Ứng dụng ngôn ngữ STATEFLOW để mô phỏng và điều khiển hệ thống truyền động cấp than nhà máy nhiệt điện phả lại

..

CễNG THNG

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học
ngành : TỰ ĐỘNG HĨA

TỰ ĐỘNG HĨA

ỨNG DỤNG NGƠN NGỮ STATEFLOW ĐỂ MÔ
PHỎNG VÀ ĐIỀU
KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CẤP THAN
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI

ĐỖ CƠNG THẮNG

2006 – 2008
Hµ Néi
2008

Hµ Néi 2008


bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

NG DNG NGễN NG STATEFLOW ĐỂ
MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CẤP THAN
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI
ngµnh : TỰ ĐỘNG HĨA
m· sè:23.04.3898
ĐỖ CƠNG THẮNG

Ng­êi h­íng dÉn khoa häc : GS.TS. NGUYỄN TRNG THUN

Hà Nội 2008

Vỏ đĩa CD


1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn này được thực hiện bởi chính bản
thân mình dưới sự hướng dẫn của GS. TS. Nguyễn Trọng Thuần cùng với
các tài liệu đã được trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo ở phần cuối bản
luận văn.


2

Mục lục
Trang

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ 1
Mục lục ................................................................................................................................ 2
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................................. 5
Chương 1.............................................................................................................................. 9
GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI...................................................... 9
1.1 Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện phả lại. ....................................................... 9
1.2 Công nghệ sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện Phả Lại .............................. 10
1.3 Dây truyền cấp than của nhà máy nhiệt điện Phả Lại .............................................. 12
1.3.2. Đặc điểm kỹ thuật dây truyền cấp than:........................................................... 13
1.3.3 Tổng hợp các tín hiệu liên động và sự cố ......................................................... 19
GIỚI THIỆU NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH STATEFLOW ................................................. 20
2.1 .STATEFLOW là gì? ............................................................................................... 20
2.2. Các phần tử của Stateflow ...................................................................................... 20
2.2.1.Trạng thái ( State) ............................................................................................. 21
2.2.3. Các điểm nối của chuyển(Transition Connections) ......................................... 32
2.2.4 Các chuyển mặc định (Default Transitions) .................................................... 35
2.2.5 Các nút nối ........................................................................................................ 37
2.2.6. Các nút lược sử(History Junctions).................................................................. 43
2.2.7. Các hộp(Boxes) ................................................................................................ 44
2.2.8. Các hàm đồ họa(Graphical Functions) ............................................................ 45
2.2.9. Các hàm bảng chân lý(Truth Table Functions)................................................ 46
Chương 3............................................................................................................................ 70
TỔNG HỢP VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CẤP THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ
LẠI ..................................................................................................................................... 70
3.1. Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh máy cấp than ngun và mơ hình tốn học
của động cơ cấp than cám .............................................................................................. 70
3.1.1 Tiêu chuẩn mô dun tối ưu ................................................................................. 70
3.1.2.Tổng hợp mạch vịng điều chỉnh....................................................................... 71
3.1.3 Mơ hình tốn học hệ thống truyền động động máy cấp than cám .................... 74

3.2 Lập trình điều khiển và mơ phỏng hệ thống cấp than. ............................................ 74
3.1.1 Lưu đồ điều khiển hệ thống máy cấp than máy nhiệt điện phả lại ................... 74


3

3.2.2 Lập trình mơ phỏng điều khiển hệ thống cấp than............................................ 75
1. Xác định dao diện với môi trường Simulink .................................................... 78
2 Xác định các trạng thái cho từng chế độ hoạt động của mơ hình ....................... 83
3. Xác định các hành động của trạng thái và gán các biến cho sơ đồ Stateflow.... 86
4. Xác định các chuyển giữa các trạng thái............................................................ 92
3.2.3. Chạy mô phỏng hệ thống ............................................................................... 102
1. Chuẩn bị mô phỏng: ......................................................................................... 102
Trước khi mô phỏng ta nên kiểm tra một số điều sau: Phải có chuyển mặc định ở
mọi mức của cấp trạng thái có chứa các trạng thái Hoặc OR. ............................. 102
2. Đặt các tham số mô phỏng: .............................................................................. 102
Để đặt các tham số mô phỏng cần theo các bước sau: ......................................... 102
3. Tạo hoạt ảnh trong sơ đồ stateflow .................................................................. 103
4. Các thông số của hệ thống khi mô phỏng ........................................................ 111
5) Cách chạy mô phỏng hệ thống ........................................................................ 112
6. Kết quả mô phỏng ............................................................................................ 112
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 128
Các key word quan trọng ................................................................................................. 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 130


4

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Thông số một vài thiết bị khác trong dây truyền cấp than ......... 18

Bảng 1.2: Các tín hiệu sự cố và liên động ................................................. 19
Bảng 2.1: Nhãn chuyển hợp lệ ................................................................... 32
Bảng 3.1 Các biến điều khiển logic khối Quat&Maynghien ..................... 78
Bảng 3.2: Các biến điều khiển logic máy cấp than nguyên ....................... 80
Bảng 3.3: Các biến điều khiển logic máy cấp than nhóm lẻ ...................... 81
Bảng 3.4: Các biến điều khiển logic máy cấp than nhóm chẵn ................. 82
Bảng 3.5 Mơ tả các điểm ngắt ................................................................. 110


