Đồ án Nghiên cứu hệ điều khiển CENTUM CS3000 và ứng dụng trong công đoạn trộn bột nhà máy xeo Công ty giấy Bãi Bằng

view, sau đó : + Chọn Menu [File]đNew/Project Hoặc : Bấm chuột phải lên thư mục System view sau đó chọn Creat new/ project. Hộp thoại [Outline] hiện lên ( hình dưới) Điền các thông tin vào trong các mục: User, Organization và Project information. Sau đó bấm OK. (Phần thông tin trong mục Project information bắt buộc phải có, nếu không nút OK sẽ không có hiệu lực). Hình 4.12. Hộp thoại Outline - Hộp thoại [Creat new project] hiện lên: điền vào thông tin sau trong Tab [Name and position] + Project name ( đặt tên cho dự án), + Position ( chỉ ra đường dẫn thư mục dự án), + Project conment (lời ghi chú). Hình 4.13. Hộp thoại Create New Project Chọn tab : [Constant] đưa vào số Domain ( vùng) và cấu hình bus điều khiển (dùng để tạo bus điều khiển dự phòng kép). Bấm OK. Một Project được tạo ra, và 1 hộp thoại xuất hiện để tạo FCS. 2. Tạo FCS - Sau khi vừa tạo xong Project hộp thoại [Creat new FCS] hiện lên - Hoặc chọn File/CreateNew/FCS và đặt như sau: + Station type: Chọn kiểu FCS + Database type: General purpose + Station number: Đặt số trạm + Domain number: Đặt số vùng (Các mục khác có thể bỏ trống hoặc mặc định) + Nhấn OK để kết thúc, khi đó một FCS mới đã được tạo ra. ` Hình 4.14. Hộp thoại tạo FCS 3. Tạo HIS Sau khi tạo xong FCS, hộp thoại tạo HIS hiện lên. Hoặc chọn Project sau đó chọn File/CreateNew/HIS. Trong tab [Type] đặt các thông số: + Station Type: Chọn kiểu HIS + Station Address: Đặt số vùng và số trạm Chọn tab : Network để đặt địa chỉ mạng của HIS. Các phần khác để trống. Hình 4.15. Hộp thoại tạo HIS 4. Định nghĩa vào/ra quá trình 1. Định nghĩa chung: Tạo Node trong FCS: Chọn thư mục FCS/IOM, sau đó ấn chuột phải để chọn Creat new/Node (Chỉ thực hiện đối với LFCS). Chọn tab [Type] đưa vào số Node và đánh dấu vào các hộp : Dual-Redundant Power supply Installation pattern/Rack Hình 4.16. Tạo Node b) Định nghĩa I/O Nest: - Chọn FCS/IOM/Node. - Bấm chuột phải lên Node vừa chọn sau đó chọn Creat new/IOM cửa sổ [Creat new IOM] hiện lên với các thông số như sau: Category : Kiểu Nest vào/ra Type : Kiểu Mô đun vào/ra Unit position : Vị trí của Nest( từ 1-5) Slot position : Vị trí của Slot ( 1- 4) Hình 4.17. Tạo mô đun vào/ra 2. Định nghĩa Môđun vào/ra tương tự: - Thực hiện như mục trên - Khi cửa sổ [ Creat new IOM] hiện lên ta sẽ lựa chọn như sau: + Category : Control I/O (AMN11/AMN12) + Type : Control I/O (AMN11) + Unit : Vị trí của Nest ( 1- 5 ) + Slot position : 1 (chỉ có 1 slot). - Bấm OK. Khi đó một file môđun I/O tương tự được tạo ra trên Node hiện thời. Chẳng hạn tên file này là 1-1AMN11 (có nghĩa là: Nest1, Slot1, kiểu AMN11). Để định nghĩa chi tiết các điểm vào ra trong đó ta làm như sau: + Bấm nháy kép lên file vừa tạo, cửa sổ chi tiết vào/ra xuất hiện, Hình 4.18.Định nghĩa chi tiết mô đun vào/ra + Lựa chọn các môđun vào/ra phù hợp với mỗi đầu nối. Các môđun có thể chọn là : AAM11 : Current/Voltage input AAM21 : mv/ Temperature input AAM51 : Curent/Voltage output + Đưa dữ liệu vào cột “Signal conversion”. Đối với card AAM11 và AAM51 chọn No seting. Đối với card AAM21 : Nếu đầu vào là loại cặp nhiệt hay nhiệt điện trở thì ở cột này ta chọn loại tương ứng cho phù hợp. Ví dụ : Cặp nhiệt chọn loại K Nhiệt điện trở chọn loại PT100. + Ghi và thoát khỏi file này: Chọn trình đơn File\ Save sau đó chọn File \ Exit. 3. Định nghĩa mô đun vào/ra số: Hình 4.20.Định nghĩa Nest vào/ra số - Lặp lại các bước trên để tạo ra 1 Nest vào/ra mới. - Cửa sổ [Creat New IOM] xuất hiện, điền dữ liệu như sau: + Category : Contact connector (AMN32) + Type : 32 point connector – type contact status input (ADM12C) hoặc 32 point connector – type contact status output ( ADM52C) ( Đây là các kiểu chung nhất của card đầu vào và ra số) + Unit position : Từ 1-5 + Slot position : Từ 1- 4 - Bấm OK. Chẳng hạn file 2-1 ADM12C ( hoặc ADM52C ) được tạo ra trong thư mục hiện thời. - Bấm nháy kép lên file này. Cửa sổ [ IOM Builder ] hiện lên. Đưa vào tên Tag name và định nghĩa chi tiết cho các tín hiệu vào/ra Hình 4.21. Định nghĩa chi tiết vào/ra số - Ghi và thoát khỏi file này để kết thúc việc cài đặt. 4. Định nghĩa mô đun thông tin liên lạc. - Lặp lại bước 3.8.1/b để tạo Nest vào/ra mới. Cửa sổ [Creat new IOM] xuất hiện, lựa chọn như sau: + Category : Serial comms (AMN33) + Type : RS 232 (ACM11 ) Hoặc RS 422/485 ( ACM12 ) + Unit position : từ 1-5 ( ví dụ đặt là 3 ) + Slot position : từ 1-2 ( ví dụ đặt là 1 ). + Chọn tab [Set details ] và đặt như sau : Connection device : Modbus - Bấm OK. File 3-1ACM11 ( hoặc ACM12 ) được tạo ra. Chú ý: Khi định nghĩa nest thông tin AMN51 sử dụng card ACM71 điều này chỉ thực hiện cho PFCS, khi đó lựa chọn: + Category : General – Purpose comms ( AMN51) + Type : Ethernet communication ( ACM71) + Unit position: 2 + Slot position : từ 1-2 + Connection device: A – B. Để định nghĩa các điểm vào/ra được truyền giữa card thông tin với hệ thống khác, bấm nháy kép lên file vừa tạo và điền vào các thông tin sau: - Buffer size: Đưa vào một giá trị (số Word) để định nghĩa kích thước tổng của dữ liệu được truyền với card này. - Program Name: Lựa chọn thiết bị điều khiển đã được chọn khi định nghĩa thuộc tính của mô đun (MODBUS). Điều này thực tế chỉ ra card thông tin đang được sử dụng trong phần định nghĩa vào/ra này. Cùng một bảng định nghĩa này được sử dụng cho toàn bộ FCS. - Data size: Chỉ ra dữ liệu tính bằng word cho khối dữ liệu này. - Số trạm (Station number) và Device & Address tuỳ thuộc vào PLC đang sử dụng. - Data type: Chọn đầu vào số IV. ví dụ cụ thể thiết lập cho bài toán điều khiển tầng có chương trình điều khiển : 1. Bài toán đặt ra: Nguyên liệu được cấp vào bể chứa qua bộ đo lưu lượng để điều khiển van, bộ đo mức trong bể sẽ đo mức nguyên liệu đổ vào bể. Ta điều khiển mức lưu lượng trong bể bằng cách đặt giá trị SV ( Set value), bộ đo mức sẽ tác động vào bộ đo lưu lượng để tác động vào độ mở của van, khi hệ thống đã ổn định ta có thể đặt chương trình cho hệ thống chạy tự động theo thời gian 2. Chọn các điểm vào ra Theo bài toán đặt ra ta chỉ cần chọn một số điểm vào ra như sau: Đầu vào: Bộ đo mức, bộ đo lưu lượng Đầu ra tác động van điều khiển 