Tiểu luận Tự động hóa: Nghiên cứu hệ thống điều khiển công đoạn nghiền liệu cho dây chuyền nhà máy xi măng La Hiên

Mục lục


LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại hiện nay, cùng với sự  phát triển xã hội, quá trình công 
nghiệp hóa cũng phát triển một cách mạnh mẽ và không ngừng. Những công 
trình công nghiệp lớn và trọng điểm đều được áp dụng  ở  mức độ  tự  động  
hóa tương đối cao. Mọi thành tựu về  tự  động hóa đều phải được thực hiện  
trên nền tảng của lý thuyết điều khiển tự động. Chính vì vậy, lý thuyết điều  
khiển tự động là yếu tố quyết định của mọi quá trình tự động hóa sau này.
Xi măng là vật liệu quan trọng trong ngành xây dựng. Các nhà máy sản  
xuất xi măng  ở  nước ta hiện nay đều là những nhà máy có quy mô lớn, có 
mức độ tự động hóa tương đối cao, sản xuất chủ yếu dựa vào nguồn nguyên 
liệu sẵn có tại địa phương. Trong quá trình sản xuất xi măng thì công đoạn 
nghiền liệu  đóng vai trò then chốt trong toàn bộ  dây chuyền. Công  đoạn 
nghiền liệu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của xi măng. Vì vậy  trong quá 
trình   học   em   nhận   đề   tài:   “Nghiên   cứu   hệ   thống   điều   khiển   công   đoạn 
nghiền liệu cho dây chuyền  nhà máy xi măng La Hiên”.
Trong quá trình làm  em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo 
của các thầy, cô giáo cũng như sự đóng góp xây dựng của bạn bè. Đặc biệt là 
cô giáo Th.S Đỗ Thị Mai  và các thầy cô công tác trong khoa Tự Động Hóa.
Em xin chân thành cảm ơn!
                                                                         Thái nguyên,    tháng    năm 


Sinh viên

I.

Sơ lược về nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên
   Quá trình phát triển của ngành công nghiệp xi măng Việt Nam nói 

chung luôn phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản: một mặt gắn với điều 
kiện phát triển kinh tế ­xã hội chung của đất nước, một mặt khác cũng 
phụ thuộc vào trình độ phát triểncông nghệ, kỹ thuật và thiết bị sản 
xuất xi măng trên thế giới.
Nhà máy xi măng La Hiên Thái Nguyên được xây dựng ở nơi có nguồn
nguyên liệu dồi dào và thuận lợi cho việc vận chuyển nhiên, nguyên 
liệu bằngđường bộ.
    Nhà máy xi măng La Hiên được thành lập ngày 01 tháng 01 năm 1995. 
Ban đầu nhà máy có một dây chuyền sản xuất lò đứng với công suất 
60 nghìn tấn sảnphẩm/năm. Năm 1996 nhà máy đưa thêm 01 dây 
chuyền lò đứng thứ 2 với côngsuất 80 tấn sản phẩm/năm. Năm 2005 
đưa thêm 01 dây chuyền lò quay công suất 300 nghìn tấn sản 
phẩm/năm. Nhà máy là một đơn vị thành viên của Công ty Than nội địa 
thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than khoáng sản Việt Nam.
   Quá trình xây dựng nhà máy từ thiết kế kỹ thuật, lắp đặt thiết bị và 
vận hành chạy thử do các chuyên gia của Trung Quốc đảm nhiệm. Cán 
bộ, công nhân Việt Nam được tiếp nhận công nghệ và tổ chức thực 
hiện.
Hiện nay, nhà máy cách trung tâm thành phố Thái nguyên 18km nằm 
trên
quốc lộ 1B (Thái Nguyên ­ Lạng Sơn). Giao thông thuận tiện, các 
nguồn nguyênliệu chính cung cấp cho nhà máy ( quặng, sắt, đá vôi, đất 


sét...) ở trong phạm vi không quá 30km.
    Sản phẩm của nhà máy hiện nay được tiêu thụ trên các thị trường 
thuộc các tỉnh: Thái Nguyên, Hà Nội, Quảng Ninh, Bắc Kạn, Vĩnh 
Phúc,...

II.

