NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CLINKE TRONG NHÀ MÁY XI MĂNG

PHẦN MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây tiêu dùng xi măng không ngừng tăng trưởng và là
động lực quan trọng thúc đẩy ngành công nghiệp xi măng phát triển. Trong những
năm qua ngành xi măng đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trưởng
kinh tế Việt Nam. Chính phủ xác định Xi măng là ngành phát triển chiến lược
nhằm hỗ trợ phát triển kinh tế. Mục tiêu phát triển của ngành công nghiệp xi măng
đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020 là đáp ứng nhu cầu tiêu dùng xi măng
trong nước, dành một phần xuất khẩu và đưa ngành xi măng Việt Nam thành một
ngành công nghiệp mạnh, có công nghệ sản xuất hiện đại, đủ sức cạnh tranh với
sản phẩm cùng loại của nước ngoài. Muốn vậy, chúng ta phải sử dụng công nghệ
tiên tiến, tự động hóa ở mức cao, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm tối
đa nguyên liệu, điện năng, và bảo vệ môi trường .
Một trong những nhiệm vụ quan trọng được đặt ra cho đội ngũ các kỹ sư trong
các nhà máy xi măng là phải nắm vững các loại máy móc hiện đại trong dây
chuyền sản xuất, phục vụ cho việc vận hành hoạt động để đạt năng suất cao nhất và
sửa chữa khi gặp sự cố. Đó cũng chính là nhiệm vụ được đặt ra cho bản đồ án môn
học này. Tuy nhiên, bản thân là một sinh viên tự động hóa đang ngồi trên ghế
giảng đường đại học, em còn thiếu những kiến thức chuyên sâu về cơ khí cũng như
các kinh nghiệm thực tế. Chính vì vậy,em chỉ xin đi sâu vào mảng trang bị điện và
phân tích chương trình điều khiển của máy.

1 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


2.

Mục đích: Tìm hiểu các dây chuyền sản xuất trong thực tế cụ thể là dây

chuyền sản xuất xi măng của nhà máy Bỉm Sơn,đi sâu vào nghiên cứu về một quá
trình trong dây chuyền sản suất,củng cố thêm kiến thực đã học trong những năm
ngồi trên ghế giảng đường,đồng thời cũng nắm bắt được yêu cầu kĩ thuật của

ngành học trong thực tế cần gì,vầ mình còn thiếu xót ở đâu. Để kịp thời bổ xung
kiến thưc
3

Phương pháp nghiên cứu:

Về phương pháp nghiên cứu em vẫn chọn đi theo hai phương pháp cơ bản đó là
-Kế thừa quy trình công nghệ đã có sẵn để nghiên cứu lại,
-Nghiên cứu dựa trên thiết bị hiện có sẵn.
4

Nội dung nghiên cứu:

Về nội dung nghiên cứu em chỉ xin đi sâu vào một quá trình cụ thể trong công
đoạn sản xuất xi măng đó là công đoạn tạo ra clinke,lý do em chọn công đoạn này
là vì khi sản xuất được clinke là đã hoàn thành hầu như gần hết quá trình sản xuất
xi măng và quá trình này cũng cần sự chuẩn bị hết sức kỹ càng và tỉ mỉ về nguyên
nhiên liệu.
5

Giới hạn của đề tài:
Do đang còn là sinh viên,khả năng được tiếp xúc với các thiết bị hay các dây

chuyền sản xuất trên thực tế còn hạn hẹp,hiểu biết về các quy trình các quá trình
công nghệ con chưa sâu. Mới chỉ dừng lại trên sách vở là nhiều,nên chắc chắn đồ
án sẽ có nhiều thiếu xót,em mong thầy giúp đỡ em để em có thể hoàn thành đồ án
môn học ở mức chấp nhận được.

2 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG

Chương 1: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CLINKE TRONG
NHÀ MÁY XI MĂNG
1.1: Giới thiệu về quy trình công nghệ:

Đây là quy trình sản xuất xi măng trong một nhà máy xi măng
Quá trình sản xuất xi măng được mô tả qua 3 giai đoạn cụ thể như sau:

1.1.1. Quá trình chuẩn bị nguyên nhiên liệu:

Từ mỏ, đá vôi được khai thác (nổ mìn) và được vận chuyển bằng xe tải về đổ qua
máy đập búa (1) đưa về kích thước nhỏ hơn và đưa lên máy rải liệu (2) để rải liệu
chất thành đống trong kho (đồng nhất sơ bộ). Tương tự với đất sét, phụ gia điều
3 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


chỉnh (quặng sắt, đá si líc, quặng bô xít...), than đá và nguyên liệu khác cũng được
chất vào kho và đồng nhất theo cách trên.

