khiển tiên tiến
- Tìm hiểu nguyên lý hoạ
t động thiết
bị, chủng loại và thông số thiết bị
- Thiết kế nguyên lý chung sử dụng

tích hợp thiết bị cho nhà máy xi măng

16 Báo cáo tổng kết
Tổng hợp đầy đủ và chính xác các nội
dung thực hiện của đề tài

3. Yêu cầu kỹ thuật, chỉ tiêu chất lượng đối với sản phẩm tạo ra (dạng kết quả I)
TT
Tên sản phẩm và chỉ
tiêu chất lượng chủ yếu
Đơn vị
đo
Mức chất lượng
S
P
Cần đạt Mẫu tương/t
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




11

TN NN
1
Hệ thống thiết bị mô
hình mô phỏng
hệ/t - Mô phỏng hệ thống điều khiển nhà
máy xi măng lò quay đáp ứng cho việc

kiểm tra chạy thử chương trình ĐK
- Bảng mimic mô phỏng
- Tủ điều khiển
- Hệ thống máy tính vận hành
- Chương trình điều khiển và giao diện
vận hành
~TQ
xuất
khẩu
1
2
Mô phỏng hệ thống
quản lý thông tin nhà
máy MIS
hệ/t - Thu thập toàn bộ các thông số công
nghệ của quá trình sản xuất
- Xây dựng chương trình mô phỏng
việc quản lý thông tin nhà máy
~TQ
xuất
khẩu
1


Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày

12

1 TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Xây dựng các nhà máy xi măng lò quay có công suất từ 2.500 tấn clanhke/ ngày
trở lên đã được Chính phủ phê duyệt trong quy hoạch phát triển công nghiệp xi
măng đến năm 2010 và định hướng phát triển cho đến năm 2020. Mục tiêu phát
triển của ngành công nghiệp xi măng là đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng xi măng ở
thị trường trong nước và có thể xuất khẩu, phấn đấ
u đưa ngành xi măng Việt
nam thành một ngành công nghiệp mạnh, có công nghệ hiện đại, đủ sức cạnh
tranh với các nước trong khu vực và thế giới.
Nhằm đảm bảo hiệu quả đầu tư, làm chủ thiết kế, làm chủ công nghệ và tạo cơ
hội cho ngành công nghiệp chế tạo thiết bị trong nước phát triển thì việc xây
dựng lộ trình cho việc nội địa hoá các thiết bị chủ
yếu của dây chuyền XMLQ là
một việc tất yếu.
Dự án KHCN cấp nhà nước giai đoạn 2005-2008 “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo
các thiết bị chủ yếu cho dây chuyền đồng bộ sản xuất xi măng lò quay công suất
2.500 tấn clanhke/ ngày, thay thế nhập ngoại, thực hiện tiến trình nội địa hoá”
nhằm đảm bảo được mục tiêu đề ra.
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ
thống tự động điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanhke/ ngày” là một trong các
nhiệm vụ của dự án KHCN.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
1) Bằng nguồn lực KHCN trong nước và nhận chuyển giao công nghệ giải
pháp tự động hoá của nước ngoài có thể làm chủ được việc thiết kế kỹ
thuật chi tiết hệ thống điều khiển cho từng công
đoạn trong dây chuyền

sản xuất xi măng: công đoạn chuẩn bị liệu, công đoạn nghiền liệu,
nghiền than, lò, làm nguội clinker, nghiền xi và đóng bao xuất kho và
phần liên động giữa các công đoạn trên dây chuyền với công suất 2500T
clinker/ngày.
2) Mục tiêu là chỉ nhập khẩu thiết bị và phần mềm cơ sở của nước ngoài,
trong nước sẽ tự thiết kế chế tạ
o các tủ điều khiển, lắp đặt đấu nối các bộ
điều khiển, viết chương trình điều khiển cho từng công đoạn và phần liên
động giữa các công đoạn đáp ứng yêu cầu vận hành công nghệ của dây
chuyền công suất 2500T clinker/ngày. Tỷ lệ nội địa hoá đạt đến mức
85%.
3) Mục tiêu nghiên cứu tìm hiểu thực hiện các hệ thống chuyên dụ
ng khác :
- Với hệ thống truyền hình công nghiệp CCTV, báo cháy, quét vỏ lò:
trong tương lai bằng năng lực trong nước nhập khẩu thiết bị với sự
hỗ trợ của chuyên gia nước ngoại tự có thể lắp đặt và đấu nối với hệ
thống điều khiển chung.
- Với hệ thống điều khiển phối liệu QCX: trong tương lai với loại thiế
t
bị ở mức độ lấy mẫu tay, gia công tay, máy phân tích quang phổ X-
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




