Luận văn nghiên cứu về giải pháp DCS cho một xí nghiệp, nhà máy

LUẬN VĂN:

Nghiên cứu về giải pháp DCS cho
một xí nghiệp , nhà máy cụ thể
















Lời nói đầu

Hiện nay , hệ thống điều khiển phân tán DCS đang được ứng dụng rất rộng rãi trong các
nhà máy công nghiệp . Do đó việc nắm bắt , am hiểu , và làm chủ các hệ thống điều khiển
DCS là yêu cầu cấp thiết đối với các kĩ sư và các sinh viên chuẩn bị ra trường.
Để có thể hiểu một cách sâu sắc thế nào là một hệ thống điều khiển phân tán DCS , chức
năng , cấu trúc , đặc điểm và khả năng áp dụng của nó . Đòi hỏi các sinh viên phải đi tìm
hiểu thực tế tại các nhà máy, nghiên cứu về giải pháp DCS cho một xí nghiệp , nhà máy cụ
thể.



















Phần I
Giới thiệu chung về công ty giấy Bãi Bằng

I. Giới thiệu chung về công ty Bãi Bằng :


Công ty giấy bãi bằng là công trình được xây dựng bởi tiền viện trợ không hoàn lại của chính
phủ và nhân dân Thụy Điển ,được xây dựng ở thị trấn Phong Châu , huyện Phù Ninh , tỉnh
Phú Thọ .
Đây là một biểu tượng cao đẹp của tình hữu nghị đã gắn bó hai dân tộc Việt Nam-Thụy Điển
ngay từ những năm nhân dân Việt Nam còn gian khổ đấu tranh chống xâm lược . Một công
trình sản xuất giấy qui mô lớn và hiện đại nhất Việt Nam , được khánh thành năm 1982 , đã và
đang đưa ra thị trường một lượng giấy đáng kể , có chất lượng cao , được người tiêu dùng ưa
chuộng và cũng đã có chân trong thị trường một số nước trong khu vực như Malaysia , Thái
Lan , Singapore , Hồng Công
Giấy Bãi Bằng ngay từ khi thiết kế đã chú ý đến việc bảo vệ môi trường và trong quá trình
hoạt động công tác này càng phát triển . Công ty đã tiếp thu công tác quản lý Bắc Âu và đào
tạo được một đội ngũ cán bộ , kỹ sư và công nhân lành nghề đã quản lý và vận hành thành


thạo dây chuyền sản xuất hiện đại . Năm 2004 công ty đã tiến hành nâng cấp và mở rộng sản
xuất lên 100.000 tấn giấy/ năm và 61 000 tấn bột giấy/ năm với chất lượng cạnh tranh quốc tế
và môi trường được cải thiện đạt chuẩn quốc gia Đồng thời công ty đã lập xong nghiên cứu
tiền khả thi cho mở rộng công ty giai đoạn 2 xây dựng một nhà máy sản xuất bột giấy thương
phẩm 250.000 tấn năm hoàn thành trước năm 2007 với chất lượng quốc tế và tiêu chuẩn môi
trường đáp ứng các yêu cầu thế giới.

II . Tổng quan về hệ thống sản xuất của công ty giấy Bãi Bằng :

Toàn bộ nhà máy là một hệ thống khép kín , từ khâu động lực với những lò hơi , tuabin ,…
hoạt động theo công nghệ hiện đại , tự cung cấp đủ điện và hơi và nước cho sản xuất . Bao
gồm :
+ Một nhà máy điện ( power plant ) :

 Một lò hơi đốt than 145 tấn / giờ
 Một lò hơi thu hồi 36 tấn/giờ
 02 tuabins , 01 ngưng tụ , 01 đối áp
 02 máy phát điện tổng công suất 28 Mw
+ Xí nghiệp vận tải ( transport enterprise )
 Một hệ thống xe chuyên dùng
 40 đầu xe tải , tổng trọng tải 300 tấn
 12 đoàn xà lan , tổng trọng tải 9600 tấn
 Một cảng sông hiện đại
+ Xí nghiệp bảo dưỡng ( maintenance enterprise )
 Xí nghiệp cơ khí bảo dưỡng có đủ phương tiện , máy móc và đội ngũ kĩ sư
công nhân lành nghề , có khả năng bảo dưỡng , sửa chữa lớn trong các lĩnh vực cơ khí ,
điện , đo lường và điều khiển
+ Nhà máy hoá chất :
 Nhà máy có công suất là 7000 tấn clo hàng năm


 24 thùng điện phân , điện cực ti tan
 Một hệ thống sản xuất clo lỏng , axit HCl , dịch tẩy Zaven và khí Axetylen
đóng chai cung cấp đủ các loại chất chính cho nhu cầu sản xuất của công ty và bán ra thị
trường
+ Nhà máy sản xuất giấy :
 Nhà máy có công suất 100.000 tấn giấy / năm và 61.000 tấn bột giấy /năm
với chất lượng cạnh tranh quốctế với các sản phẩm chính : giấy in ( printing paper ) , giấy
viết ( writing paper ) , giấy photocopy ( photocopy paper ) ,giấy tissue( tissue paper ) ,
các sản phẩm chế biến ( processed products ) , sản phẩm gỗ ( wood products)
 Nhà máy bao gồm 3 phân xưởng đảm nhiệm 3 công đoạn sản xuất giấy :
 Phân xưởng nguyên liệu : là nơi tập trung gỗ mỡ , gỗ bồ đề , gỗ bạch đàn ,
gỗ thông , keo tai tượng , tre nứa
Vùng nguyên liệu quy hoạch trải rộng trên các tỉnh : phú thọ , vỉnh yên , tuyên quang ,

