Nghiên cứu hệ thống điều khiển hòm phun bột

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điều
khiển hòm phun bột” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS.Bùi
Quốc Khánh. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài
liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có
sự sao chép, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 29 tháng 05 năm 2011
Sinh viên
Trần Duy Hùng
1
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất giấy 11
Hình 1.2 Bãi nguyên liệu của tổng công ty giấy Bãi Bằng 12
Hình 1.3 Thùng bóc vỏ 13
Hình 1.4 Giàn lọc cát 14
Hình 1.5 Quá trình sản xuất giấy trong phân xưởng xeo 15
Hình 1.6 Hòm phun bột 15
Hình 1.7 Lưới dài và lưới đỉnh 16
Hình 1.8 Bộ phận ép ướt 17
Hình 1.9 Cấu hình lô sấy 17
Hình 1.10 Bộ phận ép keo 18
Hình 1.11 Bộ phận ép quang 19
Hình 1.12 Cuộn giấy hoàn thành sau sấy 20
Hình 1.13 Quy trình sản xuất giấy tại Tổng công ty Giấy Bãi Bằng 21
Hình 2.1 Máy scanner của hệ điều khiển QCS 25
Hình 2.2 Cấu hình QCS kiểu Accuray 1190 29
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý đo độ dày 29
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý đo định lượng 31
Hình 2.5 Biểu đồ phụ thuộc giữa độ suy giảm nhiệt độ và định lượng 32

Hình 2.6 Cấu hình hệ điều khiển cấp cao cới MasterPiece 200/1 33
Hình 2.7 Hệ MasterPiece 200/1 trong hệ QCS AccuRay 1190 36
Hình 2.8 Cấu hình mạng hệ thống QCS kiểu AccuRay 1190 tại
Tổng Công Ty Giấy Bãi Bằng 38
Hình 3.1 Các thành phần của hòm phun bột 43
Hình 3.2 Hệ thống pha loãng bột 44
2
Hình 3.3 Bộ phận tạo chảy rối với các thanh mỏng 44
Hình 3.4 Dòng chảy khi không có thanh mỏng 45
Hình 3.5 Các thanh mỏng trong môi phun bột 46
Hình 3.6 Dòng chảy trong môi phun với các thanh mỏng 46
Hình 4.1 Hệ thống điều khiển hòm phun bột 50
Hình 4.2 Hệ thống cấp bột cho hòm phun bột 51
Hình 4.3 Ống góp ngang và ống góp côn 52
Hình 4.4 Bơm quạt kiểu ly tâm 53
Hình 4.5 Điều khiển phản hồi cho hệ thống thổi khí 58
Hình 4.6 Máy nén khí kiểu ly tâm 60
Hình 4.7 Cấu trúc phản hồi cho hệ thống giữ nhiệt môi phun 61
Hình 4.8 Nguyên lý điều chỉnh mức 62
Hình 4.9 Mô hình hệ thống điều khiển mức 64
Hình 4.10 Cấu trúc điều khiển áp suất chất lỏng 65
Hình 4.11 Mô hình hệ thống điều khiển lưu lượng 67
Hình 4.12 Mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ 71
3
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Vị trí và số lượng lô trong hệ thống sấy
Bảng 2.1 Chỉ tiêu chất lượng giấy
Bảng 4.1 Nồng độ bột và lượng bột giữ lại trên lưới
Bảng 4.2 Lưu lượng bột qua môi
Bảng 4.3 Độ mở môi

4
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
PLC Programmable Logic Controller - Bộ điều khiển logic lập trình được
QCS Quality Control System - Hệ thống điều khiển chất lượng
DCS Distributed Control System - Hệ thống điều khiển phân tán
OS Operator Station - Trạm vận hành
CD Cross Machine Direction - Hướng ngang máy
LT Level Transmit – Giá trị đo và truyền tín hiệu mức
LC Level Control – Bộ điều khiển mức
PT Pressure Transmit - Giá trị đo và truyền tín hiệu áp suất
DPT Difference Pressure Transmit – Giá trị đo và truyền tín hiệu chênh áp
PC Pressure Control – Bộ điều khiển áp suất
TT Temperature Transmit – Giá trị đo và truyền tín hiệu nhiệt độ
SP Set Point – Giá trị đặt
SC Screen - Sàng lọc
n Tốc độ động cơ
P Áp suất
t Nhiệt độ
Q Lưu lượng hơi
f Tần số
V Thể tích
BW Định lượng
J/W Jet/Wire - Tỉ lệ tốc độ phun và tốc độ lưới
g Gia tốc trọng trường
A Diện tích
V Tốc độ lưới hay tốc độ chạy máy
δ
Độ bền kéo
W Chiều rộng băng giấy
ρ

