Ứng dụng WinCC flexible và PLC vào điều khiển dây chuyền nghiền đá bột

1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 3
CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH KẾT CẤU, CÁC PHẦN TỬ TRONG DÂY
CHUYỀN NGHIỀN ĐÁ BỘT.............................................................................. 5
1.1 Giới thiệu về vật liệu đá và quá trình nghiền đá ............................................. 5
1.1.1 Giới thiệu về đá........................................................................................ 5
1.1.2 Quá trình nghiền đá.................................................................................. 6
a. Khái niệm về nghiền ................................................................................. 6
b. Các phương pháp đập nghiền ................................................................... 8
c. Các loại máy nghiền.................................................................................. 8
1.2 Kết cấu và các phần tử trong dây chuyền nghiền đá bột ................................ 8
1.2.1 Kết cấu đặc trưng của một dây chuyền nghiền đá bột ............................. 8
1.2.2 Các phần tử trong dây chuyền nghiền đá bột ......................................... 10
a. Máy nghiền thô ....................................................................................... 10
b. Gầu nâng ................................................................................................. 11
c. Máy nạp liệu kiểu rung ........................................................................... 12
d. Máy nghiền tinh ...................................................................................... 13
e. Thiết bị lọc xoáy- Cyclone ...................................................................... 14
f. Thiết bị lọc bụi kiểu tay áo ...................................................................... 15
g. Quạt hút ly tâm ....................................................................................... 16
h. Van xả bột ............................................................................................... 17
1.3 Trình tự hoạt động của dây chuyền nghiền đá bột ........................................ 18
Kết luận ........................................................................................................... 22
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT ..................... 23
2.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển giám sát - SCADA ................................. 23
2.2 Phân loại hệ thống SCADA .......................................................................... 24
2.3 Cấu trúc cơ bản hệ thống điều khiển giám sát - SCADA ............................. 25
2.4 Mạng truyền thông công nghiệp trong SCADA ........................................... 26
2.5 Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ thống SCADA ................................. 33

2.6 Tổng quan về HMI........................................................................................ 34
2.6.1 Giới thiệu về HMI.................................................................................. 34
2.6.2 Các thành phần của HMI ....................................................................... 35
2.6.3 Quy trình xây dựng hệ thống HMI ........................................................ 36
2.6.4 Các hệ thống HMI thực tế...................................................................... 36


2

Kết luận ........................................................................................................... 38
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH PANEL DÂY CHUYỀN VÀ GHÉP NỐI
PLC ..................................................................................................................... 39
3.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình Simatic S7 - 300 .................................... 39
3.1.1 Giới thiệu về PLC S7 - 300.................................................................... 39
3.1.2 Các Module của PLC S7 - 300 .............................................................. 40
3.1.3 Kiểu dữ liệu và bộ nhớ trong PLC ......................................................... 41
a. Kiểu dữ liệu trong PLC ........................................................................... 41
b. Bộ nhớ PLC ............................................................................................ 42
3.1.4 Vòng quét và cấu trúc chương trình....................................................... 43
a. Vòng quét chương trình của PLC S7 - 300 ............................................. 43
b. Cấu trúc chương trình ............................................................................. 44
3.2. Phân tích các đầu vào ra của PLC S7 - 300 ................................................. 46
3.2.1 Đầu vào PLC S7 - 300 ........................................................................... 46
3.2.2 Đầu ra PLC S7 - 300 .............................................................................. 54
3.3 Mô hình Panel ghép nối PLC........................................................................ 58
Kết luận ........................................................................................................... 61
CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH WINCC GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH
DÂY CHUYỀN .................................................................................................. 62
4.1 Lập trình WinCC giám sát ............................................................................ 62
4.1.1 Giới thiệu ............................................................................................... 62

4.1.2 Lập trình giao diện HMI trên phần mềm WinCC Flexible 2008 ........... 63
a. Tạo một Project mới ............................................................................... 63
b. Kết nối PLC và WinCC Flexible ............................................................ 64
c. Tạo các biến kết nối PLC S7 - 300 và WinCC Flexible ......................... 66
d. Thiết kế giao diện điều khiển trên phần mềm WinCC Flexible 2008 .... 68
4.2 Lập trình điều khiển dây chuyền nghiền đá bột ............................................ 71
4.2.1 Xây dựng cấu hình phần cứng cho CPU S7 - 300 ................................. 71
4.2.2 Lập trình mô phỏng trong STEP 7 ......................................................... 75
4.3 Kết quả mô phỏng ......................................................................................... 78
Kết luận ........................................................................................................... 81
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 83
PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC S7 -300 ............................. 84


3

MỞ ĐẦU
Hầu hết mọi người dân Việt Nam không ai còn lạ gì với câu nói "Rừng
vàng biển bạc". Quả thật thiên nhiên rất ưu ái với đất nước và con người Việt
Nam. Nhưng việc khai thác và sử dụng tài nguyên như thế nào cho hợp lý đã,
đang và sẽ tiếp tục là bài toán hóc búa đối với nhà nước ta. Hiện nay tình trạng
khai thác ồ ạt, không có định hướng cùng với xuất khẩu dưới dạng thô không
những dần dần làm cạn kiệt tài nguyên quốc gia mà còn gây ra sự lãng phí vô
cùng nghiêm trọng. Một trong số những tài nguyên đó là đá trắng.
Theo khảo sát 6 tháng đầu năm 2012, qua cảng Cửa Lò (Nghệ An) có hơn
700 nghìn tấn đá trắng các loại được xuất khẩu, tuy nhiên vẫn theo cách thức cũ
là xuất khẩu thô không qua chế biến. Số liệu cho thấy giá trị của 1 tấn đá trắng
thô trung bình chỉ là 23.2 USD trong khi 1 tấn đá trắng nghiền mịn có giá lên
đến 89.2 USD. Với công nghệ của mình, các nước nhập khẩu đá trắng về chế

