Đề tài NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG GIAO DIỆN HỆ THỐNG VỚI NHÁNH ĐIỀU KHIỂN ĐỐT LÒ NUNG NHÀ MÁY XI MĂNG HẢI PHÒNG

Hướng dẫn khoa học
Hướng dẫn khoa học
:
:
PGS. TS. Nguyễn Tiến Ban
PGS. TS. Nguyễn Tiến Ban
Tác giả: KS.
Tác giả: KS.
Phan Thanh Hải
Phan Thanh Hải
Đề tài
Đề tài:
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
GIAO DIỆN HỆ THỐNG VỚI NHÁNH ĐIỀU KHIỂN
ĐỐT LÒ NUNG NHÀ MÁY XI MĂNG HẢI PHÒNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đề tài nghiên cứu một phương thức điều khiển hệ
thống lớn đang rất phát triển trên thế giới hiện nay được
áp dụng cho các đối tượng có sự phân cấp trong điều
khiển. Ngoài các thuật điều khiển, điều khiển phân tán là
sự ứng dụng và khai thác mạng truyền thông công
nghiệp trong quản lý và điều hành hệ thống.
Đề tài thực hiện thành công sẽ góp phần làm sáng tỏ quá
trình công nghệ ở một lĩnh vực công nghiệp hiện đại với
khả năng kết hợp, ghép nối các thiết bị hiện đại, kinh điển,
các thiết bị động lực với công suất lớn và rất lớn với các
thiết bị điều khiển rất nhỏ bé về cấu trúc và rất ít ỏi về tiêu

hao năng lượng. Chính vì vậy, trong khuôn khổ của bản
luận văn này sẽ tập trung vào nghiên cứu xây dựng mô
hình mô phỏng giao diện hệ thống với nhánh điều khiển
đốt lò nung nhà máy xi măng Hải Phòng.
Nghiên cứu công nghệ một dây chuyền sản xuất lớn bao
gồm nhiều mảng chức năng kết hợp với nhau, áp dụng
nhiều lý thuyết điều khiển từ kinh điển đến hiện đại. Từ đó
hiểu và thực hiện mô phỏng, thiết kế giao diện cho một
phần hệ thống với một nhánh điều khiển cụ thể làm cơ sở
cho khả năng áp dụng thực hiện cả hệ thống lớn sau này.
2. Mục đích của đề tài
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan dây chuyền sản xuất của nhà máy
Xi măng Hải Phòng, các quy trình công nghệ sản xuất xi
măng, nghiên cứu xây dựng cấu trúc cụm lò nung nhà
máy xi măng Hải Phòng. Thực hiện các mô phỏng điều
khiển hoạt động cụm lò nung trên mô hình thực tế.
Nghiên cứu, phân tích lý thuyết, xây dựng cấu trúc điều
khiển.
Dùng chương trình WinCC để thiết kế giao diện điều
khiển cụm lò nung nhà máy xi măng.
Xây dựng mô hình để điều khiển 1 công đoạn nhỏ trong
cụm lò nung thông qua mạng truyền thông công nghiệp.
4. Phương pháp nghiên cứu
Đây là đề tài nghiên cứu điều khiển cụm lò nung nhà máy
xi măng Hải Phòng. Nhà máy xi măng Hải Phòng ứng
dụng công nghệ sản xuất tiên tiến trên thế giới, chính vì
thế đề tài này nhằm tìm hiểu công nghệ sản xuất xi măng
hiện đại, ứng dụng để có thể vận dụng công nghệ tiên tiến
vào sản xuất thực tiễn trong nước.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Bố cục luận văn: Luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1. Dây chuyền sản xuất xi măng nhà
máy xi măng Hải Phòng
Chương 2. Lò nung và điều khiển lò nung
Chương 3. Thiết kế giao diện điều khiển cụm
vòi đốt lò nung
Chương 1. Dây chuyền sản xuất xi măng nhà máy
xi măng Hải Phòng
1.1. Sơ lược về nhà máy xi măng Hải Phòng.
Dây chuyền sản xuất xi măng của nhà máy xi măng Hải
Phòng mới sản xuất xi măng theo phương pháp khô, có công
suất thiết kế là 1,4 triệu tấn/năm, do hãng FLSMIDTH của
Đan Mạch thiết kế và cung cấp thiết bị chủ yếu.
Dây chuyền sản xuất xi măng Hải Phòng sử dụng hệ
thống điều khiển phân tán với giải pháp PLC - based DCS
(Progammable Logic Controller - based Distributed Control
System). Hệ điều khiển này ra đời từ sự kết hợp của hệ điều
khiển phân tán DCS hiện đại và PLC, nhờ đó nó tận dụng
được các ưu điểm, hạn chế nhược của cả hệ DCS và các PLC.
Các nguyên liệu
sản xuất chính để
sản xuất xi măng là
đá vôi, đá sét,
quặng pyrit và
silica. Ngoài ra để
cải thiện chất
lượng và thay đổi
mác xi măng, trong
sản xuất còn trộn