Khối lượng riêng của bột
h Độ cao tương đối
5
η
Hiệu suất
D Lượng nước
R Lượng bột giữ lại trên lưới
C Nồng độ bột
ω
Tốc độ dòng chảy
α
Độ mở môi phun
F Lưu lượng bột
ε
Độ lệch tâm tương đối
τ
Hằng số thời gian
∆
P Sụt áp qua van
N Thành phần của môi chất
T Nhiệt độ tuyệt đối
K Hệ sô khí
K
p
Hằng số khuếch đại quá trình
C
R
Hệ số dòng chất lỏng hay hệ số lực cản đường ống
C
V

Hệ số kích cỡ van
g
s
Trọng lượng riêng của bột
m Dải điều chỉnh của van
q Công suất phát nhiệt
e Sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hiệu thực
u Tín hiệu ra bộ điều khiển
d Nhiễu quá trình
6
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành kĩ thuật điện tử, công nghệ thông tin, điều khiển
tự động, tự động hóa đã và đang đạt được nhiều thành tựu to lớn.Quan trọng là các kết quả
này đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất thực tế. Tự động
hóa quá trình sản xuất không những làm giảm nhẹ sức lao động của con người mà còn góp
phần đáng kể trong việc nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm.
Trong quá trình phát triển công nghiệp, ngành sản xuất giấy đóng vai trò quan trọng.
Các sản phẩm giấy có mặt trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Trong quá trình
sản xuất giấy, bên cạnh quá trình sản xuất bột, dây chuyền xeo giấy đóng một vai trò rất
quan trọng. Dây chuyền xeo giấy có nhiệm vụ chuyển bột thành giấy, quyết định đến chất
lượng giấy thành phẩm. Trong đó, hòm phun bột đặt ở đầu dây chuyền xeo đóng vai trò hết
sức quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ dày mỏng, định lượng của giấy thành phẩm. Vì
vậy, để sản phẩm giấy có chất lượng cao trước tiên cần hòm phun bột làm việc ổn định.
Xuất phát từ yêu cầu này, em đã tiến hành thực hiện thiết kế đồ án tốt nghiệp: “Nghiên
cứu hệ thống điều khiển hòm phun bột”.
Nội dụng đồ án tốt nghiệp được trình bày gồm 4 chương với các nội dung chính sau:
- Chương 1: Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy
- Chương 2: Tổng quan hệ thống điều khiển nâng cao chất lượng giấy QCS
- Chương 3: Hòm phun bột
- Chương 4: Phân tích quá trình điều khiển hòm phun bột

Để hoàn thành đồ án này, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Bùi
Quốc Khánh và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hóa xí nghiệp
công nghiệp, khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn tận tình em
trong suốt thời gian học tập và thực hiện đồ án.
Em muốn bày tỏ lòng biết ơn đến thầy PGS.TS Bùi Quốc Khánh và các thầy cô
trong bộ môn.Đồng thời em cũng xin cảm ơn các cán bộ công nhân viên tại tổng công ty
giấy Bãi Bằng đã hỗ trợ em hoàn thành đồ án.
Do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế và khó khăn về tài liệu tham khảo, đồ án
chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý
kiến của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Trần Duy Hùng
7
CHƯƠNG 1
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY VÀ GIẤY
1.1. Tổng quan dây chuyền công nghệ sản xuất giấy
1.1.1. Giới thiệu chung
Tổng công ty giấy Bãi Bằng là công trình hợp tác quốc tế giữa Việt Nam và Thụy
Điển, được xây dựng tại thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ. Với vị trí
gần đường bộ, đường thủy và đường sắt nên thuận lợi cho quá trình vận chuyển và tiêu thụ
sản phẩm.
Dây chuyền công nghệ hiện đại, hoàn chỉnh và đồng bộ được xây dựng trên một diện
tích 20 ha, cung cấp giấy viết, giấy in… cho thị trường trong nước và xuất khẩu ra nước
ngoài. Năng suất 48.000 tấn bột/năm và 50.000 tấn giấy/năm trong đó 50.000 tấn giấy viết
in và 5000 tấn giấy bao gói. Nhưng đến năm 2003 Bãi Bằng đã tiến hành đầu tư mở rộng
giai đoạn I nhằm nâng cao năng suất lên 61.000 tấn bột/năm và 100.000 tấn giấy/năm đánh
dấu một quá trình phát triển đi lên của mình.
1.1.2. Quá trình sản xuất bột và giấy
Bột giấy có thể được sản xuất từ gỗ, tre nứa, sợi, giấy tái sinh…có thể sản xuất bằng

