Nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển và giám sát quá trình trộn liệu của công ty gạch granite đồng nai trên cơ sở sử dụng logic mờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
[\

VŨ XUÂN HÀ

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH TRỘN LIỆU CỦA
CÔNG TY GẠCH GRANITE ĐỒNG NAI
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG LOGIC MỜ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

HÀ NỘI - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
[\

VŨ XUÂN HÀ

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH TRỘN LIỆU CỦA
CÔNG TY GẠCH GRANITE ĐỒNG NAI
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG LOGIC MỜ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. NGUYỄN DOÃN PHƯỚC

HÀ NỘI - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
[\

VŨ XUÂN HÀ

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH TRỘN LIỆU CỦA
CÔNG TY GẠCH GRANITE ĐỒNG NAI
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG LOGIC MỜ

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. NGUYỄN DOÃN PHƯỚC

HÀ NỘI - 2012


 
LỜI CAM ĐOAN

Tôi Vũ Xuân Hà, học viên lớp Cao học 10AĐKTĐ-ĐN niên khóa
2010-2012. Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy
cô giáo và đặc biệt là PGS.TS.Nguyễn Doãn Phước, thầy giáo hướng dẫn tốt
nghiệp của tôi, tôi đã đi tới cuối chặng đường để kết thúc khóa học thạc sĩ.
Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu cải tiến hệ
thống điều khiển và giám sát quá trình trộn liệu của công ty Gạch Granite
Đồng Nai trên cơ sở sử dụng logic mờ”
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 15 tháng 04 năm 2012
Học viên

Vũ Xuân Hà

 

        


 
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................1
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ....................................................................................3
1.1 Sự hình thành và phát triển của công ty gạch Granite Đồng Nai..........3
1.2 Lý do chọn đề tài ........................................................................................6

1.3 Kết quả sẽ đạt được ....................................................................................6
CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ....................8
2.1 Sơ đồ qui trình tổng quan về công nghệ sản xuất gạch Granite. ..........8
2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ ...........................................................9
2.2.1 Công đoạn nghiền, trộn phối liệu .......................................................9
2.2.2 Công đoạn sấy phun ...........................................................................10
2.2.3 Công đoạn lưu trữ bột đến máy ép.....................................................10
2.2.4 Công đoạn ép tạo hình .......................................................................10
2.2.5 Công đoạn sấy gạch mộc ....................................................................11
2.2.6 Công đoạn tráng men .........................................................................11
2.2.7 Công đoạn nung..................................................................................11
2.2.8 Công đoạn hoàn tất sản phẩm ...........................................................12
2.3 Quy trình công nghệ nghiền và trộn nguyên liệu ..................................12
2.3.1 Cân liệu ..............................................................................................23
2.3.2 Băng tải ..............................................................................................23
2.3.3 Máy nghiền bi ...................................................................................23
2.3.4 Hầm chứa ...........................................................................................33

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HIỆN TẠI VÀ ĐỀ XUẤT
CẢI TIẾN THỰC HIỆN .............................................. 34
3.1 Tình trạng hệ thống điều khiển hiện tại của máy nghiền .....................34
3.1.1 Hệ thống điều khiển hiện tại ..............................................................34
1. Cân liệu.................................................................................................34
2. Băng tải.................................................................................................35
 

        


 

3. Máy nghiền ...........................................................................................37
3.1.2 Thời gian nghiền ................................................................................45
1. Thời gian của quá trình nghiền ..........................................................45
3.2 Đề xuất thực hiện ......................................................................................47
3.2.1 Phân tích khả năng đảm bảo chất lượng sản phẩm của hệ thống
hiện tại..............................................................................................................47
3.2.2 Xây dựng hệ thống điều khiển mới trên nền PLC S7-300 ................49
3.2.3 Tác động xác định thời gian nghiền ..................................................55
3.3 Thực hiện ...................................................................................................56
3.3.1 Giới thiệu mờ ......................................................................................57
1. Khái niệm cơ bản .................................................................................57
2. Các phép toán trên tập mờ ...................................................................58
3. Biến ngôn ngữ ......................................................................................58
4. Luật hợp thành mờ ..............................................................................59
5. Giải mờ ( rõ hóa tập mờ ) ....................................................................60
3.3.2 Bộ điều khiển mờ ................................................................................62
1. Cấu trúc một bộ điều khiển mờ ...........................................................62
2. Các bước thiết kế bộ điều khiển mờ ....................................................62
3.3.3 Xác định độ mịn từ tiếng ồn qua suy luận mờ ..................................65
3.3.4 Điều khiển mờ với S7-300 ..................................................................68
1. Giới thiệu về điều khiển mờ.................................................................68
2. Các bước thực hiện của một hệ thống điều khiển mờ .......................69
3. Xây dựng một chương trình điều khiển mờ với phần mềm cấu hình .....70
4. Giao tiếp với họ S7-300 ........................................................................74
5. Dùng mờ điều khiển quá trình nghiền ...............................................78
3.3.5 Mô phỏng.............................................................................................79
KẾT LUẬN .....................................................................................................85
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................88

