Đồ án Hệ thống điều khiển CENTUM CS3000

h control) mà CENTUM CS 3000 được sử dụng, thường thì một chương trình với hai hay nhiều FCS phối hợp hoạt động để thực hiện các chức năng điều khiển. Để hỗ trợ các ứng dụng loại này CENTUM CS 3000 cho phép hai hay nhiều FCS ảo cùng chạy tại một thời điểm và chúng giao tiếp với nhau. Với đặc điểm này, CENTUM CS 3000 dễ dàng gỡ rối (debug) một chương trình đòi hỏi nhiều hơn một FCS với chỉ một PC. 6. Các khối thực hiện chức năng điều khiển cơ bản. Trong phần mềm CENTUM CS 3000 các khối chức năng thực hiện chức năng điều khiển, dưới đây ta trình bày một số khối đặc trưng: 6.1. Khối chỉ thị tín hiệu vào - Input Indicator Block: PVI Hình 66: Sơ đồ khối chức năng của khối PVI Khối chức năng này chuyển tín hiệu vào từ IO module hoặc cũng có thể từ các khối chức năng khác thành giá trị PV. Nó cũng có thể cho ra giá trị PV từ đầu Out. 6.2. Khối điều khiển - Controler Block: PID Hình 67: Sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển PID Khối chức năng này thực hiện công việc điều khiển dựa trên cơ sở độ lệch giữa giá trị PV và giá trị đặt trước Setpoint Value - SV. 6.3. Khối đặt bằng tay - Manual Loader Block: MLD Hình 68: Sơ đồ khối chức năng của khối MLD Khối chức năng này thực hiện nhiệm vụ cho ra các giá trị MV để điều khiển bằng tay các thiết bị điều khiển chẳng hạn như các van điều khiển. Khi ở trạng thái tự hiệu chỉnh, tín hiệu tự hiệu chỉnh vào nhận được từ TIN chính là đầu ra và gọi là giá trị đã qua xử lý MV. 6.4. Manual Loader Block with Input Indicator: MLD – PVI Khối chức năng này kết hợp 2 khối MLD và PVI, ta vừa có thể cho ra giá trị MV lại vừa có thể quan sát quá trình xử lý tín hiệu vào PV. Hình 69: Sơ đồ khối chức năng của khối MLD-PVI 6.5. Dual - Redundant Signal Selector Block: SS – Dual Hình 70: Sơ đồ khối chức năng của khối SS-Dual Khối chức năng này thực hiện nhiệm vụ tự động chọn một trong hai tín hiệu từ đầu vào nhưng lại nhận được một cách riêng rẽ thông qua 2 đường dẫn tín hiệu khác nhau. 6.6. Khối tính toán chung(CALCU) Hình 71: Sơ đồ khối chức năng của khối tính toán chung. Khối CALCU là một khối thực hiện các thuật toán tính toán tuỳ ý đã được định nghĩa trước. Các thuật toán đó sử dụng ngôn ngữ mô tả biểu thức tính toán chung. - Khối Calcu có 8 đầu nối vào(IN,Q01-Q07),tưong ứng có 8 mục dữ liệu đầu vào tính toán(RV,RV1-RV7).. - 4 đầu nối đầu ra(OUT,J01-J03), tương ứng có 4 mục dữ liệu đầu ra tính toán(CPV,CPV1-CPV3). - Đầu ra phụ(SUB) có các mục dữ liệu là CPV,rCPV. 6.7. Khối phân phối tín hiệu điều khiển nối tầng(FOUT) Khối FOUT phân phối đầu vào các tín hiệu đặt nối tầng(Cascade) từ các bộ điều khiển tới các bộ điều khiển lớp dưới. Khối này có thể ứng dụng trong các vòng lặp điều khiển cascade với nhiều khối chức năng song song lớp dưới. Hình 72: Sơ đồ khối chức năng của khối FOUT Giá trị đặt (SV) của khối FOUT có thể dùng cho việc lấy dữ liệu nhưng không cho việc đặt dữ liệu. Đối với phạm vi của mỗi đích đầu ra, các tín hiệu đặt cascade được phân phối phù hợp với dải tín hiệu của khối lớp dưới. Giả sử rằng SV của FOUT là 0 tới 100%, trong khi dải của hai khối bộ điều khiển lớp dưới tương ứng là 0 tới 800 NM3/H và 0 tới10.00 KG/H. Nếu đầu ra đã điều chỉnh của khối bộ điều chỉnh lớp trên là 50%, các giá trị đầu ra của khối FOUT tương ứng trở thành 400 NH3/M và 5.00 KG/H. 6.8 Khối đặt tỉ lệ Khối đặt tỉ lệ Ratio ( Ratio set block) có nhiệm vụ thực hiện việc tính toán để đưa ra giá trị xử lí MV ( manipulated output value) theo sự thay đổi của biến quá trình ( process variable) nhân với giá trị đặt tỉ lệ ( ratio set value). Khối này được sử dụng để đặt một tỉ lệ xác định giữa 2 biến điều khiển. Sơ đồ cấu trúc của khối như sau: Hình 73: Khối đặt tỉ lệ Trong đó: IN: là đầu vào nhận tín hiệu từ các thiết bị đo hay các khối chức năng khác. SET: là đầu vào dùng để đặt giá trị tỉ lệ. OUT : là đầu đưa ra giá trị tính toán MV. Công thức xử lí của khối: MV = K*SV*PV + Bias. K là hệ số khuyếch đại, SV là giá trị tỉ lệ, PV là giá trị vào, và Bias là giá trị phân cực. Trong ví dụ sau đây, ở vòng điều khiển này các giá trị lưu lượng F1 và F2 quan hệ với nhau theo tỉ lệ r. Tức là F1 * r là giá trị đặt của F2 Hình 74: Vòng điều khiển lưu lượng Phần II ứng dụng Dcs centum cs3000 trong công ty giấy bãi bằng Chương V Công nghệ săn xuất giấy I. Công ty giấy Bãi Bằng 1. Giới thiệu chung về công ty Bãi Bằng Công ty giấy bãi bằng là công trình được xây dựng bởi tiền viện trợ không hoàn lại của chính phủ và nhân dân Thụy Điển, được xây dựng ở thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ. Đây là một biểu tượng cao đẹp của tình hữu nghị đã gắn bó hai dân tộc Việt Nam-Thụy Điển ngay từ những năm nhân dân Việt Nam còn gian khổ đấu tranh chống xâm lược. Một công trình sản xuất giấy qui mô lớn và hiện đại nhất Việt Nam, được khánh thành năm 1982, đã và đang đưa ra thị trường một lượng giấy đáng kể, có chất lượng cao, được người tiêu dùng ưa chuộng và cũng đã có chân trong thị trường một số nước trong khu vực như Malaysia, Thái Lan, Singapore, Hồng Công ... Giấy Bãi Bằng ngay từ khi thiết kế đã chú ý đến việc bảo vệ môi trường và trong quá trình hoạt động công tác này càng phát triển. Công ty đã tiếp thu công tác quản lý Bắc Âu và đào tạo được một đội ngũ cán bộ, kỹ sư và công nhân lành nghề đã quản lý và vận hành thành thạo dây chuyền sản xuất hiện đại. Năm 2004 công ty đã tiến hành nâng cấp và mở rộng sản xuất từ công suất thiết kế ban đầu là 55.000 tấn giấy/năm và 48.000 tấn bột/năm lên 100.000 tấn giấy/năm và 61.000 tấn bột giấy/năm với chất lượng cạnh tranh quốc tế và môi trường được cải thiện đạt chuẩn quốc gia đồng thời công ty đã lập xong nghiên cứu tiền khả thi cho mở rộng công ty giai đoạn 2 xây dựng một nhà máy sản xuất bột giấy thương phẩm 250.000 tấn năm hoàn thành trước năm 2007 với chất lượng quốc tế và tiêu chuẩn môi trường đáp ứng các yêu cầu thế giới. 2. Tổng quan về hệ thống sản xuất của công ty giấy Bãi Bằng Toàn bộ công ty là một hệ thống khép kín, từ khâu động lực với những lò hơi, tuabin,… hoạt động theo công nghệ hiện đại, tự cung cấp đủ điện và hơi và nước cho sản xuất. Bao gồm : + Một nhà máy điện ( power plant ) : Một lò hơi đốt than 145 tấn / giờ Một lò hơi thu hồi 36 tấn/giờ 02 tuabins, 01 ngưng tụ, 01 đối áp 02 máy