Đồ Án Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát SCADA trong công nghiệp xi măng

Sự phát triển và phối hợp không ngừng giữa công nghệ thông tin và công nghệ tự động hóa trong những năm gần đây đã tạo ra một dáng vẻ hoàn toàn mới cho mọi ngành sản xuất dịch vụ, nó cũng tạo ra sự chuyển biến cơ bản trong hướng đi cho các giải pháp tự động hóa công nghiệp. Xu hướng phân tán, mềm hóa và chuẩn hóa là ba trong nhiều đặc trưng cho sự thay đổi này.
Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu tự động (SCADA) không phải là một lĩnh vực kỹ nghệ hoàn toàn mới mà thực chất nó đã được phôi thai từ rất lâu (tiền thân là các hệ HMI thô sơ) và được kế thừa, chắt lọc, phát triển từ những thành tựu của các lĩnh vực kỹ thuật vi xử lý, kỹ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm.
Đặc điểm của nền sản xuất công nghiệp nước ta hiện nay là đi lên từ mức thô sơ, đơn giản nhưng đồng thời cũng tiếp thu ngay các công nghệ tự động hóa tiên tiến của thế giới, chính vì vậy bên cạnh xí nghiệp nhỏ mới tự động hóa từng bộ phận thì chúng ta có những nhà máy lớn có trình độ tự động hóa ở mức cao như nhà máy xi măng Hoàng thạch, Bút Sơn, Hà Tiên, nhà máy giấy Bãi Bằng, Tân Mai, nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Phú Mỹ, hệ thống điện Bắc – Nam, hệ thống khai thác dầu khí, các nhà máy sợi, dệt, bia, nước ngọt, hàng không, hàng hải.
Xi măng là một trong những ngành công nghiệp quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, các dự án cho ngành này cũng chiếm một tỷ trọng vốn lớn, nhưng với chiến lược lấy công nghiệp hóa, hiện đại hóa làm đòn bẩy cho sự phát triển kinh tế, nhà nước đã và sẽ chú trọng nhập các công nghệ tiên tiến của thế giới vì trong hoàn cảnh hiện nay nếu không đổi mới công nghệ, không ứng dụng công nghệ tự động hóa thì không thể tạo ra được những sản phẩm có chất lượng cao đáp ứng được thị trường trong và ngoài nước.


Mục lục
Chương I: Tổng quan về hệ SCADA trong công nghiệp . 6
1.1. Sự phân cấp của các hệ điều khiển TĐHQTCN . 6
1.2. Định nghĩa hệ SCADA . 8
1.3. Những khái niệm về hệ thống . 9
1.4. Giao diện người máy ( HMI ) 11
1.5. Giải pháp phần cứng ( Hardware Solutions ) . 11
1.6. Những thành phần của hệ thống 12
1.6.1. Remote terminal units . 12
1.6.2. Trạm chủ . 15
1.6.2.1. Phần mềm trạm chủ . 18
1.6.3. Hệ thống truyền thông trong công nghiệp . 18
1.6.3.1. Cấu trúc mạng – topology 18
1.6.3.1.1. Cấu trúc bus . 20
1.6.3.1.2. Cấu trúc hình sao . 23
1.6.3.1.3. Cấu trúc cây . 23
1.6.3.2. Các chuẩn truyền thông trong công nghiệp hiện nay . 24
1.6.3.2.1. Chuẩn IEC 60870-5 . 25
1.6.3.2.2. PROFIBUS 27
1.6.3.2.2.1. Kiến trúc giao thức 27
1.6.3.2.2.2. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn . 28
1.6.3.2.2.3. Truy nhập bus 31
1.6.3.2.3. Ethernet . 32
1.6.3.2.3.1. Kiến trúc giao thức 32
1.6.3.2.3.2. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn . 32
1.6.3.2.3.3. Cơ chế giao tiếp . 32
1.6.3.2.4. AS-I 33
1.6.3.2.4.1. Kiến trúc giao thức 34
1.6.3.2.4.2. Cơ chế giao tiếp . 35
1.7. Những xu hướng phát triển của SCADA . 35
1.8. Đảm bảo an ninh dữ liệu . 36
1.9. Một số màn hình SCADA của các hãng trong các quá trình công nghiệp . 37