 

        


 
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

WIN CC : Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows )
SCADA: Super Visory Control And Data Acquisition ( Hệ thống giám sát
điều khiển và thu thập xử lý dữ liệu )
DCS:

Distributed Control System ( Hệ thống điều khiển phân tán )

HMI:

Human Machine Interface ( Giao diện giữa người và máy )

PLC:

Programmable Logic Controller ( Thiết bị điều khiển lập trình được )

FCPA:

Fuzzy Control Parameter Assignment ( Chương trình hỗ trợ lập
trình mờ choPLC S7-300 )

STTP:

Sodiumtripoly Photphat ( Na2PO4 ) ( Chất chống lắng hay tạo lỏng )

FB:

Function Block ( Khối chức năng )

FC:

Function ( Hàm chức năng )

SFC:

System Function ( Hàm chức năng hệ thống )

SFB:

System Function Block (Khối hàm chức năng hệ thống)

DB:

Data Block ( Khối dữ liệu )

 

        


 
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Tòa nhà điều hành nhà máy Gạch GRANITE Đồng Nai ...................3

Hình 1.2: Sản phẩm gạch mẫu............................................................................5
Hình 2.1: Quy trình tổng quan về công nghệ sản xuất gạch ..............................8
Hình 2.2.1: Công đoạn nghiền và trộn phối liệu ................................................9
Hình 2.3.3.1 : Máy nghiền của hãng Siti ..........................................................24
Hình 2.3.3.2: Tấm lót bên trong thùng nghiền .................................................29
Hình 2.3.3.3: Các dạng vật nghiền ...................................................................30
Hình 2.3.3.4: Mặt cắt bên trong thùng nghiền ...............................................30
Hình 2.3.5 : Sơ đồ mô tả việc phối hợp nhiệm vụ từng công đoạn ..................33
Hình 3.1.1: Công đoạn cân liệu ........................................................................34
Hình 3.1.2: Băng tải vận chuyển vật liệu nghiền .............................................35
Hình 3.2.1: PLC S7-200 ...................................................................................49
Hình 3.2.2: PLC S7-300 ...................................................................................49
Hình 3.2.4 : PLC S7-300 ..................................................................................50
Hình 3.2.5 : Modul I/O của PLC S7-300 .........................................................50
Hình 3.2.6 : Thực hiện chương trình ................................................................50
Hình 3.2.7: Module mở rộng PLC S7-300 loại 312 .........................................52
Hình 3.2.8: Module mở rộng PLC S7-300 .......................................................52
Hình 3.2.9: Phần cứng PLC S7-300 .................................................................54
H×nh 3.3.2: Minh häa c¸c ph-¬ng ph¸p gi¶i mê ................61
Hình 3.3.3 Nguyên lý điều khiển không mờ ...................................................65

 

        


 
Hình 3.3.4 Nguyên lý điều khiển mờ ..............................................................65
Hình 3.3.5: Bộ cảm biến âm thanh ..................................................................66
Hình 3.3.6: Sơ đồ khối hệ thống đo và điều khiển máy nghiền dùng cảm biến

tiếng ồn ..........................................................................................68
Hình 3.3.7: Cửa sổ giao diện phần mềm mô phỏng FUZZY control++ ..........70
Hình 3.3.8: Giao diện của phần mềm cấu hình ................................................71
Hình 3.3.10: Cửa sổ hàm thành viên đầu vào ..................................................73
Hình 3.3.11: Cửa sổ hàm thành viên đầu ra .....................................................73
Hình 3.3.12: Cửa sổ xây dựng ma trận cho các biến........................................74
Hình 3.5.1 : Bộ mờ điều khiển quá trình nghiền ..............................................78
Hình 3.3.5.1 : Khâu mờ hóa tiếng ồn ...............................................................79
Hình 3.3.5.2: Khâu mờ hóa độ mịn ..................................................................79
Hình 3.3.5.3: Khâu mờ hóa tiếng ồn và độ mịn ...............................................80

 

        


 

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
LỜI NÓI ĐẦU

Khoa học kỹ thuật công nghệ ngày càng phát triển đặc biệt là các thiết
bị trong công nghiệp. Các giải pháp trong dây chuyền sản xuất ngày càng hiện
đại tích hợp các giải pháp tự động hóa toàn bộ. Trong dây chuyền sản xuất
PLC là một thành phần không thể thiếu bởi những ưu điểm vượt trội của nó
như sự hoạt động tin cậy, dễ vận hành và lập trình. Các hệ tích hợp trọn gói
như DCS, SCADA….là các giải pháp không thể thiếu trong các giải pháp
trong công nghiệp. Trong các hệ đó luôn sử dụng các chương trình có thể lập
trình cho các PLC như Step… và hệ thống giám sát HIM sử dụng WINCC,
LapView ngày càng được sử dụng rộng rãi.

