Lam Mat Clinker

Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động

LỜI MỞ ĐẦUTrên thế giới hiện nay, các nguồn năng lượng tự nhiên như than đá, dầu mỏ, khí đốt

đang dần cạn kiệt do sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp. Bên cạnh đó việc sử dụng những thiết bị không hợp lý và đã quá cũ cũng góp phần giảm năng suất và tăng hao phí năng lượng trong các nhà máy. Do đó vấn đề tìm kiếm ra những nguồn năng lượng mới cũng như sử dụng hợp lý và tiết kiệm năng lượng đang rất được quan tâm. Việc sử dụng các thiết bị và giải pháp tiết kiệm điện dần trở thành tất yếu trong các nhà máy, nhất là các nhà máy công nghiệp lớn.

Ở Việt Nam, trong hơn 10 năm trở lại đây, việc trang bị tự động hóa cho các nhà máy không những nâng cao năng suất, giảm được sự vất vả cho người vận hành mà còn góp phần tích cực trong việc tiết kiệm chi phí sản xuất. Không nằm ngoài xu thế đó, ngành công nghiệp xi măng nước ta, xuất hiện từ thời kì đầu của thời đại công nghiệp, công nghệ sản xuất cũng đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển và ngày càng hoàn thiện hơn. Các dây chuyền, trang thiết bị cung cấp cho ngành đang dần được tự động hóa để đáp ứng các chỉ tiêu về kỹ thuật và môi trường khắt khe cũng như trong việc tiết kiệm chi phí để giảm giá thành sản phẩm.

Với đề tài tốt nghiệp “ Ứng dụng biến tần tiết kiệm năng lượng cho hệ thống quạt máy lạnh làm mát clinker trong nhà máy xi măng ” nhiệm vụ của của chúng em là:

- Tìm hiểu và nắm vững quy trình công nghệ sản xuất xi măng từ khai thác, nghiền liệu đến đóng gói sản phẩm và những đặc thù riêng của nhà máy.

- Tìm hiểu cấu trúc – nguyên lý công đoạn làm mát clinker.

- Nghiên cứu sử dụng thiết bị : Biến tần, PLC và các phần mềm ứng dụng liên quan như WINCC và STEP7 – MICROWIN.

- Ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn làm mát clinker.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Doãn Phước , tập thể nhân viên trong công ty ASEATEC và toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn Điều Khiển Tự Động đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong quá trình thực tập và làm đồ án tốt nghiệp. Tuy nhiên do còn hạn chế về mặt kiến thức và thời gian, do vậy mặc dù đã rất cố gắng nhưng đồ án của chúng em cũng không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự góp ý và bổ xung của các thầy cô giáo.

Sinh viên thực hiện :

Vũ Hoài Nam

Vũ Việt Hưng

Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K491


MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................1DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................5DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................7Chương I : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND ...................8

1.1. Khái niệm chung và các thành phần hóa học của xi măng ..................81.2. Nguyên liệu, nhiên liệu sản xuất clinker xi măng .................................8

1.2.1. Nguyên liệu sản xuất xi măng ............................................................81.2.1.1. Đá vôi ..........................................................................................81.2.1.2. Đất sét ..........................................................................................91.2.1.3. Một số loại phụ gia dùng trong sản xuất xi măng .......................9

1.2.2. Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy xi măng .....................................101.2.2.1. Nhiên liệu rắn ............................................................................101.2.2.2. Nhiên liệu khí .............................................................................101.2.2.3. Nhiên liệu lỏng ..........................................................................10

1.3. Công nghệ sản xuất xi măng .................................................................101.3.1.Giai đoạn 1: Gia công, đồng nhất nguyên liệu, nhiên liệu và chuẩn bị phối liệu ......................................................................................................13

1.3.1.1. Khai thác và vận chuyển nguyên liệu .......................................131.3.1.2. Gia công sơ bộ nguyên liệu .......................................................131.3.1.3. Đồng nhất sơ bộ nguyên liệu .....................................................141.3.1.4. Quá trình nghiền liệu ................................................................141.3.1.5. Đồng nhất phối liệu ...................................................................15

1.3.2.Giai đoạn 2: Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker và làm mát clinker.....................................................................................................................18

1.3.2.1. Lò nung và tháp tiền nung .........................................................181.3.2.2. Làm mát clinker .........................................................................19

1.3.3. Giai đoạn 3 : Gia công, ủ và nghiền clinker với các phụ gia khác .. .191.3.3.1. Ủ clinker.....................................................................................191.3.3.2. Đập clinker và phụ gia ..............................................................201.3.3.3. Nghiền clinker và phụ gia trong máy nghiền ............................201.3.3.4. Đóng bao ...................................................................................21

1.4. Đặc điểm cơ bản của dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng .........221.5. Các chỉ tiêu cần đạt được trong quá trình sản xuất xi măng ............23

1.5.1. Chỉ tiêu về suất tiêu hao năng lượng ................................................231.5.2. Chỉ tiêu phát thải ra môi trường .......................................................231.5.3. Chỉ tiêu về ổn định chất lượng sản phẩm .........................................24

Chương II : CÔNG ĐOẠN LÀM MÁT CLINKER........................................252.1. Mục đích .................................................................................................252.2. Công nghệ làm mát clinker kiểu ghi ....................................................26

2.2.1. Cấu tạo chung của máy làm mát kiểu ghi ........................................26



2.2.1.1. Buồng máy .................................................................................272.2.1.2. Ghi thép chịu nhiệt ....................................................................272.2.1.3. Quạt làm mát .............................................................................28

2.2.2. Nguyên lý làm việc của máy làm mát kiểu ghi ...............................292.3. Đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng :.............................................30

Chương III : GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG.................................................................................................................31

3.1. Biến tần MICROMASTER 440 (MM440) ..........................................313.1.1. Nguyên lý hoạt động của biến tần ....................................................313.1.2. Các đầu dây điều khiển và sơ đồ nguyên lý .....................................323.1.3. Cách cài đặt tham số của biến tần ....................................................35

3.1.3.1. Cài đặt mặc định .......................................................................353.1.3.2. Truyền thông qua BOP ..............................................................363.1.3.3. Cài đặt thông số ........................................................................37

3.1.4. Các tham số thông dụng của biến tần ...............................................433.2. PLC S7-200 ............................................................................................51

3.2.1. Cấu tạo phần cứng ............................................................................513.2.2. Chương trình của PLC S7-200 .........................................................54

3.2.2.1. Vòng quét chương trình .............................................................543.2.2.2. Cấu trúc chương trình ...............................................................54

3.2.3. Phần mềm STEP7 – MICROWIN ....................................................543.2.3.1. Giao diện phần mềm ..................................................................553.2.3.2. Một số thành phần quan trọng ..................................................56

3.3. Phần mềm WINCC 6.0 .........................................................................583.3.1. Tổng quan về WinCC .......................................................................583.3.2. Cấu hình WinCC V6.0 .....................................................................58

3.3.2.1. Các loại Project ........................................................................583.3.2.2. WinCC Explorer .......................................................................593.3.2.3. Các thành phần cơ bản trong một project của WinCC ............603.3.2.4. Các trình soạn thảo ..................................................................603.3.2.5. Tag và Tag Groups ....................................................................61

3.3.3. Giới thiệu một số trình soạn thảo và đối tượng chuẩn của WinCC ..623.3.3.1. Thiết kế đồ họa của WinCC (Graphics Designer) ...................623.3.3.2. Tag Logging ..............................................................................643.3.3.3. Trình soạn thảo Report ..............................................................663.3.3.4. Trình soạn thảo Alarm-Logging ................................................68

Chương IV : GHÉP NỐI GIỮA PC, PLC VÀ BIẾN TẦN ............................704.1. Giao diện truyền thông OPC ................................................................70

4.1.1. Tổng quan về kiến trúc OPC ............................................................704.1.2. OPC Server .......................................................................................72

4.2. Điều khiển biến tần thông qua giao thức USS ....................................734.2.1. Giao thức USS (USS protocol) ........................................................73



4.2.2. Kết nối giữa PLC và biến tần ..........................................................744.2.2.1. Sơ đồ nối dây .............................................................................754.2.2.2. Cài đặt tham số biến tần ............................................................75

4.2.3. Các lệnh của thư viện USS library ...................................................774.3. Ghép nối PC và PLC .............................................................................81

4.3.1. Kết nối nguồn CPU S7-200 ..............................................................814.3.2. Kết nối cáp RS-232 / PPI Multi – Master ........................................814.3.3. Thiết lập các thông số truyền thông .................................................82

4.4. Kết nối WINCC và PLC S7-200 ...........................................................83Chương V : ỨNG DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUẠT LÀM MÁT CLINKER................................................................................................91

5.1. Cấu trúc hệ thống và bài toán công nghệ ............................................915.1.1. Cấu trúc hệ thống .............................................................................915.1.2. Bài toán công nghệ ...........................................................................92

5.2. Lập trình hệ thống .................................................................................925.3. Thiết kế giao diện vận hành ..................................................................95

5.3.1. Màn hình giao diện quá trình ...........................................................955.3.2. Màn hình trạng thái của quạt làm mát ..............................................95

KẾT LUẬN......................................................................................................101PHỤ LỤC : Chương trình điều khiển giám sát công đoạn làm nguội clinker. 102DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................115



DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 : Sơ đồ tổng quan dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng...........................12

Hình 1.2 : Sơ đồ công nghệ công đoạn nghiền phối liệu và đồng nhất........................15

Hình 1.3 : Silo hai tầng.................................................................................................16

Hình 1.4 : Silo trộn đều liên tục kiểu buồng trộn của Claudius Peter..........................17

Hình 1.5 : Sơ đồ công nghệ công đoạn nung................................................................18

Hình 1.6 : Sơ đồ công nghệ công đoạn nghiền xi măng................................................20

Hình 1.7 : Sơ đồ khối công đoạn nghiền xi măng.........................................................21

Hình 1.8 : Sơ đồ công nghệ công đoạn đóng bao xi măng............................................22

Hình 2.1 : Hệ thống làm lạnh kiểu ghi..........................................................................25

Hình 2.2 : Hệ thống làm lạnh kiểu hành tinh................................................................26

Hình 2.3 : Hệ thống làm lạnh lò quay hệ ướt................................................................26

Hình 2.4 : Mô hình máy làm mát kiểu ghi.....................................................................27

Hình 2.5 : Hình ảnh bên trong buồng lò tunel..............................................................27

Hình 2.6 : Hệ thống ghi thép chịu nhiệt........................................................................28

Hình 2.7 : Van điều chỉnh lưu lượng gió làm mát.........................................................29

Hình 3.1: Nguyên lý biến tần.........................................................................................31

Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý MM 440..............................................................................34

Hình 3.3 : Cấu tạo của CPU PLC S7-200.....................................................................52

Hình 3.4 : Các cổng truyền thông và modul truyền thông của S7-200.........................53

Hình 3.5 : Giao diện của phần mềm STEP7-MICROWIN............................................55

Hình 3.6 : Cấu trúc của Graphics Designer................................................................62

Hình 4.1 : Kiến trúc sơ lược của OPC..........................................................................71

Hình 4.2 : Kiến trúc Client/Server trong OPC..............................................................72

Hình 4.3 : Sơ đồ đấu nối dây giữa PLC và biến tần.....................................................75

Hình 4.4: Kết nối nguồn với CPU S7-200.....................................................................81

Hình 4.5 : Ghép nối cáp RS-232/PPI Multi – Master...................................................82

Hình 4.6 : Thiết lập các thông số truyền thông.............................................................82



Hình 4.7 : Cửa sổ Communications .............................................................................83

Hình 5.1 : Cấu trúc hệ thống điều khiển.......................................................................91

Hình 5.2 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển............................................................92

Hình 5.3 : Màn hình giao diện quá trình lúc khởi động và ở chế độ dừng...................97

Hình 5.4 : Màn hình giao diện quá trình khi hoạt động................................................98

Hình 5.5 : Cảnh báo khi nhiệt độ đầu ống gió nóng 3 quá cao....................................99

Hình 5.6 : Màn hình trạng thái của quạt làm mát (Fan 01).......................................100



DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 : Yêu cầu kỹ thuật của nguyên liệu trước khi vào máy nghiền......................13

Bảng 1.2 : Thành phần khoáng clinker theo tốc độ làm mát........................................19

Bảng 1.3 : Chỉ tiêu về suất tiêu hao năng lượng...........................................................23

Bảng 1.4 : Chỉ tiêu phát thải ra môi trường..................................................................23

Bảng 1.5 : Chỉ tiêu về ổn định chất lượng sản phẩm....................................................24

Bảng 3.1 : Các đầu dây điều khiển của MM 440..........................................................33

Bảng 3.2 : Các đầu vào số của MM 440.......................................................................35

Bảng 3.3 : Các nút chức năng của MM 440..................................................................37

Bảng 3.4 : Các tham số thông dụng của MM 440.........................................................50

Bảng 3.5 : Cấu tạo phần cứng của một số CPU S7-200...............................................51

Bảng 3.6 : Yêu cầu cấu hình máy tính cho WinCC.......................................................58



Chương I : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND

1.1. Khái niệm chung và các thành phần hóa học của xi măng :

Xi măng portland là kết dính thủy lực, khi trộn với nước sẽ tạo hồ dẻo có tính kết dính và đóng rắn được trong môi trường không khí, môi trường nước. Xi măng portland là sản phẩm nghiền mịn của clinker với thạch cao thiên nhiên, đôi khi còn pha thêm vào một vài loại phụ gia khác nhằm cải thiện một số tính chất của xi măng và tăng sản lượng, hạ giá thành. Hiện nay trên thị trường có hai loại xi măng phổ biến là : PC ( Portland Cement ) và PCB ( Portland Cement Blended ).

Clinker sản xuất bằng cách nung đến kết khối phối liệu đã được nghiền mịn và đồng nhất gồm hai nguyên liệu chính là đá vôi và đất sét, đồng thời có thêm thạch anh, quặng sắt và một số chất phụ gia để điều chỉnh. Bốn ôxit chính trong clinker xi măng là : CaO, SiO2 , Al2O3 , Fe2O3. Tỉ lệ các ôxit cơ bản trong phối liệu biểu diễn thành phần hóa học của clinker, quyết định tính chất của clinker, và cũng là chỉ tiêu quan trọng nhất để kiểm tra và đánh giá chất lượng của xi măng. Tổng hàm lượng của chúng chiếm khoảng ( 95% 97% ) thành phần các chất trong clinker và thông thường tỉ lệ các ôxit này trong clinker như sau :

CaO : 63% 67%

SiO2 : 21% 24%

Al2O3 : 4% 8%

Fe2O3 : 2% 4%

Ngoài các thành phần cơ bản đó, trong xi măng còn có phụ gia là các ôxit khác, có hàm lượng không lớn lắm : MgO(1% 5%), Mn2O3(0 3%), SO3(0.1% 1%), TiO2, K2O, Na2O ...

1.2. Nguyên liệu, nhiên liệu sản xuất clinker xi măng :

1.2.1. Nguyên liệu sản xuất xi măng :

Hầu hết các nhà máy xi măng trên thế giới đều sản xuất xi măng từ hỗn hợp phối liệu nhân tạo. Để đảm bảo thành phần hóa học của clinker người thường dùng hỗn hợp từ hai nguyên liệu chính là đá vôi và đất sét, ngoài ra còn có một vài nguyên liệu phụ nữa như quặng bôxit, lacterit, quặng sắt, trepen, diatomit...

1.2.1.1. Đá vôi :



Sản xuất clinker xi măng portland thường dùng các loại đá vôi, đá phấn... Các loại đá này thành phần chủ yếu của nó là CaCO3, một lượng nhỏ MgCO3 và một ít tạp chất khác.

Theo TCVN 6072-1996, đá vôi dùng làm nguyên liệu để sản xuất xi măng portland phải thỏa mãn yêu cầu về hàm lượng của các chất là : CaCO3 85%, MgCO3 5%, K2O + Na2O 1%.

1.2.1.2. Đất sét :

Đất sét là loại nham thạch trầm tích, đó là những alumo silicat ngậm nước có rất nhiều trong thiên nhiên. Thành phần chủ yếu của đất sét là SiO2, Fe2O3, Al2O3. Ngoài ra trong đất sét còn lẫn cát, sỏi, sạn và các tạp chất hữu cơ.

Theo TCVN 6071-1996, sét dùng làm nguyên liệu để sản xuất xi măng portland phải có hàm lượng các ôxit trong khoảng sau : SiO2 = 58 70%, Al2O3 = 10 24%, K2O + Na2O 3%. Các nhà máy xi măng ở nước ta hầu hết đều sử dụng sét đồi ( đá sét ) có hàm lượng các ôxit đảm bảo yêu cầu. Một số nơi có thể dùng sét ruộng hoặc sét phù sa nhưng những loại sét này thường có hàm lượng SiO2 thấp hơn, Al2O3 và kiềm cao hơn nên phải có nguồn phụ gia cao silicat để bổ sung SiO2.

1.2.1.3. Một số loại phụ gia dùng trong sản xuất xi măng :

Các chất phụ gia được đưa vào phối liệu nung hoặc nghiền cùng clinker nhằm mục đích cải thiện công nghệ nghiền, nung hay thay đổi một số tính chất của xi măng. Ngoài ra còn góp phần tăng năng suất, hạ giá thành sản phẩm :

Phụ gia khoáng hóa : Để giảm nhiệt độ nung clinker nhằm tiết kiệm nhiên liệu và tăng khả năng tạo khoáng, tăng độ hoạt tính của các khoáng clinker. Một số loại phụ gia khoáng hóa như : quặng fluorit, còn gọi là huỳnh thạch (chứa CaF2), quặng phosphorit (chứa P2O5), quặng barit (chứa BaSO4), thạch cao (chứa CaSO4). Các loại phụ gia này có thể dùng riêng một loại hoặc dùng phối hợp với nhau ở dạng phụ gia hỗn hợp, khi đó tác dụng khoáng hóa sẽ tốt hơn. Tuy vậy, trong sản xuất nếu càng sử dụng nhiều loại nguyên liệu và phụ gia thì công nghệ pha trộn phối liệu càng phức tạp và tốn kém.

Phụ gia điều chỉnh : Dùng để điều chỉnh sự kết dính và độ đóng rắn của xi măng. Các loại phụ gia điều chỉnh chính được sử dụng là : Phụ gia giàu silic (thường dùng đất hoặc đá cao silic có SiO2 > 80% hoặc cát mịn), phụ gia giàu sắt (thường dùng xỉ Pirit, quặng sắt, quặng Laterit), phụ gia giàu nhằm (thường dùng quặng Bôxit, cao lanh hoặc tro xỉ nhiệt điện).

Phụ gia thủy : làm tăng tính chất bền nước của xi măng.

Phụ gia điền đầy : nhằm tăng năng suất, hạ giá thành sản phẩm.



