Điều khiển máy nghiền xi măng

Đoạn văn mô tả chi tiết hệ thống UPS Galaxy PW 50KVA, bao gồm các thành phần chính: bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu, các ắc quy và bảng điều khiển. Hệ thống được định danh là số 60005658 và được lắp đặt tại CCR (có lẽ là trung tâm điều khiển của nhà máy). Điện áp đầu vào là 3 pha 380V, được cấp từ tủ phân phối điện áp thấp 441LV211, cũng đặt tại CCR. Điện áp AC 3 pha đầu ra từ UPS được phân phối tới các tủ phân phối khác nhau (831UP001A01, 291UP001A01, 391UP001A01, 491UP001A01) để cấp điện cho các thiết bị quan trọng, bao gồm hệ thống điều khiển PLC, động cơ lò, động cơ nghiền xi măng và các máy cắt chính 6kV. Mô tả kỹ thuật này nhấn mạnh sự quan trọng của hệ thống UPS trong việc cung cấp nguồn điện ổn định cho các thiết bị cốt lõi của nhà máy xi măng, đảm bảo hoạt động liên tục của quá trình sản xuất.

Hệ thống UPS Galaxy PW 50KVA hoạt động trong hai chế độ chính: chế độ vận hành bình thường và chế độ vận hành sự cố. Trong chế độ bình thường, bộ charger chỉnh lưu nguồn điện áp xoay chiều ba pha đầu vào (AC Input) thành nguồn một chiều, cung cấp cho bộ nạp và nạp ắc quy, đồng thời qua bộ biến tần nghịch lưu thành nguồn xoay chiều ba pha 50Hz cho phụ tải. Trong chế độ sự cố, nếu bộ chỉnh lưu hỏng, nguồn đầu vào bị mất hoặc có lỗi thông số, bộ chỉnh lưu tự động ngắt và nguồn một chiều được cấp từ ắc quy dự phòng, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải. Thời gian duy trì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dung lượng ắc quy, tải trọng, nhiệt độ và tuổi thọ của ắc quy. Sự chuyển đổi giữa hai chế độ này tự động, đảm bảo tính liên tục và ổn định của nguồn điện cung cấp cho các thiết bị quan trọng trong nhà máy.

Việc lắp đặt, kết nối điện và các điều chỉnh của hệ thống UPS phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn chung và bản vẽ thiết kế. Chỉ những người được đào tạo bài bản mới được phép thực hiện các điều chỉnh tại chỗ, và phải có sự cho phép của quản đốc phân xưởng điện, trưởng phòng cơ điện, hoặc phó giám đốc cơ điện trở lên. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc đảm bảo an toàn và tuân thủ quy trình vận hành chuẩn trong việc duy trì hoạt động ổn định và an toàn của hệ thống UPS, một phần không thể thiếu trong hoạt động của nhà máy xi măng.

Nhà máy Xi măng Hải Phòng áp dụng phương pháp sản xuất xi măng khô với hệ thống lò nung hiện đại, có công suất thiết kế 3.300 tấn clinker/ngày. Thiết bị chính được cung cấp bởi hãng FLSmidth (Đan Mạch). Toàn bộ dây chuyền sản xuất được tự động hóa và cơ khí hóa cao, được điều khiển từ trung tâm điều hành chính và các trung tâm nhỏ hơn ở từng công đoạn. Hơn 700 điểm đo được giám sát và truyền dữ liệu về trung tâm điều khiển, hiển thị trên đồng hồ số và tự ghi. Người vận hành dựa vào các thông số này để điều chỉnh quá trình sản xuất. Phòng thí nghiệm (KCS) được trang bị hiện đại với hệ thống điều khiển chất lượng tự động, bao gồm máy tính và phổ kế Rơngen để phân tích nhanh thành phần hóa học của bột phối liệu, từ đó điều chỉnh tỉ lệ nguyên liệu cấp vào máy nghiền cho phù hợp. Đây là một hệ thống sản xuất tiên tiến, tích hợp nhiều công nghệ hiện đại nhằm đảm bảo chất lượng và hiệu suất cao.