Vì vậy luận văn này nghiên cứu về PLC đặc biệt là hệ Simatic S7-300
của Siemen cùng các phần mềm ứng dụng của nó như là Step7. Trọng tâm của
S7-300 là điều khiển quá trình trộn liệu trên cơ sở sử dụng logic mờ mà triển
vọng trong lĩnh vực tự động hóa logic mờ ngày càng được ứng dụng rộng rãi.
Nó thực sự hữu dụng với các đối tượng phức tạp mà ta chưa biết rõ hàm
truyền, logic mờ có thể giải quyết các vấn đề mà điều khiển kinh điển không
làm được. Luận văn này là sự kết hợp giữa lý thuyết điều khiển tự động và
ứng dụng nó trong các bài toán trong công nghiệp cũng như thực tế.
Đối tượng nghiên cứu trong luận văn này chỉ nghiên cứu quá trình trộn
liệu đơn giản nhưng nó là cơ sở thực tế để học viên có thể tiếp cận nhanh hơn
với dây chuyền công nghệ hiện đại hơn.
Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp tôi đã đi vào nghiên cứu thuật
toán điều khiển mờ và ứng dụng điều khiển mờ điều khiển quá trình trộn liệu.
Tùy theo từng đối tượng mà áp dụng các luật điều khiển khác nhau, tuy nhiên
các bộ điều khiển này đều có đầy đủ ưu điểm của bộ điều khiển mờ cơ bản,
nhưng chúng được tích hợp đơn giản, dễ hiểu, làm việc ổn định, tính bền vững
cao và làm việc tốt ngay cả khi thông tin của đối tượng không đầy đủ hoặc
không chính xác. Một số còn không chịu ảnh hưởng của nhiễu cũng như sự
thay đổi theo thời gian của đối tượng điều khiển.
                                                                           1


 

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đến nay luận văn của em đã hoàn
thành. Thành công này phải kể đến sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo
trong bộ môn ĐKTĐ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Đặc biệt là thầy PGS-TS Nguyễn Doãn Phước người đã trực tiếp

hướng dẫn tôi, đã hết lòng ủng hộ và cung cấp cho tôi những kiến thức hết sức
quý báu. Tôi xin dành cho thầy lời cảm ơn sâu sắc.
Tuy nhiên do thời gian, trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc
chắn không tránh khỏi những thiếu sót trong việc thực hiện đề tài. Em rất
mong được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn của
em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 04 năm 2012
Học viên

Vũ Xuân Hà

                                                                           2


 

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU

1.1 Sự hình thành và phát triển của công ty gạch Granite Đồng Nai
Công ty gạch Granite Đồng Nai (GRALICO) thuộc Tổng Công ty XD &
PT Hạ tầng, được thành lập từ năm 2001 theo Quyết định số: 18/TCCB ngày
12/01/2001 của Hội đồng quản trị Tổng Công ty Xây dựng và Phát triển Hạ
tầng – Bộ xây dựng, có trụ sở đặt tại: Km 9 –QL 51, Ấp Tân Mai II – xã
Phước Tân – huyện Long Thành – tỉnh Đồng Nai.

Hình 1.1: Tòa nhà điều hành nhà máy Gạch GRANITE Đồng Nai
Đồng Nai có diện tích 589500 ha, dân số khoảng 2 triệu người, lực

lượng lao động dồi dào có trình độ khá và tay nghề cao. Cơ cấu hành chính
của tỉnh gồm thành phố Biên Hòa và 7 huyện. Huyện Long Thành nằm ở phía
Tây Nam của tỉnh, ranh giới của huyện bao gồm:

                                                                           3


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

- Phía Bắc giáp Thành phố Biên Hòa và huyện Thống Nhất – Đồng Nai
- Phía Nam giáp Bà rịa Vũng Tàu và huyện Nhơn Trạch – Đồng Nai
- Phía Tây giáp Thành phố Hồ Chí Minh
- Phía Đông giáp huyện Long Khánh – Đồng Nai
Tổng diện tích của huyện là 53818 ha chiếm 9 % diện tích tự nhiên của
tỉnh, dân số 256300 người ( năm 2003 ), chiếm 9 % dân số toàn tỉnh, huyện có
một thị trấn và 18 xã.
Huyện có nhiều tuyến giao thông đường bộ huyết mạch của vùng chạy
qua. Long Thành là cửa ngõ của các thành phố lớn như: TPHCM, Biên Hòa,
Nhơn Trạch ( thành phố mới công nghiệp ), Vũng Tàu.
Long Thành có khả năng thu hút đầu tư cao, với lợi thế trên đã mở ra
cho huyện một triển vọng thuận lợi về phát triển kinh tế với tốc độ tăng trưởng
cao trong những thập niên đầu thế kỷ 21, đóng vai trò quan trọng trong chiến
lược phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Đồng Nai nói riêng cũng như vùng kinh
tế trọng điểm ở phía Nam nói chung.
Công ty được Tổng Công ty Xây dựng và Phát triển Hạ tầng
(LICOGI) – Bộ xây dựng đầu tư một dây truyền đồng bộ, hiện đại do hãng
SiTi – ITALY sản xuất với công xuất 1.500.00 m2 sản phẩn / năm. Tổng
vốn đầu tư ban đầu cho chuẩn bị mặt bằng, các dự án về xây dựng cơ sở hạ