1.2.2. Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy xi măng :

Nhiên liệu sử dụng cho các lò trong các nhà máy xi măng bao gồm cả nhiên liệu rắn, lỏng, khí. Muốn đảm bảo năng suất sản xuất cần cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho các lò để đạt được nhiệt độ yêu cầu, muốn vậy thì nhiên liệu phải đảm bảo :

- Cung cấp nhiều nhiệt cho lò.

- Nhiên liệu phải cháy hoàn toàn với lượng không khí dư nhỏ nhất.

- Dùng không khí nóng đưa vào để tăng điều kiện cháy.

1.2.2.1. Nhiên liệu rắn :

Nhiên liệu rắn được sử dụng ở đây là than đá. Yêu cầu than phải có nhiệt lượng cao 5500 Kcal/Kg, chất bốc cao (15 30%), ngọn lửa dài, tro nhiên liệu ít (10 20%),

hàm lượng lưu huỳnh nhỏ. Than dùng cho lò quay là phải sấy khô, nghiền mịn theo yêu cầu.

1.2.2.2. Nhiên liệu khí :

Khí thiên nhiên được khai thác từ dưới các lớp đất sâu, nó là những hợp chất của các loại cacbuahydro hữu hạn khác nhau, chủ yếu là mêtan, ngoài ra còn một số khí khác như êtan, propan, butan, pentan. Ưu điểm của nhiên liệu khí là dễ tự động hóa, không cần qua giai đoạn gia công, lắng lọc.

1.2.2.3. Nhiên liệu lỏng :

Nhiên liệu lỏng được sử dụng rất tốt là mazut. Mazut thu được từ sản phẩm sau khi đã chưng cất dầu mỏ. Ưu điểm của mazut là ít tạp chất, hàm lượng tro rất nhỏ (khoảng 0,1 0,3%), độ ẩm 1 4%, nhiệt năng khá cao ( > 8000 Kcal/Kg ). Tuy nhiên việc sử dụng nhiên liệu lỏng là mazut cũng có những nhược điểm : không thuận tiện khi vận chuyển, đổ rót và chứa đựng bảo quản.

1.3. Công nghệ sản xuất xi măng :

Quá trình sản xuất clinker xi măng gồm 3 giai đoạn :

Giai đoạn 1 : Gia công, đồng nhất nguyên nhiên liệu và chuẩn bị phối liệu.

Giai đoạn 2 : Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker và làm mát clinker.

Giai đoạn 3 : Gia công, ủ và nghiền clinker với các phụ gia khác.

Có hai phương pháp sản xuất xi măng là phương pháp ướt và phương pháp khô. Hai phương pháp này khác nhau chủ yếu ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 :

Giai đoạn 1 : Có thể gia công phối liệu theo phương pháp ướt hay khô.

Giai đoạn 2 : Có thể nung hỗn hợp phối liệu trong lò đứng hay lò quay.



Việc lựa chọn phương pháp sản xuất phụ thuộc vào nhiều điều kiện mà chủ yếu là tính chất cơ lý, tính chất hóa học của nguyên liệu, điều kiện điện năng, nhiệt năng, thiết bị …

Sau đây là sơ đồ tổng quan về dây chuyền sản xuất xi măng :



Hình 1.1 : Sơ đồ tổng quan dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng.



1.3.1.Giai đoạn 1: Gia công, đồng nhất nguyên liệu, nhiên liệu và chuẩn bị phối liệu :

Việc chuẩn bị nguyên liệu và hỗn hợp phối liệu để sản xuất clinker xi măng là một khâu quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Chuẩn bị nguyên vật liệu phải qua các công đoạn sau :

1.3.1.1. Khai thác và vận chuyển nguyên liệu :

Đá vôi và đất sét là hai nguồn nguyên liệu chính, được khai thác theo phương pháp cắt tầng bằng nổ mìn hoặc khoan. Sau đó dùng xe ủi, máy xúc,…đưa lên xe tải vận chuyển từ công trường khai thác về nhà máy.

1.3.1.2. Gia công sơ bộ nguyên liệu :

Đá vôi là nguyên liệu rắn, được chuyển về nhà máy từ công trường khai thác, đá thường có kích thước 600 800mm, do đó cần được gia công sơ bộ bằng máy đập hàm đến kích thước 60 80mm, sau đó đưa vào máy đập búa. Đá ra khỏi máy búa có kích thước 5 25mm được đưa vào két chứa hoặc silô. Cũng có thể sử dụng máy đập búa 2 trục chỉ đập một lần để có kích thước 20 25mm.

Đất sét là loại nguyên liệu mềm, có thể qua máy cán trục rồi đưa vào két chứa. Sau đó đưa vào máy nghiền bi nghiền chung với đá, nước hoặc đưa vào máy sấy nghiền liên hợp phối liệu. Nếu đất sét có độ ẩm cao thì sau khi qua máy cán trục được đưa vào bể bừa bùn, bùn ra khỏi bể bừa bùn có độ ẩm 60 70% được đưa vào bể chứa rồi vào máy nghiền bi nghiền chung với đá.

Khi sản xuất xi măng theo phương pháp khô, nếu nguyên nhiên liệu có độ ẩm tự nhiên cao cần phải sấy đến độ ẩm đạt yêu cầu trước khi đưa vào máy nghiền cũng có thể sấy nghiền liên hợp. Yêu cầu kỹ thuật của nguyên liệu trước khi vào máy nghiền :

Tên nguyên liệu Độ ẩm tự nhiên (%) Độ ẩm vào máy (%)

Đá vôi 3 7 % < 2 %

Đất sét 5 25 % < 2 %

Xỉ lò cao 15 25 % < 2 %

Than 10 15 % < 2 3 %

Bảng 1.1 : Yêu cầu kỹ thuật của nguyên liệu trước khi vào máy nghiền.



1.3.1.3. Đồng nhất sơ bộ nguyên liệu :

Kho đồng nhất sơ bộ nhằm mục đích dự trữ và cũng cấp nguyên liệu cho máy nghiền liệu. Các nguyên liệu thô sau khi vận chuyển đến kho bằng các băng tải thành các đống và luống khác nhau để thuận tiện cho việc đổ và lấy nguyên liệu.

Tại kho đồng nhất sơ bộ có các hệ thống gàu rải để đánh đống nguyên liệu thành các đống để dự trữ. Ngoài ra còn có hệ thống các gàu xúc đưa nguyên liệu vào máy nghiền qua hệ thống băng tải.

Các phương pháp đồng nhất sơ bộ thường được sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng là : phương pháp chất đống Chevron và phương pháp chất đống Windrow.

1.3.1.4. Quá trình nghiền liệu :

Mục đích của máy nghiền liệu là sản xuất ra bột liệu đồng nhất, đủ các tiêu chuẩn cho phép nung tốt trong lò. Việc này phải được thực hiện một cách kinh tế nhất, đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu : kích thước nạp liệu, khả năng nghiền nhỏ, độ dính và độ mài mòn.

Các nguyên liệu thô từ kho chứa đồng nhất sơ bộ được cân trên băng tải để giám sát khối lượng đặt, sau đó được trộn với cát thạch anh và quặng sắt với thành phần phù hợp theo công nghệ ngay trên băng tải chính trước khi đổ vào máy nghiền. Trong máy nghiền, hỗn hợp phối liệu sẽ được nghiền mịn.

Độ mịn của hỗn hợp phối liệu có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nung luyện và chất lượng clinker, độ mịn càng cao bề mặt tiếp xúc giữa các nguyên liệu càng lớn, quá trình nung càng nhanh, càng có điều kiện nâng cao chất lượng clinker. Ở công đoạn này, bộ phân ly làm nhiệm vụ kiểm tra độ mịn của phối liệu. Những hạt phối liệu đủ độ mịn sẽ được chuyển đến silô FF/CF hoặc đưa thẳng đến tháp tiền nung. Những hạt chưa đạt tiêu chuẩn sẽ được đưa trở lại máy nghiền để đạt độ mịn cần thiết.

Phòng phân tích hóa nghiệm KCS làm nhiệm vụ lấy mẫu và phân tích thành phần hóa học của mẫu để điều chỉnh thành phần các nguyên liệu đầu vào. Việc phân tích được thực hiện theo chu kì và hoàn toàn tự động để đảm bảo chất lượng của xi măng.



Hình 1.2 : Sơ đồ công nghệ công đoạn nghiền phối liệu và đồng nhất.

1.3.1.5. Đồng nhất phối liệu :

Phối liệu ra khỏi máy nghiền phải đưa qua các thiết bị đồng nhất (Silô) để được trộn đều, đảm bảo độ đồng nhất và độ ổn định của phối liệu trước khi đưa vào lò nung. Nguyên tắc của việc đồng nhất phối liệu là dựa vào áp lực nhất định của khí nén để tiến hành trộn đều bột liệu. Trên tấm đáy silô lắp đặt các kiểu thiết bị xung khí. Sau khi xung khí, trước tiên làm lỏng bột liệu, sau đó tiến hành trộn theo trạng thái “dòng chảy” làm cho thành phần bột liệu đồng đều. Do thiết bị xung khí khác nhau và cách bố trí cũng khác, dẫn đến sự khác nhau về phương pháp và cấu tạo silô đồng nhất :

a. Silô đồng nhất bột liệu kiểu gián đoạn ( silô – FF : dòng qua phễu ) :

Là loại silô mà khi tiến hành đồng nhất phải chia bước gián đoạn khi vào liệu và ra thành phẩm liệu sống. Nguyên tắc là sử dụng “ dòng chảy hình phễu ” : Rất nhiều lớp hình nón được đổ vào silô và được trộn một cách liên tục. Khi silô đã cạn, bột liệu được tháo ra qua một kênh hẹp. Một lỗ hình nón được tạo ra trên bề mặt của bột liệu và liệu trượt xuống các cạnh của hình nón rồi ra khỏi silô. Bột liệu được phân phối đều giữa hai silô trộn bên trên, mà ở đó các lớp bột liệu càng



mỏng càng tốt. Cấp liệu lò nung được rút ra từ một trong hai silô bên dưới. Khi một silô trộn đầy thì silô kia mới đầy nửa. Silô đầy được tháo ra nhanh chóng và silô kia được dùng để trữ trống. Khi một silô trữ cạn thì việc rút liệu được chuyển sang silô kia.

Hệ thống silô – FF không phụ thuộc vào việc trộn bằng khí nén nên năng lượng tiêu thụ thấp, đồng thời tránh được nguy cơ phân tách. Tuy nhiên nếu bột liệu dính thì hiệu quả đồng nhất thấp.

Có 3 loại silô – FF :

- Silô 2 tầng.

- Silô xếp sánh đôi.

- Silô trộn đơn thuần.

Chú thích :

1. Khí nén.

2. Máng trượt khí động.

3. Lọc bụi túi.

4. Thiết bị báo đầy.

5. Sục khí nén.

6. Khí cao áp.

7. Bình bơm cao áp.

8. Cấp liệu sống.

9. Van cấp liệu.

Hình 1.3 : Silo hai tầng.

b. Silô đồng nhất kiểu liên tục ( silô – CF : dòng chảy được điều khiển ) :

Dòng chảy trong hệ thống silô – CF được điểu khiển bằng cách tháo liệu qua nhiều cửa ra ở đáy silô và được tiến hành ở nhiều mức dòng chảy khác nhau. Sau



đó trộn các bột liệu từ các cửa ra riêng rẽ trong một bể trộn lý tưởng, nhỏ. Đáy của silô được chia thành 7 khu vực có 6 cạnh giống nhau. Ở giữa cửa mỗi khu vực có một lỗ mở bộ phận tháo đậy bằng một hình nón thoát áp suất. Mỗi khu vực lại chia thành 6 phần hình tam giác, tất cả đều được lắp hộp thông gió xốp. Ở các lỗ mở bộ phận tháo lắp được các van, từ các van này bột liệu được chuyển bằng khí trượt đến bể trộn ở đáy silô.

Có các loại silô – CF :

- Silô trộn đều bột liệu kiểu liên tục khoang hỗn hợp.

- Silô trộn điều khiển nhiều dòng điểm.

- Silô trộn điều khiển khống chế dòng liên tục.

- Silô kiểu buồng trộn của Claudius Petes.

- Silô đồng nhất của Claudius Petes.

- Silô đồng nhất liên tục của Polysius.

- Silô đồng nhất kiểu đa dòng của Polysius.

- Silô đồng nhất kiểu điểm đa dòng của LSF.

- Silô buồng trung tâm của IBAU.

- Silô đồng nhất liên tục của PARTER.

Chú thích :

1. Lọc bụi túi.

2. Ống cấp liệu.

3. Buồng trộn.

4. Phần tư sục khí.

Hình 1.4 : Silo trộn đều liên tục kiểu buồng trộn của Claudius Peter.



1.3.2.Giai đoạn 2: Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker và làm mát clinker:

Hình 1.5 : Sơ đồ công nghệ công đoạn nung.

1.3.2.1. Lò nung và tháp tiền nung :

Công đoạn lò nung là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất xi măng. Trong đó dưới tác dụng của nhiệt từ việc đốt cháy nhiên liệu, các quá trình lý hóa xảy ra đổi với bột liệu để tạo thành clinker. Công đoạn lò yêu cầu hoạt động lò ổn định, kiểm soát được sự cố cũng như đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng và sản lượng, cũng vì lí do đó mà để nung clinker xi măng sử dụng lò quay phổ biến hơn lò đứng.

Tháp tiền nung có 5 tầng, gồm 5 silô đồng nhất. Mỗi silô được chia thành 2 tầng : tầng 1 để đồng nhất và tầng 2 dùng để chứa bột liệu. Liệu có thể được tháo từ tầng 1 của silô thứ nhất sang tầng 2 của silô thứ 2 hoặc có thể tháo trực tiếp xuống tầng 1 của silô đó. Ngoài ra tháp còn có hệ thống dẫn khí đấu chéo. Nguyên tắc hoạt động của tháp 5 tầng là liệu từ trên đi xuống đồng thời khí nóng được lấy từ lò nung được dẫn từ dưới lên trên. Khi phối liệu từ trên đổ xuống, nó được sấy lần lượt và càng đi xuống dưới nhiệt độ sấy càng cao. Qua hệ thống tháp 5 tầng, phối liệu được sấy sơ bộ đến gần 1000 oC trước khi vào lò nung.

Nhiên liệu để nung là bột than được phun ở áp suất cao dưới dạng mù. Nguyên tắc cấp liệu cho lò nung là bột than được thổi vào và đốt từ đuôi lò, còn phối liệu được đổ



xuống từ hệ thống sấy 5 tầng đổ xuống đầu lò. Dòng khí nóng đi ngược từ đuôi lò đến đầu lò. Phối liệu cyclone qua sấy 5 tầng được sấy sơ bộ đi vào lò nhiệt độ tăng dần làm các phản ứng pha rắn xảy ra và được kết khối ở 1300 oC đến 1450 oC tạo thành clinker.

Khi nung clinker trong lò quay, thời gian lưu vật liệu trong dôn kết khối khoảng 2025 phút với nhiệt độ nung 1300oC đến 1450oC thì quá trình tạo khoáng xảy ra hoàn

toàn. Nếu nhiệt độ nung quá cao, hàm lượng pha lỏng quá lớn thì clinker có thể tạo thành những cục lớn, ảnh hưởng đến sự vận chuyển của vật liệu trong lò và năng suất lò. Nếu lưu vật liệu trong dôn kết khối với thời gian quá ngắn, quá trình tạo khoáng sẽ xảy ra không hoàn toàn, chất lượng clinker giảm. Nếu kéo dài thời gian lưu vật liệu thì một số khoáng sẽ phân hủy trong khi nung, năng suất lò giảm, thu được clinker khó nghiền, tốn nhiệt năng. Chất lượng clinker được đánh giá sơ bộ dựa vào kích thước hạt clinker, màu sắc và dung trọng của nó.

1.3.2.2. Làm mát clinker :

Clinker sau đó được đưa qua hệ thống máy làm mát clinker. Làm mát clinker là một giai đoạn quan trọng trong quá trình sản xuất clinker, nó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Mục đích giảm nhiệt độ của clinker được tạo ra. Tốc độ làm mát clinker có ảnh hưởng đến sự kết tinh các khoáng và hàm lượng pha thủy tinh trong clinker : Nếu làm mát chậm, sản phẩm đóng rắn sẽ không ổn định thể tích, làm giảm chất lượng clinker. Nếu làm mát nhanh, sản phẩm đóng rắn ổn định thể tích hơn, chất

lượng clinker tốt hơn. Thành phần khoáng clinker phụ thuộc tốc độ làm mát clinker :

Tên khoáng Thành phần (%) các khoáng clinker khi làm mát theo tốc độ

Chậm Trung bình Nhanh Rất nhanh

C3S 59.8 65.2 65.2 70.0

C2S 18.5 14.5 9.2 3-4

C3A 12.8 8.0 0 0

C4AF 6.1 6.1 0 0

Thủy tinh clinker 0 0 22.4 20.6

Bảng 1.2 : Thành phần khoáng clinker theo tốc độ làm mát.

1.3.3. Giai đoạn 3 : Gia công, ủ và nghiền clinker với các phụ gia khác.

1.3.3.1. Ủ clinker :



Clinker ra khỏi thiết bị làm mát được đưa vào các silô chứa để ủ trong khoảng 1015 ngày trước khi đưa tới công đoạn nghiền. Mục đích :

- Tiếp tục làm nguội clinker đến nhiệt độ thường.

- Tạo điều kiện cho các khoáng tiếp tục kết tinh, làm sản phẩm sau này ổn định thể tích khi đóng rắn.

- Clinker dòn, dễ nghiền.

Để đạt được những mục đích trên, người ta còn phun nước ở dạng sương mù vào clinker mới ra lò, như vậy hiệu quả làm nguội clinker nhanh hơn, rút ngắn thời gian ủ.

Ngoài những lí do trên, còn không cho phép nghiền clinker nóng vì thu được sản phẩm có nhiệt độ quá cao, ảnh hưởng đến việc đóng bao bì. Mặt khác nghiền clinker quá nóng, năng suất máy nghiền sẽ giảm, ảnh hưởng đến thiết bị trong máy nghiền và giảm tác dụng điều chỉnh tốc độ đóng rắn xi măng của thạch cao.

1.3.3.2. Đập clinker và phụ gia :

Trước khi đưa clinker và phụ gia vào máy nghiền cần tiến hành gia công sơ bộ bằng cách đập thô clinker và phụ gia trong máy đập hàm đến kích thước đạt yêu cầu. Người ta có thể đập clinker ngay sau khi ra khỏi lò nung rồi mới đưa vào ủ. Đập clinker và phụ gia trước khi nghiền với mục đích :

- Tăng năng suất máy nghiền.

- Tránh được những ách tắc sự cố khi nghiền.

Thực tế cho thấy kích thước cục clinker vào máy từ 8 10mm, năng suất máy nghiền tăng lên 10 15%. Nếu kích thước cục clinker vào máy từ 2 3mm, năng suất máy nghiền tăng lên 25 30%.