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Q trình chuyển hóa năng lượng trong sản xuất điện năng trong
nhà máy nhiệt điện ......................................................................................... 10
Hình 1.2: Chu trình nhiệt tổng quát của nhà nhiệt điện ................................ 11
Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ của dây truyền cấp than của nhà máy nhiệt điện
........................................................................................................................ 14
Hình 2.1: Các thành phần cơ bản của Stateflow ........................................... 21
Hình 2.2: Ví dụ về phân cấp trạng thái
........................................ 23
Hình 2.3: Ví dụ về sự phân ly trạng thái HOẶC A và B.............................. 24
Hình 2.4: Hai trạng thái song song ............................................................... 24
Hình 2.5: Ví dụ về sự kết hợp giữa các trạng thái AND và OR ................... 25
Hình 2.6: Các thành phần của một nhãn trạng thái ....................................... 26
Hình 2.7: Hệ thống cấp bậc và tên trạng thái ................................................ 27
Hình 2.8: Chuyển trạng thái .......................................................................... 29
Hình 2.9: Ví dụ về phân đoạn chuyển ........................................................... 29
Hình 2.10: Cấp bậc của chuyển trạng thái .................................................... 30
Hình 2.11: Nhãn chuyển................................................................................ 31
Hình 2.12: Chuyển tới và đi của các trạng thái Hoặc ................................... 33

Hình 2.13: Các chuyển tới và đi tại một điểm nối ........................................ 33
Hình 2.14: Các chuyển tới và đi của trạng thái cấp trên và sử dụng chuyển
mặc định ......................................................................................................... 34
Hình 2.15: Chuyển mặc định tới một trạng thái............................................ 36
Hình 2.16: Chuyển mặc định tới một nút. ..................................................... 37
Hình 2.17 Nhãn của Chuyển mặc định ......................................................... 37
Hình 2.18: Đặt nhãn cho chuyển ................................................................... 38
Hình 2.19: Hoạt động của các chuyển .......................................................... 39
Hình 2.20: Nút nối và vịng tự lặp ................................................................. 40
Hình 2.21: Nút nối và vịng lặp for ............................................................... 41
Hình 2.22 Ví dụ Ký hiệu Sơ đồ Dịng chảy ................................................. 42
Hình 2.23 Nút nối từ một nguồn tới nhiều đích ............................................ 42
Hình 2.24 Ví dụ các sự kiện có chung nút nối .............................................. 43
Hình 2.25: Nút lược sử .................................................................................. 44
Hình 2.26: Ví dụ về phần tử hộp Stateflow ................................................. 45
Hình 2.27: Sơ đồ stateflow khơng dùng và có dùng hàm đồ họa.................. 46
Hình 2.28. Cơng cụ vẽ bảng chân lý và các nút cơng cụ khác trong stateflow
........................................................................................................................ 51
Hình 3.1 a) Đặc tính tần số ............................................................................ 70
b) đặc tính q độ theo tiêu chuẩn mơđun tối ưu ........................................... 70
Hình 3.2 Cấu trúc mạch vòng điều khiển động cơ máy cấp than ngun ..... 71
Hình 3.3 Cấu trúc mạch vịng tương đương điều khiển động cơ máy cấp than
nguyên ............................................................................................................ 72
Hình 3.4 Mạch vịng dịng điện ..................................................................... 72
Hình 3.6: Mơ hình mơ phỏng của một động cơ máy cấp than cám ............... 74
Hình 3.7 : Lưu đồ điều khiển dây truyền cấp than ........................................ 75
Hình 3.9: Các trạng thái của khối điều khiển quạt tải bột và máy nghiền .... 84
Hình 3.10 Hai trạng thái song song điều khiển quạt và máy nghiền............ 85

6

Hình 3.11: Hai trạng thái của máy cấp than nguyên ..................................... 85
Hình 3.12: Các trạng thái của máy cấp than cám nhóm lẻ........................... 86
Hình 3.13: Các trạng thái của máy cấp than nhóm chẵn............................... 86
Hình 3.14 Model Explorer của khối điều khiển logic Quat&Maynghien...... 88
Hình 3.15: Khối điều khiển Quat&Maynghien.............................................. 88
Hình 3.16 Model Explorer của khối điều khiển logic máy cấp than nguyên
........................................................................................................................ 89
Hình 3.17 Khối điều khiển cấp than nguyên ................................................. 89
Hình 3.18 Model Explorer của khối điều khiển logic máy cấp than cám nhóm
lẻ ..................................................................................................................... 90
Hình 3.19 Khối điều khiển logic than cám nhóm lẻ ...................................... 91
Hình 3.20 Model Explorer của khối điều khiển logic máy cấp than cám
nhóm chẵn ...................................................................................................... 91
Hình 3.21 Khối điều khiển logic than cám nhóm chẵn.................................. 92
Hình 3.23: Các chuyển giữa 2 trạng thái của quạt tải than bột ...................... 93
Hình 3.24: Các chuyển trong khối điều khiển logic Máy nghiền ................ 94
Hình 3.25 : Các chuyển trong khối điều khiển logic máy cấp than nguyên 95
Hình 3.26 Các chuyển trong điều khiển logic hệ thống cấp than cám nhóm
lẻ ..................................................................................................................... 96
Hình 3.27 Các chuyển trong điều khiển logic hệ thống cấp than cám nhóm
chẵn ................................................................................................................ 97
Hình 3.28 Khối điều khiển tương tự máy cấp than nguyên ........................... 98
Hình 3.29 Khối điều khiển logic và tương tự máy cấp than nguyên ............. 98
Hình 3.30 Khối điều khiển tương tự máy than cám ...................................... 99
Hình 3.31 Khối điều khiển tương tự và logic máy cấp than cám nhóm lẻ ... 99
Hình 3.32 Khối điều khiển tương tự và logic máy cấp than cám nhóm chẵn
...................................................................................................................... 100
Hình 3.33 Chương trình mơ phỏng hệ và điều khiển thống cấp than nhà máy

nhiệt điệt Phả Lại ......................................................................................... 101
Hình 3.33 Cửa sổ hộp thoại Configuration Parameters ............................... 102
Hình 3.34 Hộp hội thoại Stateflow Target Builder ................................... 103
Hình 3.35 Hộp hội thoại Stateflow sfun Coder Opions ............................... 104
Hình 3.36 Hộp hội thoại gỡ rối Stateflow Debugging................................ 109


summarize the contents
Project: Apply Stateflow programming language to simulate and control
drive system of coal supplying system in Pha Lai Thremo-electricity
factory
I.