Tại kho chứa, mỗi loại sẽ được máy cào liệu (5) và (6) cào từng lớp (đồng nhất lần
hai) đưa lên băng chuyền để nạp vào từng Bin chứa liệu (7) theo từng loại đá vôi,
đất sét, quặng sắt...

Than Đá thô từ kho chứa sẽ được đưa vào máy nghiền đứng (20) để nghiền, với
những kích thước hạt đạt yêu cầu sẽ được đưa vào Bin chứa (21) còn những hạt
chưa đạt sẽ hồi về máy nghiền nghiền lại đảm bảo hạt than nhiên liệu cháy hoàn
toàn khi cấp cho lò nung và tháp trao đổi nhiệt.

1.1.2. Quá trình sản xuất Clinker thành phẩm:

Từ các Bin chứa liệu (7), từng loại nguyên liệu được rút ra và chạy qua hệ thống
cân định lượng theo đúng tỷ lệ cấp phối đưa ra từ nhân viên vận hành điều khiển
(tỷ lệ phối liệu được quyết định từ phòng thí nghiệm). Tấc cả nguyên liệu đó sẽ
được gom vào một băng tải chung và đưa vào máy nghiền đứng (8) để nghiền về
kích thước yêu cầu, tại đây nguyên liệu đã được đồng nhất một lần nữa. Bột liệu
sau khi nghiền được chuyển lên Silo đồng nhất (9) chuẩn bị để cấp cho lò nung,
dưới Silo đồng nhất có hệ thống sục khí nén liên tục vào Silo để tiếp tục đồng nhất
lần nữa. Để có một sản phẩm Clinker ổn định chúng ta thấy nguyên liệu phải qua ít
nhất 4 lần đồng nhất. Tháp trao đổi nhiệt (11) và Lò quay nung Clinker (12)

4 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


1. Tháp trao đổi nhiệt (11) là một hệ thống gồm từ 3-5 tầng, mỗi tầng có 1 hoặc 2
Cyclone có cấu tạo để tăng thời gian trao đổi nhiệt của bột liệu. Bột liệu được cấp
từ trên đỉnh tháp và đi xuống, nhiệt nóng từ than được đốt cháy từ Calciner và lò
nung đi lên sẽ tạo điều kiện cho phản ứng tạo khoáng bên trong bột liệu. Mặc dù
bột liệu đi xuống và khí nóng đi lên nhưng thực chất quá trình này là trao đổi nhiệt
cùng chiều do cấu tạo đặc biệt của các Cyclon trao đổi nhiệt.

2. Lò nung (12) có dạng hình trụ tròn đường kính từ 3 - 5 mét và dài từ 30 - 80 mét
tùy vào công suất của lò. Vỏ lò nung được làm băng thép chịu nhiệt, bên trong có
lót một lớp vật liệu chịu lửa. Góc nghiêng của lò từ 3% - 5% để tạo độ nghiêng cho
dòng nguyên liệu chảy bên trong. Tại đầu ra của Clinker sẽ có một dàn quạt thổi
gió tươi làm nguội nhanh Clinker .

Than mịn được rút từ Bin chứa trung gian (21) cấp cho các vòi đốt ở tháp trao đổi
nhiệt và lò nung để được đốt cháy nung nóng bột liệu.

Phối liệu được rút ra từ Silo chứa (9), qua cân định lượng và được đưa lên đỉnh

tháp trao đổi nhiệt bằng thiết bị chuyên dùng. Từ trên đỉnh tháp (11), liệu từ từ đi
xuống qua các tầng Cyclone kết hợp với khí nóng từ lò nung đi lên được gia nhiệt
dần lên khoảng 800-9000C trước khi đi vào lò nung (12). Trong lò, ở nhiệt độ
14500C các oxit CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 có trong nguyên liệu kết hợp với nhau
tạo thành một số khoáng chính quyết định chất lượng của Clinker như: C3S, C2S,
C3A và C4AF. Viên Clinker ra khỏi lò sẽ rơi xuống dàn làm lạnh (13), hệ thống

5 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


quạt cao áp đặt bên dưới sẽ thổi gió tươi vào làm nguội nhanh viên Clinker về
nhiệt độ khoảng 50 ÷ 900C, sau đó Clinker sẽ được chuyển lên Silo chứa Clinker.