1.3.3.3. Nghiền clinker và phụ gia trong máy nghiền :



Hình 1.6 : Sơ đồ công nghệ công đoạn nghiền xi măng.

Sơ đồ khối :

Hình 1.7 : Sơ đồ khối công đoạn nghiền xi măng.

Đây chính là công đoạn nghiền xi măng : Clinker, thạch cao và phụ gia (phụ gia thủy, phụ gia điều chỉnh,…) trong các két chứa được tháo qua một hệ thống van và các cân định lượng rồi đổ vào hệ thống băng tải 2 chiều đưa vào máy nghiền. Bài toán phối liệu được thực hiện thông qua hệ thống cân băng định lượng, nhờ đó hỗn hợp nguyên liệu trước khi vào máy nghiền sẽ được đảm bảo về tỉ lệ các thành phần phù hợp với chủng loại xi măng cần sản xuất.

Dưới tác động trà xát của vật liệu nghiền trong máy nghiền ( các loại bi sắt ) nguyên liệu sẽ được nghiền nhỏ ra và đạt tới một độ mịn theo yêu cầu. Máy nghiền ngoài tác dụng nghiền mịn hỗn hợp trên còn có tác dụng trộn đều, đồng nhất hỗn hợp bột mịn để tạo thành xi măng. Cường độ xi măng, tốc độ rắn phụ thuộc nhiều vào độ nghiền mịn của bột xi măng. Xi măng nghiền càng mịn, quá trình đóng rắn càng nhanh và cường độ càng cao.

Xi măng ra khỏi máy nghiền được đưa qua bộ phân ly, tại đây có sự sàng lọc : Nếu xi măng đạt tiêu chuẩn thì được tách riêng đưa đến silô chứa qua hệ thống băng tải. Nếu hạt xi măng quá lớn thì được thu hồi và đưa trở lại máy nghiền để nghiền lại cho



tới khi đạt yêu cầu. Một phần xi măng ra khỏi máy nghiền cũng được thu hồi bởi hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Với công nghệ lọc bụi tĩnh điện, máy lọc bụi sẽ thu hồi các hạt xi măng bám trên các bản cực tĩnh điện rồi chuyển đến các silo chứa xi măng nhờ băng tải.

1.3.3.4. Đóng bao :

Xi măng từ đáy các silô xi măng có thể được xuất ra ngay, gọi là sản phẩm xi măng rời. Cũng có thể xi măng được tháo ra và đưa tới dây chuyền đóng bao bì tự động để thu được sản phẩm xi măng đóng bao.

Hình 1.8 : Sơ đồ công nghệ công đoạn đóng bao xi măng.

1.4. Đặc điểm cơ bản của dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng:

Tính phức tạp của công nghệ sản xuất : Dây chuyền sản xuất xi măng gồm nhiều công đoạn sản xuất cũng như phụ trợ. Trong đó công đoạn sản xuất cơ bản nhất là công đoạn nung clinker. Thiết bị ở đây thực hiện một quá trình trao đổi nhiệt liên tục. Quá trình biển đổi hóa học và cơ lý mạnh mẽ diễn ra trong một hệ thống thiết bị công nghệ khá phức tạp, gồm nhiều tầng và nhiều khối chức năng hoạt động liên hoàn. Các công đoạn nghiền liệu, nghiền than, nghiền xi măng là những hệ thống thiết bị có chu trình kín, hoạt động tương đối độc lập.

Tiêu thụ năng lượng lớn : Các máy móc chính trong dây chuyền sản xuất xi măng đều thuộc loại công suất lớn, tiêu thụ nhiều năng lượng. Với công nghệ hiện đại, suất tiêu hao năng lượng trung bình khoảng 750 Kcal/Tấn clinker, suất tiêu hao năng lượng cho nung clinker là 60 KWh/Tấn clinker và cho nghiền xi măng là 35KWh/Tấn xi măng.



Vận hành ở chế độ dài hạn : Hầu như tất cả các thiết bị máy móc công nghệ đều làm việc ở chế độ dài hạn trong 3 ca sản xuất.

Phân bố rộng và bao che kín : Các thiết bị công nghệ trong dây chuyền được ghép nối với nhau thành nhiều vòng bằng các đường ống gió công nghệ, thiết bị lọc bụi và các hệ thống thiết bị vận chuyển.

Tính biến động ngẫu nhiên của tham số công nghệ : Các tham số lý hóa của nguyên liệu thô dao động trong dải rộng, do phân bố tự nhiên của các vỉ - lớp và vị trí của các mỏ nguyên liệu khác nhau, do đó chỉ có thể xác định được tham số cụ thể sau khi đã khai thác.

Tính biến thiên chậm của tham số công nghệ : Các quá trình biến đổi tính chất cơ, lý, hóa trong các công đoạn sản xuất xi măng là những quá trình biến thiên chậm, hệ thống thiết bị công nghệ có công suất lớn và có quán tính rất lớn.

1.5. Các chỉ tiêu cần đạt được trong quá trình sản xuất xi măng :

Các chỉ tiêu theo TCVN 6016 : 1995 ; EN196 như sau :

1.5.1. Chỉ tiêu về suất tiêu hao năng lượng :

STT Chỉ tiêu Đơn vị Chỉ số

1 Suất tiêu hao cho nghiền nguyên liệu KWh/ T 10 25

2 Suất tiêu hao nhiệt năng cho nung clinker Kcal/ Kg 700 850

3 Suất tiêu hao điện năng cho nung clinker KWh/ T 37 45

4 Suất tiêu hao điện năng cho nghiền xi măng KWh/ T 30 38

Bảng1.3 : Chỉ tiêu về suất tiêu hao năng lượng.

1.5.2. Chỉ tiêu phát thải ra môi trường :

STT Chỉ tiêu phát thải Đơn vị Chỉ số

1 Bụi vô cơ mg/m3 50

2 Nox mg/m3 1200



3 SO2 mg/m3 750

4 CO mg/m3 50

Bảng 1.4 : Chỉ tiêu phát thải ra môi trường.

1.5.3. Chỉ tiêu về ổn định chất lượng sản phẩm :

STT Chỉ tiêu Đơn vị Chỉ số

A Hóa học

1 CaO % 65 68

2 SiO2 % 20 23

3 Al2O3 % 4.0 6.0

4 Fe2O3 % 2.0 4.0

5 MgO % 1.0 6.0

6 SO3, Mn2O3 % 0.1 3.0

7 K2O % 0.1 1.0

8 Na2O % 0.1 0.5

B Cơ lý

1 Độ mịn cm3/g 3200 3600

2 Thời gian kết thúc đông kết h 2.0 4.0

3 Độ giãn nở mm 1.5 0.5

4 Độ bền nén sau 28 ngày N/mm2 45 55

Bảng 1.5 : Chỉ tiêu về ổn định chất lượng sản phẩm..



Chương II : CÔNG ĐOẠN LÀM MÁT CLINKER

2.1. Mục đích :

Mục tiêu của công đoạn làm mát là hạ nhanh nhiệt độ của clinker sau khi ra khỏi lò nung làm tăng hoạt tính của các khoáng clinker, thu hồi nhiệt thải ( gió III, gió II ) để cấp khí nóng cho vòi đốt calciner và máy nghiền than, cũng như tải clinker đến máy đập nhỏ rồi đưa lên đổ vào một silô hoặc các silô chứa cho công đoạn ủ tiếp theo.

Như đã nêu ở trên, tốc độ làm mát clinker có ảnh hưởng đến sự kết tinh các khoáng và hàm lượng pha thủy tinh trong clinker qua đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của xi măng. Tùy theo đặc điểm công nghệ cũng như năng suất của nhà máy mà lựa chọn công nghệ làm mát phù hợp :

Hình 2.1 : Hệ thống làm lạnh kiểu ghi.



Hình 2.2 : Hệ thống làm lạnh kiểu hành tinh.

Hình 2.3 : Hệ thống làm lạnh lò quay hệ ướt.

2.2. Công nghệ làm mát clinker kiểu ghi :

2.2.1. Cấu tạo chung của máy làm mát kiểu ghi :

Thiết bị thường được sử dụng chủ yếu trong các nhà máy xi măng là máy làm mát clinker hiệu suất cao của Polysius hoặc của Claudius-Peters.



Hình 2.4 : Mô hình máy làm mát kiểu ghi.

Cấu tạo chung của máy làm mát kiểu ghi gồm có các bộ phận chính sau đây :

2.2.1.1. Buồng máy :

Buồng máy hình lò tunel có hai cửa thoát khí : Một cửa đầu lò và một cửa cuối lò để thu hồi gió nóng II và gió nóng III. Cuối buồng máy là máy đập sơ bộ, giúp giảm bớt kích thước của clinker sau khi ra khỏi buồng lò.

Hình 2.5 : Hình ảnh bên trong buồng lò tunel.

2.2.1.2. Ghi thép chịu nhiệt :

Đây là bộ phận chính để tạo ra cơ cấu chuyển động tải clinker đi trong lò :



Hình 2.6 : Hệ thống ghi thép chịu nhiệt.

Các ghi thép chịu nhiệt được lắp thành hàng ngang buồng máy, cứ một hàng ghi tĩnh xen một hàng ghi động. Chức năng của hàng ghi động là tải clinker đi dọc theo lò tunel về phía trước. Còn chức năng của hàng ghi tĩnh là cho không khí lạnh từ các quạt áp lực chui qua các khe hở của ghi quạt mát. Toàn bộ chuyển động của hệ thống ghi được tạo ra là nhờ sử dụng các xylanh thủy lực được lắp đặt bên dưới.

Hệ thống các ghi được lắp nghiêng dốc xuống dưới ( từ 3-4o ) để dễ tải clinker đến máy đập búa. Trước đây phổ biến là máy làm lạnh ba cấp ghi thép. Hiện nay người ta đã cải tiến cơ cấu ghi tốt hơn về hiệu suất làm nguội clinker, cũng như tốt hơn về độ bền nhiệt và độ bền ăn mòn cơ học nên máy làm nguội clinker chỉ cần hai cấp với độ dốc hợp lí của ghi.

2.2.1.3. Quạt làm mát :

Hệ thống làm mát sử dụng các quạt áp lực công suất lớn được lắp đặt hai bên hông máy ( lò tunetl ). Số lượng quạt từ 9 đến 11 cái với tổng lưu lượng được thiết kế theo định mức 1.8-2.2 m3/kg clinker. Áp lực các quạt không giống nhau nhưng lưu lượng gió phải đủ để ép qua các khe hở của ghi và chui qua chiều dày của lớp clinker trong quá trình làm mát và thu hồi nhiệt của clinker. Việc điều chỉnh lưu lượng gió làm mát được thực hiện nhờ hệ thống điều khiển độ mở của các van gió. Các van gió là các cơ cấu chấp hành, được điều khiển bởi các động cơ servo và hệ thống điều khiển riêng. Khi nào cần lưu lượng gió làm mát nhiều, van sẽ mở nhiều và ngược lại.



Hình 2.7 : Van điều chỉnh lưu lượng gió làm mát.

Các thiết bị còn lại của công đoạn làm mát clinker là máy đập clinker, băng tải, gàu xích đưa clinker lên đổ vào silô chứa, máy lọc bụi tĩnh điện và silô chứa clinker. Máy đập clinker có thể là máy đập búa, máy đập cán áp hai trục, ba trục, có thể là máy đập hàm tùy theo năng suất lò.

2.2.2. Nguyên lý làm việc của máy làm mát kiểu ghi :

Nguyên lý làm việc của máy mát clinker kiểu ghi thép là : clinker từ phễu rót xuống trải rộng khắp trên diện tích ghi với chiều dày 250-350mm. Nhờ sự chuyển động của hệ thống ghi thép, clinker được tải dọc theo lò tunel về phía trước. Đồng thời không khí lạnh từ các quạt áp lực chui qua các khe hở của ghi quạt mát và lấy nhiệt của lớp clinker rồi thoát ra theo đường thu hồi khí nóng ( gió III ) đến cấp cho vòi phun của buồng phân hủy carbonat. Hai cửa thoát khí của lò tunel sẽ thu hồi nhiệt lượng tỏa ra : Cửa đầu lò để thu hồi nhiệt của clinker từ 1200-1300oC xuống 600-800oC. Cửa thoát thứ hai ở cuối lò để thu hồi khí nóng 300-400oC. Khí nóng thu qua cửa này mang đi cấp cho máy nghiền than.

Đánh giá hiệu suất làm nguội của các model máy làm mát clinker thường căn cứ vào các chỉ tiêu :

1. Nhiệt độ của clinker ra khỏi máy làm mát : Hiện nay đạt được trên 65oC so với nhiệt độ môi trường.

2. Hiệu suất thu hồi nhiệt của máy làm mát.



3. Lưu lượng không khí lạnh cấp cho máy làm mát clinker bằng các quạt gió của máy. Chỉ số lưu lượng của khí lạnh thường là 1.8-2.2 m3/kg clinker. Chỉ số lưu lượng càng gần 1.8 thì hiệu suất làm mát càng tốt.

Ngoài ra hiệu suất làm mát của máy làm mát clinker có chỉ tiêu chi tốn điện năng ( kWh/tấn clinker ) càng ít càng tốt. Tương tự, đánh giá về độ bền của các ghi thép : độ bền nhiệt, khả năng truyền tải clinker …

2.3. Đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng :

Như đã trình bày ở trên, các quạt làm mát luôn chạy ở tốc độ nhất định để cung cấp một lượng gió làm mát ổn định. Việc điều chỉnh lưu lượng gió theo yêu cầu của hệ thống làm mát được thực hiện nhờ thay đổi độ mở của các van. Do đó, có một phần không nhỏ lượng gió tạo ra không được đưa vào hệ thống làm mát, đồng nghĩa năng lượng tiêu tốn để tạo ra lượng gió đó bị lãng phí. Giải pháp đề xuất ở đây đó là thực hiện điều chỉnh lưu lượng gió vào làm mát bằng cách điều chỉnh ngay tốc độ của các động cơ. Qua đó tiết kiệm được phần năng lượng lãng phí ở trên, cũng chính là cải thiện tiêu chí tiêu tốn điện năng, nâng cao hiệu suất làm mát của máy làm mát.

Phương án đề xuất là sử dụng hệ thống ghép nối PLC và biến tần để điều khiển tốc độ động cơ. Mở rộng ra có thể thiết kế giao diện HMI để điều khiển giám sát quá trình.



Chương III : GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG

3.1. Biến tần MICROMASTER 440 (MM440) :

3.1.1. Nguyên lý hoạt động của biến tần :

Biến tần là thành quả của sự phát triển kỹ thuật vi điều khiển và kỹ thuật bán dẫn. Biến tần có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhưng biến tần đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ. Tùy vào việc ứng dụng biến tần trong những lĩnh vực điều khiển khác nhau mà hiệu quả của nó mang lại cho người ứng dụng thể hiện ở các mặt khác nhau.

Nguyên lý làm việc của bộ biến tần khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện (tụ DC link). Nhờ vậy, hệ số công suất cos(j) của hệ biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải và bằng ít nhất là 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn công suất hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Hình 3.1: Nguyên lý biến tần

Hệ thống điện áp xoay chiều ba pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, sự biến đổi tần số và điện áp phải tuân theo một luật nhất định tùy chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, luật này lại là hàm bậc



4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc 2 của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/ quạt do bản thân mômen cũng lại là hàm bậc 2 của điện áp. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.

3.1.2. Các đầu dây điều khiển và sơ đồ nguyên lý :

Đầu dây Ký hiệu Chức năng

1 - Đầu nguồn ra +10V

2 - Đầu nguồn ra 0V

3 ADC1+ Đầu vào tương tự-số 1(+)

4 ADC1- Đầu vào tương tự-số 1(-)

5 DIN1 Đầu vào số-số 1




9 - Đầu ra cách ly +24V/max 100A

10 ADC2+ Đầu vào tương tự-số 2(+)

11 ADC2- Đầu vào tương tự-số 2(-)

12 DAC1+ Đầu ra tương tự-số 1(+)

13 DAC1- Đầu ra tương tự-số 1(-)

14 PTCA Đầu dây nối cho PTC/KTY84

15 PTCB Đầu dây nối cho PTC/KTY84



18 DOUT1/NC Đầu ra số số 1/ tiếp điểm NC

19 DOUT1/NO Đầu ra số số 1/ tiếp điểm NO



20 DOUT1/COM Đầu ra số số 1/ chân chung



23 DOUT3/NC Đầu ra số số 3/ tiếp điểm NC



26 DAC2+ Đầu ra tương tự-số 2(+)

27 DAC2- Đầu ra tương tự-số 2(-)

28 - Đầu ra cách ly 0V/max 100A

29 P+ Cổng RS485

30 N- Cổng RS485

Bảng 3.1 : Các đầu dây điều khiển của MM 440.



Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý MM 440.



3.1.3. Cách cài đặt tham số của biến tần :

3.1.3.1. Cài đặt mặc định :

Bộ biến tần MICROMASTER 440 được cài đặt mặc định khi xuất xưởng sao cho có thể vận hành được mà không cần cài đặt thêm bất kỳ thông số nào nữa. Để đạt được điều này, các thông số của động cơ được kết nối với biến tần phải có thông số định mức phù hợp với thông số cài đặt mặc định (P0304, P0305, P0307, P0310) tương ứng với động cơ 1LA7 4 cực của Siemens (hãy xem các thông số định mức ghi trên nhãn).

Các nguồn lệnh P0700 = 2 (Đầu vào số)

Nguồn điểm đặt P1000 = 2 (Đầu vào tương tự)

Chế độ làm mát động cơ P0335 = 0.

Giới hạn dòng điện P0640 = 150%

Tần số nhỏ nhất P1080 = 0 Hz

Tần số lớn nhất P1082 = 50 Hz

Thời gian tăng tốc P1120 = 10 s

Thời gian giảm tốc P1121 = 10 s

Chế độ điều khiển P1300 = 0

Đầu vào/ đầu ra Các đầu nối Thông số Chức năng

Đầu vào số 1 5 P0701 = 1 ON/OFF1 - (I/O)

Đầu vào số 2 6 P0702 = 12 Đảo chiều

Đầu vào số 3 7 P0703 = 9 Xóa lỗi

Đầu vào số 4 8 P0704 = 15 Điểm đặt cố định



Đầu vào số 7 Qua đầu tương tự số 1 P0707 = 0 Không sử dụng

Đầu vào số 8 Qua đầu tương tự số 2 P0708 = 0 Không sử dụng

Bảng 3.2 : Các đầu vào số của MM 440.



3.1.3.2. Truyền thông qua BOP :

Nút Chức năng Ý nghĩa

Hiển thị trạng thái

Màn hình LCD hiển thị các chế độ cài đặt hiện hành của bộ biến tần

Khởi động bộ biến tần

Ấn nút này làm cho bộ biến tần khởi động. Nút này không có tác dụng ở mặc định

Kích hoạt nút : P0700 = 1 hoặc P0719 = 10...16

Dừng bộ biến tần

OFF1 : ấn nút này khiến động cơ dừng theo đặc tính giảm tốc được chọn.

