Sơ đồ công nghệ nhà máy xi măng VCM

Mục Lục :
Trang
1. Mô tả dây chuyền sản xuất xi măng của công ty.
1.1 Giới thiệu chung ……………………………………………………………… 2
1.2 Quy trình sản xuất …………………………………………………………… 3
2. Nghiên cứu cấu hình hê thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất
xi măng
2.1 Mô tả cấu hình hệ thống DCS. ………………………………………………6
2.2 Trình bày chức năng của các khâu trong hệ thống. ……………………… 7
2.3 Mô tả các Bus và phương thức truyền thông trong hệ thống. ………… 10
a) Các khái niệm cơ bản …………………………………………………… 10
b) Các Bus và phương thức truyền thông trong hệ thống ……………… 11
3. Nghiên cứu bộ điều khiển chính của dây chuyền sản xuất – PLC S7-400 CPU
414- 5H.
3.1 Giới thiệu chung. …………………………………………………………… 12
3.2 Đặc tính kỹ thuật phần cứng. ……………………………………………...14
3.3 Cấu trúc chương trình. ………………………………………………………..16

1


TÌM HIỂU
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG – VCM

1. Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của công ty.
1.1 Giới thiệu chung
Công ty Vật liệu xây dựng Việt Nam (VCM), thành lập năm 2008, là công ty cổ
phần chuyên sản xuất xi măng sống và xi măng; Kinh doanh vật liệu xây dựng,
gồm xi măng, xi măng sống, nguyên liệu cho sản xuất xi măng sống và xi măng;
Sản xuất điện từ các nhà máy quay gió.
Sản xuất xi măng theo phương pháp khô, hệ thống lò quay, tháp trao đổi nhiệt

gồm hai nhánh (5 tầng cho một nhánh).Quy mô xây dựng nhà máy xi măng Quảng
Phúc bao gồm :01 Nhà máy Clinker với công suất bảo hành là 5.000 tấn (công suất
thiết kế là 5.500 tấn) Clanhke mỗi ngày (diện tích khoảng 132,12ha), 01 Nhà máy
Xi măng với công suất thiết kế 2.200.000 tấn xi măng mỗi năm (diện tích khoảng
29,33 ha).

Hình 1 : Mô hình nhà máy
2


1.2 Quy trình sản xuất :

3


Mô tả quy trình sản xuất :
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất xi măng là đá vôi và đất sét, ngoài ra
người ta còn dùng quặng sắt và Bôxít hoặc phiến Silíc để làm nguyên liệu điều
chỉnh.
B1. Khai thác & Đập nguyên liệu
Đá vôi và đất sét được khai thác và chở bằng xe tải tới trạm đập. Tại đây
chúng được đập chung với nhau. Phương pháp này làm tăng độ đồng nhất
của vật liệu và giảm lượng bụi thải.
Vật liệu từ mỏ được làm giảm kích thước bằng những máy đập khác
nhau.Các khối đá được làm giảm kich thước từ 120cm đến khoảng từ 1.2 –
8cm. Vật liệu thô cũng có thể cần được sấy để việc pha trộn và đập hiệu quả
hơn.
Nguyên liệu sau khi đập lẫn chạy qua máy Phân tích hệ thông sử dụng tia
Gamma ngẫu nhiên để giám sát và điều chỉnh thành phần hóa học của hỗn
hợp đá vôi, đất sét.

B2. Lưu kho tạm thời và trộn nguyên liệu
Từ trạm đập, nguyên liệu thô sẽ được vận chuyển vào kho tròn bằng băng tải.
Nguyên liệu sẽ được đồng nhất sơ bộ trước khi đưa vào máy nghiền
B3. Phối liệu
Trạm phối cấp liệu cấp nguyên liệu tới máy nghiền với số lượng và thành
phần nhất định nhằm đạt được các hệ số chế tạo như mong muốn.
B4. Nghiền nguyên liệu
Nguyên liệu được nghiền trong máy nghiền liệu tới độ mịn yêu cầu. Sau đó
bột liệu nghiền được đưa tới siloo đồng nhất bột liệu.
B5. Đồng nhất
4