1.1.3. Quá trình sản xuất xi măng và đóng bao thành phẩm:

Clinker sẽ được rút từ Silo, cấp vào Bin chứa (15) để chuẩn bị nguyên liệu cho quá
trình nghiền xi măng. Tương tự Thạch Cao và Phụ Gia từ kho cũng được chuyển
vào Bin chứa riêng theo từng loại. Dưới mỗi Bin chứa, nguyên liệu được qua cân
định lượng theo đúng khối lượng của đơn phối liệu, xuống băng tải chính đưa vào
máy cán (16) để cán sơ bộ, sau đó được đưa vào máy nghiền xi măng (17). Bột liệu
ra khỏi máy nghiền được đưa lên thiết bị phân ly (18), tại đây những hạt chưa yêu
cầu sẽ được hồi lưu về máy nghiền để nghiền tiếp còn những hạt đạt kích thước
yêu cầu được phân ly tách ra, đi theo dòng quạt hút đưa lên lọc bụi (19) thu hồi
toàn bộ và đưa vào Silo chứa xi măng (22). Quá trình nghiền sẽ diễn ra theo một
chu trình kín và liên tục. Từ Silo chứa (22) xi măng sẽ được cấp theo 2 cách khác
nhau:
1. Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận hàng dạng xá/rời.
2. Và cấp qua máy đóng bao (23), để đóng thành từng bao 50kg giao đến từng
phương tiện nhận hàng.
Trong đồ án này em sẽ đi sâu và nghiên cứu về quá trình sản xuất clinke

thành phẩm là quá trình nằm ở giai đoạn thứ hai của quá trình sản xuất xi măng
Trong quá trình này có những thiết bị chính như là: Bin chứa liệu 7, máy nghiền
đứng 8, silo đồng nhất 9, tháp trao đổi nhiệt 11, lò quay nung clinke 12, bin trung
gian 21,và dàn làm lạnh 13.
6 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


1.2: Ứng dụng các thiết bị điều khiển trong thực hiện quy trình.
Thiết bị điều khiển là 1 hệ thống hết sức quan trọng trong 1 dây chuyền sản
xuất bất kỳ nào không chỉ riêng trong sản xuất xi măng.Nó là phương thức giao
tiếp trung gian giữa con người điều khiển và các hệ thống quy trình công nghệ,kỹ
sư điều khiển sẽ quan sát hệ thống qua các phần mềm giám sát hiển thị ví dụ như
wincc hay DCS,kèm theo đó là các thiết bị hỡ trợ như đo lường,cảm biến,camara
được đặt trong lò nung hay 1 số vị trí khó quan sát và quan trọng trong quá
trình.các thiết bị điều khiển được kết nối với máy tính ở phòng điều độ trung
tâm.Phòng điều độ trung tâm sẽ quan sát tình hình của cả quá trình sản xuất xi
măng nhận xét và dùng màn hình máy tính điều khiển lệnh phù hợp,phòng điều độ
trung tâm là cơ quan đầu não của nhà máy sản xuất xi măng.các thiết bị điều khiển
phải hoạt động cực kỳ chính xác và đáp ứng nhanh các yêu cầu của quá trình điều
khiển,vậy nên các thiết bị điều khiển có ứng dụng rất to lớn.
1.3 Tổng quan tình hình ứng dụng thiết bị trong và ngoài nước.
Hầu hết các dây chuyển sản xuất xi măng ở Việt Nam đều mua công nghệ từ
nước ngoài như ở các nước tây Âu hay Nhật Bản,và các quy trình sản xuất xi măng
ở các công ty hay các cở sở sản xuất xi măng đều áp dụng quy trình công nghệ
giống nhau,một số nhà máy xi măng thì có cải tiến hơn một chú về quy trình công
nghệ nhưng về quy trình thì cơ bản là giống nhau,đều theo một quy trình như sau
1. Khai thác và đập nguyên liệu
- Đá vôi được khai thác từ mỏ đá và được vận chuyển bằng xe tải tới trạm đập. Tại
đây đá vôi được đập nhỏ sau đó được vận chuyển về Nhà máy bằng hệ thống băng
tải dài gần 7km.