biến thành bột mịn, thêm phụ gia và bán đi với giá thành gấp rất nhiều lần so với
giá thành nhập về. Ứng dụng của bột đá trong cuộc sống hiện đại vô cùng phong
phú. Từ vật liệu xây dựng, công nghiệp sản xuất giấy, nhựa, sơn thậm chí cả
trong y tế và sản xuất thực phẩm...
Ở nước ta hiện nay, số doanh nghiệp khai thác và xuất khẩu đá trắng chỉ
đếm trên đầu ngón tay, công nghệ khai thác, chế biến và năng suất còn rất hạn
chế, các dây chuyền nhập khẩu từ nước ngoài về thì giá thành quá cao. Mặt
khác, ngành tự động hóa được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất đang đem lại rất
nhiều ưu điểm: tăng năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành
sản phẩm... Áp dụng công nghệ tự động hóa vào các dây chuyền sản xuất sẽ dần
thay thế sức lao động của con người. Từ các vấn đề trên, việc nghiên cứu, chế
tạo, lắp ráp và điều khiển một dây chuyền nghiền đá bột với năng suất cao, ổn
định, giá thành phù hợp là vô cùng cấp thiết. Với lí do đó, đề tài: "Nghiên cứu
ứng dụng PLC và phần mềm WinCC điều khiển dây chuyền nghiền đá bột "
đã hình thành.


4

Mục đích nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu về cấu tạo, chức năng, nguyên
lý hoạt động của các phần tử trong một dây chuyền nghiền đá bột, tìm hiểu về hệ
thống điều khiển giám sát SCADA từ đó lập trình điều khiển mô hình dây
chuyền dựa trên nền phần mềm WinCC Flexible 2008, phần mềm chuyên dụng
để thiết kế các hệ thống giao diện người- máy HMI (Human Machine Interface)
trong tự động hóa công nghiệp của hãng SIEMENS.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ dừng lại ở mức độ thiết kế Panel mô
phỏng dây chuyền nghiền đá bột kết nối với PLC S7 - 300. Các thông số điều
khiển cũng như trạng thái hoạt động của các cảm biến, đèn báo đều được thể
hiện một cách trực quan trên giao diện đồ họa của phần mềm.

5

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH KẾT CẤU, CÁC PHẦN TỬ TRONG
DÂY CHUYỀN NGHIỀN ĐÁ BỘT
1.1 Giới thiệu về vật liệu đá và quá trình nghiền đá
1.1.1 Giới thiệu về đá
Đá là loại nguyên vật liệu, khoáng sản tồn tại ở thể rắn. Có hàng trăm các
loại khoáng vật khác nhau tham gia cấu tạo nên vỏ Trái đất. Các khoáng vật này
không tồn tại một cách riêng rẽ trong thiên nhiên mà tạo thành những mỏ lớn
xuất hiện ở những địa điểm khác nhau và được tạo thành trong những khoảng
thời gian khác nhau. Những tập hợp khoáng vật như vậy được gọi là đá.
Thành phần chủ yếu trong đá là thạch anh, các khoáng vật quặng, canxi,
các khoáng vật sét... Các thành phần trong đá quyết định tính chất vật lý, khả
năng sử dụng vào thực tế của đá. Các tính chất của đá còn phụ thuộc vào trạng
thái cơ học của chúng như mức độ phong hoá, độ nứt tế vi...
Trong số các khoáng vật tạo đá, thạch anh có độ bền cao nhất. Giới hạn
bền nén của thạch anh khoảng 5000 kG/cm2, đá canxi (CaCO3) khoảng 100
kG/cm2, granit hạt nhỏ cũng có độ bền khá lớn 3500 kG/cm2. Ngoài ra, người ta
cũng dùng thang Mohs để xác định độ cứng của đá, ví dụ thạch anh có độ cứng
Mohs là 7, đá canxi là 3, kim cương có độ cứng cao nhất là 10 (ứng với độ cứng
tuyệt đối là 1500).
Đá trắng có thành phần chủ yếu là Canxi cacbonat, công thức hóa học là
CaCO3, khối lượng riêng là 2830 Kg/m3. Bột đá CaCO3 là một trong những vật
liệu hữu ích nhất đối với loài người. Bột đá được sử dụng rộng rãi trong vai trò
của chất kéo duỗi trong các loại sơn, cụ thể trong sơn lót, sơn phủ, bột đá chiếm
khoảng 30% khối lượng sơn. Bột đá cũng được dùng làm chất độn trong chất
dẻo, chiếm khoảng 15 - 20% khối lượng ống dẫn nước PVC. Bột đá được dùng
trong y tế với vai trò là thuốc bổ sung canxi, chất khử chua, làm lớp tráng ngoài
của giấy, làm phụ gia thực phẩm (bánh, kẹo, sữa đậu nành...). Bột đá cũng được

sử dụng trong xử lý nước thải và trung hòa tình trạng chua ở trong đất (ruộng
phèn).