Bột liệu được trộn đều và chưa trong silo đồng nhất, từ đó được cấp tới tháp
trao đổi nhiệt
.
B6. Trao đổi nhiệt và phân hủy
Bột liệu được nung sơ bộ trong tháp trao đổi nhiệt dạng xiclon và phân hủy
trong buồng phân hủy (Calciner)
B7. Nung
Dưới tác dụng quay cùng với độ nghiêng từ 3- 4oC của lò bột liệu được luân
chuyển qua các zone trong lò được kết khối ở nhiệt độ 1300 - 1400oC.
B8. Làm nguội clinker
Sau quá trình nung để hình thành clinker người ta làm nguội nhanh clinker
xuống còn khoảng 75-100oC bằng dàn ghi làm lạnh, quạt cao áp và nước làm
lạnh. Những viên clinker đạt yêu cầu rơi thẳng xuống gầu xiên, còn những
viên, tảng clinker chưa đạt yêu cầu được dàn ghi vận chuyển tới máy đập sơ
bộ đến kích thước yêu cầu rơi xuống gầu xiên vận chuyển lên đổ xuống gầu
nâng vận chuyển đổ vào xích cào, vận chuyển đổ vào silô clinker ủ. Phần lớn
nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình làm nguội clinker đều được thu hồi để sử

dụng cho sản xuất.
B9. Chứa clinker
Sauk hi được làm nguôi clinker được băng tải vận chuyên vào kho chứa
clinker là trạm cấp liệu cho giai đoạn nghiền clinker tạo thành xi măng tiếp
theo.
B10. Nghiền clinker
Các phụ gia được đưa vào trong quá trình nghiền clinker nhằm đạt được sản
phẩm xi măng có phẩm cấp và chủng loại theo yêu cầu.

5


B11. Chứa, đóng gói và vận chuyển
Xi măng thành phần được chuyển tới 2 silo chứa xi măng mác PCB40. Sau
đó xi măng sẽ được xuất dưới dạng bao, rời theo đường bộ, đường thủy.

2. Nghiên cứu cấu hình hê thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi
măng

2.1 Mô tả cấu hình hệ thống DCS.

Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy được thực hiện tự động hoá ở mức độ cao
và điều khiển tập trung CCR (Central Control Room) để kiểm soát toàn bộ hoạt
động của nhà máy, đồng thời cho phép điều chỉnh kịp thời các thông số khi chất
lượng của sản phẩm thay đổi hoặc khi có sự cố bất thường xảy ra. Hệ DCS là hệ
điều khiển chia sé, tại một thời điểm đảm nhận một lượng lớn các tác vụ. Để thực
hiện được điều này toàn bộ nhà máy được trang bị 2 Server được chia làm 5 nhóm.
Tầng trên cùng là sáu trạm vận hành OS1, OS2, OS3, OS4, OS5, OS6 (Operator
Station) để điều khiển và giám sát các công đoạn, phòng kỹ sư chứa hai trạm máy
chủ cùng với trạm điều khiển của kỹ sư.

Tầng tiếp theo là 5 trạm trường Field Station (FS) :
+ FS1 ( Limestone crusing & conveying E.R( 801))
+ FS2 ( Raw material crusing & conveying E.R(802) and Limestone pre –
blending storage E.R (803))
+ FS3 ( Raw material grinding Waste gas treatment (804))
+ FS4 ( Clinhker Cooling and conveying Electric Room (805))
+ FS5 ( Cool Grinding (806))

6


2.2 Trình bày chức năng của các khâu trong hệ thống.
Tầng trên cùng là sáu trạm vận hành OS1, OS2, OS3, OS4, OS5, OS6 (Operator
Station) để điều khiển và giám sát các công đoạn : Chứa và vận chuyển nguyên
liệu; đồng nhất bột liệu và cung cấp cho lò nung; làm nguội clanhke, kho chứa xuất
clanhke và các bộ phận dịch vụ; nghiền xi măng; nghiền than; các trạm đập đá vôi,
đá shake;vận chuyển và chứa phụ gia; đóng bao, xuất xi măng bao và xi măng rời;
cảng nhà máy; các trạm điện của toàn nhà máy. Hệ thống thiết kế sao cho mỗi trạm
vận hành (OS) có thể kiểm tra và giám sát từ 2 công đoạn trở lên.