Chương II: Tổng quan về quy trình công nghệ sản xuất xi măng 40
2.1. Công đoạn sản xuất xi măng . 40
2.1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ . 40
2.1.2. Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng . 41
2.1.3. Nghiền nguyên liệu . 42
2.1.4. Phân ly,tháp trao đổi nhiệt,sấy 43
2.1.4.1. Các thành phần phụ gia 43
2.1.4.1.1. Xỉ Pirit . 43
2.1.4.1.2. Thạch cao . 43
2.1.4.1.3. Than cám 3 . 44
2.1.4.1.4. Dầu MFO 100 . 44
2.1.5. Lò nung . 44
2.1.5.1. Thành phần chính của Clinker 45
2.1.5.2. Chế độ nhiệt độ của lò quay 46
2.1.6. Nghiền xi măng 47
2.1.7. Đóng bao xuất xi măng . 48
2.2. Các phương pháp sản xuất xi măng . 48
2.3. Đặc điểm kĩ thuật của các dây chuyền sản xuất xi măng . 49
2.3.1. Đặc điểm kĩ thuật của dây chuyền HT1 . 49
2.3.2. Đặc điểm kĩ thuật của dây chuyền HT2 . 50
Chương III: Giải pháp CEMAT của Siemens dựa trên nền PCS 7 cho các nhà máy sản xuất xi măng 51
3.1. Khái quát hệ thống điều khiển quá trình PCS 7 . 51
3.1.1. Tích hợp theo chiều ngang . 53
3.1.2. Tích hợp theo chiều dọc . 54
3.1.3. Sự tích hợp của các thiết bị cấp trường 54
3.1.4. Một hệ thống được tích hợp tổng thể 56
3.1.5. Một hệ thống mở hướng tương lai . 56
3.1.6. Một hệ thống linh hoạt và mềm dẻo . 57
3.1.7. Dự phòng ở tất cả các cấp 58
3.2. Ứng dụng hệ CEMAT trong công nghiệp sản xuất xi măng trên nền hệ thống điều khiển quá trình PCS 7 60
3.2.1. CEMAT mang lại những lợi thế nào ngoài các tính năng của hệ SIMATIC PCS7? 61
3.2.2. Một số nét nổi bật của CEMAT . 61
3.2.3. Khả năng tích hợp nhiều module công nghệ, làm cho việc sản xuất trở nên hiệu quả hơn 62
3.2.4. Những tiến bộ hiện nay của giải pháp CEMAT 62
3.2.5. Chức năng quản lý thông tin 63
3.2.6. CEMAT dựa trên tiêu chuẩn SIMATIC 63
3.2.7. Lợi thế của CEMAT 64
Chương IV: Xây dựng mô hình điều khiển giám sát cho hệ thống cung cấp nguyên liệu trước khi vào tháp gia nhiệt 65
4.1. Yêu cầu bài toán . 65
4.2. Các thiết bị dùng trong hệ thống 66
4.2.1. Loadcell 66
4.2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 67
4.2.1.2. Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell 67
4.2.2. Encoder . 68
4.2.3. Biến tần . 69
4.2.3.1. Nguyên tắc điều khiển của VLT 6000 69
4.2.3.2. Sơ đồ khối của biến tần 69
4.2.4. Cân băng định lượng . 71
4.2.4.1. Cấu tạo của hệ thống cân băng định lượng 71
4.2.4.2. Nguyên lý làm việc của cân băng định lượng 71
4.2.5. Tổng quan về PLC S7-300 . 75
4.2.5.1. Cấu trúc của S7-300 75
4.2.6. Tổng quan về WinCC 76
4.2.6.1. Các lĩnh vực ứng dụng 77
4.2.6.2. Các chức năng cơ bản của WinCC 78
4.2.6.2.1. Chương trình quản lý 78
4.2.6.2.2. Giao diện người sử dụng . 79
4.2.6.2.3. Hệ thông tin nhắn 80
4.2.6.2.4. Hệ thống thu thập 81
4.2.7. Chương trình điều khiển trên PLC 82
4.2.7.1. Trạm PLC số 1 82
4.2.7.1.1. Thành phần của trạm 82
4.2.7.1.2. Bảng đặt địa chỉ cho các đầu vào ra . 82
4.2.7.1.3. Sơ đồ đấu dây 82
4.2.7.1.4. Thuyết minh về quá trình hoạt động 86
4.2.7.2. Trạm PLC số 2 90
4.2.7.2.1. Thành phần của trạm 90
4.2.7.2.2. Bảng đặt địa chỉ cho các đầu vào ra . 91
4.2.7.2.3. Sơ đồ đấu dây . 91
4.2.8. Xây dựng giao diện điều khiển giám sát 94
4.2.8.1. Tổng quan chung về chương trình 94
4.2.8.2. Phụ lục chương trình điều khiển . 95