Tóm tắt công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy
1.

Công nghệ xi măng pooclăng
Xi măng pooclăng là chất kết dính xây dựng, các thành phần của nó 
gồm     có  các hợp chất có độ bazơ cao.
Trên quan điểm hoá học người ta phân chia như sau:
      Nhóm xi măng silic ­ môi trường nước.
      Nhóm xi măng Alumin ­  môi trường nhiệt độ cao.
      Nhóm xi măng khác ­ môi trường đăc biệt.
Xi măng pooclăng là chất kết dính thủy lực được sản xuất bằng 
cách nghiền mịn clinker xi măng với thạch cao (3­5%) và phụ gia 
nếu có. 
Khi thành phần phụ gia thêm vào > 15% thì xi măng được gọi theo 
gốc cùng với tên phụ gia như xi măng pooclăng xỉ , xi măng 
pooclăng pudơlan…
Clinker xi măng là sản phẩm nung đến kết khối của hỗn hợp 
nguyên liệu  đá vôi đá sét theo các modun hệ số phù hợp để tạo ra 
các thành phần khoáng theo mong muốn.

2. Nhiên liệu dùng cho công nghệ sản xuất xi măng


Quá trình tạo clinker thu nhiệt cà chỉ xảy ra hoàn toàn ở nhiệt độ 
cao 1400 ­ 1500 0C trong thời gian nhất định. Vì vậy phải cung cấp 
nhiên liệu để nung chín được clinker.
Trong công nghệ  sản xuất xi măng hiện sử  dụng 3 nhiên liệu 
chính:
­ Nhiên liệu rắn (than).

­ Nhiên liệu lỏng (dầu MFO).
­ Nhiên liệu khí (khí thiên nhiên).
Nhiên liệu rắn chủ  yếu thường dùng với loại than đá lửa dài, 
nhiều chất bốc để pha hỗn hợp than bụi.
Nhiên liệu lỏng dầu MFO nhiệt năng cao ít tro dễ điều chỉnh khi 
nung nhưng giá thành cao và phải gia nhiệt trước khi đưa và lò.

3. Một số tính chẩt của xi măng pooclăng
­ Độ mịn:
     Độ mịn quyết định cường độ của ximăng khi đông cứng, xi măng 
sẽ cứng hơn nếu min hơn lại dễ hút ẩm và khi hoá rắn thường hay  
rạn nứt, toả nhiều nhiệt. Hơn nữa nếu nghiền quá mịn xi măng, thì 
làm tốn thời gian và năng lượng nên năng suất giảm.
­ Trọng lượng riêng:
        Phụ  thuộc và thành phần khoáng của clinker, hàm lượng phụ 
gia. Trọng lựợng riêng của xi măng pooclăng là 3.05 ­ 3.2 g/cm3.
 ­ Lượng nước tiêu chuẩn:
   Là lượng nước cần thiết đưa vào trộn vưa xi măng.
   Lượng nước đưa vào sẽ ảnh hưởng tới thời gian đóng rắn của 
xi măng và giảm cường độ của xi măng.
  ­ Thời gian đông kết:
     Là thời gian tính từ  khi đổ  nước vào xi măng khi bắt đầu và 
kết thúc đóng rắn. 
    Đây là một đặc tính quan trọng của xi măng pooclăng dựa vào 
đó có thể tính toán thời gian thi công xây dựng. 


       Tốc  độ  đông kết của xi măng phụ  thuộc vào thành phần 
khoáng của  clinker, lượng nước nhào vữa,  độ  mịn của xi măng, 
nhiệt độ của môi trường. 

    ­ Tính chịu lửa:
    Xi măng pooclăng chịu nhiệt kém. Ở nhiệt độ 20000C thì mác 
xi măng giảm 50%,  ở nhiệt độ  57500C thì xi măng bị  phá huỷ  hoàn 
toàn.
     ­ Mác của xi măng:
     Người ta làm một mẫu bê tông theo tiêu chuẩn rồi đo cường  
độ chịu lực của mẫu đó. Giá trị cường độ chịu lực của mẫu bê tông 
chính là mác của xi măng.
     ­  Độ ổn định thể tích:
        Là độ  co ngót nằm trong phạm vi cho phép được xác định  
bằng nguyên tắc dụng cụ Le chaterlie < 10 mm.