13

Ray, máy tính chuyên dụng, cùng với sự trợ giúp của chuyên gia
nước ngoài có thể tích hợp cùng với hệ thống điều khiển chung của

nhà máy.
4) Chất lượng tương đương với Trung quốc xuất khẩu hay các nước Châu á.
5) Nâng cao và đào tạo được nguồn nhân lực có khả năng tư vấn, thiết kế,
tích hợp các hệ thống tự động hoá cho Nhà máy xi măng lò quay và các
hệ thống tự động hoá cho các dây chuy
ền sản xuất công nghiệp khác.
1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
1.3.1 Ngoài nước
Hiện nay, các nước tiên tiến trên thế giới đã có những bước phát triển rất cao
trong lĩnh vực tự động hoá với những hãng hàng đầu thế giới như là Siemens,
ABB, Yokogawa, Honeywell, Mitsubishi, Invensys, Wonderware, Yamatake.
Và theo các mức độ ứng dụng thì các hệ thống tự động hoá cũng được phân loại
thành một số mức gồm có bộ đ
iều khiển vòng kín loop-control, bộ điều khiển
khả trình PLC, bộ điều khiển lai hybrid-control, bộ điều khiển phân tán DCS
cùng với các hệ thống giao diện người máy HMI.
Bộ điều khiển vòng kín loop-control thường được sử dụng cho các ứng dụng
nhỏ, bao gồm 1 hoặc 2 vòng kín. Đặc điểm đơn giản dễ sử dụng, giá thành thấp,
lập trình và hiển thị nằm ngay trên bộ đ
iều khiển.
Bộ điều khiển khả trình PLC thường tập trung sử dụng cho các ứng dụng điều
khiển logic, đồng thời bộ PLC cũng được tích hợp các modul tín hiệu tương tự
cho phép điều khiển như các loop control. Bộ điều khiển khả trình PLC có thể
sử dụng cho điều khiển một thiết bị hay một cụm thiết bị với m
ức độ phức tạp
trung bình. Lập trình cho PLC có phức tạp hơn và thường giao diện điều khiển
tách rời với bộ điều khiển.
Bộ điều khiển lai Hybrid control là giải pháp tích hợp giữa loop control và PLC.
Tuy nhiên khả năng xử lý của bộ điều khiển lai mạnh hơn nhiều, có thể sử dụng
cho các bài toán điều khển có độ phức tạp cao, hay cho các một dây chuyền s

ản
xuất cỡ trung bình. Nhiều bộ điều khiển lai có thể được tích hợp với nhau để giải
quyết những bài toán lớn cho cả nhà máy.
Hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed control system) là giải pháp
điều khiển toàn diện cho toàn nhà máy, với khả năng xử lý lớn, rất phức tạp. Hệ
thống điều khiển phân tán DCS không chỉ dừng với vai trò điều khiển, mà còn
liên kết ch
ặt chẽ với hệ thống thông tin, hệ thống cơ sở dữ liệu hay các bài toán
quản lý, điều khiển chất lượng, điều khiển tối ưu.
Các giải pháp về tự động hoá được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực công
nghiệp đem lại hiệu quả kinh tế cao. Bằng việc ứng dụng các hệ thống tự động
hoá điề
u khiển trong các dây chuyền công nghiệp cho phép nâng cao chất lượng
sản phẩm, nâng cao năng suất, độ an toàn cho người và thiết bị, giảm chi phí
nhân công, và quản lý. Trong lĩnh vực xi măng các hãng tự động hoá cũng sử
dụng thiết bị của mình cho điều khiển tự động hoá nhà máy xi măng. Ví dụ hãng
Yokogawa với hệ thống điều khiển DCS là Centium 3000, Invensys với bộ điều
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




14

khiển là Foxboro, hãng ABB với bộ điều khiển dùng AC800 dòng Industrial IT
và Siemens với hệ thống điều khiển PCS7 và hơn nữa trên cơ sở hệ PCS7
Siemens còn có giải pháp chuyên dụng cho lĩnh vực xi măng là CEMAT.
Siemens thiết kế hệ thống điều khiển CEMAT từ việc mở rộng kiến thức trong
hoạt động sản xuất xi măng, được tạo nên cùng với nhà sản xuất xi măng trên

