Giám sát an toàn, máy thiết bị trong dây chuyền sản xuất xi măng lò quay bằng tiến hình rung

GIÁM SÁT AN TOÀN MÁY, THIẾT BỊ
TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG LÒ QUAY
BẰNG TIẾN TRÌNH RUNG
Nguyễn Anh Tuấn, Triệu Quốc Lộc, Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động
Phạm Công Dũng, Cty Robot & Máy tự động thông minh ROOSAM,
Nguyễn Phương Hùng, Viện Nghiên cứu Cơ khí

Tóm tắt
Trên thế giới, chẩn đoán kỹ
thuật (technical diagnostics)
đã trở thành một lónh vực khoa
học quan trọng về nhận dạng
tình trạng kỹ thuật của máy
móc, thiết bò và công trình.
Dựa trên các kết quả của
chẩn đoán kỹ thuật, hình thức
bảo dưỡng theo tình trạng
hoạt động (condition-based
maintenance) đã và đang
mang lại nhiều lợi ích về kinh
tế - kỹ thuật và đặc biệt là
giảm thiểu các nguy cơ rủi ro
cho người vận hành do sự cố
thiết bò (tránh tai nạn lao
động, giảm thời gian dừng
máy do hỏng hóc, giảm chi
phí bảo dưỡng, chủ động
trong việc chuẩn bò phụ tùng
thay thế, tăng độ an toàn vận
hành của thiết bò).
Trong báo cáo này sẽ đề

cập đến giải pháp giám sát
tình trạng hoạt động an toàn
của máy, thiết bò trong dây
chuyền sản xuất xi măng lò
quay bằng rung động theo thời
gian thực để có những phương
án khắc phục kòp thời.
I. MỞ ĐẦU
Trong y học để xem xét
đánh giá trạng thái sức khỏe

24

của cơ thể người, một trong
những chỉ tiêu được xem xét
hàng đầu đó là nhòp đập của
tim. Điều này được thấy rõ
qua việc bắt mạch khám bệnh
chuẩn đoán sức khỏe của các
thầy thuốc Đông y (mà trước
đây vẫn gọi là các ông thầy
lang) hoặc qua việc đo huyết
áp, nhòp tim, chạy điện tâm đồ
của các bác sỹ Tây y.
Qua nghiên cứu, phân tích
các biểu đồ điện tim, người ta
nhận thấy đây chính là phổ
của những rung động khác
nhau với đặc trưng động học
rõ rệt là tần số và biên độ. Từ

đây nảy sinh ra vấn đề, nếu
cơ thể người và thiết bò máy
móc đều có thể mô tả độc lập
hoặc liên kết dưới dạng các
hệ cơ học đàn hồi thì rõ ràng
để đánh giá trạng thái “sức
khỏe” của thiết bò máy móc
người ta có thể xem xét “nhòp
đập” của máy móc, thiết bò
trong quá trình làm việc, mà
bản chất của nó chính là rung
động xuất hiện trong quá trình
hoạt động.
Các máy móc thiết bò trong
quá trình hoạt động làm việc,
do nhiều nguyên nhân chủ
quan và khách quan khác

nhau có thể xuất hiện những
trục trặc, hỏng hóc của máy
và sẽ không chỉ gây ra những
tổn thất đáng kể về kinh tế đối
với nhà sản xuất, mà còn gián
tiếp có thể dẫn tới những sự
cố tai nạn nghiêm trọng đối
với người vận hành, cũng như
môi trường xung quanh. Để
góp phần ngăn ngừa, hạn chế
những sự cố này, phương
pháp truyền thống được áp

dụng là bảo dưỡng đònh kỳ
máy móc thiết bò để sửa chữa
hoặc thay thế những chi tiết,
phụ tùng máy có khả năng
gây sự cố cho máy. Tuy nhiên
do chế độ và điều kiện vận
hành của máy móc thiết bò rất
khác nhau, thậm chí có những
chỉ tiêu, thông số kỹ thuật làm
việc của máy trong thực tế
không đúng với yêu cầu và
đương nhiên với chế độ bảo
dưỡng máy đònh kỳ sẽ thực sự
không có khả năng phát hiện
sớm những trục trặc của máy,
thậm trí còn có thể gây “lãng
phí” đối với những phụ tùng,
chi tiết máy chưa tới mức cần
phải thay thế.
Trong những năm qua,
Ngành Xi măng đã trở thành
ngành kinh tế then chốt, góp