7 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


- Đất sét được khai thác tại mỏ sét Hà Chanh và vận chuyển bằng đường thủy về
Cảng Nhập nguyên vật liệu của Nhà Máy và vận chuyển bằng hệ thống băng tải từ
Cảng nhập về kho.
2. Lưu kho tạm thời và đồng nhất nguyên liệu
Nguyên liệu thô sẽ được vận chuyển vào kho tròn bằng băng tải. Nguyên liệu sẽ
được đồng nhất sơ bộ nhờ thiết bị giải đống.
3. Định lượng
Các nguyên liệu và phụ gia được định lượng theo tỷ lệ thành phần hóa học xác
định sau đó cung cấp hỗn hợp nguyên liệu này tới máy nghiền liệu
4. Nghiền nguyên liệu.
Nguyên liệu được nghiền trong máy nghiền liệu tới độ mịn yêu cầu. Bột liệu sau
khi nghiền được đưa tới silo đồng nhất bột liệu.
5. Silo chứa bột liệu
Bột liệu được đồng nhất về thành phần hóa học và chứa trong silo đồng nhất, từ đó
bột liệu được cung cấp tới tháp trao đổi nhiệt.
6. Trao đổi nhiệt và phân hủy.
Bột liệu được sấy, nung sơ bộ qua tháp trao đổi nhiệt dạng xiclôn và phân hủy các
- bô - nát trong buồng phân hủy (Calciner)
7. Nung Clinker
Bột liệu được tiếp tục nung trong lò quay tới nhiệt độ khoảng 1450 độ C để thực
hiện các phản ứng hóa học tạo thành clinker.
8. Làm nguội clinker
Clinker ra khỏi lò nung có nhiệt độ khoảng 1.300 độ C xả xuống thiết bị làm nguội
để làm nguội giảm tới nhiệt độ khoảng 65 độ C + nhiệt độ môi trường. Nhiệt lượng
tỏa ra trong quá trình làm nguội clinker đều được thu hồi dùng cho quá trình đốt
cháy nhiên liệu than.

8 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


9. Xi lô chứa clinker
Clinker sau khi làm nguội được vận chuyển đến xi lô chứa clinker. Sau đó clinker
được xuất theo đường thủy hoặc được đưa tới công đoạn nghiền xi măng.
10. Nghiền Xi măng
Clinker và các phụ gia được định lượng theo tỷ lệ xác định rồi đưa tới máy nghiền
thành sản phẩm xi măng
11. Xuất hàng
Xi măng thành phẩm được chuyển tới xi lô chứa xi măng. Từ đó xi măng sẽ được
đóng bao, hoặc xuất rời theo đường bộ, đường thủy.

Trên thế giới cũng đang phát triển theo xu hương sản xuất xi măng công
nghệ xanh,đây là công nghệ sản xuất xi măng Với các tiêu chí là tiết kiệm tài
nguyên, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, chất lượng phù hợp và giá thấp, các loại
xi măng làm từ chất liệu xanh ngày được ưa chuộng và được đầu tư theo xu hướng
của thế giới. Công thức chế tạo xi măng mới giảm 60% khí thải cácbon
Nhằm giảm lượng khí cácbon điôxít (CO2) thải ra môi trường trong quá trình sản
xuất xi măng, các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Massachusetts (MIT-Mỹ)
đã phát triển công thức chế tạo xi măng mới sử dụng hợp lý tỷ lệ giữa các thành
phần vật liệu.
Ở Việt Nam cũng đang dần ứng dụng các công nghệ sản xuất gần gũi với thiên
nhiên mà cũng tận dụng được tài nguyên thiên nhiên của đất nước như là: Xi măng
trong suốt làm từ nhựa thông.

9 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


xi măng

trong suốt có tên i.light này có hàng chục hố nhỏ giúp ánh sáng lọt vào nhà.

Loại "xi măng trong suốt" giúp ánh sáng vào được căn phòng và khiến những bức
tường trông giống như những cửa sổ lớn. Nguyên liệu mới có tên i.light này có
hàng chục những hố nhỏ, giúp ánh sáng lọt qua mà không ảnh hưởng tới tình trạng
cấu trúc tòa nhà.
Vào những hôm trời nắng, bên trong ngôi nhà được làm bằng loại xi măng này
giống như một lưới ánh sáng được bức tường lọc trước khi lọt vào nhà.
Điểm khác biệt cơ bản của loại xi măng này và xi măng thường là bên trong cấu
trúc của xi măng sau khi thấm nước sẽ hình thành dạng hydrat hóa, có cấu trúc
rỗng gồm nhiều lỗ li ti, những lỗ nhỏ này vẫn đảm bảo tính bền vững cũng như kết
cấu mang tính chỉnh thể của công trình và vẫn cho ánh sáng xuyên qua.