toàn thế giớ
i. Các kĩ sư phát triển CEMAT đã có hơn 25 năm kinh nghiệm trong
ngành công nghiệp xi măng và đã triển khai hơn 400 hệ thống tự động hoá điều
khiển cho các nhà máy xi măng trên toàn thế giới. Hệ thống CEMAT còn có khả
năng hỗ trợ cho các bài toán điều khiển phức tạp trong nhà máy xi măng như
điều khiển chất lượng QCS, điều khiển tối ưu, hệ thống quản lý thông tin MIS,
t
ất cả tích hợp trở thành một hệ thống điều khiển toàn diện và đồng bộ. Phiên
bản mới nhất của CEMAT được biết đến với tên CEMAT KCS (tích hợp phần
điều khiển lò nung) để đánh giá các hoạt động của lò nung. Nhờ vậy mà không
có hệ thống điều khiển cho lò nung nào được yêu cầu thêm.
Tại các nước công nghiệp phát triển, việc tích hợp hệ thống tự
động hóa cho các
nhà máy xi măng đã được thực hiện từ hơn 20 năm về trước và trải qua nhiều
thế hệ thiết bị và công nghệ khác nhau. Đến nay hệ thống điều khiển cho DCSX
xi măng đã đạt đến công nghệ và chất lượng rất cao. Các công ty có khả năng
tích hợp hệ thống tự động hóa cũng tập trung ở một số hãng sản xuất thiết bị tự

động hóa lớn như Siemens, ABB, Invensys, AB, và một số tập đoàn cung cấp
trọn bộ dây chuyền bao gồm cả thiết bị và công nghệ như FLSmidth, Kawasaki,
Trong những năm gần đây, Trung quốc cũng đã có một số công ty tiến hành
tích hợp hệ thống tự động hóa cho DCSX xi măng và cũng đạt ở một số thành
công nhất định, tuy nhiên chất lượng hệ thống chưa đạt đến mức có
độ phức tạp
cao, các chức năng điều khiển nâng cao hay xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu
toàn diện.
1.3.2 Trong nước
Trong những năm vừa qua nước ta đã có rất nhiều nhà máy xi măng lò quay
được xây dựng với công suất trung bình từ 1-2 triệu tấn / năm. Hệ thống tự động
hoá điều khiển sử dụng trong các nhà máy này tương đối đồng bộ và hiện

đại
với các tên tuổi lớn như Siemens tại các nhà máy Bút Sơn, Hoàng Mai, Hải
Phòng, Cẩm Phả, Cát Lái, Thi Vải, Lam Thạch , hãng ABB tại xi măng Hoàng
Thạch, Mitsubishi tại xi măng Nghi Sơn. Hầu hết các dự án này hệ thống tự
động hoá đều được mua trọn bộ của nước ngoài bao gồm từ phần cứng thiết bị
điều khiển, đến công tác kỹ thuật lập trình tích hợp hệ thống, đào tạo chuy
ển
giao và các tủ điện, tủ role,
Bên cạnh đó, với một số dự án xi măng có mức công suất nhỏ hơn thì lại được
thực hiện dưới hình thức tổng thầu EPC và được thực hiện bởi nhà thầu Trung
Quốc vì vậy hệ thống tự động hóa cũng được cung cấp bởi nhà thầu Trung
Quốc.
Các hệ thống tự động hóa được nhà thầu nướ
c ngoài có chi phí rất lớn, chi phí đi
lại vận chuyển sinh hoạt cao, hơn nữa cho đến khi nhà máy đi vào sản xuất hằng
năm chi phí bảo dưỡng sửa chữa cũng rất cao do trong nước không chủ động
nắm được thiết kế và chương trình và thời gian dừng máy lâu do phải đợi
chuyên gia từ nước ngoài sang.
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




15

Hiện tại trong nước chỉ có một vài đơn vị có uy tín trong việc cung cấp các sản
phẩm thiết bị tự động hóa cho ngành ximăng như Công ty AMECO, VST, AIT,
ASEATEC, tuy nhiên đa phần các công ty này cũng chỉ ở mức độ thương mại
nhập khẩu thiết bị từ nước ngoài sau đó cung cấp thay thể hay dự phòng cho các

nhà máy xi măng.
Và cũng có một số công ty đi tiên phong cho tích hợp hệ thống tự động hoá cho
các thiết b
ị phụ trợ hay sửa chữa cung cấp cho ngành xi măng như NARIME,
CAC, SEEN, CDC, AIT … tuy nhiên các công ty này cũng đang ở mức thực
hiện từng công đoạn đơn lẻ trong nhà máy, hoặc cho cả nhà máy nhưng ở mức
độ đơn giản, chưa cung cấp được một giải pháp toàn diện.
1.4 Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Quy trình để tích hợp một hệ thống điều khiển tự động hóa cho nhà máy xi
măng bao g
ồm các bước chính như sau: (được mô tả như hình vẽ dưới đây)
- Xuất phát từ bài toán công nghệ bao gồm sơ đồ P&ID: sơ đồ mô tả
toàn bộ quá trình công nghệ, các yêu cầu về thiết bị đo lường, số
lượng, chủng loại phương pháp đo lường. Các tín hiệu bảo vệ, các
vòng điều khiển kín.
- Và yêu cầu về qui trình vận hành của nhà thiết kế công nghệ, các ch
ế
độ vận hành, cách thức xử lý trong từng trường hợp cụ thể.
- Sau khi có đầy đủ các dữ kiện trên sẽ bắt đầu tiến hành thiết kế cơ sở
- Tiến hành thiết kế kỹ thuật chi tiết
- Chế tạo phần cứng hệ thống điều khiển là các bộ điều khiển các
modul tín hiệu I/O, modul truyền thông Chế tạo phầ
n mềm cơ sở:
là các phần mềm và modul dùng để lập trình cho hệ thống điều
khiển.
- Chế tạo tủ bảng điện, tiến hành tích hợp lắp đặt các thiết bị điều
khiển trong tủ điều khiển.
- Tiến hành lập chương trình điều khiển, thiết kế giao diện và xây
dựng cơ sở dữ liệu
- Tiến hành tại hiện trường: đấu nối, kiểm tra chạy thử và hiệu chỉnh