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-2012


phần vào công cuộc xây dựng
cơ sở hạ tầng, thúc đẩy sự
nghiệp công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nước, ngành đã

có những bước tiến đột phá
về công nghệ cũng như quy
mô sản xuất. Tính đến năm
2011, đã có trên 70 dây
chuyền sản xuất xi măng lò
quay vào hoạt động. Bên
cạnh việc xây dựng mới các
dây chuyền xi măng bằng
công nghệ lò quay phương
pháp khô hiện đại, các dây
chuyền xi măng lò đứng lạc
hậu, gây ô nhiễm môi trường
đang dần được thay thế và
loại bỏ.
Theo những tài liệu liên
quan đến dây chuyền sản
xuất xi măng lò quay hiện
nay, việc giám sát đã được
tiến hành tự động. Tuy nhiên,
việc giám sát ở đây chủ yếu là
giám sát quy trình công nghệ,
chất lượng sản phẩm, nhiệt
độ của lò quay cũng như các
yếu tố về nồng độ hơi khí phát
sinh trong quá trình sản xuất.
Còn việc giám sát phát hiện
sớm các nguy cơ gây hỏng
hóc sự cố tại dây chuyền sản
xuất xi măng lò quay như
giám sát việc hư hỏng của

vòng bi, ổ trục,… là chưa có.
Để khắc phục những hạn
chế trên, góp phần nâng cao
mức độ an toàn cho máy móc,
thiết bò, cũng như đảm bảo an
toàn cho người vận hành và
môi trường xung quanh, nhiều
nước trên thế giới đã áp dụng
thay thế chế độ bảo dưỡng
đònh kỳ máy bằng chế độ bảo
dưỡng có điều kiện, đặc biệt

đối với máy móc thiết bò đắt tiền, hoặc máy móc thiết bò trong
dây chuyền công nghệ đơn.
II. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU
Dựa trên các kết quả nghiên cứu, bài báo sẽ trình bầy và đưa
ra mô hình giám sát tiến trình rung của máy thiết bò dựa trên
công nghệ truyền thông mạng không dây. Hiện nay, trên thế
giới việc sử dụng mạng không dây để thay thế cho phương thức
truyền tín hiệu (dữ liệu) truyền thống bằng dây dẫn đang bước
đầu được nghiên cứu triển khai, còn ở Việt Nam vấn đề này
vẫn chưa được nghiên cứu triển khai.
2.1. Xây dựng mô hình giám sát

Hình 1: Sơ đồ kết nối dùng thiết bò chuyển đổi không dây
Trong hình vẽ trên, cụm số 3 là cụm thiết bò chuyển đổi
không dây ROOVC1100 theo giao thức mạng Zigbee 802.15.4.
Bao gồm các thiết bò:
- ROOVC1100-E: Thiết bò con (gọi là End Device) được tích
hợp một bộ chuyển đổi AD, dữ liệu Analog sẽ được số hóa và

truyền qua mạng Zigbee tới thiết bò điều phối mạng.
- ROOVC1100-C: Thiết bò điều phối mạng, dùng để quản lí
các thiết bò con (gọi là Coordinator) được tích hợp các bộ
chuyển đổi số - tương tự DA. Dữ liệu nhận được từ các End
Device sẽ được tương tự hóa tại các đầu ra của thiết bò.
ROOVC1100-C còn có các cổng RS232 dùng để truyền dữ liệu
lên phần mềm thu thập trên máy tính.
- Ngoài ra, để tăng khoảng cách truyền dữ liệu còn có thêm

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-2012

25


1 thiết bò nữa (ROOVC1100-R) gọi là bộ điều phối mạng con
(Router)

Hình 2: Sơ đồ kết nối sử dụng Router

dụng nhiều hơn một bộ
ROOVC1100-C.
• Trong
trường
hợp
ROOVC1100-E không thể
liên lạc với ROOVC1100-C
thì cần thiết phải lắp thêm
một
hay
nhiều

bộ
ROOVC1100-R
giữa
chúng. Khi đó khoảng cách
truyền có thể lên tới hàng
km.
• Tất cả các thiết bò trên hoạt
động ở điện áp 220VAC –
50Hz, tần số vô tuyến
915MHz, tốc độ truyền tối
đa 250Kbps.
2.2. Triển khai thực nghiệm
thí nghiệm
Sau giai đoạn thiết kế xác
đònh mô hình giám sát an toàn
cho máy, thiết bò. Đề tài đã
tiến hành gia công chế tạo,
lắp ghép mô hình giám sát
rung động trong phòng thí
nghiệm. Với những nghiên
cứu được triển khai trong
phòng thí nghiệm đảm bảo
tính chính xác, ổn đònh của hệ
thống trước khi đem vào áp
dụng trong thực tế sản xuất.

Hình 3: Mô hình triển khai của bộ ROOVC1100
Với các thiết bò của bộ ROOVC1100 thì mô hình có thể triển
khai như sau:
• Các thiết bò VC1100 được lắp ráp kèm theo các thiết bò máy

móc công nghệ khác nhau trong nhà máy và mỗi thiết bò
được kết nối với một bộ ROOVC1100-E.
• Có một bộ ROOVC1100-C duy nhất được lắp đặt tại phòng
điều khiển trung tâm, kết nối với PLC hoặc máy tính cá nhân
để hiển thò dữ liệu rung động thu được từ các sensor. Mỗi bộ
ROOVC1100-C chỉ có hữu hạn các kênh ra Analog (dùng để
giao tiếp với PLC) nên muốn mở rộng thì bắt buộc phải sử