phát điện tổng công suất 28 Mw + Xí nghiệp vận tải ( transport enterprise ) Một hệ thống xe chuyên dùng 40 đầu xe tải, tổng trọng tải 300 tấn 12 đoàn xà lan, tổng trọng tải 9600 tấn Một cảng sông hiện đại + Xí nghiệp bảo dưỡng ( maintenance enterprise ) Xí nghiệp cơ khí bảo dưỡng có đủ phương tiện, máy móc và đội ngũ kĩ sư công nhân lành nghề, có khả năng bảo dưỡng, sửa chữa lớn trong các lĩnh vực cơ khí, điện, đo lường và điều khiển + Nhà máy hoá chất : Nhà máy có công suất là 7000 tấn clo hàng năm 24 thùng điện phân, điện cực ti tan Một hệ thống sản xuất clo lỏng, axit HCl, dịch tẩy Zaven và khí Axetylen đóng chai cung cấp đủ các loại chất chính cho nhu cầu sản xuất của công ty và bán ra thị trường. + Nhà máy sản xuất giấy : Nhà máy bao gồm 3 phân xưởng đảm nhiệm 3 công đoạn sản xuất giấy: Phân xưởng nguyên liệu: là nơi tập trung gỗ mỡ, gỗ bồ đề, gỗ bạch đàn, gỗ thông, keo tai tượng, tre nứa. Vùng nguyên liệu quy hoạch trải rộng trên các tỉnh: Phú thọ, Vĩnh Yên, Tuyên Quang, Hà Giang, Yên Bái, Lào Cai. Phân xưởng sản xuất bột: gồm 3 nồi nấu dung tích 140 tấn / nồi, hệ thống rửa, sàng chọn khép kín thu hồi 96 – 98% hoá chất. Hệ thống tẩy trắng 3 giai đoạn, có tiền xử lí bằng oxy. Phân xưởng sản xuất giấy: 02 máy xeo khổ rộng 3,8 m. Một phân xưởng hoàn thành gia công chế biến tới các loại sản phẩm cuối cùng. II. Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấy Khâu chuẩn bị nguyên liệu Khâu chuẩn bị bột Khâu Xeo Giấy Khâu hoàn thành Hình 75: Các khâu của công nghệ sản xuất giấy 1. Khâu xử lí nguyên liệu Nguyên liệu chủ yếu là tre nứa, được đưa từ bãi chứa vào băng truyền và được rửa sạch trước khi đưa vào máy chặt. Tại đây tre nứa được băm thành mảnh nhỏ có kích thước theo tiêu chuẩn là: dài 35mm rộng 10mm, dày 2,5 mm. Các loại máy này được đưa qua máy sàng chọn lau đó được đưa vào hệ thống rửa mảnh và qua băng tải tới sân chứa mảnh ,năng suất máy chặt tre nứa là 20 tấn /h . Gỗ được đưa đến bộ phận bóc vỏ bởi băng tải xích. Gỗ sau khi đã bóc vỏ rồi được rửa sạch rồi đi vào máy chặt mảnh. Mảnh gỗ sau khi được chặt mảnh có kích thước là: dài 25 – 35mm, rộng 10- 20mm, dày 3-4mm. Mảng gỗ được đưa qua sàng chọn và đưa ra sân chứa mảnh bằng băng tải, năng suất máy chặt gỗ là 40 tấn / h. Mảnh tre nứa, gỗ đưavào nồi nấu bởi hệ thống nầu bằng hơi nóng ở nhiệt độ rất cao thổi vào mảnh. 2. Khâu xử lí bột 2.1. Công đoạn nấu bột Bột giấy được sản xuất theo phương pháp sunfat có thu hồi hoá chất. Nguyên liệu được nấu trong 3 thùng, có cấu tạo hình trụ đứng với dung tích mỗi thùng V= 145 m3. Thời gian hoàn thành một chu kì nấu là 240 phút kể cả thời gian nạp mảnh. Bột sau khi được chuyển sang bể có dung tích 400m3, từ đây bột được chuyển qua máy đánh tơi và được đưa tới bộ phận rửa .Năng suất nấu bột là 150 tấn /ngày. 2.2. Công đoạn rửa sàng Tiếp theo là đến công đoạn sàng, bột sau khi được đánh tơi được đưatới 4 máy rửa lọc chân không. Tại đây bột được rửa sạch, dịch hoá chất thu hồi trong quá trình nấu bột ( dịch đen loãng ) có nồng độ 13%. Loại dịch này được đưa đến hệ thống chưng bốc. Bột đen đã được rửa sạch, đưa qua hệ thống sàng gồm 2 sàng áp lực 1 sàng thô và 3 giai đoạn lọc cát. Các mấu mắt tre nứa hoặc bột sống bị loại ra khỏi bột được đưa xuống sáng cô đặc và xuống vít tải thải ra ngoài. 2.3. Công đoạn tẩy trắng bột Công đoạn tẩy trắng bột: bột từ sàng được đưa vào bể chứa bột đen sau đó được đưa vào tẩy. Công đoạn tẩy bao gồm 4 giai đoạn: Bột được clo hoá bởi Clo, sau đó được kiềm hoá để loại bỏ hợp chất màu. Clora lignin ra khỏi bột. Sau khi kiềm hoá bột được tẩy tiếp bởi NaClO để đạt độ trắng khoảng74 – 78%. Để bột có độ trắng đồng đều theo yêu cầu phải thực hiện theo quy trình tẩy nghiêm túc duy trì thích hợp các yếu tố nồng độ bột, mức tỉ lệ hoá chất tẩy, nhiệt độ, thời gian và độ PH. Bột sau khi tẩy trắng được đưavào bể chứa để chuẩn bị quá trình sản xuất giấy. 3. Công đoạn Xeo Trước khi vào máy xeo giấy, bột được đưa qua hệ thống nghiền còn để làm tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả năng liên kết giữa các thớ sợi với nhau , tạo điều kiện cho khả năng hình thành tờ giấy tốt hơn. Sau khi nghiền bột được pha trộn với các phụ gia như: cao lanh, nhựa thông, phèn và một số chất khác tùy theo yêu cầu sản phẩm. Bột đã pha trộn phụ gia trong bể chứa được đưa qua hệ thống phụ trợ: sàng áp lực, lọc cát và các thành phần khác có ảnh hưởng đến tờ giấy rồi đưa đến hòm phun bột bắt đầu quá trình sản xuất giấy. 3.1. Hòm phun bột và sự hình thành tờ giấy + Hòm phun bột: Nhiệm vụ của hòm phun bột là phân phối một lượng bột đồng đều trên lưới và ổn định với một tốc độ không đổi trên toàn bộ bề ngang của lưới và giữ cho dòng bột xáo trộn để chống chảy xoáy và phá vỡ sự vón cục của dòng bột đã được hình thành.ở đây bột đã hình thành tờ giấy ướt có độ khô 18 á 20 %. +Bộ phận hình thành: Việc hình thành tờ giấy được thực hiện giữa 2 bề mặt của lưới đôi. Lưới trong rộng 4350 mm, dài 22.000 mm, lưới ngoài rộng 4350 mm, dài 18000 mm. Ưu thế của loại tạo hình như vậy hạn chế bề mặt tự do của dòng chảy trên lưới và cho ta khả năng điều khiển tốt hơn.Trên bộ phận hình thành, nước được thoát ra cả 2 phía chiều dài tạo hình và giấy sẽ có bề mặt đồng nhất. Sử dụng nguyên tắc tạo tờ giấy giữa một trục hút mở (gọi là trục tạo hình) một phần được lưới trong và lưới ngoài bao lại có độ căng nên thuận lợi về thời gian tách nước và độ thấm . 