hệ thống điều khiển.
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




16


Trong qui trình thực hiện nêu trên thì bài toán công nghệ và qui trình vận hành
sẽ được thực hiện bởi các nhà thiết kế công nghệ và thiết kế máy.
Việc chế tạo phần cứng hệ thống điều khiển và phần mềm cơ sở cũng như
modul cơ sở là sản phẩm được các hãng nước ngoài đã hoàn thiện từ lâu, hiện
nay các dây chuyền sản xuất cũng đã gần hết khấ
u hao vì vậy giá thành thiết bị
phần cứng đã giảm rất nhiều. Ngoài ra chi phí để đầu tư chế tạo các thiết bị này
là rất lớn, đòi hỏi phải có cả 1 quá trình tích lũy lâu dài. Vì vậy, trong hướng đi
cho công ty tích hợp tự động hóa ngày nay là cung cấp giải pháp dịch vụ trên
nền tảng thiết bị của các hãng có tên tuổi. Vì vậy, đề tài này cũng không đầu tư
nghiên cứu chế tạo phầ
n cứng của các thiết bị điều khiển và phần mềm cơ sở.
Hơn nữa giới hạn phạm vi nghiên cứu thiết kế của đề tài là từ các thiết bị trong
tủ điều khiển, hệ thống mạng điều khiển và hệ thống máy tính vận hành không
bao gồm nghiên cứu thiết kế các thiết bị đo lường, đấu nối lắp đặ
t thiết bị đo
lường tại hiện trường. Hình vẽ sau mô tả phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Tóm lại, phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm:
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây

chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




17

- Việc thiết kế cơ sở hệ thống tự động hóa
- Việc thiết kế kỹ thuật chi tiết
- Việc thiết kế chế tạo tủ bảng điện, cho tích hợp lắp đặt các thiết bị
điều khiển trong tủ điều khiển.
- Việc lập chương trình điều khiển, thiết kế giao diệ
n và chạy thử
chương trình trên hệ thống mô phỏng.
Và nội dung nghiên cứu chi tiết của đề tài bao gồm:
- Khảo sát, nghiên cứu, phân tích và lựa chọn giải pháp tự động hoá
nhà máy xi măng công suất lớn hơn hoặc bằng 2.500tấn clinke/ngày
- Xây dựng yêu cầu logic điều khiển, thông tin xuất nhập và hiển thị
- Thiết kế cấu hình chung hệ thống tự động hoá điều khi
ển nhà máy xi
măng lò quay
- Công đoạn chuẩn bị liệu: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi
tiết, tích hợp và lập chương trình điều khiển
- Công đoạn nghiền liệu: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết,
tích hợp và lập chương trình điều khiển
- Công đoạn nghiền than: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết,
tích h
ợp và lập chương trình điều khiển
- Công đoạn lò: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết, tích hợp
và lập chương trình điều khiển

- Công đoạn nghiền xi: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết,
tích hợp và lập chương trình điều khiển.
- Công đoạn đóng bao xuất kho: khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế
chi tiế
t, tích hợp và lập chương trình điều khiển.
- Phần thiết bị phụ trợ: tủ điện, bàn điều khiển, hệ thống UPS, in ấn,
cũng bao gồm các công việc khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi
tiết.
- Phần hệ thống thiết bị mô hình mô phỏng: bao gồm các công việc
khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế chi tiết và tích hợp hệ thố
ng
- Khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế, lập chương trình và tích hợp
hệ thống quản lý thông tin nhà máy MIS, CCTV, phân tích khí,
- Khảo sát, phân tích lựa chọn, thiết kế, lập chương trình và tích hợp
hệ thống điều khiển chất lượng QCX
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




