1. Hướng dẫn khoa học : PGS. TS. Nguyễn Tiến Ban Tác giả: KS. Phan Thanh Hải Đề tài : NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG GIAO DIỆN HỆ THỐNG VỚI NHÁNH ĐIỀU KHIỂN ĐỐT LÒ NUNG NHÀ MÁY XI MĂNG HẢI PHÒNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

2. 1. Tính cấp thiết của đề tài Đề tài nghiên cứu một phương thức điều khiển hệ thống lớn đang rất phát triển trên thế giới hiện nay được áp dụng cho các đối tượng có sự phân cấp trong điều khiển. Ngoài các thuật điều khiển, điều khiển phân tán là sự ứng dụng và khai thác mạng truyền thông công nghiệp trong quản lý và điều hành hệ thống.

3. Đề tài thực hiện thành công sẽ góp phần làm sáng tỏ quá trình công nghệ ở một lĩnh vực công nghiệp hiện đại với khả năng kết hợp, ghép nối các thiết bị hiện đại, kinh điển, các thiết bị động lực với công suất lớn và rất lớn với các thiết bị điều khiển rất nhỏ bé về cấu trúc và rất ít ỏi về tiêu hao năng lượng. Chính vì vậy, trong khuôn khổ của bản luận văn này sẽ tập trung vào nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng giao diện hệ thống với nhánh điều khiển đốt lò nung nhà máy xi măng Hải Phòng.

4. Nghiên cứu công nghệ một dây chuyền sản xuất lớn bao gồm nhiều mảng chức năng kết hợp với nhau, áp dụng nhiều lý thuyết điều khiển từ kinh điển đến hiện đại. Từ đó hiểu và thực hiện mô phỏng, thiết kế giao diện cho một phần hệ thống với một nhánh điều khiển cụ thể làm cơ sở cho khả năng áp dụng thực hiện cả hệ thống lớn sau này. 2. Mục đích của đề tài 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan dây chuyền sản xuất của nhà máy Xi măng Hải Phòng, các quy trình công nghệ sản xuất xi măng, nghiên cứu xây dựng cấu trúc cụm lò nung nhà máy xi măng Hải Phòng. Thực hiện các mô phỏng điều khiển hoạt động cụm lò nung trên mô hình thực tế.

6. Bố cục luận văn: Luận văn được chia làm 3 chương: Chương 1. Dây chuyền sản xuất xi măng nhà máy xi măng Hải Phòng Chương 2. Lò nung và điều khiển lò nung Chương 3. Thiết kế giao diện điều khiển cụm vòi đốt lò nung

7. Chương 1. Dây chuyền sản xuất xi măng nhà máy xi măng Hải Phòng 1.1. Sơ lược về nhà máy xi măng Hải Phòng . Dây chuyền sản xuất xi măng của nhà máy xi măng Hải Phòng mới sản xuất xi măng theo phương pháp khô, có công suất thiết kế là 1,4 triệu tấn/năm, do hãng FLSMIDTH của Đan Mạch thiết kế và cung cấp thiết bị chủ yếu. Dây chuyền sản xuất xi măng Hải Phòng sử dụng hệ thống điều khiển phân tán với giải pháp PLC - based DCS ( Progammable Logic Controller - based Distributed Control System ). Hệ điều khiển này ra đời từ sự kết hợp của hệ điều khiển phân tán DCS hiện đại và PLC, nhờ đó nó tận dụng được các ưu điểm, hạn chế nhược của cả hệ DCS và các PLC.

