đề tài điều khiển plc trong nhà máy xi măng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP









LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH : TỰ ĐỘNG HOÁ




NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY XI MĂNG LA HIÊN
THÁI NGUYÊN



TRẦN THỊ TUYẾT LAN

THÁI NGUYÊN 2008

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP









LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH : TỰ ĐỘNG HOÁ




NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY XI MĂNG LA HIÊN

THÁI NGUYÊN





Học viên: Trần Thị Tuyết Lan
Người HD Khoa Học: TS. Nguyễn Thanh Hà











THÁI NGUYÊN 2008

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2






THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT



ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC TRONG CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY XI MĂNG LA HIÊN
THÁI NGUYÊN


Học viên: Trần Thị Tuyết Lan
Lớp: TĐHK8
Chuyên ngành: Tự động hoá
Hướng dẫn khoa học: T.S. Nguyễn Thanh Hà
Ngày giao đề tài: 01/10/2007
Ngày hoàn thành: 30/04/2008



KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN





ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
***
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
o0o
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
Mục lục
Mục
Tên đề mục
Trang

Trang phụ bìa
1

Lời nói đầu
2

Mục lục
5
Chương 1
Công nghệ sản xuất và hệ thống tự động hoá
của nhà máy xi măng la hiên thái nguyên
7
1.1
Sơ lược về quá trình hình thành và cấu trúc tổ
chức của nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên
7
1.2
Giới thiệu chung về sơ đồ tổ chức của nhà máy xi
măng La Hiên Thái Nguyên
8
1.3

Tóm tắt công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy
9
1.4
Hệ thống tự động hoá trong quá trình sản xuất
16
1.5
Kết luận
23
Chương 2
Tổng quan về PLC và PLC S7-300
24
2.1
Mở đầu
24
2.2
Các thành phần cơ bản của một PLC
25
2.3
Lập trình cho PLC
30
2.4
Đánh giá ưu nhược điểm của PLC
32
2.5
PLC S7-300
33
Chương 3
Ứng dụng PLC cho quá trình công nghệ
38
3.1

Thuật toán
38
3.2
Cấu hình cứng
43
3.3
Cấu hình mạng
43
3.4
3.5
Địa chỉ hoá các đầu vào ra
Chương trình thu thập dữ liệu với phần mềm
STEP7
44
46
Chương 4
Mô phỏng hoạt động của hệ thống
47
4.1
Khái niệm cơ bản về WinCC
47
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
4.2
Những đặc điểm chính của WinCC
48
4.3
Các thành phần của WinCC
50
4.4

Hệ thống WinCC (The basic WinCC system)
54
4.5
Cách thức làm việc với WinCC
55
4.6
Sơ đồ chức năng của WinCC
56
4.7
Giao tiếp trong WinCC
57
4.8
Tạo các Funtion và các Action
60
4.9
Thiết kế các trang trên wincc cho việc giám sát
hệ thống điều khiển lò quay
61

Kết luận
68

Tài liệu tham khảo
69

Phụ lục
70

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
Lời nói đầu
Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy
tính đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như CNC, PLC… các thiết bị này cho
phép khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều khiển trước đó và
đáp ứng được yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất.
Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay thì việc ứng dụng
thiết bị logic khả trình PLC để tự động hoá quá trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng
năng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm đang là một vấn
đề cấp thiết và có tính thời sự cao.
Luận văn với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng PLC trong công nghệ sản
xuất tại nhà máy xi măng Thái Nguyên” nhằm mục đích tìm hiểu nghiên cứu ứng
dụng của bộ điều khiển PLC trong sản xuất. Đối tượng để luận văn đề cập đến là lò
quay trong nhà máy xi măng La Hiên – Thái Nguyên, đây là một nhà máy hiện nay
đã có mức độ tự động hoá được nâng lên rất cao với việc sử dụng thiết bị điều khiển
PLC S7-300 cùng với các thiết bị khác của hãng SIEMENS.
Luận văn bao gồm những nội dung chính như sau:
Chương 1: Công nghệ sản xuất và hệ thống tự động hoá của nhà máy xi
măng La Hiên Thái Nguyên
Chương 2: Tổng quan về PLC và PLC S7-300
Chương 3: Ứng dụng PLC cho quá trình công nghệ
Chương 4: Mô phỏng hoạt động của hệ thống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
Trong quá trình tiến hành làm luận văn, mặc dù được sự hướng dẫn tận tình
của giáo viên hướng dẫn T.S. Nguyễn Thanh Hà và bản thân tác giả cũng đã cố
gắng tham khảo tài liệu và tìm hiểu thực tế trong nhà máy nhưng do thời gian và
kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác
giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quí báu của

các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của giáo viên
hướng dẫn T.S. Nguyễn Thanh Hà đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được
luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn

Học viên
Trần Thị Tuyết Lan

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7
CHƢƠNG 1
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ
CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG LA HIÊN THÁI NGUYÊN
1.1 Sơ lƣợc về quá trình hình thành và cấu trúc tổ chức của nhà máy xi măng
La Hiên Thái Nguyên
Quá trình phát triển của ngành công nghiệp xi măng Việt Nam nói chung
luôn phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản: một mặt gắn với điều kiện phát triển kinh tế -
xã hội chung của đất nước, một mặt khác cũng phụ thuộc vào trình độ phát triển
công nghệ, kỹ thuật và thiết bị sản xuất xi măng trên thế giới.
Nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên được xây dựng ở nơi có nguồn
nguyên liệu dồi dào và thuận lợi cho việc vận chuyển nhiên, nguyên liệu bằng
đường bộ.
Nhà máy xi măng La Hiên được thành lập ngày 01 tháng 01 năm 1995. Ban
đầu nhà máy có một dây chuyền sản xuất lò đứng với công suất 60 nghìn tấn sản
phẩm/năm. Năm 1996 nhà máy đưa thêm 01 dây chuyền lò đứng thứ 2 với công
suất 80 tấn sản phẩm/năm. Năm 2005 đưa thêm 01 dây chuyền lò quay công suất
300 nghìn tấn sản phẩm/năm. Nhà máy là một đơn vị thành viên của Công ty Than
nội địa thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than khoáng sản Việt Nam.
Quá trình xây dựng nhà máy từ thiết kế kỹ thuật, lắp đặt thiết bị và vận hành

chạy thử do các chuyên gia của Trung Quốc đảm nhiệm. Cán bộ, công nhân Việt
Nam được tiếp nhận công nghệ và tổ chức thực hiện.
Hiện nay, nhà máy cách trung tâm thành phố Thái nguyên 18km nằm trên
quốc lộ 1B (Thái Nguyên - Lạng Sơn). Giao thông thuận tiện, các nguồn nguyên
liệu chính cung cấp cho nhà máy ( quặng, sắt, đá vôi, đất sét ) ở trong phạm vi
không quá 30km.
Sản phẩm của nhà máy hiện nay được tiêu thụ trên các thị trường thuộc các
tỉnh: Thái Nguyên, Hà Nội, Quảng Ninh, Bắc Kạn, Vĩnh Phúc,


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8


1.2 Giới thiệu chung về sơ đồ tổ chức của nhà máy xi măng La Hiên
Thái Nguyên

GIÁM ĐỐC
PHÓ GIÁM ĐỐC
KỸ THUẬT QMR
PHÓ GIÁM ĐỐC
CƠ ĐIỆN
PHÓ GIÁM ĐỐC
HC-BV
PHÓ GIÁM ĐỐC
SẢN XUẤT
PHÒNG KỸ THUẬT
SX XI MĂNG
Phân xƣởng liệu
sống
Phân xƣởng lò
nung
Phân xƣởng
thành phẩm
Phòng
cơ điện

PX
vận tải
PX
cơ điện
Phòng
TCNS
Phòng
KDTT
Phòng
KHVT
Phòng
TCKT
phòng
TCKTTK
Phòng
thanh tra
Phòng
HC
Đội
bảo vệ
Trạm Y tế
Phòng
an toàn
PX
cấp liện
PX
lò quay
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9
1.3 Tóm tắt công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy

Xi măng poolăng hỗn hợp là loại chất kết dính thủy, được chế tạo bằng cách
nghiền mịn hỗn hợp clanker với các loại phụ gia khoáng và một lượng thạch cao
cần thiết hoặc bằng cách trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với xi măng
poolăng không chứa phụ gia khoáng.
Clanhker xi măng poolăng dùng để sản xuất xi măng poolăng hỗn hợp có
hàm lượng magiê oxits (MgO) không lớn hơn 5 %.
Phụ gia khoáng bao gồm phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia đầy:
- Phụ gia khoáng hoạt tính gồm các loại vật liệu thiên nhiên nhân tạo ở dạng
nghiền mịn có tính chất puzôlan và tính chất thủy lực.
- Phụ gia đầy gồm các loại vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo, thực tế
không tham gia vào quá trình hyđrat hóa xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt
liệu mịn, làm tốt thành phần hạt và cấu trúc đá xi măng.
Phụ gia công nghệ gồm các loại phụ gia có tác dụng cải thiện tính chất của xi
măng nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng hoặc để tăng cường quá trình nghiền và vận
chuyển đóng bao và bảo quản xi măng.
Tùy theo chất lượng xi măng và phụ gia, tổng lượng các loại phụ gia khoáng
( không kể thạch cao) trong xi măng poolăng hỗn hợp, tính theo khối lượng xi măng
không lớn hơn 40% trong đó phụ gia đầy không lớn hơn 20%, phu gia công nghệ
không lớn hơn 1%.
*Yêu cầu chất lượng của xi măng poolăng hỗn hợp:
- Mác của xi măng poolăng hỗn hợp gồm: PCB 30 và PCB 40, trong đó:
+) PCB là kí hiệu qui ước cho xi măng poolăng hỗn hợp.
+) Các trị số 30,40 là giới hạn cường độ nén của mẫu vữa xi măng sau 28
ngày dưỡng hộ tính bằng N/mm
2
, xác định theo TCVN 6016: 1995 (ISO 679:
1999(E)).
- Các chỉ tiêu chất lượng qui định trong bảng 1.1:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
Bảng 1.1
Chỉ tiêu
Mức
PCB 30
PCB40
1. Cường độ nén(N/mm
2
), không nhỏ hơn
-72 giờ  45 phút (R
3
)
- 28 ngày  2 giờ (R
28
)