thêm một số phụ
gia khác như thạch
cao, tro bay,
khoáng chất
diatomite, thuốc

Hình 1.1 Sơ đồ công
nghệ sản xuất xi măng:

Các mạch vòng điều chỉnh chính trong dây chuyền
1.2 Các công đoạn sản xuất xi măng

Công đoạn khai thác và nghiền nguyên liệu thô.

Công đoạn đồng nhất và nghiền nguyên liệu hỗn hợp.

Công đoạn nghiền than.

Công đoạn lò nung.

Công đoạn
xi măng.

Công đoạn đóng bao.
1.3 Hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất xi măng.
Hình 1.9. Phân cấp chức năng điều khiển trong hệ thống điều khiển
dây chuyền xi măng Hải Phòng

Cấp điều hành sản xuất: gồm một máy tính Plant Guide đặt tại
phòng lập trình, có nhiệm vụ lập kế hoạch sản xuất, tổ chức,

xử lý, đánh giá kết quả vận hành, từ đó đưa ra những điều
chỉnh để đảm bảo các chỉ tiêu về sản lượng, chất lượng phù
hợp với từng loại mác xi măng theo kế hoạch đã đề ra.

Cấp vận hành giám sát: nhiệm vụ chính của cấp này là vận
hành, giám sát hoạt động của toàn bộ dây chuyền, quản lí
tham số hệ thống, lưu trữ dữ liệu và xử lý những tình huống
bất thường.

Cấp điều khiển: có nhiệm vụ là nhận thông tin từ các bộ cảm
biến, các thiết bị đo lường và các bộ chuyển đổi, xử lý các
thông tin đó theo một thuật toán điều khiển nhất định và
truyền đạt lại kết quả xuống các cơ cấu chấp hành.

Cấp chấp hành: Nhiệm vụ là đo lường, chuyển đổi trong
trường hợp cần thiết từ đối tượng sản xuất và dẫn động tới các
đối tượng sản xuất.

Phân cấp chức năng trong hệ thống điều khiển

Mạng PROFIBUS – DP: là một trong ba giao thức của
PROFIBUS (Process Field Bus)
Kiến trúc giao thức: PROFIBUS – DP chỉ thực hiện các lớp 1 và
lớp 2 theo mô hình qui chiếu OSI (Open System Interconnection)
Lớp vật lý của PROFIBUS – DP qui định về kỹ thuật truyền dẫn tín
hiệu, môi trường truyền dẫn, cấu trúc mạng và các giao diện cơ
học.
Lớp liên kết dữ liệu ở PROFIBUS – DP được gọi là FDL (Fieldbus
Data Link), có chức năng kiểm soát truy nhập bus.
PROFIBUS – DP sử dụng phương thức truyền không đồng bộ, tức

bên gửi và bên nhận không làm việc theo một nhịp chung.

Các hệ thống mạng sử dụng trong hệ thống điều khiển.

Mạng Fast Ethernet
So với Ethernet thì sự khác nhau cơ bản của Fast Ethernet là
tốc độ truyền được cải thiện hơn rõ rệt, cho phép truyền với
tốc độ lên đến 100 Mbit/s (gấp 10 lần tốc độ truyền cho phép
của Ethernet), với kỹ thuật truyền chủ yếu là cáp đôi dây xoắn
và cáp quang.
Hệ thống mạng Fast Ethernet sử dụng phương pháp truy nhập
bus CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection), là một phương pháp nổi tiếng cùng với mạng
Ethernet nói chung và Fast Ethernet nói riêng.
Theo phuơng pháp CSMA/CD, mỗi máy tính hay PLC S7 -
400 đều có quyền truy nhập bus mà không cần một sự kiểm
soát nào.