tầng, trang thiết bị cũng như các loại nguyên liệu nội, ngoại nhập lên đến
trên 135 tỷ đồng (VND).
Các sản phẩm của Công ty bao gồm gạch Granite bóng kiếng, bóng mờ,
gạch vân mây, … với kích thước 300 x 300, 400 x 400, 500 x 500, 600 x 900
với tổng công suất 1,5 triệu m2 sản phẩm/năm. Trong đó sản phẩm loại 1
chiếm hơn 80%, loại 2 chiếm gần 10%, còn lại 10% gạch loại 3 và phế phẩm.

                                                                           4


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

Hình 1.2: Sản phẩm gạch mẫu
Để cạnh tranh được với sản phẩm gạch Granite ngọai nhập như Trung
Quốc, sản phẩm gạch Granite nội địa như : Taicera, Thạch Bàn, Long Hầu,
Thanh Thanh….đang có mặt trên thị trường. Công ty đã liên tục cố gắng cải
tiến mẫu mã cũng như chất lượng sản phẩm, đồng thời tìm kiếm các nguồn
nguyên liệu trong nước để thay thế dần nguyên liệu ngoại nhập, nhằm mục
đích giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh.
Với dây chuyền công nghệ hiện đại và đồng bộ, cùng với đội ngũ Kỹ sư,
Công nhân kỹ thuật lành nghề, được đào tạo cơ bản, thương hiệu GRALICO
tuy nhiên mới ra nhập thị trường trong nước xong với chất lượng sản phẩm lấy
“CHỮ TÍN” là hàng đầu, mẫu mã đa dạng, phong phú, cho nên đến ngày nay
đã được người tiêu dùng trong nước quan tâm và lựa chọn. Chắc chắn sẽ trở
nên quen thuộc trên thị trường gạch Granite Việt Nam mới mẻ và đầy tiềm
năng. Đồng thời có nhiều triển vọng vươn ra thị trường các nước trên Thế giới
trong những năm gần đây.
                                                                           5

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

Nhóm học viên chúng tôi xin chân thành gửi lời cám ơn đến Ban giám
đốc Công ty, các phòng ban nghiệp vụ và Ban quản đốc phân xưởng sản xuất
của Công ty đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi hoàn thành đợt thực
tập nghiên cứu cũng như sinh hoạt tại Công ty GRALICO.
Chúng tôi cũng xin gửi lời cám ơn chân thành đến đội ngũ Kỹ sư Công
nghệ, Công nhân kỹ thuật tại phân xưởng sản xuất đã tận tình hướng dẫn, giúp
chúng tôi có được một đợt thực tập nghiên cứu đầy ý nghĩa và bổ ích.
Xin kính chúc Quý Công ty ngày càng phát triển vững mạnh trên con
đường Công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước
1.2 Lý do chọn đề tài
Một ngành công nghiệp quan trọng liên quan đến lĩnh vực xây dựng là
công nghiệp sản xuất gạch granite. Gạch granite được sản xuất ra phải đáp ứng
được những yêu cầu về chất lượng như hình dáng, kích thước, độ bền, độ cứng
.v.v.v. Trong thực tế, dây chuyền sản xuất gạch granite là một quá trình phức
tạp với rất nhiều công đoạn như máy nghiền, máy ép, máy sấy đứng, lò nung
con lăn, bộ phận phân loại, đóng gói, … Trong đó, quá trình trộn liệu là một
khâu rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của gạch thành phẩm. Nếu
quá trình trộn liệu không chính xác thì chất lượng sản phẩm gạch khuyết tật
như vết nứt, biến dạng về kích thước, độ phẳng, thay đổi về màu men. v.v.v.
sẽ xuất hiện trên gạch thành phẩm. Vì vậy, quá trình trộn liệu luôn được mong
chờ để làm việc chính xác và tin cậy nhằm đáp ứng mọi yêu cầu kỹ thuật. Việc
nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển và giám sát quá trình trộn liệu tại công
ty Gạch Granite Đồng Nai trên cơ sở sử dụng Logic mờ để khắc phục các tồn
tại đã nêu là một yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

1.3 Kết quả sẽ đạt được
Đề tài có mục tiêu nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển và giám sát
quá trình trộn liệu gạch granite trên cơ sở sử dụng logic mờ nhằm cải thiện

                                                                           6


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

chất lượng điều khiển, thời gian đáp ứng nhanh, tỉ lệ thành phần trộn thực tế
trong quá trình trộn liệu.
Khảo sát và phân tích hiện trạng qui trình công nghệ sản xuất gạch
granite tại công ty gạch Granite Đồng Nai. Từ đó đi xây dựng cấu trúc tổng
thể bộ điều khiển và giám sát quá trình trộn liệu trên cơ sở sử dụng logic mờ.
Đây là đề tài nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa. Đề tài
xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát quá trình trộn liệu gạch granite có
chất lượng cao hơn hệ thống điều khiển và giám sát quá trình trộn liệu hiện có
tại công ty.