Structure

Exception the beginning and final part, the assay is divided into 3 chapter
Chapter 1: Introduce the Pha Lai Thremo-electricity factory.
Chapter 2: Introduce Stateflow programming language.
Chapter 3: build, programme to control and simulate the coal supplying
system in Pha Lai Thremo-electricity factory
II. The content of essay
1. Chapter 1:
introduce the overview about Pha Lai Thremo-electricity factory and the
electricity producing technology of Pha Lai Thremo-electricity factory.
Present the technology reqiuring, characteristic engineering of coal supplying
system, collect interlock and trouble signals
2. Chapter 2:
Researching the notions, components of Stateflow programming language as
well as the application and demonstrating example its.
3.Chapter 3:

Building the mathematics model of electric DC motor, and regulation loop for
former coal suppling machine drive, using Matlab&Simulink software and
specially as using Stateflow language to program logic and analog control and
simulating the coal supplying system in the Pha Lai Thremo-electricity
factory.


tóm tắt luận văn

Đề tài: ứng dụng ngôn ngữ lập trình stateflow để mô phỏng và
điều khiển hệ thống truyền động cấp than nhà máy nhiệt điện
phả lại

I. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, bản luận văn được chia thành 3 chương:
Chương 1: Gii thiu v nhà máy nhiệt điện Phả Lại.
Ch­¬ng 2: Giới thiệu ngơn ng lp trỡnh Stateflow.
Chương 3: Tổng hợp, lập trình mô phỏng hệ thống cấp than nhà máy nhiệt
điện Phả Lại.
II. Nội dung luận văn
1. Nội dung chương 1
Giới thiệu tổng quan về nhà máy nhiệt điện Phả Lại và công nghệ sản
xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện Phả Lại. Trình bày các yêu cầu về
công nghệ, đặc điểm kü tht cđa hệ thống cÊp than . T ỉng hợp các tín hiệu
liên động, sự cố.
2. Nội dung chương 2
Nghiên cứu các khái niệm, các phần tử của ngôn ngữ lập trình Stateflow
cũng như cách sử dụng chúng và các ví dụ minh họa.
3. Nội dung chương 3
Xây dựng mô hình toán học của động cơ DC, tổng hợp các mạch vòng điều

chỉnh cho truyn ng máy cấp than nguyªn, sử dụng phần mêm
Matlab&Simulink đặc biệt là ngơn ngữ Stateflow lập trình điều khiển
tng t v logic mô phỏng hệ thống cấp than nhà máy nhiệt điện Phả L¹i.


7

Lời nói đầu
Ngày nay cùng với sự phát triển cơng nghiệp hóa hiện đại hóa, thì nguồn
năng lượng cũng cần phải phát triển thích ứng, đặc biệt là điện năng. Đất nước ta
là một nước có nguồn nhiên liệu dồi dào đặc biệt là than đá và dầu khí nên rất
thích hợp cho việc phát triển nhà máy nhiệt điện, hơn lữa việc xây dựng nhà máy
nhiệt điện thuận lợi, nhanh hơn và nhanh thu hồi vốn hơn so với các nhà máy phát
điện khác. Chính vì các lý do đó, đảng và nhà nước ta đã đẩy mạnh việc phát triển
xây dựng các nhà máy nhiệt điện. Các nhà máy này thường được xây dựng ở
những nơi gần nguồn nhiên liệu, trong đó có nhà máy nhiệt điện Phả Lại. Để một
nhà máy nhiệt điện chạy bằng than đạt năng suất, an tồn và liên tục thì hệ thống
cấp than đóng vai trị then chốt và phải được điều khiển và giám sát tự động hóa
cao sao cho việc cấp than đúng với yêu cầu của lò đốt như là độ min, nhiệt độ, độ
ẩm, ...
Đối tượng là hệ thống cấp than nhà máy nhiệt điện Phả Lại. trong thực tế có
rất nhiều hệ thống cấp nhiên liệu khác nhau với các bộ điều khiển khác nhau
nhưng chúng đều chung một chức năng và thuật toán điều khiển. Trong phạm vi
luận văn này sẽ đi nghiên cứu và ứng dụng ngơn ngữ lập trình Stateflow trong
Matlab & Simulink để lập trình mơ phỏng việc điều khiển và giám sát hệ thống
cấp than cho nhà máy nhiệt điện Phả Lại.
Như đã biết, các dây truyền sản xuất có thể được điều khiển bởi nhiều thiết bị
khác nhau như điều khiển bởi vi xử lý hay vi điều khiển hoặc dùng PLC . Nói
chung các bộ điều khiển như vậy cịn bị hạn chế trong việc điều khiển kết hợp
giám sát hệ thống, đặc biệt việc lập trình điều khiển để thỏa mãn các yêu cầu là rất

khó khăn. Phần mềm MATLAB & SIMULINK là một ngơn ngữ lập trình cấp
cao, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực của khoa học và cơng nghệ như sinh
học, cơ khí, điện, xây dựng... Đặc biệt, nó chứa một ngơn ngữ lập trình điều khiển
giám sát cấp cao STATEFLOW ít người biết tới và sử dụng nó. Từ đó, đề tài sẽ
có các ý nghĩa và thực tiễn khoa học sau:
-

Kiểm nghiệm, chứng minh cho kiến thức lý thuyết đã được học.