6

1.1.2 Quá trình nghiền đá
a. Khái niệm về nghiền
Nghiền là quá trình phá hủy vật liệu thể rắn bằng lực cơ học thành các
phần tử nhỏ hơn, nghĩa là bằng cách đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực
này lớn hơn lực hút phân tử của vật thể. Hay nói một cách khác nghiền là quá
trình làm giảm kích thước của hạt từ kích thước ban đầu đến kích thước sử dụng.
Tùy theo độ lớn của sản phẩm nghiền, người ta phân biệt: nghiền hạt và
nghiền bột.
Nghiền hạt
Nghiền thô
350 - 100 mm
Nghiền vừa
100 - 40 mm
Nghiền nhỏ
40 - 4 mm

Nghiền bột
Bột thô
5 - 0.1 mm
Bột mịn
0.1 - 0.05 mm
Bột siêu mịn
< 0.05 mm

Bảng 1. 1 Phân biệt đá theo độ lớn hạt
* Khi sử dụng máy nghiền cần quan tâm đến các tính chất của vật liệu đem
nghiền đó là: độ bền, độ giòn, tính mài mòn và độ lớn hạt.
- Độ bền: độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá hủy của
chúng dưới tác dụng của ngoại lực. Độ bền được đặc trưng bằng giới hạn bền
nén (dn) và giới hạn bền kéo (dk):

σn =

Pn
F

,

σk =

T
F

( N / m2 )

Pn: lực nén vỡ (N),
T: lực kéo đứt (N),
F: tiết diện chịu kéo hoặc nén (m2),
Tùy thuộc độ bền dn , người ta phân các loại đá thành:
Loại
Siêu bền
Bền
Bền trung bình
Kém bền

dn (MN/m2)
> 250
150 - 250
80 - 150
< 80

Bảng 1. 2 Phân loại đá theo độ bền


7

- Độ giòn: đặc trưng cho khả năng bị phá hủy của vật liệu dưới tác động
của lực va đập. Tính giòn càng tăng thì năng lượng nghiền càng giảm và năng
suất máy càng tăng. Vật liệu giòn có sự sai khác rất lớn giữa giới hạn bền nén và
bền kéo. Dựa vào số lần va đập cần thiết để làm vỡ vật liệu, người ta phân thành
các loại sau:
Loại
Rất giòn
Giòn
Dai
Rất dai

Số lần va đập
<2
2-5
5 - 10
> 10

Bảng 1. 3 Phân loại đá theo độ giòn

- Tính mài mòn: đặc trưng cho khả năng của vật liệu làm mòn bộ phận
công tác khi làm việc.
- Độ lớn hạt: hạt vật liệu có hình dạng khác nhau và thường được xác định
bằng các số đo: chiều dài a, chiều rộng b, bề dày c. Khi nghiên cứu, để đơn giản
người ta xem viên đá là khối cầu có đường kính quy ước D và sản phẩm được
nghiền có đường kính quy ước d.
- Đường kính quy ước d được xác định theo nhiều cách khác nhau như
sau:
+ Theo trung bình cộng: d =

a+b+c
3

+ Theo trung bình nhân: d = 3 a.b.c
- Mức độ nghiền: là tỷ số giữa kích thước của vật liệu trước khi nghiền
với kích thước của hạt sản phẩm ký hiệu là i. Mức độ nghiền là một chỉ tiêu đặc
trưng cho quá trình nghiền, liên quan đến năng suất và công suất của máy
nghiền.
Với: Dmax: kích thước lớn nhất của vật liệu trước khi nghiền,
dmax: kích thước lớn nhất của hạt sản phẩm sau khi nghiền.
Trong thực tế đường kính lớn nhất trong vật liệu được lấy bằng kích thước lỗ


8

lưới vuông mà vật liệu lọt qua.
b. Các phương pháp đập nghiền
- Ép vỡ: Đá bị phá vỡ khi hai mặt nghiền tiến sát vào nhau tạo ra lực ép có ứng
suất vượt quá giới hạn bền nén.
- Tách vỡ: Xảy ra khi trên mặt nghiền có các gân nhọn, đá bị tách ra do ứng suất

tiếp tuyến vượt qua giới hạn bền.
- Uốn vỡ: Đá được kê trên hai gối đỡ và bị uốn bởi lực tập trung ở giữa.
- Miết vỡ: Xảy ra khi hai mặt nghiền trượt tương đối với nhau, lớp mặt ngoài
của đá bị biến dạng và bị tách ra do ứng suất tiếp vượt quá giới hạn bền.
- Đập vỡ: Đá bị tải trọng va đập tác động, trong đá xuất hiện đồng thời các biến
dạng khác nhau nhưng ở trạng thái động.
c. Các loại máy nghiền
Dựa vào kích thước sản phẩm, máy nghiền được phân thành máy nghiền
hạt (nghiền vỡ) và máy nghiền bột.
Máy nghiền hạt bao gồm một số loại thông dụng sau:
+ Máy nghiền má.
+ Máy nghiền nón.
+ Máy nghiền trục.
+ Máy nghiền va đập:
• Máy nghiền búa.
• Máy nghiền roto.
Máy nghiền bột bao gồm:
+ Máy nghiền đĩa.
+ Máy nghiền bi.
+ Máy nghiền con lăn.
1.2 Kết cấu và các phần tử trong dây chuyền nghiền đá bột
1.2.1 Kết cấu đặc trưng của một dây chuyền nghiền đá bột


9

Dựa vào loại sản phẩm đầu ra là bột thô, bột mịn, bột siêu mịn mà dây
chuyền nghiền đá bột có các kiểu kết cấu khác nhau. Sau đây là kết cấu đặc
trưng của một dây truyền nghiền đá bột siêu mịn:

Hình 1. 1 Kết cấu đặc trưng của một dây chuyền nghiền đá bột
* Nguyên lý làm việc
Ban đầu, đá theo băng chuyền được chuyển đến máy nghiền thô như máy
nghiền má (Jaw Crusher), nghiền búa (Hammer Crusher)... để đạt đến kích
thước cần thiết. Sản phẩm nghiền sau đó theo gầu nâng (Bucket Elevator) được
chuyển vào phễu chứa (Storage Hopper). Bột đá thô sau đó theo máy nạp liệu
kiểu rung (Vibrating Feeder) đẩy xuống buồng chứa để chuẩn bị quá trình
nghiền tinh. Nhờ có máy rung mà vật liệu được đẩy xuống một cách đều đặn,
liên tục góp phần nâng cao chất lượng nghiền. Trong buồng máy nghiền tinh,
bột đá được nghiền đến độ hạt theo yêu cầu, sau đó hỗn hợp khí và bột đá được
quạt thổi hút lên trên, tiếp tục đi vào bộ phân tách. Qua thiết bị phân tách
(Classifier) bột đá có chất lượng tốt, độ hạt mịn được bộ lọc xoáy (Cyclone
Collector) tách khỏi dòng khí, và thoát ra ngoài qua van thu đặt ở cửa dưới của
Cyclone, ta thu được sản phẩm cuối cùng của quá trình nghiền. Bột đá thô chưa
đạt kích thước yêu cầu không lọt qua bộ phân tách sẽ rơi trở lại buồng nghiền,


10

tiếp tục nghiền cho đến khi đạt yêu cầu.
Dòng khí thoát ra ở phía trên của Cyclone được quạt hút chuyển vào bộ
lọc bụi (Dust Filter). Bụi bị giữ lại ở các túi lọc và để không khí sạch thoát ra
ngoài, bụi đá có thể được thu hồi bằng van xả đặt ở bên dưới buồng lọc.
1.2.2 Các phần tử trong dây chuyền nghiền đá bột
a. Máy nghiền thô
* Máy nghiền má

Hình 1. 2 Cấu tạo máy nghiền má
- Nguyên lý:
+ Máy gồm giá (1) lắp má tĩnh (2), trục treo (4) treo má động (3). Trên má động

và má tĩnh đều bắt các tấm lót. Khi trục lệch tâm (5) quay, nó sẽ làm cho tay
biên (6) chuyển động lên trên, các cánh tay đòn (7) và (8) sẽ đẩy má động quanh
trục (4), ép vật liệu vào má tĩnh, thực hiện quá trình nghiền vật liệu. Khi tay biên
(6) chuyển động xuống, kéo má động (3) về vị trí cũ. Khi đó vật liệu bị nghiền
rơi khỏi hai má của máy.
+ Phía sau máy còn có bộ phận chêm (9) để điều chỉnh góc kẹp- khe hở giữa hai
má của máy.
- Đặc điểm:
+ Hệ số nghiền lớn, độ hạt đều, kết cấu đơn giản, vận hành ổn định tin cậy, bảo
dưỡng sửa chữa dễ dàng và chi phí đầu tư thấp.
+ Có thể nghiền được các vật liệu có độ cứng có độ bền nén trên 2000 KG/cm2.


11

+ Tích hợp hệ thống băng tải, sàng rung.

Hình 1. 3 Máy nghiền má PE- 150x250
- Thông số cơ bản: (Bảng 1.4 - tr20)
+ Kích thước liệu nạp vào lớn nhất.
+ Kích thước liệu đầu ra.
+ Hiệu suất.
+ Tốc độ quay.
+ Công suất.
b. Gầu nâng
- Đặc điểm:
+ Vật liệu từ máy nghiền được đưa tới cửa vào liệu của gầu, băng gầu được
pully truyền động kéo lên phía trên đỉnh gầu, tại cửa ra gầu có thiết bị vận
chuyển tới vị trí yêu cầu.

Hình 1. 4 Gầu nâng TH - 210


12

+ Gầu nâng có đặc trưng là mức vận chuyển lớn, chiếm không gian nhỏ, tiêu tốn
ít năng lượng, vận hành tin cậy.
+ Thích hợp cho vận chuyển theo phương thẳng đứng các loại vật liệu dạng bột
ở các độ cao khác nhau.
- Thông số cơ bản: (Bảng 1.4 - tr20)
+ Chiều cao nâng tối đa.
+ Hiệu suất.
+ Công suất động cơ.
c. Máy nạp liệu kiểu rung

Hình 1. 5 Máy nạp liệu rung GZ - 0
- Nguyên lý:
+ Kết cấu máy nạp liệu kiểu rung gồm màng cấp liệu, màng rung, giá đỡ lò xo
và thiết bị truyền động. Màng rung gồm hai trục lệch tâm (trục chính, trục bị
động) và kết cấu bánh răng.
+ Động cơ thông qua bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng truyền động cho trục
chính và trục bị động, qua đó trục chính và trục bị động xoay tròn ngược chiều
nhau cùng lúc để hình thành màng rung động, vật liệu được chuyển tới máy
nghiền một cách liên tục theo thời gian.
- Đặc điểm:
+ Các hạt nhiên liệu khi qua sàng sẽ đồng thời được thực hiện việc sàng thô và
tiếp nhiên liệu một cách đều đặn, liên tục cho các máy nghiền, được sử dụng
rộng rãi trong các ngành công nghiệp như luyện kim, khai thác mỏ, vật liệu xây
dựng, hóa chất...