10 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


Cấu trúc rỗng hơn bình thường này vừa giúp giảm khối lượng xi măng, vừa giúp
tiết kiệm nguyên liệu sản xuất xi măng. Công ty Italcementi đã sử dụng hết 189 tấn
vật liệu để tạo nên 3.774 tấn xi măng trong suốt và bán trong suốt. Mỗi tấm xi
măng trong suốt sẽ có khoảng 50 lỗ nhỏ và độ trong suốt gần 20% còn những tấm
bán trong suốt sẽ có khoảng 10% độ trong suốt.
Tuy nhiên, nếu chỉ dựa trên những lỗ nhỏ liti này, độ trọng suốt của xi măng vẫn bị
hạn chế khá nhiều. Trước đây các kiến trúc sư đã thử đưa thêm các sợi quang vào
hỗn hợp xi măng nhưng tập đoàn Italcementi cho hay, cách làm này không tạo nên
hiệu quả đặc biệt. Chủ tịch Tập đoàn - ông Enrique cho biết, dùng nhựa để tạo nên
xi măng trong suốt sẽ làm cho giá thành thấp hơn và bắt sáng hơn so với sử dụng
sợi quang.
Xi măng hỗn hợp polime vô cơ – silicat ở Việt Nam cũng đang được đưa
vào nghiên cứu

Thành công trong việc tạo ra sản phẩm silicat hỗn hợp - polime vô cơ đã mở ra
hướng đi mới đối với ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng Việt Nam,
hướng đi từ phế thải đến vật liệu xanh.
Nhóm nghiên cứu của Hội VLXD Nghệ An đã tiến hành một nghiên cứu nhằm sản
xuất xi măng silicat hỗn hợp - polime vô cơ và các sản phẩm chế tạo từ nó bằng
nguyên liệu đất đá bazan làm chủ đạo, cùng các phụ gia khác từ đất đá và phế thải
nông nghiệp cơ bản ở Nghệ An.
11 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


Tiềm năng vô tận về đất đá bazan của miền Tây xứ Nghệ và dải Trường Sơn.

ghiên cứu này được thực hiện dựa trên lý luận cơ bản là ứng dụng vật liệu silicat
gắn bó và an toàn với con người, kết hợp với thành tựu mới của công nghệ polime
vô cơ và công nghệ nano để tạo thành một sản phẩm hỗn hợp từ công nghệ silicat polime vô cơ - công nghệ nano và đặc biệt khai thác triệt để các sản phẩm silicat
"trời cho" từ tro xỉ núi lửa và phế thải nông nghiệp.
Dựa theo các nguyên lý cơ bản của hóa lý và hóa silicat để xây dựng nên tác động
phản ứng silicat và điện hóa tự nhiên từ thiên nhiên (phun trào núi lửa và quá trình
phong hóa hóa học của tự nhiên), kết quả là với các nguyên liệu cơ bản: Đất đá
bazan, laterit, cao silic, phế thải nông nghiệp, công nghiệp muối... và phụ gia cũng
từ các sản vật silicat, nhóm nghiên cứu đã sản xuất được xi măng hỗn hợp silicat polime có "mác" có thể đạt PCB 20, PCB 25 và PCB 30.
Bên cạnh đó, ưu điểm nổi trội của loại xi măng này là sử dụng được cát nhiễm mặn
để xây dựng, điều mà xi măng thông thường không làm được. Ngoài ra còn thích
12 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


hợp cho xây, trát, đổ bê tông, sản xuất vật liệu xây dựng không nung và làm
đường, đặc biệt là đường giao thông nông thôn, xây dựng các khu vực ven biển.

Ảnh minh họa

Kết quả bước đầu của nghiên cứu này tạo ra những tiền đề tích cực nhằm
hướng tới ngành sản xuất VLXD xanh, góp phần hạn chế thấp nhất sự tàn phá
thiên nhiên, tiết kiệm tài nguyên và đặc biệt là hạn chế tiêu tốn năng lượng và giảm
thiểu khí thải ra môi trường. Sản phẩm sẽ sớm có mặt trên thị trường trong thời
gian tới.
1.4: Yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống
Chúng ta cần phân tích, tính toán thống kê toàn bộ các tín hiệu đo lường và
điều khiển của cả dây chuyền. Tiến hành thiết kế kỹ thuật chi tiết hệ thống tự động
hóa bao gồm từ bản vẽ thiết kế cấu trúc hệ thống điều khiển, mạng truyền thông,
danh mục thiết bị điều khiển, sơ đồ đấu dây, sơ đồ bố trí lắp đặt thiết bị, bản vẽ
13 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