Kích hoạt nút: hãy xem nút “Khởi động bộ biến tần”.

OFF2 : ấn nút này hai lần (hoặc ấn một lần và giữ một khoảng thời gian) khiến động cơ dừng tự do.

BOP: Nút này luôn luôn có tác dụng (không phụ thuộc vào thông số P0700 hoặc P0719)

Đảo chiều Ấn nút này làm động cơ đảo chiều quay. Đảo chiều được hiển thị bằng dấu(-) hoặc điểm chấm nháy. Nút này không tác dụng ở mặc định

Kích hoạt nút: hãy xem nút “ Khởi động bộ biến tần ”.

Chạy nhấp động cơ

Ở trạng thái sẵn sàng chạy, khi ấn nút này, động cơ khởi động và quay với tấn số chạy nhấp được cài đặt trước. Động cơ dừng khi thả nút này ra. ấn nút khi động cơ đang làm việc không có tác động gì.

Nút chức năng

Nút này có thể dùng để xem thông tin :

Khi ta bấm và giữ khoảng 2 giây nút này hiển thị các thông tin sau bắt đầu từ bất kỳ thông số nào trong quá trình vận hành

1. Điện áp 1 chiều trên mạch DC (Hiển thị bằng d – đơn vị V)

2. Dòng điện ra (A)

3. Tần số ra (Hz)

4. Điện áp ra (hiển thị bằng o – đơn vị V)

5. Giá trị được chọn bằng thông số P0005 (Nếu như P0005 được cài đặt để hiển thị bất kì thông tin nào trong số các thông tin từ 1 – 4 thì giá trị này không hiển thị lại)

Ấn thêm sẽ làm quay vòng các giá trị trên bảng hiển thị. ấn giữ



Nút chức năng

trong khoảng 2 giây để quay về chế độ hiển thị thông thường.

Chức năng nhảy

Từ bất kỳ thông số nào (ví dụ như rxxxx hoặc Pxxxx), ấn nhanh nút Fn sẽ ngay lập tức nhảy đến r0000, sau đó người sử dụng có thể thay đổi các thông số khác nếu cần. Nhờ khả năng quay về r0000, ấn nút Fn sẽ cho phép người dùng quay trở về điểm ban đầu.

Giải trừ

Nếu có xuất hiện các cảnh báo và các thông báo lỗi thì các thông tin này có thể được giải trừ bằng cách bầm nút Fn

Truy nhập thông số

Ấn nút này cho phép người sử dụng có thể truy nhập đến các thông số

Tăng giá trị Ấn nút này làm tăng giá trị được hiển thị

Giảm giá trị Ấn nút này làm giảm giá trị được hiển thị

Bảng 3.3 : Các nút chức năng của MM 440.

3.1.3.3. Cài đặt thông số : ( Cài đặt thông số nhanh )

Bộ biến tần tương thích với động cơ nhờ sử dụng chức năng cài đặt thông số nhanh, và các thông số quan trọng sẽ được cài đặt. Cài đặt nhanh không cần được thực hiện nếu thông số định mức của động cơ ghi trong bộ biến tần FU ( ví dụ động cơ tiêu chuẩn 1LA 4 cực của Siemens) thích hợp với thông số định mức ghi trên nhãn của động cơ đang nối vào biến tần.

Mức truy nhập của người dùng*

1. Mức cơ bản: Cho phép truy nhập đến những thông số thường dùng

nhất

2. Mở rộng : Ví dụ truy nhập đến các chức năng I/O

3. Chuyên gia: Chỉ dành cho chuyên gia


1P0003=3

Bắt đầu


Lọc thông số *

0. Tất cả các thông số

2. Biến tần

3. Động cơ4. Cảm biến tốc độ

Cài đặt thông số *

0. Sẵn sàng

1. Cài đặt nhanh

30. Cài đặt tại nhà máy

Chú ý:

P0010 nên được để ở 1 để cài đặt thông số định mức trên nhãn động

cơ

Tiêu chuẩn châu Âu / Bắc Mỹ

0. Châu Âu [KW], tần số mặc định 50Hz

1. Bắc Mỹ [hp], tần số mặc định 60Hz

2. Bắc Mỹ [KW], tần số mặc định 60Hz

Chú ý:

Đối với P0100=0 hoặc 1, giá trị P0100 được xác định khi cài đặt

khóa chuyển DIP 50/60

OFF = KW, 50Hz

ON = hp, 60Hz

Ứng dụng bộ biến tần

(Nhập vào kiểu momen yêu cầu)

0. Momen không đổi (ví dụ thang máy, máy nén, máy gia công)

1. Momen biến đổi ( ví dụ bơm, quạt)

Chú ý: Các thông số này chỉ có tác dụng đối với bộ biến tần trong hệ

truyền động 5.5 KW/ 400V

Chọn kiểu động cơ

1. Động cơ không đồng bộ

2. Động cơ đồng bộ

Chú ý :

Đối với P0300 = 2 (Động cơ đồng bộ), chỉ được phép điều chỉnh V/f

(P1300 < 20)


0

0

0P0100=

0

1

P0205= P0205=

P0300=

P0300=

P0004=0

P0010=1


Điện áp định mức động cơ

Điện áp định mức [V] ghi trên nhãn của động cơ.

Điện áp định mức ghi trên nhãn phải được kiểm tra, từ đó biết được

cấu hình để đảm bảo phù hợp với cách nối mạch trên bảng đấu

nối của động cơ.

Dòng điện định mức động cơ

Dòng điện định mức [A] ghi trên nhãn của động cơ.

Công suất định mức động cơ

Công suất định mức [KW/hp] ghi trên nhãn của động cơ.

Nếu P0100=0 hoặc 2 giá trị tính theo KW

Nếu P0100=1 Giá trị tính theo hp

Hệ số cos định mức động cơ

Hệ số công suất định mức (cos ) ghi trên nhãn.

Nếu như cài đặt là 0, giá trị được tự động tính toán

Nếu P0100=0 thì P0308 không có ý nghĩa, không cần nhập

Hiệu suất định mức động cơ

Hiệu suất định mức của động cơ theo [%] được ghi trên nhãn

Cài đặt là 0, giá trị được tính toán bên trong

Nếu P0100=0 thì P0309 không có ý nghĩa, không cần nhập

Tần số định mức động cơ

Tần số định mức của động cơ được tính theo [Hz] ghi trên nhãn

Số đôi cực được tự động tính toán lại nếu thông số thay đổi.

Tốc độ định mức động cơ

Tốc độ định mức của động cơ được tính theo[v/ph] ghi trên nhãn

Cài đặt là 0, giá trị được tính toán bên trong

Chú ý: Cần phải nhập thông số trong trường hợp điều khiển vectơ

mạch kín, điều khiển V/f với FCC để bù độ trượt.

Dòng từ hóa động cơ

(Dòng này được nhập theo % của P0305)

Dòng điện từ hóa động cơ tính theo % P0305 (dòng điện định mức

động cơ). Với P0320 = 0, dòng từ hóa động cơ được tính toán sử

dụng P0340 =1 hoặc sử dụng P3900 = 1…3(kết thúc quá trình cài đặt

nhanh), và được hiển thị trong thông số r0331.


Thông số FU

Thông số FU

50.00Hz

Thông số FU

0.0

Thông số FUP0304= P0304=

Thông số FUP0305=

P0307=P0307=

P0305=

Thông số FU

P0308 P0308

P0309 P0309

P0310=...

P0311=...

P0320=...


Chế độ làm mát động cơ

(Chọn chế độ làm mát động cơ)

0. Làm mát tự nhiên: Sử dụng trục gá quạt được gắn với động cơ

1. Làm mát cưỡng bức: Sử dụng quạt làm mát cấp nguồn riêng

2. Làm mát tự nhiên và quạt bên trong

3. Làm mát cưỡng bức và quạt bên trong

Hệ số quá tải động cơ

Hệ số quá tải của động cơ tính theo [%] tương ứng với P0305

Hệ số này xác định giới hạn dòng điện vào lớn nhất bằng % dòng

điện định mức của động cơ (P0305). Bằng việc sử dụng P0205, thông

số này được cài đặt tới 150% đối với momen không đổi và tới 110%

đối với momen thay đổi.

Chọn nguồn lệnh (nhập nguồn lệnh)

0. Cài đặt mặc định

1. BOP (bàn phím)

2. Đầu nối

4. USS trên đường truyền BOP

5. USS trên đường truyền COM (các đầu nối 29 và 30)

6. CB trên đường truyền COM (CB = môđun truyền thông)


0

150%

150%

P0335=...

P0640=...

P0700=...


Lựa chọn điểm đặt tần số *

(Nhập vào nguồn điểm đặt tần số)

1. Điểm đặt MOP

2. Điểm đặt tương tự

3. Tần số cố định


5. USS trên đường truyền COM

6. CB trên đường truyền COM (CB là môđun truyền thông)

10. Không có điểm đặt chính + điểm đặt MOP

11. Điểm đặt MOP + điểm 76đặt MOP

12. Điểm đặt tương tự + điểm đặt MOP

……………………………………………….

76. CB trên đường truyền COM + Điểm đặt tương tự 2

77. Điểm đặt tương tự 2 + Điểm đặt tương tự 2

Tần số nhỏ nhất

(Nhập tần số nhỏ nhất cho động cơ, đơn vị Hz)

Đặt tần số động cơ nhỏ nhất tại đó động cơ sẽ chạy mà không tính

đến tần số điểm đặt. Giá trị được cài ở đây có tác dụng cho cả quay

thuận và quay ngược

Tần số lớn nhất

(Nhập tần số lớn nhất cho động cơ, đơn vị Hz)

Đặt tần số động cơ lớn nhất tại đó động cơ sẽ chạy mà không tính đến

tần số điểm đặt. Giá trị được cài ở đây có tác dụng cho cả quay thuận

và quay ngược

Thời gian tăng tốc

(nhập thời gian tăng tốc, đơn vị s)

Thời gian tăng tốc là thời gian để động cơ tăng tốc từ điểm dừng đến

điểm có tần số lớn nhất(P1082) khi không dùng cách tăng tốc có

dạng đường cong. Nếu thời gian tăng tốc được cài quá nhỏ, điều này

có thể làm xuất hiện cảnh báo A0501 (giá trị giới hạn dòng) hoặc làm

cho bộ biến tần của hệ truyền động bị dừng với lỗi F0001(quá dòng)


2

0 Hz

50.00 Hz

10.00 s

P1000=...

P1080=...

P1082=...

P1120=...


Thời gian giảm tốc

(nhập thời gian giảm tốc, đơn vị s)

Thời gian giảm tốc là thời gian để động cơ giảm tốc từ điểm có tần số

lớn nhất(P1082) đến điểm dừng khi không dùng cách giảm tốc có

dạng đường cong. Nếu thời gian giảmtốc được cài quá nhỏ, điều này

có thể làm xuất hiện cảnh báo A0501 (giá trị giới hạn dòng) hoặc làm

cho bộ biến tần của hệ truyền động bị dừng với lỗi F0001(quá dòng)

OFF3 thời gian giảm tốc

(Nhập thời gian giảm tốc dừng nhanh bằng s)

Ví dụ nhập thời gian để động cơ giảm từ tần số lớn nhất P1082 xuống

trạng thái dừng hẳn để thực hiện lệnh OFF3 (dừng nhanh)

Nếu đặt thông số thời gian giảm tốc quá thấp thì sẽ xuất hiện cảnh

báo A0501(giá trị dòng điện giới hạn), A0502 (giá trị điện áp vượt

quá giá trị cho phép) hoặc không hoạt động được do bị lỗi F0001(quá

dòng) hoặc F0002(quá áp)

Mode điều khiển

(Nhập Mode điều khiển theo yêu cầu)

0. V/f kiểu tuyến tính

1. V/f FCC

2. V/f kiểu đường Parabol

3. V/f kiểu có thể lập trình được

5. V/f cho các ứng dụng kiểu máy dệt

6. V/f kiểu FCC cho các ứng dụng kiểu máy dệt

19. V/f chế độ điều khiển qua điểm đặt hiệu điện thế độc lập

20. Chế độ điều khiển véctơ không Sensor

21. Chế độ điều khiển véctơ có Sensor

22. Điều khiển mômen xoắn véctơ không sensor

23. Điều khiển mômen xoắn véctơ có sensor


10.00 s

5.00 s

0

P1121=...

P1135=...

P1300=...


Chọn điểm đặt mômen xoắn *

(Nhập nguồn cho điểm đặt mômen xoắn)

0. Không có điểm đặt chính

2. Điểm đặt kiểu tương tự


5. USS trên đường truyền COM( các đầu điều khiển 29 và 30 )

6. CB trên đường truyền COM ( CB: Môđun truyền thông)

7. Điểm đặt kiểu tương tự 2

Chọn dữ liệu cho động cơ *

0. Không hoạt động

Tối ưu hóa thiết bị điều khiển tốc độ

0. Hãm

Để tối ưu hóa thiết bị điều khiển tốc độ, phảI bật chế độ véctơ điều

khiển vòng kín (P1300=20 hoặc 21). Sau khi chọn xong chế độ tối ưu

hóa (P1960=1) thì đèn báo A0542 không hiển thị

Kết thúc quá trình cài đặt nhanh thông số

( Bắt đầu quá trình tính toán động cơ)

0. Không ở chế độ cài đặt nhanh thông số(không có quá trình tính

toán Môtơ)

1. Chế độ của nhà máy, những thông số không có trong quá trình cài

đặt nhanh ( gán “QC”=0)

2. Quá trình tính toán các thông số Môtơ và cài đặt lại chế độ I/O

theo chế độ định mức

3. Chỉ tính toán các thông số Môtơ. Không cài đặt lại các thông số

khác.

Chú ý : Với P3900 = 1,2,3 P0340 tự đặt tới 1 và các dữ liệu phù

hợp được tính toán.

3.1.4. Các tham số thông dụng của biến tần :

Tham số Ý nghĩa Mặc định Mức

Hiển thị truyền động


0

0

0

0

P1500=...

P1910=...

P1960=...

P3900=...

Kết Thúc


r0000 1 1Hiển thị các tín hiệu ra được chọn của người dùng khi được xác định trong P0005

r0002 Trạng thái truyền động

2 2

Hiển thị trạng thái làm việc. Các giá trị có thể là:

0 – Chế độ vận hành – (P0010 0)

1 – Sẵn sàng vận hành

2 – Lỗi

3 – Khởi động – Điện áp DC

4 – Đang vận hành

5 – Đang dừng – đang giảm

Lưu ý : Trạng thái 3 sẽ hiển thị khi nạp điện áp DC và khi bảng truyền thông mở rộng được lắp

P0003 Cấp truy cập của người sử dụng.

1 10 – Người sử dụng chọn danh sách chỉ số

1 – Mức chuẩn : cho phép truy cập các tham số thường dùng

2 – Mở rộng: Cho phép truy cập đến các chức năng I/O

3 – Chuyên gia: Chỉ dùng cho các chế độ chuyên gia

4 – Dịch vụ : chỉ dùng bởi nhân viên dịch vụ của nhà sản xuất

P0004 Bộ lọc thông số

0 1

0 – Tất cả các thông số

2 – Thông số Inverter

3 – Thông số động cơ

4 – Hiển thị thông số về tốc độ

5 – Thông số về lắp đặt kĩ thuật

7 – Các lệnh và đầu I/O số

8 – DAC và ADC

10 – Kênh điểm đặt/RFG

12 – Điều khiển đặc trưng

13 – Điều khiển động cơ



20 – Kết nối

21 – Báo lỗi, cảnh báo, giám sát

22 – Kĩ thuật điều khiển (ví dụ như PID)

P0005 Lựa chọn thông số hiển thị

21 221 – Hiển thị tần số

25 – Hiển thị điện áp đầu ra

26 – Hiển thị điện áp một chiều DC

27 – Hiển thị dòng điện đầu ra

P0010 Nhóm thông số đưa vào cài đặt nhanh

0 1Việc cài đặt này cho phép các thông số được lọc do vậy chỉ những thông số liên quan đến nhóm chức năng được chọn

0 – Biến tần sẵn sàng

1 – Cài đặt nhanh

30 – Cài đặt xuất xưởng

P0100 Định tần số (Châu Âu/ Bắc Mĩ)

0 10 – Đặt công suất là KW, tần số mặc định là 50 Hz

1 – Đặt công suất là Hp, tần số mặc định là 60 Hz

30 – Đặt công suất là KW, tần số mặc định là 60 Hz

P0300 Chọn kiểu động cơ

1 21 – Động cơ không đồng bộ

2 – Động cơ đồng bộ

Chú ý : Thông số này có thể thay đổi khi P0010 = 1

P0304 Điện áp định mức của động cơ - 1

Dải điện áp từ 10V đến 2000V

P0305 Dòng điện định mức của động cơ - 1

Dải dòng điện từ 0.12 A đến 10000A

P0307 Công suất định mức của động cơ 0.75 1



Dải công suất từ 0.01 đến 2000 [KW/Hp]

P0308 Giá trị cos của động cơ 0 2

Dải cos từ 0 đến 1

P0309 Hiệu suất làm việc của động cơ

0 2Dải hiệu suất từ 0% đến 100%

Thông số này có thể bị thay đổi nếu P0010 = 1

Thông số này chỉ hiển thị khi P0100 = 1

P0310 Tần số định mức của động cơ 50 1

Dải tần số từ 12Hz đến 650 Hz

P0311 Tốc độ định mức của động cơ 0 1

Dải tốc độ từ 0 (1/min) đến 40000(1/min)

P0700 Chọn nguồn lệnh

2 10 – Cài đặt giá trị mặc định của nhà sản xuất

1 – Điều khiển bằng BOP/AOP

2 – Điều khiển bằng các đầu cực

3 – Dùng USS trên đường truyền BOP

P0701 Chức năng đầu vào số 1

1 2

0 – Không dùng đầu vào số

1 – ON/OFF1

2 – Chạy ngược/OFF1

3 – OFF2 – Dừng từ từ

4 – OFF3 – Dừng nhanh

9 – Xác nhận lỗi

10 – Chạy nhấp phải

11 – Chạy nhấp trái

12 – Đảo chiều

13 – Tăng tần số

14 – Giảm tần số



15 – Chọn tần số cố định 1(xem P1001)

16 – Chọn tần số cố định 1+ON(xem P1001)

17 – Chọn tần số cố định từ 1 đến 7 mã nhị phân

25 – Cho phép hãm DC (xem P1230 –P1233)

29 – Ngắt ngoài

33 – Không cho phép thêm điểm đặt

99 – Cho phép tham số hóa BICO – Chỉ chuyên gia sử dụng


12 2


1 – ON/OFF1
















99 – Cho phép tham số hóa BICO



1 – ON/OFF1



















9 2

P0704 Chức năng đầu vào số 4 nhờ đầu vào tương tự

15 2


1 – ON/OFF1



















P1000 Lựa chọn điểm đặt tần số

2 10 – Không có điểm đặt chính

1 – Đặt bằng bàn phím

2 – Đầu vào tương tự

3 – Đặt tần số cố định

4 – USS trên đường truyền BOP

5 – USS trên đường truyền COM

6 – Làm việc theo CB trên đường truyền COM

P1001 Tần số cố định 1

0 2

Xác định tần số đặt cố định 1

1. Chọn trực tiếp : (P0701 – P0703 = 15) trong trường hợp này mỗi tín hiệu vào tương ứng với một tần số cố định.Nếu có nhiều đầu vào số tác động cùng một lúc thì tần số được chọn là tổng.Lúc này phải thêm lệnh ON để chạy biến tần.