III.

Dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng.


Dây chuyền sản xuất chính của công ty xi măng La Hiên  bao gồm 
các công trình sau đây:
      ­  Khai thác đá vôi và đá sét, được khai thác theo phương pháp cắt tầng,  
nổ mìn phá đá.
      ­  Phân xưởng nguyên liệu: với nhiệm vụ đập nhỏ đá vôi và đá sét để 
đưa vào kho 15 sau đó đưa qua máy nghiền và được đồng nhất phối liệu.
      ­   Phân xưởng lò, nó làm nhiệm vụ nung luyện bột liệu đã được đồng 
nhất thành Clinker.
      ­  Phân xưởng xi măng, có nhiệm vụ nghiền Clinker thành xi măng và  
được đưa vào xi lô chứa.
      ­  Phân xưởng đóng bao và xuất xi măng với nhiệm vụ đóng bao xi 
măng và xuất xi măng theo các tuyến đường bộ, đường sắt và đường sông

1.  Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu thô

Băng chuyền 1 : phân loại kích cỡ nguyên liệu đầu vào cho phù hợp , nếu 
kích cỡ lớn hơn thì chuyển sang máy đập kiểu búa để đập nhỏ , sau cùng 
cũng đổ xuống băng chuyền 2. 
     Băng chuyền 2 : vận chuyển nguyên liệu thô đã được sơ chế về kho để 
lưu trữ
2. Công đoạn nghiền nguyên liệu


Đá vôi, đá sét, phụ  gia được cấp vào máy nghiền qua hệ  thống cân  
DOSIMAT và cân băng điện tử  qua van điều liệu được đưa vào máy 
nghiền bi . Sản phẩm   ở đầu ra máy nghiền được đưa tới buồng phân 
ly. Tại đây nếu liệu nhỏ  và mịn sẽ  được thổi lên đưa vào bể  lắng,  
liệu mịn lắng xuống vào 2 van kiểu vít  và được đổ xuống máng chứa. 
Những hạt liệu to sẽ được đưa trở lại máy nghiền 
      Khí thải được tách bụi mịn tại bể lắng được hút bởi quạt . Khí từ 
quạt sẽ  hồi lưu trở  lại buồng phân ly , một phần được đưa vào lọc  
bụi tĩnh điện . Sau khi qua lọc bụi, khí sạch được đưa ra ngoài theo hệ 
thống quạt thông gió.
3. Công đoạn tiền nung nguyên liệu tạo Clinker


Tháp trao đổi nhiệt nung nguyên liệu khoảng 800 0C. Sau đó bột liệu 
được đưa tới lò quay . Nhiệt độ sau lò cỡ khoảng 1300 0C. 
      Nguyên vật liệu sau khi được nung sẽ chuyển thành Clinker. Sau  
đó Clinker đang nóng được đưa vào khu vực làm mát, qua máy đập búa  
M đập nhỏ  chuyển vào xilô chứa.. Khí nóng thoát ra trong quá trình 
này sẽ  được tận dụng đưa vào lò sấy, phương pháp này giúp Clinker  

nguội nhanh và tối ưu hóa được quá trình sấy.


4.

Công đoạn nghiền ximăng

Clinker ở trong silô qua hệ thống van tháo xuống băng tải A đổ vào hệ thống  
cân liệu 
Cùng lúc đó các chất phụ gia, thạch cao cũng được lấy từ kho qua hệ thống 
băng tải bằng cao su đổ vào hệ thống cân A, B, C. Tùy theo tỷ lệ yêu cầu 
giữa các nguyên vật liệu đã được tính toán trước để kết hợp với nhau. Sau đó 
nguyên vật liệu sẽ được đổ xuống hệ thống băng tải B để đưa vào máy 
nghiền ximăng M