8

-

Nghiên cứu và ứng dụng ngôn ngữ Stateflow trong việc lập trình mơ phỏng
điều khiển giám sát thành cơng, từ đó áp dụng mơdul này vào trong việc
giảng dạy tại trường Đại học Sư Phạm kỹ thuật Hưng Yên

-

Đề tài này là tiền đề cho việc điều khiển một đối tượng hay một hệ thống
thực bằng máy tính, giúp sinh viên có cái nhìn mới hơn về việc lập trình
điều khiển cho một hệ thống phức tạp.

Em xin chân thành cảm ơn Giáo sư T.s Nguyễn Trọng Thuần và toàn thể
các thầy cơ giáo trong bộ mơn Tự Động Hóa đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn
thành luận văn này.
Sau thời gian nghiên cứu và tìm hiểu em đã hồn thành việc ứ n g d ụ n g
ngơn ngữ Stateflow để lập trình mơ phỏng và điều khiển hệ thống
t r u y ề n đ ộ n g c ấ p t h a n n h à m á y n h i ệ t đ i ệ n P h ả L ạ i . Kết quả của hệ

thống điều khiển phù hợp với yêu cầu của bài tốn cơng nghệ đặt ra.Tuy nhiên
do cịn hạn chế về mặt kiến thức và thời gian do vậy mặc dù đã rất cố gắng
nhưng cũng không tránh khỏi thiếu xót. Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ
xung và chỉ bảo của các thầy cô giáo.
Học viên thực hiện

Đỗ Công Thắng


9

Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI
1.1 Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện phả lại.
Nhà máy nhiệt điện Phả Lại là một trong những nhà máy nhiệt điện lớn nhất Việt
Nam thuộc địa phận huyện Chí Linh Hải Dương, được xây dựng từ ngày 17-051980.
Với sự trợ giúp của Liên Xô, công suất thiết kế ban đầu của nhà máy là
440MW với bốn tổ máy đã đáp ứng được kịp thời tốc độ tăng trưởng của phụ tải
trong những thập kỷ 80. Năm 2001 nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2 được đưa vào
vận hành thêm hai tổ máy với công suất thiết kế lên đến 600MW hòa váo lưới điện
Quốc gia. Cả hai nhà máy đã cung cấp một lượng lớn điện năng, góp phần thúc
đẩy q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1 có sản lượng điện hàng năm là 2,86 tỷ KWh
với lượng than tiêu thụ là 1,6 triệu tấn/năm. Trong khi đó thì nhà máy nhiệt điện
Phả Lại 2 có sản lượng điện hàng năm là 3,68 tỷ KƯh, lượng than tiêu thụ cũng là
1,6 triệu tấn/năm là nhà máy với công nghệ sản xuất hiện đại, đáp ứng tiêu chuẩn
quốc tế về bảo vệ môi trường.
Nguyên lý sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện là chuyển hóa nhiệt
năng do đốt cháy nhiên liệu thành cơ năng quay tuabin và cuối cùng là biến đổi
thành điện năng máy phát. Do đó nhà máy đã sử dụng nhiên liệu chính là than và

dầu FO được lấy các mỏ Cẩm Phả, Hòn Gai, Mạo Khê…
Nhà máy nhiệt điện phả lại có khoảng 2264 cán bộ cơng nhân viên, trong đó
có 135 kỹ sư, 484 cán bộ trung cấp, 254 cán bộ công nhân bậc cao được đào tạo
thực tế tại Liên Xô. Như vậy đội ngũ cán bộ kỹ sư, công nhân viên nhà máy càng
hồn thiện chun mơn và chủ động hồn tồn trong cơng việc vận hành nhà máy,
xử l ý sự cố.
Trong tình hình đất nước càng phát triển, yêu cầu về năng lượng ngày càng
lớn, do đó nhà máy nhiệt điện Phả Lại đã không ngưng nâng cao cải tiến kỹ thuật,
vận hành với hiệu sâuts cao nhất, góp phần thúc đẩy sản xuất và phát triển đất
nước.


10

1.2 Công nghệ sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện Phả Lại
Để sản xuất ra điện năng ổn định thì cơ cấu dây chuyền sản xuất của cơng ty hoạt
động đồng bộ liên tục, thống nhất tất cả các khâu từ vận chuyển nhiên liệu, hoạt
động của lò hơi tuabin cho đến vấn đề vận chuyển điện năng. Nếu sảy ra sai sót
nào thì ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự vận hành sản xuất của nhà máy.
Nhà máy nhiệt điện hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển hóa từ nhiệt năng
bằng việc đốt cháy nhiên liệu thành điện năng ở đầu ra các máy phát thông qua
môi trường dẫn nhiệt là hơi nước. Q trình chuyển hóa năng lượng được biểu diễn
qua các khâu sau:

Nhiên liệu

Buồng đốt

Bao hơi

Tuabin

Máy phát

Nước ngưng
Hình 1.1 Q trình chuyển hóa năng lượng trong sản xuất điện năng trong nhà
máy nhiệt điện
Ban đầu nhiên liệu chính là than được đưa vào buồng đốt cho q trình cháy trong
lị. Ngồi ra người ta cịn sử dụng thêm dầu FO trong trương hợp khởi động ban
đầu hoặc khi chạy với phụ tải thấp. Than đá được chế biến thành than bột trước khi
đưa vào lò qua các vòi phun. Chất lượng của than trước khi đưa vào lò phải đảm
bảo về độ ẩm, nhiệt độ, độ mịn… để đảm bảo cho hiệu suất cháy của than là lớn
nhất.
Bột nhiên liệu được gió cấp 1 thổi qua vòi phun đưa vào buồng đốt nhận
nhiệt từ bồng lửa và sản phẩm được sấy nóng và cháy sinh ra nhiệt lượng. Nhiệt
lượng này khi khởi động lị có nhiệm vụ truyền nhiệt tích trữ năng lượng cho các
thành phần cấu tạo lị. Sau khi khởi động lị thì nhiệt lượng sinh ra truyền cho môi
trường hơi nước qua bộ hâm nước, giàn sinh hơi và bộ quá nhiệt sinh ra hơi quá


11

nhiệt với áp suất và nhiệt độ cho phép tác động tới cánh tuabin. Tại đây, sảy ra quá
trình biến đổi từ nhiệt năng thành năng lượng cơ năng làm quay tuabin.
Sau đó thì cơ năng này sẽ qua hệ thống biến đổi thành điện năng, điện áp
đầu ra được đưa qua trạm biến áp trước khi hòa vào lưới điện quốc gia. Môi trường
hơi nước chủ yếu dung để truyền tải nhiệt năng, do đó để có hiệu suất truyền tải
cao nhất thì phải đảm bảo được các yêu cầu về nhiệt độ và áp suất.
Tất cả các quá trình biến đổi năng lượng trên đều dựa trên một chu trình nhiệt phức
tạp qua nhiều khâu xử lý khác nhau. Ta có sơ đồ chu trình nhiệt tổng qt được

biểu diễn như sau:
Bộ điều chỉnh
hơi quá nhiệt
Bao hơi

Bộ hâm

Tuabin
Bộ gia nhiệt
Gia nhiệt cao
áp
Bình khử
khí

Gia nhiệt hạ áp

Bình ngưng

Bơm
ngưng

Hình 1.2: Chu trình nhiệt tổng quát của nhà nhiệt điện
Chu trình nhiệt của nhà máy là chu trình khép kín với hệ thống nước tuần hoàn liên
tục. Tất cả các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật, hiệu suất của nhà máy đều được quyết
định bởi khả năng sử lý của chu trình này. Nếu chu trình ít tổn hao trong q trình
chuyển hóa năng lượng thì hiệu suất máy sẽ cao, dễ tính tốn điều chỉnh các thơng
số qua trình.
Than bột được đưa vào lò và đốt ở nhiệt độ cao làm cho nước trong giàn ống sinh
hơi của lò hóa hơi thành hơi bão hịa. Hơi bão hịa được dẫn qua bộ lọc khí khơ và
q nhiệt để đảm bảo nhiệt độ, áp suất tiêu chuẩn làm cho tuabin cao áp quay. Sau

12

khi sinh cơng ở tuabin co áp thì hơi đó được đưa qua bộ gia nhiệt trước khi đưa
vào tuabin trung áp. Hơi từ cánh tuabin trung áp được đưa thẳng sang cánh tuabin
hạ áp để sinh công lần cuối cùng.
Ngồi phần hơi sinh cơng làm quay tuabin thì phần hơi cịn lại được đưa xuống
bình ngưng để ngưng tụ thành nước nhanh chóng với hệ thống nước làm mát tuần
hồn và hệ thống hút chân khơng. Nước sau khi qua bình ngưng sẽ được hệ thống
bơm ngưng bơm tới bộ gia nhiệt hạ áp. Nhiệt độ qua đây sẽ được tang lên nhờ hơi
nóng lấy từ tuabin hạ áp trước khi đi vào bình khử khí. Bình khử khí có vai trị khử
các bọt khí trước khi đi vào tuabin để tránh hiện tượng làm rỗ cánh tuabin. Nước
được đưa vào bình gia nhiệt cao áp và tiếp và tiếp tục tăng nhiệt độ bởi hơi trích ra
từ tuabin cao áp. Sau đó nước được đưa qua bộ hâm đạt nhiệt độ yêu cầu rồi quay
trở lại bao hơi hồn tất chu trình khép kín.
Để đảm bảo cho lượng nước tuần hồn khơng đổi người ta bổ xung thêm lượng
nước cấp được xử lý để bù vào lượng nước thất thốt trong qua trình vận chuyển.
1.3 Dây truyền cấp than của nhà máy nhiệt điện Phả Lại
1.3.1 Yêu cầu chung về công nghệ của dây truyền cấp than.
Than là thành phần quan trọng của khâu đầu vào trong quá trình sản xuất điện
năng ở nhà máy nhiệt điện đốt than. Mọi cơng đoạn điều chỉnh lượng than cấp vào
lị đều ảnh hưởng tới công suất điện sản xuất ra và hiệu suất của nhà máy. Do vậy
hệ thống cấp than phải đảm bảo được yêu cầu chặt chẽ, chính xác, lưu lượng và
chất lượng than cáp phù hợp sao cho hiệu suất nhiệt đạt được cao nhất.
Trước khi vào phễu cấp than nguyên, than từ các mỏ chuyển về qua hệ thống lật
toa xe được đưa vào kho chứa. Sau đó được đập sơ bộ để tạo thành than cục có
kích thước nhỏ dưới 10-15mm và được cân trên các cân tự động. Dưới thiết bị lật
toa người ta đặt các phễu thu nhận. Phần trên của phễu có che bởi hệ thống sàng
lọc với kích thước phụ thuộc vào kích thước yêu cầu của than. Để đạt được kích

thước yêu cầu, người ta thực hiện đập hai lần ở gian đập nhiên liệu bằng các búa
đập. Trước khi đập có các thiết bị phân ly kiểu điện từ để thu hồi các mảnh kim
loại, tránh làm hỏng cac thiết bị khác.