2. Chọn trực tiếp+lệnh ON : (P0701 – P0703 = 16) Chọn tần số cố định kết hợp với lệnh ON. Mỗi đầu vào số ứng với một tần số cố định. Nếu nhiều đầu vào số tác động cùng 1 lúc thì tần số là tổng của các tần số cố định.

3. Chọn mã nhị phân + Lệnh ON (P0701 – P0703 = 17) Lên tới 7 tần số cố định nếu dùng cách này:

P1002 Tần số cố định 2 5 2



Xem chi tiết ở P1001











P1080 Tần số đặt nhỏ nhất 0.0Hz 1

P1082 Tần số đặt lớn nhất 50.0Hz 1

P1120 Thời gian tăng tốc

10s 1

P1121 Thời gian giảm tốc



10s 1

P3900 Kết thúc cài đặt nhanh

0 10 – Không tính toán

1 – Bắt đầu cài đặt nhanh. Với Reset Factory

2 – Bắt đầu cài đặt nhanh

Người sử dụng phải đặt P0010 = 0

Bảng 3.4 : Các tham số thông dụng của MM 440.



3.2. PLC S7-200 :

3.2.1. Cấu tạo phần cứng :

PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng SIEMENS, có cấu trúc theo kiểu modul mà thành phần chính là các modul CPU và các modul mở rộng. Các loại PLC S7-200 thường được phân loại theo tên của các modul CPU, và có các loại thông thường là : CPU221, CPU222, CPU224, CPU224XP, CPU226.

CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 224XP CPU 226

Integrated DI/DO 6DI/4DO 8DI/6DO 14DI/10DO 14DI/10DO 24DI/16DO

Integrated AI/AO - - - 2AI/1AO -

Max.Expansion Modules - 2 7 7 7

Max.# of Dig.I/O channels 10 78 168 168 248

Analogue Points I/O Max - 8/4/10 28/14/35 30/15/38 28/14/35

Program/Data Memory 4KB/2KB 4KB/2KB 8KB/12KB 12KB/16KB 16KB/24KB

Boolean Execution Time 0.37 0.37 0.22 0.22 0.22

Bit Relays/Counters/Timers

256/256/256 256/256/256 256/256/256 256/256/256 256/256/256

High Speed Counters

4 x 30 kHz 4 x 30 kHz 6 x 30 kHz 4 x 30 kHz

2 x200 kHz

6 x 30 kHz

Real Time Clock Optional Optional Integrated Integrated Integrated

Pulse Outputs 2 x 20 kHz 2 x 20 kHz 2 x 20 kHz 2 x100 kHz 2 x 20 kHz

Communication Interface 1 x RS-485 1 x RS-485 1 x RS-485 2 x RS-485 2 x RS-485

Analogue Potentiometers 1 1 2 2 2

Bảng 3.5 : Cấu tạo phần cứng của một số CPU S7-200.



Hình 3.3 : Cấu tạo của CPU PLC S7-200.

Bộ nhớ PLC gồm 3 vùng chính :

1. Vùng nhớ chương trình ứng dụng : Chia thành 3 miền :

- Organisation block (OB1) : miền chứa chương trình chính.

- Subrountine : miền chứa chương trình con.

- Interrup : miền chứa chương trình ngắt.

2. Vùng nhớ tham số của hệ điều hành : Chia thành 5 miền khác nhau :

- I ( Process image input ) : miền ảnh các đầu vào số.

- Q ( Process image output ) : miền ảnh các đầu ra số.

- M : miền biến cờ.

- T : miền nhớ phục vụ Timer.

- C : miền nhớ phục vụ Counter.

3. Vùng chứa các khối dữ liệu : được chia làm 2 loại :

- DB ( Data Block ) : miền chứa dữ liệu tổ chức thành khối.

- L ( Local data block ) : miền dữ liệu địa phương.

Các chế độ làm việc của CPU :



- RUN : cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trìn gặp lệnh STOP.

- STOP : Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP.

- TERM : cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc RUN hoặc STOP.

Các đèn báo trên S7-200 :

- CPU Status Led :

+ SF/DIAG ( đèn đỏ/vàng ) : trạng thái đỏ báo hiệu hệ thống bị lỗi, trạng thái vàng báo hiệu một giá trị đang được FOCED.

+ RUN ( đèn xanh ) : chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp trong máy.

+ STOP ( đèn vàng ) : chỉ định PLC đang ở chế độ dừng chương trìn

- I/O Point Status Leds ( đèn xanh ) : Các đèn báo trạng thái tích cực của các cổng vào/ra số.

Cổng truyền thông :

S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS-485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác…Ngoài ra có thể ghép nối S7-200 với các mạng truyền thông khác nhờ các module truyền thông mở rộng : EM277,EM241,…

Hình 3.4 : Các cổng truyền thông và modul truyền thông của S7-200.



3.2.2. Chương trình của PLC S7-200 :

3.2.2.1. Vòng quét chương trình :

PLC hoạt động theo chu kì lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét ( scan ). Mỗi vòng quét được thực hiện theo trình tự :

3.2.2.2. Cấu trúc chương trình :

Cấu trúc của chương trình có thể chia thành 2 dạng khác nhau :

- Lập trình tuyến tính : toàn bộ chương trình nằm trong 1 khối trong bộ nhớ. Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện lệnh trong mỗi vòng quét. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán nhỏ, không phức tạp.

- Lập trình có cấu trúc : chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần được thực thi những nhiệm vụ chuyên biệt riêng của nó, từng phần này nằm trong các khối khác nhau. PLC S7-200 có 3 loại khối cơ bản sau :

+ Khối OB1 : khối tổ chức và quản lí chương trình điều khiển. Khối này luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗi vòng quét.

+ Các khối SBR : khối chương trình với những chức năng riêng giống như 1 chương trình con hoặc một hàm. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối chương trình con và các khối này được phân biệt với nhau bởi tên của nó. Chương trình con sẽ được thực hiện khi được gọi từ chương trình chính.

+ Các khối INT : là loại khối chương trình đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Chương trình này sẽ được thực hiện mỗi khi có sự kiện ngắt tương ứng xảy ra.

3.2.3. Phần mềm STEP7 – MICROWIN :

Chương trình của S7-200 có thể được viết theo 3 dạng : LAD, STL, FBD. Đi cùng đó là tập lệnh, bao gồm các lệnh xử lí bit, các lệnh toán học, các lệnh về Timer, các lệnh về Counter,…


4. Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ra ngoại vi

3. Truyền thông và tự kiểm tra lỗi

2.Thực hiện

chương trình

1. Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào


Công cụ để soạn thảo chương trình của S7-200 đó là phần mềm STEP7-MicroWIN. Ta có thể sử dụng công cụ này để Download chương trình từ máy tính xuống PLC cũng như Upload chương trình từ PLC lên máy tính để theo dõi và chỉnh sửa.

3.2.3.1. Giao diện phần mềm :

Step7-MicroWin là một phần mềm của hãng SIEMENS cung cấp như một công cụ soạn thảo chương trình S7-200, chạy trên nền Windows 32bit, trải qua nhiều phiên bản khác nhau. Ngoài việc phục vụ lập trình cho PLC S7-200, phần mềm này còn có rất nhiều các tính năng khác như các công cụ gỡ rối, kiểm tra lỗi, hỗ trợ nhiều cách lập trình với các ngôn ngữ khác nhau…

Phần mềm này cũng đã được xây dựng một phần trợ giúp (Help) có thể nói là rất đầy đủ, chi tiết và tiện dụng. Người dùng có thể tra cứu các vấn đề về PLC S7-200 một

cách rất nhanh chóng, rõ ràng và dễ hiểu.

Hình 3.5 : Giao diện của phần mềm STEP7-MICROWIN.


Vùng soạn thảo chương trình

Các khối hàm, lệnh

Các khối chức năng

Công cụ kết nối các lệnh

Nút thay đổi trạng thái làm việc của PLC

Down load/Upload

Nút kiểm tra trạng thái của chương trình.

Mở, tạo mới, lưu một CT điều khiển


3.2.3.2. Một số thành phần quan trọng :

- Program Block:

Khi click chuột vào nút này ta sẽ trở về được vùng soạn thảo chương trình. Ở vùng này ta có thể thêm bớt các đầu vào/ra, các biến, các lệnh, hàm để thực hiện chương trình điều khiển.

- Communications :

Ở đây ta có thể thay đổi cách mà máy tính truyền thông với PLC S7-200 (PPI, MPI, tốc độ truyền…) hoặc kiểm tra có hay không sự truyền thông giữa máy tính và PLC S7-200 (kiểm tra sự có mặt của PLC hay không).

- Symbol Table:

Click chuột vào đây, ta sẽ được một bảng mà ở đó ta có thể định nghĩa các tên biến và đặt địa chỉ tương ứng cho các biến đó để có thể dễ nhớ và dễ kiểm tra. Các biến này có thể là các đầu vào/ra, các biến trung gian…

- Instructions :

Đây là một trong những thành phần quan trọng nhất của STEP7- MicroWIN. Nó bao gồm toàn bộ các lệnh và khối hàm của STEP7- Micro WIN để có thể tạo được một chương trình điều khiển cho PLC S7-200.

Người dùng có thể tìm thấy các lệnh hoặc hàm mình cần dựa trên các nhóm có cùng chức năng mà STEP7- MicroWIN đã phân loại sẵn. Trong đó thường dùng nhất là các khối:

+ Bit Logic : bao gồm các lệnh làm việc với bit và thực hiện các phép toán logic như AND, OR, NOT, SET, RESET…

+ Compare : bao gồm các khối lệnh dùng để so sánh dữ liệu kiểu Byte, Integer, Double Integer, Real, String như >, <, =, ≥, ≤...

+ Convert : các lệnh dùng để chuyển đổi qua lại các kiểu dữ liệu : từ Byte -> Integer, Integer -> Double Integer,...

+ Interger Math, Floating-Point Math: nhóm lệnh làm việc với số nguyên 16bit, 32bit và số thực. Nhóm lệnh này thực hiện các phép toán số học như +, -, ×, ÷…



+ Move : các khối lệnh dùng để di chuyển dữ liệu từ vùng nhớ này sang vùng nhớ khác của PLC.

+ Timer : đây là khối lệnh làm việc với các loại timer của S7-200.

+ Counter : đây là khối lệnh làm việc với các loại counter của S7-200.

Ngoài ra còn các khối khác cũng rất quan trọng chúng ta có thể tham khảo thêm ở phần Help của STEP7- MicroWIN.

Để có thể biết cách sử dụng cũng như cách thức một khối hàm hoặc lệnh làm việc như thế nào, chúng ta chọn khối hàm, lệnh đó và nhấn F1 để tham khảo phần Help của phần mềm.

- Vùng soạn thảo :

Đây là vùng mà STEP7- MicroWIN dành cho người dùng soạn thảo các chương trình điểu khiển của riêng mình. Ở đây người dùng có thể thêm các lệnh các khối hàm, các cấu trúc điều khiển chương trình tạo các kết nối giữa các câu lệnh để thực thi các nhiệm vụ điều khiển.

Có 3 phương pháp hay nói cách khác là 3 ngôn ngữ khác nhau để viết một chương trình điểu khiển cho PLC S7-200:

+ Statement List (STL): lập trình ở dạng danh sách lệnh dựa trên các từ gợi nhớ.

+ Lader (LAD): lập trình dạng hình thang có dạng như một sơ đồ nguyên lý mạch.

+ Function Data Block (FDB): lập trình dựa trên các khối logic cơ bản AND, OR…

Cũng nên lưu ý sự khác nhau giữa vùng soạn thảo khi dùng ngôn ngữ LAD so với các ngôn ngữ khác.Người dùng có thể thực hiện việc chuyển đổi việc lập trình giữa các ngôn ngữ khác nhau thông qua việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình khi vào menu : View STL hoặc LAD hoặc FDB.

Ngoài ra khi soạn thảo chương trình STEP7- MicroWIN cũng hỗ trợ người dùng với các thông báo lỗi về cú pháp, về dữ liệu…



3.3. Phần mềm WINCC 6.0 :

3.3.1. Tổng quan về WinCC :

WinCC (Window Control Center) là một hệ thống phần mềm điều khiển giám sát công nghiệp, có tính kỹ thuật và hệ thống màn hình hiển thị đồ họa để điều khiển các nhiệm vụ đặt ra trong sản xuất và tự động hóa quá trình. Hệ thống này có chứa những module chức năng tích hợp công nghiệp cho hiển thị đồ họa, thông báo, lưu trữ và các báo cáo. Nó là một trình điều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các hình ảnh của các quá trình quan sát, và các chức năng lưu trữ an toàn bảo đảm một tính lợi ích cao.

WinCC còn có các giao diện mở cho các giải pháp của người dùng. Những giao diện này có thể tích hợp trong những giải pháp tự động hóa phức tạp, các giải pháp cho hệ thống mở. Sự truy nhập tới nơi lưu trữ dữ liệu tích hợp bởi các giao diện chuẩn ODBC và SQL. Sự lồng ghép những đối tượng và các văn bản được tích hợp bởi OLE2.0 và OLE Custom Controls (OCX). Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi trường Windows.

WinCC hỗ trợ cho tất cả các loại máy tính, nó tích hợp với tất cả các loại máy tính

cá nhân PC. Yêu cầu cấu hình máy tính có trong bảng dưới đây :

Tối thiểu Khuyến cáo

CPU PentumII 266MHz PentumII 400MHz

RAM 96MB 128MB

Graphics Controller SVGA (4MB) XGA (8MB)

Resolution 800*600 1024*768

Hard Disk 500MB trống >500MB trống

CD-ROM Drive CD-ROM Drive

Bảng 3.6 : Yêu cầu cấu hình máy tính cho WinCC.

3.3.2. Cấu hình WinCC V6.0 :

3.3.2.1. Các loại Project :

Client : được gán cố định cho một server trong multi-user project. Client có thể được sử dụng trong multi-user project hoặc trong một hệ thống phân tán.



Multi-client : đối với WinCC V6.0, một multi-client có thể truy nhập tối đa 6 server.

Server: server của một multi-user project với client và các multi-client. Một đôi redundant server dùng để dự phòng sự cố có thể như một server.

3.3.2.2. WinCC Explorer :

3.3.2.2.1. Vị trí của WinCC Explorer trong WinCC :

Nó được xuất hiện khi khởi động WinCC. Tất cả các phần của WinCC đều được khởi động từ đây. Từ cửa sổ WinCC Explorer bạn có thể truy nhập vào tất cả các thành phần mà một project giao diện người máy cần có cũng như việc xây dựng cấu hình cho các thành phần riêng rẽ đó.

WinCC Explorer cung cấp các thông tin về các mục dưới đây:

Chức năng của WinCC Explorer.

Kiến trúc của WinCC Explorer.

Các Editer chuẩn.

3.3.2.2.2. Chức năng của WinCC Explorer :

WinCC Explorer gồm tất cả các chức năng quản lý hệ thống của WinCC. Tại đây ta có thể đặt cấu hình (Computer, Tag…) và khởi động mode Run-time.

Nhiệm vụ của bộ quản lý dữ liệu (Data Manager) : đây là một phần của WinCC Explorer, nó cung cấp các hình ảnh quá trình, bộ đệm cho các tag.

Nhiệm vụ của WinCC Explorer :

Tạo một project mới.

Đặt cấu hình trọn vẹn.

Gọi và lưu trữ project.

Quản lý project: mở, lưu, di chuyển và copy.

Chức năng ấn bản mạng cho nhiều người sử dụng (Client-Server Inviroment).

Trình bày (thể hiện) cấu hình dữ liệu.

Điều khiển và đặt cấu hình cấp bậc cho các picture / kiến trúc hệ thống, chẳng hạn như bằng cách thể hiện cây thư mục.

Cài đặt thông số tổng thể như ngôn ngữ, hệ thống / đường dẫn người dùng.

Đặt cấu hình cho vị trí các chức năng đặc biệt của người dùng.



Lưu trữ các tài liệu phản hồi (feedback documentation).

Lập báo cáo trạng thái của hệ thống.

Chuyển đổi giữa chạy thực và đặt cấu hình.

Thử các module như mô phỏng khi chạy (simulation), trợ giúp hoạt động đặt cấu hình dữ liệu, chuyển đổi các picture, thể hiện trạng thái và tạo thông báo.

Quản lý dữ liệu: cung cấp các hình ảnh quá trình (bộ đệm) với các giá trị của tag theo những cách sau đây :

- Theo chu kỳ.

- Chu kỳ với sự thay đổi.

3.3.2.3. Các thành phần cơ bản trong một project của WinCC :

Một project của WinCC chứa 3 thành phần chính :

Computer : Quản lý tất cả các trạm vận hành (WorkStation) và trạm chủ (Server) nằm trong project.

Tag Managerment : Là khu vực quản lý tất cả các kênh, các quan hệ logic, các biến nội (Internal tag), biến ngoài (External tag), biến quá trình (tag process) và các nhóm tag (tag groups).

Data type : Chứa các loại dữ liệu được gán cho các tag và các kênh khác nhau.

3.3.2.4. Các trình soạn thảo :

Hệ thống đồ họa (Graphics Designer) : Là một trình soạn thảo đồ họa cung cấp các đối tượng đồ họa và các bảng màu cho phép tạo các hình ảnh quá trình từ đơn giản đến phức tạp. Những đặc tính động có thể được tạo ra cho từng đối tượng đồ họa riêng lẻ. Các đối tượng đồ họa có thể do người sử dụng tạo ra hoặc lấy trực tiếp trong thư viện của WinCC.

Ấn bản các Action (Global Script) : Cho phép tạo ra những hành động cho các đối tượng. Trình soạn thảo này cho phép tạo ra các hàm giống như trong C hoặc VB. Các hành động này có thể sử dụng trong một hoặc nhiều project tùy thuộc vào mã code được tạo ra.

Hệ thống thông báo (Alarm Logging) : Cho phép thao tác lựa chọn việc thu thập và lưu trữ các kết quả của quá trình và chuẩn bị để hiển thị các thông báo. Có thể lựa chọn các khối thông báo (Message blocks), các lớp thông báo



(Message classes), loại thông báo (Message type) để hiển thị các thông báo và báo cáo.

Lưu trữ các giá trị đo của quá trình (Tag Logging) : Được sử dụng để thu thập dữ liệu từ các quá trình và chuẩn bị chúng cho việc hiển thị và lưu trữ. Dữ liệu được định dạng cho việc lưu trữ, thời gian thu thập và lưu trữ có thể được lựa chọn trước.