Sau khi nghiền, xi măng được đưa xuống máng trượt  . Tại đây những 
hạt đủ  tiêu chuẩn sẽ  được cuốn theo dòng khí động vào buồn phân 
ly , từ  buồng phân ly này sẽ  được đi qua các cyclon . Tại các cyclon 
này, ximăng được lắng xuống, qua van  xuống máng trượt. Từ  máng 
trượt này xi măng được đổ  xuống đường  ống dẫn có vít xoắn , qua 
hệ thống băng tải, qua van phân chia để đưa vào xilô chứa.
      Trường hợp những hạt có kích thước vừa và to thì sẽ  được đưa 
tiếp qua máng trượt  J, qua bộ   đo lưu lượng Jđể  đưa trở  lại máy 
nghiền M nghiền lại cho đạt độ mịn yêu cầu.
5. Công đoạn đóng bao


Từ đáy các xilô chứa, qua hệ thống cửa tháo liệu, xi măng được vận 
chuyển tới các két chứa của máy đóng bao hoặc các bộ phận xuất 

ximăng rời theo đường bộ.
IV. Phân tích hệ thống nhà máy
1. Các thiết bị trong hệ thống  
STT

1

Tê
n 
thi
ết 
bị
B
ăn
g 
tả
i 
xí
ch 
cà
o 

Vai trò trong hệ thống

Thông số kĩ thuật

Vận chuyển nguyên liệu thô 
đầu vào 

­ Khunng 

­

2

B Vận chuyển các loại nhiên liệu
ăn
g 
tả
i 
ca
o 
su 
gâ
n 
V

­

3

B

Vận chuyển thành phẩm 

­

Nhà sản suất

Công Ty Cổ Phần Cơ 

được làm từ  Khí Mạnh Phát
thép có sơn, 
có khả năng 
chịu tải 
công suất 5 
tấn/giờ
Hệ thống 
sử dụng con 
lăn bằng 
inox, có thể 
điều chỉnh 
được tốc độ 
qua hệ 
thống biến 
áp
Lõi thép làm   công ty Việt Thống 
nên đặc tính  Hưng Thịnh
cơ cho sản 
phẩm, độ 
bền kéo và 
độ dãn dài. 
Hai loại 
chính đang 
được sử 
dụng chủ 
yếu là: lưới 
dệt và lưới 
thép
công ty Việt Thống 
làm bằng 

Hưng Thịnh
Inox, chịu 
được sự mài 
mòn cao, độ 


­

­

­

4

5

M
áy 
đ
ậ
p 
ki
ể
u 
b
úa 
E
V 
H
ệ 

th
ố
n
g 
câ

bền cao nên 
được sử 
dụng trong 
môi trường 
khác nghiệt.
Động cơ 
giảm tốc 
chuyền 
động: Là 
loại động 
cơ giảm tốc 
có công 
xuất 0.2, 
0.4, 0.75, 
1.5, và 
2.2KW.
Khung băng 
tải xích: 
Bằng Inox, 
bằng thép 
hoặc nhôm 
định hình.
Hệ thống 
băng tải 

chạy êm ái 
và ổn định.

Xử lí nguyên liệu thô đầu vào ,
Chiếc máy ép búa là chủ yếu là 
phù hợp để nghiền các mềm và 
cứng vừa quặng, có cường độ 
nén là không cao hơn 320MPa, 
chẳng hạn như than đá, muối, 
phấn, thạch cao, khối, đá vôi, 
kính, và phốt phát, vv

GCM 

Điều chỉnh lượng liệu vào ( đá 
vôi,đá sét,…)

MMCDT


6

7

8

n 
D
O
SI

M
A
T
C
ân 
bă
ng 
đi
ệ
n 
tử
M
áy 
ng
hi
ề
n 
bi 
R
2
M
01

Điều chỉnh cân đối lượng phụ 
gia 

METTLER
TOLEDO

Máy nghiền bi là thiết bị máy

nghiền quan trọng cho các vật
liệu khô và ướt, và là sản
phẩm được sử dụng nhiều
trong các ngành công nghiệp
vật liệu. Như : xi măng, các
vật liệu xây dựng,trong phân
bón, thủy tinh đồ gốm sứ,…