14
30

18
40
2. Thời gian đông kết
- Bắt đầu (phút) không nhỏ hơn
- Kết thúc (giờ) không lớn hơn

45
10
3. Độ nghiền mịn:
- Phần còn lại trên sàng 0,09mm, % không lớn hơn

- Bề mặt riêng xác định theo phương pháp Blaine,
cm
2
không nhỏ hơn

12
2700
4. Độ ổn định thể tích, xác định theo phương pháp
Le Chatelier, mm không lớn hơn

10
5. Hàm lượng anhydric sunphuric (SO
3
)% không lớn
hơn
3,5

1.3.1 Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng của nhà máy
Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng của nhà máy là: đá vôi, đất sét, than,
quặng sắt, phụ gia điều chỉnh và phụ gia khoáng hóa (nếu có). Sau khi được đồng
nhất sơ bộ và gia công đạt kích thước về cỡ hạt và độ ẩm, Chúng được đưa vào các
kho chứa riêng biệt. Để đảm bảo yêu cầu về chất lượng sản phẩm các nguyên liệu
chính để sản xuất xi măng cần đạt được các yêu cầu sau:
Các yêu cầu kỹ thuật đối với các nguyên liệu chính để sản xuất xi măng
của nhà máy:
Đá vôi:
- Thành phần hóa học của hỗn hợp đá vôi phải thỏa mãn các qui định sau:
+) Hàm lượng canxi ôxit (CaO) không nhỏ hơn 51%
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11

+) Hàm lượng manhê ôxit (MgO) không lớn hơn 3,0%
+) Kích thước lớn nhất đá vôi khi nhập không lớn hơn 450mm
+) Kích thước đá vôi khi nhập không nhỏ hơn 100mm
+) Kích thước đá vôi sau đập búa không lớn hơn 25mm
Đất sét:
- Thành phần hóa học của hỗn hợp đất sét phải thỏa mãn qui định sau:
+) Hàm lượng silic đioxit (SiO
2
) từ 64% đến 72 %
+) Hàm lượng nhôm oxit (Al
2
O
3
) từ 14% đến 18%
+) Hàm lượng mất khi nung không lớn hơn 8%
- Đất sét không lẫn dị vật thép và các dị vật có hại
- Độ ẩm đất sét khi nhập không lớn hơn 15%
- Độ ẩm đất sét sau sấy không lớn hơn 3%
Đá cao silíc:
- Thành phần hóa học của hỗn hợp đá cao Silíc phải thỏa mãn các qui định
sau:
+) Hàm lượng silíc đioxit (SiO
2
) trên 82%
+) Hàm lượng nhôm oxit (Al
2
O
3
) từ 8% đến 14 %
+) Hàm lượng mất khi nung không lớn hơn 5 %

- Đá cao si líc không lẫn dị vật thép và các vật có hại
- Độ ẩm đá cao Silíc khi nhập không lớn hơn 5%
Quặng sắt: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng quặng sắt để làm phụ
gia điều chỉnh thành phần hóa học của phối liệu sản xuất xi măng.
- Thành phần hóa học của quặng sắt phải thỏa mãn qui định: Hàm lượng ôxit
sắt (Fe
2
O
3
) không nhỏ hơn 60%
- Độ ẩm tự nhiên (%) không lớn hơn 9%
- Kích thước hạt từ 0 đến 8mm
Cát non: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng cát non làm phụ gia điều
chỉnh thành phần hóa học của phối liệu để sản xuất Clinke ximăng Poolăng.
- Thành phần hóa học của cát non phải thỏa mãn qui định:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
+) Hàm lượng điôxít (SiO
2
) không nhỏ hơn 85%
+) Hàm lượng nhôm ôxít (Al
2
O
3
) không lớn hơn 5%
- Độ ẩm tự nhiên của cát non khi nhập không lớn hơn 15%
- Độ ẩm tự nhiên của cát non sau khi sấy không lớn hơn 2%
Quặng barít: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng quặng barít làm phụ
gia khoáng hóa để nung clinker xi măng poolăng.
- Hàm lượng sulfat bari (BaSO

4
) không nhỏ hơn 75%.
- Kích thước hạt khi nhập không lớn hơn 250mm.
- Kích thước hạt sau khi đập nhỏ hơn 20mm.
Than cám: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng than cám làm nhiên
liệu để nung Clinker xi măng poolăng và làm nhiên liệu để sấy đất sét, cát.
- Than Quảng Ninh dùng để sản xuất xi măng poolăng:
+) Hàm lượng tro trong than (Ak) không lớn hơn 24%.
+) Hàm lượng chất bốc trong than (Vk) từ 5% đến 10%
+) Độ ẩm tự nhiên trong than không lớn hơn 7,5%(trong quí I,II,IV). không
lớn hơn 11,5% (trong qúi III).
- Than Khánh Hòa, than Bá Sơn, Trường CNKT mỏ dùng để nung Clinker xi
măng poolăng:
+) Hàm lượng tro trong than (Ak) không lớn hơn 22%
+) Hàm lượng chất bốc trong than (Vk) từ 6% đến 13%
+) Độ ẩm tự nhiên trong than không lớn hơn 10%
- Than Núi Hồng dùng để sấy đất sét, cát non:
+) Hàm lượng tro trong than (Ak) không lớn hơn 30%
+) Hàm lượng chất bốc trong than (Vk) từ 8% đến 15%
+) Độ ẩm tự nhiên trong than không lớn hơn 20%
Thạch cao: Tiêu chuẩn này áp dụng cho việc sử dụng thạch cao làm phụ gia
điều chỉnh thời gian ninh kết của hồ xi măng:
- Hàm lượng SO
3
trong thạch cao không nhỏ hơn 37%.
- Hàm lượng các chất hữu cơ không lớn hơn 3%
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
- Kích thước thạch cao khi nhập không lớn hơn 300mm.
- Kích thước thạch cao sau khi đập không lớn hơn 25mm.