phương pháp cơ học ,phương pháp hóa học và phương pháp bán hóa học.
Bột giấy từ gỗ: gỗ được bóc vỏ, rửa, chặt thành từng mảnh trong máy băm, lọc
qua máy sàng rồi phân loại mảnh dăm theo kích cỡ đồng đều. Dăm gỗ sau đó có thể được
xử lý bằng cách mài, nghiền, nấu (phương pháp cơ học) hoặc bằng hóa chất (phương pháp
hóa học) tạo thành bột giấy thô (chưa tẩy). Sau đó bột này mới được đưa đi tẩy trắng
với mức độ tùy theo yêu cầu, rồi pha loãng để đưa qua máy xeo cán thành giấy cuộn.
8
Hình 1.1. Tổng quan công nghệ sản xuất giấy
1.2. Quy trình công nghệ sản xuất bột
1.2.1 Công đoạn xử lý nguyên liệu
Hình 1.2. Bãi nguyên liệu của Tổng công ty giấy Bãi Bằng
Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là tre, nứa và gỗ. Tre nứa được đưa từ bãi chứa vào
băng chuyền và được rửa sạch trước khi đưa vào máy chặt. Tại đây tre nứa được băm
thành các mảnh nhỏ có kích thước theo tiêu chuẩn:
+ Chiều dài: 35 mm.
+ Chiều rông: 10 mm.
9
+ Chiều dày: 2,5 mm.
Các mảnh được đưa vào hệ thống rửa mảnh và qua băng tải đến sân chứa mảnh.
Năng suất của máy chặt tre nứa là 20 tấn/h.
Gỗ được đưa đến bộ phận bóc vỏ bằng băng tải xích. Gỗ sau khi đã bóc vỏ được rửa
sạch rồi đi vào máy chặt mảnh. Mảnh gỗ sau khi chặt có kích thước theo tiêu chuẩn:
+ Chiều dài: 35 mm.
+ Chiều rộng: 10 mm.
+ Chiều dày: 2,5 mm.
Hình 1.3. Thùng bóc vỏ
Mảnh gỗ được đưa qua sàng chọn và đưa ra sân chứa bằng băng tải. Máy chặt gỗ có
năng suất là 40 tấn/h.
Mảnh tre nứa và gỗ được đưa vào nồi nấu bởi hệ thống thổi mảnh. Tùy theo yêu cầu
đơn đặt hàng của khách mà có tỷ lệ tre nứa và gỗ khác nhau.

1.2.2. Công đoạn nấu bột
Bột được sản xuất theo phương pháp sunphat có thu hồi hóa chất. Nguyên liệu được
nấu trong 3 nồi có hình trụ đứng với dung tích mỗi thùng là V = 140 m
3
. Thời gian để hoàn
thành một chu kỳ nấu là 240 phút kể cả thời gian nạp mảnh.
10
Bột sau khi nấu xong được chuyển sang bể phóng có dung tích 400 m
3
. Từ đây bột
được chuyển qua máy đánh tơi và được đưa đến bộ phận rửa. Năng suất nấu bột là 150
tấn/ngày.
1.2.3. Công đoạn rửa sàng
Sau khi được đánh tơi, bột được đưa tới 4 máy rửa lọc chân không. Hệ thống rửa lọc
chân không có cấu tạo lô hình trụ, được tạo chân không bởi sự chênh lệch áp suất. Lô có
đường kính: d = 3,5 m có chiều dài là l = 4,5 m. Bên trong lô có hệ thống các đường ống
dẫn nước. Trên bề mặt lô được chia làm nhiều ngăn và có các ống dùng để dẫn dịch. Trong
các ngăn có các tấm sàng và các lỗ mắt sàng có đường kính d = 10 mm.
Quy trình hoạt động của hệ thống rửa như sau: Lô rửa được quay tròn đều. Trong quá
trình quay, nước dùng để rửa bột sẽ theo các ống dẫn được đưa vào trong lô. Do trên bề
mặt của lô có các lỗ nên sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất ở bên trong lô và bên ngoài lô. Do
đó tạo ra chân không ở bên trong lô. Do sự chênh lệch về áp suất nên bột sẽ bám dần trên
bề mặt của lô. Sau đó, bột sẽ được dùng nước để rửa. Sau khi rửa, bột sẽ rơi xuống hệ
thống xoắn vít tải. Từ đây, bột sẽ tới các bể chứa và từ các bể chứa này, bột được đưa lên
hệ thống rửa tiếp theo.
Hệ thống bao gồm 4 máy rửa và bột được đưa từ máy thứ nhất đến máy thứ 4. Quá
trình rửa ở các máy diễn ra như nhau. Trong quá trình rửa, nước dùng để rửa sẽ được dẫn
từ máy rửa thứ 4 lần lượt quay trở lại máy thứ 3, 2 và 1 do nước còn sạch. Nước sau khi
rửa ở máy 1 có hàm lượng dịch đen lớn nên nước sẽ được đưa đến hệ thống trưng bốc.
Bột đen sau khi đã rửa sạch được đưa qua hệ thống sàng gồm 2 sàng áp lực, 1 sàng