Hà Giang , Yên Bái , Lào Cai
 Phân xưởng sản xuất bột : gồm 3 nồi nấu dung tích 140 tấn / nồi , hệ thống
rửa , sàng chọn khép kín thu hồi 96 – 98% hoá chất . Hệ thống tẩy trắng 3 giai đoạn , có
tiền xử lí bằng oxy
 Phân xưởng sản xuất giấy : 02 máy xeo khổ rộng 3,8 m. Một phân xưởng
hoàn thành gia công chế biến tới các loại sản phẩm cuỗi cùng























phần II

Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấy

I. Công đoạn xử lí nguyên liệu :
Nguyên liệu chủ yếu là tre nứa , được đưa từ bãi chứa vào băng truyền và được rửa
sạch trước khi đưa vào máy chặt . Tại đây tre nứa được băm thành mảnh nhỏ có kích


Khâu
chuẩn bị
nguyên
liệu

Khâu
chuẩn bị
bột


Công
đoạn Xeo

Phân
xưởng
hoàn
thành


thước theo tiêu chuẩn là : dài 35mm rộng 10mm , dày 2,5 mm . Các loại máy này được
đưa qua máy sàng chọn Sau đó được đưa vào hệ thống rửa mảnh và qua băng tải tới sân
chứa mảnh Năng suất máy chặt tre nứa là 20 tấn /h .
Gỗ được đưa đến bộ phận bóc vỏ bởi băng tải xích . Gỗ sau khi đã bóc vỏ rồi được rửa

sạch rồi đi vào máy chặt mảnh . Mảnh gỗ sau khi được chặt mảnh có kích thước là : dài 25
– 35mm , rộng 10- 20mm , dày 3-4mm . Mảng gỗ được đưa qua sàng chọn và đưa ra sân
chứa mảnh bằng băng tải Năng suất máy chặt gỗ là 40 tấn / h. Mảnh tre nứa ,gỗ đưavào
nồi nấu bởi hệ thống nầu bằng hơi nóng ở nhiệt độ rất cao thổi vào mảnh

II. công đoạn xử lí bột :
1. Công đoạn nấu bột:

Bột giấy được sản xuất theo phương pháp sunfat có thu hồi hoá chất . Nguyên liệu được
nấu trong 3 thùng , có cấu tạo hình trụ đứng với dung tích mỗi thùng V= 145 m
3
.
Thời gian hoàn thành một chu kì nấu là 240 phút kể cả thời gian nạp mảnh . Bột sau
khi được chuyển sang bể có dung tích 400m
3
, từ đây bột được chuyển qua máy đánh tơi và
được đưa tới bộ phận rửa .Năng suất nấu bột là 150 tấn /ngáy .

2 Công đoạn rửa sàng :

Tiếp theo là đến công đoạn sàng , bột sau khi được đánh tơi được đưatới 4 máy rửa lọc
chân không . Tại đây bột được rửa sạch , dịch hoá chất thu hồi trong quá trình nấu bột (
dịch đen loãng ) có nồng độ 13% . Loại dịch này được đưa đến hệ thống chưng bốc .
Bột đen đã được rửa sạch , đưa qua hệ thống sàng gồm 2 sàng áp lực 1 sàng thô và 3
giai đoạn lọc cát. Các mấu mắt tre nứa hoặc bột sống bị loại ra khỏi bột được đưa xuống
sáng cô đặc và xuống vít tải thải ra ngoài .
3. Công đoạn tẩy trắng bột :

Công đoạn tẩy trắng bột : bột từ sàng được đưa vào bể chứa bột đen sau đó được đưa
vào tẩy .
Công đoạn tẩy bao gồm 4 giai đoạn : Bột được clo hoá bởi Clo , sau đó được kiềm hoá
để loại bỏ hợp chất màu
Clora lignin ra khỏi bột . Sau khi kiềm hoá bột được tẩy tiếp bởi NaClO để đạt độ trắng
khoảng74 – 78% . Để bột có độ trắng đồng đều theo yêu cầu phải thực hiện theo quy trình
tẩy nghiêm túc duy trì thích hợp các yếu tố nồng độ bột , mức tỉ lệ hoá chất tẩy , nhiệt độ ,
thời gian và độ PH . Bột Sau khi tẩy trắng được đưavào bể chứa để chuẩn bị quá trình sản
xuất giấy

4. Công đoạn Xeo :

Trước khi vào máy xeo giấy , bột được đưa qua hệ thống nghiền còn để làm tăng
diện tích tiếp xúc , tăng khả năng liên kết giữa các thớ sợi với nhau , tạo điều kiện cho
khả năng hình thành tờ giấy tốt hơn . Sau khi nghiền bột được pha trộn với các phụ gia như
: cao lanh , nhựa thông , phèn và một số chất khác tùy theo yêu cầu sản phẩm . Bột đã pha
trộn phụ gia trong bể chứa được đưa qua hệ thống phụ trợ : sàng áp lực , lọc cát và các
thành phần khác có ảnh hưởng đến tờ giấy rồi đưa đến hòm phun bột bắt đầu quá trình sản
xuất giấy.

4.1-Hòm phun bột và sự hình thành tờ giấy
+ Hòm phun bột :

Nhiệm vụ của hòm phun bột là phân phối một lượng bột đồng đều trên lưới và ổn
định với một tốc độ không đổi trên toàn bộ bề ngang của lưới và giữ cho dòng bột xáo trộn
để chống chảy xoáy và phá vỡ sự vón cục của dòng bột đã được hình thành.ở đây bột đã
hình thành tờ giấy ướt có độ khô 18  20 % .