3.2. Bộ phận ép ép có nghĩa là tờ giấy được nén bằng cơ học để đạt trên bão hoà. ở phần này nước cũng tách được càng nhiều ra khỏi tờ giấy càng tốt. Sau công đoạn hình thành, tờ giấy còn khoảng 80% nước (độ khô = 20 %). ở công đoạn ép độ khô sẽ tăng lên từ 20 á 40 % . Nhiệm vụ chính của bộ phận ép là tách nước ra khỏi tờ giấy, tăng độ bền và độ nhẵn của tờ giấy đồng thời bộ phận ép còn có nhiệm vụ dẫn tờ giấy đến bộ phận sấy. Bộ phận ép có số lượng cặp ép và cấu trúc khác nhau. Một cặp ép bao gồm giá đỡ và 2 hoặc 3 lô. Lô dưới thường được lắp trên một ổ đỡ cố định và lô dẫn động. Sự ép xảy ra ở khoảng giữa lô trong khe ép và tờ giấy được chăn dẫn qua khe ép. Tờ giấy ướt được chuyển trực tiếp từ lưới tới trục ép chân không được lọc chặn của tổ ép 1. Chức năng quan trọng của lưới ép là chống tạo vết trên tờ giấy.Từ tổ ép 1 tờ giấy được chuyển tới bộ phận ép lưới ở tổ 2.Tổ 2 gồm một lưới nhựa giữa chăn ép và một trục ép phía dưới nhằm giảm áp suất thuỷ tĩnh trong tuyến ép.Từ chăn 2 tờ giấy được chuyển tới tổ ép nhẵn 3 qua một khoảng cách kéo hở. Tổ ép này không có chăn nên không có nhiệm vụ tách nước mà chỉ có làm cho tổ giấy nhẵn và phẳng hơn. 3.3. Bộ phận sấy Khi tờ giấy ra khỏi bộ phận ép, có độ khô khoảng 40 % và nhiệt độ từ 25á 30° C. Trong bộ phận sấy, lượng nước còn lại sẽ được tách ra bằng cách bốc hơi. Sấy là cách vận chuyển nhiệt và nước, trong đó nhiệt độ được chuyển qua vùng bay hơi và hơi nước bốc lên đi qua bề mặt của tờ giấy vào luồng khí thông gió. Các biện pháp sấy được sử dụng là : - Sấy trực tiếp: tờ giấy tiếp xúc với lô sấy máy. - Sâý đối lưu: nhiệt độ được cấp bởi không khí trong một chụp xung quanh lò sấy. - Sấy tự do: sấy trong khoảng không có sức căng hoặc giữa các lô sấy. ở giai đoạn này, tờ giấy được sấy khô tới 94%. Sau đó, tờ giấy đi qua bộ phận ép gia nhựa(ép keo). ở đây, nước cùng hoá chất được tờ giấy hấp thụ và lượng nước này được làm bay hơi ở bộ phận sấy thứ 2 (bộ phận sấy nhựa). Bộ phận sấy bao gồm 34 lô sấy (24 lô ở bộ phận sấy chính và 10 lô ở bộ phận sấy nhựa). Giấy đã sấy khô được làm nguội trên 2 lô làm lạnh.Tất cả các lô đều có đường kính là 1500 mm, chiều dài của giấy có thay đổi trong quá trình sấy. Sau các lô ép tờ giấy được căng ra. Trong suốt quá trình nó được gia nhiệt ở cả 2 quá trình sấy chính và sấy nhựa (ép keo). Điều đó thường gây ra sự cố của tờ giấy. Để khắc phục những sự cố và những biến đổi của tờ giấy, các lô được bố trí thành các nhóm dẫn động khác nhau. Trong đó, tất cả các lô trong một nhóm có cùng tốc độ. Sự chênh lệch tốc độ giữa các nhóm dẫn động sẽ được hiệu chỉnh theo độ kéo căng và sự cố cuả tờ giấy. Sấy chính Sấy nhựa Nhóm số 1 2 3 4 5 6 Số lô 8 8 8 2 8 2 Vị trí lô 1á8 9á 16 17á 24 25á 26 27á34 35á 36 Hình 76: Vị trí các lô và các nhóm trong bộ phận sấy. 3.4. Bộ phận ép quang Bộ phận này bao gồm một bộ hai hay nhiều lô quay tiếp cận với nhau (gọi là máy ép quang). Máy ép quang sẽ đảm bảo độ đồng đều, độ nhẵn bóng bề mặt, tăng độ bền keo, xé, độ chịu bục và thấm khí của tờ giấy. 3.5. Bộ phận cuộn Tờ giấy thành phẩm được cuộn lại thành những lô giấy nhờ hệ thống máy cuộn lại và tiếp tục được đưa ra sản xuất thành những sản phẩm phù hợp yêu cầu. Chương VI ứng dụng Hệ DCS CENTUM CS 3000 vào phân xưởng xeo I. Dây chuyền sản xuất trong phân xưởng xeo Hình 77: Sơ đồ tổng quan hệ thống xeo giấy Từ bản vẽ kĩ thuật ta thấy: Bột tre nứa được xử lí xong ở khâu bột được đưa đến bể Bamboo pulp chest 1, bể này có dung tích 70 m3, ta điều khiển việc pha trộn dung dịch bột này với dung dịch bột ngoại, nước trắng để đảm bảo nồng độ bột ở trong bể là 5%. Sau đó dung dịch bột trong bể sẽ được dẫn ra pha trộn với nước và đưa tới 6 máy nghiền thô để làm nhỏ kích thước của hạt bột. Tiếp theo chúng được dẫn tới bể Bampoo pulp chest 2, dung tích của bể là 50 m3, việc pha trộn trước đó phải đảm bảo nồng độ của dung dịch ở trong bể này là 4%. Tiếp đó dung dịch trong bể này được dẫn tới bể pha trộn hỗn hợp Blending chest, bể này có dung tích 50 m3 . Tương tự như thế, bột gỗ cứng sau khi đước xử lí ở khâu bột được đưa đến bể Harđwood pulp chest 1, bể này có dung tích 70 m3, ở đây ta phải đảm bảo việc pha trộn với dung dịch bột ngoại và nước trắng sao cho nồng độ bột trong bể là 5%. Sau đó dung dịch trong bể được dẫn ra và trộn với nước trắng ( white water ) và đưa vào sáu máy nghiền thô để làm giảm kích thước của hạt bột, sau đó dung dịch này được đưa vào bể Hardwood pulp chest 2, bể này có dung tích 50 m3, ở đây ta phải đảm bảo việc pha trộn để nồng độ bột trong bể là 4%. Tiếp đó dung dịch trong bể này được dẫn tới bể pha trộn Blending chest. Bể Blending chest là nơi pha trộn dung dịch bột giấy tre nứa, dung dịch bột gỗ cứng, dung dịch bột giấy đứt được đưa phản hồi về từ bể Broke chest 1, các phụ gia là clay, Alum ( nhôm ), nhựa thông ( Rosin ). Các dung dịch trên được trộn đều và đảm bảo sao cho nồng độ dung dịch là 3 %. Dung dịch trong bể này được dẫn ra và pha trộn với nước và dung dịch bột giấy đứt từ bể Couch pit pulper sao cho nồng độ giảm xuống còn 2% và đưa vào bể Machine chest, bể này có dung tích 20 m3. Dung dịch dẫn ra từ bể này được đưa qua 2 máy nghiền tinh và dẫn tới bể hố lưới ( wire pit ) . Tại bể wire pit dung dịch được trộn với nước sạch đã lọc cát và chất phụ gia AKD sao cho nồng độ dung dịch giảm xuống chỉ còn 0,8 – 1% và dẫn tới các máy làm sạch ( 3 máy làm sạch nối tiếp nhau ) theonguyên lí li tâm. Hạt cát, bụi bẩn có khối lượng lớn hơn hạt bột do đó chìm xuống dưới và quay trở lại và bị loại bỏ. Còn dung dịch bột được trộn tiếp với nước và hoá chất phụ gia là CaCO3 và chất tăng trăng và đưa tới các máy làm sạch ( hai máy ) theo nguyên lí sàng áp lực ( pressure screens ) các hạt bột đủ tiêu chuẩn sẽ lọt xuống đáy sàng các hạt sợi dài không đủ tiêu chuẩn sẽ chuyển động lên trên và được đưa trở lại bể hố lưới wire pit. Dung dich bột đủ tiêu chuẩn sẽ được pha trộn thêm phụ gia BENTONITE trước khi dẫn tới hòm phun bột tổng, ở đây bột sẽ được phun lên lưới đôi để định hình tờ giấy, sau lưới đôi giấy sẽ được ép sơ bộ trên lưới để làm giảm % độ ẩm của tờ giấy,tiếp tục tờ giấy sẽ được dẫn qua các lô sấy khô gồm có 6 lô, đây là các lô sấy khô bằng hơi nóng ở áp suất cao, khoảng 0.3 Mpa. Như vậy khi đi qua các lô sấy độ ẩm của tờ giấy sẽ giảm rất nhiều và làm tăng độ bền của tờ giấy. Tiếp theo để tăng độ bền kéo và độ bền xé của tờ giấy người ta sẽ cho tờ giấy đi qua hệ thống ép keo bằng hồ tinh bột lên bề mặt tờ giấy, sau đó tờ giấy được đưa đi qua hệ thống làm lạnh để làm giảm nhiệt độ của nó, và cho sang hệ thống ép quang để gia tăng độ bóng bề mặt, cuối cùng tờ giấy được đưa vào hệ thống cuộn và nâng suất để tạo thành sản phẩm chuyển sang phân xưởng hoàn thành. Để tận dụng dung dịch bột rơi vãi, giấy đứt tại các hệ thống lưới, cuộn , các lô sấy, ép keo và ép quang ta có hai bể thu hồi là bể Couch pit pulper và bể Dry end pulper chúng được gọi chung là các thùng đánh bột. Bể Couch pit pulper có dung tích 17 m3 nó dung để chứa dung dịch bột từ các đầu lưới và lô ép, lô cuộn rơi xuống và dung dich bột đưa tới từ bể Dry end pulper, bể này dung tích 30m3 và đặt ở khu vực các lô làm lạnh, ép quang, lô cuộn để