Đá vôi, nguyên liệu chính, được khai thác với kích thước tối đa 1500mm và vận chuyển bằng ô tô tải trọng 30-32 tấn đến trạm đập đá. Đá vôi được đập sơ bộ bằng máy nghiền con lăn, sau đó được chuyển bằng băng tải năng suất 650T/h. Nguyên liệu được rải và trộn đều bằng máy rải theo phương pháp CHEVRON, tạo thành các đống cao tối đa 15m. Hệ thống điều khiển của máy rải đặt trong cabin kín để tránh bụi. Cầu cảng số 1 được trang bị cẩu cố định để bốc dỡ đất sét, silica, xỉ pirit và than từ xà lan. Có 2 két tiếp nhận: một cho vật liệu cần qua máy đập, một cho vật liệu không cần xử lý. Đất sét và silicat được đưa vào máy đập 2 trục (năng suất 200T/h mỗi trạm), sau đó chuyển đến kho chứa bằng băng tải cao su (năng suất 250T/h).

Bốn thành phần chính (bao gồm cả quặng sắt nếu độ ẩm >15%) được định lượng bằng cân và trộn đều trước khi đưa vào máy nghiền. Hệ thống QCX điều chỉnh tỉ lệ nguyên liệu. Băng tải và van kín khí được sử dụng để chuyển nguyên liệu vào máy nghiền, tránh thất thoát khí. Lưu lượng điện cấp vào máy nghiền được điều khiển tự động dựa trên áp suất và tải của hệ thống tuần hoàn. Bột liệu nghiền xong được chuyển vào silô đồng nhất nhờ hệ thống gầu nâng và máng khí động. Silô đồng nhất liên tục, sử dụng tấm khí động lực để phân phối đều bột liệu. Bột liệu được rút ra qua hai cửa có van điều chỉnh, sau đó vận chuyển đến hệ thống cấp liệu lò (năng suất 280T/h) Hệ thống này đảm bảo cấp liệu chính xác và đồng bộ với tốc độ quay của lò, với hệ thống hồi lưu để điều chỉnh cân và tăng độ đồng nhất.

Clinker được nung ở nhiệt độ khoảng 1450°C. Sau khi ra khỏi lò, clinker được làm nguội đột ngột bằng thiết bị làm nguội kiểu ghi (hiệu suất 65-70%), bao gồm các ghi (ngang và nghiêng) và quạt làm mát. Hệ thống ghi sử dụng truyền động thủy lực. Máy đập búa được bố trí ở cuối ghi để xử lý cỡ hạt clinker. Hệ thống giàn ghi đẩy clinker thành từng lớp, với khí lạnh thổi qua các dầm ngang làm nguội clinker nhanh chóng. Nhiệt độ clinker khi vào silô ủ khoảng 80-100°C. Module phần mềm FuzzyExpert Kiln Control (FLSmidth) điều khiển các thông số của lò nung như tốc độ lò, cấp liệu, nhiên liệu, và tốc độ quạt khí thải, đảm bảo chất lượng clinker, tiết kiệm nhiên liệu và năng suất cao. Module phần mềm FLS-ECS/FuzzyExpert Cooler Control điều khiển quá trình làm nguội, đảm bảo lớp clinker ổn định, nhiệt độ gió ổn định và tối ưu lượng khí làm nguội.

Thạch cao và phụ gia được lấy từ kho bằng băng xích cào Lateral Reclaimer (năng suất 80 tấn/h) và chuyển lên két chứa. Clinker và thạch cao được cấp vào máy nghiền xi măng bằng cân định lượng (độ chính xác 0,5%). Tỉ lệ nguyên liệu và năng suất được điều chỉnh tự động. Phụ gia được cấp riêng cho hệ thống nghiền sấy (năng suất 30 tấn/h). Máy nghiền đứng được sử dụng, với nguyên liệu không đạt chuẩn được hồi lưu. Xi măng nghiền mịn được vận chuyển đến thiết bị phân ly, sau đó đến cyclon lắng. Khí thải được lọc bụi. Xi măng được đóng bao từ silô chứa, qua cân quay và thiết bị trộn, với hệ thống cấp xi măng bột cố định tại cảng (năng suất 600 tấn/h, tải trọng tối đa 5000 tấn). Xi măng bột được vận chuyển bằng máng khí động và băng tải, với thiết bị cân để giám sát khối lượng.