13

Các tín hiệu liên động logic giữa các khâu phải chặt chẽ phù hợp đảm bảo cho quá
trình xử lý chế biến than diễn ra liên tục, không bị gián đoạn và khả năng xảy ra sự
cố là thấp nhất.
Trong dây truyền cấp than, yêu cầu phải điều chỉnh lượng than của máy cấp để
cho lưu lượng đưa vào máy nghiền thích hợp và thỏa mãn các điều kiện đạt hiệu
suất cao nhất, chất lượng than ra khỏi máy nghiền đúng tiêu chuẩn cho phép.
Muốn điều chỉnh năng suất hơi của lị hơi, hay chính là gián tiếp điều chỉnh cơng
suất điện phát ra, ngồi việc tác động tới lưu lượng gió thổi trong lị, quạt khí.vv..
người ta cũng u cầu thay đổi tốc độ cho máy cấp than cám để phun vào lò lượng
than bột thỏa mãn.
1.3.2. Đặc điểm kỹ thuật dây truyền cấp than:


14

Sơ

đồ

cơng

nghệ

của

dây

truyền

cấp

than:

Hình 1.3: Sơ đồ cơng nghệ của dây truyền cấp than của nhà máy nhiệt điện
Phả Lại
a) Máy cấp than nguyên:
Than nguyên sau khi đập được hệ thống băng tải vận chuyển đưa vào phễu than
ngun có thể tích 360 m3 trước khi rót xuống máy nghiền. Trên băng tải vận
chuyển nhiên liệu vào máy cấp than nguyên có lắp một lưỡi cày dùng để gạt than


15

vào phễu cấp than nguyên. Khi cần đưa than vào phễu, lưỡi cày được hạ xuống và
than đổ về hai bên xuống phễu. Nếu lượng than đủ, thì lưỡi cày được nâng lên và
than nguyên được băng tải vận chuyển tơid máy cấp than nguyên khác hoặc cho
vào kho chứa. Lượng than đưa vào máy cấp được điều chỉnh theo phụ tải máy
nghiền sao cho máy nghiền hoạt động năng suất cao nhất và than sau quá trình đạt
yêu cầu.
Cụ thể là phụ thuộc lượng than trong máy nghiền, được giám sát bằng độ chênh
lệch áp suất ∆P và nhiệt độ vào ra của máy nghiền.
Ví dụ: Khi lượng than trong máy nghiền giảm, ít hơn so với yêu cầu thì độ chênh
áp ∆P sẽ giảm xuống và làm cho nhiệt độ tăng lên, lúc đó cần phải cấp than

nguyên thêm vào. Từ phễu chứa than nguyên để đi xuống máy nghiềnphair qua
băng tải có đục các khe hở xen kẽ nhau với kích thước giống nhau. Để thay đổi
theo yêu cầu phụ tải máy nghiền, tốc độ của băng tải nhanh hay chậm sẽ làm cho
lượng than nguyên cấp vào máy nghiền nhiều hay ít.
Yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới máy cấp than nguyên là lượng than nhiều hay ít quá
làm cho máy cấp than nguyên làm việc bị quúa tải hay non tải dẫn đến ảnh hưởng
tới năng suất cũng như chất lượng của máy cấp. Do đó lượng than đến máy cấp
phải đều đặn hoặc trong phạm vi cho phép để giúp máy cấp hoạt động ổn định.
Tốc độ động cơ máy cấp than nguyên được điều chỉnh trong dải từ 3001500Vòng/phút. Lưu lượng cấp than nguyên thực tế là 80 tấn/h.
Máy cấp than nguyên dùng động cơ DC kích từ song song có cac thơng số: Cơng
suất: Pđm=9kW;
Điện áp: Uđm=220V;
Dịng điện Iđm=50A;
Hiệu suất: ηđm=80% ;
Tốc độ định mức nđm= 1500Vg/phút ;
Số cặp cực: p=2.
b) Máy nghiền
Máy nghiền là khâu cơ bản và quan trọng trong toàn bộ dây chuyền chế biến than
sau khi qua máy cấp than. Do đó, điều kiện liên động giữa máy nghiền và các thiết
bị khác phải được giám sat và đánh giá chặt chẽ trong quá trình hoạt động, để đảm


16

bảo hiệu suất vận hành cao nhất, quá trình sau máy nghiền diễn ra liên tục. Máy
nghiền trong dây truyền thuộc loại kín với áp lực âm, vì vậy than sau khi nghiền
được vận chuyển bằng lực hút của tải quạt tải bột đến hệ thống phân li. Máy
nghiền than có chức năng nghiền than được cấp từ máy cấp than bột với kích thước
yêu cầu, để đưa vào silo than thơ bằng hỗn hợp gió nóng và gió lạnh giúp điều
chỉnh độ ẩm của than. Đường kính của máy nghiền khoảng 3,7m, chiều dài 8,5m