26

Hình 4: Tiến hành lắp ráp,
thực nghiệm trong phòng
thí nghiệm

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-2012


Hình 5: Đường đặc tính giám sát rung động của máy
Quá trình đo đạc được lấy mẫu liên tục. Từ đó tiến hành xây
dựng được dạng đồ thò đường đặc tính quá trình hoạt động của
máy gây rung động trong suốt quá trình.
Nội dung này đã được tiến hành thông qua việc ghép nối các
hệ thống thiết bò giám sát dạng không dây. Qua đó, Mô hình
giám sát được thực hiện đồng thời được 16 kênh đo giám sát,
thông qua đó sẽ xác đònh được thực trạng hoạt động hiện thời
để có những cảnh báo mức độ nguy hiểm tương ứng. Giao diện
phần mềm được nghiên cứu luôn nhằm mục đích thân thiện với
người sử dụng và đạt được hiệu xuất cao. Các chức năng hoạt
động chính của phần mềm như sau:

Hình 6: Giao diện phần mềm giám sát an toàn máy, thiết bò

- Giám sát phân quyền
mức độ người sử dụng can
thiệp vào hệ thống.
- Cập nhật thiết lập các
thông tin cơ sở dữ liệu về
máy, thiết bò cần giám sát:
loại máy, tiêu chuẩn giám sát
của nhà sản xuất (hoặc ISO),
thông số máy đặc trưng,...
- Giám sát đồng thời 16
kênh đo trong công nghệ sản
xuất xi măng bằng công nghệ
giám sát liên tục (online)
thông qua mạng truyền thông
không dây.
- Xác đònh được các thông
số về rung động trong suốt
thời gian hoạt động. Từ đó
thực hiện các phép đối chứng
tiêu chuẩn để đưa ra các mức
độ cảnh báo cần thiết cho
người vận hành.
2.3. Thí nghiệm thực nghiệm
trong thực tế sản xuất
Sau quá trình tiến hành
thực nghiệm trong phòng thí
nghiệm đạt độ tin cậy và ổn
đònh, đề tài đã tiến hành

nghiên cứu thử nghiệm thực
tế tại Công ty Xi măng Vicem
Bút Sơn. Các kết quả thử
nghiệm cho thấy giải pháp
được áp dụng là hoàn toàn
phù hợp, đạt độ chính xác, độ
ổn đònh cao. Các kết quả
giám sát tiến trình rung tại
dây chuyền sản xuất xi măng
lò quay được thực hiện một
cách kỹ lưỡng thông qua việc
đo đạc đánh giá đối chứng với
hệ thống hiện có của nhà máy
và hệ thống thiết bò đo rung
của hãng B&K. Trong suốt
quá trình thử nghiệm, tín hiệu
không dây luôn duy trì ổn

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-2012

27


đòi hỏi chi phí đầu tư và đặc
biệt là các chuyên gia có trình
độ chuyên môn sâu trong lónh
vực này. Trong tương lai, nhu
cầu về sử dụng các hệ thống
chẩn đoán rung cho các thiết
bò trong nền công nghiệp của

Việt Nam sẽ ngày càng tăng
do những lợi ích mà lónh vực
này mang lại.
Hình 7: Thử nghiệm thực tế đo đạc giám sát rung tại Xi
măng Bút Sơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Huy Long: Sổ tay
bảo dưỡng công nghiệp tiên
tiến, Trung tâm sản xuất sạch
Việt Nam.
[2]. ISO DIS 17359, Condition
monitoring and diagnostics of
machines, General guidelines.
[3]. ISO 10816 (1995-2000),
Mechanical
vibrationEvaluation of machine, vibration by measurements on nonrotating parts.

Hình 8: Đối chứng kết quả hiện thò truyền không dây
đònh, không bò ảnh hưởng của nhiễu động thông qua việc đánh
giá đối chứng giữa kết quả rung động nhận được ngay tại vò trí
nguồn rung và giá trò hiển thò ở vò trí trạm giám sát (tại buồng
điều khiển trung tâm). Các kết quả thực nghiệm cũng cho thấy
khoảng cách truyền không dây đạt xấp xỉ 1 km, do đó hoàn
toàn có khả năng bao phủ toàn bộ nhà máy được giám sát.
III. KẾT LUẬN
Với giải pháp giám sát an toàn cho máy, thiết bò theo tiến
trình rung sẽ cho phép kiểm soát tốt các nguy cơ rủi ro gây mất
an toàn. Đây là một phương pháp rất hữu ích để giảm thiểu các
nguy cơ sự cố, tai nạn có nguyên nhân từ các hư hỏng của máy

móc thiết bò trong quá trình vận hành. Việc ứng dụng giải pháp
này sẽ mang lại nhiều lợi ích về kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, một
hệ thống giám sát và chẩn đoán rung hoạt động hiệu quả sẽ

28

[4]. ISO 7919 (1996-2001):
Mechanical vibration of nonreciprocating machines –
Measurement on rotating
shafts and evaluation criteria.
[5].
G.
Vachtsevanos,
Intelligent fault diagnosis and
prognosis for engineering systems. John Wiley & Sons,
Inc., New Jersey, 2006.
[6].
C.
Scheffer,
P.
Girdhar, Practical Machinery
Vibration
Analysis
and
Predictive
Maintenance.
Elsevier, 2004.

Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-2012