+Bộ phận hình thành :

Việc hình thành tờ giấy được thực hiện giữa 2 bề mặt của lưới đôi . Lưới trong rộng
4350 mm,dài 22.000 mm , lưới ngoài rộng 4350 mm , dài 18000 mm .Ưu thế của loại tạo
hình như vậy hạn chế bề mặt tự do của dòng chảy trên lưới và cho ta khả năng điều khiển
tốt hơn .Trên bộ phận hình thành , nước được thoát ra cả 2 phía chiều dài tạo hình và giấy
sẽ có bề mặt đồng nhất .Sử dụng nguyên tắc tạo tờ giấy giữa một trục hút mở (gọi là trục
tạo hình) một phần được lưới trong và lưới ngoài bao lại có độ căng nên thuận lợi về thời
gian tách nước và độ thấm .

4.2-Bộ phận ép:

ép có nghĩa là tờ giấy được nén bằng cơ học để đạt trên bão hoà . ở phần này nước
cũng tách được càng nhiều ra khỏi tờ giấy càng tốt . Sau công đoạn hình thành , tờ giấy
còn khoảng 80% nước (độ khô = 20 %) . ở công đoạn ép độ khô sẽ tăng lên từ 20  40 % .

Nhiệm vụ chính của bộ phận ép là tách nước ra khỏi tờ giấy , tăng độ bền và độ
nhẵn cuả tờ giấy đồng thời bộ phận ép còn có nhiệm vụ dẫn tờ giấy đến bộ phận sấy .

Bộ phận ép có số lượng cặp ép và cấu trúc khác nhau . Một cặp ép bao gồm giá đỡ
và 2 hoặc 3 lô . Lô dưới thường được lắp trên một ổ đỡ cố định và lô dẫn động . Sự ép xảy
ra ở khoảng giữa lô trong khe ép và tờ giấy được chăn dẫn qua khe ép .

Tờ giấy ướt được chuyển trực tiếp từ lưới tới trục ép chân không được lọc chặn của
tổ ép 1 . Chức năng quan trọng của lưới ép là chống tạo vết trên tờ giấy .Từ tổ ép 1 tờ giấy
được chuyển tới bộ phận ép lưới ở tổ 2 .Tổ 2 gồm một lưới nhựa giữa chăn ép và một trục
ép phía dưới nhằm giảm áp suất thuỷ tĩnh trong tuyến ép .Từ chăn 2 tờ giấy được chuyển


tới tổ ép nhẵn 3 qua một khoảng cách kéo hở . Tổ ép này không có chăn nên không có

nhiệm vụ tách nước mà chỉ có làm cho tổ giấy nhẵn và phẳng hơn .

4.3-Bộ phận sấy:

Khi tờ giấy ra khỏi bộ phận ép , có độ khô khoảng 40 % và nhiệt độ từ 25 30 C .
Trong bộ phận sấy , lượng nước còn lại sẽ được tách ra bằng cách bốc hơi . Sấy là cách vận
chuyển nhiệt và nước , trong đó nhiệt độ được chuyển qua vùng bay hơi và hơi nước bốc
lên đi qua bề mặt của tờ giấy vào luồng khí thông gió . Các biện pháp sấy được sử dụng là
:

- Sấy trực tiếp : tờ giấy tiếp xúc với lô sấy máy.

- Sâý đối lưu : nhiệt độ được cung cấp bởi không khí trong một chụp xung quanh lò
sấy.

- Sấy tự do : sấy trong khoảng không có sức căng hoặc giữa các lô sấy . ở giai đoạn
này , tờ giấy được sấy khô tới 94% . Sau đó ,t ờ giấy đi qua bộ phận ép gia nhựa(ép keo) .
ở đây , nước cùng hoá chất được tờ giấy hấp thụ và lượng nước này được làm bay hơi ở bộ
phận sấy thứ 2 (bộ phận sấy nhựa).

- Bộ phận sấy bao gồm 34 lô sấy (24 lô ở bộ phận sấy chính và 10 lô ở bộ phận sấy
nhựa) . Giấy đã sấy khô được làm nguội trên 2 lô làm lạnh .Tất cả các lô đều có đường
kính là 1500 mm , chiều dài của giấy có thay đổi trong quá trình sấy. Sau các lô ép tờ giấy
được căng ra . Trong suốt quá trình nó được gia nhiệt ở cả 2 quá trình sấy chính và sấy
nhựa (ép keo) . Điều đó thường gây ra sự cố của tờ giấy . Để khắc phục những sự cố và
những biến đổi của tờ giấy , các lô được bố trí thành các nhóm dẫn động khác nhau .Trong


đó , tất cả các lô trong một nhóm có cùng tốc độ . Sự chênh lệch tốc độ giữa các nhóm dẫn
động sẽ được hiệu chỉnh theo độ kéo căng và sự cố cuả tờ giấy.

Bảng sau đây cho ta thấy vị trí các lô và các nhóm trong bộ phận sấy.

Sấy chính Sấy nhựa
nhóm số 1 2 3 4 5 6
số lô 8 8 8 2 8 2
vị trí lô
1

8 9

16 17

24 25

26 27

34 35

36


4.4- Bộ phận ép quang :

Bộ phận này bao gồm một bộ hai hay nhiều lô quay tiếp cận với nhau(gọi là máy ép
quang) . Máy ép quang sẽ đảm bảo độ đồng đều , độ nhẵn bóng bề mặt , tăng độ bền keo ,
xé , độ chịu bục và thấm khí của tờ giấy.