được quay với tốc độ 100Vongf/phút. Dịng của động cơ máy nghiền là 120A,
cơng suất 1600kW. Đây là động cơ không đồng bộ và không yêu cầu điều chỉnh
tốc độ, nhưng quan trọng là vấn đề hòa đồng bộ khi khởi động.
Động cơ máy nghiền khơng cần điều chỉnh tốc độ nhưng tín hiệu liên động làm
việc của nó chi phối đến hoạt động của máy cấp than nguyên. Sau khi quạt tải bột
và quạt khói hoạt động thì máy nghiền mới khở động và máy cấp than nguyên mới
có thể bắt đầu hoạt động.
c) Quạt tải bột.
Trong dây chuyền chế biến than, để vận chuyển than qua các khâu, công đoạn cần
thổi vào một lượng khí với áp lực lớn bằng quạt tải bột. Ngồi ra. Quạt tải bột cịn
giúp thổi gió cấp ba để vận chuyển lượng than nhỏ không tách được ra bằng gió
trong q trình phân ly qua 4 vịi phun để phun vào lị. Q trình vận chuyển và
phun bột than mịn vừa tận dụng được tối đa nhiên liệu vừa đảm bảo vệ sinh môi
trường. Quạt tải bột của dây truyền 1 sử dụng động cơ không đồng bộ công suất
1600kW, điện áp 380/220 V, tốc độ quay 1500 vịng/phút. Để điều chỉnh nhiệt độ
sấy chân khơng của máy nghiền thì một đầu của máy nghiền được kích vào đầu
đẩy của quạt tải bột.
d) Hệ thống phân li và các van khí:
Than sau khi được nghiền xong sẽ được quạt tải bột hút và vận chuyển lên hệ
thống phân lio cấp 1(phân li thô). Hệ thống phân li này thực hiện theo nguyên tắc
giảm động năng khi đi qua thiết bị hình phễu. Tại đây các hạt nhỏ đạt yêu cầu sẽ
được thổi lên khâu phân li cấp 2 ( phân li mịn), cịn những hạt có kích thước lớn sẽ
theo đường hoàn nguyên quya trở lại máy nghiền để nghiền tiếp. Hệ thống phân li
có thể được điều chỉnh độ min bằng % góc mở cánh hướng. Trong khi đó hệ thống
phân li cấp 2 hoạt động trên ngun tắc xốy li tâm. Những hạt đủ kích cỡ 4-6%


17

R90 thì sẽ được chuyển vào phễu than bột. Gió được thổi vào xiclon mịn theo

nhiều hướng khác nhau để tạo thành dịng khí xốy có thể tách riêng than và gió.
Những bột than nhỏ mịn 10-15% khơng tách được xuống phễu than bột thì sẽ được
quạt tải bột vận chuyển theo vịi phun phụ vào lị. Có thể theo dõi phân li thô và
mịn căn cứ vào hiệu áp thiết bị phân li để điều chỉnh hợp lý. Hai van G19 và G20
giúp hút hết ẩm có trong phễu than bột và vít vận chuyển để đảm bảo độ khơ cần
thiết trước khi đốt trong buồng đốt lị hơi.
Khóa khí cấp 1 và cấp 2 có chức năng vận chuyển than theo một một chiều và
khơng bị mất khí nóng lấy từ bộ sấy khí cấp 2 ở đầu cửa máy nghiền lên các xiclon
chứa.
Khóa khí than bột cũng đảm nhận chức năng lưu thông than từ xiclon than mịn
xuống phễu chứa than bột mà khơng cho khí lạnh xâm nhập vàom đảm bảo nhiệt
độ bột than trước khi đốt. Trước khóa khí than bột đặt sàng dùng để loại bỏ các tạp
chất lẫn trong than ảnh hưởng tới chất lượng cháy.
Van G23 làm nhiệm vụ lưu thơng gió tái tuần hồn điều chỉnh thơng gió cho máy
nghiền nhằm duy trì sức hút và nhiệt độ đầu ra của máy nghiền.
Van G16 và G17 có nhiệm vụ điều chỉnh khí nóng cấp cho than trước khi vào máy
nghiền để đảm bảo cho nhiệt độ đầu vào của máy nghiền đạt u cầu. G18 giúp
lưu thơng khí quyển bên ngồi nhằm bảo vệ khí nóng tràn ra từ hai van G16 và
G17.
Sau khi đi qua khóa khí than bột, than sẽ được chuyển đén van 3 ngả. Một đầu
được đưa vào phễu chứa than bột chuẩn bị cho vào lò đốt, cịn một đầu được
chuyển qua vít chuyển để đưa đến cho các máy cấp than cám.
e) Máy cấp than cám
Máy cấp than cám cấu tạo gồm hai bánh đĩa được đục lỗ xếp chồng lên nhau.
Bánh trên giữ cố định còn bánh dưới quay được nhờ nhờ một động cơ một chieeuf
kích từ độc lập có cơng suất 1,9 kW. Tốc độ của bánh răng dưới giúp điều chỉnh
lượng than bột phun vào buồng đốt theo yêu cầu kết hợp đồng thời với hệ thống
quạt gió riêng ở mỗi nhánh cấp than cám. Các động cơ cấp than cám được chia làm
2 nhóm, nhóm chẵn và nhóm lẻ. Mỗi nhóm gồm 4 động cơ được cấp nguồn từ một
bộ chỉnh lưu có điều khiển cầu 3 pha khơng có mạch vòng điều chỉnh. Để đảm bảo

18

tốc độ của các động cơ trong cùng một nhóm là như nhau, ban đầu người ta điều
chỉnh dịng kích từ và sau đó giữ cố định trong q trình làm việc.
Các động cơ cấp than cám không rằng buộc với máy nghiền và máy cấp than
nguyên nên có thể điều chỉnh riêng rẽ và hoạt động độc lập.
Năng suất cấp than cám của mỗi động cơ là 1,5-7 tấn/giờ. Hệ thống cấp thancams
sử dụng gió cấp 1 và gió cấp 2 với áp lực 210kg/m3 và lưu lượng gió 160m3/giờ.
Bảng 1.1 Thông số một vài thiết bị khác trong dây truyền cấp than
Thiết bị