chứa giấy bị đứt, rách, hỏng và đánh tơi nó ra trước khi đưa sang bể Couch pit Pulper. Dung dịch bột có nồng độ rất loãng từ bể Couch pit pulper được đưa tới bể Broke chest 2 ở đây nó được trộn với dung dịch bột hoàn thành, dung dịch bột từ bể Broke chest 2 của máy Xeo một và dung dịch phản hồi từ bể Broke chest 1. Ta trộn đều dung dịch trong bể Broke chest 2 trước khi đưa vào máy cô đặc dung dịch bột giấy đứt (Broke thickener ) dung dịch bột có nồng độ bột cao chảy sang bể Broke chest 1. Mục đích của việc phản hồi từ bể Broke chest 1 sang Broke chest 2 chính là để điều khiển mức trong bể Broke chest 1. Vì dung dich bột trong bể Broke chest 1 đã được trộn hoá chất lên ta đưa nó về bể Blending chest để xử lí từ đầu. Để có nước sạch cho việc pha trộn dung dịch, nước ấm để rửa các đầulưới ta còn có các bể white water storage, dung tích 200 m3, bể white water tank, dung tích 20 m3, bể wire shower water tank, dung tích 20 m3, bể chứa nước ấm warm water tank , dung tích 20m3 và bể Filtratetank có dung tích 20 m3 Để phục vụ cho việc ép gia keo cho bề mặt của tờ giấy, trong phân xưởng Xeo có một hệ thống tạo dung dịch keo từ hồ tinh bột. Dung dịch hồ tinh bột chuẩn bị được hoà trộn với dung dịch keo thu hồi từ máy ép gia keo và được đưa tới bể Ch 82, dung tích 1m 3. Trong bể Ch82 dung dich keo được nung nóng nhờ hơi nước nóng ở áp suất cao 0.35 Mpa, lưu lượng 0.04 Kg / s . Và dung dịch keo này được đưa tới hệ thống máy ép gia keo cho bể mặt tờ giấy. II. Hệ thống điều khiển DCS của phân xưởng xeo Do đặc thù của công nghệ, quá trình nâng cấp mà trong phân xưởng Xeo hiện nay đang tồn tại hỗn hợp 3 thành phần điều khiển. Đầu tiên là DCS CENTUM CS3000 của hãng YOKOGAWA có tác dụng điều khiển quá trình phối liệu bột trước khi đi vào hình thành tờ giấy. Thứ hai là hệ thống điều khiển chất lượng QCS (Quality control system) của hãng ABB hệ thống QCS này điều khiển 4 tính chất của tờ giấy: độ tro (Ash) là % CaCO3 trong tờ giấy, độ dày (caliper), định lượng g/ m2 (Basic weight) và độ ẩm (Moisture) là H2O trong tờ giấy. Bên cạnh đó mốt số tổ sấy trong phân xưởng cũng được điều khiển bởi hệ thống QCS, các tổ sấy còn lại điều khiển bởi các bộ điều khiển đơn lẻ PLC của các hãng SIEMENS và hãng MITSUBISHI.Trong phạm vi đồ án này chúng ta chỉ tập trung vào tìm hiểu hệ DCS CENTUM CS3000 trong phân xưởng. Phân xưởng xeo giấy của công ty giấy Bãi Bằng sử dụng hệ thống điều khiển phân tán CENTUM CS3000 của hãng YOKOGAWA. Đây là hệ thống điều khiển hết sức tiến tiến và có những ưu điểm nổi bật: Nó có khả năng kết nối với một mảng các thiết bị trường rộng, kết nối được với các sản phẩm của nhiều hãng khác nhau. Có khả năng kết nối và điều khiển hệ thống CENTUM có sẵn, kết nối và giám sát các hệ thống PLC. Được ứng dụng các giải pháp mới nhất về truyền thông, sử dụng mạng V Net và Ethernet đầy sức mạnh. Khả năng dự phòng tốt nhất cả về dự phòng nóng và lạnh. Giao diện vận hành điều khiển thân thiện và dễ sử dụng trên nền Windows Centum CS3000 là phần mềm tích hợp, lập trình điều khiển đơn giản và thân thiện. 1. Các thiết bị trường Để phục vụ cho việc điều khiển của mình hệ thống DCS có một hệ thống các điểm đo để thu thập số liệu cần thiết cho quá trình điều khiển và giám sát. Chúng được coi là các con mắt của hệ thống DCS. Vì các lí do về kinh tế, kỹ thuật, và do đặc thù của quá trình nâng cấp cải tạo …. Nên công ty giấy Bãi Bằng chưa đưa vào ứng dụng hệ thống Bus trường ( Field Bus ) cho hệ thống DCS của phân xưởng Xeo. Mà ở dưới cấp độ hiện trường hiện nay của hệ thống DCS trong phân xưởng Xeo đang sử dụng các dây dẫn truyền bằng dòng tương tự, được chuẩn hoá từ 4 – 20 mA. Tín hiệu đo được thu nhận từ các cảm biến (sensors) đo các đại lượng như: nồng độ, mức, lưu lượng, áp suất, độ nghiền, nhiệt độ .... sẽ được truyền đến các bộ Transmitters, tại đây chúng sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu dòng và chuẩn hoá giá trị từ 4 – 20 mA, và truyền tiếp về phòng điều khiển. Việc truyền tín hiệu dưới dạng tín hiệu dòng sẽ tránh được ảnh hưởng của điện trở dây dẫn lên tín hiệu cũng như làm giảm được khả năng gây nhiễu bởi môi trường xung quanh. Do đó khoảng cách truyền được xa hơn. Trên các bộ Transmitters cũng có màn hình hiện thị giá trị tại chỗ về giá trị đo, chế độ đo, dải đo, nhiệt độ … của các sensors tương ứng để người công nhân có thể giám sát và thay đổi các thông số đó. Nguyên tắc truyền tín hiệu dòng là luôn phải khép kín, nhưng trong công nghiệp ta không tận dụng đất làm dây dẫn thứ hai. Mà thực tế tín hiệu truyền từ Transmitters tới phòng điều khiển và ngược lại là sử dụng cáp truyền 2 dây. Điều này nhằm mục đích tránh sự khác nhau về thế điện áp của đất ở nơi phát và nơi thu. Với những cảm biến dùng đo lưu lượng, áp suất của các đường ống trên cao thì đường cáp truyền từ nó về các I/O sử dụng đến 3 dây trong đó một dây là để nối đất chung cho nơi phát và nơi thu. Nguồn cấp cho các sensors là nguồn điện áp 220V. Có 2 dạng sơ đồ cung cấp nguồn cho sensor : Trong đó: A - B : Sử dụng nguồn cấp 24V; A – C : Sensor được cấp nguồn riêng Hình 78: Sơ đồ cấp nguồn cho SENSOR Do không sử dụng hệ thống Bus trường cho hệ thống DCS, lên từ màn hình giao diện của các máy tính tại trạm vận hành HIS, ta không thể can thiệp quá sâu vào hệ thống tức là ta không thể thay đổi các thông số về chế độ đo, dải đo, nhiệt độ… của các sensors. Nếu như FCS là bộ não của hệ thống điều khiển DCS, các sensors là các con mắt thì các van, các bộ tác động, thyristors, động cơ... được coi là tay chân của hệ thống điều khiển. Thực tế tại nhà máy giấy Bãi Bằng cho ta thấy, để điều khiển các đối tượng như lưu lượng, nồng độ bột, áp suất, mức trong các bể ... ta thường tác động vào khối chấp hành của bộ điều chỉnh là các van phần trăm. Cấu tạo của các van này gồm 3 bộ phận đó là: cơ cấu cảm nhận vị trí, bộ tác động và bộ chấp hành. Các van có thể nhận tín hiệu điều khiển dưới dạng tín hiệu điện 4 – 20 mA hoặc dưới dạng khí 20 – 100 Kpa . Nguồn cấp cho các van điện là 220 V , còn nguồn cấp cho các van khí là 600 Kpa. Nếu như cần điều khiển van khí thì tín hiệu điều khiển từ FCS đưa xuống dưới dạng dòng 4 – 20 mA phải được cho vào bộ chuyển đổi I/P thành tín hiệu áp suất của khí 20 – 100 Kpa , trước khí đưa vào điều khiển van và ngược lại. Một