Hệ thống báo cáo (Report Designer) : Là một hệ thống tích hợp các báo cáo để cung cấp tài liệu theo thời gian định trước hoặc theo sự kiện điều khiển của các thông báo, các thao tác, các nội dung lưu trữ, các dữ liệu hiện thời hoặc dữ liệu lưu trữ trong các dạng báo cáo của người sử dụng hoặc có thể lựa chọn các dạng layout trong project. Nó cung cấp đầy đủ các giao diện cho người sử dụng với các công cụ đồ họa và đưa ra các kiểu báo cáo khác nhau.

Text Library : Cho phép soạn thảo các văn bản để sử dụng trong quá trình chạy thực bởi các module khác nhau.

3.3.2.5. Tag và Tag Groups :

Trong phần mềm WinCC có một khái niệm đặc biệt quan trọng cần phải nắm vững khi xây dựng một hệ thống điều khiển giám sát là khái niệm về Tag và Tag Groups. Tag thực ra là một thành phần trung gian cho việc truy nhập các giá trị quá trình. Trong một project thì Tag chỉ mang một tên duy nhất và một loại dữ liệu duy nhất. Các Tag này được gán bởi các mối quan hệ logic, các mối liên hệ được định rõ bởi kênh phân phối các giá trị quá trình tới các Tag sử dụng tại các điểm nối. WinCC Tags chứa trong một cơ sở dữ liệu của một project rộng. Sau khi chạy WinCC thì tất cả các Tag đều được tải vào và tương ứng với cấu trúc Runtime được dựng lên.

Tag Groups được dùng để tổ chức các Tag thành các cấu trúc. Tất cả các Tag đều có thể được tổ chức trong các nhóm Tag nhằm làm tăng sự rõ ràng của project. WinCC Tags mô tả một dạng dữ liệu thành phần duy nhất trong một project và những luật cho phép truy cập dữ liệu này. Nói chung, dữ liệu quản lý phân biệt hai loại Tag :

Internal Tag (Tag trong) : Là các khối nhớ trong WinCC được phân chia theo chức năng như một PLC thực. Chúng có thể được tính toán và chỉnh sửa trong WinCC và không có địa chỉ trên lớp PLC.

External Tag (Tag ngoài) : Gán các địa chỉ và kết nối trong các lớp PLC. Trong loại Tag này có một khung đặc biệt được gọi là Tag dữ liệu thô (Raw Data Tag-RDT). Từ một quan điểm chung, dữ liệu thô phù hợp với một dạng khung dữ liệu thông báo trên mức vận chuyển. RDT không hiển thị được trong Graphics Designer, chúng chỉ



được sử dụng trong các ứng dụng khác của WinCC như: Tag Logging và Global Scrips. Trong Driver truyền thông “SIMATIC S7 Protocol Suite” có 4 loại RDT :

RDT-EVENT: Event Processing.

RDT-ARCHIV: Active Data Connection.

RDT-BSEND: Sending/Receiving a data block.

RDT-S7PDV: Transparent communication.

3.3.3. Giới thiệu một số trình soạn thảo và đối tượng chuẩn của WinCC :

3.3.3.1. Thiết kế đồ họa của WinCC (Graphics Designer) :

3.3.3.1.1. Chức năng của Graphics Designer :

Được sử dụng để tạo ra hình ảnh của quá trình. Nó có đặc điểm sau :

Dễ sử dụng, giao diện đơn giản với công cụ và các bảng màu đồ họa.

Cấu hình sắp xếp hợp lý với các thư viện icon và các đối tượng tích hợp.

Mở ra giao diện cho các đồ họa quan trọng và cung cấp giao diện OLE 2.0.

Hành vi động của các đối tượng ảnh có thể cấu hình được với hỗ trợ từ một trình trợ giúp (Dynamic Wizard).

Các liên kết tới các chức năng phụ nhờ cấu hình script mạnh.

Các liên kết tới các đối tượng đồ họa mà người sử dụng có thể tạo ra .

3.3.3.1.2. Cấu trúc của Graphics Designer :

Hình 3.6 : Cấu trúc của Graphics Designer.



Graphics Designer chứa các mục sau:

1. Các bảng và thanh công cụ phục vụ cho thao tác với Graphics Designer :

Menu Bar.

Palette chuẩn.

Thanh trạng thái.

Thanh lớp.

2. Các Palette để tạo và sửa các đối tượng đồ họa :

Palette màu.

Palette đối tượng.

Palette kiểu.

Palette về sắp xếp.

Palette về phóng to, thu nhỏ hình.

Palette font.

3. Bảng đối tượng :

Các đối tượng chuẩn (Standard Object) : Tại đây có rất nhiều đối tượng, để sử dụng và lấy chúng thì chỉ cần nhấp chuột và kéo chúng vào cửa sổ làm việc. Có thể dùng chuột kéo để thay đổi kích thước của đối tượng. Các đối tượng ở đây gồm : Đường thẳng, hình đa giác, đường gấp khúc, Elip, đường tròn, hình chữ nhật…

Các đối tượng thông minh (Smart Object) : Gồm các đối tượng nhúng :

- Ứng dụng Window (Application Window) : Là những đối tượng thông báo hệ thống (Alarm Logging), lưu trữ hệ thống (Tag Logging), báo cáo hệ thống (Print jobs). Application Window mở ra những cửa sổ ứng dụng và quản lý nó để hiển thị và vận hành.

- Điều khiển nhúng và liên kết đối tượng (OLE control) : Sử dụng OLE control để cung cấp các công cụ Window (nút bấm, hộp lựa chọn…). Các thuộc tính của nó được biểu thị trong cửa sổ “Object Properties” và tab “Event”.

- Trường vào/ra (I/O Field) : Sử dụng như một trường vào hoặc ra hoặc cả vào lẫn ra. Các dạng dữ liệu cho phép sử dụng với I/O Field:

Nhị phân (Binary).



Hệ 16 (Hexadecimal).

Hệ thập phân (Decimal).

Xâu kí tự (String).

- Bar : Thuộc tính của nó ảnh hưởng đến sự xuất hiện và tính năng của nó. Nó thể hiện các giá trị bằng đồ thị có quan hệ với giới hạn cao, thấp hoặc hoàn toàn chỉ là miêu tả bằng đồ họa phối hợp thể hiện những giá trị với tỉ lệ do người sử dụng định trước.

- Hiển thị trạng thái (Status Display) : Sử dụng để thể hiện bất kỳ con số của những trạng thái khác nhau nào. Cho phép thực hiện hiển thị động bằng cách nối nó với giá trị của tất cả các Tag tương ứng với những trạng thái khác nhau.

- Danh sách văn bản (Text List) : Sử dụng Text List để đưa giá trị cho văn bản. Nó có thể sử dụng như một danh sách vào (vào là danh sách, ra là giá trị) hoặc danh sách ra (vào là giá trị, ra là danh sách) hoặc phối hợp danh sách/văn bản. Dạng số liệu là thập phân, nhị phân hoặc bit dữ liệu đều có thể sử dụng

Các đối tượng của Window (Window Object) :

- Nút bấm (Button) : Sử dụng để điều khiển sự kiện quá trình. Nó có hai trạng thái ấn xuống và không ấn. Liên kết tới quá trình bằng cách thực hiện các thuộc tính động tương ứng.

- Hộp thử (Check-Box) : Nó được sử dụng khi mà có nhiều sự lựa chọn bằng cách kích lên từng trường hợp mà người sử dụng cần. Cho phép liên kết mềm dẻo với quá trình bằng cách thực hiện những thuộc tính động tương ứng.

- Nhóm lựa chọn (Option Group) : Tương tự như Check-Box nhưng ở đây là lựa chọn đơn.

- Nút tròn (Round Button) : Là một công cụ giống như Button phục vụ cho vận hành sự kiện quá trình

- Slider : Là công cụ điển hình chuyển động phục vụ cho điều khiển quá trình. Phạm vi điều khiển nằm giữa giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất. Có thể thiết lập một sự kiện tới quá trình bằng cách thực hiện những thuộc tính động tương ứng.

3.3.3.2. Tag Logging :

3.3.3.2.1. Đặc điểm :



Tag Logging chứa các hàm để lấy dữ liệu từ các quá trình đã thực hiện và chuẩn bị dữ liệu để hiển thị và lưu trữ. Nó có thể mang lại ý nghĩa công nghệ và kỹ thuật liên quan tới trạng thái vận hành hệ thống.

Đặc điểm :

- Đơn giản hóa việc phát hiện sớm nguy hiểm và các điều kiện gây ra lỗi.

- Sáng sủa, dễ hiểu trong thủ tục vận hành.

- Giúp tăng năng suất.

- Giúp cải tiến chất lượng sản phẩm.

- Hiệu quả và tối ưu trong việc sử dụng hệ thống.

- Tạo văn bản cho tiến trình của các giá trị quá trình.

Tag Logging được chia thành 2 thành phần :

Cấu hình hệ thống (Tag Logging Configuration System/Tag Logging CS) : Tất cả các đặc tính cần thiết cho lưu trữ và hiển thị đều được gán dữ liệu bằng “Tag Logging Configuration System”. Những đặc tính này phải được tạo ra và chuẩn bị trước khi khởi động chạy thực hệ thống

Chạy thực hệ thống (Tag Logging Runtime/Tag Logging RT) : Chấp nhận dữ liệu đã đặt và liên kết chúng với những đặc tính đã được chỉ định và chuẩn bị cho lưu trữ và hiển thị.

3.3.3.2.2. Các thành phần của Tag Logging :

Tag Logging có 2 thành phần chính : Timer và Archive.

3.3.3.2.3. Bộ định thời Timer :

Tag Logging giới thiệu 2 loại hệ thống Timer khác nhau :

Timer thu nhận: Là khoảng thời gian mà các giá trị được Tag Logging copy từ hình ảnh quá trình của bộ quản lí dữ liệu (Data Manager).

Timer lưu trữ: Là khoảng thời gian mà dữ liệu được nạp vào vùng lưu trữ. Bộ định thời lưu trữ luôn luôn là một số nguyên lần bộ định thời thu nhận được thiết lập.

3.3.3.2.4. Bộ phận lưu trữ (Archive) :

Thư mục lưu trữ có chứa thông số mặc định cho việc tạo ra một bộ phận lưu trữ và xác định các Tag liên quan trong suốt mối liên hệ giữa chúng với quản lí dữ liệu của Tag. Tạo ra một ấn bản hay nhiều lưu trữ được thực hiện trong vùng đặt cấu hình “Archive”. Tại một thời điểm một lưu trữ mới cũng được nạp vào project.



Trong WinCC cho phép sử dụng 3 dạng lưu trữ:

Lưu trữ dữ liệu quá trình (Process Value Archive).

Lưu trữ dạng nén (Compressed Archive).

Lưu trữ của người sử dụng (User Archive).

Lưu trữ dữ liệu quá trình :

Các giá trị của quá trình được thu nhận về môi trường WinCC để xử lý tính toán thông qua các mối liên hệ logic là các Tag quá trình. Mỗi một thành phần lưu trữ nhận các Tag của quản lí dữ liệu. Mỗi liên kết giữa giá trị quá trình và lưu trữ được hình thành khi lưu trữ mà người sử dụng tạo ra được nối với một Tag.

Lưu trữ dạng nén :

Lưu trữ dạng này nén dữ liệu và phối hợp với các số liệu một cách hiệu quả. Theo cách này các giá trị đo có thể được thu thập trực tiếp và được sao chép ngay sau đó. Loại lưu trữ này cho phép lưu trữ lâu dài tất cả các kiểu Tag khác nhau mà Tag Logging sử dụng.

Lưu trữ của người sử dụng :

Bất kì số lượng Tag do người sử dụng tạo ra đều được nạp vào trong “User Archive”. Vì lí do đó mà người dùng có thể đưa vào phương pháp làm việc hay phương pháp thay đổi nào đó sau đó nạp chúng vào trong “User Archive” và nếu cần thiết thì thông qua chúng liên kết với PLC. Ngoài ra lưu trữ của người dùng còn được sử dụng để thu nhận “charge data” (là tổng hợp của các thông báo, dữ liệu quá trình và các giá trị đặt cho mỗi phần sản phẩm)

Loại lưu trữ này được tổ chức thành các bảng riêng rẽ trong cơ sở dữ liệu trừ cột đầu tiên của bảng (có kiến trúc hoàn toàn tự do). Mỗi lưu trữ của người dùng phải co một tên riêng biệt. Truyền thông giữa PLC và WinCC được thực hiện do cấu trúc bức điện phù hợp với quy ước rõ ràng theo kiến trúc của chúng.

3.3.3.3. Trình soạn thảo Report :

3.3.3.3.1. Tổng quan :

Report Designer là một phần mềm cơ bản của WinCC nó cung cấp các chức năng cho việc đào tạo và in các báo cáo. WinCC cung cấp hai trình soạn thảo cho việc tạo báo cáo :

- Trình soạn thảo tạo các báo cáo theo trang(Page layout).

- Trình soạn thảo tạo các báo cáo theo dòng (Line layout).



WinCC cung cấp những hộp thoại cho phép lựa chọn cấu hình của dữ liệu được in ra trong báo cáo. Những hộp thoại này được sắp xếp theo những ứng dụng của chúng :

Scripts trong Graphics Designer.

Alarm Logging CS.

Alarm Logging Runtime.

Win CC Explorer.

Global Scripts.

Tag Logging CS.

Tag Logging RunTime.

Text Library.

User Administrator.

Sử dụng những đối tượng động (Dynamic Oject) của Report Designer để tạo dữ liệu cho báo cáo. Những đối tượng động này phải được liên kết với các ứng dụng thích hợp.

Trong khi in báo cáo những đối tượng động được cung cấp những giá trị hiện thời.

Đối với việc in báo cáo, bạn phải đặt thời gian in, và môi trường in, hệ thống cung cấp các lựa chọn có thể sau :

In được khởi động bởi người sử dụng (Print start by user).

Tại một điểm đã được chọn trước (At a preselected time).

Chu kỳ in (Cyclic output).

In ra màn hình (Output to the screen).

In ra một máy in đã được chọn trước (Output to a preselected printer).

In vào một file (Output to a file).

Output to a page area.

3.3.3.3.2. Các báo cáo :

Trong WinCC, bạn có thể sử dụng các báo cáo cho cấu hình dữ liệu của bạn (tài nguyên của dự án) và báo cáo trực tiếp dữ liệu trong các ứng dụng chạy.Cấu trúc và hình dạng của các báo cáo này phải chính xác.Report Designer phân biệt một số báo cáo theo cách trình bày và nội dung dữ liệu của chúng.

Cách trình bày của báo cáo được phân loại như sau :



- Theo trang (Page layout).

- Theo dòng (Line layout).

Trong Page layout, Report Designer cung cấp cho bạn những đối tượng tĩnh (static) đối tượng động (dynamic) và các đối tượng hệ thống để tạo một cấu trúc trực quan.

Báo cáo các tài nguyên của project (Project documentation) :

Dữ liệu từ Alarm Logging.

Dữ liệu từ WinCC Explorer.

Dữ liệu từ Global Scripts.

Dữ liệu từ Tag Logging.

Text Library.

User Administrator.

Theo các báo cáo có sẵn trong khi chạy thực một số ứng dụng :

Message sequence report.

Message archive report.

Achirve report.

3.3.3.4. Trình soạn thảo Alarm-Logging :

3.3.3.4.1. Chức năng :

Bộ soạn thảo “Alarm Logging” chịu trách nhiệm nhận và lưu trữ các thông báo (message). Nó có các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, và để chuẩn bị, hiển thị, chấp nhận và lưu trữ chúng.

Alarm Logging có thể :

- Cung cấp thông tin đầy đủ thông tin chính xác về lỗi và trạng thái hoạt động.

- Được dùng để phát hiện sớm các trường hợp nghiêm trọng.

- Tránh và giảm bớt thời gian chết (downtime).

- Tăng chất lượng.

- Cung cấp tài liệu định hướng cho các lỗi và trạng thái hoạt động.

Hệ thống thông báo xử lý kết quả từ các chức năng theo dõi các tác vụ trong quá trình, ở mức tự động và trong các hệ thống WinCC. Các sự kiện cũng được lưu trữ điện tử và trên giấy. Các thông báo có thể được truy nhập riêng biệt. Thông tin bổ sung với các thông tin riêng đảm bảo phân lập và sửa lỗi nhanh chóng.



3.3.3.4.2. Phân loại :

Alarm Logging được chia thành 2 phần : Hệ thống cấu hình và hệ thống thời gian thực.

1. Nhiệm vụ của hệ thống cấu hình Alarm Logging (ALGCS) : sử dụng hệ thống cấu hình Alarm Logging (ALGCS) để tạo cấu hình các thông báo sao cho chúng đạt được hệ thống trong thời gian thực mà bạn mong muốn.

Cấu hình hệ thống thông báo có thể đơn giản hóa nhờ sử dụng wizard :

- Winzard hệ thống cung cấp hỗ trợ khi thiết lập hệ thống thông báo cơ bản.

- Winzard liên kết đơn giản hóa việc gán các Tag quá trình cho thông báo.

- Hơn nữa, các hộp thoại cấu hình khác nhau có sẵn sẽ cho phép xử lý đồng thời nhiều thông báo.

2. Nhiệm vụ của hệ thống thời gian thực Alarm Logging (ALGRT): nhận thông báo và chấp nhận lời báo nhận. Nó chuẩn bị thông báo để hiện thị và lưu trữ.



Chương IV : GHÉP NỐI GIỮA PC, PLC VÀ BIẾN TẦN

4.1. Giao diện truyền thông OPC :

Tiến bộ của các hệ thống bus trường cùng với sự phổ biến của các thiết bị cận trường thông minh là hai yếu tố quyết định tới sự chuyển hướng sang cấu trúc phân tán trong các giải pháp tự động hóa. Sự phân tán hóa này một mặt mang lại nhiều ưu thế so với cấu trúc xử lý thông tin tập trung cổ điển, như độ tin cậy và tính linh hoạt của hệ thống, nhưng mặt khác cũng tạo ra hàng loạt thách thức mới cho giới sản xuất cũng như cho người sử dụng. Một trong những vấn đề thường gặp phải là việc tích hợp hệ thống. Tích hợp theo chiều ngang đòi hỏi khả năng tương tác giữa các thiết bị tự động hóa của nhiều nhà sản xuất khác nhau. Bên cạnh đó, tích hợp theo chiều dọc đòi hỏi khả năng kết nối giữa các ứng dụng cơ sở như đo lường, điều khiển với các ứng dụng cao cấp hơn như điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (supervisory control and data acquisition, SCADA), giao diện người-máy (human-machine interface, HMI) và hệ thống điều hành sản xuất (manufactoring execution system, MES).

Việc sử dụng một chuẩn giao diện vì vậy trở thành một điều kiện tiên quyết. Tiêu biểu cho hướng đi này là chuẩn OPC, được chấp nhận rộng rãi trong các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp.