                                                                           7


 

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 Sơ đồ qui trình tổng quan về công nghệ sản xuất gạch Granite.
Hệ thống 12 silo chứa

Kho nguyên liệu
Tràng thạch – Cao lanh – Đất
sét – Tal – Đô lô mít – Bột phế

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1

1

Xe

Hệ thống trộn bột
1

Cân
định lượng

2

3

4

5

Máy tạo hạt
Băng tải

Kho: Men Frit Mà

Máy nghiền bi
Máy 1 – Máy 2 – Máy 3

Máy nghiền Men - Màu
Máy 1 – Máy 2

Máy Ép 1

Máy Ép 2

Máy Sấy đứng
Bể
hồ 2

Bể
hồ 3

Bể
Men

Bể
Màu

Hệ thống Bơm
à
Sàng rung khử từ

Bể
Hồ nền

Bể
Hồ nền

HT Tráng

HT nạp gạch,
Xe Autoca

Hệ thống Băng tải

Bể
hồ 1

Lò Nung

HT Phân loại
tự động

HT Mài – xén
cạnh

Kiểm tra
(KCS)

Kiểm tra
(KCS)

Đóng gói

Phân loại Đóng gói

Bơm Pít tông
Bơm 1 – Bơm 2

Máy sấy
phun

Nhập kho

Hình 2.1: Quy trình tổng quan về công nghệ sản xuất gạch
                                                                           8


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
2.2.1 Công đoạn nghiền, trộn phối liệu :
Thành phần nguyên liệu chủ yếu được sử dụng gồm có: đất sét, cao
lanh, tràng thạch, và các phụ gia. Nguyên liệu sau khi được mua chở về nhà
máy sẽ được đưa vào từng ngăn chứa khác nhau. Máy xúc sẽ xúc nguyên liệu
theo từng ngăn đổ vào cân định lượng theo tỷ lệ thành phần khối lượng phối
liệu xác định trước ( 20 tấn nguyên liệu khô ). Phối liệu sau khi cân theo hệ
thống băng tải đưa vào máy nghiền bi ướt, làm việc gián đoạn với một lượng
nước vừa đủ, đồng thời bổ sung bi nghiền nếu cần thiết với tỷ lệ nước-bi-phối
liệu là 0.5:1:1. Độ mịn yêu cầu của hồ sau khi ra khỏi máy nghiền bi được xác
định bằng lượng sót sang 10.000lỗ/cm2 phải đạt từ 3-5% ( tức hơn 95% có
kích thước hạt nhỏ hơn 63µm.

Hình 2.2.1: Công đoạn nghiền và trộn phối liệu
Hồ sau khi nghiền xong sẽ được tháo qua hệ thống sàng khử từ để loại
bỏ các hạt thô và khử từ loại bỏ oxit sắt vào bể chứa có cánh khuấy. Để chất
lượng hồ ổn định, không bị sánh phải bảo đảm cánh khuấy hoạt động liên tục.
Sau đó hồ nguyên liệu được hệ thống bơm màng (sử dụng bằng khí nén) đưa
qua hệ thống sàng rung một lần nữa để loại bỏ hạt thô và khử từ loại bỏ oxít
sắt bằng nam châm. Và cuối cùng hồ được đưa vào bồn điều chỉnh ( tank chứa
4m3 ). Bồn điều chỉnh có vai trò ổn định chất lượng hồ và có thể điều chỉnh tỷ

trọng của hồ taị đây. Sau đó hồ được bơm vào tháp sấy phun ( trường hợp này
sản xuất gạch không màu ).
Màu được cân và nạp vào máy nghiền bi 2150 lit. Sau khi nghiền màu,
hồ màu được hệ thống bơm màng chuyển đến các bồn 4m3 có chứa cánh
                                                                           9


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

khuấy ( 20 vòng/phút ) để lưu trữ. Sau đó được qua sàng vào bơm màng
chuyển đến thiết bị trộn hồ nền với hồ màu, từ đó hồ được bơm vào tháp sấy
phun ( trường hợp này sản xuất gạch màu ).
2.2.2 Công đoạn sấy phun:
Hồ nguyên liệu được bơm piston bơm lên tháp sấy phun. Nhờ nhiệt độ
của dòng khí nóng từ buồng đốt, sản phẩm ra khỏi thiết bị sấy có dạng bột mịn
với độ ẩm nhỏ hơn 6 %. Bột mịn ( bột đơn màu ) sau khi sấy phun được sàng
để loại bỏ các hạt không đạt yêu cầu ( hạt thô ) và sau đó được hệ thống băng
tải đưa lên đổ chứa vào hệ silo 1.
2.2.3 Công đoạn lưu trữ bột đến máy ép:
Bột đơn màu sau sấy phun được sàng để loại bỏ các hạt không đạt yêu
cầu (hạt thô) và chuyển vào hệ silo 1 qua hệ thống băng tải. Mỗi bột đơn màu
sẽ được chuyển vào các silo chứa khác nhau nhờ hệ thống dao gạt băng tải vận
hành bằng khí nén. Tại đây bột được lưu trữ ít nhất 24h để đạt được độ đồng
nhất về độ ẩm trước khi vào máy ép. Như vậy giai đoạn ép sẽ thuận lợi hơn và
gạch không bị phân lớp.
Sau quá trình lưu trữ bột được sàng và theo hệ thống băng tải chuyển đến hệ
silo 2.
Từ hệ silo 2: bột đơn màu được cân bằng thiết bị định lượng và trộn bằng thiết