số loại sensors đo tiêu biểu đang được sử dụng tại phân xưởng xeo giấy: Sensor đo nồng độ bột theo nguyên lí cánh khuấy, loại MEK 2000 được sản xuất bởi hãng BTG Sensor đo lưu lượng theo nguyên lí cảm ứng từ, loại IFC 080 của hãng KRONHE. Sensor đo độ nghiền dựa theo độ thoát nước, loại DRT 5090 của hãng BTG. Sensor đo áp suất hơi theo nguyên lí màng của các hãng SALT CONTROL loại ETB04, của hãng HONEYWELL, của hãng ABB loại 400T, 500 T. Sensor đo mức theo nguyên lí màng của hãng ABB loại 400T, 500 T. Hoặc Sensor đo mức theo kiểu chênh áp của hãng ABB loại 51ST. Sensor đo độ PH của dung dịch của hãng LEADNORTHURT ( LND). Sensor đo nhiệt độ Pt 100 của hãng NAF. Nguyên lí đo một số đại lượng cơ bản Đo nồng độ bằng nguyên lí cánh khuấy : Cánh khuấy gồm có 4 cánh. Trong đó 2 cánh gắn vào một động cơ nhỏ lắp đặt trong sensor đo, mục đích của 2 cánh này là quấy đều dung dịch bột trước khi đo để tăng độ chính xác. Còn 2 cánh kia quay khi dòng dung dịch chảy qua. Nồng độ bột càng loãng thì lực cản 2 cánh này càng nhỏ do đó nó quay càng nhanh và ngược lại, nồng độ bột càng cao thì lực cản càng lớn nó sẽ quay chậm hơn. Đo tốc độ quay của 2 cánh này ta có thể suy ra nồng độ bột trong dung dịch. Hình 79: Đo nồng độ bằng nguyên lý cánh khuấy. Đo áp suất hơi theo nguyên lí màng. Theo nguyên lí này áp suất cần đo tác động lên màng của sensor và được biến đổi thành di chuyển, đo di chuyển để suy ra áp suất. Tuy nhiên ở đây vì đại lượng cần đo là áp suất của hơi nóng nên ta không thể đặt sensor đo trực tiếp trong đường ống vì nhiệt độ cao của hơi nóng sẽ làm hỏng màng, do đó ta đo áp suất của hơi trong đường ống gián tiếp qua cột nước lạnh. Đường ống hơi Điểm 0 2 m Nước Màng cảm biến . 0 m Hình 80: Đo áp suất hơi theo nguyên lý màng Dùng cảm biến màng để đo mức trong các bể hở: Mức dung dịch trong bể tỷ lệ với áp suất do khối dung dịch đó gây ra.Ta dùng cảm biến màng đo áp suất của khối chất lỏng để từ đó suy ra mức của bể . Hình 81: Đo mức bằng cảm biến màng Lưu lượng kế từ điện Hình 82: Lưu lượng kế từ điện Nguyên lý hoạt động của lưu lượng kế từ điện dựa trên định luật cảm ứng điện từ của Faraday (nhà vật lý Anh 1791 - 1867) . Hình 83: Nghuyên lý đo Giữa hai cực N và S của một nam châm người ta đặt một đoạn ống kim loại không từ tính (3) vuông góc với đường sức của từ trường. Mặt trong của ống phủ một lớp vật liệu cách điện (sơn, thủy tinh hữu cơ). Trong mặt phẳng vuông góc với đường sức người ta đặt hai điện cực (1) và (2), các điện cực nối với đồng hồ Milivôn kế (4). Khi có dòng chảy với lưu lượng thể tích là Q thì theo định luật Faraday, suất điện động cảm ứng trong từ trường không đổi là: E = B.W.D = .Q B: cường độ từ cảm D: đường kính trong của ống dẫn W: tốc độ trung bình của dòng chảy Khi B = const thì suất điện động cảm ứng này phụ thuộc tuyến tính vào lưu lượng thể tích của chất lỏng. Lưu lượng kế từ điện dùng cho các chất lỏng có độ dẫn điện không nhỏ hơn 10-5 - 10-6 Simen/m. Nhược điểm chủ yếu của lưu lượng kế có từ trường không đổi là xuất hiện trên các điện cực suất điện động Galvanic và suất điện động phân cực làm yếu cảm ứng hữu ích, làm tăng sai số của phép đo. Suất điện động ký sinh phân cực thực tế có thể loại trừ khi dùng nam châm điện xoay chiều. Trong trường hợp này suất điện động cảm ứng là: E = 4QBmaxsin[2pft/(pD)] 2. Cấp điều khiển Cấp điều khiển tự động điều khiển các thiết bị theo chương trình đã nạp sẵn và các thông số đặt từ cấp trên. Trong phòng điều khiển tại phân xưởng xeo giấy có đặt các tủ FCS, và các tủ vào số ( DI ) 192 tủ ra số ( DO ) 193, tủ vào/ra tương tự ( AI/AO) 191. Như vậy tín hiệu truyền từ các Transmitters sẽ được đưa tới tủ 191 để nó chuyển đổi thành tín hiệu số dưới dạng áp, trước khi đưa tới các Card mạng truyền thông của tủ FCS. Trạm FCS gồm có 4 CPU và các mạch điều khiển, Card truyền thông, các I/O ... Các CPUs ( gồm 4 CPU, trong đó có 2 CPU là để dự phòng ) trong tủ FCS sẽ dựa vào các tín hiệu đo nhận được từ các sensors để từ đó xử lí tính toán và đưa ra các tín hiệu điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, cũng như truyền dữ liệu về các máy tính của trạm HIS. 3. Cấp vận hành giám sát Chức năng của cấp này là giám sát, vận hành các thiết bị công nghệ sản xuất Cấp vận hành giám sát tại phân xưởng xeo bao gồm 2 HIS (Human Interface Station), các HIS đều được cài đặt phần mềm CENTUM CS3000, hai máy HIS này cung cấp giao diện đồ hoạ vận hành, phục vụ cho việc giám sát hoạt động của hệ thống máy móc. Tại đây ta có thể thay đổi các thông số điều khiển, điểm đặt. Hai máy tính tại trạm HIS thì chỉ có một máy giữ vai trò chức năng chính, nó có thể điều khiển các thống số quá trình sản xuất. Còn máy kia không có vai trò điều khiển, chỉ là tạo thêm một giao diện cho người vận hành theo dõi quá trình sản xuất. Sự truyền thông giữa trạm FCS với các máy tính vận hành tại OS thông qua mạng V- Net, đường cáp truyền là 10BASE5. Hai máy của HIS cũng được nối mạng với nhau bởi một cổng Hub, đường truyền là cáp 10BASE2, các máy này cũng được nối mạng với các máy in màu và máy in phun. Tuy nhiên do không sử dụng hệ thống Bus trường cho hệ thống DCS, nên từ màn hình giao diện của các máy tính tại trạm vận hành HIS, ta không thể can thiệp quá sâu vào hệ thống tức là ta không thể thay đổi các thông số về chế độ đo, dải đo, nhiệt độ… của các sensors. 