16. 1.3 Hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất xi măng. Hình 1.9. Phân cấp chức năng điều khiển trong hệ thống điều khiển dây chuyền xi măng Hải Phòng

21. 2.1 Đặt vấn đề: Trong dây chuyền sản xuất xi măng, công đoạn lò nung là công đoạn quan trọng nhất. Nguyên liệu đầu vào là đá vôi, đá sét, pyrit và silica được nung chảy, các phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao xảy ra tạo thành clinker. Sau đó clinker được làm nguội, đập nhỏ đưa vào công đoạn nghiền xi măng. Chương 2 . Lò nung và điều khiển lò nung

23. Bảng 2.1. Các van thuộc cụm vòi đốt chính 431BU780 Tên Loại van Chức năng M01 Van dầu Điều khiển lượng dầu vào buồng đốt (lắp động cơ trên trục) V01 Van dầu Đóng mở dầu vào buồng đốt V02 Van dầu Đóng mở dầu vào buồng đốt V03 Van dầu Đóng mở dầu hồi lưu V04 Van khí Làm sạch vòi đốt khi mở (kích hoạt khi đóng) Y01 Solenoid Đóng van dầu V01 khi được kích hoạt (kích hoạt khi mở) Y02 Solenoid Đóng van dầu V02 khi được kích hoạt (kích hoạt khi mở) Y03 Solenoid Đóng van dầu V03 khi được kích hoạt (kích hoạt khi mở) Y04 Solenoid Đóng van dầu V04 khi được kích hoạt (kích hoạt khi mở)

34. Chương 3. Thiết kế giao diện điều khiển cụm vòi đốt lò nung 3.1 Đặt vấn đề 3.1.1 Giới thiệu về WinCC WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center – trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows, là phần mềm tích hợp giao diện người máy IHMI ( Intergrated Human Machine Interface ) của hãng Siemens, cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hóa. 3.1.2 Xây dựng một dự án trên WinCC Chọn và cài đặt PLC hoặc bộ điều khiển: trong bước này ta phải định cấu hình cho hệ thống để hệ thống tự động giao tiếp với WinCC thông qua bộ điều khiển giao tiếp (driver). Việc chọn bộ điều khiển tùy thuộc vào loại PLC sử dụng.

35. 3.2 Mô h ì nh đề xuất Hình 3.1 Mô hình đề xuất lò nung nhà máy xi măng 1. Giới thiệu chung: Lò nung & các van cụm vòi đốt chính Tủ điều khiển Modul PLC: CPU, nguồn, đầu vào ra Máy tính cài đặt WinCC & Simatic manager V5.3

36. Hình 3.2 Mô hình cụm vòi đốt chính lò nung nhà máy xi măng Hải Phòng

37. Bảng 3.1. Phân cổng vào/ra cho S7 – 300 431BU780 2. Liệt kê cổng vào ra: Module DI16xDC24V Đầu nối Đầu vào PLC Chức năng V1 I0.0 Khởi động V2 I0.1 Dừng V3 I0.2 SP V4 I0.3 Dừng khẩn cấp Module AI8x12Bit Đầu nối Đầu vào PLC Chức năng V5 PI288 PV Module DO8xRelay Đầu nối Đầu ra PLC Chức năng R1 Q4.1 Van V01 R2 Q4.2 Van V02 R3 Q4.3 Van V03 R4 Q4.4 Van V04 R5 Q5.1 Kích hoạt van Y01 R6 Q5.2 Kích hoạt van Y02 R7 Q5.3 Kích hoạt van Y03 R8 Q5.4 Kích hoạt van Y04 R9 PQ288 Van M01

50. 3.5 Chạy thử và kiểm tra Bước 0: kiểm tra rò. Bước 1: mở van V01, V02. Bước 2: điều khiển nhiệt độ lò. Bước 3: đóng van V01, V02. Bước 4: mở van V04 làm sạch vòi đốt. Bước 5: mở van V03 hồi lưu dầu. Điều khiển nhiệt độ lò: Thực hiện đặt nhiệt độ lò SP, các tham số Kp, Ti, Td từ “Panel Dieu Khien” trên giao diện “DIEU KHIEN VOI DOT”, mô phỏng này đặt tăng nhiệt độ 80 0 từ nhiệt độ làm việc của lò nung, khi nhấn nút “Dieu Khien” trong WinCC thực hiện thuật toán PID để đưa giá trị thực PV nhanh chóng tiến đến ổn định và bằng giá trị đặt SP, khi có đối tượng điều khiển thật, các giá trị SP, Kp, Ti, Td nhập từ WinCC được gửi xuống PLC, thuật toán PID được thực hiện trong PLC và đưa ra tín hiệu điều khiển tới đầu ra điều khiển độ mở van của M01 điều chỉnh lưu lượng dầu để nhiệt độ lò đạt giá trị đặt.