4.5- Bộ phận cuộn :

Tờ giấy thành phẩm được cuộn lại thành những lô giấy nhờ hệ thống máy cuộn lại

và tiếp tục được đưa ra sản xuất thành những sản phẩm phù hợp yêu cầu.

















phần III
Giới thiệu chung về hệ thống dây chuyền sản xuất trong phân xưởng Xeo 2 :

Bản vẽ kĩ thuật :


Từ bản vẽ kĩ thuật ta thấy : Bột tre nứa được xử lí xong ở khâu bột được đưa đến
bể Bamboo pulp chest 1 , bể này có dung tích 70 m
3
, ta điều khiển việc pha trộn dung
dịch bột này với dung dịch bột ngoại , nước trắng để đảm bảo nồng độ bột ở trong bể là 5%
. Sau đó dung dịch bột trong bể sẽ được dẫn ra pha trộn với nước và đưa tới 6 máy nghiền

thô để làm nhỏ kích thước của hạt bột . Tiếp theo chúng được dẫn tới bể Bampoo pulp
chest 2 , dung tích của bể là 50 m
3
, việc pha trộn trước đó phải đảm bảo nồng độ của dung
dịch ở trong bể này là 4% . Tiếp đó dung dịch trong bể này được dẫn tới bể pha trộn hỗn
hợp Blending chest, bể này có dung tích 50 m
3
.
Tương tự như thế , bột gỗ cứng sau khi đước xử lí ở khâu bột được đưa đến bể
Harđwood pulp chest 1 , bể này có dung tích 70 m
3
, ở đây ta phải đảm bảo việc pha trộn
với dung dịch bột ngoại và nước trắng sao cho nồng độ bột trong bể là 5% . Sau đó dung
dịch trong bể được dẫn ra và trộn với nước trắng ( white water ) và đưa vào sáu máy
nghiền thô để làm giảm kích thước của hạt bột , sau đó dung dịch này được đưa vào bể


Hardwood pulp chest 2 , bể này có dung tích 50 m
3
, ở đây ta phải đảm bảo việc pha trộn
để nồng độ bột trong bể là 4% . Tiếp đó dung dịch trong bể này được dẫn tới bể pha trộn
Blending chest .

Bể Blending chest là nơi pha trộn dung dịch bột giấy tre nứa , dung dịch bột gỗ cứng ,
dung dịch bột giấy đứt được đưa phản hồi về từ bể Broke chest 1 , các phụ gia là clay,
Alum ( nhôm ) , nhựa thông ( Rosin ) . Các dung dịch trên được trộn đều và đảm
bảo sao cho nồng độ dung dịch là 3 % . Dung dịch trong bể này được dẫn ra và pha trộn
với nước và dung dịch bột giấy đứt từ bể Couch pit pulper sao cho nồng độ giảm xuống
còn 2% và đưa vào bể Machine chest , bể này có dung tích 20 m
3

. Dung dịch dẫn ra từ bể
này được đưa qua 2 máy nghiền tinh và dẫn tới bể hố lưới ( wire pit ) .

Ơ bể wire pit dung dịch được trộn với nước sạch đã lọc cát và chất phụ gia AKD sao
cho nồng độ dung dịch giảm xuống chỉ còn 0,8 – 1% và dẫn tới các máy làm sạch ( 3 máy
làm sạch nối tiếp nhau ) theo
nguyên lí li tâm . Hạt cát , bụi bẩn có khối lượng lớn hơn hạt bột do đó chìm xuống dưới
và quay trở lại và bị loại bỏ . Còn dung dịch bột được trộn tiếp với nước và hoá chất phụ
gia là CaCO
3
và chất tăng trăng và đưa tới các máy làm sạch ( hai máy ) theo nguyên lí
sàng áp lực ( pressure screens ) các hạt bột đủ tiêu chuẩn sẽ lọt xuống đáy sàng các hạt sợi
dài không đủ tiêu chuẩn sẽ chuyển động lên trên và được đưa trở lại bể hố lưới wire pit .

Dung dich bột đủ tiêu chuẩn sẽ được pha trộn thêm phụ gia BENTONITE trước khi
dẫn tới hòm phun bột tổng , ở đây bột sẽ được phun lên lưới đôi để định hình tờ giấy , sau
lưới đôi giấy sẽ được ép sơ bộ trên lưới để làm giảm % độ ẩm của tờ giấy ,sau đó tờ giấy
sẽ được dẫn qua các lô sấy khô gồm có 6 lô , đây là các lô sấy khô bằng hơi nóng ở áp suất
cao , khoảng 0.3 Mpa .
Như vậy khi đi qua các lô sấy độ ẩm của tờ giấy sẽ giảm rất nhiều và làm tăng độ bền
củatờ giấy . Tiếp theo để tăng độ bền kéo và độ bền xé của tờ giấy người ta sẽ cho tờ giấy


đi qua hệ thống ép keo bằng hồ tinh bột lên bề mặt tờ giấy , sau đó tờ giấy được đưa đi qua
hệ thống làm lạnh để làm giảm nhiệt độ của nó ,và cho sang hệ thống ép quang để gia tăng
độ bóng bề mặt , cuối cùng tờ giấy được đưa vào hệ thống cuộn và nâng suất để tạo thành
sản phẩm chuyển sang phân xưởng hoàn thành .

Để tận dụng dung dịch bột rơi vãi , giấy đứt tại các hệ thống lưới , cuộn , các lô sấy , ép
keo và ép quang ta có hai bể thu hồi là bể Couch pit pulper và bể Dry end pulper chúng

được gọi chung là các thùng đánh bột . Bể Couch pit pulper có dung tích 17 m
3
nó dung để
chứa dung dịch bột từ các đầu lưới và lô ép , lô cuộn rơi xuống và dung dich bột đưa tới
từ bể Dry end pulper , bể này dung tích 30m
3
và đặt ở khu vực các lô làm lạnh , ép quang ,
lô cuộn để chứa giấy bị đứt , rách ,hỏng và đánh tơi nó ra trước khi đưa sang bể Couch pit
Pulper .
Dung dịch bột có nồng độ rất loãng từ bể Couch pit pulper được đưa tới bể Broke chest
2 ở đây nó được trộn với dung dịch bột hoàn thành , dung dịch bột từ bể Broke chest 2 của
máy Xeo một và dung dịch phản hồi từ bể Broke chest 1 . Ta trộn đều dung dịch trong bể
Broke chest 2 trước khi đưa vào máy cô đặc dung dịch bột giấy đứt (Broke thickener )
dung dịch bột có nồng độ bột cao chảy sang bể Broke chest 1 .
Mục đích của việc phản hồi từ bể Broke chest 1 sang Broke chest 2 chính là để điều
khiển mức trong bể Broke chest 1 . Vì dung dich bột trong bể Broke chest 1 đã được trộn
hoá chất lên ta đưa nó về bể Blending chest để xử lí từ đầu .