7


Phòng kỹ sư : thiết đặt các thông số điều khiển và giám sát quá trình vận hành của
hệ thống , lưu trữ thông tin.

Chức năng của 5 trạm trường :
+ FS1 ( Limestone crusing & conveying E.R( 801)) : Sử dụng 1 PLC S-400 điều
khiển động cơ vận chuyển và động cơ nghiền đá vôi

+ FS2 ( Raw material crusing & conveying E.R(802) and Limestone pre –
blending storage E.R (803)) :sử dụng 2 PLC S-400

8


- Raw material crusing & conveying E.R(802) : điều khiển động cơ vận
chuyển và động cơ nghiền các nguyên liệu khác.
- Limestone pre – blending storage E.R (803) : điều khiển động cơ trộn
và vận chuyển đá vôi đã nghiền trước vào kho lưu trữ.

+ FS3 ( Raw material grinding& Waste gas treatment (804)) : Sử dụng 2 PLCS400điều khiển động cơ nghiền phụ gia và xử lý khí thải.

+ FS4 ( Clinhker Cooling and conveying Electric Room (805)) : Sử dụng 2 PLC
S400 điều khiển tốc độ động cơ làm mát clinker, động cơ vận chuyển clinker vào
buồng chứa, động cơ bơm nước.

9


+ FS5 ( Coal Grinding (806)) : sử dụng 2 PLC S400 điều khiển tốc độ động cơ
dòng vào và ra từ kho chứa clinker, động cơ nghiền than đá cung cấp cho lò nung
clinker.

2.3 Mô tả các Bus và phương thức truyền thông trong hệ thống.
a) Các khái niệm cơ bản
+ Truyền thông (communication): Là quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ thể
với nhau. Ví dụ, hai PLC trao đổi thông tin với nhau trong một mạng truyền thông
công nghiệp.
+ Mạng (network): Là một hệ thống bao gồm nhiều trạm (station) được nối với

nhau để có thể trao đổi thông tin. Mỗi một mạng có thể bao gồm nhiều phân mạng
(subnet).
+ Gateway: Là thiết bị để ghép nối hai hay nhiều phân mạng có khả năng truyền
10


thông khác nhau. Ví dụ, trạm PLC S7-400 đóng vai trò một gateway ghép nối hai
phân mạng (subnet) khác nhau là subnet 1 và subnet 2.Hai phân mạng này có thể
có đặc điểm vật lý giống hoặc khác nhau (ví dụ, một gateway có thể nối mạng
Ethernet với mạng PROFIBUS).
+ Liên kết (link): Là một phép gán logic cho phép việc truyền thông giữa một chủ
thể này với một chủ thể khác để thực hiện một dịch vụ truyền thông.
+ Fiber Trans :thiết bị kết nối cho cáp sợi quang và cáp Ethernet.
b) Các Bus và phương thức truyền thông trong hệ thống.
- Ethernet là phương pháp truy cập mạng máy tính cục bộ (LAN) được sử dụng
phố biến nhất. Ethernet được hình thành bởi định nghĩa chuẩn 802.3 của
IEEE:dung để kết nối các trạm OS, hai Sever, và trạm máy chủ của kỹ sư
- Profibus-DP (Distributed Peryphery) sử dụng để kết nối thiết bị điều khiển với
các ngoại vi phân tán ( cấp thiết bị trường, phương thức truyền thông chuẩn RS485 và cáp quang), trong hệ thống điều khiển này : Profibus-DP đóng vai trò sử
dụng để kết nối Fiber trans với các PLC, các PLC với nhau, PLC với các biến tần.
- Profibus-PA (Process Automation) là sự mở rộng của DP sử dụng trong môi
trường chống cháy, nổc : sử dụng để kết nối PLC với các biến tần
- Cáp quang( sử dụng ánh sang để truyền dữ liệu với tốc độ cực cao) : kết nối các
PLC tới trạm máy chủ trông qua các “Fiber trans”
c) Mô hình mạng truyền thông của Siemens