thu và 3 giai đoạn lọc cát. Trong quá trình này, các mấu mắt tre nứa hoặc bột sống sẽ được
loại khỏi bột chín, dẫn xuống sàng cô đặc và xuống vít tải thải ra ngoài. Bột chín được đưa
tới các bể chứa và chuẩn bị cho công đoạn tẩy trắng.
11
Hình 1.4. Giàn lọc cát
1.2.4. Công đoạn tẩy trắng bột
Bột từ công đoạn sàng được đưa vào bể chứa. Từ bể chứa, bột đen được đưa vào tẩy
trắng. Công đoạn tẩy trắng gồm 4 giai đoạn.
Bột được clo hóa bởi Cl
2
. Sau đó, bột được kiềm hóa để loại bỏ hợp chất màu
Clorarlignin ra khỏi bột. Sau khi kiềm hóa, bột được tẩy tiếp bởi NaClO để đạt độ trắng
theo yêu cầu khoảng 74 - 78 %.
Để bột có độ trắng đồng đều theo yêu cầu phải thực hiện quy trình tẩy trắng nghiêm
túc, duy trì thích hợp các yếu tố nồng độ bột, mức tỷ lệ hóa chất tẩy, nhiêt độ, thời gian và
độ pH. Bột sau khi tẩy trắng được đưa vào bể chứa để chuẩn bị cho quá trình nghiền.
1.2.5. Công đoạn nghiền bột
Bột giấy được đưa qua hệ thống nghiền côn để tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả năng
liên kết giữa các thớ sợi với nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng hình thành tờ giấy.
Sau khi nghiền, bột được pha trộn với các phụ gia: Cao lanh, nhựa thông, phèn và
một số hóa chất khác tùy theo yêu cầu của sản phẩm. Bột đã pha trộn phụ gia trong bể
chứa sau đó được đưa qua hệ thống phụ trợ: Sàng áp lực, lọc cát và các thành phần khác có
ảnh hưởng đến tờ giấy rồi được đưa tới hòm phun bột, bắt đầu quá trình sản xuất giấy.
1.3. Quy trình công nghệ xeo giấy
Hình 1.5. Quá trình sản xuất giấy trong phân xưởng xeo
1.3.1. Hòm phun bột
Nhiệm vụ của hòm phun bột là phân phối một lưu lượng bột đồng đều trên lưới với
tốc độ không đổi trên toàn bộ bề ngang của lưới và giữ cho dòng bột không bị xáo trộn để
chống chảy xoáy làm phá vỡ sự vón cục của dòng bột đã hình thành. Ở đây, bột đã hình
thành tờ giấy ướt có độ khô 18 - 20%.