bị trộn tĩnh theo tỷ lệ đã cài đặt tương ứng với các mẫu mã gạch. Sau đó hỗn
hợp bột này được chuyển đến hệ silo 3 trước máy ép bằng hệ thống băng tải.
Từ hệ silo 3: nhập bột vào khung trước máy ép một hoặc hai lần.
2.2.4 Công đoạn ép tạo hình:
Bột mịn từ hệ silo 3 sẽ được nhập vào máy ép để tạo hình tấm phẳng có
kích thước theo yêu cầu. Sử dụng phương pháp tạo hình ép bán khô và thiết bị
ép thủy tĩnh nên áp lực ép rất đồng đều.

                                                                           10


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

2.2.5 Công đoạn sấy gạch mộc:
Hệ thống băng tải chuyển gạch từ máy ép sang máy sấy đứng để giảm
tối đa hàm ẩm còn trong gạch mộc ( từ 6% xuống 0% ) và tạo độ bền cơ tương
đối cho các gia đoạn gia công sau.
Đối với sản phẩm mài: gạch mộc sau khi ra khỏi máy sấy được hệ
thống băng tải đưa qua thiết bị chổi quét và quạt thổi làm sạch bụi rồi được
chuyển vào xe gòn để lưu trữ trước khi đưa vào lò nung con lăn ( do công suất
của máy ép và khâu tráng men luôn cao hơn so với công suất của lò nung để
tránh tình trạng thiếu hụt sản phẩm khi xếp vào lò nung gây mất cân bằng
nhiệt và tiêu tốn năng lượng ).
Đối với sản phẩm tráng men: thì gạch mộc được chuyển đến bộ phận
tráng men.
2.2.6 Công đoạn tráng men:
Chuẩn bị men nền, men lót chống dính
Gạch mộc sau khi ra khỏi máy sấy được hệ thống băng tải đưa qua thiết

bị chổi quét và quạt thổi để làm sạch bụi rồi được đưa vào khâu tráng men.
Đối với công nghệ sản xuất gạch granite chỉ sử dụng men trong chứ không
dung men đục như gạch ceramic. Men sẽ được tráng lên gạch mộc bằng cách
dùng hệ thống béc phun. Sau khi tráng men xong, gạch sẽ được băng tải
chuyển vào xe goòng để lưu trữ trước khi đưa vào lò nung con lăn
2.2.7 Công đoạn nung:
Trước khi vào lò nung, gạch được tráng lớp engobe chân theo các
đường gân mặt dưới viên gạch, có tác dụng chống dính con lăn khi nung.
Gạch được xếp lên hệ thống băng chuyền tiếp tục đưa vào lò nung, kiểu lò con
lăn là thiết bị không thể thiếu trong công nghệ nung nhanh. Trong lò, các giá

                                                                           11


 

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

đỡ kiểu con lăn với tốc độ quay đủ chậm để đưa sản phẩm nung qua các vùng
gia nhiệt, nhiên liệu sử dụng là khí tự nhiên. Thời gian nung khoảng 50 phút.
2.2.8 Công đoạn hoàn tất sản phẩm:
Đối với sản phẩm tráng men: sản phẩm được phân loại trên băng
chuyền bằng hệ thống kiểm tra tự động theo kích thước, độ cong vênh, khuyết
tật, độ phẳng và màu sắc men. Sau đó chuyển đến máy cắt xén, để cắt xén các
cạnh làm cho sản phẩm được đồng đều hơn. Cuối cùng sản phẩm được đóng
gói và đưa vào kho thành phẩm.
Đối với sản phẩm mài: sản phẩm sau khi nung được phân loại trên băng
chuyền và được đưa đến máy mài bóng sản phẩm. Cuối cùng sản phẩm được
đóng gói và đưa vào kho thành phẩm.