4.1.1. Tổng quan về kiến trúc OPC :

OPC (OLE for Process Control) là một chuẩn giao diện được hiệp hội OPC Foundation xây dựng và phát triển. Dựa trên mô hình đối tượng thành phần (D)COM của hãng Microsoft, OPC định nghĩa thêm một số giao diện cho khai thác dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật, tạo cơ sở cho việc xây dựng các ứng dụng điều khiển phân tán mà không bị phụ thuộc vào mạng công nghiệp cụ thể. Trong thời điểm hiện nay, OPC cũng như COM tuy mới được thực hiện trên nền Windows, song đã có nhiều cố gắng để phổ biến sang các hệ điều hành thông dụng khác.

Với mục đích ban đầu là thay thế cho các dạng phần mềm kết nối như I/O-Drivers và DDE, OPC qui định một số giao diện chuẩn cho các chức năng như :

• Khai thác, truy nhập dữ liệu quá trình (Data Access) từ nhiều nguồn khác nhau (PLC, các thiết bị trường, bus trường, cơ sở dữ liệu,..).

• Xử lý sự kiện và sự cố (Event and Alarm).

• Truy nhập dữ liệu quá khứ (Historical Access).

Trong tương lai OPC sẽ hỗ trợ các chức năng khác như an hoàn hệ thống (Security) và điều khiển mẻ (Batch). OPC sử dụng cơ chế COM/COM để cung cấp các dịch vụ



truyền thông cho tất cả các ứng dụng hỗ trợ COM. Có thể kể ra hàng loạt các ưu điểm của việc sử dụng OPC như :

• Cho phép các ứng dụng khai thác, truy nhập dữ liệu theo một cách đơn

giản, thống nhất.

• Hỗ trợ truy nhập dữ liệu theo cơ chế hỏi tuần tự (polling) hoặc theo sự

kiện (event-driven).

• Được tối ưu cho việc sử dụng trong mạng công nghiệp.

• Kiến trúc không phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị.

• Linh hoạt và hiệu suất cao.

• Sử dụng được từ hầu hết các công cụ phần mềm SCADA thông dụng, hoặc bằng một ngôn ngữ bậc cao (C++, Visual Basic, Delphi,..).

Cốt lõi của OPC là một chương trình phần mềm phục vụ gọi là OPC-Server, trong đó chứa các mục dữ liệu (OPC-Item) được tổ chức thành các nhóm (OPC-Group). Thông thường, một OPC-Server đại diện một thiết bị thu thập dữ liệu như PLC, RTU, I/O hoặc một cấu hình mạng truyền thông. Các OPC-Items sẽ đại diện cho các biến quá trình, các tham số điều khiển, v.v...

OPC được xây dựng dựa trên ý tưởng ứng dụng công nghệ COM nhằm đơn giản hóa, chuẩn hóa việc khai thác dữ liệu từ các thiết bị cận trường và thiết bị điều khiển, tương tự như việc khai thác một hệ thống cơ sở dữ liệu thông thường. Giống như COM, OPC không qui định việc thực hiện khai thác cụ thể, mà chỉ định nghĩa một số giao diện chuẩn. Thay cho việc dùng C/C++ dùng để định nghĩa một giao diện lập trình như thông thường, ngôn ngữ dùng ở đây (gọi là interface definition language hay IDL) không phụ thuộc vào nền cài đặt hay ngôn ngữ lập trình.

Hình 4.1 : Kiến trúc sơ lược của OPC.

Như được minh họa trên Hình 4.1, hai kiểu đối tượng thành phần quan trọng nhất trong kiến trúc OPC là OPC-Server và OPC-Group. Trong khi OPC-Server có nhiệm



vụ quản lí toàn bộ việc sử dụng và khai thác các dữ liệu, thì các đối tượng OPC-Group có chức năng tổ chức các phần tử dữ liệu (items) thành từng nhóm để tiện cho việc truy nhập. Thông thường, mỗi item ứng với một biến trong một quá trình kỹ thuật hay trong một thiết bị điều khiển.

4.1.2. OPC Server :

OPC Server là một đối tượng phân tán, cung cấp giao diện OPC chuẩn cho các ứng dụng. Việc giao tiếp qua các mạng công nghiệp được thực hiện bằng các lời gọi đơn giản, thống nhất không phụ thuộc vào mạng hai phương pháp truy cập dữ truyền thông và giao thức được sử dụng. OPC Server hỗ trợ liệu :

Polling : Client chủ động yêu cầu Server cung cấp dữ liệu mỗi khi cần.

Publisher/Subscriber : Client chỉ cần một lần yêu cầu Server, sau đó tùy theo cách đặt (Theo chu kỳ, theo sự thay đổi của giữ liệu hoặc theo một sự kiện nào đó). Phương pháp này còn được gọi là truy cập không đồng bộ.

Hình 4.2 : Kiến trúc Client/Server trong OPC.

Chuẩn OPC hiện nay qui định hai kiểu giao diện là Custom Interfaces (OPC Taskforce, 1998b) và Automation Interface (OPC Taskforce, 1998c). Kiểu thứ nhất bao gồm một số giao diện theo mô hình COM thuần túy, còn kiểu thứ hai dựa trên công nghệ mở rộng OLE-Automation. Sự khác nhau giữa hai kiểu giao diện này không những nằm ở mô hình đối tượng, ở các ngôn ngữ lập trình hỗ trợ mà cũng còn ở tính năng, hiệu suất sử dụng. Custom Interface dùng các ngôn ngữ như C/C++phức tạp hơn nhưng hiệu suất cao, dựa trực tiếp trên các đối tượng COM. Automation Interface dùng các ngôn ngữ đơn giản, phưong pháp lập trình đơn giản, hiệu quả thấp, dựa trên công nghệ COM automation.

4.2. Điều khiển biến tần thông qua giao thức USS :

4.2.1. Giao thức USS (USS protocol) :



Giao thức USS (Universal Serial Interface Protocol) định ra một kĩ thuật truy cập theo nguyên tắc chủ-tớ (Master-Slave) cho việc truyền thông trên bus nối tiếp. Theo đó, một trạm chủ có thể truyền thông với tối đa 31 trạm tớ kết nối trên đường bus. Trạm chủ quản lý các trạm tớ thông qua các bức điện (telegram). Một trạm tớ sẽ được lựa chọn bởi trạm chủ thông qua địa chỉ có ở trong bức điện. Một trạm tớ sẽ không thể tự chuyển đổi nếu không có yêu cầu, và việc truyền trực tiếp các gói tin giữa các trạm tớ không thể xảy ra.

Cấu trúc của bức điện :

Một bức điện được bắt đầu bởi kí tự (character) STX, sau đó là độ dài bức điện LGE và byte địa chỉ ADR. Tiếp theo là phần dữ liệu của người sử dụng. Bức điện kết thúc bởi một kí tự kiểm tra khối BCC.

1. STX ( Start of Tex ) :

STX là một byte kí tự ASCII (= 02 hex) được sử dụng để chỉ thị bắt đầu của một gói tin.

2. LGE ( Telegram Length ) :

LGE là một byte chỉ ra số lượng byte có trong gói tin. Tùy theo từng USS cụ thể mà độ dài của bức điện có thể thay đổi, và độ dài của nó phải được chỉ rõ ở byte thứ 2 của bức điện (LGE). Tùy thuộc vào cấu hình, các bức điện có độ dài cố định có thể được định rõ. Các bức điện có độ dài khác nhau có thể được sử dụng cho các trạm tớ khác nhau trên bus.

Tổng chiều dài tối đa của một bức điện là 256 bytes.

LGE được chỉ rõ bởi dữ liệu người sử dụng, byte địa chỉ ADR và kí tự kiểm tra BCC. Độ dài thực tế của bức điện sẽ lớn hơn độ dài trong LGE là 2 byte bởi byte STX và byte LGE không được đếm trong LGE.

3. ADR ( Address byte ) :

ADR là một byte đơn chứa địa chỉ của trạm tớ. Cấu trúc của 1 byte ADR:



Địa chỉ của trạm tớ (từ 0 đến 3) được chứa trong 5 bit thấp của ADR (bit 0 đến bit 4).

Bit 5 là bit truyền thông (broadcast bit). Nếu nó được set lên 1 thì gói tin là gói tin truyền thông và được thực hiện cho tất cả trạm tớ.

Bit 6 chỉ thị một mirror telegram. Số lượng nút được đánh giá và địa chỉ trạm tớ được đưa lại về trạm chủ.

Bit 7 không được sử dụng và được set bằng 0.

4. BCC (Block Check) :

BBC là một byte cheksum sử dụng để kiểm tra tính hợp lệ của gói tin.

5. Dữ liệu người sử dụng ( Useful Data Characters ) :

Phần dành cho dữ liệu của người sử dụng được chia ra làm 2 vùng là vùng ID và giá trị của tham số PKW (parameter ID value) và vùng dữ liệu quá trình PZD (process data) :

Giá trị của PKW và PZD cho biết nội dung điều khiển của trạm chủ tới trạm tớ được lựa chọn.

4.2.2. Kết nối giữa PLC và biến tần :

SIEMENS cung cấp cho người sử dụng một giao thức để ghép nối giữa PLC và biến tần qua cổng truyền thông RS485 là USS protocol và thư viện để lập trình cho giao thức là USS_protocol library. Thư viện này chỉ sử dụng cho hệ SIMATIC S7-200 với các yêu cầu về CPU :

- Bộ nhớ tối thiểu là 3000 bytes.

- Giao thức chỉ làm việc cổng truyền thông Port 0 của PLC ở chế độ free port.



- Vùng nhớ V (Variable memory ) có tối thiểu 400 bytes và một bộ đệm 16 bytes cho một số lệnh đọc và ghi thông số biến tần.

Do đó chỉ có các PLC S7-200 loại CPU 224 trở lên mới sử dụng được thư viện này.

4.2.2.1. Sơ đồ nối dây : (như hình vẽ )

- Chân 3 của PORT 0 nối với chân 29 của biến tần.

- Chân 8 của PORT 0 nối với chân 30 của biến tần.

Hình 4.3 : Sơ đồ đấu nối dây giữa PLC và biến tần.

4.2.2.2. Cài đặt tham số biến tần :

Sử dụng Keypad trên biến tần để thiết lập các tham số :

1. Reset biến tần về trạng thái ban đầu : P0010 = 30

P0970 = 1.

Nếu bỏ qua bước này, phải chắc chắn rằng tham số được đặt theo giá trị sau :

USS PZD length : P2012 index 0 = 2.

USS PKW length : P2013 index 0 = 127.

2. Bật chế độ truy nhập Read/write với tất cả các tham số ( chế độ chuyên gia) P0003 = 3

3. Kiểm tra trạng thái motor :

P0304 : điện áp định mức motor (V)

P0305 : dòng điện định mức motor (V)

P0307 : công suất định mức motor (V)

P0310 : tấn số định mức motor (V)

P0311 : tốc độ định mức motor (V)



Những thay đổi có thể dao động thùy theo loại motor được dùng.

Khi cài đặt tham số bằng lệnh P0304, P0305, P0307, P0310, P0311 trước tiên phải đặt P010 bằng 1. Khi kết thúc cài đặt set P010 về 0 vì P0304, P0305, P0307, P0310, P0311 chỉ được thay đổi trong chế độ ủy nhiệm nhanh (quick commissioning mode).

4. Đặt kiểu điều khiển (Local/Remote) : P0070 index 0 = 5

5. Đặt tần số đặt cho USS : P1000 index 0 = 5

6. Ramp up time : P1120 = 0 – 650.00

7. Ramp down time : P1121 = 0 – 650.00

8. Đặt chuẩn tần số nối tiếp : P2000 = 1 – 650Hz

9. Đặt chế độ bình thường USS : P2009 index 0 = 0

10. Đặt tốc độ Baud cho giao diện nối tiếp RS-485 :

P2010 index 0 = 3 (1200 baud)

4 (2400 baud)

5 (4800 baud)

6 (9600 baud)

7 (19200 baud)

8 (38400 baud)

9 (57600 baud)

12 (115200 baud)

11. Nhập địa chỉ Slave : P2011 index 0 = từ 0 đến 31

12. Đặt thời gian chờ nối tiếp : P2014 index 0 = từ 0 đến 65.535 ms

13. Truyền dữa liệu từ RAM đến EEPROM.

14. P0971 = 1 (bắt đầu truyền )Lưu thay đổi tham số vào EEPROM.



4.2.3. Các lệnh của thư viện USS library :

USS_protocol library là một thư viện để lập trình cho giao thức USS với các CPU mà SIEMENS đưa ra và được tích hợp trong Step7-MicroWIN (từ version 3.2 trở lên). Thư viện này có tất cả 8 lệnh, ta chỉ việc kéo các hàm từ thư viện ra để sử dụng. Ta sẽ đi tìm hiểu lần lượt các lệnh cơ bản của thư viện :

Lệnh USS_INIT :

Lệnh được sử dụng để định nghĩa giao thức truyền thông giữa PLC với biến tần.

EN (Enable) : là chân kích hoạt cho lệnh làm việc. Thông thường trong chương trình sử dụng, chân EN chỉ nên kích hoạt 1 lần cho 1 biến tần.

Mode : chân chọn chế độ cho giao thức :

= 0 : giao thức PPI.

= 1 : giao thức USS.

Baud : chân chọn tốc độ truyền : 1200, 2400, 4800, 9600 …

Active : chân chọn biến tần nào ở chế độ kích hoạt. Mỗi biến tần khi nối trong mạng được nhận 1 địa chỉ từ 0 đến 31. Giá trị này được lưu trong 1 từ nhớ :



Khi lệnh USS_INIT hoàn thành, bit Done dựng lên 1 và tình trạng thực hiện lệnh được lưu trữ trong byte Error. Giá trị byte Error có thể được tra trong bảng sau để cho biết được tình trạng thực hiện lệnh :

Lệnh USS_CTRL :

Lệnh được sử dụng để điều khiển một động cơ được ghép nối với biến tần ở chế độ kích hoạt.



EN (Enable) : là chân kích hoạt cho lệnh hoạt động. Do đó chân En luôn ở mức cao trong quá trình biến tần hoạt động.

RUN : Khi RUN = 1, biến tần bắt đầu chạy động cơ theo tốc độ và chiều quay đặt trước. Khi RUN = 0, biến tần dừng động cơ.

OFF2 & OFF3 : khi các chân này = 1, động cơ sẽ được dừng nhanh hoặc từ từ tùy theo chế độ được chọn.

F_ACK : bit sử dụng để báo cho biến tần biết các lỗi đã được xóa.

DIR : bit điều khiển chiều quay động cơ :

= 0 : quay thuận.

= 1 : quay ngược.

Drive : chân chọn địa chỉ của biến tần được điều khiển.

Type : chân chọn loại biến tần :

= 0 : biến tần MM3.

= 1 : biến tần MM4.

Speed_SP : là tốc độ đặt của biến tần, có dải từ -200% đến +200%. (ví dụ : ta đặt tần số max = 50Hz. Nếu ta đặt Speed_SP = 50.0 thì biến tần sẽ điều khiển tốc độ động cơ đạt setpoint = 25Hz.)

Status : là từ trạng thái lưu giữ các thông tin về giao tiếp giữa PLC và biến tần.

Speed : hiển thị tốc độ của động cơ (-200% đến +200%)

Run_EN : chân báo trạng thái của động cơ :

= 1 : động cơ đang chạy.

= 0 : động cơ đang dừng.

D_Dir : hiển thị chiều quay của động cơ.

Inhibit : bit hiển thị trạng thái cho phép/không cho phép hãm trên biến tần.

Error & Fault : hiển thị trạng thái lỗi.

Lệnh USS_RPM_x :

Lệnh dùng để đọc giá trị một tham số của biến tần. Gồm 3 lệnh đọc :

- USS_RPM_W : Lệnh đọc tham số là một từ đơn không dấu.



- USS_RPM_D : Lệnh đọc tham số là một từ kép không dấu.

- USS_RPM_R : Lệnh đọc tham số là một số thực.

EN : (Enable) bit này phải được bật trong suốt quá trình thực hiện lệnh. Chú ý rằng trong một thời điểm ta chỉ có thể sử dụng lệnh đọc hoặc lệnh ghi, không thể vừa đọc lại vừa ghi lên biến tần được.

XMT_REQ : Lệnh yêu cầu đọc tham số mỗi khi có sườn lên ở chân này.

Drive : là địa chỉ của biến tần.

Param & Index : là giá trị index và tham số cần đọc.

DB_Ptr : địa chỉ bộ đệm 16 bytes để lưu trữ giá trị trung gian trong quá trình thực hiện lệnh.

Done : khi lệnh lthực hiện xong, bit này sẽ được set lên 1.

Error : byte chứa tình trạng lỗi khi thực hiện lệnh.

Value : giá trị của tham số cần đọc được trả về.

Lệnh USS_WPM_x :

Lệnh dùng để ghi giá trị cho một tham số của biến tần. Gồm 3 lệnh :

- USS_WPM_W : Lệnh ghi tham số là một từ đơn không dấu.

- USS_WPM_D : Lệnh ghi tham số là một từ kép không dấu.

- USS_WPM_R : Lệnh ghi tham số là một số thực.

EN : (Enable) bit này phải được bật trong suốt quá trình thực hiện lệnh. Chú ý rằng trong một thời điểm ta chỉ có thể sử dụng lệnh đọc hoặc lệnh ghi, không thể vừa đọc lại vừa ghi lên biến tần được.

XMT_REQ : Lệnh yêu cầu ghi tham số mỗi khi có sườn lên ở chân này.

EEPROM : bit cho phép hoặc không cho phép lưu giá trị vừa ghi vào EEPROM.

Drive : là địa chỉ của biến tần.

Param & Index : là giá trị index và tham số cần đọc.



Value : giá trị cần ghi cho tham số.

DB_Ptr : địa chỉ bộ đệm 16 bytes để lưu trữ giá trị trung gian trong quá trình thực hiện lệnh.

Done : khi lệnh lthực hiện xong, bit này sẽ được set lên 1.

Error : byte chứa tình trạng lỗi khi thực hiện lệnh.

4.3. Ghép nối PC và PLC :

4.3.1. Kết nối nguồn CPU S7-200 :

Công việc đầu tiên khi ghép nối PC và PLC là kết nối nguồn của CPU S7-200. Cần lưu ý đến điện áp nguồn cung cấp cho CPU ví dụ như trên CPU ghi DC/DC/DC thì chỉ được cấp nguồn 24V cho nó. Còn đối với loại AC/DC/RLY thì chúng ta có thể cấp nguồn xoay chiều cho nó. Phải tắt CPU trong suốt quá trình đấu nối vì lý do an toàn và tránh hỏng thiết bị.

Hình 4.4: Kết nối nguồn với CPU S7-200

4.3.2. Kết nối cáp RS-232 / PPI Multi – Master :

Hình 4.5 đưa ra cách nối cáp RS-232/PPI Multi – Master từ S7-200 đến thiết bị lập trình.