3. Tạo các khối chức năng 3.1 Khởi động Ta thực hiện các bước sau: Cpjt / FCS0101 / Function block / DR0005 3.2 Gọi các khối chức năng Khi cửa sổ Control Drawing Builder hiện ra vào Insert / function block, ta lấy các khối sau: Bộ điều khiển PID có tag name là LIC200: Dùng cho bộ điều khiển sơ cấp Bộ điều khiển PID có tag name là FIC200: Dùng cho bộ điều khiển thứ cấp Bộ PG – L13: Dùng cho việc đặt chương trình, có tag name là PGS200 Khối công tắc lựa chọn SW – 33, có tag name là SEL200 Khối tính toán CALCU200 dùng để tính toán lưu lượng Khối tính toán CALCU201 dùng để tính toán mức nguyên liệu bể Khối hiển thị PVI200 Khối đặt thời gian tác động LAG200 3.3. Kết nối vào ra Để kết nối các khối function block ta cần phải tuân theo các luật đấu dây sau đây: Mục dữ liệu (data item) phải được nối với đầu nối dữ liệu ( data terminal). Ví dụ như PV --> IN, OUT --> RV Với luật nối tầng: Luôn luôn nối đầu nối OUT với đầu nối SET. Chú ý rằng, đầu nối OUT phải chứa đựng giá trị MV. Chẳng hạn như, kết nối đầu ra OUT của khối SS-H ( chứa PV) sẽ không làm việc được. Dùng AS để thay thế, vì nó chứa MV trong đầu nối OUT của nó Ta có thể giải thích sự kết nối vào ra như sau: Tất cả các khối có các đầu nối (terminal) cho phép đọc hoặc ghi dữ liệu tới các khối chức năng khác. Mỗi đầu nối chứa các mục dữ liệu mà các module khác đọc ra hoặc ghi vào bằng cách sử dụng các đầu nối. Chẳng hạn, khi 1 khối PVI nối với đầu vào của khối PID, đầu IN đọc PV của khối PVI, nói cách khác, đối với nhãn FIC200 của PID thì IN = FI100.PV Giá trị này sau đó được gán cho PV của khối PID. Điều này được gọi là kết nối tham khảo dữ liệu. Tương tự như vậy, khối có thể ghi một mục dữ liệu vào khối khác từ đầu nối của khối phía trước, trong trường hợp này được gọi là kết nối dữ liệu. Kết nối tầng là kiểu kết nối đặc biệt trong đó dòng dữ liệu đi theo hai chiều, đó là dữ liệu được đọc hoặc ghi giữa hai khối chức năng qua một sự kết nối. Khi đó đầu ra của bộ điều khiển này (sơ cấp) đưa vào làm điểm đặt cho bộ điều khiển khác ( thứ cấp). Chú ý rằng, chế độ khối( CAS, AUT, MAN) của bộ điều khiển thứ cấp được ghi trở lại bộ điều khiển sơ cấp. Nếu bộ điều khiển thứ cấp không ở CAS, thì nó không đọc dữ liệu từ đầu ra của bộ điều khiển và bộ điều khiển sơ cấp chuyển sang chế độ IMAN. Khi bộ điều khiển sơ cấp là IMAN, đầu ra của nó sẽ hiệu chỉnh điểm đặt của bộ điều khiển thứ cấp. Sau khi thực hiện kết nối dây của các khối ta được sơ đồ dưới đây Chú ý rằng, khi đấu nối dây các đầu vào ra của các khối có thể thay đổi được bằng cách nháy đúp vào đầu vào ra đó và đánh tên đầu vào ra hoặc có thể đặt con trỏ vào tên của đầu vào ra cần thay đổi rồi bấm chuột phải vào terminal name rồi chọn đầu vào ra Hình 4.22.Sơ đồ đấu nối các khối function block 3.4. Soạn thảo chi tiết các khối chức năng Chọn khối chức năng cần soạn thảo rồi thực hiện mở cửa sổ soạn thảo Có hai cách : vào Window/ Edit function block detail hoặc bấm chuột phải rồi vào Edit detail 3.4.1 Chi tiết khối CALCU200 Hình 3.23. Khối tính toán CALCU200 3.4.2 Chi tiết khối CALCU201 Hình 3.24. Khối tính toán CALCU201 3.4.3 Các khối chức năng khác ta chỉ cần đặt tên tag name bằng cách kích đúp vào khối chức năng đó rồi điền tên vào mục Tag name như: Tag name PVI200, LAG, SEL... Chú ý ta phải thay đổi dải đo bằng cách vào [ Basic] trong Function block Detail tương ứng với các dải đo của bài toán 3.5. Save và exit nếu không có lỗi 4. Tạo cửa sổ định nghĩa bởi người sử dụng Trong phần này mô tả cách tạo một cửa sổ điều khiển và một cửa sổ đồ thị cho vòng điều khiển tầng 4.1 Tạo cửa sổ điều khiển Các bước thực hiện: Thực hiện trong system view: system view/ cpjt/ his0164/window, nháy chuột phải và chọn [creat new] / window Cửa sổ creat new window xuất hiện, ta chọn loại cửa sổ control (8-loop), hoặc loại 16- loop... trong tab [window type], tạo comment ở [window comment] Ta chọn loại cửa sổ control (8-loop) rồi ấn OK, cửa sổ graphic builder xuất hiện như hình dưới Kích đúp vào các vị trí trên cửa sổ điều khiển và đặt tên như sau: 1: SEL200 2: LIC200 3: FIC200 4: PSG200 5: PVI200 6: LAG200 7:CAL200 8: CAL201 Hình 4.25. Cửa sổ điều khiển 4.2 Tạo cửa sổ đồ thị Cửa sổ này là nơi ta quan sát các quá trình của các biến. Để tạo cửa sổ ta thực hiện các bước sau đây: system view/ cpjt / his0164 / window / configuration / TR0001, một cửa sổ xuất hiện như hình dưới, ta điều các tên biến cần hiển thị dưới dạng đồ thị vào sau đó save và thoát khỏi cửa sổ này: Hình 4.26.Cửa sổ đồ thị 4.3. Tạo cửa sổ hiển thị đồ hoạ: Tại sổ này là cửa sổ vận hành trên trang màn hình công nghệ, ta thực hiện các bước sau: SYSTEM VIEW / CPJT / HIS0164/ WINDOW/GRAPHIC 5. Vận hành với chức năng test function Trước hết ta phải hiểu chức năng test function là một tập các công cụ gỡ rối phần mềm cho FCS tạo bởi người sử dụng 5.1 Các loại Test Có hai loại test: Virtual test và target test Khi chức năng test function thực hiện, nó sẽ tự động chọn loại test theo đặc tính của dự án • Chức năng Virtual test sử dụng FCS ảo để mô phỏng các chức năng và vận hành của FCS thật rồi chạy trên HIS. Một dự án hiện thời có thể có nhiều FCS nhưng nó sẽ không download tất cả các FCS của toàn dự án để thực hiện Virtual test Nếu ta muốn thực hiện một Virtual test trên một FCS trong một dự án đã download này, ta sẽ copy dự án trên system view và thực hiện Virtual test với dự án đã copy đó ( gọi là user- defined project) • Chức năng Target test sử dụng FCS thật để mô phỏng, khi không có các module vào ra cho test, đầu vào và đầu ra của FCS có thể mô phỏng bằng cách đấu dây. Target test khởi động khi dự án hiện thời có một FCS trên system view đã được download, target test được bắt đầu khi dự án hiện thời có một ( hoặc một số) FCS ( tương ứng với FCS trong dự án cần thực hiện target test ) đã được download. Nếu FCS này chưa được download thì sẽ không thực hiện được target test 5.2 Môi trường thực hiện Test function Môi trường thực hiện Test function cũng giống như môi trường thực hiện các chức năng của hệ thống • Môi trường phần cứng Môi trường phần cứng Virtual test Target test Máy tínhIBM PC/AT tương thích X X Card giao tiếp bus điều khiển 0 X FCS thật 0 X x: Cần thiết 0: Không cần thiết, thức hiện thậm chí không cần phần cứng • Môi