12
Hình 1.6. Hòm phun bột
1.3.2. Bộ phận lưới
Đối với máy xeo 1
thì việc hình thành tờ
giấy được thực hiện giữa
hai bề mặt của lưới đôi.
Lưới trong rộng 4350
mm, dài 22000 mm.
Lưới ngoài rộng 4350
mm, dài 18000 mm.
Ưu điểm của lưới đôi là
hạn chế được bề mặt
tự do của dòng chảy trên lưới và có khả năng điều khiển tốt hơn. Trên bộ phận hình thành,
nước thoát ra cả hai phía chiều dài tạo hình và giấy có bề mặt đồng nhất. Lưới đôi sử dụng
nguyên tắc tạo tờ giấy giữa một trục hút mở ( gọi là trục tạo hình). Một phần tờ giấy ướt
được lưới trong và lưới ngoài bao lại nên có độ căng lớn, thuận lợi về thời gian tách nước
và độ thấm.
Ở máy xeo 2 là máy xeo dài, bộ phận hình thành là lưới băng chạy trên các lô đỡ, tấm
gạt nước, foil và tấm hình thành. Trên lưới, bột được phân phối từ hòm phun bột.
13
Hình 1.7. Lưới dài và lưới đỉnh
1.3.3. Bộ phận ép
Ép có nghĩa là tờ giấy được nén bằng cơ học để đạt trên bão hòa.Ở phần này nước
cũng được tách được càng nhiều ra khỏi tờ giấy càng tốt.
Sau công đoạn hình thành tờ giấy, tờ giấy còn khoảng 80% nước (độ khô 20%). Ở
công đoạn ép, độ khô sẽ tăng lên đến 40%. Nhiệm vụ chính của bộ phận ép là tách nước ra
khỏi giấy, tăng độ bền cơ lý của tờ giấy như tăng liên kết của các xơ sợi,tăng độ nhẵn giảm
độ xốp,giảm tiêu hao hơi trong quá trình 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 1 ổ đỡ cố định và là 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 hút chân không được bọc chăn
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 ép 2. Tổ ép 2 gồm một lưới nhựa giữa chăn ép
và trục ép phía dưới nhằm giảm áp suất thủy tĩnh trong tuyến ép. Từ chăn ép 2, tờ giấy
được chuyển tới tổ ép nhẵn 3 qua một khoảng kéo hở. Tổ ép này không có chăn nên không
có nhiệm vụ tách nước mà chỉ làm cho tờ giấy nhẵn và phẳng hơn.
Hình 1.8. Bộ phận ép ướt
1.3.4. Bộ phận sấy
Khi tờ giấy rời bộ phận ép có độ khô khoảng 40 % và nhiệt độ từ 25 - 30
0
C. trong bộ
phận sấy lượng nước còn lại sẽ được tách ra bằng cách bốc hơi.
14
Hình 1.9. Cấu hình lô sấy
Sấy là quá trình sử dụng nhiệt năng của hơi nước bão hòa trong lòng lô sấy để làm
bay hơi một phần nước có trong tờ giấy. Các biện pháp sấy được sử dụng là:
- Sấy trực tiếp: Tờ giấy tiếp xúc với lô sấy.
- Sấy đối lưu: nhiệt năng được của không khí xung quanh lô sấy.
- Sấy tự do: Sấy trong khoảng không có sức căng hoặcgiữa các lô sấy.
Ở giai đoạn này tờ giấy được sấy khô tới 94%. Sau đó, tờ giấy được đưa qua bộ phận
ép keo. Chức năng của khâu ép keo là phủ lớp keo lên bề mặt giấy, tăng đô bóng, độ dai,
bịt các lỗ trên bề mặt tờ giấy. Sau khâu ép keo, tờ giấy đi tới hệ thống sấy sau.
Hình 1.10. Bộ phận ép keo
15
Hệ thống Xeo 2 gồm 34 lô sấy (24 lô ở bộ phận sấy trước và 10 lô ở bộ phận sấy
sau). Giấy đã được sấy khô được làm nguội trên 2 lô làm lạnh. Các lô có đường kính 1500
mm. Sau các lô ép tờ giấy được căng ra trong suốt quá trình nó được gia nhiệt ở cả hai quá
trình sấy trước và sấy sau (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. Tất cả các lô trong cùng một nhóm có cùng một tốc độ. Sự chênh lệch về tốc độ
giữa các nhóm dẫn động sẽ được hiệu chỉnh theo độ căng và sự cố của tờ giấy.
Bảng 1.1: Vị trí và số lượng lô trong hệ thống sấy
Sấy trước Sấy sau
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
1.3.5. Bộ phận ép quang
Bộ phận ép quang gồm hai lô quay tiếp xúc với nhau. Máy ép quang sẽ đảm bảo độ
đồng đều, độ nhẵn bóng bề mặt làm tăng độ bền kéo, độ chịu bục và thấm khí của tờ giấy.
Hình 1.11. Bộ phận ép quang
1.3.6. Bộ phận cuốn và máy cắt cuộn lại
Tờ giấy hình thành sau ép quang thì được cuộn lại vào lô cuốn kim loại có đường
kính 1800 mm. Các cuộn giấy được chuyển sang bộ phận máy cuộn lại và cắt thành những
16
cuộn giấy thành phẩm có khổ to, nhỏ tùy theo đơn đặt hàng và được cuộn vào theo các lõi
bằng giấy.
Hình 1.12. Cuộn giấy hoàn thành sau khi sấy
Từ các cuộn giấy lớn, giấy được chuyển sang phân xưởng hoàn thành để gia công
thành các sản phẩm theo đặt hàng: Giấy khổ A3, giấy RAM A4, vở học sinh… Hiện tại,
phân xưởng hoàn thành có 1 máy đóng giấy cuộn các cỡ, 2 máy A3, 2 máy xén và đóng
giấy A4 cao cấp, được tự động hóa hoàn toàn và sản phẩm làm ra có chất lượng cao. Máy
đóng vở học sinh hiện tại không còn được sử dụng do vấn đề vệ sinh môi trường và hiệu
quả không cao.
17
Hình 1.13. Quy trình sản xuất giấy tại Tổng công ty giấy Bãi Bằng
18
1.4. Yêu cầu tự động hóa quá trình sản xuất giấy
Do nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao của xã hội, việc nâng cao chất lượng sản phẩm