13

+ Kết cấu đơn giản, trọng lượng nhỏ, kích thước gọn, lắp đặt và bảo dưỡng dễ
dàng.
+ Lực kích hoạt và lượng hạt liệu chuyển vào sàng có thể điều chỉnh dễ dàng.
+ Thay đổi độ nghiêng sàng để thay đổi hiệu suất của máy nạp liệu.
- Thông số cơ bản: (Bảng 1.4 - tr20)
+ Kích thước liệu vào lớn nhất.
+ Hiệu suất.
+ Công suất.
+ Độ nghiêng sàng.
+ Kích thước sàng.
d. Máy nghiền tinh
* Máy nghiền mịn Raymond

Hình 1. 6 Cấu tạo máy nghiền mịn Raymond
- Nguyên lý:
+ Chuyển động quay của trục trung tâm và các con lăn (quả lô) được truyền từ
động cơ chính qua hộp số. Con lăn nghiền không chỉ quay xung quanh trục


14

trung tâm, mà còn quay xung quanh trục của chính nó dưới tác dụng của lực ma
sát giữa nó và vòng nghiền.
+ Dưới mỗi con lăn được gắn một miếng dao cắt. Khi quay cùng với con lăn, nó
có tác dụng nâng, ném vật liệu vào khoảng không giữa con lăn và vòng nghiền.
Khi con lăn quay, vật liệu bị nghiền dưới tác dụng của lực ly tâm.
+ Bột đá được nghiền theo dòng khí từ quạt hút qua bộ phân tách, điều chỉnh tốc

độ quay của cánh quạt bộ phân tách, ta có thể điều chỉnh được độ mịn của sản
phẩm bột đầu ra.
- Thông số cơ bản: (Bảng 1.4 - tr20)
+ Kích thước liệu vào.
+ Kích thước hạt thành phẩm.
+ Hệ số điều chỉnh độ mịn liệu ra.
+ Tốc độ quay.
+ Đường kính trong vòng nghiền.
+ Đường kính con lăn nghiền.
+ Hiệu suất.
+ Công suất.
e. Thiết bị lọc xoáy- Cyclone

Hình 1. 7 Thiết bị lọc xoáy - Cyclone
- Đặc điểm: Là thiết bị lọc theo kiểu lọc đứng, có hình trụ tròn phía dưới là phễu
thu, ở đáy Cyclone có lắp thêm van xả để xả vật liệu dạng bột vào thùng chứa.


15

- Nguyên lý:
+ Lợi dụng lực ly tâm khi dòng không khí chuyển động để tách hạt vật liệu khỏi
dòng không khí.
+ Không khí mang hạt vào thiết bị theo ống dẫn được lắp theo phương tiếp
tuyến với thân hình trụ của Xyclone, sẽ chuyển động xoáy tròn theo đường xoắn
ốc đi xuống phía dưới, khi gặp phễu thu, dòng không khí bị đẩy ngược lên và
qua ống thoát ở phía trên thoát ra ngoài. Trong quá trình chuyển động, các hạt
vật liệu dưới tác dụng của lực ly tâm va vào thành, mất quán tính và rơi xuống
dưới, theo thiết bị xả đi ra ngoài.
+ Vật liệu chế tạo: thường làm bằng thép có phủ sơn cách nhiệt, hoặc bằng Inox

201, 304.
+ Hiệu suất: m3/h.
+ Công suất: KW.
f. Thiết bị lọc bụi kiểu tay áo

Hình 1. 8 Cấu tạo thiết bị lọc bụi
- Nguyên lý:
+ Thiết bị gồm nhiều ống tay áo đường kính từ 125 - 300 mm, chiều dài từ 2,5 3,5 m, tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính ống tay áo thường vào khoảng (16 -20)
: 1.
+ Dòng khí lẫn bụi được hút vào trong nhờ lực hút của quạt hút. Hỗn hợp khí,
bụi đi vào túi, kết quả là bụi bị giữ lại trong túi, dòng khí sạch thoát ra ngoài.


16

+ Bụi bám càng nhiều vào các sợi vải thì trở lực do túi lọc càng tăng. Do đó, túi
lọc cần làm sạch theo định kì, tránh quá tải cho quạt hút. Bụi được thu ở dạng
khô, có thể thu lại qua van xả đặt ở dưới buồng lọc.
- Đặc điểm:
+ Vải lọc phải có khả năng chứa bụi và có độ bền cơ học trước nhiệt độ và môi
trường.
+ Người ta tiến hành làm sạch vải lọc bằng cách rung, rũ kết hợp với thổi ngược
khí từ ngoài vào trong ống tay áo.
+ Nồng độ bụi còn lại sau khi lọc vải là 10 – 50 mg/m3.
+ Năng suất lọc khoảng 150 - 180 m3/h trên 1m2 diện tích bề mặt vải lọc.
g. Quạt hút ly tâm

Hình 1. 9 Cấu tạo quạt hút ly tâm
- Nguyên lý:
+ Có nguyên lý hoạt động giống bơm ly tâm, khi cánh quạt quay, không khí ở

khe giữa các cánh quạt bị đẩy ra ngoài dưới tác dụng của lực ly tâm, do đó ở
vùng vòng trong của cánh quạt hình thành vùng không khí loãng có áp suất thấp,
còn vùng ngoài cánh quạt nơi gió thoát ra có áp suất cao.
+ Khi làm việc, roto hút không khí dọc theo trục, nhờ lực ly tâm đưa ra vỏ quạt
và đẩy gió ra thẳng góc với trục quạt. Quạt ly tâm có ưu điểm là tạo được áp
suất không khí cao, ít ồn hơn so với quạt hướng trục. Quạt ly tâm có thể gắn với
động cơ điện hoặc nối gián tiếp với trục động cơ qua hệ thống bánh đai.