Máy nghiền bi 
VINAMAC
được cấu tạo bao 
gồm thùng quay 
trong có chứa bi 
thép có kích thước 
khác nhau, hoạt 
động quay tròn 
thông qua truyền 
tải bánh răng ngoài. 
Các vật liệu 
nghiền được đưa 
vào thùng nghiền 
hình trụ, thùng 
quay với tốc độ 4­
20 vòng/phút, tốc 
độ quay nhanh 
chậm tùy thuộc vào 
đường kính thùng 
nghiền, với thùng 
nghiền có đường 
kính lớn sẽ cho tốc 

độ chậm hơn so 
với thùng có đường 
kính nhỏ
VINAMAC

V duy trì liệu ở mức chuẩn
an  để hệ thống hoạt động 1
đi cách mượt mà nhất.
ề
u 
li
ệ


u
9

10

11

q
u
ạt 
gi
ó, 
h
út 
b
ụi

, 
lọ
c 
k
hí
…
.
C
ả
m 
bi
ế
n 
nh
iệ
t 
đ
ộ 
R
T
D 
pt
10
0
0
Bi
ế
n 
tầ
n

Làm mát , hút gió , bụi bẩn 
điều hòa không khí trong nhà 
máy 

công ty Việt Thống 
Hưng Thịnh

Đo, giám sát nhiệt độ của các 
lò hơi , lò đốt, lò sấy

CÔNG TY TRÁCH 
NHIỆM HỮU HẠN 
ALATECH

Điều khiển tốc độ cho
tất cả các máy móc

Simen


12

en
co
de
r
S
en
so

r 
gi
á
m 
sá
t 
Đ
èn 

13

14

Đưa về thông tin hoạt
động của các thiết bị
motor

Canon 

Giám sát tốc độ máy
nghiền

CÔNG TY TRÁCH 
NHIỆM HỮU HẠN 
ALATECH

Hệ thống đèn cảnh báo
các chế độ làm việc, sự
cố

Rặng Đông 

2. Các thông số cần điều khiển giám sát

Công đoạn
/máy
1

Thông số

Dạng điều khiển

Dải tín 
hiệu

Đo 
Điều 
lường Khiển

2

3

4

Nhà kho 
đồng nhất 
sơ bộ

Nhiệt độ

30

  +

Kho 1 

Nhiệt độ

25

+

 Độ ẩm

50

Tốc độ 

Theo yêu cầu

L ực

Theo yêu cầu

Băng tải 
Máy đập 
kiểu búa EV

+

Giám
sát

Bảo
vệ

6

7

5

+
+
+

+

+


Hệ thống cân

Trọng lượng

Khối lượng

+

Máy nghiền 
bi R2M01
Lò quay

Hiệu suất làm việc 

Hiệu năng

+

+

+

+

Nhiệt độ

1300

+

+

+

+

Theo yêu cầu  +

+

+

+

Theo yêu cầu

+

Quạt 
Đèn

Tốc độ
Hiệu năng

+

3. Lựa chọn phần cứng
         Mạng truyền thông cho nhà máy xi măng: 
  Cấp chấp hành: Truyền thông theo chuẩn ProfiBus DP và As­
interface 
+ Các thiết bị : Motor, đèn cảnh báo, Alarm, Sensors, biến tần, 
encoder, loadcell....
           Cấp điều khiển : Truyền thông theo chuẩn Profi­bus DP 
+Các thiết bị: Plc S7, và các modul truyền thông.
       
       Cấp giám sát: Truyển thông theo chuẩn MPI 

             +Các thiết bị : Máy tính giám sát, và modul truyền thông, phần 

mềm: WinCC, SIMATIC Manager..


4.
Thống kê chọn thiết bị cho hệ điều khiển  ( chi tiết ở 
bảng báo giá thiết bị )
      +   PC : 
       + Cáp USB Cáp PPI MPI CỦA Lập Trình + CD CHO 
Siemens S7­200/300/400 PLC
     + PLC SIEMEN : SIMATIC S7­300, CPU 313C 
                                    SIMATIC S7­400, CPU 412
        + Module giao diện ghép nối S7­300 : IM153­2HF
       + Module nguồn PM240
                   + HMI Siemens TP 177A , 5.7
       +  Biến tần ABB ACS550  
       + Board Profibus
       + Đầu nối Profibus Siemens – 6ES7972­0BA12­0XA0
                   + IWLAN/PB link PN IO

V.

Vẽ cấu hình giải pháp của hệ thống