Xỉ lò cao: Tiêu chuẩn này qui định cho việc sử dụng xỉ lò cao làm phụ gia
sản xuất xi măng poolăng hỗn hợp:
+-Hàm lượng nhôm oxit (Al
2
O
3
) không nhỏ hơn 7%
- Hàm lượng Manhe ôxit (MgO) không lớn hơn 12%.
- Kích thước hạt khi nhập không lớn hơn 300mm (đối với xỉ cục).
- Kích thước hạt khi nhập không lớn hơn 10mm (đối với xỉ hạt nhẹ).
- Kích thước hạt sau khi đập không lớn hơn 20mm.
- Độ ẩm xỉ hạt nhẹ khi nhập không lớn hơn 20%.
- Độ ẩm xỉ hạt nhẹ sau khi sấy không lớn hơn 3%.
Đá cao silíc: Tiêu chuẩn này qui định các nguồn nguyên liệu để sản xuất xi
măng poolăng:
- Thành phần hóa học của hỗn hợp phải thỏa mãn các qui định:
+) Hàm lượng silíc đioxit SiO
2
trên 82%
+) Chỉ số hoạt tính cường độ lớn hơn 80%
+) Hàm lượng mất khi nung không lớn hơn 5%.
- Đá cao silíc không lẫn dị vật và các vật có hại.
- Độ ẩm đá cao silíc khi nhập không lớn hơn quá 5%.
Bột phối liệu để nung clinker ximăng poolăng bằng công nghệ lò đứng:
- Độ mịn (lượng còn lại trên sàn 0,08mm) không lớn hơn 16%.
- Hàm lượng canxi ôxit (CaO) dao động không vượt quá
.1

- Hàm lượng sắt ôxit (Fe
2

O
3
) dao động không vượt quá  0,2.
- Các hệ số : KH = 0,931,03
n = 2,0  2,5
p = 0,9  1,5
Bột liệu sống sau nghiền được đổ vào các silô chứa theo yêu cầu của phòng
KTSXXM
Bột phối liệu để nung clinker ximăng poolăng bằng công nghệ lò quay:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
- Độ mịn (lượng còn lại trên sàn 0,08mm) không lớn hơn 12%
- Độ mịn (lượng còn lại trên sàn 0,08mm) không lớn hơn 16%.
- Hàm lượng canxi ôxit (Cao) dao động không vượt quá
.1

- Hàm lượng sắt ôxit (Fe
2
O
3
) dao động không vượt quá  0,2.
- Các hệ số : KH = 0,88  0,94
n = 2,3  2,7
p = 1,4  1,7
Bột liệu sống sau nghiền được đổ vào các silô chứa, đồng nhất.
Clinker xi măng poolăng sản xuất bằng công nghệ lò đứng: Tiêu chuẩn
này qui định cho việc sử dụng Clinker xi măng poolăng để sản xuất xi măng
poolăng hỗn hợp:
- Hàm lượng vôi tự do CaO
td

trong clinker không lớn hơn 4%.
- Hàm lượng mất khi nung trong clinker không lớn hơn 2%.
- Màu sắc: xanh sám
- Nhiệt độ clinker ra lò không lớn hơn 150
0
C.
- Kích thước clinker sau máy đập hàm không lớn hơn 25mm.
Clinker ra lò được phân loại và bảo quản trong silô hoặc kho chứa, khô ráo,
tránh mưa, nước.
Clinker xi măng poolăng sản xuất bằng công nghệ lò quay : Tiêu chuẩn
này qui định cho việc sử dụng Clinker xi măng poolăng để sản xuất xi măng
poolăng hỗn hợp. PCB30, PCB40:
- Hàm lượng đá vôi tự do CaO
td
trong clinker không lớn hơn 2%
- Hàm lượng mất khi nung trong clinker không lớn hơn 2%.
- Màu sắc: xanh sám
- Nhiệt độ clinker ra lò không lớn hơn 150
0
C.
- Kích thước clinker sau máy đập hàm không lớn hơn 25mm.
- Khối lượng thể tích của ckinker không nhỏ hơn 1200g/l.
Clinker ra lò được phân loại và được bảo quản trong các silô hoặc kho chứa,
khô ráo, tránh mưa, nước.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
1.3.2. Quá trình nghiền bột liệu sống
1.3.2.1. Đối với 02 dây chuyền lò đứng
Từ các kho chứa các vật liệu bao gồm: Đá vôi, đất sét, than, quặng sắt, phụ
gia điều chỉnh được phối trộn theo yêu cầu của bài toán phối liệu qua hệ thống cân