17

- Thông số cơ bản: (Bảng 1.4 - tr20)
+ Đường kính guồng quạt.
+ Tốc độ quay.
+ Lưu lượng khí qua quạt.
+ Cột áp tạo được.
+ Công suất.
h. Van xả bột
Van xả được sử dụng là loại van xả điện tử 2 cửa thường đóng của hãng
ASCO.

Hình 1. 10 Cấu tạo của van xả điện từ 2 cửa.
- Nguyên lý:
+ Gồm các bộ phận chính là cuộn dây điện từ (Solenoid), nòng van và thân van
với 2 cửa vào ra.
+ Dòng vật chất chảy qua van phụ thuộc vào vị trí của nòng van.
+ Khi van không được cấp điện, trong cuộn dây không xuất hiện từ trường, nòng
van sẽ bịt kín miệng van, van làm việc ở trạng thái thường đóng.
+ Khi van được cấp điện, trong cuộn dây xuất hiện từ trường, nòng van mở ra,
van ở trạng thái làm việc.

- Thông số:
+ Đường kính trong miệng van: 4.5 cm.
+ Áp suất làm việc: 0.35 - 31.5 kg/cm2.
+ Trọng lượng: 4.5 Kg.


18

- Van xả đóng vai trò như một thiết bị khóa, ở trạng thái thường đóng, nếu van
xả không kín, lượng bột đã thu được sẽ giảm thậm chí là không thu được bột đá
khi quá trình nghiền kết thúc.
1.3 Trình tự hoạt động của dây chuyền nghiền đá bột
Dây chuyền nghiền đá bột bắt đầu một mẻ hoạt động theo trình tự sau:
+ Khởi động gầu nâng.
+ Sau 10s, khởi động máy nghiền thô.
+ Sau 10s, khởi động băng tải.
+ Sau khi phễu nạp đã cân đủ khối lượng, khởi động bộ phân tách đồng thời tắt
cùng lúc gầu nâng, động cơ nghiền thô và băng tải.
+ Sau 10s, khởi động quạt hút.
+ Sau 10s, khởi động máy nghiền tinh đồng thời khởi động máy nạp liệu, quá
trình nghiền bắt đầu.
Dây chuyền bắt đầu một mẻ tiếp theo như sau:
+ Khi phễu nạp đã hết nhiên liệu, mở van xả bột, tắt cùng lúc động cơ máy nạp
liệu, động cơ quạt hút, động cơ máy nghiền tinh, động cơ bộ phân tách đồng thời
khởi động gầu nâng.
+ Sau 10s, khởi động máy nghiền thô.
+ Sau 10s, khởi động băng tải.
+ Khi phễu nạp đã cân đủ khối lượng cho mẻ tiếp theo, lại khởi động bộ phân
tách, tắt gầu nâng, động cơ nghiền thô và băng tải.
+ Sau 10s, khởi động quạt hút.

+ Sau 10s, khởi động máy nghiền tinh đồng thời khởi động máy nạp liệu, quá
trình nghiền của mẻ tiếp theo bắt đầu.
Dây chuyền tiếp tục hoạt động theo chu trình như trên cho đến khi đảm
bảo đủ số mẻ theo yêu cầu.
* Một số sự cố, nguyên nhân và cách khắc phục trong quá trình hoạt động
của dây chuyền.


19

- Không có bột đầu ra hoặc sản lượng bột giảm:
+ Nguyên nhân: do van xả bột không kín khít, nòng van bị mòn.
+ Khắc phục: thay van xả.
- Máy nghiên tinh gây ra rung động lớn khi nghiền:
+ Nguyên nhân: lượng đá nạp vào từ máy nạp liệu quá nhiều, con lăn nghiền và
vành nghiền bị biến dạng.
+ Khắc phục: điều chỉnh lại tốc độ nạp liệu, thay thế con lăn nghiền và vành
nghiền.
- Dòng điện làm việc của động cơ nghiền tinh, của quạt hút vượt quá giá trị định
mức:
+ Nguyên nhân: lượng đá nạp vào nhiều, lưu thông khí trong ống bị tắc nghẽn,
bụi bám trên các túi lọc quá nhiều.
+ Khắc phục: điều chỉnh lại tốc độ nạp liệu, bảo dưỡng hệ thống ống nối, rũ bụi
cho cho các túi lọc.
* Mô hình dây chuyền nghiền đá bột MTM 100 của hãng Shanghai Zenith

Hình 1. 11 Mô hình dây chuyền MTM 100


20

Các thông số chính của dây chuyền nghiền đá bột MTM 100:
- Số con lăn nghiền: 4.
- Đường kính x chiều cao của con lăn: φ310 x 70.
- Kích thước đá đầu vào: < 25 mm.
- Kích thước bột sản phẩm đầu ra: 1.6 - 0.045 mm.
- Kích thước toàn bộ của dây chuyền: 7100 x 5900 x 7900 mm.
- Sản lượng của dây chuyền: 3 - 4.4 tấn/giờ.
- Khối lượng một mẻ: 2.5 tấn.