18

1.5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Với mục tiêu phát triển của ngành xi măng đến năm 2010 và 2020 thì nhu cầu
xây dựng mới các nhà máy là rất lớn. Trong khi đó năng lực thực hiện trong
nước là rất lớn, chi phí nhân công và vận chuyển thấp, hơn nữa hệ thống tự động
hoá cho các nhà máy xi măng tương đối là giống nhau không bị phụ thuộc vào
công suất, nếu năng lực trong nước thực hiệ
n thành công được 1 dự án thì các

dự án sau cũng tương tự như vậy.
Hướng đi phù hợp nhất đối với chúng ta hiện nay là khai thác các thiết kế công
nghệ và sản phẩm có chất lượng cao của nước ngoài, kết hợp với chuyên gia
nước ngoài ứng dụng vào các công trình cụ thể bằng năng lực trong nước. Việc
này, vừa nâng cao được trình độ của đội ngũ cán bộ, tiếp cận với các nề
n khoa
học kỹ thuật tự động hoá tiên tiến vừa đảm bảo cho ra đời các sản phẩm có chất
lượng cao tương đương với khu vực lại vừa giảm được tối đa chi phí giá thành.
Viện Nghiên cứu Cơ khí là một trong những Viện đầu ngành về chế tạo các dây
chuyền công nghiệp của Việt Nam. Trong những năm qua Viện đã không ngừng
đổi mới, tiếp thu công nghệ cao về t
ự động hoá và ứng dụng cho các nhà máy,
dây chuyền sản xuất trong nước. Các sản phẩm của Viện đã được ghi nhận trong
nhiều ngành sản xuất như điện, xi măng, giấy, dầu khí… Đặc biệt, hiện nay
Viện đang có một đội ngũ cán bộ khoa học có trình độ cao trong các lĩnh vực
thiết kế cơ khí và tự động hoá. Trong dự án nghiên cứu thiết kế hệ thống tự
động
hoá nhà máy xi măng 2.500 tấn clinke/ ngày, Viện lựa chọn Siemens là nhà
cung cấp giải pháp và chuyển giao công nghệ trên cơ sở những yếu tố sau:
- Giải pháp CEMAT của Siemens là giải pháp chuyên dụng cho ngành
xi măng, đã được phát triền trên 25 năm, đã được áp dụng vào hơn
400 dự án nhà máy xi măng trên thế giới và cũng có ở trong nước.
Giải pháp CEMAT của Siemens chiếm hơn 23,5% thị phần trên thế
giới về cung cấp hệ
thống tự động hoá cho nhà máy xi măng.
- Siemens cũng đã cung cấp nhiều hệ thống tự động hoá cho các nhà
máy xi măng tại Việt nam và có quan hệ hợp tác lâu dài với Viện.
Viện có chứng chỉ là nhà tích hợp tự động hoá của Siemens và là
trung tâm đào tạo tự động hoá của Siemens tại Việt nam.
- Đồng thời Siemens cũng đã có cam kết chuyển giao công nghệ tự

động hoá cho ngành xi măng cho Viện.
Vì vậy, nhậ
n chuyển giao công nghệ và giải pháp của nước ngoài; khảo sát, lấy
mẫu và thử nghiệm trên mô hình mô phỏng và thực tế là phương pháp và cách
tiếp cận nghiên cứu chủ đạo của nhóm đề tài.
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




19

2 NGHIÊN CỨU HTĐK TỰ ĐỘNG HOÁ CHO DCXM LÒ QUAY
2.1 Qui trình vận hành và yêu cầu điều khiển
2.1.1 Mô tả sơ bộ qui trình vận hành
Dây chuyền sản xuất xi măng 2.500 tấn clinker/ ngày được thiết kế theo phương
pháp khô với công nghệ hiện đại và trình độ tự động hoá cao.
Dây chuyền sản xuất xi măng gồm các công đoạn sau:
- Công đoạn đập đá vôi và vận chuyển chứa
đá vôi
- Công đoạn đập sét và kho chứa sét
- Công đoạn đập phụ gia
- Công đoạn kho tổng hợp
- Công đoạn phối liệu
- Công đoạn nghiền liệu và xử lý khí thải
- Công đoạn silo đồng nhất và cấp liệu lò
- Công đoạn tháp tiền nung và lò nung
- Công đoạn làm nguội clanhke
- Công đoạn silo ch

ứa clanhke
- Công đoạn định lượng nghiền xi măng
- Công đoạn nghiền xi măng
- Công đoạn vận chuyển và chứa xi măng
- Công đoạn đóng bao và xuất xi măng bao
- Công đoạn nghiền than
Các công đoạn này thực hiện sản xuất ra xi măng thành phẩm từ nguyên liệu thô
ban đầu là đá vôi và sét.
Trong quá trình sản xuất xi măng, có nhiều kho trung gian vì vậ
y dây chuyền
sản xuất xi măng có thể chia ra làm nhiều công đoạn chính. Kết quả của mỗi
công đoạn sẽ là bán sản phẩm để ra xi măng. Việc thiết kế, xây dựng và vận
hành DCSX xi măng cũng dựa trên các công đoạn chính này. Đến mỗi điểm kết
thúc của 1 công đoạn chính thì bán sản phẩm phải đạt các yêu cầu về chất lượng
và năng suất thiế
t kế.
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