trường phần mềm Môi trường phần mềm Virtual test (*1) Target test LHS1100 Standard operation and monitoring function X x LHS5100 Builder function X x LHS5420 Test function X x LHS 1100 standard- type control basic function hoặc LFS1120 highly 0 x *1: Để thực hiện chức năng theo khối trên Virtal test, trước khi thực hiện cần phải cài đặt thiết bị Vnet driver x: Cần thiết 0: Không cần thiết 5.3 Thực hiện Test function Project của ta trong ví dụ này khi thực hiện chức năng test function sẽ tự mặc định là dạng Virtual test vì không có FCS thật. Ta thực hiện lần lượt các bước sau: Chọn folder [FCS0101] từ CPJT ở system view Chọn chức năng [test function] từ tool menu [FCS] Chức năng mô phỏng ảo bắt đầu thực hiện, một cửa sổ chọn trạm HIS xuất hiện ta mặc định chọn HIS 0164 và đợi cho tới khi xuất hiện “Completed Downloadning Wiring”. Gọi cửa sổ điều khiển và cửa sổ hiển thị để các thông số cho các tag name phần II hệ thống điều khiển DCS của nhà máy xeo Công ty giấy Bãi Bằng chương I giới thiệu chung về nhà máy giấy bãi bằng I. Lịch sử hình thành và phát triển của nhà máy Ngày 20/8/1974 Hiệp định về công trình nhà máy giấy Bãi Bằng được ký kết. Theo hiệp định Thụy Điển giúp đỡ Việt Nam xây dựng một nhà máy giấy với công suất 55000 tấn giấy/ năm trong đó 50000 tấn giấy viết và giấy in tẩy trắng, 5000 tấn giấy bao gói tự dùng. Từ năm 1974-1982 nhà máy bước vào giai đoạn xây dựng và chuẩn bị xây dựng Ngày 27/10/1973 Thủ tướng chính phủ đã ký quyết định số 228/TTG phê duyệt nhiệm vụ thiết kế công trình nhà máy giấy Vĩnh Phú với tổng số vốn đầu tư là 182 triệu đồng. Ngày 30/11/1982 Bộ công nghiệp nhẹ đã tổ chức khánh thành đợt I. Ngày 26/12/1982 Lễ khánh thành toàn nhà máy được tổ chức trọng thể với sự có mặt của đại diện chính phủ nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam và đại diện phía chính phủ vương quốc Thụy Điển. Giờ đây, nhà máy giấy Bãi Bằng đã và đang khẳng định phương thức làm ăn có hiệu quả phục vụ đắc lực cho sự nghiệp công nghiệp hoá đất nước. Công nghiệp giấy đã đóng góp sức lực to lớn cho công cuộc phát triển của đất nước. Không dừng lại tại chỗ công ty luôn tìm tòi, nghiên cứu từng bước thay thế tiến tới hiện đại hoá toàn bộ dây chuyền sản xuất của nhà máy, liên tục nâng cao sửa chữa, kịp thời khắc phục những hư hỏng thiếu sót trong khâu sản xuất và quản lý. Tiến tới tăng năng xuất lao động và hạ giá thành sản phẩm, liên tục học hỏi kinh nghiệm sản xuất và quản lý của các cơ quan trong và ngoài nước. Lấy đầu tư phát triển mở rộng sản xuất làm bước đi tiến vào thế kỷ 21. Hiện nay toàn bộ hệ điều khiển DCS của nhà máy đã lắp đặt xong và đang trong quá trình chạy thử (trong đó bao gồm cả hệ DCS của nhà máy điện dùng phần mềm điều khiển IndustrialIT của hãng ABB và hệ DCS của nhà máy xeo giấy dùng phần mềm điều khiển CENTUM CS3000 của hãng YOKOGAWA). Một triển vọng lớn cho sự phát triển mới của công ty giấy Bãi Bằng hay ngành giấy Việt Nam đang mở ra. Chúng ta hoàn toàn có thể hy vọng ngành giấy Việt Nam sẽ khởi sắc trong thời gian gần nhất. II. Khái quát về công nghệ sản xuất giấy. quá trình tạo nguyên liệu quá trình nấu bột giấy quá trình sử lý bột quá trình cắt và cuộn giấy quá trình xeo Ta có thể hiểu một cách đơn giản quá trình sản xuất giấy như sau: Nguyên liệu để sản xuất giấy trong nước là các loại tre nứa, gô, thành phẩm giấy...Sau khi được chặt thành các mảnh nhỏ được hệ thống băng tải vận chuyển lên nồi nấu. Nồi nấu nhờ quá trình gia nhiệt các mảnh dăm này được trộn đều với dung dịch nấu thành bột. Bột này sau quá trình sàng lọc và tẩy rửa bằng hoá chất, bột được làm trắng theo tiêu chuẩn công nghệ đề ra, sau đó qua nhà máy xeo bột giấy tiếp tục được nghiền ( nghiền thô và nghiền tinh) rồi đi qua sàng áp lực để thu được bột giấy theo tiêu chuẩn, sau đó được phun vào lưới hình thành, qua các khâu ép và sấy giấy, cuối cùng giấy được cuộn và nhập vào kho. Sau đây ta sẽ nói cụ thể từng giai đoạn của nhà máy Quá trình tạo nguyên liệu: Nguyên liệu phục vụ cho sản xuất giấy ở công ty giấy Bãi Bằng chủ yếu là gỗ, tre, nứa ... chúng được gia công thành các miếng dăm nhỏ. Với mức sử dụng là: + Tre, nứa : 30% + Gỗ (bồ đề , bạch đàn, mỡ): 70% Các nguyêu liệu chính cần cho sản xuất giấy ở công ty giấy Bãi Bằng được liệt kê cụ thể ở bảng dưới: Tên nguyên liệu Cho một tấn sản phẩm giấy Cho cả năm 1995(tấn) Cho cả năm 1996(tấn) Nguyên liệu sợi(tre, gỗ, nứa) 5,2 tấn 265000 286000 Muối ăn 240 kg 12240 132200 Đá vôi 700 kg 35700 38500 Nhựa thông 9 kg 460 495 Phèn cho sản xuất giấy 15 kg 765 825 Natrisunfat 70 kg 3570 3850 Than đá (loại cám) 4,3 tấn 219300 237000 Dầu đốt FO 66 kg 3370 3650 Nước 400 m3 20400000 m3 22000000 m3 Phèn cho sử lý nước 35 g/m3 910 970 Trong đó nguyên liệu sợi được dùng cho nhà bột Muối ăn, đá vôi, nhựa thông, phèn, natrisunfat, nước ... được dùng cho nhà máy hoá chất. Nhà máy hoá chất sản xuất ra các hoá chất như: NaOH, Na2SO4, Na2S, Na2CO3 ...dùng cho quá trình nấu bột, sản xuất ra Cl2, H2O2, Hypo...phục vụ cho công việc tẩn rửa bột và giấy. Than đá, dầu đốt FO được dùng cho nhà máy điện. Nhà máy điện sản xuất ra điện dùng cho toàn bộ nhà máy đồng thời cũng sản xuất ra hơi (1,3 MPa) dùng cho nhà máy bột và nhà máy xeo. 2. Quá trình tạo bột: Quá trình tạo bột của nhà máy được mô tả chi tiết ở hình dưới: Máy cắt Nồi nấu Sàng thô Bể phóng Hệ thống rửa 1 Hệ thống rửa 2 Sàng tinh Hệ thống rửa kiềm Lọc cát 3 lớp Hệ thống rửa clo Tẩy hypo hoá Tẩy kiềm hoá Đi sản xuất giấy Tre, gỗ, nứa Dung dịch nấu Na2S Nước sạch Nước sạch Nước thải chứa dịch đen đặc Nước thải chứa 1 phần dịch đen Bột thải Bột thải Bột thải Bột thải Kiềm, nước Nước Phụ gia Clo dạng hơi Nguyên liệu sau khi chế biến tại xưởng nguyên liệu tạo ra các mảnh nhỏ và được chuyển sang công đoạn nấu bột. Mảnh được cấp tự động vào hệ thống 3 nồi nấu. Thể tích mỗi nồi là 140 m3, trên đỉnh nồi nấu có hệ thống nạp liệu, đến khi nồi đầy nó sẽ tự động đóng nắp và ngừng việc cấp liệu cho nồi nấu. Sau khi qua nồi nấu, sản phẩm nấu là bột chứa nhiều dịch đen nên nó được đưa sang công đoạn rửa bột. Trước khi rửa, bột được đưa qua hệ thống đánh tơi sau đó tiến hành rửa qua 4 thiết bị rửa. Nước sạch cấp vào công đoạn rửa cuối cùng còn các công đoạn rửa khác chủ yếu dùng nước hồi lưu tuần