Hình 1. 12 Cấu tạo máy nghiền tinh Raymond
Thông số cụ thể của các thành phần trong dây chuyền nghiền đá bột
MTM 100:
Tên

Động cơ máy
nghiền tinh

Động cơ bộ
phân tách

Đặc điểm
Model
Số pha
Điện áp làm việc
Công suất định mức
Dòng điện định mức
Tốc độ quay định mức
Model
Số pha

Điện áp làm việc

Đơn vị

V
KW
A
vòng/phút

V

Thông số kỹ
Y225S - 4
3 pha
Y/∆ - 380 / 220
37
69.9
1480
YCT200 - 4A
3 pha
Y/∆ - 380 / 220


21

Động cơ gầu
nâng

Động cơ quạt
hút

Động cơ máy
nghiền thô

Động cơ băng
tải

Gầu nâng

Máy nghiền
má

Công suất định mức
Dòng điện định mức
Tốc độ quay định mức
Model
Số pha
Điện áp làm việc
Công suất định mức
Dòng điện định mức
Tốc độ quay định mức
Model
Số pha
Điện áp làm việc
Công suất định mức
Dòng điện định mức
Tốc độ quay định mức
Model
Số pha
Điện áp làm việc

Công suất định mức
Dòng điện định mức
Tốc độ quay định mức
Model
Số pha
Điện áp làm việc
Công suất định mức
Dòng điện định mức
Tốc độ quay định mức
Model
Kích thước liệu vào lớn nhất
Hiệu suất
Tốc độ
Model
Kích thước liệu vào lớn nhất
Kích thước liệu ra
Hiệu suất

KW
A
vòng/phút

V
KW
A
vòng/phút

V
KW
A

vòng/phút

V
KW
A
vòng/phút

V
KW
A
vòng/phút
mm
m3/giờ
m/s
mm
mm
Tấn/giờ

5.5
4.2
125 - 1250
Y100L2 - 4
3 pha
Y/∆ - 380 / 220
3
6.8
1430
Y225S - 4
3 pha
Y/∆ - 380 / 220

37
69.9
1480
Y180L - 6
3 pha
Y/∆ - 380 / 220
5.5
31.6
970
Y100L2 - 4
3 pha
Y/∆ - 380 / 220
4
6.8
1430
TH - 210
30
0.8 - 2
1.4
PE - 150 x 250
125
10 - 40
1-5


22

Máy nghiền
tinh

Băng tải

Máy nạp liệu
rung

Trọng lượng
Model
Kích thước liệu vào lớn nhất
Kích thước liệu ra
Hiệu suất
Chiều rộng đai
Chiều dài truyền
Tốc độ truyền
Hiệu suất
Model
Kích thước liệu vào lớn nhất
Hiệu suất
Trọng lượng

Tấn
mm
mm
Tấn/giờ
mm
m
m/s
Tấn/giờ
mm
Tấn/giờ
Kg

0.8
3R2714
15- 20
1.6 - 0.045
2.8 - 3.8
500
3
1.3 - 1.6
1.8 - 4.5
GZ - 0
50
3-5
73

Bảng 1. 4 Thông số các phần tử trong dây chuyền
Kết luận
- Trong chương này, ta đã nghiên cứu được đặc điểm, tính chất của vật liệu đá
và các phương pháp nghiền đá.
- Ta tìm hiểu được kết cấu, các phần tử đặc trưng và trình tự hoạt động của một
dây chuyền nghiền đá bột thực tế.
- Đưa ra thông số kỹ thuật của các phần tử trong dây chuyền: điện áp, dòng điện,
công suất, hiệu suất...


23

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
2.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển giám sát - SCADA
SCADA là từ viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition,

nghĩa là điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nó không những là một hệ
thống điều khiển đầy đủ mà còn là hệ thống có khả năng giám sát. Hệ thống
SCADA là kết quả của sự kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ thông tin và công
nghệ tự động hóa. Các thiết bị tự động hóa ở đây đều có khả năng tham gia vào
mạng truyền thông công nghiệp.
Hệ SCADA ra đời vào những năm 1980 trên cơ sở ứng dụng tin học,
mạng máy tính và truyền thông công nghiệp. Khái niệm SCADA cũng được
hiểu với những ý nghĩa khác nhau tùy theo lĩnh vực ứng dụng và theo thời gian.
Có thể khi nói tới SCADA người ta chỉ liên tưởng đến một hệ thống mạng và
thiết bị có nhiệm vụ thuần túy là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải
về trạm trung tâm để xử lý. Các hệ thống phân phối năng lượng là những ví dụ
tiêu biểu. Sự tiến bộ trong công nghệ phần mềm và phần cứng máy tính đã thúc
đẩy sự phát triển của các công cụ tạo dựng phần mềm SCADA theo một hướng
mới, sử dụng PC và hệ điều hành Windows làm nền tảng cài đặt và sử dụng. Từ
phạm vi chức năng thuần túy là thu thập dữ liệu cho việc quan sát, theo dõi quá
trình, một hệ SCADA ngày nay có thể đảm nhiệm thêm vai trò điều khiển cao
cấp, điều khiển phối hợp. Hơn thế, khả năng tích hợp hệ thống điều khiển giám
sát với các ứng dụng khác nhau giúp cho các phần mềm quản lý, tối ưu hóa hệ
thống... của các xí nghiệp, nhà máy cũng trở nên dễ dàng hơn.
Hệ thống SCADA ngày nay cho phép thu thập dữ liệu, điều khiển và giám
sát trên một phạm vi rộng lớn, có thể lên đến hàng ngàn thậm chí là cả hàng
chục ngàn kênh Input/Output với tốc độ nhanh và độ tin cậy cao nhờ vào các
giao thức mở và các mạng truyền thông như mạng PROFIBUS, WAN, LAN,
INTHENET, và cả mạng Internet. Hầu hết các phần mềm SCADA ngày nay đều
có hỗ trợ kết nối Internet.
Nói một cách tổng quan, một hệ SCADA là một hệ thống điều khiển giám