Toàn bộ dữ liệu quá trình được quản lý bởi 2 server hoạt động dự phòng (redundancy). Các thay đổi được cập nhật trực tuyến mà không làm gián đoạn hệ thống. Truyền thông trên PROFIBUS sử dụng các bộ chuyển đổi giao thức (module ET-200/M, tủ MCC). Kết nối giữa các PLC sử dụng mạng Ethernet công nghiệp tốc độ cao (Fast Ethernet) với cáp quang, tốc độ truyền tối đa 100 Mbps. Các bộ điều khiển tại chỗ bao gồm biến tần, bộ điều chỉnh số, và bộ điều khiển chuyên dụng. Cấp hiện trường kết nối với cấp điều khiển qua PROFIBUS DP, đảm bảo thời gian thực. Giao tiếp giữa client và server sử dụng Ethernet và TCP/IP. Trạm kỹ thuật với phần mềm ECS/SmartStation tích hợp điều khiển quá trình. ECS/PlantGuide tích hợp, lưu trữ, phân tích, xử lý và báo cáo dữ liệu cho quản lý, hoạt động trên cấu trúc client/server. PlantGuide server làm gateway giữa mạng sản xuất và mạng văn phòng. PC client có thể truy cập thông tin, xem mimic, trend và báo cáo.

Hệ thống điều khiển và giám sát tại nhà máy Xi măng Hải Phòng được xây dựng trên kiến trúc client/server. Dữ liệu quá trình được quản lý bởi hai server hoạt động song song với tính năng dự phòng nóng (redundancy), đảm bảo tính khả dụng cao và liên tục. Tất cả các thay đổi về sơ đồ hay cơ sở dữ liệu đều được cập nhật trực tuyến trên cả hai server, ngăn ngừa gián đoạn hoạt động. Ngay cả khi một server gặp sự cố, server còn lại vẫn đảm nhiệm đầy đủ chức năng, và server bị lỗi sẽ tự động đồng bộ lại khi khởi động lại. Đây là một hệ thống hiện đại, đảm bảo độ tin cậy cao và khả năng quản lý hiệu quả dữ liệu sản xuất. Không có sự gián đoạn nào xảy ra trong quá trình thay đổi cấu hình hoặc cập nhật dữ liệu.

Truyền thông giữa các thiết bị hiện trường và cấp điều khiển sử dụng bus trường chuẩn PROFIBUS DP, đảm bảo đáp ứng thời gian thực cho các trao đổi thông tin. Đặc điểm của giao tiếp cấp hiện trường là các bản tin ngắn nhưng yêu cầu truyền tải nhanh và chính xác. Việc sử dụng PROFIBUS cho phép trao đổi thông tin một cách hiệu quả và nhanh chóng giữa các thiết bị. Kết nối giữa các PLC và giữa các PLC với cấp điều khiển giám sát được thực hiện qua mạng Ethernet công nghiệp tốc độ cao (Fast Ethernet) sử dụng cáp quang, đạt tốc độ truyền tối đa 100 Mbps. Giao thức mạng TCP/IP được sử dụng cho giao tiếp giữa client và server ở cấp điều khiển giám sát. Các thiết bị điều khiển tại chỗ bao gồm biến tần, bộ điều chỉnh số và bộ điều khiển chuyên dụng, phục vụ truyền thông trên PROFIBUS sử dụng các bộ chuyển đổi giao thức tương thích (các module vào/ra phân tán ET-200/M, tủ MCC).

Trạm kỹ thuật sử dụng phần mềm ECS/SmartStation là công cụ thiết kế, tích hợp và điều khiển quá trình công nghệ bằng cách lập trình PLC trực tuyến. Phần mềm này kết hợp với các tài liệu kỹ thuật quan trọng để hỗ trợ quá trình vận hành và bảo trì. ECS/PlantGuide có nhiệm vụ tích hợp, lưu trữ, phân tích, xử lý và báo cáo số liệu của nhà máy cho cấp quản lý. Đây là một hệ thống quản lý thông tin bằng máy tính trên cấu trúc client/server, cho phép truy cập dữ liệu quá trình và thống kê theo thời gian thực. Dữ liệu được lấy từ hệ thống điều khiển và lưu trữ trên server với dung lượng định trước, có khả năng di chuyển dễ dàng. PlantGuide hoạt động như một gateway giữa mạng sản xuất và mạng văn phòng, đảm bảo các PC client trong mạng văn phòng có thể truy cập tất cả thông tin cần thiết mà không gây nhiễu mạng sản xuất. Các báo cáo tự động và thủ công được tạo ra, hỗ trợ mô phỏng toàn diện cho việc tính toán chất lượng sản phẩm và tiên lượng hiệu quả của việc thay đổi thông số công nghệ.