4. Một số mạch điều khiển của DCS tại phân xưởng xeo Trong mục này ta nêu ra một số mạch điều khiển tiêu biểu đặc trưng trong hệ thống DCS của phân xưởng xeo. 4.1. Các mạch điều khiển mức dung dịch trong các bể Mạch điều khiển mức L01 (LRCA), mạch này có nhiệm vụ điều khiển mức của bể 64 – Ch 63 (BamBoo pulp chest1). Để đo mức, trong bể có đặt một sensor đo mức theo nguyên lí cảm biến màng vì đây là bể hở. Mạch điều khiển mức L05 (LRCA), mạch này có nhiệm vụ điều khiển mức của bể 64 – Ch 67 (Blending chest). Để đo mức, trong bể có đặt một sensor đo mức theo nguyên lí cảm biến màng vì đây là bể hở. Đây là mạch điều khiển có ý nghĩa hết sức quan trọng trong hệ thống. Mạch điều khiển mức L06 (LRCA), mạch này có nhiệm vụ điều khiển mức của bể 64 – Ch 68 (Machine chest). Để đo mức, trong bể có đặt một sensor đo mức theo nguyên lí cảm biến màng vì đây là bể hở. 4.2. Các mạch điều khiển nồng độ bột trong dung dịch các bể Mạch điều khiển Q04 (QRC), mạch này có nhiệm vụ điều khiển nồng độ bột của dung dịch trong đường ống dẫn bột từ bể 64 – Ch 66 tới bể 64 – Ch 67, ổn định ở giá trị 3 %. Dung dịch bột trong bể 64 – Ch 66 được dẫn ra và pha trộn với nước để nồng độ bột giảm từ 4% xuống còn 3 %. Ta bố trí một sensor đo nồng độ bột theo nguyên lí cánh khuấy trên đường ống để kiểm tra nồng độ bột sau khi pha trộn. Mạch Q04 thu nhận tín hiệu đo từ sensor để từ đó tính toán đưa ra tín hiệu điều khiển van phần trăm ở đường ống dẫn nước, sao cho lượng nước pha trộn là thích hợp. Trước khi tín hiệu điều khiển từ Q04 đến van phần trăm , nó được đưa qua một Switch van ( sv). Switch van này có liên thông với động cơ 64 – pu 506, nó chỉ mở để cho tín hiệu điều khiển từ mạch Q04 tới van phần trăm khi động cơ 64 – pu 506 hoạt động nhằm tránh để cho nước tràn vào bể 64 – Ch 66 Mạch điều khiển Q22 (QRC), mạch này có nhiệm vụ điều khiển nồng độ bột của dung dịch trong bể Ch 76 là bể chứa bột giấy đứt. Nước trắng được dẫn từ bể Ch 71 được đưa vào bể Ch 76 để pha trộn. Một sensor đo nồng độ bột theo nguyên lí cánh khuấy được lắp đặt trên đường ống dẫn dung dịch bột từ bể Ch76 tới bể 64 – Ch 67. Mạch điều khiển Q22 thu nhận tín hiệu đo từ sensor để từ đó tính toán tín hiệu điều khiển mở van phân trăm trên đường ống dẫn nước trắng. 4.3. Các mạch điều khiển lưu lượng dung dịch bột trong các đường ống Mạch điều khiển F01 (FFRC), mạch này có nhiệm vụ điều khiển lưu lượng dung dịch trong đường ống dẫn dung dịch bột từ bể 64 – Ch 65 đưa vào bể 64 – Ch 67. Đây là một mạch điều khiển lưu lượng phân cấp theo kiểu tỉ lệ. Nó nhận tín hiệu đặt từ mạch điều khiển mức L05 , sau đó điều khiển độ mở van phần trăm theo tín hiệu đặt này. Để triệt tiêu sai lệch giữa giá trị đặt của mạch L05 và độ mở thực của van, ta bố trí một sensor đo lưu lượng theo nguyên lí cảm ứng từ trên đường ống. Mạch F01 sẽ thu nhận tín hiệu đo từ sensor và so sánh giá trị mở thực của van và giá trị đặt để từ đó tính toán tín hiệu điều khiển van sao cho sai lệch này là bằng không. Mạch điều khiển F21 (FRC), mạch này có nhiệm vụ điều khiển lưu lượng dung dịch trong đường ống dẫn từ bể 64 – Ch 68 tới bể Ch 70 . Mạch này thu nhận tín hiệu từ sensor đo lưu lượng theo nguyên lí từ tính được lắp trên đường ống để từ đó điều khiển lưu lượng trong đường ống phục vụ cho việc pha trộn dung dịch bột với nước tại bể Ch 70, sao cho nồng độ bột giảm từ 2% xuống chỉ còn 0,8 – 1 %. Mạch điều khiển F (FCRI), mạch này có nhiệm vụ điều khiển lưu lượng trong đường ống dẫn dung dịch chất phụ gia BENTONITE vào pha trộn với dung dịch bột trước khi đi vào hòm phun bột tổng, phun lên đầu lưới định hình tờ giấy. 4.4. Các mạch điều khiển áp suất trong các đường ống Mạch điều khiển P52 (PICA), mạch này có nhiệm vụ điều khiển áp suất trong đường ống dẫn nước trắng ra từ bể Ch 71, phục vụ cho việc pha trộn bột trong các bể, các công đoạn sàng làm sạch. Mạch P52 sẽ thu nhận tín hiệu đo từ sensor đo áp suất theo nguyên lí màng được gắn trên đường ống sau đó tính toán điều khiển độ mở van phần trăm. Mạch điều khiển P49 (PICA), mạch này có nhiệm vụ điều khiển áp suất trong đường ống thải nước bởi các bơm chân không. Một sensor đo áp suất trong đường ống theo nguyên lí cảm biến màng, mạch P49 nhận tín hiệu đo từ sensor và đưa ra tín hiệu điều khiển van phần trăm. Mạch điêu khiển P72 (PIC), mạch này điều khiển áp suất hơi lạnh để vào làm mát trong các lô sấy . 4.5. Các mạch điều khiển độ nghiền Phân xưởng Xeo của công ty giấy Bãi Bằng mới được trang bị 2 mạch điều khiển độ nghiền, để tăng chất lượng của sản phẩm. Nhiệm vụ của 2 mạch điều khiển này là thu nhận tín hiệu đo từ 2 đầu đo độ nghiền của 2 máy nghiền để từ đó điều khiển trục nghiền của máy nghiền quay và ở vị trí thích hợp. 4.6.. Nhận xét Trong tất cả các mạch điều khiển trong phân xưởng Xeo, thì 2 mạch điều khiển L05 của hệ thống DCS CENTUM CS3000 và mạch F21 của hệ thống điều khiển QCS của hãng ABB giữ vai trò đặc biệt quan trọng. Nó liên quan chặt chẽ tới chất lượng đầu ra của sản phẩm. Do đó ta phải luôn giữ nó làm việc ở độ chính xác cao. Mạch điều khiển L05 là một mạch điếu khiển mức của bể 64 – Ch 67 ( bể Blending chest ). Bể này là nơi pha trộn 3 loại bột là: bột gỗ cứng, bột tre nứa, bột giấy đứt với 3 loại phụ gia là Clay, Alum, và nhựa thông. Mạch L05 sẽ thu nhận tín hiệu đo mức từ sensor đặt tại bể, từ đó xử lí tính toán và đưa ra tín hiệu làm điểm đặt cho 6 mạch điều khiển F01, F02, F03 và 3 bộ điều khiển ở các đường ống dẫn phụ gia. Sáu tín hiệu phần trăm làm điểm đặt từ mạch L05 cho các mạch điều khiển phải có tổng bằng 1. Mạch điều khiển F21 có nhiệm vụ điều khiển áp suất trong hòm phun bột tổng, phun bột lên lưới định hình tờ giấy. Chất lượng điều khiển của nó liên quan chặt chẽ đến định lượng của tờ giấy. Chương VII Thiết kế hệ thống điều khiển cho bể Blending Chest. Hình 84: Tổng quan sơ đồ dây chuyền kĩ thuật phân xưởng Xeo. Toàn bộ dây chuyền sản xuất phân xưởng Xeo, gồm 11 trang giao diện đồ hoạ. Bắt đầu từ khâu nhận bột và nghiền thô cho đến khâu kết thúc là công đoạn xử lí nước. Vì những hạn chế trong khuân khổ của một đồ án, chúng em không thể thiết kế toàn bộ dây chuyền trong phân xưởng, ở đây chúng em chọn việc thiết kế toàn bộ cho mạch vòng điều khiển ở bể Blending chest và 4 trang giao diện đồ hoạ. Sở dĩ như vậy vì điểm điều khiển tại bể Blending chest rất quan trọng và cũng phức tạp nhất trong toàn bộ phân xưởng, nó liên quan trực tiếp đến chất lượng của tờ giấy. Bể Blending chest có dung lượng là 50 m3, nó là nơi pha trộn các dung dịch bột dẫn đến từ các bể Bamboo Pulp chest 2, Hardwood pulp chest 2, Broke chest 1 và các dung dịch hoá chất Alum, Clay, Rosin. Dung dịch bột trong bể được giữ ở nồng độ 3%. Dung dịch từ bể này sau đó được đưa đến ổ Machine Chest. Để điều khiển mức trong bể và nồng độ bột của nó, ta bố trí các mạch điều khiển Q02 và L05. Mạch điểu khiển Q02 có nhiệm vụ giữ nồng độ trong bể luôn ổn định ở giá trị 3%. Còn mạch L05 là mạch điều khiển mức trong bể, nó nhận tín hiệu của sensor đo mức đặt tại bể để từ đó tính toán các điểm đặt cho các bộ điều khiển F01, F02, F03 là các bộ điều khiển lưu lượng trong các đường ống dẫn từ các bể Broke chest 1, Hardwood pulp chest 2 và Bamboo pulp chest 2. Các bộ điều khiển