băng định lượng cấp vào máy nghiền và được nghiền trong máy nghiền bi theo chu
trình kín. Hỗn hợp bột liệu có độ mịn đạt yêu cầu kỹ thuật được chuyển đến các silô
chứa nhờ hệ thống cơ học. Việc đồng nhất bột liệu được thực hiện bằng cách đảo
trộn cơ qua hệ thống vít tải, gầu nâng. Bột liệu đạt yêu cầu kỹ thuật cung cấp cho
công đoạn nung clinker.
1.3.2.2. Đối với dây chuyền lò quay.
Từ các kho chứa các vật liệu bao gồm: Đá vôi, đất sét, quặng sắt, phụ gia
điều chỉnh được phối trộn theo yêu cầu của bài toán phối liệu qua hệ thống cân băng
định lượng cấp vào máy nghiền và được nghiền trong máy nghiền đứng chu trình
kín. Việc đồng nhất bột liệu được thực hiện bằng phương pháp xục khí qua hệ thống
khí nén.
1.3.3. Quá trình nung tạo thành Clinker:
Sau khi nguyên liệu được nghiền đến cỡ hạt theo yêu cầu hỗn hợp bột liệu
sẽ được đồng nhất và chuyển sang quá trình nung.
1.3.3.1. Đối với 02 dây chuyền lò đứng
Hỗn hợp bột liệu đồng nhất được trộn ẩm cấp cho máy vê viên sau đó đưa
vào lò nung. Quá trình gia nhiệt trong lò nung tạo cho hỗn hợp bột liệu thực hiện
các phản ứng hóa lý để hình thành clinker. Clinker ra lò dạng cục màu đen, kết khối
tốt, có độ đặc chắc được chuyển vào ủ trong các silô chứa clinker và chờ chuyển tới
máy nghiền tiếp theo.
1.3.3.2. Đối với dây chuyền lò quay.
Hỗn hợp bột liệu sau đồng nhất được cấp vào tháp trao đổi nhiệt qua 5 tầng
tháp thực hiện phân hủy phần lớn cácbonnát trong nguyên liệu sau đó được chuyển
vào lò nung. Trong lò nung hỗn hợp liệu được tiếp tục gia nhiệt để thực hiện các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
phản ứng hóa lý hình thành clinker. Clinker ra lò qua hệ thống máy làm lạnh được
chuyển vào ủ trong các silô chứa clinker chờ chuyển tới máy nghiền tiếp theo.
1.3.4. Quá trình nghiền xi măng:
Clinker, thạch cao và phụ gia hoạt tính được cân băng điện tử định lượng

theo tỉ lệ đã tính đưa vào máy nghiền bi chu trình kín và đưa lên máy phân ly để
tuyển độ mịn. Bột xi măng đạt độ mịn theo yêu cầu kỹ thuật được chuyển vào các
silô chứa xi măng. Xi măng bột sau máy phân ly được kiểm tra các chỉ tiêu theo tiêu
chuẩn TCVN 6260:1997 đạt yêu cầu được đem đóng bao và xuất kho.
1.3.5. Quá trình đóng bao và lƣu kho:
Xi măng được chuyển đến máy đóng bao để đóng bao xuất thẳng hoặc xếp
thành từng lô. Sau khi kiểm tra các chỉ tiêu theo tiêu chuẩn TCVN 6260:1997 và đạt
yêu cầu mới được nghiệm thu, đánh dấu lưu giữ chuẩn bị xuất kho.
1.4. Hệ thống tự động hóa trong quá trình sản xuất
Với công nghệ như đã trình bày ở trên, phạm vi thiết kế tự động hóa của nhà
máy bao gồm 7 phần sau:
+) Đập đá vôi, đồng nhất sơ bộ đá vôi
+) Bãi chứa nguyên nhiên liệu, chứa nguyên liệu và phối liệu, sấy liệu và
nghiền mịn và đỉnh silô đồng nhất.
+) Đồng nhất liệu sống và cấp liệu, xử lý khí thải đuôi lò, khung giá đuôi lò.
+) Giữa lò, đầu lò và nghiền than, làm nguội clinker và vận chuyển clinker,
chứa clinker và hỗn hợp liệu.
+) Đóng bao xi măng.
+) Trạm nén khí
+) Nhà bơm nước tuần hoàn
Từ đập đá vôi đến chứa clinker và hỗn hợp liệu, toàn bộ hai công đoạn sản
xuất chính là chuẩn bị liệu sống và nung clinker đều sử dụng hệ thống DCS, thực
hiện việc điều khiển tập trung thao tác phân tán.
Đóng bao xi măng, trạm nén khí, nhà bơm nước tuần hoàn và các hạng
mục phân tán đều sử dụng điều khiển bằng đồng hồ thông dụng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
1.4.1. Nguyên tắc thiết kế.
Nguyên tắc chung: là thực dùng, tin cậy, kinh tế.
Tính thực dùng: Kết hợp đầy đủ đặc điểm từng bộ phận của dây chuyền công