Để có nước sạch cho việc pha trộn dung dịch , nước ấm để rửa các đầulưới ta còn có
các bể white water storage, dung tích 200 m
3
, bể white water tank , dung tích 20 m
3
, bể
wire shower water tank , dung tích 20 m
3
, bể chứa nước ấm warm water tank , dung tích
20m
3
và bể Filtratetank có dung tích 20 m

3

Để phục vụ cho việc ép gia keo cho bề mặt của tờ giấy , trong phân xưởng Xeo có một
hệ thống tạo dung dịch keo từ hồ tinh bột . Dung dịch hồ tinh bột chuẩn bị được hoà trộn
với dung dịch keo thu hồi từ máy ép gia keo và được đưa tới bể Ch 82 , dung tích 1m
3
.


Trong bể Ch82 dung dich keo được nung nóng nhờ hơi nước nóng ở áp suất cao 0.35 Mpa
, lưu lượng 0.04 Kg / s . Và dung dịch keo này được đưa tới hệ thống máy ép gia keo cho
bể mặt tờ giấy .










Phần IV
Các giải pháp điều khiển đang được ứng dụng trong phân xưởng Xeo :

Trong phân xưởng Xeo hiện nay đang tồn tại hỗn hợp 3 hệ thống điều khiển là DCS
của hãng YOKOGAWA , hệ thống điều khiển chất lượng QCS ( Quality control system )
của hãng ABB và các bộ điều khiển đơn lẻ PLC của các hãng SIEMEMS , và hãng
MITSUBISHI .

I. Hệ thống điều khiển chất lượng QCS :

Về cấu trúc thí hệ thống điều khiển QCS chính là một hệ thống điều khiển phân tán
DCS , tức là nó một hệ thống mà tài nguyên của nó được phân tán tới các lớp trường , cận
trường , các đơn vị của hệ thống được liên kết với nhau qua hệ thống BUS , và hệ thống có
tính chất mở .



Nhưng hệ thống QCS có một điểm khác so với hệ thống điều khiển DCS là về thuật
toán điều khiển . Hệ DCS thì các bộ vi xử lí trong trạm FCS dùng các thuật toán để tính
toán các thông số P,I,D cho bộ điều chỉnh , điểu chỉnh các đối tượng , còn hệ QCS điêu
khiển theo phương thức điều khiển tối ưu , nó gồm 2 vòng điều chỉnh . Vòng điểu khiển
một sẽ dựa vào chênh lệch giữa giá trị đặt SV và giá trị công nghệ MV để từ đó tính toán
tín hiệu out làm điểm đặt cho vòng điều chỉnh 2 .

1. Cấu hình của hệ thống QCS :

Hệ thống QCS của nhà máy có thể coi là một Local control network , sử dụng hệ thống
bus MB300 single , có tốc độ truyền thông 10mb/s để kết nối các trạm OS và MP200/1 .
Toàn bộ hệ thống có địa chỉ Net la 11
ABB phân loại quy mô vật lý về hệ thống mạng điều khiển của mình ra làm 3 loại Local
control network , Control network , Plan network , với tiêu chí về số lượng các trạm tham
gia điều khiển , số lượng các bus có trong hệ thống .
Về tổng thề QCS là 1 network (11) , hai trạm Operator station (OS) , hai trạm Master
piece 200/1 , hai trạm sensor Smart Platform , hai trạm ABB là Smart Weight Profile
Control ( ASPC) , 8 SIO . Ngoài ra còn có các sensor , actuator , terminal … phục vụ cho
mục đích điều khiển của hệ thống .
Các lớp dịch vụ của hệ thống hình thành một chuẩn kiến trúc riêng của hãng ABB có tên
là Master Net . Thực ra Master Net vẫn tuân theo chuẩn OSI đặc tả dịch vụ tử tầng 7 là

tầng ứng dụng cho đến tầng vật lí cuối cùng ( tầng 1) do đó hệ thống có tính mở , có thể
kết nối với các hệ thống khác

2. Chức năng và cấu hình của hai trạm vận hành OS :
2.1 Cấu hình phần cứng :



Hai trạm OS được cấu hình đặc biệt chuyên dùng cho hệ thống . Chúng có địa chỉ mạng
là 11.21 cho hệ thống máy Xeo1 và 11.22 cho hệ thống máy Xeo 2 và có cấu hình là :
CPU loại 68030 của Motorola
RAM : 64 MB
HARDISK : 1GB
BUS : 66 Mhz .
Card mạng : Real time Accelerator PU510 phương pháp thâm nhập mạng
CSMA/CD , giao thức sử dụng connection- oriented transport đây là một giao thức ngắn
gọn tuân theo tiêu chuẩn ISO class 4 .
Card mạng PU510 có khả năng hỗ trợ bus dự phòng , hiện nay vẫn còn dư cổng kết nối
để kết nối lên đường bus MB 300 ta cần dùng một thiết bị kết nối là terminal DSTA