hoần lại từ công đoạn rửa trước đó. Bột sau khi rửa sạch được chuyển qua công đoạn sàng nhằm loại bỏ các mấu mắt, mảnh có lẫn trong bột, các mảnh còn dư sau nấu. Đồng thời qúa trình sàng loại bỏ các tạp chất là cát, sạn có lẫn trong bột. Tiếp theo bột được đưa sang công đoạn tẩy để loại bỏ các chất màu bám trong bột tạo ra bột trắng, sạch. Dung dịch tẩy thường dùng là Cl2, H2O2, hypo...Sau khi đã qua các công đoạn trên ta thu được bột tương đối sạch và được chuyển sang phân xưởng xeo để sản xuất giấy. 3. Quá trình xeo Quá trình xeo là công đoạn cuối cùng của nhà máy giấy, năng suất của nhà máy quyết định bởi công đoạn này. Trong hệ thống này bao gồm hai hệ điều khiển: Hệ DCS ( Distributed Control System) phụ trách việc chuẩn bị bột giấy cho quá trình và hệ QCS ( Quanlity Control System) phụ trách về quản lý chất lượng giấy. Các đại lượng đo cơ bản và đặc trưng ở hệ DCS là đo nồng độ, đo lưu lượng, áp suất, đo mức, đo độ nghiền...còn ở hệ QCS thì có 4 đại lượng đo cơ bản là độ dày, độ ẩm, định lượng và độ tro. Hình bên là sơ đồ tổng quan về nhà máy xeo Bể chứa bột nội (Px bột) Bột nhập kiện Giấy rách Bể chứa (Px xeo) Náy nghiền chính (Nghiền côn) Nghiền chính Nghiền thuỷ lực Nghiền thuỷ lực Bể chứa số 2 Bể chứa Bể chứa Bể chứa Bể chứa số 2 Cô đặc Bể trộn Bể máy Nghiền tinh chỉnh 3% Tăng trắng Tinh bột Lọc cát Sàng áp lực Hàm phun Lưới hình thành Hút chân không ép I ép II ép nhẵn Sấy khô ép keo Sấy khô II Làm lạnh ép quang Cuộn Cắt cuộn Nhập kho Keo AKD Phẩm màu Ben to nit CaCo3 Quá trình xeo giấy hiểu theo nghĩa đơn giản thì nó chính là quá trình sản xuất giấy với nguyên liệu đầu vào là bột giấy, sản phẩm đầu ra là thành phẩm giấy. Bột giấy sử dụng trong nhà máy bao gồm: Bột giấy sản xuất tại nhà máy, bột giấy nhập ngoại dạng kiện và phế phẩm giấy đã bị loại trong quá trình sản xuất. Nhà máy xeo bao gồm 2 dây truyền: PM1 và PM2. Hai dây truyền này hoàn toàn giống nhau về công nghệ và cách hoạt động nên ta chỉ đi chi tiết vào dây truyền 1. Hệ thống điều khiển DCS của nhà máy là hệ CENTUM CS 3000 thực hiện công đoạn chuẩn bị bột cho lưới phun giấy để từ đây giấy được ép, sấy sau đó là cuộn và cắt cho ra giấy thành phẩm theo hệ điều khiển QCS của nhà máy. Ta bắt đầu với từng loại bột được sử dụng trong nhà máy. 1. Bột được sản xuất tại nhà máy Bột sau khi nấu ở phân xưởng bột được chứa trong 2 tháp nồng độ cao Ch70 và C71 ( nồng độ khoảng 10 %). Nguyên liệu tre, gỗ, lứa... sau khi qua nhà máy bột và được xử lý, ta được bột thành phẩm để đưa sang nhà máy xeo: giấy thành phẩm nhà máy bột nhà máy xeo tre, gỗ nứa Bột giấy được chứa trong hai bể này và được quản lý bởi phân xưởng bột nên đối với phân xưởng xeo ta không cần quan tâm tới mức bột có trong hai bể này. Bột từ hai bể này từ đây được đổ trực tiếp vào các bể chứa bột của 2 dây truyền, các bơm 54Pu517 và 54Pu518 được vận hành bằng cách cho MV=0 hoặc MV=2. Bột được đưa vào khuấy Ch63 từ một trong hai bể chứa Ch70 nếu điều khiển van 63L01AMLD hoặc Ch71 nếu điều khiển van 63L01BMLD qua công tắc chuyển mạch bằng cách chọn SEL: Ch70/Ch71 trên trang sơ đồ công nghệ. Thiết bị đo mức 63L01 được đặt trong bể chứa để giám sát và điều khiển lưu lượng bột đưa vào bể. Động cơ khuấy 63Ag123 khuấy bột lên để bột không bị lắng và nồng độ bột được đồng đều. Sau đó bột được hút ra bể chứa Ch63 nhờ bơm hút Pu503, bộ đo nồng độ bột 63Q01 xác định xem nồng độ bột có đạt được giá trị đặt không, nếu nồng độ bột vượt quá giá trị đặt thì bộ điều khiển PID sẽ tự động mở van cấp nước làm loãng nồng độ bột để đạt được set value mong muốn. Thường thì nồng độ bột đạt khoảng 4 % là đạt yêu cầu chú ý cách vận hành điều khiển nồng độ bột ( cách đặt giá trị SV). Tiếp đó bột được đưa vào bể khuấy Ch66, trong bể khuấy này có đặt bộ đo mức 63L04 để điều khiển lưu lượng qua bộ điều khiển PID tác động vào độ mở của van. Bể này cũng có thể nhận bột trực tiếp từ 2 bể chứa Ch70 và Ch71 nếu đạt được yêu cầu về chất lượng và nồng độ bột để tiết kiệm năng lượng khi phải đưa bột qua bể Ch63 do dùng bơm hút và động cơ khuấy có dòng khá lớn. 2. Bột ngoại Do nhu cầu mở rộng công nghệ, mở rộng sản xuất của nhà máy nên lượng bột nội của Bãi Bằng không đủ đáp ứng nên nhà máy đã nhập thêm bột ngoại dạng kiện có nồng độ tượng đối cao ( 90%), lượng bột ngoại này làm tăng thêm độ mịn , độ trắng và dai cho giấy. Tỉ lệ sử dụng bột ngoại vào khoảng 15% - 20% lượng bột sử dụng của toàn nhà máy. Bột ngoại dạng kiện được nhập về có nồng độ cao được đưa vào băng tải chuyển vào 3 bể nghiền thuỷ lực. Bộ máy nghiền thuỷ lực có nhiệm vụ nghiền bột nhập về dưới dạng tấm, kiện kết hợp với nước cấp vào để thu được dạng bột sền sệt. Từ các máy nghiền thuỷ lực này bột được đưa về bể ngâm Ch64-1 nhờ các bơm Pu500, Pu501, Pu502. Trong bể ngâm này nồng độ bột được điều chỉnh đạt khoảng 6%, bơm khuấy 63Ag124-1 khuấy bột liên tục để cho nồng độ bột được đồng đều tránh lắng đọng. Bột được bơm hút sang bể chứa Ch64-2, nó được điều chỉnh nồng độ bột ở khoảng 4,55 nhờ bộ điều khiển PID để điều khiển mở van cấp nước pha loãng nồng độ bột nếu nồng độ bột vượt quá điểm đặt. Bể chứa Ch64-2 có bộ đo mức 63L02 để tác động độ mở của van cấp bột, ở bể này cũng có bơm khuấy 63Ag124 để khuấy bột tránh lắng đọng và làm đồng đều nồng độ bột. Sau đó bột được bơm sang bộ phận nghiền côn và được trộn lẫn với bột Bãi Bằng và bột phế phẩm giấy. Máy nghiền quạt 63DDR-1 dùng để nghiền, cắt nhỏ các sợi bột làm tăng khả năng phản ứng và tạo độ mịn cho giấy. Máy nghiền quạt này được dùng để nghiền bột Bãi Bằng, bột ngoại nhập nhờ đường cấp bột từ chứa Ch63 và Ch64-2 bằng cách chọn: PP use --> sử dụng máy nghiền quạt cho bột nhập ngoại; BP use --> sử dụng máy nghiền quạt cho bột Bãi Bằng hoặc Bypass --> không dùng máy nghiền đĩa. Bột giấy sau khi qua máy nghiền quạt được đưa vào các bể chứa Ch66 ( chứa bột Bãi Bằng) hoặc bể Ch65 ( chứa bột nhập ngoại), từ đây bột lại được đưa sang bộ phận nghiền côn và được trộn vào bể Ch68. 