nghệ, những công đoạn sản xuất chính của dây chuyền sử dụng điều khiển bằng
DCS. Hệ thống DCS được thiết kế nhất thiết phải thích ứng với công nghệ sản xuất
sau khi cải tạo, hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu điều khiển cụ thể, từ phương diện điều
khiển vì công suất chất lượng của cả dây chuyền đưa ra đảm bảo kỹ thuật.
Độ tin cậy: Hệ thống chọn sử dụng cần có độ tin cậy cao, từ phương diện
thiết bị là điều khiển quá trình sản xuất ổn định, tỉ lệ vận hành thiết bị cao đưa ra
đảm bảo về thiết bị.
Tính kinh tế: Hệ thống chọn dùng phải đảm bảo tính kinh tế, độ tin cậy cao,
kết hợp tình hình cụ thể của dây chuyền sản xuất, xem xét tổng hợp đến đầu tư cho
cả hệ thống, tính năng của hệ thống, trình độ điều khiển và các nhân tố kinh tế kỹ
thuật khác đảm bảo tính kinh tế của toàn hệ thống.
1.4.2. Phƣơng án hệ thống điều khiển DCS
Hệ thống DCS của phương án thiết kế này do 2 cấp cấu thành đó là: cấp điều
khiển thao tác và cấp điều khiển quá trình, giữa sử dụng liên kết bằng mạng công
nghiệp Ethernet network.
Cấp điều khiển thao tác thiết kế 3 trạm thao tác, trong đó một trạm đồng thời
là trạm công trình sư; trạm thao tác đều nằm ở buồng điều khiển trung tâm; ngoài ra
buồng điều khiển trung tâm có lắp đặt một máy in khổ rộng, để in tài liệu của hệ
thống;
Cấp điều khiển quá trình có một trạm điều khiển, 2 trạm từ xa I/O:
+) Trạm I/O đập đá vôi (bao gồm đập đá vôi, đồng nhất đá vôi).
+) Trạm điều khiển nghiền liệu I/O (bao gồm vận chuyển đá vôi, chứa
nguyên nhiên liệu, chứa nguyên liệu và phối liệu, sấy nghiền liệu và đỉnh silô đồng
nhất)
+) Trạm điều khiển đuôi lò (bao gồm silô đồng nhất liệu, cấp liệu đuôi lò, xử
lý khí thải đuôi lò, khung giá đuôi lò).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18
+) Trạm điều khiển đầu lò (bao gồm giữa lò, đầu lò và nghiền than, làm
nguội clinker và vận chuyển, chứa clinker và liệu hỗn hợp.

Với mục đích sau này mở rộng, hệ thống DCS để dự phòng một số đầu cắm
mạng cho hệ thống sản xuất xi măng.
Các trạm điều khiển lần lượt nằm ở vị trí buồng điều khiển các công đoạn
(dùng cùng buồng phối điện động lực tương ứng).
1.4.3. Tính năng hệ thống DCS
Trạm thao tác, trạm điều khiển của hệ thống DCS của bản thiết kế này có
những tính năng cụ thể sau:
* Trạm đập đá I/O
- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn đập đá vôi.
- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn liệu vào
kho nguyên liệu.
- Điều khiển đồng nhất xả liệu kho đồng nhất đá vôi.
- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành công đoạn đập đá vôi.
- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành công đoạn liệu vào kho nguyên
liệu.
* Trạm I/O nghiền liệu sống:
- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn ra liệu của
silô nguyên liệu.
- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn nghiền liệu
sống.
- Điều khiển khởi động dừng động cơ cao áp của máy nghiền liệu đứng.
- Điều khiển trình tự khởi động dừng của thiết bị điện công đoạn liệu vào silô
đồng nhất.
- Điều khiển phối liệu liệu sống.
- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành hệ thống nghiền liệu đứng.
- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành hệ thống trạm dầu bôi trơn máy
nghiền liệu đứng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
19
- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành công đoạn nghiền bột liệu sống.

- Điều khiển và kiểm tra mức liệu silô đồng nhất.
* Trạm điều khiển đuôi lò:
- Điều khiển trình tự dừng và khởi động của thiết bị điện công đoạn ra liệu và
silô đồng nhất liệu.
- Điều khiển trình tự khởi động và dừng thiết bị điện công đoạn cấp liệu đuôi
lò.
- Điều khiển khởi động và dừng quạt chịu nhiệt cao đuôi lò.
- Điều khiển trình tự dừng và khởi động thiết bị điện hệ thống cấp thoát nước
tháp gia ẩm đuôi lò.
- Điều khiển trình tự dừng và khởi động thiết bị điện công đoạn hồi bụi đuôi
lò.
- Điều khiển trình tự dừng và khởi động hệ thống điều khiển lọc bụi tĩnh điện
đuôi lò.
- Điều khiển và kiểm tra số liệu nhiệt công của quá trình sản xuất như áp lực,
lưu lượng, vòng quay, mức liệu, tải trọng của công đoạn cấp liệu đuôi lò.
- Điểu khiển và kiểm tra tham số vận hành của quạt chịu nhiệt cao đuôi lò.
- Điểu khiển và kiểm tra tham số nhiệt công trong quá trình sản xuất của
nhiệt độ, áp lực, hàm lượng CO, độ mở cửa gió. v.v của lò phân giải và tháp trao
đổi nhiệt đuôi lò.
- Điều khiển và khiển tra tham số nhiệt công quá trình sản xuất của áp lực,
lưu lượng, độ mở của van của hệ thống cấp nước cho tháp gia ẩm đuôi lò.
- Điều khiển và kiểm tra tham số nhiệt công trong quá trình sản xuất của
nhiệt độ, áp lực, độ mở của gió của công đoạn hồi bụi đuôi lò.
- Điều khiển và kiểm tra tham số vận hành của điện lưu, điện áp, điện trường
ba điện cao áp của hệ thống điều khiển lọc bụi tĩnh điện đuôi lò
- Điều khiển chống tắc của tháp trao đổi nhiệt.
- Kiểm tra số liệu áp lực đường ống khí ra trạm khí nén.
- Kiểm tra số liệu áp lực miệng nước ra của nhà bơm nước tuần hoàn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20