F01, F02 và F03 sẽ dựa vào giá trị đặt từ bộ điều khiển L05 và giá trị lưu lượng đo được từ các đầu đo để tính toán tín hiệu điều khiển Valve sao cho giá trị lưu lượng thực tế trong các đường ống đúng bằng giá trị đặt từ bộ điều khiển L05. I. Các bước tiến hành thiết kế Hình 85: Cửa sổ khai báo các module Đầu tiên ta phải khai báo các module vào ra phục vụ việc truyền thông của FCS, để thực hiện nhiệm vụ này ta sử dụng IOM trong FCS. Hình 86: Cửa sổ Control Drawing Builder Để thiết kế mạch vào điều khiển ta dùng công cụ Control Drawing Builder. Hình 87: Cửa sổ Graphic Builder Để thiết kế các giao diện đồ hoạ ta dùng công cụ Graphic Builder. II. Kết quả thiết kế Hình 88: Sơ đồ mạch điều khiển mức của bể Blending Chest. Trong đó: Khối %%LT6405 là khối module vào/ra nhận tín hiệu từ đầu đo mức đặt tại bể Blending Chest sau đó đưa về khối điều khiển PID 64L05, khối này sẽ dựa vào điểm đặt và tín hiệu đo để tính giá trị đặt cho khôi phân phối tín hiệu 64L05FO. Tín hiệu ra từ khối này se được đưa tới các khối tỉ lệ để thực hiện việc điều khiển thành phần của mỗi loại bột trong bể, đó là các khối 64F01RA, 64F02RA, 64F03RA. Khối 64L05CAL có nhiệm vụ tính toán các giá trị tỉ lệ, còn khối DSW-16 để nhập số liệu từ màn hình vận hành hoặc từ cac khối khác. Các khối %%FT6401, %%FT6402, %%FT6403 cúng là các khối modulve vào/ra có nhiệm vụ nhận tín hiệu đo lưu lượng từ các đầu đo ở hiện trường ở dạng 4-20mA. Các tín hiêu này sau đó tiếp tục được truyền về các khối 64F01A, 64F02A, 64F03A, 64F01, 64F02, 64F03. Trong đó các khối 64F01A, 64F02A, 64F03A chỉ có nhiệm vụ hiển thị cho ta biết giá trị lưu lượng chảy trong đường ống còn các khối kia là các bộ điều khiển PID sẽ dựa vào giá trị đặt và giá trị lưu lượng này để tính toán tín hiệu điều khiển đưa xuống các Valve thông qua các module vào/ra %%FV6401, %%FV6402, %%FV6403. Hình 89: Giao diện mô phỏng các máy nghiền bột trước khi bột được đưa vào bể Blending Chest. Hình 90: Giao diện đồ hoạ của máy nghiền và bể Blending Chest Hình 91: Giao diện đồ hoạ của khối: máy nghiền; bể Machine Chest.; bể Blending chest. III. Kết quả chạy mô phỏng. Để mô phỏng quá trình chạy của hệ thống điều khiển đã được thiết kế như trên, chúng em đã giả định một số giả thiết như sau: Mạch vòng điều khiển hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ tầng. Trong đó mức của bể Blending chest cần giữ ổn định ở 40% bể, tỉ lệ của dung dịch bột chảy từ các bể tre BP Chest II là 65 % , từ bể PP Chest II là 35% và của bể Broke Chest I là 0%. Đồ thị mô phỏng quá trình chạy như sau: Hình 92: Đồ thị quá trình các dòng lưu lượng vào bể Blending Chest Hình 93: Đồ thị lưu lưọng đường ống dung dịch bột tre nứa Hình 94 Đồ thị lưu lượng dung dịch bột gỗ cứng Hình 95: Đồ thị lưu lượng dung dịch bột giấy đứt. Hình 96: Đồ thị minh hoạ mức trong bể Blending chest. Kết luận: Như vậy từ đồ thị quá trình mô phỏng thu được ở trên ta thấy mạch điều khiển đã đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu điều khiển đặt ra. Kết luận và phương hướng phát triển Qua một thời gian nghiên cứu về hệ thống điều khiển phân tán. Em đã có được sự hiểu biết sâu sắc hơn về các hệ thống điều khiển trong công nghiệp nói chung và các hệ thống điều khiển phân tán nói riêng. Đó là nghiên cứu về các cảm biến, cơ cấu chấp hành ở cấp trường. Các bộ điều khiển cục bộ như các bộ điều khiển quá trình, khả trình. Nắm bắt được kiến thức về mạng truyền thông công nghiệp, các hệ thống Bus trường tiêu biểu trong công nghiệp, các phương thức truyền tin, các giao thức công nghiệp… Bằng việc đi vào nghiên cứu một số hệ thống điều khiển phân tán tiên tiến hiện nay như hệ PlantScape của HONEYWELL; hệ DCS của ABB và đặc biệt là CENTUM CS3000 của YOKOGAWA, em đã nắm bắt được kiến trúc của các hệ thống cũng như phần mềm của chúng. Bên cạnh đó thời gian thực tập tại phân xưởng xeo giấy thuộc công ty giấy Bãi Bằng đã tạo điều kiện cho em thấy được trước hết là công nghệ sản xuất giấy,cách bố trí các điểm đo và điều khiển, sau đó là sự hiểu biết thực tế về hệ thống điều khiển CENTUM CS3000 ứng dụng trong một dây chuyền sản xuất công nghiệp, cách thiết kế và xây dựng hệ thống, cũng như cách vận hành…Tuy nhiên do yếu tố thời gian cũng như sự hạn chế về mặt kiến thức cũng như thực tiễn, trong khuôn khổ đồ án này em mới chỉ xây dựng được một khâu cơ bản của hệ thống là khâu điều khiển mức trong bể Blending Chest. Mặt khác, như đã biết do vấn đề công nghệ cũng như do yếu tố kinh tế và đặc thù của quá trình nâng cấp, nên một số tổ sấy của phân xưởng xeo giấy vẫn do các bộ PLC đơn lẻ trực tiếp điều khiển. Trong thời điều kiện cho phép, em có mong muốn cải tiến thiết kế đưa các khối điều khiển này vào hệ thống DCS, điều này sẽ đem lại một khả năng vận hành và giám sát hệ thống an toàn và hiệu quả hơn. Việc thực hiện nghiên cứu về lĩnh vực hệ thống điều khiển phân tán, một lĩnh vực hết sức tiên tiến, còn rất mới và có tiềm năng phát triển rất lớn ở Việt Nam sẽ tạo điều kiện cho em nói riêng và các bạn sinh viên, các kỹ sư nói chung có thể nắm bắt tiếp cận được với khoa học kỹ thuật tiến bộ, có khả năng tiến hành áp dụng các hệ thống điều khiển tiến bộ này vào các nhà máy ở nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp . Phần I 1 Nghiên cứu hệ thống điều khiển phân tán DCS 1 Chương I 1 Tổng quan về điều khiển 1 I. Điều khiển là gì? 1 II. Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển 2 III. Lịch sử phát triển của các giải pháp điều khiển tự động hoá 2 1. Đặc trưng các lĩnh vực ứng dụng điều khiển 2 2. Quá trình phát triển của các hệ thống điều khiển 4 2.1. PID và RƠ-LE 4 2.2. DDC và PLC 5 2.3. SCADA 5 2.4. DCS 7 Chương II 9 Cơ sở của hệ thống điều khiển phân tán DCS 9 I Mạng truyền thông công nghiệp. 9 1. Mạng truyền thông công nghiệp là gì? 9 2. Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp 9 3. Đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp 11 3.1. Bus trường (fieldbus) 12 3.2. Bus hệ thống(system bus) 12 3.3. Mạng xí nghiệp 12 3.4. Mạng công ty 13 4. Cơ sở kỹ thuật mạng truyền thông công nghiệp 13 4.1. Các khái niệm cơ bản 13 4.1.1. Thông tin, dữ liệu và tín hiệu 13 4.1.2. Giao tiếp và truyền thông 14 4.1.3. Tốc độ truyền, tốc độ bit 14 4.1.4. Thời gian bit,chu kỳ bit 14 4.1.5. Tính năng thời gian thực 15 4.2. Chế độ truyền tải 15 4.2.1. Truyền bit song song và truyền bit nối tiếp 15 4.2.2. Truyền một chiều, hai chiều toàn phần và gián đoạn 16 4.2.3. Truyền đồng bộ và không đồng bộ 17 4.2.4. Truyền tải dải cơ sở, truyền tải dải mang và truyền tải dải rộng. 17 4.3. Cấu trúc mạng-Topology 17 4.3.1. Cấu trúc Bus 17 4.3.2. Cấu trúc mạch vòng (tích cực) 18 4.3.3. Cấu trúc hình sao 19 4.3.4. Cấu trúc cây 20 4.4 . Kiến trúc giao thức 21 4.5. Truy nhập bus 23 4.5.1. Master/Slave. 