thiết kế chế tạo tủ điều khiển cho tất cả các công đoạn trong nhà máy xi măng từ
khâu đồng nhất liệu, nghiền liệu, nghiền than, lò nung, làm nguội clinker, nghiền xi
và đóng bao xuất kho. . Ngoài hệ thống điều khiển trung tâm nghiên cứu, tích hợp
hệ thống điều khiển với các hệ thống chuyên dụng khác trong nhà máy xi măng
như hệ thống quản lý thông tin nhà máy MIS, hệ thống camera CCTV,
-Vận hành đúng qui trình công nghệ của nhà máy.
-Thời gian thu thập dữ liệu và truyền thông tin nhanh.
-Các thiết bị vận hành an toàn,độ tác động nhanh.
-Thiết bị phải đảm bảo độ tin cậy,sử dụng dễ dàng,dễ bảo dưỡng.
-Có khả năng phát triển và mở rộng hệ thống điều khiển tại những vị trí chưa
lắp đặt sao cho việc tự động hóa thực hiện một cách đồng bộ mọi nơi,mọi phân
xưởng.
-Tại phòng điều khiển trung tâm phải nắm được hoạt động của hệ thống.
-Hệ thống điều khiển phải có hệ thống báo động sự cố,để có thể khăc phục
ngay khi có sự cố.

14 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


Chương 2: XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN
2.1:Sơ đồ tổng quát về hệ thống:
Bảng gán địa chỉ:
Ký hiệu

Địa chỉ

START
STOPH
KDHT
CB1
BT1
MN8
CB2
BT2
VX1
CB3
SILO9
CB4
BT3
VX2
CB5
THAP_11

I0.0
I0.1
Q0.0

I0.2
Q0.1
Q0.2
I0.3
Q0.3
Q0.4
I0.4
Q0.5
I0.5
Q0.6
Q0.7
I0.6
Q1.0

CB6
BT4
VX3
CB7
LO_NUNG_12
CB8_NHIETDO
VX4
CB9
DC_QUATGIO
BT5
DAN_LANH_13

I0.7
Q1.1
Q1.2
I1.0

Q1.3
I1.2
Q1.4
I1.3
Q1.5
Q1.6
Q1.7

15 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG

chú thích
KHỞI ĐỘNG HỆ THỐNG
DỪNG KHẨN HỆ THỐNG
TOAN HE THONG BAT DAU LV
CB NGUYEN LIEU MN8 DAY
BANG TAI 1
MÁY NGHIỀN 8
XAC DINH VL NGHIEN THEO YÊU CẦU
BĂNG TẢI 2
VAN XẢ CỦA MÁY NGHIỀN 8
PHÁT HIỆN SILO9 ĐẦY NGUYÊN LIỆU
PHAT HIEN NL DA DC D.NHAT TRONG SILO 9
BĂNG TẢI 3
VAN XẢ 2
PHÁT HIỆN SILO 9 XẢ HẾT NGHUYÊN LIỆU
THÁP 11
XAC ĐINH NL TRONG THÁP 11 DDOONHF NHẤT
CHƯA
BĂNG TẢI 4
VAN XẢ CỦA THÁP 11

CẢM BIẾN 7
LÒ NUNG 12
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 8
VAN XẢ 4
XÁC ĐỊNH CÓ NGUYÊ LIỆU ĐƯỢC XẢ TỪ SILO 12
ĐỘNG CƠ QUẠT GIÓ
BĂNG TẢI 5
DÀN LÀM LẠNH 13


2.1: Cách thức xây dựng thuật toán.
-Lưu đồ là công cụ dùng để biểu diễn thuật toán, việc mô tả nhập (input), dữ
liệu xuất (output) và luồng sử lý thông tin qua các ký hiệu hình học.
-Cách thức xây dựng một lưu đồ thuật toán phương pháp duyệt
+Duyệt từ trên xuống dưới
+Duyệt từ trái sang phải.
-Ta viết lưu đồ theo 3 cấu trúc là
+cấu trúc tuần tự: Tuần tự thực thi cấu trúc chương trình. Mỗi lệnh được
thực thi theo 1 chuỗi từ trên xuống dưới, xong lệnh này rồi chuyển sang lệnh kế
tiếp.
+cấu trúc lựa chọn: Cho phép chọn 1 trong 2 trường hợp ở đây ta sử dụng
khối so sánh.
+Cấu trúc lặp: Thực hiện liên tục 1 lệnh hay q tập lệnh với số lần lặp dựa
vào điều kiện đặt trước, lặp sẽ kết thúc khi thỏa mãn điều kiện.
2.2. Lưu đồ thuật toán:

16 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển

3.1 Thiết bị phần cứng
3.1.1: Các loại cảm biến:
a) Cảm biến quang :

Một số hình ảnh vê cảm biến quang

17 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na,
thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích
hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu
quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot
(Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.
Hiện nay trên thị trường có một số loại cảm biến quang như:
-Cảm biên quang thu phát
-Cảm biến quang phản xạ gương.
Cảm biến quang khuếch tán.
Ở trong đồ án này em sử dụng cảm biến quang thu phát, khi phát hiện có
nguyên liệu cảm biến thu không nhận được tín hiệu từ cảm biến phát sẽ thông
mạch đóng mạch điện theo chương trình được lập trình sẵn. Cẩm biến quang có hai
trạng thái như công tắc đơn giản
Cấu trúc thiết kế
Cấu trúc của cảm biến quang khá đơn giản, bao gồm 3 thành phần chính:

1. Bộ Phát sáng
Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting
Diode). Ánh sáng được phát ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến
phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh
18 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG

nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng). Các loại LED thông dụng nhất là LED
đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED
trắng hoặc xanh lá. Ngoài ra cũng có LED vàng.
2. Bộ Thu sáng
Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ phận
này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại
cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC ( Application
Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại,
mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng
trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại
từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).
3. Mạch xử lý tín hiệu ra
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu
ON / OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng
được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù một số loại cảm
biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le (relay)
vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu ra bán dẫn
(PNP/NPN). Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho các ứng
dụng đo đếm.
b. Cảm biến rung: Một số hình ảnh về cảm biến rung lắc

Cảm biến rung lắc nhiệm vụ kiểm tra xem sản phẩm trong máy nghiền 8,và
trong các silo để xem nguyên liệu có đạt đúng yêu cầu hay không.
19 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


c) Van xả:
+Van bướm;

-VFS Van bướm bao gồm hai mặt bích phía trên và phía dưới được sản xuất
từ hợp kim nhôm, một đĩa xoay bên trong làm bằng nhựa tổng hợp hoặc bằng
gang, và một trục giữa chịu lực.
-Van bướm VFS sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, được chế tạo
đĩa xoay bằng thép không gỉ
-Trong khi loại van bướm V1FS chỉ có một mặt bích trên , phần dưới không
có mặt bích thích hợp cho việc gắn thêm các thiết bị kháccác rất linh hoạt, loại
V2FS thì có 2 mặt bich trên và dưới giống hệt nhau .
-Dùng để đóng mở các thùng, phễu và silo có chứa bột hoặc các vật liệu
dạng hạt, loại Van bướm VFS là một trong số các thiết bị được sử dụng rộng rãi
nhất trên toàn thế giới.
-Với Những thiết kế linh hoạt, phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể , van
bướm WAM đã trở thành một sản phẩm công nghiệp , được sản xuất hàng loạt với
các tính năng cho phép sử dụng cực kỳ linh hoạt.
20 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


-VFS Van bướm được sử dụng trong tất cả các nhà máy chế biến nguyên
liệu dạng bột và hạt , được thiết kế đóng mở cửa xả vật liệu khô bằng khí nén hoặc
bằng tay . Chúng được gắn bên dưới phễu, thùng, silo, vít tải hoặc băng tải loại
khác, hoặc để đóng mở ống dẫn khí nén v.v... Do thiết kế đặc biệt của loại van này
và các tài liệu kỹ thuật được sử dụng, van bướm đã được xem là đại diện cho một
giải pháp đặc biệt hiệu quả mà chi phí nhất.
+Van trượt cấp liệu nghiêng VDI.
-Van trượt cấp liệu nghiêng là một sự đổi mới toàn diện. lưỡi đóng mở tạo
thành một độ mở hình mắt với phần thân bên trong giảm dần không đối xứng. Độ
mở hình mắt càng lớn thì nguyên liệu xuống càng nhiều và ngược lại.
-Cấu trúc phần thân bao gồm một giá đúc chịu lực bàng nhựa kỹ thuật tổng
hợp SINT. Lưỡi đóng mở van được sản xuất từ thép carbon hoặc inox. Van có thể