51. Nhận xét: Mô phỏng giao diện hệ thống với nhánh điều khiển đốt lò nung nhà máy xi măng Hải Phòng cho kết quả tốt, thông qua các phương án thử nghiệm, hệ thống điều khiển, giám sát từ xa các hệ thống tự động của lò nung, ứng dụng công nghệ mạng chuyên gia đã cho kết quả thực hiện như sau: Cho phép vận hành, điều khiển các thiết bị nằm ở các trạm phân tán trong buồng máy từ máy tính. Giám sát các tín hiệu tương tự thu thập từ thiết bị như: giá trị nhiệt độ, giá trị tốc độ cho kết quả cập nhật nhanh, khả năng lọc nhiễu tốt. Giám sát các tín hiệu số bao gồm trạng thái vận hành của các thiết bị như chạy, dừng, chế độ từ xa – tại chỗ, tự động – bằng tay, trạng thái sự cố cho độ chính xác cao và thời gian đáp ứng nhanh. Hệ thống báo động chính xác, nhanh các sự cố thu thập được từ các trạm và hiển thị trên các Panel báo động tại các vị trí khác nhau. Kết quả thực hiện cho thấy hệ thống đã đảm bảo tính thời gian thực trong điều khiển và khả năng chống nhiễu trên đường truyền mạng trong môi trường nhà máy xi măng Hải Phòng.

52. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Từ tìm hiểu tổng quan công nghệ sản xuất xi măng, nghiên cứu chi tiết hệ thống điều khiển của nhà máy xi măng Hải Phòng. Đề tài đã đưa ra được cấu hình mạng cụ thể dựa trên hoạt động thực tế của cụm vòi đốt lò thuộc công đoạn lò nung của nhà máy xi măng Hải Phòng. Đề tài cũng đã thực hiện mô phỏng và điều khiển hoạt động của cụm vòi đốt theo đúng công nghệ đề ra. Về chương trình phần mềm, đề tài sử dụng các phần mềm: WinCC v6.0 tạo giao diện người máy để điểu khiển giám sát. Simatic Step7 V5.3, phần mềm viết chương trình cho PLC. Mục đích và ứng dụng thực tế, nhằm nghiên cứu, học hỏi những kiến thức mới trong lĩnh vực tự động hóa quá trình sản xuất để có khả năng điều khiển, vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, từng bước nắm vững và phát triển công nghệ. Ngoài ra còn có thể ứng dụng trong phòng thí nghiệm để làm thí nghiệm cho sinh viên với các thiết bị lập trình PLC S7-300.

53. 2. Kiến nghị Đề tài đang dừng ở việc mô phỏng và điều khiển một cụm làm việc trong công đoạn lò. Do vậy, có thể phát triển xây dựng các cụm làm việc khác một cách tương tự, và liên động làm việc giữa các cụm làm việc đó. Chương trình điểu khiển đã thực hiện là chương trình PID truyền thống, từ đó có thể phát triển trên các phương pháp điều khiển khác hiện đại như điều khiển mờ, nơron, ... Tiếp tục nghiên cứu để đề tài ngày càng phát triển hoàn thiện hơn nữa để mô phỏng toàn bộ hệ thống lò nung cũng như hệ thống nhà máy xi măng Hải Phòng.

54. Xin chân thành cảm ơn!