* Trạm điều khiển đầu lò:
- Điều khiển trình tự khởi động - dừng thiết bị điện truyền động của lò quay.
- Điều khiển trình tự khởi động - dừng thiết bị điện khác của công đoạn trong
lò.
- Điều khiển và kiểm tra số liệu vận hành của hệ thống điều tốc trực lưu số
của động cơ chính của lò quay.
- Điều khiển và kiểm tra số liệu nhiệt công trong quá trình sản xuất như nhiệt
độ dầu của các công đoạn trong lò, nhiệt độ của bánh đẩy.v.v
- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn chứa
than nguyên liệu.
- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện chuẩn bị than bột.
- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn cấp
than đầu lò.
- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn vận
chuyển đập làm nguội clinker.
- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn lọc bụi
gió thừa.
- Điều khiển trình tự khởi động hoặc dừng các thiết bị điện công đoạn ra liệu
của silô clinker.
- Điều khiển và kiểm tra lưu lượng cấp than nguyên liệu.
- Điều khiển và kiểm tra số liệu nhiệt công trong quá trình sản xuất như nhiệt
độ công đoạn chuẩn bị than mịn, áp lực, tải trọng, điện lưu, độ mở của cửa gió . . .
- Điều kiển và kiểm tra số liệu nhiệt công trong quá trình sản xuất như nhiệt
độ công đoạn cấp than đầu lò, áp lực, tải trọng, điện lưu, độ mở của cửa gió
- Kiểm tra tham số nhiệt công của quá trình sản xuất như nhiệt độ công đoạn
làm nguội, nghiền, vận chuyển clinker, áp lực, vòng quay, điện lưu, độ mở của cửa
gió
- Điều khiển tốc độ biến tần chuyền động hai đoạn thân ghi chính của máy
làm nguội kiểu ghi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
- Kiểm tra tham số nhiệt công của quá trình sản xuất như nhiệt độ công đoạn
lọc bụi gió thừa, áp lực, vòng quay, điện lưu, độ mở của của gió
- Điều khiển điều tốc biến tần công đoạn ra liệu silô clinker.
- khống chế điều tiết tự động cấp than đầu lò.
- khống chế điều tiết tự động cấp than lò phân giải đuôi lò.
* Trạm thao tác.
- Sử dụng sơ đồ lưu trình công nghệ một cách hình tượng, trực quan, toàn
diện, phong phú; Lưu trình công nghệ quá trình sản xuất hiển thị chia tầng, chia
công đoạn, và luôn hiển thị rõ ràng trạng thái vận hành của các thiết bị điện từng
công đoạn và các tham số công nghệ của dây chuyền sản xuất.
- Sử dụng sơ đồ xu thế chia nhóm chỉ đạo thực tế giá trị, hiển thị chia nhóm
xu thế biến đổi có tính chất lịch sử ở từng nhóm thiết bị với các tham số tương quan
giữa các nhóm trong quá trình sản xuất, chỉ đạo thao tác từng vị trí.
- Sử dụng sơ đồ bảng biểu để liệt kê các tham số một cách hoàn chỉnh, trực
quan; Chia trang hiển thị tham số công nghệ của lưu trình công nghệ.
- Sử dụng menu dừng - khởi động thiết bị một cách rõ ràng, đơn giản, chia
đoạn để thực hiện dừng - khởi động máy đơn và dừng - khởi động liên kết các thiết
bị điện, và điều khiển quá trình dừng - khởi động thiết bị, hiển thị thời gian thực chỉ
thị phương thức điều khiển khởi động công đoạn.
- Sử dụng menu khởi động - dừng thiết bị kiểu bật lên, thực hiện nhiệm vụ
dừng - khởi động thiết bị.
- Sử dụng menu mặc định tham số kiểu bật lên, trạm điều khiển thiết kế thời
gian thực và giá trị các tham số điều khiển hệ số PIĐ tự động điều khiển
- Tham số công nghệ quá trình sản xuất sẽ báo động khi bị vượt giới hạn và
báo động sự cố thiết bị trong quá trình sản xuất.
- Hoàn thành hình thức điều khiển phức tạp ( mà trạm điều khiển PLC không
thể hoàn thành được) bao gồm:
+) Điều khiển phối liệu sống.
+) Điều khiển cân bằng gió máy làm nguội kiểu ghi.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22
+) Điều khiển cấp than đuôi lò.
+) Căn cứ hàm lượng CO điều khiển tự động dừng máy điện trường cao áp
của lọc bụi tĩnh điện.
- Báo động kịp thời khi các tham số công nghệ bị vượt và các thiết bị gặp sự
cố trong quá trình sản xuất.
- Ghi nhớ toàn bộ số liệu quá trình sản xuất, bao gồm báo động và kiểm tra
số liệu tham số công nghệ.
- Sử dụng menu ghi nhớ số liệu và sơ đồ xu thế, có thể dùng để phân tích sự
cố và phân tích sự thay đổi của quá trình sản xuất.
- In ra báo cáo của quá trình sản xuất.
* Trạm công trình sư:
- Hoàn thành những nhiệm vụ cơ bản của trạm thao tác.
- Quản lý bảo dưỡng hệ thống.
- Lập trình hệ thống
- Thao tác bố trí quyền hạn.
- Kiểm tra dữ liệu quản lý thiết bị.
* Mạng công nghiệp:
- Trao đổi các số liệu giữa cấp thao tác và cấp điều khiển.
- Dự phòng hỗ trợ và cắt đổi giữa các trạm thao tác.
- Phần mềm ứng dụng trạm công trình sư đến trạm thao tác, trạm điều khiển.
* Điều khiển dòng:
- Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp liệu đuôi lò.
- Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp than đầu lò.
- Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp than lò phân giải đuôi lò.
- Dòng điều khiển điều tiết tự động cửa van hồi nước tháp gia ẩm.
- Dòng điều khiển điều tiết tự động phối liệu sống.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
23
Tóm lại
Trong công nghệ sản xuất xi măng có rất nhiều công đoạn có thể được tự
động hoá và xây dựng thành một hệ điều khiển DCS mà trong đó phải sử dụng các
thiết bị điều khiển thích hợp.
Hiện nay có rất nhiều thiết bị điều khiển phục vụ cho các bài toán tự động
hoá quá trình đã được sản xuất và bán ra ở rất nhiều nước, một trong những thiết bị
đó là thiết bị điều khiển khả trình PLC, thiết bị điều khiển PLC ra đời đã khắc phục
được rất nhiều những nhược điểm của hệ thống điều khiển cổ điển điều khiển kiểu
Rơle, bản chất của các thiết bị điều khiển PLC là một hệ vi xử lý chuyên dụng phục
vụ cho các bài toán điều khiển logíc, khác với điều khiển kiểu rơle thì thiết bị điều
khiển PLC hoàn toàn có thể thu thập và lưu trữ dữ liệu, có khả năng điều khiển hệ
thống trong nhà máy, hoặc điều khiển một công đoạn nào đó, việc thay đổi bài toán
điều khiển hoàn toàn được thực hiện dễ dàng với việc thay đổi chương trình phần
mềm trợ giúp…
Ở Việt Nam hiện nay có một số thiết bị mang tính thương phẩm cao và được
sử dụng khá nhiều, ví dụ như omron với dòng sản phẩm CPM, CQM, Siemen với
dòng sản phẩm S5, S7-200, S7-300, S7-400, Mitsubishi…
Hiện nay nhà máy đã và đang sử dụng một số sản phẩm của hãng SIEMENS,
một sản phẩm hiện nay đang có uy tín trên thị trường Việt Nam và quốc tế, do vậy
trong phạm vi đề tài tác giả ứng dụng với sản phẩm PLC S7-300 trong sản xuất là
một sản phẩm của hãng SIEMENS.