3. Giấy phế phẩm Trong quá trình xeo giấy một lượng lớn bột và giấy loại không đạt yêu cầu được xử lý, tận dụng lại thành bột và được tiếp tục đưa vào sản xuất. Giấy loại, giấy rách ...từ quá trình sản xuất ( 94%) được nghiền thuỷ lực trobng quá trình nghiền bột được vào bể chứa, nồng độ bột lúc này khoảng 3% và đưa tới bể chứa Ch76. Bột giấy rách ở lưới xeo đựoc đưa vào bể trục bung, tại đây giấy được nghiền tạo thành bột giấy vụn và được đưa sang bể giấy vụn số 2. Trong trường hợp bể số 2 có sự cố thì van đóng mở giấy vụn sẽ được đưa sang bể máy. Giấy đứt sinh ra ở khâu sấy được đưa vào bể nghiền cuối sấy, giấy được nghiền nhỏ sau đó nhờ bơm Pu533 bơm sang bể trục bung một phần nhỏ được đưa trở lại bể nghiền cuối sấy. Giấy rách được sinh ra trong công đoạn hoàn thành được đưa vào bể giấy vụn hoàn thành, giấy đã nghiền được đưa sang bể giấy vụn số 2. Nước cấp cho bể trục bung, bể nghiền cuối sấy, bể nghiền giấy vụn hoàn thành được lấy từ bể nước trắng bằng bơm Pu511. Ngoài các nguồn giấy được cung cấp ở trên, bể nghiền giấy vụn số 2 còn tiếp nhận giấy từ bể giấy vụn số 1. Ra khỏi bể giấy vụn số 2 bột giấy được đưa sang máy cô đặc, một phần nhỏ được đưa sang bể nghiền giấy vụn 1. Máy cô đặc sẽ cô đặc toàn bộ bột đã nghiền từ bể giấy vụn số 2, bột sau cô đặc được đưa sang bể giấy vụn 1. Ngoài nguồn bột trên còn có bột từ thiết bị khác đưa vào, bột đã được cô đặc đến nồng độ thích hợp được đưa sang bể trộn 4. Khâu nghiền bột và ép sấy giấy Bột từ các bể Ch65 và ch66 được khuấy lên và hút ra để qua 6 bộ nghiền côn: RF160, RF161... RF165. Bột sau khi đi qua bộ nghiền côn được đổ về bể trộn hỗn hợp Ch67: Bột Bãi Bằng, bột nhập ngoại và bột giấy phế phẩm. Tại bể trộn, bột sẽ được đảo trộn giữa 3 loại bột trên để đạt được nồng độ bột khoảng 4% và nó được pha trộn theo một tỉ lệ nào đó do người vận hành đưa ra. Bộ đo mức 63L05 đo mức bột chứa trong bể Ch67, giá trị đặt được set value cho các bộ điều khiển lưu lượng 63F01, 63F02, 63F03 tương ứng với lưu lượng của các loại bột nói trên. Đây chính là phần điều khiển tầng CASCADE dùng cho bộ điều khiển mức và lưu lượng. Bể bột Ch67 chứa cả 3 loại bột, nó được khuấy đều lên nhờ động cơ khuấy 63Ag127 và được hút ra cho vào 2 bộ nghiền tinh RF166 và RF167 với nồng độ bột vào khoảng 4% Bột từ 2 máy nghiền tinh này được đổ vào bể Ch68, từ đây kết thúc quá trình chuẩn bị bột cho phân xưởng xeo. Công đoạn tiếp theo trong dây truyền sản xuất giấy là bột được lọc cát 4 giai đoạn nhờ bơm quạt bột được đưa sang sàng áp lực. Bột sau sàng được đưa lên máy xeo vào hòm phun để phun tạo hình trên lưới. Bột phun đều theo chiều ngang của lưới trong quá trình hình thành tờ giấy trên lưới đa số sơ sợi nằm theo hướng bột chảy, trong quá trình phun tiến hành rung lưới để giữ cho bột có độ đồng đều. Sau các hòm hút chân không độ ẩm của tờ giấy tuy có giảm nhưng chưa đủ độ bền để chuyển sang bộ phận ép, giấy được đi qua bộ phận trục bung. Dưới tác dụng của độ chân không giấy được tách nước và độ ẩm của giấy lúc này là: 88% - 92%. Dưới tác dụng của lực ép nước từ giấy thoát ra chảy qua các ống mao quản của chăn rồi thoát ra ngoài nhờ độ lệch tâm của cặp ép sau khi ép, giấy ẩm được đưa sang bộ phận sấy. Hơi ẩm được tách ra khỏi giấy bằng cách bốc hơi. Trước khi ép quang giấy được đưa sang công đoạn làm lạnh, ép quang làm hoàn thiện hơn độ nhẵn bóng mịn của tờ giấy. Quy trình sản xuất giấy được hoàn tất, giấy sẽ được mang đi cắt cuộn tạo ra các sản phẩm giấy mang nhập kho và chuyển sang công đoạn tiêu thụ sản phẩm.. Chương II Xây dựng hệ điều khiển CENTUM CS3000 cho công đoạn trộn bột Dây truyền 1 Quá trình công nghệ cho công đoạn trộn bột Để hiểu một cách cụ thể hơn về công đoạn trộn bột này, ta sẽ đi tìm hiểu từ công nghệ của nhà máy xeo. Theo như phần trên đã nói ta thấy công đoạn trộn bột là công đoạn quan trọng nhất trong nhà máy, nó ảnh hưởng tới chất lượng của tờ giấy. Hình dưới là sơ đồ cho công đoạn trộn bột tương ứng với sơ đồ công nghệ trong nhà máy: Bột nội Bột ngoại Bột giấy loại Nghiền thô Nghiền thô Nghiền thô Công đoạn trộn bột Nghiền tinh Khâu sàng, lọc cát và tạp chất Lưới phun bột hình thành giấy Khâu ép, sấy Cắt, cuộn và nhập kho Hình 2.1. Công đoạn trộn bột trong nhà máy xeo Trong đó quá trình công nghệ của khâu trộn bột được mô tả cụ thể như hình dưới: Bể Ch65 Bội nội Bể Ch66 Bội ngoại Bể Ch76 Bội giấy loại Bơm hút 63Pu505 Bơm hút 63Pu506 Bơm hút 63Pu527 Nghiền côn Nghiền côn Nghiền côn Bể chứa ch67 Chứa các loại bột đã được đặt theo tỉ lệ cho trước Đi nghiền tinh Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ cho khâu trộn bột Bài toán đặt ra là ta phải điều chỉnh được tỉ lệ bột đưa vào bể chứa Ch67 sau khi lượng bột đã được nghiền qua các bộ nghiền côn RF160, RF161…RF166. Ba loại bột được chứa trong các bể Ch66, Ch65, Ch78 tương ứng với ba loại bột do Bãi Bằng sản xuất, bột nhập ngoại và bột giấy loại. 1. Các bộ đo lường để giám sát và điều khiển: •Bộ đo mức bột trong bể Ch67: Sử dụng sensor nồng độ MEK 2000 của hàng BTG Các đặc tính cơ bản: Dải đo từ 0.8-10%, độ nhạy 0.005% Dòng đưa ra dạng chuẩn 4-20 mA, trở kháng cực đại là 950Ω ở dòng 20mA. Lưu tốc tối thiểu 0.5 m/s Điện áp cung cấp 110V/220V +/- 10%, tần số50-60Hz Nguyên lý hoạt động: Hoạt động thông qua nguyên lý lực cắt với việc quay thành cảm biến ( chính là cách đo) gây ra moment quay, góc lệch giữa các bánh răng chuyển đổi thành sự sai khác về pha. • Các bộ đo lưu lượng của ba loại bột ( các giá trị 63F01.PV, 63F02.PV, 63F03.PV): Sử dụng sensor lưu lượng của hãng KROHNE, Hà Lan bằng phương pháp từ tính Các đặc tính cơ bản: Dải đo liên tục Tín hiệu ra 0- 20mA hoặc 4-20mA Điều chỉnh lưu lượng từ 1-11m/s chuyển thành 0.5- 5.5 m/s. Điện áp cung cấp 110V/120V/220V/240V, tần số 50-60Hz, công suất tiêu thụ 12VA Nguyên lý hoạt động: Sử dụng nguyên lý về cảm ứng điện từ cuả Faraday, khi một chất lỏng dẫn điện di chuyển qua một từ trường điện áp sẽ sinh ra tỉ lệ với tốc độ dòng chảy ( tại góc 900) và từ trường U=K.B.V.D Trong đó U: Điện áp sinh ra. B: Độ lớn từ trường V: Vân tốc dòng chảy. D: Đường kính ống Còn một loại transimtter đo lưu lượng, mức, áp suất bằng phương pháp chênh áp của hãng NAF, thuỵ điển. Transmitter này được lắp đặt trực tiếp tại điểm đo và chuyển đổi độ chênh áp ở đầu vào thành dòng tỉ lệ trong phạm vi 0-20mA hoặc 4-20mA. Nguyên tắc hoạt động của loại này là dựa trên nguyên lý cân bằng lực: Sự sai lệch áp suất đặt lên màng tạo nên lực cân bằng với việc xuất hiện khi dòng ra chạy trong cuộn dây đặt trong từ trường. Khi sảy ra mất cân bằng lõi cuả máy biến áp vi sai bên trong thay đổi vị, do đó quyết định dòng ra với trạng thái cân bằng mới thông qua bộ khuyếch đại dao động • Các đầu vào feedback của các động cơ: Đây là đầu vào số có dạng như công tắc ON/OFF cho biết trạng thái phản hồi của động cơ. 2. Các thiết bị được điều khiển: Các động cơ khuấy: 63Ag125, Ag126, Ag127. Các bơm hút: 63Pu505, 63Pu506, 63Pu527. Lưu lượng của ba loại bột được đưa vào: 63F01, 63F02, 63F03. 