- Nối đầu RS-232 (đánh dấu là “PC”) của cáp RS-232/PPI Multi – Master đến cổng truyền thông của thiết bị lập trình.

- Nối đầu RS-485 (đánh dấu là “PPI”) của cáp RS-232/PPI Multi – Master đến cổng 0 (port 0) hoặc cổng 1 (port 1) của S7-200.

- Chú ý khóa DIP của cáp RS-232/PPI Multi – Master được đặt như hình 3.5.



Hình 4.5 : Ghép nối cáp RS-232/PPI Multi – Master.

4.3.3. Thiết lập các thông số truyền thông :

Ta có thể sử dụng STEP7-MicroWIN để thiết lập các thông số cho truyền thông như sau :

- Khởi động STEP7- Micro/WIN để mở một project mới.

- Click vào biểu tượng Set PG/PC Interface => chọn PC/PPI cable(PPI) => Properties...

- Trong cửa sổ Properties-PC/PPI cable(PPI), tab PPI cho phép ta cài đặt các thông số về địa chỉ trạm, tốc độ truyền,... Còn tab Local Connection cho ta khai báo cổng truyền thông nối trên máy tính.

Hình 4.6. Thiết lập các thông số truyền thông.



Để kiểm tra PLC đã được kết nối với PC hay chưa, ta Click vào biểu tượng Communications ở thanh Navigation để hiển thị hộp thoại Communications. Sau khi khai báo địa chỉ và tốc độ baud => Double-Click to Refresh ta sẽ thu được kết quả các CPU PLC đã được kết nối.

Hình 4.7. Cửa sổ Communications

Nếu STEP7 – Micro/WIN không tìm thấy PLC nào, kiểm tra cài đặt cho tham số truyền thông và làm lại những bước này. Sau khi thiết lập truyền thông với S7-200, ta có thể lập trình, down load, up load chương trình từ PLC.

4.4. Kết nối WINCC và PLC S7-200 :

Khi xây dựng một màn hình giám sát với PLC S7-200, ta cần phải kết nối WINCC và PLC để có thể đưa được các tags ngoại từ PLC vào WINCC để theo dõi. Việc kết nối này được trợ giúp nhờ sử dụng chương trình S7-200 PC Access và thông qua giao thức OPC. Các bước tiến hành như sau :

B1. Khởi động S7-200-PC Access => Click chuột phải vào “MicroWin…” => chọn “New PLC” :



Đặt tên và địa chỉ của PLC. Địa chỉ PLC có thể đặt từ 1-126 để phân biệt các trạm PLC khác nhau.

B2. Để tạo Tag cho các trạm PLC ta Click chuột phải vào PLC cần tạo Tag => chọn “Folder” để tạo nhóm Tag / chọn “Item…” để tạo Tag riêng rẽ.

Đặt tên cho Tag (chú ý đến ID của Tag). Sau đó chọn địa chỉ của Tag trên vùng nhớ của PLC. Cũng có thể lựa chọn kiểu Tag là chỉ đọc/chỉ viết/vừa đọc vừa viết.



* CHÚ Ý : Ta có thể Add nhanh một nhóm các Tag từ chương trình PLC bằng cách :

Khi viết chương trình trên STEP7-Micro/WIN ta sử dụng “Symbol Table” để đặt tên cho các địa chỉ ( địa chỉ của Tag trên PLC ) dưới dạng các Symbol ( cũng chính là tên của Tag trong PC ACCESS ):

Từ Menu của PC Access vào “File” => chọn “Import Symbols…” rồi chọn đường dẫn đến chương trình điều khiển.



Như vậy các Symbol sẽ được add vào PC ACCESS dưới dạng các Tag trong 1 nhóm :

B3. Khởi động WinCC => Tạo một project mới :

Click chuột phải vào “TagManagement” => chọn “Add New Driver…”.

=> Chọn “OPC.chn” ở cửa sổ xuất hiện.



B4. Click chuột phải vào “OPC Groups…” => chọn “System Parameter” => màn hình “OPC Item Manager” xuất hiện => Click chuột vào “LOCAL”. Nếu hệ thống đã cài đặt PC ACCESS thành công thì chương trình sẽ tự động tìm ra OPC Server ( S7200.OPCServer ).

B5. Tạo một kết nối mới bằng cách Click chuột phải vào “OPC Groups…” => chọn “New Driver Connection…” => Đặt tên cho kết nối.(Ví dụ : S7200)



B6. Click chuột phải vào kết nối => Cửa sổ “Connection properties” hiện ra. Chọn “Properties”

Trong cửa sổ Properties xuất hiện đánh tên OPC Server :



Click chuột trái vào “Test Server”=> Thành công

B7. Đưa Tag trong PC ACCESS vào WinCC bằng cách tạo 1 Tag kết nối với Tag cần đưa :

Click chuột phải vào kết nối chọn “New Tag…”

Đặt tên và chọn kiểu dữ liệu cho Tag ( Chú ý kiểu dữ liệu phải phù hợp với kiểu của Tag sẽ được liên kết ).



Click chuột vào nút “Select” để chọn địa chỉ Tag sẽ được liên kết. Đây chính là ID của Tag trong PC ACCESS.

Như vậy Tag “Run” trên WinCC đã được liên kết với Tag “run” trên PC ACCESS.

** CHÚ Ý : Ta có thể đưa các Tag từ PC ACCESS vào WinCC bằng cách sau :

Sau khi đã tạo các Tag trên PC ACCESS và tạo OPC Server thành công ( bước 1-4 ). Trong cửa sổ “OPC Item Manager” Click chuột vào “S7200.OPCServer” => Click chuột vào nút “Browse Server”

Chọn “Next” ( Có thể chọn Type để chọn Tag có kiểu cần thiết ).



Cửa sổ “S7200.OPCServer” xuất hiện => chọn Tag cần đưa vào WinCC rồi Click nút “Add Items”.

Hệ thống yêu cầu tạo một kết nối OPC => Chọn “Yes” rồi đặt tên cho kết nối => “Finish”.

Sau khi kết nối, ta có thể sử dụng các tag ngoại (được link trực tiếp đến các vùng nhớ của PLC) như các tag nội trong WinCC.



Chương V : ỨNG DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUẠT LÀM MÁT CLINKER

5.1. Cấu trúc hệ thống và bài toán công nghệ :

5.1.1. Cấu trúc hệ thống :

Làm mát clinker là một công đoạn trong dây chuyền sản xuất xi măng, do đó hệ thống điều khiển các quạt máy lạnh cũng là một phần của hệ thống của nhà máy. Cấu trúc của hệ thống bao gồm :

Hệ thống các trạm máy tính ở phòng điều khiển trung tâm : OS (Operator Station), ES (Engineer Station), AS (Automation Station) được nối với nhau và với cấp dưới nhờ mạng Ethernet.

Trạm vận hành và giám sát công đoạn làm mát, gồm PLC và màn hình giám sát.

Các thiết bị điều khiển cấp trường và thiết bị trường : Biến tần và quạt làm mát.

Hình 5.1 : Cấu trúc hệ thống điều khiển.



Như vậy, vai trò của biến tần ở đây chính là một thiết bị điều khiển cấp trường, đảm bảo điều khiển động cơ các quạt một cách chính xác. Còn PLC và PC đóng vai trò là một bộ điều khiển và giám sát.

5.1.2. Bài toán công nghệ :

Như đã phân tích ở chương trước, để đảm bảo chất lượng của clinker ra khỏi lò, một yêu cầu rất quan trọng trong quá trình làm mát clinker là phải đảm bảo tỉ lệ áp suất cũng như lượng gió so với lượng clinker đạt một giá trị nhất định tùy theo yêu cầu công nghệ của từng dây chuyền sản xuất. Do đó, bài toán đặt ra chính là điều khiển áp suất của các quạt gió theo giá trị đặt trước. Giá trị đặt ở đây, có thể do máy tính ở phòng điều khiển trung tâm tính ra (ở chế độ Auto) hoặc do người vận hành ấn định qua màn hình điều khiển giám sát (ở chế độ Manual). Ngoài ra, còn phải giám sát được các thông số quá trình của công đoạn làm mát.

5.2. Lập trình hệ thống :

Thiết kế chương trình PLC là một phần rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống điều khiển, đây chính là phần mà người lập trình sẽ tiến hành triển khai các bài toán công nghệ bằng chương trình điều khiển. Hệ thống vận hành có thỏa mãn yêu cầu công nghệ đã đề ra hay không phụ thuộc rất nhiều vào chương trình điều khiển.

Từ yêu cầu của bài toán đặt ra, ta xây dựng sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển quạt làm mát như sau :

Hình 5.2 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển.

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID mềm tích hợp sẵn trong PLC S7-200 : Giá trị đặt từ máy tính trung tâm hay từ người vận hành (tùy chế độ vận hành) và giá trị đo thực tế phản hồi về sau khi chuyển đổi kiểu sẽ là tín hiệu đầu vào (sp và pv) cho bộ PID. Đầu ra sau khi tính toán của bộ PID chính là giá trị đặt cho biến tần, và được đưa tới biến tần nhờ điều khiển USS. Biến tần có khả năng điều khiển động cơ tương đối chính xác theo giá trị đặt. Như vậy hệ thống sẽ tự động điều chỉnh áp suất của quạt theo giá trị đặt trước.



Các thuật toán điều khiển và giám sát :

Thuật toán điều khiển các quạt :

Thuật toán giám sát các thông số :



Thuật toán cảnh báo nhiệt độ :



Chương trình lập trình điều khiển chi tiết cho PLC được trình bày chi tiết trong phần phụ lục.

5.3. Thiết kế giao diện vận hành :

Giao diện vận hành được thiết kế trên phần mềm WinCC-v6.0. Giao diện HMI của công đoạn làm mát clinker sẽ mô tả và giám sát toàn bộ hệ thống được gắn liền với các biến quá trình (process tags) dưới dạng các tag name để trao đổi dữ liệu với PLC. Sau khi hệ thống được lập trình sẽ được link với WinCC dưới dạng các External tags để điều khiển các đối tượng được thiết kế trên WinCC. Việc điều khiển được thực hiện qua việc liên kết giữa các đối tượng đó với các tag name.

Yêu cầu của một màn hình giám sát phải đảm bảo tính thông tin, và thân thiện với người vận hành. Nó phải phản ánh được hình ảnh của quá trình, và giúp người vận hành có thể theo dõi các thông tin cũng như có thể sử dụng, điều khiển một cách dễ dàng.

Giao diện vận hành của công đoạn làm mát clinker được thiết kế bao gồm 1 màn hình giao diện quá trình và 14 màn hình trạng thái cho 14 quạt làm mát. Cụ thể :

5.3.1. Màn hình giao diện quá trình :

- Mô tả : Màn hình giao diện quá trình mô tả toàn bộ quá trình công đoạn làm mát clinker, bao gồm các thiết bị của hệ thống làm mát : buồng lò, các quạt làm mát (số lượng, vị trí tương đối trong hệ thống), hệ thống băng tải clinker, máy lọc bụi tĩnh điện, hệ thống làm mát bằng nước,…và các nút chức năng cho người vận hành điều khiển.

- Chức năng : Màn hình giao diện quá trình là cái nhìn toàn cảnh của quá trình làm mát clinker. Giúp cho người vận hành có thể nắm được quy trình hoạt động của công đoạn làm mát, giám sát các thông số của quá trình (các giá trị áp suất của các quạt, áp suất tổng trong lò, tốc độ dịch ghi, nhiệt độ ở đầu ống gió nóng 3…). Các nút chức năng cho phép người vận hành chọn chế độ hoạt động, kiểm tra trạng thái của các quạt làm mát và có thể dừng khẩn cấp hệ thống nếu cần thiết.

5.3.2. Màn hình trạng thái của quạt làm mát :

- Mô tả : Có tổng cộng 14 màn hình hiển thị trạng thái của 14 quạt làm mát tương ứng. Mỗi màn hình bao gồm : các nút chức năng để lựa chọn màn hình của quạt làm mát cần theo dõi, các thông số áp suất quạt (dải làm việc, giá trị đặt, giá trị thực), và đồ thị quá trình.

- Chức năng : Màn hình trạng thái của các quạt có thể được truy nhập từ màn hình giao diện quá trình bằng nút chức năng hay bằng cách click đúp vào biểu tượng quạt



làm mát cần theo dõi, hoặc cũng có thể chuyển đổi qua lại giữa các màn hình bằng các nút chức năng trên màn hình trạng thái bất kỳ. Màn hình trạng thái cho phép người vận hành theo dõi giá trị áp suất của quạt làm mát (dải áp suất của quạt, giá trị đặt, giá trị thực) và đồ thị hiển thị quá trình đáp ứng của áp suất thực theo giá trị đặt nhờ bộ điều chỉnh PID. Đồng thời, cho phép người vận hành có thể đặt trực tiếp giá trị đặt áp suất cho các quạt trong chế độ Manual.

Các hình từ 5.3 đến 5.6 sẽ mô tả chi tiết các màn hình vận hành giám sát của công đoạn làm mát clinker.



Hình 5.3 : Màn hình giao diện quá trình lúc khởi động và ở chế độ dừng.



Hình 5.4 : Màn hình giao diện quá trình khi hoạt động.



Hình 5.5 : Cảnh báo khi nhiệt độ đầu ống gió nóng 3 quá cao.



Hình 5.6 : Màn hình trạng thái của quạt làm mát (Fan 01).



KẾT LUẬN

Sau thời gian nghiên cứu và làm đồ án với đề tài: “Ứng dụng biến tần tiết kiệm năng lượng cho hệ thống quạt máy lạnh làm mát Cliker trong nhà máy xi măng”. Chúng em đã đạt được một số kết quả sau:

- Nắm được dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy xi măng và nguyên tắc hoạt động của công đoạn làm mát Clinker.

- Nghiên cứu 2 phần mềm của SIEMENS: WinCC v6.0 và STEP7-MICROWIN v4.0, và đã sử dụng thành thạo 2 phần mềm này để xây dựng giao diện vận hành cho công đoạn làm mát clinker.

- Thiết kế thành công hệ thống điều khiển các quạt làm mát cho công đoạn làm mát Clinker của nhà máy xi măng.

- Dùng hệ thống gồm PC và PLC S7-200 CPU 226 v02.01 kết nối với biến tần MM440 để mô phỏng thành công bài toán với đối tượng thực.

Hướng phát triển của đồ án:

- Thiết kế giao diện vận hành cho các công đoạn còn lại của nhà máy.

- Tiến tới hoàn thiện và đưa hệ thống ra thực tế.

- Mở rộng và phát triển đề tài theo hướng nghiên cứu thiết kế hệ thống ghép nối PLC – Biến tần để điều khiển động, trong đó : điều khiển trực tiếp động cơ nhờ bộ PID tích hợp sẵn trong biến tần, và các tham số của bộ PID này sẽ được tự động chỉnh định nhờ PLC (sử dụng FUZZY của PLC để chỉnh định thích nghi các tham số PID của biến tần).



PHỤ LỤC : Chương trình điều khiển giám sát công đoạn làm nguội clinker

* Tổ chức bộ nhớ :

Address Symbol Comment

01 M0.0 Auto_select Lựa chọn chế độ Auto

02 M0.1 Manu_select Lựa chọn chế độ Manu

03 M0.2 Stop_select Lựa chọn chế độ Stop

04 M0.5 Alarm_Tem Bit cảnh báo nhiệt độ quá cao

05 M1.0 RUN Bit điều khiển Fan1

06 VD352 Auto_F1_setpoint Giá trị đặt cho Fan 1 ở chế độ Auto

07 VW200 PID_pv Giá trị phản hồi từ biến tần về cho bộ PID

08 VD202 PID_sp Giá trị đặt cho bộ PID

09 VW206 PID_out Đầu ra của bộ PID

10 VD336 PRESS_TOTAL Tổng áp suất của các quạt

11 VD340 SPEED Tốc độ ghi lò

12 VD348 TEMPERATURE Nhiệt độ gần ống gió nóng 3

13 VD224 USS_SP Giá trị đặt USS của biến tần 1

14 VD220 SP_F1 Giá trị đặt cho Fan 1

15 VD228 RS_F1 Giá trị thực của Fan 1































* Tổ chức chương trình chính và các khối chương trình con :

Program Block Symbol Comment

OB1 MAIN Chương trình chính

SBR0 Auto_mode Chương trình cho chế độ Auto

SBR2 Manu_mode Chương trình cho chế độ Manu

SBR3 -> SBR16 Auto_F1 -> Auto_F14

Chương trình con điều khiển các quạt Fan 1 -> Fan 14 ở chế độ Auto

SBR17 -> SBR30 Manu_F1 -> Manu_F14

Chương trình con điều khiển các quạt Fan 1 -> Fan 14 ở chế độ Manu

SBR31 Total Chương trình con tính tổng áp suất các quạt

SBR37 Temp Chương trình con cảnh báo khi nhiệt độ đầu ống gió 3 cao quá mức cho phép

* Cài đặt tham số cho bộ điều khiển PID :

Trong PLC S7-200 có tích hợp sẵn bộ điều khiển PID mềm, ta có thể tạo và sử dụng công cụ này bằng cách tiến hành như sau :

- Click vào Wizards => Click đúp vào PID => Cửa sổ Instruction Wizard PID xuất hiện => Chọn bộ PID cần tạo rồi Next.



- Nhập giá trị các tham số P, Ti, Td, thời gian trích mẫu để cấu hình cho bộ PID : (Ở đây giá trị : P = 3.0; Ti = 0.01 min; Td = 0; thời gian trích mẫu 0.1s) => Next

- Giới hạn giá trị PV (process variable) và đầu ra của bộ PID => Next

- Suggest Address để tạo ra 1 vùng địa chỉ trên PLC cho việc lưu trữ, tính toán của bộ PID => Next => ... => Finish





* Chương trình điều khiển :

















DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Siemens WinCC v6.0 SP4 software.

[2] Siemens STEP 7 – MICROWIN32 V4.0.0.18 software.

[3] www.siemens.com

[4] Tài liệu của công ty xi măng Bỉm Sơn.

[5] Hoàng Minh Sơn : Mạng truyền thông công nghiệp- NXB KHKT.

[6] Hoàng Minh Sơn : Bài giảng - Hệ thống điều khiển phân tán 2006.

[7] Hoàng Minh Sơn : Điều khiển quá trình – NXB KHKT.

[8] Nguyễn Doãn Phước- Phan Xuân Minh :Tự động hóa với SIMATIC S7-200 –

NXB KHKT.

[9] Nguyễn Doãn Phước : Lý thuyết điều khiển tuyến tính – NXB KHKT.

[10] OPC Foundation: OPC — Data Access Custom Interfaces Specification 2.0.

[11] SIEMENS Universal Serial Interface Protocol : USS Protocol.

[12] Hướng dẫn sử dụng biến tần MM440 – SIEMENS Việt Nam.


http://www.siemens.com/

Documents

Lam Mat Clinker