2.2 Phương thức truy nhập MB 300 :

Phương thức truy nhập Master Bus 300 ( MB 300 ) của hệ thống QCS là CSMA/CD (
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ) . Đây là phương thức truy nhập
Bus đa truy cập , cảm nhận đường truyền để dò xung đột .
Mỗi trạm đều phải tự nghe đường dẫn ( Carrier Sense ) , nếu đường dẫn rỗi ( không có
tín hiệu ) thì mới được phát dữ liệu
Do việc lan truyền tín hiệu cần một thới gian nào đó, nên vẫn có khả năng hai trạm cùng
phát tín hiệu lên đường dẫn . Chính vì vậy , trong khi phát thí mỗi trạm vẫn phải nghe
đường dẫn để so sánh tín hiệu phát đi với tín hiệu nhận được xem có xảy ra xung đột hay

không ( Collision Detection )
Trong trường hợp xảy ra xung đột , mỗi trạm đều phải huỷ bỏ bức điện của mình , chờ
một thời gian ngẫu nhiên và thử gửi lại . Thời gian chờ ngẫu nhiên thường là một bội số
của 2 lần thời gian lan truyền tín hiệu Ts.
Ưu điểm của phương pháp CSMA/CD là tính đơn giản , linh hoạt. Việc ghép thêm hay bỏ
đi một trạm không ảnh hưởng gì đến mạng .Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong các


mạng Ethernet . Nhược điểm là hiệu suất sử dụng đường truyền thấp , không thích hợp với
các cấp thấp , đòi hỏi trao đổi dữ liệu định kì và thời gian thực
Điều kiện ràng buộc của phương pháp CSMA/ CD là :
l . v < 100.000.000 n
với : n là chiều dài bức điện .
l là chiều dài dây dẫn
v : tốc độ truyền

2.3 Cấu hình phần mềm :

Hệ điều hành cài đặt trên hai máy là HP-UX , đây là hệ điều hành phân tán . Nó có
trách nhiệm cung cấp các dịch vụ như quản lý các USER , các tác vụ chuột , bàn phím …
đồng thời quản lí các tài nguyên của hệ thống như bộ nhớ , thời gian CPU … và cung cấp
một số thư viện cho phần chương trình ứng dụng .
Hệ điều hành khi bị hỏng , chẳng hạn như phần mềm ứng dụng không khởi động được …
hệ thống ở trạng thái treo thì ta cũng tiến hành Back up như đối với phần mềm ứng dụng
nhưng theo các bước tiến hành khác và phần được lưu trữ khác nhau

Phần chương trình ứng dụng trên máy cung cấp các dịch vụ như : giám sát thông tin ,
quản lí quá trình , quản lí thống kê , tìm kiếm liên mạng , quản lí lỗi , … phục vụ cho hệ
thống . Chương trình ứng dụng cung cấp 2 tiện ích quan trọng là Back up và Restore .
Back up được dùng khi hệ thống đang chạy ổn định , khi đó cần Back up để tạo ra một

phiên bản hiện thời chứa vào nơi lưu trữ
Restore được dùng khi hệ thống có lỗi như phần ứng dụng bị mất tác dụng điều khiển ,
một số trang màn hình bị mất , hay một số button , label không kích hoạt được … thì
Restore trở lại từ nơi lưu trữ chép đè lên hệ thống đang bị lỗi .



Trong chương trình ứng dụng có một công cụ được cài đặt sẵn là chương trình AdvaBuild
Display Builder . Nó được dùng để tạo lập các trang màn hình điều khiển , cũng như sửa
chữa , hiệu chỉnh chúng . Để có thể sử dụng được công cụ này ta cần phải được phép của
hệ thống thông qua PASSWORD , hay chìa khoá uỷ quyền

2.4 Chức năng của hai trạmvận hành OS :

Hai trạm vận hành này được phân công sử dụng riêng cho 2 máy Xeo , nhưng cũng co
thể chuyển quyền điều khiển sang cho nhau , thông qua việc xác lập chế độ quyền điều
khiển . Điều này là rất cần thiết khi sảy ra sự cố ở một trong 2 trạm , thì trạm kia sẽ thay
thế vận hành ở cả hai máy Xeo.
Phần mềm ứng dụng trong điều khiển sản xuất giấy được chia làm 2 phần như sau :
Điều khiển MD ( Machine Direction ) : chức năng điều khiển tỗc độ máy xeo , bao gồm
đồng bộ hoá các thông số về tốc độ chạy máy , tốc
độ bơm quạt … hỗ trợ Ram speed để nâng cao tính ổn định bền vững trong quá trình công
nghệ
Điều khiển CD ( Cross Direction ) : điều khiển định lượng theo chiều ngang của tờ giấy

3. Chức năng và cấu hình của hai trạm Master piece 200/1

Hai trạm Master piece 200/1 có chức năng là một trạm chủ điều khiển trung tâm ( host )
. Nó thu thập , xử lí dữ liệu và thông tin từ các trạm bên dưới như Smart Platform , Smart
Weight Profiler sau đó đưa ra các tín hiệu điều khiển xuống các trạm này . Đồng thời

Master piece 200/1 cũng truyền dữ liệu về OS và nhận lệnh từ OS . Do đó từ OS ta có thể
điểu khiển trạng thái làm việc của các Smart platform , Smart Weight Profiler thông qua
trạm Master piece.



Mặt khác hệ thống điều khiển QCS cũng là một hệ thống điều khiển duy nhất trong nhà
máy dùng Bus trường , là chuẩn RS232 C . Do đó từ màn hính OS ta có thể thâm nhập rất
sâu vào hệ thống , như từ màn hình OS ta có thể thay đổi chế độ đo , dải đo , nhiệt độ của
các sensors … Đây là điều mà hệ thống DCS của nhà máy không có được ví nó không sử
dụng Bus trường .
Cấu trúc của Master piece 200/1 gồm có các Card DSPC 172 h , Card DSBC 172 ,
Card DSCB 190 , và các Card vào ra là DSAI , DSAO DSDO , DSDI . Các Card vào ra
này đều được thiết kế chế độ tự kiểm tra và kết quả kiểm tra đều được hiển thị thông qua
các đèn trên các Card . Nếu đèn F đỏ Card bị lỗi , và nếu Card có nhiều kênh thì có các đèn
chỉ thị trạng thái cho từng kênh tương ứng .