2.3 Quy trình công nghệ nghiền và trộn nguyên liệu
Nguyên liệu :
9 Đơn phối cho một mẻ:
- Sét Dầu Tiếng :

11.440 kg ( 48.45%)

- Cao lanh Bảo Lộc :

2.913 kg (12.34%)

- Tràng thạch Thái Lan :

1.087 kg (4.60%)

- Tràng thạch Lào Cai :

1.963 kg (8.31%)

- Tràng thạch Đà Nẵng :

4.418 kg (18.70%)

- Dolomite :

806 kg (3.40%)

- Cát Bình Dương :

461 kg (1.95%)

- Bột phế không màu :

526 kg (2.23%)

- STTP :

110 kg

- Lượng nước thêm vào :

7.600 lít

                                                                           12


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

9 Tính chất và vai trò của các loại nguyên liệu:
™ Đất sét:
- Đất sét là sản phẩm của quá trình phong hóa thứ sinh từ đá gốc. Quá
trình phong hóa gồm quá trình hóa học, là quá trình hòa tan và rửa trôi các
oxýt kiềm và kiềm thổ trong đá gốc bởi nước, H2CO3 và các axit hữu cơ. Quá
trình cơ học, là quá trình thay đổi khí hậu làm cho đá mẹ bị vỡ ra và quá trình
bào mòn, ngòai ra còn có sự đóng góp của quá trình phong hóa sinh học, trong
khi đi tìm kiếm các chất dinh dưỡng, rễ cây lan dần trên mặt đất làm cho đá bị
biến chất mủn ra, hay bị mòn đi.
- Đất sét là nguyên liệu cơ bản của công nghệ silicát. Đất sét là tên

chung chỉ các loại nguyên liệu đất có chứa các nhóm khoáng alumo – silicát
ngậm nước có cấu trúc lớp với độ phân tán cao, trộn với nước có tính dẻo, khi
nung tạo sản phẩm kết khối rắn chắc.
Trong đất sét chứa các khoáng chính như :
Khoáng caolinhít: Al2(Si2O5)(OH)4
Khoáng halloysiet: Al2(Si2O5)(OH)4.2H2O
Khoáng montmorillonit: Al1.67{(Na,Mg)0.33}(Si2O5)(OH)2
Khoáng pirophilit: Al2(Si2O5)2(OH)2
Khoáng illit: Al2-xMgxK1-x-y(Si1.5yAl0.5+yO5)2(OH)2
- Vì đất sét là sản phẩm của quá trình phong hóa thứ sinh nên kích
thước hạt rất bé. Đồng thời vì kích thước hạt bé do bị bào mòn dưới tác dụng
cơ học nên hạt đất sét tròn và ít khuyết tật nên ảnh hưởng rất nhiều đến khả
năng hoạt hóa của đất sét, làm giảm khả năng hoạt hóa của đất sét. Vì kích
thước hạt đất sét rất mịn nên không phải nghiền, do đó khi cho đất sét vào máy
nghiền bi để nghiền cùng với các loại nguyên liệu khác chủ yếu là để trộn đều
đất sét với các loại nguyên liệu khác để tạo ra huyền phù đồng nhất. Cũng

                                                                           13


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

chính vì kích bé nên khả năng hút ẩm của đất sét là rất lớn, đất sét nguyên khai
độ ẩm có khi lên đến 20%.
- Đặc tính của đất sét khi trộn với nước, tùy theo lượng nước mà ta có
tính chất của hỗn hợp sẽ khác nhau (ít dẻo, rất dẻo, chảy dẻo và chảy thành
dòng liên tục).
™ Giải thích sự tích điện của đất sét

- Khi cho đất sét vào trong nước thì các phân tử nước vào các lớp trống
dẫn đến sự trương nở phá hủy các liên kết chưa bão hòa khi ấy đất sét có
khuynh hướng hấp thụ OH- hay H+, do vậy sự tích điện của đất sét hoàn toàn
phụ thuộc vào độ PH của môi trường điện ly. Nếu môi trường là axit thì OHsẽ bị tách ra từ Al(3-n)+ còn OH- sẽ không tách ra từ Si-OH do liên kết Si-O rất
bền vững, kết quả là đất sét sẽ tích điện dương. Nếu môi trường là bazơ thì H+
sẽ bị tách ra từ Si(4-n)+ và Al(3-n)+, kết quả là đất sét tích điện âm. Sở dĩ nói đất
sét mang tính axit, là vì lý do sau: Bắt nguồn từ nguồn gốc hình thành đất sét,
sự rửa trôi các oxýt kim loại kiềm mang kiềm tính, thay vào đó là các phân tử
nước trung tính do đó trong cấu trúc tại những vị trí chưa bão hòa có sự thừa
điện tích dương vì vậy đất sét mang tính axít, mặc khác thì khả năng cho H+
của đất sét mạnh hơn khả năng cho OH- nên đất sét mang tính axit mạnh hơn
vì vậy trong môi trường nứơc trung tính thì đất sét mang điện tích âm, mang
tính axit.
- Do đất sét là sản phẩm thứ sinh, nên trong đất sét có rất nhiều khoáng
mà chủ yếu là khoáng dẻo. Do đó có khả năng chứa các phân tử nước giữa các
lớp trong cấu trúc đóng vai trò là cầu nối giữa ion H+ và ion OH-, do đó giữa
các lớp có thể trượt tương đối với nhau mà cấu trúc không bị phá vỡ. Mặc
khác vì chứa nước bên trong cấu trúc nên xảy ra hiện tượng tăng thể tích trong
đất sét.
- Nếu lượng nước tiếp tục tăng thì sẽ hình thành hệ keo giữa đất sét và nước.