Các giao diện điều khiển và giám sát chính của dây chuyền
Hình 1.10.
2.1 Đặt vấn đề:
Trong dây chuyền sản xuất xi măng, công đoạn lò nung là
công đoạn quan trọng nhất. Nguyên liệu đầu vào là đá vôi, đá sét,
pyrit và silica được nung chảy, các phản ứng hóa học ở nhiệt độ
cao xảy ra tạo thành clinker. Sau đó clinker được làm nguội, đập
nhỏ đưa vào công đoạn nghiền xi măng.
Chương 2. Lò nung và điều khiển lò nung
2.2 Cụm vòi đốt chính và điều khiển hoạt động đốt.

Vị trí và nhiệm vụ cụm vòi đốt chính.

Cụm vòi đốt chính 431BU780 nằm ở cuối lò nung, đầu phía cooler
làm lạnh để phun dầu ngược dòng vật liệu như trên hình 2.2.
Bảng 2.1. Các van thuộc cụm vòi đốt chính 431BU780
Tên Loại van Chức năng
M01 Van dầu Điều khiển lượng dầu vào buồng đốt (lắp động cơ trên trục)
V01 Van dầu Đóng mở dầu vào buồng đốt
V02 Van dầu Đóng mở dầu vào buồng đốt
V03 Van dầu Đóng mở dầu hồi lưu
V04 Van khí Làm sạch vòi đốt khi mở (kích hoạt khi đóng)
Y01 Solenoid Đóng van dầu V01 khi được kích hoạt (kích hoạt khi mở)
Y02 Solenoid Đóng van dầu V02 khi được kích hoạt (kích hoạt khi mở)
Y03 Solenoid Đóng van dầu V03 khi được kích hoạt (kích hoạt khi mở)
Y04 Solenoid Đóng van dầu V04 khi được kích hoạt (kích hoạt khi mở)

Hoạt động.
Ngay sau khi khởi động cụm vòi đốt, tiến hành kiểm tra rò dầu
trong đường ống theo các thủ tục như sau:
Đóng van hồi lưu dầu V03.
Chờ dòng chảy ổn định trong 5 s.
Tiến hành kiểm tra dò trong 5 s, nếu lượng dầu rò rỉ hơn 1% lưu
lượng tối đa cho phép thì phát tín hiệu báo động dừng chuỗi
khởi động/dừng. Nếu không có tín hiệu báo động sẽ thực hiện
các bước tiếp theo.
Khi điều chỉnh giá trị đặt độ mở van M01 sẽ thay đổi lưu lượng
dầu cấp cho vòi đốt, từ đó thay đổi được nhiệt độ cho lò nung
theo yêu cầu công nghệ đặt ra.
Sau khi xóa chuỗi khởi động/dừng, có thể khởi động lại cụm vòi
đốt bất kể lúc nào, kể cả khi dầu đang hồi lưu.

Hệ thống mạng điều khiển.


Mạng PROFIBUS – DP đến S7 – 300 của cụm vòi đốt chính
Từ máy tính điều khiển trung tâm, nối qua bộ chuyển mạch
thông minh đến S7 – 400 431CS001 liên động cho công đoạn lò
nung, trong đó có cấp dầu cho vòi đốt. Từ S7 – 400 431CS001
có bốn đường PROFIBUS – DP chính xuống phía dưới là:
Các thiết bị vào ra phân tán.
Các PLC S7 – 300.
Các máy cắt và biến tần.
Các tủ MCC và MDB.

Giao tiếp giữa S7 – 400 431CS001 với S7 – 300 431BU780
Khi hoạt động các S7 – 400 431CS001 và S7 – 300 431BU780
cần trao đổi dữ liệu với nhau. Các dữ liệu cần trao đổi ở đây bao
gồm lệnh khởi động/dừng (khởi động/dừng) vòi đốt, các tham
số điều khiển, quyền điều khiển tại chỗ từ trung tâm gửi đến.