và số lượng sản phẩm là yêu cầu lớn. Bênh cạnh đó còn phải giảm chi phí lao động của
công nhân.
Yêu cầu đặt ra của Tổng công ty giấy Bãi Bằng là tự động hóa từng phần tiến tới tự
động hóa toàn bộ dây chuyền sản xuất.
Hiện tại ở Tổng công ty giấy Bãi Bằng, các tham số cần điều khiển trong quá trình
sản xuất giấy tại khu vực là:
1.4.1. Nhà máy điện
Đây là nơi sản xuất ra điện và hơi phục vụ cho quá trình nấu bột và sấy giấy bao gồm
2 tuabin hơi: Tua bin hơi ngưng tụ và tua bin hơi đối áp.
a. Tua bin hơi ngưng tụ và máy phát điện
n
tuabin
= 7500 v/ph
n
máy phát
= 1500 v/ph
P
thiết kế
=

7,1 MPa
P
vận hành
= 5,8 Mpa
t = 450
0
C
Lưu lượng hơi: Q
h
= 23,3 kg/s

Áp lực đối áp (xả) = 0,097MPa
Hơi được trích ra theo 2 đường phục vụ cho quá trình nấu bột và sấy giấy.
P
nấu
= 1,3 Mpa
P
sấy
= 0,45 Mpa
Máy phát ngưng tụ:
P = 1,6 Mw
Q = 0,8 MVA
U = 11 KV
f = 50 Hz
không khí làm mát tua bin:
t = 40
0
C
Q = 13,5 m
3
/s
b. Tua bin đối áp và máy phát điện
n
tuabin
= 6500 v/ph
n
máy phát
= 1500 v/ph
19
P
thiết kế

= 7,4 MPa
P
vận hành
= 5,8 MPa
t = 450
0
C
Lưu lượng hơi: Q
h
= 27,2 kg/s
Áp suất dầu: P
d
= 0,08÷0,17 MPa
Máy phát điện đối áp:
P = 1,2 MPa
Q = 0,6 MPa
U = 11 KV
f = 50 Hz
Không khí làm mát tua bin:
t = 40
0
Q = 11,3 m
3
/s
1.4.2. Nhà máy bột và giấy
a. Phân xưởng bột
Đây là nơi sản xuất bột giấy cung cấp cho quá trình sản xuất giấy.
Các tham số cần tự động hóa trong quá trình nấu bột là:
- t
nấu

= 165
0
C
- Chu kỳ nấu: 240 phút (3 nồi V
nồi
= 145 m
3
)
- Áp suất nấu: P
nấu
= 0,65 Mpa
- Công suất nấu: 150 tấn/ngày
b. Phân xưởng giấy
Năng suất chất lượng của sản phẩm được quyết định trong quá trình sản xuất giấy. Các
tham sô yêu cầu tự động hóa hiện nay là:
- Độ tro (hàm lượng bột đá CaCO
3
và phụ gia) = 10%
- Hòm phun bột với tốc độ 450 m/ph, Áp suất phun P = 36 Kpa
- Khe hở môi phun: 15 mm (± 100μm)
- Độ đồng đều của tờ giấy
1.4.3. Nhà máy hóa chất
Đây là nơi sản xuất ra các chất tẩy, rửa bột như clo, sút, và giaven (NaClO + NaOH +
NaCl + H
2
O)
Yêu cầu đảm bảo an toàn môi trường và chất lượng sản phẩm cần tự động hóa có các
thông số cơ bản sau:
20
- Khí Cl

2
sau khi điện phân: P = -5 ÷ -20 mmH
2
O (so với khí quyển)
t = 90
0
C
- Lưu lượng Cl
2
= 900 kg/h
- Khí H
2
:
P = 5÷50 mmH
2
O
t = 90
0
C
Q
H2
= 23,55 kg/h
- Khí Cl
2
sau nén: P = 2,5 ÷ 2,8 MPa
- Điều khiển chất lượng nước gia ven
Nồng độ Cl
2
hữu hiệu: 80÷85 g/lít
NaOH