Card DSPC 172 h : Card này đóng vai trò là bộ xử lí trung tâm của trạm Master piece
200/1 . Card gồm vi xử lí 68020 của Motorola , và bộ nhớ DSMP 175 *2 = 8 MbRam.
Trên Card này cũng có gắn 2 Modul Prom dùng cho việc tạo và sử dụng các trend
QMP260 và QMV800 .
Card DSBC 172 làm chủ tốc độ truyền thông của hệ thống . Chức năng của nó bao gồm
một số chức năng trong đó quan trọng nhất là nắm vai trò giám sát truyền thông trên Bus
mở rộng , đồng thời nó cũng giám sát mức điện áp và chỉ thị các lỗi nghiêm trọng khi phát
hiện được

Master piece 200/1 truyền thông với các lớp duới ( SPF , SWP) thông qua Card truyền
thông DSCS190 . Card này sử dụng giao thức RS232C , tín hiệu số dưới dạng dòng do đó
nó có thể truyền xa tới 1,5km và tốc độ truyền tin đạt 19600 bps , tốc độ hiện thời của hệ
thống đang đặt là 9600 bps . Như vậy mỗi MP200/1 hiện nay ở Bãi Bằng có 2 DSCS 190

phục vụ cho việc truyền thông với SPF và SWP .

4. Chức năng và cấu hình của trạm Smart Weight Profiler ( SWP) :



Trạm Smart Weight Profiler (SWP) : là hệ thống chấp hành đặc biệt trong điều khiển
CD , dùng để điều khiển định lượng trung bình của tờ giấy theo từng điểm xác định và
theo chiều ngang của tờ giấy bằng cách dịch chuyển các Actuators lên những điểm xác
định trên môi phun làm khoảng cách từng điểm trên môi phun thay đổi dẫn đến sự thay
đổi định lượng từng điểm trên tờ giấy .

Cấu tạo SWP bao gồm hệ thống các sensors đo vị trí , các Actuator thực hiện các dịch
chuyển môi phun , các SIO và ASPC có nhiệm vụ thu thấp số liệu về giá trị đo của các
sensors , tình trạng làm việc của các Actuator , các điều kiện làm việc như áp suất khí cấp ,
mức điện áp … Đồng thời nhận lệnh điều khiển từ cấp cao hơn . Chức năng của ASPC
dùng cho SWP cũng giống như dùng cho SPF . Tuy nhiên việc dữ liệu mà nó nhận và gửi
đi và các đơn vị lớp dưới mà nó quản lí thì khác nhau do đó phần chương trình mà nó làm
việc cũng khác với SPF . Các thao tác Back up và Restore cũng sử dụng thông qua tiện ích
GOZON trên EWS .
Về tổng thể SWP cho một máy Xeo bao gồm 4 SIO ( Smart input , output ) , 21
sensors và 21 Actuator . Trong đó có một SIO nằm trong ASPC làm nhiệm vụ kết nối giữa
ASPC và các SIO khác và mỗi SIO có thể quản lí được 8 sensors và 8 Actuator , các SIO
này liên kết với nhau và với ASPC thông qua Bus theo chuẩn RS 485 .
+

ASPC

SWP
SIO 0 SIO 1 SIO 2 SIO 3





5. Chức năng và cấu hình của trạm kĩ thuật EWS :

Trạm kĩ thuật EWS( Engineer Work Station ) : Chức năng của EWS là một PC được sử
dụng để giám sát , điều khiển , xử lí các tình trạng làm việc của hệ thống . EWS quản lí
SPF và SWP của cả hai máy xeo . Khi khởi động EWS trình Autoexec.bat của hệ thống sẽ
khởi động chương trình DSQview cho phép ta vào phiên làm việc trực tiếp với 1 trong các
trạm mà nó quản lí l.
Yêu cầu về cấu hình của PC là tốc độ CPU từ 100 MHZ trở lên , ổ đĩa 250 MB , RAM
8 MB , có gắn Card hostes của hãng COMTROL , cáp tương thích nối với bộ đa trạm
MAU .
Phần mềm : hệ điều hành Windows 3.1 , Health report , QMM
Công cụ phần mềm Health report có 2 chức năng chính đó là :
Giám sát tình trạng làm việc của hệ thống , các sensors , Actuators . Giám sát điều kiện
làm việc cho các trạm SPF , SWP như mức điện áp , áp suất cấp , nhiệt độ , aircolum ….
Làm công cụ để cài đặt , gỡ rối cho các phần mềm chương trình cần thiết cung cấp cho

các trạm , đồng thời có thể áp đặt các chế độ chạy máy của các trạm .
Ngoài ra phần mềm Health report còn tạo ra các báo cáo , thu thập được trong tình trạng
làm việc bình thường của hệ thống , để từ đó làm các căn cứ so sánh khi cần gỡ rối hệ
thống .
6 . Đặc trưng điều khiển của hệ thống QCS :
Hệ thống QCS thực hiện 2 phương thức điều khiển là : điều khiển phản hồi (
FeedBack) và điều khiển đoán trước ( FeedForword ) . Nó được phân ra làm 2 mức điều
khiển .
Mức 1 ( level 1 ) là mức slave , với các đầu vào là các cổng vào số , cổng vào tương tự
. Đầu ra của nó cũng là các cổng ra số , cổng ra tương tự . Điểm đặt cho mức điều khiển


này có thể cập nhật từ bàn phím ( nếu ta chọn chế độ Auto ) hoặc nó lấy điểm đặt tử các
tín hiệu đặt ở lớp 2 tương ứng ( khi ta chọn chế độ E1) bao gồm các vòng điều khiển lưu
lượng bột F21 , áp suất hơi , lưu lượng CaCO
3
. Các tham số điều khiển cần cài đặt cho
mức một là Gain , Ti , Td , Tf .
Mức 2 ( level2 ) là mức Master với đầu vào thu thập được từ các sensors thông qua cơ
cấu SPF , từ đó nó xử lí và tính toán tín hiệu ra làm điểm đặt cho mức một , tương ứng với
các chức năng tương điều khiển tương ứng , và điểm đặt cho SWP . Mức 2 có các trang
tuning chứa rất nhiều tham số khác nhau . Đòi hỏi người quản trị hệ thống phải có nhiều
kinh nghiệm mới nên thâm nhập sâu.