24

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-300
2.1 Mở đầu

Ở hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất trong công nghiệp trước đây, các
hệ thống điều khiển số thường được cấu tạo trên cơ sở các rơle và các mạch điện tử
logic kết nối với nhau theo nguyên lý làm việc của hệ thống.
Đối với các hệ thống làm việc đơn giản và có tính độc lập thì việc sử dụng
các phần tử logic có sẵn liên kết cứng với nhau rất có ưu điểm về giá thành. Tuy
nhiên trong các hệ thống điều khiển phức tạp, nhiều chức năng thì việc cấu trúc theo
kiểu liên kết cứng có nhiều nhược điểm như:
- Hệ thống cồng kềnh, đấu nối phức tạp dẫn tới độ tin cậy kém.
- Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các hư
hỏng sẽ rất khó khăn và mất nhiều thời gian nếu hệ thống là phức tạp, số lượng rơle
là lớn.
Sự phát triển của máy tính điện tử, sự phát triển của tin học cùng với sự phát
triển của kỹ thuật điều khiển tự động, dựa trên cơ sở tin học gắn liền với hàng loạt
những phát minh liên tiếp như mạch tích hợp điện tử - IC - năm 1959, bộ vi xử lý -
năm 1974 những phát minh đó đã đóng góp một vai trò quan trọng và quyết định
trong việc phát triển mạnh mẽ kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó trong khoa
học kỹ thuật như PLC, CNC
Thiết bị điều khiển khả trình PLC ra đời cho phép khắc phục được rất nhiều
nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây và việc sử dụng PLC đã
trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hóa.
PLC (Programmable Logic Controler) là thiết bị điều khiển lập trình được
(hay còn gọi là khả trình), cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển
logic thông qua ngôn ngữ lập trình, PLC thực chất là một máy tính, nhưng điểm
khác ở đây là nó được thiết kế chuyên cho lĩnh vực điều khiển và làm việc được
trong điều kiện phức tạp với sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm, hay nói một cách khác
nó là một máy tính chuyên dụng.