điều khiển bằng tay, khí nén hoặc motor điện. Vị trí lưỡi đóng mở giữa thay vì mở
hoàn toàn thì được xác định vị trí qua cảm biến vị trí và có thể nhìn thấy bởi bộ
hiển thị bên ngoài. Để đảm bảo lưu lượng dòng chảy nguyên liệu ở mức rất thấp,
van VDI có thể được trang bi một búa khí nén trên thân van hoạt động liên tục
nhằm bảo đảm lưu lượng dòng chảy không bị gián đoạn trong suốt quá trình hoạt
động..
- Van trượt nghiêng VDI cung cấp chức năng đơn giản để điều khiển dòng
chảy của nguyên liệu. Đặc biệt cấu trúc hình học không đối xứng của lưỡi đóng mở
van cho phép điều chỉnh đặc tính thể tích cấp liệu của bộ phận trong một khoảng
thời gian nhất định. Van VDI có thể lắp đặt ở ngõ ra của hopper, tank, silo, trục vít
tải và xả liệu. Nhờ vào các tùy chọn loại lưỡi đóng mở van mà chúng được sử dụng
trong hầu hết các ngành công nghiệp, bao gồm cả ứng dụng trong lĩnh vực thực
phẩm.

3.1.2: Thiết bị của bộ điều khiển
21 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


-Ở đồ án này em sử dụng CPU 226 DC/DC/DC và modul mở rộng EM235
a) Giới thiệu về CPU 226 DC/DC/DC

Cpu 226 DC/DC/DC hình minh họa

Sơ đồ chân khối nguồn của CPU 226DC/DC/DC
22 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


CPU 226DC/DC/DC có nguồn nuôi tín hiệu đầu vào là một chiều, nguồn
nuôi plc là dòng một chiều, và nguồn nuôi đầu ra cũng là dòng một chiều.
-CPU có 24 đầu input và 16 đầu output.

-Kích thước của PLC dài,rông,cao tương ứng 196x80x62.(mm)
-Khối lượng 550g.
-Bộ nhớ kích thước chương trình người dung với chế độ chạy chỉnh sửa là
16384 byte
-Không có chế độ chạy chỉnh sửa là :24576 byte
Các đèn báo trên S7-200 CPU224

♦ SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.
♦ RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và

thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.
♦ STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng

chương trình và đang thực hiện lại.

 Chế độ làm việc

PLC có 3 chế độ làm việc:
♦ RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ

RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh
STOP.
♦ STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ

STOP.
♦ TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC

hoặc RUN hoặc STOP.
23 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG

 Cổng truyền thông

S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để
phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.
Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp
của PLC theo kiểu tự do là 300 ÷38.400 baud.
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình
thuộc họ PG7xx có thể dùng một cáp nối thẳng MPI. Cáp đó đi kèm với máy
lập trình.
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC / PPI
với bộ chuyển đổi RS232/ RS485.
Cấu trúc bộ nhớ:
Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu
trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính
năng động cao, đọc, ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM
(Special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc.
Vùng chương trình

♦

Là nguồn nhờ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc
kiểu non-volatile đọc/ghi được.
♦

Vùng tham số

Là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm, … cũng giống như
vùng chương trình, thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được.
♦

Vùng dữ liệu

Là miền nhớ động được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình. Nó có
thể được truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (W-Word) hoặc theo từ
24 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG


kép (DW_ Double Word), vùng dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ
với các công dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu theo từ
tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:
V : Variable Memory.
I

: Input image register.

O : Output image regiter.
M : Internal Memory bits.
SM: Special Memory bits.
Tất cả các miền này đều có thể truy nhập theo từng bít, từng byte, từng từ (word)
hoặc từ kép (double word).
♦ Vùng đối tượng

Bao gồm các thanh ghi Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh ghi AC.
Vùng này không thuộc kiểu Non-Volatile nhưng đọc/ ghi được .
3.1.3: Cơ cấu chấp hành
. Rơle
Trong kỹ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như phần tử xử lý tín hiệu. Có
nhiều loại rơle khác nhau tùy vào công dụng. Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ
trường của cuộn dây, trong quá trình đóng mở sẽ có hiện tượng tự cảm

a. Rơle đóng mạch
- Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ
trường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm. Các tiếp điểm đó có thể là tiếp
điểm chính để đóng , mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để đóng, mở mạch điều
khiển.
-ký hiệu

25 GVHD: T.S NGÔ TRÍ DƯƠNG

Rơ le đóng mạch