3. Số vòng cần điều khiển: Hướng giải quyết của bài toán điều khiển tỉ lệ bột là dùng bộ điều khiển tầng, khi ta đặt mức bột trong bể chứa Ch67 thì giá trị này chính là điểm đặt cho 3 bộ điều khiển lưu lượng 63F01, 63F02, 63F03. Độ mở của van điều khiển được tính toán tương ứng với tỉ lệ bột được sử dụng. Do đó số vòng điều khiển của bài toán là: + 4 bộ điều khiển PID cho lưu lượng 3 loại bột và mức bể + 14 bộ điều khiển động cơ cho các bơm hút và khuấy II. Xây dựng hệ điều khiển giám sát cho công đoạn trộn bột Các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật và thiết bị. Để xây dựng hệ điều khiển cho công đoạn này, trước hết ta phải đánh giá hệ thống đo lường điều khiển cũ của nhà máy Toàn bộ hệ thống đo lường điều khiển cũ mang tính chất đo lường điều khiển cục bộ; việc theo dõi, giám sát điều khiển mang tính chất đơn lẻ không đồng bộ, không tập trung nên khó xử lý sự cố; việc lưu trữ số liệu vẫn ở dạng thủ công qua sổ giao ca hoặc sổ thiết bị, đồng thời lại phụ thuộc quá nhiều vào tay nghề công nhân vận hành nên không chính xác. Các thiết bị đo lường điều khiển hiện có bao gồm nhiều chủng loại của các hãng khác nhau nhưng đều ở dạng chuẩn vào ra 4- 20mA, tuy nhiên có một số thiết bị chưa được đưa về giám sát điều khiển ở phòng điều khiển trung tâm Sau khi đáng giá xong toàn bộ thực trạng của hệ thống cũ ta mới có phương án xây dựng hệ điều khiển mới cho công đoạn này, để xây dựng thì các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật và thiết bị phải được chú ý đến ( tương tự như nhiệm vụ thư ) Yêu cầu về kinh tế: Tận dụng tối đa các thiết bị đo lường, điều khiển và các truyền cũ của nhà máy. Yêu cầu kỹ thuật: Quản lý được quá trình công nghệ trộn bột, có khả năng liên kết với các khối khác và cho phép mở rộng dự án. Đồng thời việc giám sát và điều khiển các điểm đo lường điều khiển phải liên tục, chính xác và hệ thống phải làm việc ổn định. Yêu cầu thiết bị: Các thiết bị phải được cung cấp đồng bộ và phù hợp với các chuẩn đang hiện hành. Đồng thời các thiết bị làm việc chính phải có chế độ dự phòng và cho phép điều khiển bằng tay khi gặp sự cố ở phòng điều khiển, các thiết bị này phải có khả năng thay thế. 2. Tích hợp hệ thống cho công đoạn trộn bột cho nhà máy xeo Tích hợp hệ thống là một công việc hết sức quan trọng cho quá trình xây dựng hệ thống, để có cái nhìn khái quát về công việc này ta có thể diễn giải vắn tắt các công việc cần thực hiện như hình dưới: Lựa chọn hệ điều khiển Lựa chọn cấu hình phần cứng Lựa chọn cấu hình phần mềm Lựa chọn thiết bị Kết nối phần cứng Thuật toán Chương trình Hình 2.3.Tổng quan về tích hợp hệ thống 2.1. Giải pháp tự động hoá Đối với toàn nhà máy thì số điểm vào ra có khoảng hơn 700 điểm nên việc lựa chọn hệ điều khiển cho nhà máy phải dựa trên quy mô vừa và lớn của nhà máy. Để thực hiện phương án giám sát, điều khiển cho nhà máy người ta có ba phương pháp: Hệ điều khiển dựa trên PLC hay hệ SCADA, Hệ điều khiển DCS và hệ lai DCS/PLC. Ta sẽ tìm hiểu ưu, nhược điểm của 3 loại này rồi từ đó đưa ra kết luận là dụng loại nào Hệ điều khiển dựa trên PLC hay SCADA: Hệ này có một máy tính trung tâm, các PLC ghép nối với nhau. Máy tính trung tâm có nhiệm vụ hiển thị kết quả đo và vận hành hệ thống, còn PLC điều khiển các quá trình theo yêu cầu. Do đó hệ thống này có tính chất tập trung cao. Ưu điểm của hệ thống này là có thể vận hành hệ thống từ máy tính trung tâm, có giá thành rẻ và rất thích hợp với các hệ thống vừa và nhỏ. Nhược điểm: Không quản lý được các hệ thống lớn, khả năng dự phòng kém, tính năng mở hạn chế và tính ổn định của hệ thống không cao do đó cũng hạn chế trong vấn đề điều khiển thời gian thực. Hệ điều khiển DCS: Hệ DCS là hệ điều khiển phân tán, nó cho phép điều khiển chính xác từng điểm trên dây truyền công nghệ từ trạm vận hành trung tâm. Hệ thống này bao gồm các trạm điều khiển trung tâm ( giao diện người máy), các trạm điều khiển hiện trường ( gồm các bộ CPU, các module vào ra và các module thông tin) và các thiết bị hiện trường Ưu điểm của loại này là có giao diện tiện lợi cho phép quan sát, điều khiển và hiển thị thông tin một cách dễ dàng; Chức năng dự phòng linh hoạt (dự phòng CPU, nguồn cấp và bus điều khiển); Khả năng đáp ứng nhanh; có tính ổn định cao và rất thích hợp với các hệ thống vừa và lớn Nhược điểm của hệ thống: Đối với những hệ thống nhỏ, hệ DCS tỏ ra không thích hợp do giá thành cao Hệ lai DCS/PLC: Cho phép điều khiển cả hệ thống nhà máy. Hệ thống này bao gồm các máy tính trung tâm, các module phân tán, các PLC ghép nối với nhau và ghép nối với module phân tán trên. Các thiết bị hiện trường gồm có các sensor, các thiết bị đo thông minh, các bộ biến truyền…thiết bị nào có ghép nối RS485/RS422 thì sẽ được ghép nối với PLC. Hệ thống mạng truyền tin của hệ có tốc độ tưong đối cao và được hỗ trợ một số chuẩn Ưu điểm: Hệ thích hợp với hệ thống có nhiều thiết bị truyền thông, khả năng quản lý rộng lớn Nhược điểm: Hệ thống phức tạp, giá thành cao, khả năng đáp ứng thời gian thực chậm do phải qua nhiều công đoạn trung gian và độ tin cậy chưa cao do PLC chưa có tính dự phòng ( chỉ có dự phòng CPU và các module) Kết luận: Do đặc thù của nhà máy và những tính năng ưu việt của hệ DCS so với hai hệ kia như: Tính ổn định cao, khả năng đáp ứng nhanh, tính năng thời gian thực được đảm bảo…nên hệ DCS là thích hợp nhất cho nhà máy Qua những đặc điểm nổi trội của CENTUM CS3000 đã nên ở trên cùng với các lý do sau đây mà nó được sử dụng trong nhà máy: + Chức năng vận hành đơn giản, giao diện thân thiện đối với công nhân vận hành, công cụ lập trình đơn giản dễ sử dụng. + Hệ thống với cấu trúc mở nên ta có thể dễ dàng mở rộng khả năng quản lý và kết nối với các hệ thống khác đồng thời tận dụng được các đầu vào ra cũ cho hệ thống điều khiển mới (Hiện nay, nhà máy mới