dư
= 2÷4 g/lít
- iĐ ều khiển độ pH = 5÷8
21
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG GIẤY QCS
2.1. Tổng quan về hệ thống QCS
2.1.1. Khái niệm cơ bản
QCS (Quality Control System) là hệ thống được xây dựng do yêu cầu của việc kiểm
tra và giám sát chất lượng sản phẩm công nghiệp.Hệ thống có nhiệm vụ chính là đo lường
các thông số chất lượng của sản phẩm để tính toán xử lý, hiển thị và tra lệnh diều khiển các
thiết bị chấp hành để đạt được các thông số mong muốn.
Thực tế, QCS là một hệ thống SCADA trong đó chú trọng đến phần đo thông số sản
phẩm đầu ra, thường đặt cuối dây chuyền sản xuất.
Hình 2.1. Máy scanner của hệ điều khiển QCS
Ngoài chức năng cơ bản là một hệ điều khiển độc lập thì nó còn kết hợp với các hệ
thống khác, như DCS qua các giao thức mạng công nghiệp.
Có thể tổng quát mô hình hệ thống QCS gồm 3 cấp cơ bản:
22
+ Cấp điều khiển giám sát
+ Cấp điều khiển hiện trường
+ Thiết bị hiện trường
Và một hệ thống mạng công nghiệp liên kết các cấp và giữa hệ QCS với các hệ khác
2.1.2. Mô hình cơ bản của hệ QCS
Chức năng cơ bản của hệ QCS là thu thập các số liệu về các thông số của sản phẩm
đồng thời điều khiển theo giá trị đặt.Vì vậy để tìm hiểu về hệ thống QCS thì tham chiếu
với mô hình phân cấp là một cách tiếp cận tường minh nhất
a. Cấp điều khiển giám sát
Chức năng cơ bản của cấp điều khiển giám sát là tạo ra được giao diện giao tiếp giữa

người và máy, mà trong đó, người vận hành có thể thao tác điều khiển và giám sát toàn bộ
hệ thống thông qua sự tương tác với giao diện này
Cấp điều khiển giám sát sẽ thu thập các dữ liệu mà cấp điều khiển hiện trường ngay
dưới đó gửi về để xử lý và hiển thị lên trên giao diện màn hình hoặc ngược lại người vận
hành có thể tác động vào giao diện màn hình để thay đổi các thông số điều khiển truyền
xuống cho cấp điều khiển hiện trường.
Như vậy yêu cầu cơ bản của cấp điều khiển giám sát là tạo ra một sự tương tác người
máy để vận hành có thể ngồi ở cấp điều khiển giám sát có thể giám sát được quy trình hoạt
động của hệ thống đồng thời qua cấp điều khiển giám sát có thể ra lệnh điều khiển các thiết
bị hiện trường mong muốn.Trên cấp này,phải có sự phối hợp đồng thời giữa phần mềm
được nhúng vào phần cứng
+ Phần cứng
Phần cứng cơ bản của cấp điều khiển giám sát là các bộ vi tính.Có thể là các máy tính
công nghiệp,chuyên dụng hoặc đơn giản là các máy tính cá nhân PC
Cũng có thể phần cứng trên cấp điều khiển giám sát là tốc độ xử lý mạnh, vì lượng
thông tin nhận về từ các cấp bên dưới là tương đối lớn, có độ ổn định tố trong môi trường
công nghiệp, vì trong hoạt động công nghiệp, các máy móc gần như liên tục, hơn nữa cấp
giám sát lại là cấp đặc biệt, phỉa luôn luôn giám sát quá trình hệ thống, có thể trong hệ
thống có một số bộ phận hỏng hay ngừng chạy,nhưng cấp giám sát vẫn phải hoạt động để
giám sát ngay cả các bộ phận dừng chạy đó và một yêu cầu nữa cho phần cứng của cấp
điều khiển giám sát là phải có tính tương thích với phần mềm quản lý giám sát.
Theo những yêu cầu trên thì việc lựa chọn các máy tính công nghiệp là tối ưu hơn cả.
+ Phần mềm
Phần mềm là chương trình ứng dụng được cài đặt lên trên phần cứng để thực hiện các
yêu cầu giám sát, điều khiển,
Chức năng phần mềm thể hiện ở hai điểm:
Thứ nhất là phải tạo được giao diện quá trình trên màn hình hiển thị.Tức là xây dựng
được một mô hình tham chiếu đối với hệ thống thật lên trên giao diện theo một cách nào
23
đó thể hiện được những phần cần thiết lên giao diện.Mục đích giúp người vận hành có thể