24

sát, tức là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc quan sát và điều khiển từ
xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển thông thường. Đương nhiên, để có thể quan
sát và điều khiển từ xa cần phải có một hệ thống truy cập và truyền tải dữ
liệu, cũng như một giao diện phù hợp để giao tiếp giữa người điều khiển và
các thiết bị (Human Machine Interface - HMI).
2.2 Phân loại hệ thống SCADA
Có nhiều loại hệ thống SCADA khác nhau nhưng trên cơ bản chúng
được chia làm 4 nhóm với những tính năng cơ bản sau:
- Hệ thống SCADA mờ: là hệ thống đơn giản, không có hệ thống giám sát và
không có chức năng đồ hoạ. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này là thu thập
giữ liệu và xử lý dữ liệu bằng đồ thị. Do tính chất đơn giản nên giá thành của
hệ thống này thấp, phù hợp với các ứng dụng đơn giản.
- Hệ thống SCADA độc lập: là hệ thống có khả năng giám sát và thu thập dữ
liệu với một bộ vi xử lý. Hệ này chỉ có thể điều khiển được một hoặc hai
trạm, do đó hệ này chỉ phù hợp với những sản xuất nhỏ, đơn chiếc.
- Hệ thống SCADA mạng: là hệ thống có khả năng giám sát và thu thập giữ
liệu với nhiều bộ vi xử lý. Các máy tính giám sát được nối mạng với nhau. Hệ
này có khả năng điều khiển được nhiều trạm tạo nên một dây chuyền sản
xuất. Qua khối truyền thông, các trạm này được nối trực tiếp tới các phòng
quản lý, phòng điều khiển để có thể nhận lệnh điều khiển trực tiếp từ phòng
quản lý hoặc phòng thiết kế.
- Hệ thống SCADA xử lý đồ họa thời gian thực: là hệ thống ngoài khả năng
giám sát và thu thập dữ liệu, nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước đấy,
mà hệ còn có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất.
Tập tin cấu hình sẽ ghi lại các trạng thái hoạt động của hệ thống, khi có sự cố
thì báo cho người vận hành để kịp thời xử lý, hoặc cũng có thể phát ra tín
hiệu điều khiển để dừng tất cả hoạt động của hệ thống.


25

2.3 Cấu trúc cơ bản hệ thống điều khiển giám sát - SCADA
Hệ thống SCADA hoạt động dựa trên nguyên tắc lấy tín hiệu từ các cơ
cấu cảm biến được gắn trên các thiết bị công tác hoặc trên dây truyền sản xuất
gửi về cho máy tính (thực hiện phần thu nhận dữ liệu). Máy tính xử lý, kiểm tra
trạng thái hoạt động của hệ thống, các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đã được
cài sẵn trong bộ nhớ. Đồng thời máy tính sẽ hiển thị lại những thông tin kỹ thuật
của hệ thống trên màn hình để cho người điều khiển giám sát và phát ra tín hiệu
điều khiển đến thiết bị công tác tạo nên vòng tín hiệu kín (thực hiện chức năng
giám sát và điều khiển).
Một hệ thống SCADA cơ bản có các thành phần chính là: trạm điều khiển
trung tâm MTU (Master Terminal Unit), trạm cơ sở RTU (Remote Terminal
Unit) và khối truyền thông.
- MTU là trung tâm của một hệ thống SCADA, có nhiệm vụ thu thập, xử
lý số liệu và đưa các lệnh điều khiển từ người điều hành xuống các trạm cơ sở,
hiển thị các thông tin cần thiết về các quá trình cũng như trạng thái của các thiết
bị lên màn hình. Khả năng tương tác đồ họa ngày càng cao của các máy tính
dùng trong trạm, cho phép người vận hành dễ dàng truy cập, theo dõi toàn bộ hệ
thống. MTU chạy các chương trình ứng dụng SCADA trên nền hệ điều hành
Windows của Microsoft hay hệ điều hành Unix, chương trình này được viết bởi
nhà cung cấp và có thể được người sử dụng hiệu chỉnh, bổ sung. Trên thực tế,
MTU thường là một hệ thống các máy tính công nghiệp được nối mạng với nhau
để chia sẻ tài nguyên và tăng cường khả năng tương tác đồ họa. Các hệ điều
hành hiện nay đều cho phép máy tính vận hành đa nhiệm, chạy nhiều chương
trình song song và quản lý cùng một thời điểm trên nhiều cửa sổ.
- RTU là một thiết bị giao tiếp với các đối tượng trong hệ SCADA. RTU
thu nhận thông tin từ xa, thường đặt tại nơi làm việc để thu nhận dữ liệu và
thông tin từ các thiết bị ở hiện trường như cảm biến, các van, các đồng hồ đo...
sau đó gửi đến MTU để xử lý và thông báo cho người điều hành biết trạng thái
hoạt động của các thết bị này. Mặt khác, nó nhận lệnh hay tín hiệu điều khiển từ