                                                                           14


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

™ Giải thích sự keo tụ của đất sét trong huyền phù đất sét nước
- Như đã giải thích ở trên thì thông thường hạt sét mang tích điện âm

nên hấp phụ lên bề mặt [H3O]+ và các ion có mặt trong huyền phù như ion
Ca2+, Mg2+, Al3+, Na+, ... vì vậy làm hạt sét kết tụ. Do đó để làm hạt sét không
kết tụ thì người ta tạo môi trường axít yếu như thủy tinh lỏng làm bền không
cho các hạt sét tiếp xúc với nhau đồng thời hạn chế sự hấp phụ của các ion
dương lên bề mặt các hạt sét (vì tạo môi trường axít yếu nên giảm một phần sự
tích điện âm của đất sét và môi trường axít nên đóng vai trò cản trở sự tiếp xúc
của các ion kim loại nặng với hạt sét, thay vào đó trên bề mặt hạt sét chủ yếu
là các ion H+).
- Còn có một cách làm bền hạt sét không cho sự kết tụ xảy ra là ngăn
cản không cho sự tiếp xúc của các hạt sét xảy ra bằng cách dùng các hợp chất
cao phân tử.
- Đất sét ở Công ty dùng toàn bộ đất sét trắng để làm gạch Granite. Đất
sét trắng khi nhập về kho chứa ẩm nên có màu hơi sẫm nhưng khi cho bay hết
nước thì đất sét này có màu trắng như cao lanh.
- Đất sét được vận chuyển về kho bằng phương tiện xe ô tô ở dạng khối
và khi nhập kho được đổ thành đống.
- Vai trò chính của đất sét đối với công nghệ sản xuất gạch ốp lát bằng
phương pháp ép bán khô là cung cấp SiO2 và Al2O3 để tạo mulit, đồng thời
giúp tạo huyền phù cho hệ được dễ dàng hơn do đó tăng khả năng nghiền liệu
trong cối nghiền và giúp cho huyền phù chạy trong ống dễ dàng hơn
™ Cao lanh:
- Cao lanh cũng giống như đất sét là sản phẩm của quá trình phong hóa
nhưng là phong hóa nguyên sinh từ đá gốc, quá trình phong hóa gồm quá trình
hóa học, quá trình cơ học và quá trình sinh học.

                                                                           15


Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật

 

- Cao lanh là nguyên liệu cơ bản của công nghệ silicát chỉ sau đất sét.
Cao lanh là tên chung chỉ các loại nguyên liệu đất có chứa các nhóm khoáng
alumo – silicát ngậm nước trong đó khoáng chính là caolinhít.
- Trong cao lanh cũng chứa các khoáng tương tự như đất sét nhưng
lượng khoáng caolinhít là cao nhất.
Vì cao lanh là sản phẩm của quá trình phong hóa nguyên sinh nên kích
thước hạt không mịn bằng đất sét nhưng bù lại vì phong hóa tại chỗ nên cao
lanh rất trắng, ít lẫn tạp chất mà vai trò của đất sét và cao lanh là tương
đương nhau, vì lý do đó mà cao lanh thường có giá trị cao hơn đất sét. Đồng
thời vì phong hóa tại chỗ nên hạt cao lanh gồ ghề và nhiều khuyết tật nên ảnh
hưởng rất nhiều đến khả năng hoạt hóa của cao lanh, làm tăng khả năng hoạt
hóa của cao lanh. Cũng chính vì kích thước bé nên khả năng hút ẩm của cao
lanh là rất lớn.
- Đặc tính của cao lanh khi trộn với nước, tùy theo lượng nước mà ta có
tính chất của hỗn hợp sẽ khác nhau( ít dẻo, rất dẻo, chảy dẻo và chảy thành
dòng liên tục).
™ Độ dẻo của cao lanh là do hai nguyên nhân:
- Do kích thước mịn nên khả năng hấp phụ nước rất mạnh hình thành
nên màng hydrat, khi ấy màng này đóng vai trò liên kết các hạt cao lanh lại
với nhau. Đồng thời những màng này cũng có khả năng trượt tương đối với
nhau do đó hình thành tính dẻo của cao lanh. Mặc khác nước là chất lỏng có
sức căng bề mặt cực đại và cũng là chất lỏng điện môi rất cao, nó cũng chính
là một trong những nguyên nhân chính hình thành tính dẻo của cao lanh. Như
phân tích ở trên do hạt cao lanh gồ ghề nên màng hydrát bị giữ trên bề mặt
không những là do lực tĩnh điện (do cao lanh có tính axít rất yếu) mà còn do
lực mao quản và lực ma sát do đó màng hydrát của cao lanh bị giữ chặt hơn
màng hydrat của đất sét làm cho khả năng trượt của màng hydrat trong cao
lanh tốt hơn đó chính là ưu điểm của cao lanh so với đất sét.

                                                                           16