11


 Giải pháp truyền thông nhà máy xi măng VCM

 Cấp chấp hành: Truyền thông theo chuẩn frofibus_DP
-Các thiết bị: Motor,đèn cảnh báo,sensor, biến tần,loadcell…
 Cấp điều khiển: Truyền thông theo chuẩn profibus_DP
-Các thiết bị: PLC S7, các module truyền thông.
 Cấp giám sát: Truyền thông theo chuẩn frofibus_DP
-Các thiết bị: Máy tính giám sát và module truyền thông, phần
mềm WinCC, SIMATIC Manager…
3. Nghiên cứu bộ điều khiển chính của dây chuyền sản xuất – PLC S7-400
CPU 414- 5H.
3.1 Giới thiệu chung.
S7-400 là thiết bị điều khiển logic khả trình tiếp sau S7-300 được Siemens phát
triển, được dùng trong các ứng dụng và lĩnh vực lớn.Hầu hết các nhiệm vụ tự động
hóa có thể thực hiện với các thành phần được lựa chọn phù hợp.
12


PLC S7-400 có các ưu điểm vượt trội hơn so với các bộ điều khiển logic khả trình
trước nó về cả phần cứng và phần mềm. Đó là:
- CPU được phân loại chuyên biệt và rõ ràng
- Tốc độ xử lý của CPU cao
- Module nhỏ gọn
- Có nhiều loại module phù hợp cho cấu hình trung tâm và cấu hình trạm phân tán.
- Các module tín hiệu có thể lắp vào, gỡ ra khi hệ thống đang có điện. Thuận tiện
khi thay thế các module
Thành phần
Thành phần cấu tạo quan trọng của S7-400 gồm:
- Thanh rack
- Khối nguồn
- CPU
- Thẻ nhớ lưu trữ dữ liệu

- Module tín hiệu (SM)
- Module giao tiếp (IM)
- Kích thước: rộng - cao - sâu : 50 - 290 - 219 mm; nặng 995g

13


Kết nối
S7-400 có thể kết nối bằng các cách sau:
- Qua Simatic Net CP Enthernet tới một mạng Enthernet công nghiệp
- Qua Simatic Net CP PROFIBUS tới một mạng PROFIBUS khác
- Qua giao tiếp MPI có sẵn tới một mạng MPI khác
- Qua giao tiếp PROFIBUS DP có sẵn tới một mạng giao tiếp PROFIBUS khác
3.2 Đặc tính kỹ thuật phần cứng.
- Sử dụng nguồn 24 VDC
- Công suất tiêu thụ 7.5 W
- Bộ nhớ :
+ Bộ nhớ làm việc : - Bộ nhớ chương trình : 2MByte
- Bộ nhớ dữ liệu : 2 MByte
+ Bộ nhớ tải :

- Bộ nhớ FEPROM mở rộng tối đa : 64 Mbyte
- Bộ nhớ RAM tích hợp tối đa : 512 Kbyte
- Bộ nhớ RAM mở rộng tối đa : 64 Mbyte

- Tốc độ xử lý của CPU :
+ For bit operations, typ. 18.75 ns
+ For word operations, typ. 18.75 ns
+ For fixed point arithmetic, typ. 18.75 ns
+ For floating point arithmetic, typ. 37.5 ns

- Bộ đếm, bộ định thời:
+ S7 counter : 2048 (Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu giữ các giá
trị đặt trước (PV-Preset Value), các giá trị tức thời (CVCurrent Value) cũng như các giá trị logic đầu ra của Counter)
+ S7 Timers : 2048(Miền nhớ phục vụ bộ thời gian bao gồm việc lưu trữ các
giá trị đặt trước (PV-Preset Value), các giá trị tức thời (CVCurrent Value) cũng như các giá trị logic đầu ra của Timer)
14