chỉ sử dụng có 4 node cho các I/O so với khả năng quản lý 10 node cho một FCU nên vẫn gây lãng phí) + Có chế độ bảo hành, bảo dưỡng và chăm sóc khách hàng tốt + Đã có một số hệ DCS của hãng YOKOGAWA đã được thực hiện tốt ở nước ta như: Nhà máy nhiệt điện phả lại dùng CENTUM CS3000, Công ty hoá chất Lâm Thao sử dụng hệ CENTUM CS1000…. + Thiết bị của hãng phù hợp với các tiêu chuẩn và điều kiện môi trường ở nước ta. 2.2 Xây dựng cấu hình phần cứng cho hệ thống 2.2.1 Lựa chọn thiết bị phần cứng Cấu trúc phần cứng của hệ thống tương ứng với mô hình phân cấp của hệ thống DCS bao gồm: Trạm vận hành trung tâm HIS, trạm điều khiển FCS và các bus hệ thống. Ta sẽ lựa chọn các thiết bị phần cứng lần lượt cho các trạm trên: a. Trạm điều khiển giám sát HIS Trạm vận hành trung tâm: Được đặt tại phòng điều khiển trung tâm. Nhiệm vụ của trạm này : + Trạm sẽ quản lý toàn bộ các điểm đo và điều khiển trong hệ thống. Người vận hành có thể truy cập đến điểm đo, điểm điều khiển bất kỳ trong hệ thống. + Mỗi trạm vận hành bao gồm một bàn phím kèm chuột hoặc bàn phím vận hành + Trạm có khả năng kết nối với những hệ DCS khác, hoặc kết nối ở mức độ cao hơn ( mở rộng hệ thống) Do đó chọn cấu hình của trạm HIS này như sau: máy in Lazer, máy in màu, bàn phím chuyên dụng, máy tính PC(Pentium 4, Tốc độ 2.0GHz, 256 MB RAM, dung lượng 40 Gbyte, CDROM 52x, bộ nguồn dự phòng, phần mềm cơ bản hệ điều hành Windows XP Service Pack) trạm này đã được cài đặt phần mềm CENTUM CS3000. b. Trạm điều khiển hiện trường FCS Nhiệm vụ của trạm này là : + Nhận các tín hiệu từ các thiết bị đo trực tiếp hoặc thông qua hệ thống Bus trường, tính toán theo các luật và đưa ra quyết định điều khiển. + Gửi giá trị và trạng thái của các điểm đo, các điểm điều khiển… về cấp điều khiển giám sát. + Nhận các quyết định điều khiển từ cấp điều khiển giám sát để điều khiển đối tượng. Chọn bộ FCU: AFS40D Duplexed Field Controller Unit. Trạm này có ý nghĩa: Đây là trạm dự phòng kép (duplex) cho loại FIO trên cabinet, có nguồn cấp là 220V-240V và hỗ trợ 5 Node I/O trên tủ. Bảng các thiết bị bên trong FCU Tên thiết bị Số lượng Chủng loại Nguồn cấp 220- 240V 2 PW302 Card CPU 2 CP345 Card giao tiếp bus RIO 2 RB301 Card giao tiếp Vnet 2 AIP502 Cách đặt miền cho trạm FCS như sau: Ta gạt các công tắt kiểu dip switches trên FCU theo quy luật cho trong bảng dưới đây (bao gồm 8 bit) Đối với công đoạn này thì chỉ có một FCS nên các núm gạt là: 00000001 c. Các module vào ra đối với công đoạn điều khiển tỉ lệ bột + Các đầu đo, điểm điều khiển hỗn hợp bột : 6 đầu vào 4 – 20 mA dạng tín hiệu tương tự chọn 1 modul AAM 11(Module vào dạng dòng áp loại có thể mở rộng dải đo) 5 đầu ra tương tự 4 – 20 mA, ta chọn 1 modul AAM 51 ( Module ra dạng dòng/áp) Các địa chỉ cụ thể cho các đầu đo: %Z021101 cho đầu vào đo mức 63L05.PV %Z021102 cho đầu vào đo lưu lượng 63F01.MV %Z021103 cho đầu ra điều khiển lưu lượng 63F01.PV %Z021104 cho đầu vào đo lưu lượng 63F02.MV %Z021105 cho đầu ra điều khiển lưu lượng 63F02.PV %Z021106 cho đầu vào đo lưu lượng 63F03.MV %Z021107 cho đầu ra điều khiển lưu lượng 63F03.PV +Đầu vào feedback của các Động cơ ( Khuấy và nghiền ): Đây là các đầu dạng số Có tổng số 14 đầu vào số kiểu công tắc nên chọn 1 modul ADM 11T (16 kênh kiểu đầu cuối dạng hộp ) Tương ứng có 14 đầu ra số kiểu công tắc nên ta chọn 1 module ADM51T (16 kênh kiểu đầu cuối dạng hộp) + Chọn Module thông tin: Vì các node được liên kết với nhau trên cùng một tủ KFCS nên ta không cần sử dụng bus ER cho các node ở xa, ta chỉ cần chọn module SB401 cho bus ESB với chế độ dự phòng kép. Do không kết nối với hệ thống phụ nên ta không cần quan tâm tới các module truyền thông. Bảng liệt kê tổng số các Module, FCU và module thông tin được sử dụng: Số TT Tên Số lượng Chức năng 1 AFS40D 2 Khối xử lý trung tâm FCU , có dự phòng 2 SB401 2 Module thông tin, có dự phòng 3 AAM 11 1 Module vào dòng/áp tương tự 4 AAM51 1 Module ra dòng/áp tương tự 5 ADM 11T 1 Module vào số dạng công tắc 6 ADM51T 1 Module ra số cho các động cơ * Hệ thống BUS : - Cáp YCB141 (loại 10BASE2 ): Dùng để nối các trạm HIS với nhau, nối Ethernet . loại 10BASE5 : Dùng để nối các trạm HIS với trạm FCS - Đầu cuối Bus điều khiển loại YCB149 - Cáp nối giữa FCS và hệ thống thiết bị trường thông minh thông qua RS485, RS 422 . + Cách đánh địa chỉ cho mạng Ethernet: Dùng phương pháp đánh địa chỉ IP gồm 32 bit, được chia làm 4 phần có dạng như sau: (0-255).(0-255).(0-255).(0-255) 8 bit đầu là địa chỉ của mạng diện rộng WAN 8 bit tiếp theo là địa chỉ của hệ thống (Vnet hay Ethernet) 8 bit sau đó là địa chỉ của vùng ( Domain) 8 bit cuối là địa chỉ của trạm Station Dạng chung của địa chỉ Ethernet của hệ thống là : 128.17.dd.ss Do đó địa chỉ cho công đoạn này là IP: 128.17.00.00 (do chỉ có một trạm và một miền duy nhất) + Cách đánh địa chỉ cho Vnet có dạng: 172.16.dd.ss Tương tự như trên 172 : Địa chỉ của WAN 16 : Địa chỉ Vnet dd : Địa chỉ khối ss : Địa chỉ trạm Đối với bài toán này thì địa chỉ là : 172.16.00.00 * Tủ đấu nối dây (AUX) Gồm các cầu đấu dây để nối các thiết bị hiện trường đưa về với các Modul vào ra của trạm FCS. Gồm các tủ đấu nối : AUX191, AUX192, AUX193 . 2.2 Sơ đồ kết nối các thiết bị: Sau khi đã chọn được các thiết bị phần cứng và cáp đấu nối cho bus hệ thống ta tiến hành đấu nối các thiết bị với nhau theo một kiến trúc tổng quát như hình dưới: HIS0163 HIS0164 Nguồn1 Card CPU CPU Card Nguồn2 PW401 RIO CP345 CP345 RIO PW401 AIP502 AIP502 ESB1 ESB1 SB301 SB301 FCU Vnet Ethernet AAM11 AAM AAM … EB SB Nguồn1 Nguồn2 11T 51T 401 401 ESB Bus Node1 s M Đấu dây trực tiếp 1 2 3 4 5 6 7 8 Dip Hình 2.4. Sơ đồ kết nối mạng cho công đoạn 3. Xây dựng cấu trúc phần mềm. 3.1 Sơ đồ thuật toán Thuật toán cho khâu đặt tỉ lệ bột được mô tả như hình dưới, trong đó người vận hành ban đầu phải tác động đặt tỉ lệ bột theo yêu cầu công nghệ, sau khi hệ thống làm việc thì có thể cho hệ thống làm việc tự động: no Tính toán tỉ lệ bột và khối lượng các loại bột yes Điều khiển lưu lượng bột ổn định? yes Thực hiện điều khiểu tự động Đặt tỉ lệ bột từ người vận hành Start Cho phép Cho phép thay đổi tỉ lệ Đủ 100% yes no hình 2.5. Thuật toán điều khiển cho công đoạn trộn bột Qúa trình công nghệ của ta ở đây là cần đo để điều khiển độ mở của