quan sát trên giao diện mà biết được hệ thống thật.
Thứ hai là tạo được mối liên kết dữ liệu với các cấp ngay trên và dưới nó.Xử lý được
các thuật toán điều khiển giám sát,cảnh báo,lập báo cáo và dự đoán được sự cố.
b. Cấp điều khiển hiện trường
Là cấp thực hiện nhiệm vụ điều khiển thường có vị trí đặt ở hiện trường, gần với cấp
thiết bị hiện trường nhất.
Nhiệm vụ của cấp điều khiển hiện trường là thu thập các số liệu từ các thiết bị sensor
để truyền về cho cấp cao hơn, đồng thời kết hợp với các tín hiệu nhận được từ cấp trên để
xây dựng thuật toán điều khiển các thiết bị chấp hành
+ Phần cứng
Giải pháp phần cứng phù hợp cho cấp điều khiển hiện trường là các bộ PLC hoặc
CPU
Nhưng phần lớn các hệ QCS hiện nay thường dùng các bộ PLC làm giải pháp phần
cứng cho cấp điều khiển hiện trường.
+ Phần mềm
Giải pháp phần mềm thường gắn liền với phần cứng,là đi kèm với giải pháp phần
cứng được lựa chọn là phần mềm tương ứng.Ví dụ bộ PLC S7-300 của Siemens là phần
mềm Step7
c. Cấp thiết bị hiện trường
Là các thiết bị cuối cùng của sơ đồ phân cấp chức năng, bao gồm các sensor thu thập
số liệu và các thiết bị chấp hành thi hành mệnh lệnh điều khiển.
Các thiết bị hiện trường được chế tạo theo tiêu chuẩn công nghiệp, có thể kết nối trực
tiếp với cấp điều khiển hiện trường (các PLC).
Tùy vào từng yêu cầu cụ thể mà lựa chọn thiết bị phù hợp.
2.1.3. Các chỉ tiêu chất lượng của tờ giấy
Để đánh giá chất lượng của một tờ giấy chúng ta có rất nhiều thông số để đánh giá,
và cũng tùy từng loại giấy cụ thể mà sử dụng các thông số đó trong đánh giá khác nhau.
Các chỉ tiêu đó được quy định trong tiêu chuẩn Việt Nam cụ thể ta có bảng các thông số kĩ
thuật đó như sau:
Bàng 2.1. Các chỉ tiêu chất lượng của tờ giấy

24
Tên chỉ tiêu
Thứ
nguyên
Mức chỉ tiêu
Phương
pháp thử
Định
lượng
Định lượng
chuẩn
g/m
2
40; 60; 80; 120
TCVN1270
Sai số cho phép g/m
2
40÷60±1
60÷<70±1
70÷120±2
Độ chặt không nhỏ hơn kg/ m
3
660 TCVN3652
Độ ẩm % 7±1 TCVN1867
Độ trắng không nhỏ hơn % 84 TCVN1865
Độ hút nước không nhỏ
hơn
g/m
2
30 TCVN6726

Độ đục không nhỏ hơn % 76 81 TCVN6728
Độ nhám trung bình không
lớn hơn
ml/Ph 350 TCVN3226
Độ tro không nhỏ hơn % 8 10 TCVN1864
Chỉ số bền kéo trung bình
hai hướng không nhỏ hơn
Nm/g 33 TCVN1862
Keo bề mặt (nếu có) % 2÷3 TCVN7069
2.2. Chức năng điều khiển của hệ thống QCS
Như đã trình bày ở trên để đánh giá một tờ giấy cần phải dựa trên việc kiểm tra và
điều khiển rất nhiều thông số. Nhiệm vụ đó được hệ thống kiểm tra chất lượng QCS đảm
nhận. Nó được thiết kế nhằm mục đích đảm bảo chất lượng giấy thành phẩm và giảm chi
phí sản xuất. Hệ thống này sẽ liên tục đo các thông số của tờ giấy trong quá trình sản xuất
để truyền về máy tính xử lý, hiển thị và đưa tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành nhằm
mục đích tờ giấy sản xuất ra đạt được các tiêu chuẩn mong muốn.
Ở Tổng Công Ty Giấy Bãi Bằng thì hệ thống điều khiển QCS chỉ đảm nhận đo và
điều khiển một số thông số cơ bản của tờ giấy. Bộ phận chính của hệ thống QCS là một
máy quét bề mặt tờ giấy, trên máy quét này có đặt các Sensor đo các thông số đó ( độ ẩm,
độ tro, định lượng, và độ dày của tờ giấy). Máy quét bao gồm hai tấm phẳng đặt song song
với nhau, trên đó có gắn các bộ thu phát của các Sensor đó. Các Sensor này được quét liên
tục trên bề mặt tờ giấy để cập nhật các thông số chất lượng tờ giấy. Trên máy quét có chứa
các phần cứng kèm theo chương trình điều khiển, xử lý, biến đổi tín hiệu đo được về dạng
số chuẩn trên cùng một Panel. Tất cả các số liệu đo được sau khi xử lý sẽ được truyền về
25