- Vùng dữ liệu và khả năng nhớ lớn nhất : 8192 byte
- Vùng địa chỉ :
- I/O ( Vùng địa chỉ vào/ra )
• Inputs 8 kbyte
• Outputs 8 kbyte
- Process image( Vùng bộ đệm địa chỉ vào/ra số )
• Inputs, có thể tùy biến: 8 kbyte
• Outputs, có thể tùy biến : 8 kbyte
- Có đồng hồ thời gian thực
- Số giờ hoạt động liên tục : 16h
- Giao tiếp :
+ 2 ngõ giao tiếp RS485
+ 2 ngõ giao tiếp quang học : Ethernet RJ45
- Chức năng giao tiếp : truyền thông PG/OP, ghi dữ liệu định tuyến, S7 định tuyến.
Hỗ trợ giao tiếp S7,tương thích truyền thông S5 (via CP max. 10 and FC
AG_SEND and FCAG_RECV), truyền thông tiêu chuẩn (FMS) Via CP and
loadable FB.
- Giao tiếp IE mở rộng :
+ TCP/IP : qua giao diện PROFINET tích hợp và có thể
nạp được FBS ( tối đa 62 kết nối)
+ ISO-on-TCP (RFC1006) : qua giao diện PROFINET
tích hợp hoặc CP 443-1 và có thể nạp được FBS ( tối đa

62 kết nối)
+ UDP :qua giao diện PROFINET tích hợp và có thể nạp
được FBS ( tối đa 62 kết nối)

15


+ Tổng số kết nối: 64
- Ngôn ngữ lập trình hỗ trợ : LAD, FBD, STL, SCL, CFC, GRAPH, HiGraph@.
 Bộ nhớ PLC S7-400 được chia làm 3 vùng chính như sau:
- Vùng chứa chương trình ứng dụng,được chia làm 3 miền:
+ OB (Orgianization Block): Miền chưa chương trình tổ chức
+ FC (Funtion) : Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và có
biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
+ FB (Funtion Block) : Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm
có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.
-Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng
 Các module mở rộng:
-Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:
+ Module nguồn nuôi PS (Power Supply), có 3 loại 2A,5A,10A
+ Module mở rộng các tín hiệu vào/ra bao gồm: Module mở rộng các cổng
vào số, module mở rộng các cổng vào/ra tương tự
+Module ghép nối IM (Interface module) có nhiệm vụ nối từng nhóm
module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi
module CPU.
+Module có chức năng điều khiển riêng FM (Funtion Module)
+Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC hoặc giữa PLC với
máy tính.
3.3 Cấu trúc chương trình
Chương trình cho PLC S7-400 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng

cho chương trình.
Khối được chọn phải là khối OB1 là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh
trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu
tiên.

16


Lập trình có cấu trúc (structure programing) : chương trình được chia thành những
phần nhỏ (chương trình con FC hay FB ), mỗi phần thực hiện một nhiệm vụ cụ thể
của bài toán điều khiển chung và toàn bộ các phần này lại được quản lý thông nhất
bời khối OB1 . Trong đó OB1 có các lệnh gọi những khối chương trình con theo
thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển đặt ra. Một nhiệm vụ cụ thể có thể còn được
chia thành nhiều nhiệm vụ cụ thể và nhỏ hơn nữa. do đó, một chương trình con
cũng có thể được chia thành một khổi chương trình con khác.
-PLC S7-400 có 4 khối cơ bản sau:
+Khối OB: Tổ chức và quản lý chương trình điều khiển
+Khổi FC: Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương
trình con hoặc một hàm
+ Khối FB : Là khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với
các khối chương trình khác.
+Khối DB: Chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình.

Giao diện phần mềm ( nguồn internet) : giao tiếp WINCC với Simatic S7

17


Các phương thức truyền thông trong WINCC

18


19