24 4.5.2. TDMA 25 4.5.3. Token Passing 25 4.5.4. CSMA/CD (Carrier sense Multiple Access with Collision Detection) 26 4.5.5. CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 27 4.6. Bảo toàn dữ liệu 27 4.7. Mã hoá bit. 28 4.7.1. Mã NRZ 28 4.7.2. Mã Manchester 29 4.8. Kỹ thuật truyền dẫn 29 5. Các thành phần hệ thống mạng 30 5.1. Phương tiện truyền dẫn 30 5.2. Giao diện mạng 30 5.3. Thiết bị liên kết mạng 32 II. Các hệ thống bus tiêu biểu 33 1. Foundation Fieldbus 33 1.1. Kiến trúc giao thức 33 1.2. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn 34 1.3. Cơ chế giao tiếp 35 1.4. Cấu trúc bức điện 35 1.5. Dịch vụ giao tiếp 35 1.6. Khối chức năng ứng dụng 36 2. Profibus 36 2.1. Kiến trúc giao thức: 37 2.2. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn: 37 2.3. Profibus FMS. 37 2.4. Profibus DP 38 2.5. Profibus PA 38 3. EtherNet 38 3.1. Kiến trúc giao thức 38 3.2. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn 39 3.3. Cơ chế giao tiếp 39 3.4. Cấu trúc bức điện 40 Chương 3 41 Hệ điều khiển phân tán DCS 41 I. Khái niệm chung về hệ điều khiển phân tán: 41 II. Cấu trúc chung của một hệ điều khiển phân tán: 41 1. Lớp I/O. 43 1.1. I/O bằng mạch điện tử: 43 1.2. I/O Fieldbus: 43 1.3. Giao tiếp với PLC: 43 2. Lớp điều khiển. 43 3. Lớp điều hành. 44 4. Lớp thông tin quản lý. 44 4.1. Gateway: 44 4.2. Lớp cơ sở dữ liệu: 44 4.3. Lớp quản lý. 45 III. Hệ thống mạng trong hệ thống điều khiển phân tán. 45 1. Các mạng I/O 45 2. Mạng điều khiển. 46 3. Mạng diện rộng của nhà máy. 46 IV. Các giải pháp cho hệ thống điều khiển phân tán. 47 1. DCS truyền thống. 47 2. DCS trên nền PLC 48 3. Các hệ DCS trên nền PC. . 49 Chương IV 51 Một số hệ DCS tiêu biểu 51 I. Hệ DCS của hãng ABB 51 1. Hệ thống điều khiển phân tán AC800 51 1.1. Hệ thống điều khiển phân tán vừa và nhỏ 51 1.2. Hệ thống điều khiển phân tán lớn 51 2. Kiến trúc mạng tổng thể 51 2.1. Cấp chấp hành. 53 2.2. Cấp điều khiển. 53 2.3. Cấp điều hành quan sát. 53 2.3.1. Trạm vận hành. 53 2.3.2. Trạm thiết kế kĩ thuật. 54 2.4 Cấp quản lý. 54 3. Bộ điều khiển AC800M 54 3.1. Đặc điểm 55 3.2. Cấu trúc phần cứng 55 4. Phần mềm 56 4.1 Phần mềm điều khiển 56 4.2 Phần mềm vận hành, giám sát (Process Portal) 56 II. DCS PlantScape của HONEYWELL. 57 1. Giới thiệu 57 2. Tổng quan về cấu trúc hệ thống PlantScape: 57 2.1. Các hệ thống vào/ra 57 2.2. Bộ điều khiển lai cho việc điều khiển liên tục và rời rạc: 58 2.3. Các trạm giao diện Server 58 2.4. Các trạm giao diện người máy 58 2.5. Mạng điều khiển quá trình 58 3. Phần mềm 59 III. DCS CEN TUM CS3000 của hãng Yokogawa 61 1. Giới thiệu hệ thống điều khiển phân tán centum CS 3000 61 2. Các đặc trưng của hệ thống CENTUM CS 3000 62 3. Cấu hình hệ thống Centum CS3000 64 3.1 Trạm vận hành - Operator Stations. 64 3.1.1. Console Type HIS. 65 3.1.2.Desktop Type HIS. 66 3.1.3. Bàn phím vận hành ( Operation Keyboard ). 66 3.1.4. Các đặc điểm kỹ thuật, chức năng của HIS 66 3.2. Trạm điều khiển hiện trường- Field Control Station: 68 3.2.1. Trạm điều khiển LFCS - Standard FCS for Remote I/O. 69 3.2.1.1. Bảng mạch chủ phân phối nguồn (Main Power Distribution Broad ) 69 3.2.1.2. FCU (Field Control Unit) của LFCS. 70 3.2.1.3. Lắp đặt các FCS và các I/O Node: 76 3.2.1.4. Chế độ dự phòng kép - Dual Redundant. 76 3.2.2. Trạm điều khiển KFCS - Standard FCS for Fast IO. 77 3.2.3. Trạm điều khiển SFCS - Compact Field Control Station. 78 3.3. Engineering PC - ENG: Các máy tính kỹ thuật 79 3.4. Bus điều khiển - Control Bus. 80 3.4.1. Vnet. 80 3.4.2. Các thiết bị truyền thông trên bus điều khiển. 80 3.5. Mạng thông tin - Information Network. 81 3.6. Mạng Fieldbus: 81 3.7. Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống: 82 4. Công nghệ phần mềm trong CENTUM CS 3000 83 4.1. Giao diện OPC. 83 4.2. Các điều khiển ACTIVEX. 84 4.3. Hiển thị các cửa sổ đồ hoạ trong một trình duyệt WEB. 85 5. CENTUM CS 3000 Software 86 5.1. System View 86 5.2. Chức năng kiểm tra ảo (Virtual Test) 87 6. Các khối thực hiện chức năng điều khiển cơ bản. 89 6.1. Khối chỉ thị tín hiệu vào - Input Indicator Block: PVI 89 6.2. Khối điều khiển - Controler Block: PID 89 6.3. Khối đặt bằng tay - Manual Loader Block: MLD 90 6.4. Manual Loader Block with Input Indicator: MLD – PVI 90 6.5. Dual - Redundant Signal Selector Block: SS – Dual 91 6.6. Khối tính toán chung(CALCU) 91 6.7. Khối phân phối tín hiệu điều khiển nối tầng(FOUT) 92 6.8 Khối đặt tỉ lệ 93 Phần II 94 ứng dụng Dcs centum cs3000 trong công ty giấy bãi bằng 94 Chương V 95 Công nghệ săn xuất giấy 95 I. Công ty giấy Bãi Bằng 95 1. Giới thiệu chung về công ty Bãi Bằng 95 2. Tổng quan về hệ thống sản xuất của công ty giấy Bãi Bằng 95 II. Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấy 97 1. Khâu xử lí nguyên liệu 97 2. Khâu xử lí bột 97 2.1. Công đoạn nấu bột 97 2.2. Công đoạn rửa sàng 97 2.3. Công đoạn tẩy trắng bột 98 3. Công đoạn Xeo 98 3.1. Hòm phun bột và sự hình thành tờ giấy 98 3.2. Bộ phận ép 98 3.3. Bộ phận sấy 99 3.4. Bộ phận ép quang 100 3.5. Bộ phận cuộn 100 Chương VI 101 ứng dụng Hệ DCS CENTUM CS 3000 vào phân xưởng xeo 101 I. Dây chuyền sản xuất trong phân xưởng xeo 101 II. Hệ thống điều khiển DCS của phân xưởng xeo 103 1. Các thiết bị trường 103 2. Cấp điều khiển 108 3. Cấp vận hành giám sát 108 4. Một số mạch điều khiển của DCS tại phân xưởng xeo 109 4.1. Các mạch điều khiển mức dung dịch trong các bể 109 4.2. Các mạch điều khiển nồng độ bột trong dung dịch các bể 109 4.3. Các mạch điều khiển lưu lượng dung dịch bột trong các đường ống 109 4.4. Các mạch điều khiển áp suất trong các đường ống 110 4.6.. Nhận xét 111 Chương VII 112 Thiết kế hệ thống điều khiển cho bể Blending Chest. 112 I. Các bước tiến hành thiết kế 113 II. Kết quả thiết kế 115 III. Kết quả chạy mô phỏng. 120 Kết luận và phương hướng phát triển 125