Thông số thiết bị
Năng suất

Quạt máy nghiền

Giá trị

Đơn vị
m3/h

108000

Áp suất tồn phần

1065

Kg/m3

Cơng suất động cơ

395

KW

Điện áp

6

KV

Tốc độ quay

1480

v/p

Phân ly thơ

Đường kính

4750

mm

Phân ly mị

Đường kính

3750

mm

Thể tích

360

m3

Phễu than nguyên
Phễu than mịn
Máy

cấp

Thể tích
than Năng suất tối đa

m3

230

Tấn/giờ

80

Phạm vi điều chỉnh

ngun

Lần
5

Động

cơ

nghiền

máy Cơng suất
Tốc độ quay
Điện áp
Điện áp kích thích

KW

100

Vịng/phút
6

KV

126

V

Dịng điện kích thích

265

A

Hiệu suất

86

%

5,4

%

8

%

0,54

%

Tổn thất do khói thốt
Lị

1600

Tổn thất do cơ giới
Tổn thất do tản ra môi

trường xung quanh


19

Tổn thất ro xỉ mang ra

0,06

%

1.3.3 Tổng hợp các tín hiệu liên động và sự cố
Bảng 1.2: Các tín hiệu sự cố và liên động
Thiết bị

Tín hiệu liên động

Tín hiệu sự cố

Quạt tải bột

- Quạt gió lị hoạt động

- Nút ấn sự cố

- Các van được mở

- Quá tải động cơ
- Chạm đất 1 pha
- Bảo vệ dòng cắt nhanh

- Sự cố lò

Máy nghiền

- Quạt tải bột hoạt động

- Nút ấn sự cố

- Mức dầu đảm bảo-

- Sự cố chạm đất.

- Nhiệt độ ổ trục bánh răng

- Quá tải động cơ

- Dịng chảy phân ly khí

- Mất xung điều khiển
-Độ ồn máy nghiền
- Điện áp thấp
- Mất kích từ.

Máy cấp than

- Máy nghiền hoạt động.

- Mất nguồn

nguyên

- Mức than chứa trong phễu.

- Nút ấn sự cố.

- Mức đầy các xiclon

- Mất kích từ.
- Chạm đất.

Máy cấp than

- Nhiệt độ lị hơi đạt tiêu chuẩn.

- Nút ấn sự cố.

cám

- Van không khí.

- Sự cố lị.

- Quạt khói lị.

- Mất nguồn điện áp
- Mất kích từ


20

Chương 2

GIỚI THIỆU NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH STATEFLOW
2.1 .STATEFLOW là gì?
Stateflow là một cơng cụ thiết kế và phát triển đồ hoạ có khả năng làm việc trong
mơi trường Simulink.
Stateflow là một mơi trường thích hợp để mơ phỏng và mơ hình hóa logic dùng để
điều khiển và quan sát sơ đồ mơ hình vật lý trong Simulink.
Stateflow tích hợp với mơi trường Simulink để mơ hình, mơ phỏng và phân tích hệ
thống.
Tất nhiên, Stateflow cho ta phép ta thiết kế và phát triển hệ thống điều khiển giám
sát trong một mơi trường đồ hoạ. Nó mơ hình và mơ phỏng một cách trực quan các
phản ứng của một quá trình điều khiển phức tạp. Nó diễn tả rõ ràng, ngắn gọn một
hệ thống phức tạp trong một biểu đồ bằng lý thuyết trạng thái máy hữu hạn(Finite
state machine) thông qua các biểu tượng, các sự kiện và bằng các sơ đồ chuyển
trạng thái. Stateflow làm cho chi tiết kỹ thuật hệ thống và thiết kế lại gần nhau
hơn. Nó dễ dàng tạo ra các bản thiết kế, lựa chọn chuỗi các sự kiện và dễ dàng lặp
đi lặp lại cho đến khi mơ hình sơ đồ Stateflow được hoạt động như mong muốn.
2.2. Các phần tử của Stateflow
Các sơ đồ Stateflow được tạo bởi các phần tử. Một số phần tử là các phần tử đồ
họa, nó là cá phần tử mà ta vẽ ra trong sơ đồ Stateflow. Một số phần tử lại không
phải là đồ họa, chúng là các phần tử khơng có sự thể hiện đồ họa, nhưng có liên
quan với sơ đồ Stateflow.Sơ đồ ví dụ Stateflow sau hiển thị một số các phần tử đổ
họa cơ bản của sơ đồ Stateflow


21
Điểm nối
(Điểm quyết định)

Trạng thái
HOẶC(OR)

Nút lược sử
Chuyển mặc định

Nhãn chuyển

Điều kiện

Chuyển

Hành động
của điều
kiện

Hành động
của chuyển

Trạng thái song
song VÀ(AND)

Hình 2.1: Các thành phần cơ bản của Stateflow
Stateflow có các phần tử đồ hoạ, các phần tử phi đồ hoạ và dữ liệu của các phần tử
2.2.1.Trạng thái ( State)
Ký hiệu
?

Biểu tượng trên thanh công cụ Toolbar
-

a) Khái niệm về trạng thái.
Một trạng thái diễn tả một chế độ của một hệ thống, được điều khiển bởi các sự
kiện. Để kích hoạt các trạng thái ta có thể sử dụng các sự kiện và các điều kiện.