7. Nhiệm vụ điều khiển của hệ thống QCS :

Chất lượng của tờ giấy bao gồm có tính chất vật lý và tính chất hoá lý , trong đó tính
chất vật lý bao gồm độ bền kéo , độ bền xé, độ dày , định lượng …v .v Còn tính chất hoá
lý bao gồm độ tro , độ trắng , độ ẩm , độ bóng v.v

Nhưng hệ thống điều khiển QCS của phân xưởng chỉ quan tâm điều khiển 4 tính chất
Độ tro ( Ash ) là % CaCO
3
trong tờ giấy việc pha trộn CaCO
3
chính là làm tăng lợi nhuận
sản xuất , độ dày ( caliper ) , định lượng g/ m
2
( Basic weight ) và độ ẩm ( Moisture ) là
% H
2
O trong tờ giấy .
Để thực hiện việc đo và thu thập số liệu về 4 thông số quan trọng trên hệ thống QCS có
một cơ cấu gọi là Smart Plat Form ( SPF) , SPF có nhiệm vụ thu thập số liệu về tình trạng
vật lý của tờ giấy một cách liên tục , gia công tín hiệu thu thập được theo một chuẩn khuôn
dạng dữ liệu định trước và truyền về MP200/1 , đồng thời nó cũng nhận tín hiệu điều khiển
trạng thái làm việc từ lớp cao hơn .

SPF bao gồm một GARATE , được bố trí theo chiều cắt ngang của hướng giấy chạy , nó
bao gồm 4 SENSORS , mỗi SENSORS đảm nhận đo một thông số là : định lượng , độ ẩm


, độ tro , độ dầy . Nó chia làm 2 bộ phận SOURCE và DETECT , SOURCE được đặt bên
dưới tờ giấy còn DETECT đặt ở bên trên .
Sơ đồ :

Độ ẩm định lượng độ tro độ dày

Giấy

Đầu đo định lượng : Ta dùng tia phóng xạ â ( chùm electron phát ra từ chất phóng xạ
đặt ở SOURCE ) . Tia â đi qua tờ giấy sẽ bị hấp thụ , khả năng hấp thụ của tờ giấy phụ
thuộc vào định lượng của nó . DETECT sẽ thu nhận lượng điện tích âm để từ đó suy ra
định lượng của tờ giấy .
Đầu đo độ ẩm : Sử dụng nguyên lí đo bằng tia hồng ngoại IR( Infra-red ) , vì hơi nước
hấp thụ tia hồng ngoại . Tia hồng ngoại được phát ra từ một đèn halozen công suất cao ở
SOURCE . Cường độ tia hồng ngoại mà DETECT thu được phụ thuộc vào độ ẩm của tờ
giấy .
Đầu đo độ tro : Sử dụng nguyên lí đo bằng tia X , Tia X có khả năng xuyên qua các chất
có tỷ trọng thấp như giấy nhưng lại bị cản lại bởi các chất có tỉ trọng cao như CaCO
3
,
Clay … Tia X được phóng ra từ ống phóng theo nguyên lý phóng điện trong khí kém và
điện áp cao ( khoảng 5Kv) . Mật độ tia X mà DETECT nhận được phụ vào định lượng
phần % CaCO
3
có trong tờ giấy
Đầu đo độ dày : sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ :
Khi ép tờ giấy bởi một lõi sắt từ và một cuộn dây cảm ứng có mang dòng điện chạy trong
nó , thì dòng điện chạy trong cuộn dây cảm ứng sẽ giảm xuống .Sự biến thiên của dòng
điện phụ thuộc vào chiều dày của tờ giấy . Đo sự biến thiên đó của dòng điện I ta sẽ suy ra
được chiều dày của tờ giấy.
Độ ẩm định lượng độ tro độ dày


Sơ đồ :

Đo độ dày:
lỏi sắt từ tính


giấy




I
Mỗi trạm SPF đều có 1 trạm ASPC ( Abb Smart platform Control ) . Trạm này được bố
trí phía đầu mỗi GARA của trạm . Nó bao gồm 1 Card vi xử lí trung tâm , và các Card
quản lí riêng giành cho từng sensor các Card này cũng đều có vi xử lí riêng và nó nhận
lệnh từ vi xử lí trung tâm để điều khiển tình trạng hoạt động của các sensor mà nó quản lí .
Vi xử lí trung tâm của trạm SPF thực chất là một máy tính công nghiệp có nhiệm vụ
chung là quản lí tình trạng hoạt động chung của trạm , quản lí việc giao tiếp với người sử
dụng thông qua các phím được bố trí bên thân của mỗi GARA . Nhận lệnh và chuyển giao
dữ liệu với các lớp bên trên , phần chương trình mà nó làm việc được lưu trữ trên BRAM ,
để Restore và Back up nội dung của phần chương trình cần sử dụng phần tiện ích GOZON
được cài đặt theo phần mềm Health report trên máy tram Enginer Work Station

Để đo và điều khiển 4 tiêu chuẩn chât lượng cơ bản của tờ giấy là : định lượng , độ dày ,
độ ẩm , độ tro . Thì QCS gồm 4 mạch điều khiển sau :
8. Các mạch điều khiển của hệ thống QCS :