20

Trong mỗi công đoạn chính, lại được chia thành nhiều nhóm thiết bị hay thường
gọi là các “Group”. Các Group này được phân chia theo nhà thiết kế công nghệ,
chủ yếu phụ thuộc vào công nghệ và chức năng làm việc của từng Group.
Trong mỗi Group, thiết bị là băng tải hay lọc bụi tay áo, sẽ được khởi động
theo các trình tự được yêu cầu, giữa các thiết bị có các liên động công nghệ với
nhau và bản thân mỗi thiết bị

cũng có các liên động bảo vệ riêng.
Giữa các Group lại có sẽ liên động giữa các Group, trình tự vận hành giữa các
Group và liên động bảo vệ giữa các Group. Các liên động sẽ được trình bày chi
tiết ở phần sau.
Việc thiết kế hệ thống điều khiển và chương trình điều khiển cũng phải dựa trên
việc phân chia nhóm thiết bị và các sơ đồ liên động giữa các thiết bị và group.
Về ch
ế độ điều khiển và vị trí vận hành, tất cả các thiết bị trong dây chuyền
công nghệ đều được khởi động theo các nhóm thiết bị liên động và theo tuần tự
nhất định từ phòng điều khiển trung tâm hoặc các trạm vận hành công đoạn.
Theo nguyên tắc, một số thiết bị với hệ thống dẫn động của chúng sẽ được kết
hợp thành các nhóm khở
i động. Việc điều khiển vận hành nhà máy sẽ được thực
theo 02 chế độ chính là vận hành tại chỗ và vận hành trung tâm.
Trong điều kiện vận hành bình thường, toàn bộ nhóm vận hành được điều khiển
tập trung từ phòng điều khiển trung tâm theo “chế độ tự động”. Điều này nghĩa
là, có thể khởi động hoặc dừng nhóm vận hành này nếu các điều kiện kh
ởi động
hoặc dừng nhóm thiết bị và các hệ thống dẫn động riêng của nhóm được thoả
mãn. Nói chung, quá trình khởi động 1 nhóm thiết bị được thực hiện theo 1 tuần
tự nào đó. Thường các điều kiện bảo vệ thiết bị và các điều kiện liên động-quá
trình công nghệ cùng được xem xét để khởi động 1 nhóm thiết bị. Thông báo sẽ
được hiển thị sau khi khởi động thành công 1 nhóm và cho phép khở
i động 1
nhóm khác.
Bên cạnh chế độ vận hành trung tâm còn “chế độ vận hành đơn”. Chế độ này
cũng được thực hiện từ phòng điều khiển trung tâm, tuy nhiên người vận hành
phải thao tác khởi động hay dừng từng thiết bị, khác với chế độ tự động là chỉ
cân một thao tác với nhóm thì toàn bộ thiết bị trong nhóm sẽ được khởi động
theo qui trình được lập sẵn.

Trong chế
độ vận hành trung tâm, toàn bộ các điều kiện liên động công nghệ và
bảo vệ đều phải được thoả mãn.
Chế độ vận hành tại chỗ được lựa chọn bởi công tắc tại chỗ và được vận hành
bởi các nút bấm tại chỗ. Trong chế độ tại chỗ, chế độ vận hành trung tâm sẽ
không thực hiện được và các yêu cầu liên động công nghệ và bảo vệ s
ẽ không
yêu cầu. Chế độ tại chỗ thường được sử dụng cho mục đích bảo dưỡng sửa chữa.
Các liên động bảo vệ và công nghệ sẽ được thể hiện trong sơ đồ P&ID kèm theo
báo cáo này.
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




21

2.1.2 Khảo sát một số hệ thống điều khiển tại nhà máy
2.1.2.1 Hệ thống điều khiển tại nhà máy xi măng Bút Sơn
Dây chuyền sản xuất xi măng I tại nhà máy xi măng Bút Sơn được xây dựng vào
khoảng năm 1995, do vậy hệ thống điều khiển tự động hoá so với hiện nay cũng
tương đối cũ. Hệ điều khiển
được sử dụng là của hãng Siemens, CEMAT phiên
bản 3 chạy trên hệ điều hành COROS so với hiện nay CEMAT là phiên bản 6.1
cho phép chạy trên hệ điều hành Windows 2000 Professional. Bộ điều khiển
được sử dụng trong dây chuyền là S5 Controller, hiện nay dòng sản phẩm này
cũng đã ngừng sản xuất và chuyền sang dòng sản phẩm S7 với nhiều tính năng
ưu việt hơn.
Hệ thống làm việc ổn định, giao diện rõ ràng đầy đủ