van theo yêu cầu đặt về tỷ lệ bột. Từ đó ta thiết lập được sơ đồ thuật toán quá trình tính toán và khối lượng các loại bột như sau : Start Tính tổng lưu lượng đầu vào CPV = PV1 + PV2 + PV3 Xét CPV = 0 Tính độ mở các van % = CPV/PV *100 - ánh xạ vào bộ điều khiển PID - Đặt tín hiệu vào bộ chia tín hiệu - Hiển thị Tự động điều khiển Kết thúc Hình 2.6. Sơ đồ thuật toán tính toán tỷ lệ bột 3.2 tóm tắt nội dung thực hiện và kết quả sau khi thực hiện Test Function Trên FCS0101 xây dựng, liên kết các khối chức năng. + Hình 1 là sơ đồ kết nối cho khối điều khiển tỉ lệ bột + Hình 2 là sơ đồ kết nối cho các khối điều khiển động cơ + Hình 3 là sơ đồ kết nối cho khối tính toán khối lượng bột Trên HIS0164 xây dựng các trang giao diện, các khối faceplate và các trang đồ thị quan sát để mô hình hoá cho hệ thống và các thiết bị + Hình 4 là trang giao diện vận hành cho công đoạn trộn bột Hình 1. Khối điều khiển tỉ lệ bột trên FCS0101 Hình 2. Khối điều khiển động cơ trên FCS0101 Hình 3. Khối điều khiển tổng lượng bột trong FCS0101 Hình 4. Sơ đồ công nghệ vận hành trên HIS 4. Chức năng của hệ điều khiển giám sát cho công đoạn trộn bột * Mục đích yêu cầu: Khi thiết kế phần mềm CENTUM CS3000 cung cấp cho ta trang giao diện vận hành và giám sát, do vậy việc thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn trộn bột phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Quá trình vận hành phải được thực hiện một cách hoàn toàn tự động - Quá trình điều khiển tỉ lệ bột phải đúng qui trình công nghệ thực tế - Người vận hành có thể dễ dàng giám sát mọi quá trình diễn ra trên công đoạn này - Phát hiện sự cố để có phương án giải quyết kịp thời - Đáp ứng đầy đủ các yêu cầu vận hành như: thu thập , lưu trữ, hiển thị các số liệu, trao đổi tin tức, lập báo cáo… - Các trang giao diện phải thân thiện, linh hoạt và dễ dàng sử dụng Như vậy ta cần phải thiết kế hệ thống đảm bảo được các yêu cầu trên. Dưới đây là trang giao diện vận hành chính cho công đoạn này: Thiết kế trang giao diện vận hành Đối với hệ điều khiển giám sát, giao diện vận hành quan trọng nhất là sơ đồ công nghệ. Đây cũng là màm hình chính của quá trình điều khiển, trên giao diện này quá trình công nghệ được thể hiện bằng các hình ảnh trực quan. Đối với bài toán trộn bột theo tỉ lệ thì trang màn hình công nghệ thể hiện được các yếu tố sau: Hiển thị được tỉ lệ phần trăm nồng độ bột, bởi vì nồng độ bột phải được giám sát một cách chặt chẽ Hiển thị được lưu lượng bột đổ vào bể đối với mỗi loại bột Hiển thị được mức bột trong bể Các nút bấm để chuyển trang màn hình, các khối Faceplate để đặt các thông số điều khiển ngoài ra người vận hành còn biết được trạng thái hoạt động và tình trạng của thiết bị Giám sát được trạng thái hoạt động của các động cơ Đưa ra được các đồ thị quá trình cho các thông số Chức năng lưu trữ các số liệu Các số liệu quan trọng phải được lưu trữ chẳng hạn như lưu trữ khối lượng bột của các loại bột đã được trộn và tổng số lượng bột đã được trộn, do đó khi người vận hành giao ca có thể biết được lượng bột đã được trộn là bao nhiêu ở đây có hai loại lưu trữ là lưu trữ dạng bảng hoặc lưu trữ dạng đồ thị * Chức năng cảnh báo: Đưa ra các cảnh báo về lỗi truyền thông hoặc lỗi vận hành quá trình, chẳng hạn như các cảnh báo về dải điều khiển của nồng độ (0.8- 6%) hoặc các cảnh báo về điều khiển động cơ như cảnh báo mức dương ( khi MV=2 mà PV=0) mức âm ( khi MV=0 mà PV=2). Chức năng cảnh báo sẽ xuất hiện khi có lỗi về phần mềm hoặc thuật toán sai. * Chức năng xuất bản tin: Một hệ thống điều khiển và giám ngoài chức năng thu thu thập tự động thì còn phải có chức năng lập báo cáo tự động. Chức năng này hỗ trợ người vận hành thực hiện các công việc: lập tài liệu hệ thống, đưa ra các báo cáo về trạng thái hệ thống và hoạt động của người vận, cho phép soạn thảo và đưa ra các báo cáo về dữ liệu thu thập được. Kết luận Trong quá trình thực hiện đồ án này, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy các cô và đặc biệt là các thầy: Nguyễn Trinh Đường, Nguyễn Anh Tuấn, Hoàng Sỹ Hồng trong bộ môn Đo lường và tin học công nghiệp; Chúng em đã hoàn thành nhiệm vụ đề ra “ Nghiên cứu hệ điều khiển CENTUM CS3000 và ứng dụng trong công đoạn trộn bột nhà máy xeo Công ty giấy Bãi Bằng”. Kết quả đã thực hiện được các công việc sau: Hiểu rõ được hệ thống truyền tin công nghiệp Nghiên cứu hệ điều khiển phân tán CENTUM CS3000 của hãng YOKOGAWA Thiết kế được dự án trên phần mềm CENTUM CS3000 cho công đoạn trộn bột của nhà máy xeo Quá trình mô phỏng điều khiển cho khâu đặt tỉ lệ và trộn bột đúng với yêu cầu công nghệ đặt ra, hệ thống làm việc ổn định với mức độ tự động hoá cao và độ chính xác trong điều khiển cao. Hướng phát triển của đề tài: nếu được phát triển thêm chúng em nghĩ hoàn toàn có thể hoàn thiện hết các công đoạn trong nhà máy xeo công ty giấy Bãi Bằng hoặc bất cứ nhà máy nào khác sử dụng phần mềm điều khiển CENTUM CS3000. Tuy nhiên do điều kiện hạn chế về thiết bị phần cứng cùng với thời gian và năng lực có hạn, cộng với chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên đồ án này khó tránh khỏi những sai sót nhất định. Chúng em mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các thầy cô cùng các bạn sinh viên để sau này có thể hoàn thiện tốt hơn nữa. Chúng em xin trân thành cảm ơn. Một lần nữa chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy: Thầy Nguyễn Trinh Đường, Thầy Nguyễn Anh Tuấn và thầy Hoàng Sỹ Hồng đã luôn tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt bản đồ án này. Tài liệu tham khảo Yokogawa Electric Corpotion, Centum CS3000 Manuals. Hoàng Minh Sơn, “ Mạng truyền thông công nghiệp”, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 2001 Hoàng Minh Sơn, “ Giáo trình hệ điều khiển phân tán”, Bộ môn điều khiển tự động, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội năm 2001. Bùi Đăng Thảnh, “ Bài giảng môn học hệ thống thông tin đo lường”, Bộ môn Đo lường tin học công nghiệp năm 2001 Bùi Đăng Thảnh, “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển phân tán”, Luận văn tốt nghiệp cao học Việt Pháp 1997 Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hoà, Nguyễn Thị Vấn “ Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý, NXB Giáo dục Một số trang Web :