Hệ thống bôi trơn con lăn máy nghiền liệu tại nhà máy Xi măng Hải Phòng đóng vai trò quan trọng trong quá trình nghiền. Hệ thống gồm ba con lăn hình trụ nối với nhau bởi gông trung tâm, ba trục nằm ngang và cách đều nhau 120 độ trên một bệ đỡ có khả năng di chuyển lên xuống. Các ổ trục con lăn hình cầu được cố định bằng vòng tròn hình nón để giảm độ giơ và tăng công suất tải. Khi hệ thống con lăn được hạ xuống (nhờ hệ thống bơm dầu và ba pitong thủy lực), lực nén ép và ma sát giữa con lăn và mặt bàn nghiền sẽ làm mịn vật liệu. Việc bôi trơn được thực hiện nhờ hệ thống bơm dầu và ba pitong thủy lực, giúp làm giảm ma sát và tăng tuổi thọ của các con lăn. Hệ thống tuần hoàn và trao đổi nhiệt dựa trên nhiệt độ trong téc dầu, điều khiển từ bảng điều khiển tại chỗ. Áp suất nghiền và vị trí con lăn được điều khiển bằng cách khởi động/dừng bơm thủy lực và đóng/mở van. Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý thủy lực, sử dụng bơm thủy lực để điều khiển áp suất và vị trí của con lăn.

Trước khi khởi động, hệ thống phải không có báo động. Khi nhiệt độ dầu trong téc vượt quá một giá trị nhất định và nút khởi động được nhấn, sau 30 giây, bơm cấp dầu và bơm hồi dầu sẽ hoạt động. Trong mỗi đường ống hồi dầu có đặt cảm biến đo áp lực chân không, điều khiển bơm cấp dầu. Tuần hoàn và trao đổi nhiệt dựa trên nhiệt độ trong téc dầu, điều khiển từ bảng điều khiển. Bơm thủy lực cấp dầu qua khối xi lanh; áp suất nghiền và vị trí con lăn được điều khiển bằng cách khởi động/dừng bơm thủy lực và đóng/mở van. Máy nghiền phải được khởi động khi con lăn được nâng lên để giảm mô men quán tính. Khi có lệnh nâng con lăn, bơm thủy lực hoạt động, tăng áp suất thủy lực. Khi áp suất vượt quá giá trị tối thiểu, van điện YO1 và YO2 nâng con lăn lên; khi đạt vị trí đỉnh, tín hiệu khởi động động cơ nghiền được phát ra. Bơm tuần hoàn dừng khi nhiệt độ dầu thấp hơn một giá trị nhất định. Hệ thống thủy lực chỉ hoạt động khi hệ thống sấy dầu ổn định. Hệ thống phải sẵn sàng, không có tín hiệu cảnh báo và nhiệt độ trong téc lớn hơn 17°C trước khi khởi động. Van lưu thông chính YO3 hoạt động khi hệ thống được cấp nguồn và lưu thông khi lỗi nguồn.

Hệ thống bôi trơn sử dụng PLC S7-300 đóng vai trò slave, được quản lý bởi một PLC S7-300 khác đóng vai trò master. PLC S7-400 quản lý chung cho toàn bộ công đoạn nghiền liệu, giúp giảm tải cho các PLC S7-300 và truyền dữ liệu lên cấp cao hơn. Bộ transmitter biến đổi tín hiệu cho đầu ra 4-20mA. Các cơ cấu chấp hành bao gồm động cơ, rơle, máy bơm và van điều khiển. Kết nối truyền thông giữa các thiết bị hiện trường và PLC S7-300 sử dụng bus trường chuẩn PROFIBUS DP, đảm bảo thời gian thực trong trao đổi thông tin. PROFIBUS được hỗ trợ bởi các bộ chuyển đổi giao thức tương thích (module vào/ra phân tán ET-200/M và tủ MCC). Kiến trúc điều khiển này cho phép giám sát và điều khiển hệ thống bôi trơn một cách chính xác và hiệu quả, đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định của máy nghiền liệu.