các thông số cho phép
người vận hành giám sát được nhiều thông tin trạng thái của thiết bị. Tuy nhiên
các thiết bị điều khiển hiện nay đã ngừng sản xuất chỉ còn hàng tồn kho, nên sẽ
khó khăn trong việc sửa chữa thay thế.
Hệ thống tự động hóa điều khiển toàn bộ các công đoạn trong nhà máy xi măng.
Bố trí mặt bằng: toàn bộ hệ thống điều khiển đượ
c đặt rải rác tại một số toà nhà
- 01 nhà điều khiển trong đó có 01 phòng điều khiển vận hành đặt các
máy tính và panel điều khiển, 01 phòng đặt toàn bộ các CPU của các
hệ PLC.
- Các trạm kỹ thuật để kết nối với các thiết bị hiện trường là các modul
I/O, thiết bị phụ trợ và một số thiết bị khác. Các trạm kỹ thuật và
trạm phân phối
điện được đặt trong cùng một toà nhà để dễ dàng cho
việc kết nối với hệ thống điều khiển động cơ (MCC).
Mô tả chung về hệ thống: hệ thống được phân làm 3 cấp, căn cứ theo giao tiếp
Cấp 1: Giao tiếp trường
Cấp này có liên quan đến tất cả các thiết bị như cảm biến, giaotiếp với thiết bị
trường, các modul vào ra, các tủ thiết b
ị phục vụ cho việc điều khiển quá trình
và thu thập dữ liệu. Truyền thông với các PLC khác thông qua modul chuyên
dụng và với hệ thống phân phối điện được thực hiện tại cấp này.
Tại cấp 1, hệ thống được phân thành các hệ đơn với các chức năng như sau:
- Hệ phục vụ cho đập đá vôi cho đến kho chứa (PLC 1P11)
- Hệ phục vụ cho đập
đất sét cho đến kho chứa (PLC 1P21)
- Hệ phục vụ cho chuẩn bị thạch cao cho đến kho chứa (PLC 1P31)
- Hệ phục vụ cho chuẩn bị than cho đến kho chứa và cấp dầu (PLC
1P91)
- Hệ phục vụ cho cấp liệu và nghiền liệu (PLC 1P41)

Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




22

- Hệ phục vụ cho trạm cung cấp điện (PLC 1P51)
- Hệ phục vụ cho phối liệu và cấp liệu cho lò (PLC 1P51)
- Hệ phục vụ cho lò và làm nguội (PLC 1P61)
- Hệ phục vụ cho nghiền than (PLC 1P62)
- Hệ phục vụ cho nghiền clanhke cho đến kho chứa (PLC 1P71 và
1P72)
- Hệ phục vụ cho khu vực xử lý nước (PLC 1P91)
- Hệ phục vụ cho đóng bao và xuất xi mă
ng (PLC 1P81 và 1P82)
Tại mỗi khu vực này đều có một bộ điều khiển riêng bao gồm từ CPU đến các
I/O phân tán. Từ các CPU này được nối lên mạng điều khiển toàn bộ nhà máy.
Từ mỗi CPU có 02 đường cáp mạng đi lên 02 bộ chuyển mạch, nhằm mục đích
dự phòng kép đường truyền thông. Trong trường hợp có 1 trong 2 đường bị sự
cố thì đường kia vẫn làm việc.
Các bộ chuyển mạch: SSV-A1, SSV-B1, SSV-A2, SSV-B3 là các thiết b
ị
chuyển mạch trên mạng. Dùng để nối các nút mạng lại với nhau và đồng thời
truyền lên cấp cao hơn.
Cấp 2: Giao tiếp vận hành
Cấp này tương ứng với phần giao tiếp vận hành, cung cấp cho người vận hành
tất cả các dữ liệu thu thập được, trạng thái của hệ thống và các chức năng điều
khiển.

Hệ thống có 06 trạm giao tiếp vận hành, trên c
ơ sở là các máy tính với phần
mềm chuyên dụng cho phép thu thập dữ liệu từ các bộ điều khiển ở cấp 1, xử lý
dữ liệu cho hiển thi dưới dạng đồ hoạ một cách trực quan.
Ngoài ra, cho giao tiếp vận hành thì tại một số các khu vực:
- Khu vực đập đá vôi cho đến kho chứa (PLC 1P11)
- Khu vực đập đất sét cho đến kho chứa (PLC 1P21)
- Khu vực chuẩn bị
thạch cao cho đến kho chứa (PLC 1P31)
- Khu vực chuẩn bị than cho đến kho chứa và cấp dầu (PLC 1P91)
- Khu vực đóng bao và xuất xi măng
Đều có các panel điều khiển OP25 tại các khu vực đó. Các panel này cho phép
người vận hành điều khiển giám sát ngay tại hiện trường.
Cấp 3: Quản lý và tối ưu
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày




23

Tại cấp này thực hiện thu thập và xử lý tất cả các dữ liệu phụcvụ cho quản lý và
tối ưu nhà máy.
Trạm kỹ thuật
Là một máy tính sử dụng cho mục đích lập trình hay cấu hình lại hệ thống điều
khiển.
Trạm kỹ thuật được kết nối với một số các thiết bị ngoại vi là:
- Máy ghi chương trình Eprom
- Máy in HP660C

-
Máy in lazer
- Steamer
Hệ thống quản lý thông tin MIS
Hệ thống quản lý thông tin(MIS) là một máy tính PC với tất cả dữ liệu hiện thời
và dữ liệu lưu trữ và các thông tin về quá trình và của nhà máy được quản lý
bằng hệ thống PLC như sau:
- Các giá trị được đo (số lượng, mức )
- Thời gian chạy, thời gian nghỉ
- Các cảnh báo, trạng thái hoạt động
-
Dữ liệu được tự động thu thập và được ghi và được in ra khi có yêu cầu.
MIS cung cấp các thông tin về các giá trị đo, các mức, tiến trình theo giờ/ theo
ca/ ngày / tuần/ tháng dưới dạng bảng, đường cong, đồ thị và cung cấp các
phép tính như các chức năng toán học cho các giá trị đo được, lựa chọn min/
max , trung bình, phân chia theo cấp, …
Các dữ liệu hàng ngày, thống kê dữ liệu, tiến trình được đánh giá biểu diễn dưới
dạng như EXCEL.
Phần cứng cung cấp gồm:
- 1 bộ sử lý dữ liệu hệ thống dựa trên PC và bộ xử lý Pentium 75MHX
- 1 file chủ, đúng với bộ xử lý dữ liệu
- 1 PC "486: với MS- DOS, Window, bộ xử lý 80486 66MHz, 1 màn
hình màu, 1 con chuột
- 1 máy in laze
Báo cáo tổng hợp Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây
chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày

24

- Các thiết bọ tương thích( tủ điện, các thiết bị của Novell )
Phần mềm gồm:
- Phần mềm MIS cơ bản và gói phần mềm liên quan (MIS-MS )
- Dữ liệu sản xuất qua Excel
- Nén, ghi các gói dữ liệu thống kê
2.1.2.2 Hệ thống điều khiển tại nhà máy xi măng Tam Điệp
Hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây chuyền s
ản xuất xi măng tại nhà máy
xi măng Tam Điệp được phân thành nhiều PLC đảm trách cho từng công đoạn
trên dây chuyền.
Hệ thống điều khiển nhà máy dựa trên thiết bị của hãng Allen Breadly.
Trong đó tại các công đoạn đập đá vôi, chuẩn bị phụ gia và nhà đóng 1 & 2
được trang bị thêm giao diện máy tính tại hiện trường cho phép vận hành ngay
tại chỗ.
Tất cả các PLC đều được nối mạ
ng kép với trung tâm máy tính điều khiển thông
qua 02 bộ chuyển mạch. Điều này cho phép khi một trong hai đường mạng bị lỗi
thì PLC vẫn được kết nối với trung tâm điều khiển thông qua đường truyền dự
phòng.
02 máy chủ được sử dụng để thu thập thông tin từ các PLC từ dưới hiện trường,
sau đó biểu diễn các thông số quá trình, trạng thái của thiết bị thông qua các
trạm vận hành dưới d
ạng các giao diện điều khiển. Đồng thời thông qua các giao
diện điều khiển tại các trạm vận hành, người vận hành đưa ra các lệnh điều
khiển, gửi đến các máy chủ này, các máy chủ xử lý gửi các lệnh điều khiển đến
các bộ điều khiển PLC ở dưới hiện trường.
Trạm vận hành điều khiển có 7 trạm, là phần giao tiếp giữ
a người vận hành và

hệ thống điều khiển. Các trạm này được nối mạng với 02 bộ chuyển mạch
switch, lầy thông tin từ các máy chủ. Thông tin được lưu trữ tại các máy chủ,
trạm vận hành đóng vai trò là panel điều khiển, hiển thị các thông số của quá
trình và nhận các lệnh điều khiển từ người vận hành.
Hệ thống máy in bao gồm:
- 02 trạm dịch v
ụ in
- Máy in lazer phục vụ cho báo cáo
- Máy hardcopy chụp trang màn hình màu
- Máy in cảnh báo alarm
Bên cạnh các hệ thống điều khiển cho các công đoạn của nhà máy, hệ thống còn
bao gồm các thiết bị chuyên dung sau: