Luận văn Khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện trên nền simatic s7-300

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------------------------------------ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỔI BỤI LÒ HƠI CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÊN NỀN SIMATIC S7-300 Học viên: VŨ MẠNH LAI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN DOÃN PHƯỚC THÁI NGUYÊN 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ***** CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------------------------- THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Vũ Mạnh Lai Lớp: CHK9 Chuyên ngành: Tự động hoá Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Doãn Phước Ngày giao đề tài: 06/08/2008 Ngày hoàn thành: 15/03/2009 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS.TS: Nguyễn Doãn Phước HỌC VIÊN Vũ Mạnh Lai Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 Lời nói đầu Ngày nay, cùng hoà nhập với chủ trương công nghiệp hoá hiện đại hoá, ngành điện đóng một vai trò chủ đạo trong chiến lược phát triển kinh tế của cả nước. Tuy nhiên hiện nay năng lượng điện để sản xuất và tiêu dùng còn thiếu rất nhiều. Nhà nước, chính phủ Việt Nam đã có rất nhiều phương án để khắc phục vấn đề này như trong quy hoạch phát triển năng lượng điện chính phủ đã đưa ra danh mục xây dựng các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện và nâng cấp mở rộng các nhà máy điện hiện có. Đặc biệt cùng với sự hội nhập kinh tế thế giới các khu công nghiệp, chế xuất phát triển mạnh, đời sống nhân dân ngày càng cao do dó đã kéo theo nhu cầu sử dụng điện tăng đột biến. Vì vậy việc xây dựng, nâng cấp các nhà máy nhiệt điện được chính phủ quan tâm hàng đầu như : Xây dựng mở rộng nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2, Uông Bí 2, Ninh Bình…Xây dựng mới nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 1, Quảng Ninh 2, Cẩm Phả 1, Cẩm Phả 2, Mông Dương 1, Mông Dương 2, Sơn Động, Mạo Khê… Song song với việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện là việc bảo dưỡng, sửa chữa, nâng cấp nhà máy điện. Hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện là một trong những hệ thống đóng vai trò quan trọng bởi thổi bụi đều đặn để duy trì công suất hấp thụ nhiệt của các đường ống lò hơi, tăng hiệu suất truyền nhiệt của các đường ống sinh hơi, nâng cao tuổi thọ và năng suất lò hơi. Do hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện nước ta hiện nay phụ thuộc vào kỹ thuật nước ngoài, giá thành cao nên việc bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế gặp khó khăn. Vì vậy đề tài: “Khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện” thay thế hệ thống thổi bụi hiện tại trong tình trạng bị hỏng hoặc có nỗi phần mềm điều khiển không khắc phục được cần phải làm bởi làm được như vậy chắc giá thành sẽ rẻ hơn mà chúng ta hoàn chủ động trong việc bảo hành, sửa chữa mà không phụ thuộc vào chuyên gia nước ngoài. Cũng qua đó bản đồ án này đã được hoàn thành, mong muốn có thể từ đây Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 xây dựng được một hệ thống thổi bụi tại Việt Nam với đặc điểm kỹ thuật và giá thành hợp lý hơn. Trong thời gian làm luận văn, với những kiến thức được học trong nhà trường cùng với tài liệu tham khảo, sách, tạp chí ở ngoài chương trình học tập và đặc biệt nhờ có sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Doãn Phước, các thầy cô trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Đại học Bách khoa Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp mà tôi đã hoàn thành bản luận văn này. Tuy nhiên do kiến thức, khả năng còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp cho bản luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn ! Thái Nguyên, tháng 3 năm 2009 Tác giả Vũ Mạnh Lai Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................1 DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................5 Chương 1: Những vấn đề cơ bản của lò hơi 1.1. Vai trò của lò hơi trong nhà máy nhiệt điện......................................................6 1.2. Mô tả sơ lược đặc tính kỹ thuật lò hơi, máy thổi bụi nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2..........................................................................................................................8 1.3. Vai trò của máy thổi bụi trong nhà máy nhiệt điện.........................................15 1.4. Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển máy thổi bụi.............................................17 Chương 2: Máy thổi bụi 2.1. Mô tả chung máy thổi bụi................................................................................18 2.2. Mô tả cấu trúc máy thổi bụi.............................................................................19 2.3. Giới thiệu hoạt động máy thổi bụi...................................................................22 2.4. Thông số cơ chính máy thổi bụi......................................................................23 2.4.1. Thông số cơ chính máy thổi bụi ngắn (Wall Blower-WB)..........................23 2.4.2. Thông số cơ chính máy thổi bụi dài (Long Sootblower-LSB).....................25 2.5. Van điều khiển và nguyên tắc vận hành..........................................................27 2.5.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống van ..........................................................27 2.5.2. Thiết kế sơ đồ hệ thống van..........................................................................29 2.5.3. Chức năng các van........................................................................................31 2.5.4. Mô tả nguyên lý vận hành của hệ thống van................................................33 2.6. Bộ điều khiển điện truyền động tuyến tính Modat..........................................34 2.7. Cảm biến (Sensor áp và Sensor nhiệt).............................................................37 2.7. 1.Cảm biến áp suất (Sensor áp kiểu DMP 333)...............................................37 2.7.2. Cảm biến nhiệt độ (Sensor nhiệt - PT100)...................................................39 Chương 3: Giới thiệu PLC Simatic S7-300 3.1. Mở đầu.............................................................................................................43 3.2. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300...............................................................44 3.2.1. Giới thiệu PLC S7-300.................................................................................44 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 3.2.2. Giới thiệu các module PLC S7-300..............................................................44 3.2.3. Cấu trúc bộ nhớ CPU....................................................................................52 3.3. Phần mềm STEP 7...........................................................................................54 3.3.1. Chức năng của phần mềm STEP 7...............................................................54 3.3.2. Ngôn ngữ lập trình........................................................................................54 3.3.3. Các bước thực hiện để viết một chương trình điều khiển.............................55 Chương 4: Thiết kế trạm PLC, mạch lực và chương trình điều khiển cho hệ thống thổi bụi 4.1. Thiết lập bài toán điều khiển và trạm PLC......................................................58 4.1.1. Nguyên tắc hoạt động và các thành phần chính của hệ thống thổi bụi........58 4.1.2. Cấu hình trạm PLC.......................................................................................58 4.2. Cơ cấu chấp hành và mạch lực cho hệ thống thổi bụi.....................................61 4.2.1. Cơ cấu chấp hành..........................................................................................61 4.2.2. Mạch lực cho hệ thống thổi bụi....................................................................63 4.3. Tổng quát quá trình hoạt động và vận hành.....................................................63 4.3.1. Giới thiệu trình tự thổi bụi điển hình trong nhà máy nhiệt điện...................63 4.3.2. Mô tả quá trình hoạt động và vận hành........................................................64 4.3.3. Việc kiểm tra thông thường thiết bị làm việc và thiết bị dự phòng..............65 4.3.4. Các sự cố có thể xẩy ra trong hệ thống thổi bụi - Tình huống, nguyên nhân, tín hiệu liên động - bảo vệ, xử lý của người vận hành............................................67 4.3.5. Các biện pháp an toàn khi thổi bụi các bề mặt trao đổi nhiệt lò hơi.............68 4.4. Chương trình điều khiển hệ thống bằng phần mềm Step 7..............................69 KẾT LUẬN.............................................................................................................70 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................71 PHỤC LỤC...........................................................................................................72 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình1.1: Nguyên lý cấu tạo của lò hơi và hệ thống vòi thổi bụi Hình 1.2: Hình ảnh máy thổi bụi và nguyên lý làm sạch Hình 2.2: (a) Hình ảnh máy thổi bụi dài; (b) máy thổi bụi ngắn. Hình 2.3: Động cơ và hộp giảm tốc Hình 2.4: Gối đỡ ống lao Hình 2.5: Gối đỡ và hộp chèn ống lao Hình 2.6: Van hơi và cơ cấu đóng mở Hình 2.7: Hình ảnh máy thổi bụi và van hơi Hình 2.8: Nguyên lý làm việc của hệ thống van Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống van Hình 2.10: Hình ảnh actuators modact MT Hình 2.11: Cấu hình của actuator Hình 2.12: Đầu cảm biến áp lực Hình 2.13: Cảm biến đo nhiệt độ loại PT100 Hình 3.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình H ình 3.2: Cấu hình cứng của trạm PLC Hình 3.3: Hình ảnh modul CPU của PLC S7-300 Hình 3.4: Hình ảnh modul nguồn của PLC S7-300 Hình 3.5: Hình ảnh module cổng vào số của PLC S7-300 Hình 3.6: Hình ảnh module cổng ra số của PLC S7-300 Hình 3.7: Hình ảnh module cổng vào/ra số của PLC S7-300 Hình 3.8: Hình ảnh module cổng ra tương tự của PLC S7-300 Hình 3.9: Hình ảnh module FM của PLC S7-300 Hình 3.10: Hình ảnh module CP của PLC S7-300 Hình 3.11: Hình mô tả quy trình thực hiện chương trình điều khiển tuyến tính Hình 3.12: Cấu trúc một chương trình có cấu trúc Hình 4.1: Thông số kỹ thuật của modul SM 321 DI, SM 322 DO32xDC24V/0,5A. Hình 4.2: Cấu trúc trạm PLC của hệ thống điều khiển thổ bụi Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 Chương 1: Những vấn đề cơ bản của lò hơi 1.1. Vai trò của lò hơi trong nhà máy nhiệt điện. Lò hơi là thiết bị trong đó xẩy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra sẽ biến nước thành hơi, biến năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi. Lò hơi là thiết bị có mặt gần như trong tất cả các xí nghiệp, nhà máy, để sản xuất hơi nước để phục vụ cho quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện, phục vụ cho quá trình đun nấu, chưng cất các dung dịch, sấy sản phẩm trong quá trình công nghệ ở các nhà máy…Tuỳ thuộc vào nhiệm vụ của lò hơi trong sản xuất, ta có thể phân làm hai loại sau: Trong các nhà máy công nghiệp như nhà máy hoá chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến thực phẩm…, hơi nước phục vụ cho quá trình đun nấu, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy các sản phẩm…thường là hơi bão hoà. Áp suất hơi tương ứng với nhiệt độ bão hoà cần thiết cho quá trình công nghệ, loại lò hơi này được gọi là lò hơi công nghiệp, có áp suất hơi thấp, sản lượng nhỏ. Trong nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay tuốc bin, phục vụ cho sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao. Loại này được gọi là lò hơi nhà máy điện. Nhiên liệu đốt trong lò hơi có thể là nhiên liệu rắn như than, củi, bã mía, có thể là nhiên liệu lỏng như dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí. Hình 1.1 trình bày nguyên lý cấu tạo của lò hơi tuần hoàn tự nhiên trong nhà máy điện. Nhiên liệu và không khí được phun qua vòi phun số 1 vào buồng lửa số 2, tạo thành hỗn hợp cháy và được đốt cháy trong buồng lửa, nhiệt độ buồng lửa có thể đạt tới 19000C. Nhiệt lượng toả ra khi nhiên liệu cháy truyền cho nước trong dàn ống sinh hơi 3, nước tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành hơi bão hoà. Hơi bão hoà theo ống sinh hơi 3 đi lên, tập trung vào bao hơi số 5. Trong bao hơi số 5, hơi được phân ly ra khỏi nước, nước tiếp tục đi xuống theo ống xuống 4 đặt ngoài tường lò rồi lại sang ống sinh hơi số 3 để tiếp tục nhận nhiệt. Hơi bão hoà từ bao Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 hơi số 5 sẽ đi qua ống góp hơi số 6 vào các ống xoắn của bộ quá nhiệt số 7. Ở bộ quá nhiệt số 7, hơi bão hoà chuyển động trong các ống xoắn sẽ nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động phía ngoài ống để biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn và đi vào ống góp để sang tua bin hơi và biến đổi nhiệt năng thành cơ năng làm quay tua bin. Hình1.1. Nguyên lý cấu tạo của lò hơi và hệ thống vòi thổi bụi 1. Vòi phun nhiên liệu 6. Bộ quá nhiệt nửa bức xạ 13. Quạt khói 2.Buồng đốt 8. Ống hơi lên 14. Quạt gió 3. Phễu tro lạnh 9. Bộ qua nhiệt đối lưu 15. Bao hơi 4. Đáy thải xỉ 10. Bộ hâm nước 16. Ống nước xuống 5. Dàn ống sinh hơi 11. Bộ sấy không khí 17. Ống góp 6. Bộ quá nhiệt bức xạ 12. Bộ khử bụi Máy thổi bụi dài Máy thổi bụi ngắn Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 1.2. Mô tả sơ lược đặc tính kỹ thuật lò hơi, máy thổi bụi nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 thuộc loại lò một bao hơi, tuần hoàn tự nhiên, thông gió cân bằng, buồng lửa thải xỉ khô, quá nhiệt trung gian một cấp và áp lực dưới tới hạn, phù hợp cho việc lắp đặt ngoài trời. Lò hơi được thiết kế để đốt than bột với hệ thống phun than trực tiếp (không có kho than bột trung gian và các máy cấp than bột). - Đặc tính kỹ thuật của lò hơi ở phụ tải cực đại và định mức như sau: TT Chỉ tiêu thiết kế Đơn vị Trị số BMCR RO 1 Lưu lượng hơi quá nhiệt t/h 921,76 875,57 2 Áp lực bao hơi kg/cm2 189,4 187,5 3 Nhiệt độ bao hơi 0C 360 359 4 Áp lực hơi quá nhiệt kg/cm2 174,6 174,1 5 Nhiệt độ hơi quá nhiệt 0C 541 541 6 Lưu lượng hơi quá nhiệt trung gian t/h 814,86 776,9 7 Áp lực hơi vào bộ quá nhiệt trung gian kg/cm2 44,81 42,81 8 Nhiệt độ hơi vào bộ quá nhiệt trung gian 0C 348,1 344,1 9 Áp lực hơi ra bộ quá nhiệt trung gian kg/cm2 42,71 40,71 10 Nhiệt độ hơi ra bộ quá nhiệt trung gian 0C 541 541 11 Áp lực nước cấp vào bộ hâm nước kg/cm2 192,8 190,7 12 Nhiệt độ nước cấp vào bộ hâm nước 0C 262 259 13 Nhiệt độ nước cấp ra bộ hâm nước 0C 291 288 14 Tiêu hao nhiên liệu kg/h 131,119 125,257 15 Tổng các tổn thất % 11,63 11,5 16 Hiệu suất lò % 88,37 88,5 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 - Nhiên liệu chính là than antraxite từ 5 mỏ than khác nhau được trộn lẫn theo 1 tỉ lệ như sau: Than Cẩm Phả + Hòn Gai là 40 %, than Mạo Khê + Tràng Bạch là 40 %, than Vàng Danh là 20 %. Bình thường khi đốt than theo thiết kế, lò hơi có khả năng giảm tải tới 6 0 % phụ tải cực đại của lò hơi mà không cần phải kèm dầu. - Đặc tính kỹ thuật của than như sau: TT Chỉ tiêu phân tích Ký hiệu Trị số 1 Độ ẩm làm việc Wlv 9% 2 Chất bốc làm việc Vlv 4,8% 3 Đọ tro làm việc Alv 30,32% 4 Các bon cố định Ccđ 55,58% 5 Độ ẩm trong Wt 1,9% 6 Các bon làm việc Clv 56,5% 7 Hydro làm việc Hlv 1,415% 8 Nitơ làm việc Nlv 0,58% 9 Lưu huỳnh làm việc Slv 0,5% 10 Ô xy làm việc Olv 1,69% 11 Nhiệt trị cao Qc 5080 Kcal/kg 12 Nhiệt tri thấp làm việc Qtlv 4950 Kcal/kg 13 Hệ số nghiền HGI 66 14 Cỡ hạt - 0 - 18 mm 15 Tỷ trọng - 1,05 t/h - Dầu FO được sử dụng để khởi động lò, ổn định khi cháy kém và hỗ trợ khi ngừng lò bình thường. Các loại dầu FO có thể sử dụng được là dầu số 4, số 5, số 6 theo quy định phân cấp của ASTM. Khi chỉ đốt dầu, có thể nâng công suất lò hơi tới 30 % phụ tải cực đại. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 - Đặc tính kỹ thuật của dầu như sau: TT Chỉ tiêu chất lượng Đơn vị Trị số 1 Nhiệt trị cao Kcal/kg 10.000 ÷ 10.600 2 Tỷ trọng tai nhiệt độ 15oc Tấn/lít 0,96 ÷ 0,97 3 Độ nhớt tại 1000C cst 5 ÷ 20 4 Điểm chớp cháy 0C 66 5 Điểm đông đặc 0C -20 ÷ +26 6 Lưu huỳnh % 0,3 - 0,5 7 Nitơ % - 8 Các bon % 86 ÷ 90 9 Hyđro % 10 ÷ 12 10 Hàm lượng nước % 0,05 ÷ 2 11 Hàm lượng tro % 0,01 ÷ 0,1 - Buồng đốt được cấu tạo từ các dàn ống sinh hơi. Các ống sinh hơi được hàn với nhau bằng các thanh thép dẹt dọc theo 2 bên vách ống tạo thành các dàn ống kín. Các dàn ống sinh hơi tường trước và tường sau ở giữa tạo thành vai lò, phía dưới tạo thành các phễu tro lạnh. Phía trên buồng đốt, các dàn ống sinh hơi tường sau tạo thành phần lồi khí động. Trên bề mặt ống sinh hơi vùng rộng của buồng đốt từ dưới vai lò tới trên phễu lạnh được gắn gạch chịu nhiệt tạo thành vùng đai đốt bảo vệ bề mặt ống. - Để ổn định tuần hoàn, các dàn ống sinh hơi được chia thành 20 vòng tuần hoàn nhỏ. Từ bao hơi, nước theo 4 đường ống nước xuống, phân chia đi vào 20 ống góp dưới trước khi vào các dàn ống sinh hơi. Hỗn hợp hơi nước bốc lên từ các dàn ống sinh hơi tường 2 bên lò tập trung vào các ống góp trên 2 bên sườn trần lò, từ các dàn ống sinh hơi tường trước tập trung vào các ống góp trên tường trước và Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 từ các dàn ống sinh hơi tường sau tập trung vào các ống góp trên tường tường sau của lò. Từ các ống góp này hỗn hợp hơi nước đi vào bao hơi bằng 50 đường ống lên. - Theo chiều ra đường khói, phía trên buồng đốt và trên đường khói nằm ngang bố trí lần lượt các bộ quá nhiệt cấp 2, bộ quá nhiệt cuối cùng, và phần sau của bộ quá nhiệt trung gian. Phần đường khói đi xuống được chia thành 2 đường, trước và sau, được phân cách bởi dàn ống phân cách đầu vào bộ quá nhiệt cấp 1. Đường trước đặt phần đầu bộ quá nhiệt trung gian, đường sau đặt bộ quá nhiệt cấp 1. Lưu lượng khói đi vào 2 đường này có thể điều chỉnh được nhờ các tấm chắn điện - thuỷ lực trên đường khói ra sau bộ hâm nước. - Phía dưới bộ quá nhiệt trung gian và bộ quá nhiệt cấp 1 là bộ hâm nước. Bộ hâm nước thuộc loại chưa sôi, có cánh tản nhiệt và chia thành 2 phần. Một phần đặt dưới bộ quá nhiệt trung gian còn phần kia đặt dưới bộ quá nhiệt cấp 1. Ra khỏi bộ hâm nước, dòng khói chia đều thành 2 đường đi vào 2 bộ sấy không khí kiểu quay, hồi nhiệt. - Hệ thống vòi đốt của mỗi lò hơi bao gồm: + 4 vòi đốt dầu khởi động bố trí ở tường trước phía trên phễu tro lạnh. Các vòi này chỉ sử dụng khi khởi động lò hơi từ trạng thái lạnh. + 16 vòi đốt dầu chính bố trí xen kẽ với các vòi đốt than bột trên các vai lò, 8 vòi phía trước và 8 vòi phía sau. Chúng được sử dụng để bắt cháy các vòi đốt than bột, hỗ trợ khi lò cháy kém, khi ngừng lò bình thường và khởi động lò hơi từ các trạng thái ấm, nóng và rất nóng. + 16 bộ vòi đốt than bột loại đặt chúc xuống (Downshot) bố trí đều trên các vai lò trước và sau, chúng bao gồm 16 bộ phân ly dạng cyclone, phân ly hỗn hợp than bột - gió cấp 1. Phần lớn dòng than bột được phân ly xuống dưới tới 32 vòi đốt chính phía trong vai lò, còn lại dòng hỗn hợp than bột quá mịn thoát ra khỏi bộ phân ly phía trên sẽ tới 32 vòi đốt phụ phía ngoài vai lò. - Hệ thống nghiền than cho 1 lò hơi gồm 4 máy nghiền bi, loại 2 đầu kép, sấy và vận chuyển than bột bằng gió nóng cấp 1. Năng suất của máy nghiền đảm Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 bảo đủ than bột cho lò hơi vận hành ở phụ tải cực đại, liên tục, kể cả trong trường hợp chỉ 3 máy nghiền làm việc. - Mỗi lò hơi được trang bị 2 bộ sấy không khí quay hồi nhiệt, 2 bộ sấy không khí dùng hơi, 2 quạt gió ch ính, 2 quạt gió cấp1 và 2 quạt khói. Chúng được bố trí theo sơ đồ hệ thống làm việc song song. Mỗi thiết bị có công suất làm việc tối thiểu bằng 50% công suất của hệ thống. - Hai bộ lọc bụi tĩnh điện được trang bị cho mỗi lò, chúng được đặt sau bộ sấy không khí quay hồi nhiệt và phía trước quạt khói. Chúng lọc bụi trong khói đảm bảo nồng độ bụi thấp hơn 100 mg/m3 trước khi thải ra môi trường. - Sau các quạt khói, mỗi lò hơi được lắp đặt một hệ thống khử S02 trong khói ( FGD). Hệ thống FGD có nhiệm vụ làm giảm hàm lượng S02 trong khói xuống < 500 mg/m3 trước khi thải ra môi trường. Một đường khói đi tắt qua hệ thống FGD có khả năng cho đi tắt 100% lượng khói thoát ra từ lò hơi để đảm bảo cho lò hơi vẫn vận hành bình thường khi hệ thống FGD không làm việc. - Lò hơi áp dụng phân ly hơi dạng cyclone. Bao hơi loại không phân ngăn, đường kính trong 1830 mm, chiều dài phần song song 14100 mm và chiều dày trung bình 180 mm. Mức nước trung bình trong bao hơi cao hơn so với đường trục hình học bao hơi là 51 mm. - Trong bao hơi lắp đặt 98 bộ phân ly hơi dạng cyclone thành 3 hàng, 1 hàng phía trước và 2 hàng phía sau. Hỗn hợp hơi nước từ các đường ống lên đi vào các cyclone, tại đây n ước được phân ly xuống dưới vào khoang nước, hơi được phân ly lên trên vào khoang hơi của bao hơi và bốc hơi theo các đường hơi bão hoà sang bộ quá nhiệt. - Để đảm bảo chất lượng hơi bão hoà trước khi sang bộ quá nhiệt, trong bao hơi trang bị 2 cấp rửa h ơi, cấp thứ nhất là các tấm lỗ đặt ngay trên các cyclone, cấp thứ 2 là các tấm cửa chớp đặt trên đỉnh bao hơi trước các đầu vào đường ống hơi bão hoà. - Bộ quá nhiệt của lò hơi thuộc loại nửa bức xạ, nửa đối lưu. Theo đường hơi ra, bộ quá nhiệt bao gồm các bề mặt chịu nhiệt sau đây: Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 • Dàn quá nhiệt trần. • Bộ quá nhiệt hộp. • Vách phân cách đầu vào bộ quá nhiệt cấp 1 • Bộ quá nhiệt cấp 1. • Bộ quá nhiệt cấp 2. • Bộ quá nhiệt cuối cùng. Để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt, sử dụng 2 cấp giảm ôn loại hỗn hợp. Bộ giảm ôn cấp 1 đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 1 và bộ quá nhiệt cấp 2, bộ giảm ôn cấp 2 đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 2 và bộ quá nhiệt cuối cùng. Nước phun giảm ôn được lấy từ đầu đẩy bơm cấp lò hơi. - Lò hơi được trang bị 1 bộ quá nhiệt trung gian để tăng nhiệt độ hơi t rước khi vào phần trung áp của tua bin. 1 bộ giảm ôn loại hỗn hợp được đặt trên đường tái nhiệt lạnh (đầu vào bộ quá nhiệt trung gian) để điều chỉnh nhiệt độ hơi ra khỏi bộ quá nhiệt trung gian theo đúng yêu cầu. - Lò hơi được lắp đặt một hệ thống thải xỉ đáy lò loại định kỳ, kiểu ư ớt, dung tích thuyền xỉ là 75 m 3, chứa được xỉ trong khoảng 6 giờ ứng với công suất cực đại của lò hơi. Một hệ thống thải tro bay bao gồm các phễu tro bay bộ sấy không khí, các phễu tro bay bộ lọc bụi tĩnh điện, hệ thống hút tro chân không và các silô chứa tro bay. - Để làm sạch các bề mặt trao đổi nhiệt, lò hơi được trang bị các thiết bị thổi bụi như sau: • Đối với các dàn ống sinh hơi buồng lửa, dùng vòi thổi bụi ngắn có thể co lại (Loại IR-3D của hãng Diamond Power International inc) , bố trí xung quanh lò. • Đối với các bộ quá nhiệt, bộ quá nhiệt trung gian, bộ hâm, bộ sấy không khí, dùng vòi thổi bụi loại dài (Loại IK-545 của hãng Diamond Power International inc), bố trí ở tường 2 bên. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 - Để giám sát buồng lửa, 6 bộ camara được lắp đặt, 4 bộ ở 4 góc lò, 2 bộ ở 2 tường bên phễu tro lạnh đáy lò. Các thiết bị giám sát ngọn lửa bố trí cạnh từng vòi đốt, các cửa thăm xung quanh lò... - Đặc tính kỹ thuật các vòi thổi bụi: Nhà chế tạo Diamond Power International inc * Loại vòi thổi bụi IR-3D Vị trí lắp đặt Buồng lửa Số lượng 20 Số lỗ phun 01 Đường kính lỗ 25,4mm Áp lực thổi 14,0 kg/cm2 Góc quay 3600C Vận tốc quay 2,5V/phút Thời gian/chu trình thổi 19,9 phút Lưu lượng hơi/chu trình thổi 556kg Vật liệu đầu vòi phun ZG 45 Cr14 N 135 Mn 2 * Loại vòi thổi bụi IK-545 Vị trí lắp đặt ở giữa bộ quá nhiệt cấp 2 Số lượng 02 Số vòi phun 02 Đường kính vòi phun 25,4mm Áp lực thổi 16,7 kg/cm2 Tổng hành trình 9812mm Hành trình thổi 9508mm Tốc độ hành trình 0,0417m/s Helic (đường xoắn ốc) 100mm Thời gian/chu trình thổi 15,4 phút Lưu lượng hơi/chu trình thổi 1370kg Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 Vật liệu đầu vòi INCOLOY 925 Vị trí lắp đặt Phía trên của bộ quá nhiệt cấp 2 Số lượng 02 Số lỗ phun 02 Đường kính lỗ 31,75mm Áp lực thổi 15,6 kg/cm2 Tổng hành trình 9812mm Hành trình thổi 9508mm Vận tốc hành trình 0,0417m/s Helix (đường xoắn ốc) 100mm Thời gian/chu trình thổi 15,4 phút Lưu lượng hơi/chu trình thổi 1736kg Vật liệu đầu vòi phun B&W 6330 1.3. Vai trò của máy thổi bụi trong nhà máy nhiệt điện. Khi đốt nhiên liệu rắn có chứa các khoáng chất thì trên bề mặt chịu nhiệt sẽ có các lớp tro xỉ tích tụ. Tuỳ theo vị trí tích tụ mà tro xỉ được chia làm 3 loại: Tro xỉ của các dàn ống trao đổi nhiệt bức xạ, tro xỉ của bề mặt trao đổi nhiệt nửa bức xạ và tro xỉ của các bề mặt trao đổi nhiệt đối lưu. Dựa vào độ bền cơ học mà các lớp tro xỉ tích tụ có thể chia làm 4 loại: Tro, xỉ xốp, xỉ chắc và xỉ chảy. Quá trình tạo thành các lớp tro xỉ tích tụ trên bề mặt chịu nhiệt như sau: Đầu tiên hình thành lớp tích tụ nguyên thuỷ, lớp này lớn dần lên do có thêm tro bụi bám vào, nhiệt độ của lớp này gần bằng nhiệt độ khói vùng đó, tiếp đến xuất hiện lớp thứ cấp có dạng như răng lược và lớp này phát triển lên, tức là bị đóng xỉ. Để khắc phục sự tích tụ tro xỉ trên bề mặt trao đổi nhiệt thì lò hơi của nhà máy nhiệt điện trang bị hệ thống thổi bụi. Hệ thống thổi bụi được thiết kế để làm sạch các bề mặt ngoài của các ống (sinh hơi) tường buồng lửa, bộ quá nhiệt, bộ hâm, bộ sấy không khí đảm bảo không có tro xỉ tích tụ (xem hình 1.2). Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 Hình 1.2. Hình ảnh máy thổi bụi và nguyên lý làm sạch Do khói có hàm lượng bụi cao và nhiệt độ lớn, nên các dàn ống trao đổi nhiệt dễ bị bám bụi. Các vòi thổi bụi được thiết kế để thổi bụi từ quá trình cháy và làm cho chúng phân tán trong dòng khói. Thổi bụi đều đặn là cần thiết để duy trì công suất hấp thụ nhiệt của các đường ống lò hơi và để tránh sự liên kết của xỉ được hình thành qua các bề mặt ống và tránh tăng trở lực đường khói. Để đạt được điều này, các vòi thổi bụi được vận hành tự động theo nhóm hoặc riêng rẽ bằng bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) trong tuần tự, mà tuần tự này duy trì bề mặt ống phía ngoài được sạch trong giới hạn cho phép. Việc cung cấp hơi cho các vòi thổi bụi được lấy từ ống góp đầu vào của bộ quá nhiệt cuối cùng và được giảm áp bằng van cung cấp hơi thổi bụi. Áp lực hơi cho mỗi vòi thổi bụi có thể được điều chỉnh riêng bằng 1 bộ điều chỉnh áp lực trên mỗi van thổi. Để đầu vòi thổi bụi xuyên qua tường lò hơi mà lại ngăn chặn khói thoát ra môi trường nơi lắp đặt vòi thổi bụi thì lò hơi của nhà máy nhiệt điện trang bị một hộp chèn có tác dụng điều áp, khí chèn được lấy từ quạt gió chèn vòi thổi bụi. Thường lò hơi của nhà máy nhiệt điện trang bị hệ thống thổi bụi gồm 2 loại vòi thổi bụi: - Loại vòi thổi bụi ngắn có thể co lại được (được lắp đặt ở tường buồng lửa) - Loại vòi thổi bụi dài có thể co lại được (được lắp đặt ở bộ qua nhiệt, bộ hâm, bộ sấy…) Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 1.4. Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển máy thổi bụi Hệ thống điều khiển máy thổi bụi là một hệ thống rất quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng hoạt động và hiệu suất của lò hơi. Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển là điều khiển máy thổi bụi đưa vòi thổi và hơi thổi vào lò hơi để làm bề mặt ống phía ngoài của các ống sinh hơi trong giới hạn cho phép. Để đạt được điều này, hệ thống được thiết kế thực hiện các yêu cầu sau: - Điều khiển động cơ để đóng mở van - Điều khiển động cơ máy thổi bụi - Đảm bảo tất cả các thông chính của quá trình (áp suất, nhiệt độ hơi thổi, thời gian ...) duy trì trong thời gian an toàn. - Điều khiển phối hợp các thành phần phải được thực hiện để tự động điều khiển máy thổi bụi và van cấp hơi cho máy thổi theo sự thay đổi của phụ tải. - Các vòng điều khiển sẽ tự động thoát khỏi chế độ tự động sẽ nhảy về chế độ vận hành bằng tay và ra thông báo sự cố tuỳ thuộc vào tình trạng lỗi xảy ra như lỗi ở bộ phận chấp hành, lỗi truyền tín hiệu và các tín hiệu bảo vệ. - Các môđun chấp hành điện có các công tắc trong bảng với các điều kiện logic bảo vệ và tắt bật các tín hiệu, khả năng khoá thiết bị động lực khi có nỗi nguồn. - Khả năng điều khiển phù hợp thiết bị động lực trong điều kiện khắc nghiệt nhất. - Giám sát độ lệch và dự phòng hệ thống truyền tín hiệu. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 Chương 2: Máy thổi bụi 2.1. Mô tả chung máy thổi bụi Máy thổi bụi là một phần của hệ thống lò hơi, những bề mặt đốt nóng bị bám bẩn được làm sạch trong quá trình hoạt động của lò hơi. Các máy thổi bụi được điều chỉnh theo các điều kiện vận hành trong hệ thống lò hơi. Mỗi máy thổi bụi được thiết kế riêng theo yêu cầu đặt ra: + Sự bố trí + Áp suất khói lò + Nhiệt độ khói lò + Hình dáng bề mặt làm sạch + Các thông số môi chất để làm sạch + Các yêu cầu về điều khiển Máy thổi bụi được nhiều hãng trên thế giới sản xuất với những công nghệ đặc thù riêng nhưng về cấu tạo, nguyên lý cơ bản đều như nhau, bao gồm các thành phần chính như: Động cơ và hộp giảm tốc, vòi thổi bụi (ống lao), gối đỡ và hộp chèn ống lao, van hơi và cơ cấu đóng mở… Hình 2.1 mô tả cấu tạo, nguyên lý cơ bản của máy thổi bụi, hình 2.2 là hình ảnh máy thổi bụi dài và máy thổi bụi ngắn. Hình 2.1: Mô tả cấu tạo, nguyên lý cơ bản của máy thổi bụi M Van tay Hơi thổi Vòi thổi bụi Động cơ máy thổi Công tắc hành trình Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 a. Máy thổi bụi dài (LSB) b. Máy thổi bụi ngắn (WB) Hình 2.2 2.2. Mô tả cấu trúc máy thổi bụi Động cơ và hộp giảm tốc là một khối liền, kiểu kín, toàn bộ hộp giảm tốc được bôi trơn dầu và có mắt dầu để theo dõi mức dầu bôi trơn. Cụm chuyền động quay làm quay máy thổi khi khởi động, kiểu chuyền động bánh răng, trục được đỡ bằng các vòng bi, đảm bảo sự chuyển động chính xác, không mắc kẹt, không gây ồn. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 Sau hộp giảm tốc là trục chính, hệ truyền động kiểu trục vít và đai ốc. Hệ truyền động này làm tịnh tiến cả cụm máy, đảm bảo sự chuyển động chính xác, không ồn. Hình 2.3: Động cơ và hộp giảm tốc Ống dẫn hướng: toàn bộ cụm bánh răng và hộp số được lắp trên một tấm đỡ chung. Có hai ống dẫn hướng được lắp chéo nhau, nằm giữa hai tấm đỡ trước và sau, giúp cho việc dẫn đường cho vòi phun và cụm chuyển động dịch chuyển đúng hướng, ma sát tối thiểu. Ống lao và vòi thổi: Vật liệu của ống lao và vòi thổi làm từ thép hợp kim đảm bảo cho máy thổi bụi hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao tới hàng nghìn độ. Gối đỡ được đặt ở hai phía, một trên tấm đỡ phía trước, một trên tấm đỡ chung di động. Như vậy giảm tối đa ma sát khi quay và tịnh tiến, tăng khả năng chống rung ở đầu phun. Hình 2.4: Gối đỡ ống lao Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 Ống cấp hơi, gioăng và bích chèn: Bích chèn và gioăng vừa chịu được nhiệt độ cao của hơi và áp suất cao, đảm bảo kín hơi trong quá trình thổi. Độ chặt có thể điều chỉnh nhờ cặp bu lông vít hai bên. Hình 2.5: Gối đỡ và hộp chèn ống lao Đường cấp gió chèn: Đối với trường hợp máy thổi bụi đặt ở lò hơi có áp suất dương, nó được lắp thêm bộ phận dẫn gió chèn, bao gồm đường ống và van cầu gạt tay gần hộp nối tường lò. Nó luôn thổi vào lò với một áp suất lớn hơn áp suất trong lò, vừa có tác dụng không cho khói lò rò ra ngoài vừa có tác dụng làm mát hộp nối tường lò. Hình 2.6: Van hơi và cơ cấu đóng mở Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 Van hơi, van xả, cơ cấu đóng mở, cơ cấu điều chỉnh áp suất cho phép người sử dụng chỉnh áp suất theo yêu cầu thực tế ở từng vị trí lắp đặt. Thân van được làm từ thép hợp kim đảm bảo hoạt động ở môi trường áp suất và nhiệt độ cao. Cơ cấu đóng mở được lắp trên thân van, có kết cấu cam và cánh tay đòn. Van đóng mở thông qua hành trình của máy thổi và các công tắc gạt đặt trên một thanh dọc hành trình. Toàn bộ máy thổi được che kín chống bụi bám, không có hiện tượng mắc kẹt khi hoạt động, thiết bị được mạ kẽm, chống han rỉ, có độ bền cao. Hình 2.7: Hình ảnh máy thổi bụi và van hơi 2.3. Giới thiệu hoạt động máy thổi bụi Máy thổi bụi khi hoạt động đưa đầu thổi có gắn vòi vào lò hơi theo hướng trục, đồng thời xoay xung quanh trục của nó. Như vậy đầu thổi thực hiện một chuyển động xoắn ốc. Các bề mặt được đốt nóng trong lò được làm sạch nhờ môi chất thổi ra từ đầu vòi (môi chất là hơi lấy từ ống góp đầu vào của bộ quá nhiệt cuối cùng). Mức tiêu hao môi chất thổi phụ thuộc vào các thông số thiết kế: áp suất môi chất thổi, số vòi thổi, đường kính vòi thổi, thời gian thổi… Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 2.4. Thông số cơ chính máy thổi bụi (Nhà sản xuất Rosink). 2.4.1. Thông số cơ chính máy thổi bụi ngắn (Wall Blower-WB) STT Đặc tính 1 Số SX Số theo KKS R0307011 WB 2 Các điều kiện của khói Nhiệt độ khói max 1000 0C 3 Môi chất thổi hơi Nhiệt độ làm việc 400 0C Áp suất làm việc 44 bar Áp suất thổi đề xuất 10 bar Nhiệt độ max 400 0C Áp suất sơ cấp max 44 bar Áp suất thổi max 16 bar Mức tiêu thụ 29 Kg/phút Tổng tiêu thụ 260 Kg 4 Các thông số vận hành Chiều dài hành trình 3800 Góc thổi 3600 Thời gian chạy 5,7 phút Thời gian thổi 5,1 phút 5 Các kích thước chính Dài 1415 mm Rộng 575 mm Cao 650 mm Khoảng cách trọng tâm đến tường lò -904 mm Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 Trọng lượng 350 kg 6 Ống thổi Ống ∅88,9 x 993 mm Đầu vòi 2 x ∅16 mm Vật liệu ống thổi 253MA Vật liệu vòi thổi 1.4742 7 Hộp tường lò Loại Chiều dài 170 mm 8 Van thổi Đường kính DN80 Áp suất PN100 Vật liệu thân van GS17CrMo55 Kiểu vận hành Cơ khí 9 Động cơ và hộp giảm tốc Nhà sản xuất KOB Kiểu G2.2BDL71G42.WEC1 Kiểu lắp B14/1800 Điện áp 230/400 V Tần số 50 Hz Công suất 0,37 KW Vận tốc 28 v/ph Cấp bảo vệ IP55 Dầu bôi trơn USA VG220 Lượng dầu 500 cm3 10 Công tắc hành trình Nhà sản xuất Schmersa Mã sản xuất Z4PH-335-11Z Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 Chức năng đóng O OS Điện áp làm việc 500 V Dòng chịu max 4 A Cấp bảo vệ IP67 11 Gió chèn Áp suất Khói lò +5 mBar 2.4.2. Thông số cơ chính máy thổi bụi dài (Long Sootblower-LSB) STT Đặc tính 1 Số SX Số theo KKS R0307021 LSB1 2 Các điều kiện của khói Áp suất dương Nhiệt độ khói max 1000 0C 3 Môi chất thổi hơi Nhiệt độ làm việc 400 0C Áp suất làm việc 44 bar Áp suất thổi đề xuất 10 bar Nhiệt độ max 400 0C Áp suất sơ cấp max 44 bar Áp suất thổi max 16 bar Mức tiêu thụ 10 bar 57,3 Kg/phút Tổng tiêu thụ 10 bar 292 Kg 4 Các thông số vận hành Chiều dài hành trình 3800 Góc thổi 3600 Thời gian chạy 5,7 phút Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 Thời gian thổi 5,1 phút 5 Các kích thước chính Dài 5530 mm Rộng 550 mm Cao 743 mm Khoảng cách trọng tâm đến tường lò -3650 mm Trọng lượng 1000 kg 6 Ống thổi Ống ∅88,9 x 4963 mm Đầu vòi 2 x ∅22,5 mm Vật liệu ống thổi 1.7335 Vật liệu vòi thổi 1.4742 7 Hộp tường lò Loại Chiều dài 300 mm 8 Van thổi Đường kính DN80 Áp suất PN100 Vật liệu thân van GS17CrMo55 Kiểu vận hành Cơ khí 9 Động cơ và hộp giảm tốc Nhà sản xuất KOB Kiểu G2.2BDL71G42.WEC1 Kiểu lắp EL1 Điện áp 230/400 V Tần số 50 Hz Công suất 0,75 KW Vận tốc 7,6 v/ph Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 Cấp bảo vệ IP55 Dầu bôi trơn USA VG220 Lượng dầu 2600 cm3 10 Công tắc hành trình Nhà sản xuất Schmersa Mã sản xuất Z4PH-335-11Z Chức năng đóng O OS Điện áp làm việc 500 V Dòng chịu max 4 A Cấp bảo vệ IP67 11 Gió chèn Áp suất Khói lò +5 mBar 2.5. Van điều khiển và nguyên tắc vận hành 2.5.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống van Hệ thống van làm việc theo chu trình làm việc của hệ thống thổi bụi và được điều khiển bằng hệ thống điều khiển PLC. Chu trình thổi bụi được điều khiển bằng hệ thống điều khiển vòi thổi bụi, bắt đầu mở van hơi riêng và van xả, tiếp theo mở van đầu vào của hơi thổi bụi chính để nhận hơi và sấy ấm tất cả các đường ống, nước đọng được xả tới bình xả lò hơi. Khi nhiệt độ của đường xả được đo bằng phần tử nhiệt độ (cảm biến nhiệt độ) tăng tới điểm đặt thì van xả nước đọng đóng lại và nước đọng sau đó sẽ chảy tới bình xả của lò hơi thông qua đường ống nhỏ. Nếu mức nước ngưng tăng đến nỗi mà nhiệt độ tại đầu xả giảm thì van xả một lần nữa mở để xả bớt nước ngưng. Từ nguyên tắc thổi bụi trên thì nguyên lý làm việc cơ bản của hệ thống van (hình 2.8) Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 Hình 2.8: Nguyên lý làm việc của hệ thống van Lệnh yêu cầu thổi bụi Mở van xả nước đọng Điều kiện áp suất, nhiệt độ hơi thổi Sự cố Đóng hệ thống van và bảo dưỡng Không có Có Mở van giảm áp cấp hơi cho máy thổi Mở van đầu vào hơi thổi, mở van thổi bụi chính để sấy đường ống vòi thổi được h H ệ thống thổi bụi ở trạng thái chờ làm việc Hơi thổi bụi Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 2.5.2. Thiết kế sơ đồ hệ thống van Trạm van có vai trò giảm áp suất của hơi được lấy từ bao hơi xuống đến áp suất cần thiết phù hợp cho hệ thống thổi bụi. Trong qua trình sử dụng nó có thể điều khiển từ xa để thay đổi tỉ lệ giảm áp đối với áp suất hiện hành của hơi. Trên trạm van còn lắp các sensơ nhiệt và sensơ áp lực, giúp cho hệ thống thổi bụi điều khiển hoàn thiện khi các thông số về nhiệt độ và áp suất vượt quá phạm vi cho phép. Trạm có hệ thống xả đọng để tránh hư hại mỗi khi khởi động chu trình thổi, van an toàn xả áp nhanh khi áp lực tăng nhanh quá mức giới hạn đường ống cho phép. Ở tất cả các chức năng đều có thể điều khiển từ xa và khi có sự cố có thể điều khiển tại chỗ bằng tay. Trong trường hợp có sự cố ở van giảm áp, hệ thống vẫn có thể sử dụng được nhờ đường rẽ nhánh, áp suất được giảm hai lần nhờ hai van trên nhánh này. Các thông số về áp suất, nhiệt độ của hơi sau giảm áp được hiện thị trên Panel điều khiển. Các van điện có thể điều khiển trên Panel điều khiển hoặc tại chỗ bằng tay. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống van 2.3 AS- thấp 2.4 2.7 2.8 AS- thấp 2.7 AS-cao 2.1 2.5 2.6 2.9 2.10 2.11 Hơi đến máy thổi bụi Hơi từ bộ quá nhiệt 2.2 AS-cao Ống gió chèn Ống hơi Máy thổi bụi dài (LBS) Máy thổi bụi ngắn (WB) Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 2.5.3. Chức năng các van Vị trí van Chức năng Trạng thái mở Trạng thái đóng 2.1 Van điện trục chính Đóng đường ống chính khi van giảm áp có sự cố, cho phép sử dụng đường rẽ nhánh qua các van 2.7 và 2.4 - Sau khi các van 2.7 ; 2.8 đã xả nước đọng và được đóng lại. - Khi hệ thống đường ống bắt đầu được sấy nóng và các máy thổi bụi bắt đầu một chu trình làm việc - Sau khi kết thúc một chu trình làm việc của các máy thổi bụi. - Khi van giảm áp có sự cố, phải dùng đường rẽ nhánh thay thế tạm thời. 2.4 Van điện nhánh rẽ Cùng với các van 2.6; 2.7 có tác dụng giảm áp và cung cấp hơi cho các máy thổi bụi khi van giảm áp 2.5 có sự cố. - Khi phải sử dụng đường rẽ nhánh thay thế cho các van giảm áp. - Sau khi các van 2.7 ; 2.8 đã xả nước đọng và được đóng lại. - Khi hệ thống đường ống bắt đầu được sấy nóng và các máy thổi bụi bắt đầu một chu trình làm việc - Sau khi kết thúc một chu trình làm việc của các máy thổi bụi. - Khi van giảm áp hoạt động bình thường. 2.2 Van điện xả đọng áp suất cao – AS cao Xả nước đọng theo chương trình, điều khiển từ xa trên tủ điều khiển và tại chỗ. - Khi xả nước đọng. - Ngay sau khi xả nước đọng. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Vị trí van Chức năng Trạng thái mở Trạng thái đóng 2.3 Van điện xả đọng áp suất thấp – AS thấp Xả nước đọng theo chương trình, điều khiển từ xa trên tủ điều khiển và tại chỗ. - Khi xả nước đọng. - Ngay sau khi xả nước đọng. 2.11 Van an toàn Bảo vệ an toàn cho toàn hệ thống thổi bụi khi áp suất tăng tới mức nguy hiểm. - Xả hơi khi áp suất trong đường ống tăng qua mức đặt trước (40 at) - Trong tất cả các trường hợp áp suất trong đường ống thấp hơn mức xả. 2.5 Van giảm áp , điều chỉnh Giảm áp, có điều chỉnh, có tín hiệu khứ hồi 4 – 20 mA - Trong suốt một chu trình làm việc của các máy thổi bụi. - Khi kết thúc một chu trình làm việc của các máy thổi bụi. 2.6 Van tay trục chính Đóng đường cấp từ bao hơi đến trạm van khi trạm van cần sửa chữa. - Khi trạm van hoạt động không sự cố - Khi trạm van có sự cố cần dừng sửa chữa. - Khi trạm van nghỉ không hoạt động dài hạn. 2.7 Van tay xả đọng áp suất cao – AS cao Xả nước đọng khi van điện 2.2 có sự cố. - Khi van điện 2.2 hoạt động bình thường. - Xả nước đọng khi van điện 2.2 có sự cố - Ngay sau khi xả nước đọng trong lúc van điện 4.2 sự cố. - Trong khi đường ống có hơi. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 Vị trí van Chức năng Trạng thái mở Trạng thái đóng 2.7 Van tay nhánh rẽ Cùng với các van 2.6; 2.4 có tác dụng giảm áp và cung cấp hơi cho các máy thổi bụi khi van giảm áp 2.5 có sự cố. - Khi phải sử dụng đường rẽ nhánh thay thế cho van giảm áp. - Sau khi các van 2.7 ; 2.8 đã xả nước đọng và được đóng lại. - Khi hệ thống đường ống bắt đầu được sấy nóng và các máy thổi bụi bắt đầu một chu trình làm việc - Khi van giảm áp hoạt động bình thường. 2.8 Van tay xả đọng áp suất thấp – AS thấp Xả nước đọng khi van điện 2.3 có sự cố. - Khi van điện 2.3 hoạt động bình thường. - Xả nước đọng khi van điện 2.3 có sự cố - Ngay sau khi xả nước đọng trong lúc van điện 2.2 sự cố. - Trong khi đường ống có hơi. 2.9 Sen sơ áp lực Đo áp lực hơi, truyền tín hiệu lên tủ điều khiển 2.10 Sen sơ nhiệt độ Đo nhiệt độ hơi, truyền tín hiệu lên tủ điều khiển 2.5.4. Mô tả nguyên lý vận hành của hệ thống van Hơi có áp suất cao từ bao hơi được đưa vào qua đường ống khi van tay 2.6 mở. Từ đây hơi được điều chỉnh giảm áp suất xuống đến áp suất theo yêu cầu phục vụ cho mục đích thổi bụi bằng một trong hai đường: thứ nhất là qua van chặn 2.1 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 rồi qua van giảm áp 2.5, thứ hai là mở van tay 2.7 rồi qua van 2.4 ở đây van 2.7 có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất. Tuy nhiên đường thứ hai chỉ là đường dự phòng dùng khi đường thứ nhất có một van nào đó gặp sự cố hay khi bảo dưỡng đường ống, van trên đường ống chính. Trên đường ống cấp hơi chính sau khi hơi qua van 2.1 đồng thời xả hâm nóng đường ống qua van 2.2 ( theo một thời gian đặt trước), van điều áp 2.5 mở khi áp suất đạt được giá trị phù hợp, van xả 2.3 đóng lại và khi đó máy thổi có thể bắt đầu làm việc. Các thông số về sự biến đổi của áp suất, nhiệt độ được các cảm biến nhiệt độ và áp suất đưa về tủ điều khiển để xử lý và tiến hành điều chỉnh cho phù hợp để hệ thống có thể làm việc bình thường. Song song với hệ thống hơi còn có hệ thống gió chèn. Gió chèn được lấy từ hệ thống quạt gió cấp của lò qua hệ thống gió chèn đến các máy thổi bụi nhằm mục đích không cho khói lò đi ngược ra ngoài qua các khe hở đảm bảo an toàn cho hệ thống và cho người vận hành. Gió chèn không yêu cầu áp suất cao mà chỉ cần đảm bảo được áp suất của nó lớn hơn áp suất khói lò một lượng khoảng 5Mbar là đủ. 2.6. Bộ điều khiển điện truyền động tuyến tính Modat. - Giới thiệu chung: Các van điện được điều khiển thông qua bộ điều khiển điện truyền động tuyến tính modat. Loại actuator MODACT MT được thiết kế đặc biệt cho điều khiển van và các thiết bị khác phù hợp với tính năng của nó và đặc biệt cho việc chuyển động đảo chiều tuyến tính. Các actuator này có thể được dùng trong các mạch điện điều khiển từ xa. Actuator điều khiển MODACT MT với bộ điều khiển định vị có thể hoạt động trong mạch điện điều khiển tự động. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 Hình 2.10: Hình ảnh actuators modact MT - Thông số kỹ thuật: Điện áp cấp cho động cơ 230V/400V-50Hz (hoặc được ghi trên nhãn mác của động cơ). Cấp bảo vệ của động cơ điện – IP54. Tiếng ồn: mức ồn áp lực tối đa (A) - Mức ồn nguồn điện tối đa (A) 95dB (A). Vị trí vận hành: Loại actuator MODACT MT có thể sử dụng trong mọi điều kiện miễn là trục của động cơ điện phải được đặt theo phương nằm ngang. Trong những trường hợp động cơ điện hướng lên trên, dầu bôi trơn được cho thêm để đảm bảo bánh răng động cơ bôi trơn. Các actuator cần phải được lắp đặt ở nơi có thể dễ dàng với tới được hộp điều khiển, hộp đấu dây và phần điều khiển bằng tay. Miêu tả: Về khía cạnh các kích thước đấu nối cơ bản thì các động cơ được thiết kế để nối trực tiếp với van. Actuator được nối với van bằng các cột theo tiêu chuẩn CSN EN ISO 5210 hoặc bằng các cột và một mặt bích (chỉ với thiết kế phi tiêu chuẩn MT40). Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Việc truyền động từ thanh kéo của actuator tới van, actuator có một khớp nối. Kiểu A (với ren trong) Hoặc kiểu B (với ren ngoài). - Cấu hình Actuator: Động cơ không đồng bộ 3 pha 1 được truyền động qua bánh răng trục đối, bánh răng hành trình của cụm bánh răng vi sai có trong hộp của actuator (truyền động chính) 3 . Ở chế độ truyền động cơ học, bánh răng crown của cụm bánh răng hành trình được giữ ở vị trí chắc chắn bằng bánh răng vít tự hãm. Vô lăng 4 được nối với bánh răng vít, cho phép điều khiển bằng tay ngay cả khi động cơ đang chạy. Trục rỗng đầu ra được nối khớp cố định vào bộ mang bánh răng hành trình. Trục ra của Actuator được kéo dài đến cơ cấu chuyển đổi tuyến tính 11, nó đảo chiều quay của trục thành chuyển động thẳng của thanh kéo. Trục ra nối vào hộp điều khiển 5, trong đó các thiết bị điều khiển của actuator được xếp đặt tập trung, bao gồm các công tắc hành trình. Hình 2.11: Cấu hình của actuator Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Chú thích: 1. – Động cơ không đồng bộ 3 pha 2. – Hộp bánh răng trục giữa 3. – Hệ bánh răng truyền động 4. – Vô lăng 5. – Hộp điều khiển 6. – Vỏ hộp điều khiển 7. – Hộp đấu dây - với thiết kế có hộp đấu dây 8. – Vỏ hộp đấu dây 9. – Hộp đấu dây - với thiết kế có bộ KBNS 10. – Ống kẹp cáp điều khiển 11. – Cơ cấu trượt thẳng 12. – Núm mỡ 13. – Măng xông chống bụi 14. – Hộp đấu dây cho động cơ 15. – Bộ điều khiển tại chỗ 16. - Bộ điều khiển chống khoá 2.7. Cảm biến (Sensor áp và Sensor nhiệt) 2.7.1. Cảm biến áp suất (Sensor áp kiểu DMP 333) Hình 2.12: Đầu cảm biến áp lực Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 - Khái quát: Cảm biến áp lực DMP 333 được thiết kế đặc biệt cho thiết bị thuỷ lực ở các điều kiện vận hành khắc nghiệt. Các yêu cầu của máy móc, thiết bị của nhà sản xuất đối với sự tin cậy, chắc chắn được đáp ứng tối ưu. - Các thông số kỹ thuật chính STT Đặc tính 1 Áp suất danh nghĩa PN (bar) 0 – 60 2 Quá áp (bar) 140 3 Tín hiệu đầu ra – 2 dây 4 – 20 mA 4 Độ chính xác – theo IEC 60770 Yếu tố ảnh hưởng - Nguồn - Gây tải - Tác động nhiệt, ở nhiệt độ 0…700C ≤ ± 0,35 FSO ≤ ± 0,05 % FSO/10V ≤ ± 0,05 % FSO/kΩ ≤ 1,0% FSO 5 Bảo vệ điện - Điện trở cách điện - Bảo vệ ngắn mạch - Đấu dây nhầm - Bảo vệ quá áp - Tương thích điện từ: sự phát ra theo EN 50081-2, sự đề kháng theo EN 50082-2 - Sai số trọng trường RF 10V/m - Sai số với dòng RF cảm ứng > 100 MΩ Thường xuyên Không gây hỏng -120…150 V DC ≤ ± 0,5% FSO ≤ ± 0,5% FSO 6 Dải nhiệt độ - Môi chất -25…1250C Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 - Điện tử / môi trường - Xếp kho -25…850C -40…1200C 7 Ổn định cơ học - Độ rung - Xốc 10 g PMS (20…2000 Hz) 100/11 ms 8 Đấu nối điện - Quy chuẩn IP 65 - Lựa chọn IP 67 - Lựa chọn IP 68 Phích cắm DIN43650 Sêri 723 Bulgin 9 Đấu nối cơ học - Quy chuẩn - Lựa chọn G 1/2 DIN 3852 G 1/2 DIN EN 837-1/-3 10 Vật liệu - Cổng áp lực - Vỏ - Màng - Gioăng - Phần bị ướt Thép không rỉ 1.4571 Thép không rỉ 1.4305 Thép không rỉ 1.4404 NBR Cổng áp lực, màng gioăng 11 Dòng tiêu thụ < 25 mA 12 Trọng lượng khoảng 140 g 13 Vị trí lắp đặt Bất kỳ 14 Tuổi thọ . 100 x 106 chu kỳ 2.7.2. Cảm biến nhiệt độ (Sensor nhiệt - PT100) • Đầu đo PT100 Với đầu đo PT100 và bộ chuyển đổi: dùng cho việc đo từ xa, ghi nhận và cảnh báo nhiệt độ. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 Loại có vỏ bao Loại không có vỏ Hình 2.13: Cảm biến đo nhiệt độ loại PT100 - Thông số kỹ thuật Sensor nhiệt - PT100 Phạm vi đo - 60 ÷ 400 hoặc 6000C Phạm vi đo có bộ chuyển đổi - 40 ÷ 600C , 0 ÷ 1800C , 0 ÷ 4000C, 0 ÷ 6000C Lĩnh vực sử dụng Dùng cho nhiệt độ cao, có bảng đấu dây ở đầu, cho tín hiệu 4 ÷ 20 mA Nhiệt độ đầu A1: -10 ÷ 1500C Nhiệt độ đầu (bằng chất dẻo): -10 ÷ 1300C Đầu có bộ chuyển đổi: -25 ÷ 800C Phụ kiện Vỏ bao E2, miếng đắp, gioăng E3 Độ kín IP54 theo CSN EN 60529 IP54 theo CSN EN 60529 khi có lớp vỏ bao Môi trường Môi trường có chất ăn mòn, khô, ẩm nhiệt đới có sự ăn mòn của khí hậu Điện trở đo 1 x PT100, 2 x PT100 Cấp chính xác A, B theo CSN IEC 751.C Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 Gây tải dòng đến 5 mA Thời gian phản hồi nhiệt Khoảng 10 giây trong nước có vỏ bao Khoảng 3 giây trong nước không vỏ bao Đấu dây 4 dây ở sen sơ kép, 2 dây ở sen sơ có bộ chuyển đổi Khả năng chống rung V2 theo CSN 18002, 10 chu kỳ Dùng trong lĩnh vực công nghiệp, năng lượng và giao thông (độ rung dự kiến trên 55 Hz) Vật liệu Đầu kim loại là hợp kim nhôm Đầu chất dẻo là Norylu, vỏ bao từ thép không rỉ 17248 • Bộ chuyển đổi dòng dùng cho sen-sơ PT100 - Đặc tính: Đầu vào: - PT100 với 3 hay 2 đầu dây - Phạm vi đo: -100 ÷ +600 0C - Đầu ra: Tín hiệu dòng 4 ÷ 20 mA Nạp bằng mạch dòng khép kín Hiện thị đứt dây hay đoản mạch dây dẫn Kiểu: - Đặt trong đầu, độ kín IP 00 - Đặt trên giá DIN, độ kín IP20 - Mô tả bộ chuyển đổi dòng Bộ chuyển dòng PT/I dùng như phụ kiện cho sen-sơ nhiệt PT100. Nó được dùng để chuyển các tín hiệu của sen-sơ thành tín hiệu dòng chuẩn 4 ÷ 20 mA, tạo điều kiện cho việc đo nhiệt độ ở khoảng cách xa. Bộ chuyển dùng cho sen-sơ có ba đầu dây, song cũng có thể dùng cho loại hai đầu dây. Sự cố đoạn mạch hay đứt dây được hiện thị bằng giá trị dòng nằm ngoài phạm vi đo. Phạm vi đo của bộ chuyển có thể chỉnh tuỳ ý theo phạm vi đo của sen-sơ PT100. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Bộ chuyển dòng PT/I không yêu cầu nguồn cấp đặc biệt, năng lượng cần thiết lấy từ mạch dòng kín. Nó được đấu vào mạch này mà không bị ảnh hưởng do sự phân cực của điện áp. Thiết bị được cấp được lắp trực tiếp lên đầu của sen-sơ nhiệt (kiểu H) hay lắp trong hộp nhựa trên giá DIN (kiểu L). - Thông số kỹ thuật Đầu vào PT100 với ba đầu dây hoặc hai đầu dây Phạm vi đo Min -100 đến max 600 0C Dòng của sen-sơ 0,8 mA Đầu ra 4 ÷ 20 mA, pasive, unipolare Điện áp 10 ÷ 36 V Độ chính xác 0,1 % Sai số không tuyến tính 0,05 % Phụ thuộc nhiệt 0,04 %/0C Phụ thuộc điện áp 0,02 %/V Ảnh hưởng của điện trở gây tải 0,02 %/100Ω Dòng tối đa trong mạch 34 mA (khi đứt dây) Dòng tối thiểu trong mạch 3,6 mA (khi đoạn mạch) Điều kiện môi trường Nhiệt độ -30 đến +80 0C, độ ẩm ≤ 80% Phương pháp nối dây Cầu nối, cỡ dây 0,32 ÷ 2,5 mm2 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Chương 3: Giới thiệu PLC Simatic S7-300 3.1. Mở đầu Thiết bị điều khiển lôgic khả trình (Programmable Logic Control) viết tắt là PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, mà ta không cần phải thực hiện các thuật toán đó trên các mạch số. Như vậy với việc có chương trình chứa trong mình, PLC đã thực sự là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển đều được ghi trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình như (khối OB, FB hoặc FC). Chương trình được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan). Để PLC có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có khối vi xử lý (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để trao đổi dữ liệu và giao tiếp với các đối tượng điều khiển. Hình 3.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình CPU Bộ nhớ chương trình Bé ®Öm vµo / ra Khèi vi xö lý trung t©m + HÖ ®iÒu hµnh Timer Counte Bit cờ Cæng vµo ra onboard Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Quả lý ghép nối Bus của PLC Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Do đặc trưng của PLC là thiết bị điều khiển lôgic khả trình nên chủ yếu thực hiện các bài toán điều khiển số như vậy sẽ rất hạn chế vì vậy PLC còn được bổ xung thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm thời gian (Timer), bộ đếm (Counter), các cổng vào ra tương tự và những khối hàm chuyên dụng khác. 3.2. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300 3.2.1. Giới thiệu PLC S7-300 S7-300 là PLC cỡ vừa của hãng Siemens , gồm module CPU và các module được sắp xếp trên các thanh ray (rack). Mỗi rack chứa nhiều nhất 8 module (trừ module CPU và module nguồn), mỗi CPU làm việc nhiều nhất với 4 rack. H ình 3.2: Cấu hình cứng của trạm PLC 3.2.2. Giới thiệu các module PLC S7-300 * Module CPU: Module CPU có chứa bộ vi xử lí, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ Timer, Counter, cổng truyền thông RS485 và có thể một cổng vào ra số. Các cổng vào ra số trên module CPU gọi là cổng vào ra OnBoard. Trong PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau, đặt tên theo bộ vi xử lý: CPU 312, 313, 314, 315, 316, 318. CPU có thêm các hàm chức năng được gọi tên IFM (Integrated Function Module), CPU có cổng để nối mạng phân tán gọi là DB. Trong hệ thống sử dụng module CPU 314 có ký hiệu: 6ES7 314-1AE01-0AB0 + Module này có: - Vùng nhớ làm việc :24KB Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 - Thời gian xử lí 1 khối lệnh:0.3ms/KAW - Sử dụng trong nối mạng MPI Hình 3.3: Hình ảnh modul CPU của PLC S7-300 * Module nguồn PS : Module nguồn cho S7 -300 biến đổi tín hiệu đầu vào 220(110)AC thành tín hiệu 24v DC , PS của S7-300 gồm có 3 loại: Hình 3.4: Hình ảnh modul nguồn của PLC S7-300 + PS 307-10A 6ES7 307-1KA00-OAAO Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/10A Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 + PS 307 5A 6ES7 307-1EA00-OAAO Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/5A + PS 307 2A 6ES7 307-1bA00-OAAO Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/2A * Module IM: Module IM (Interface module): Module ghép nối, đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lí chung bởi một module CPU. Các module mở rộng được gắn liền với nhau trên một thanh đỡ Rack. Trên thanh đỡ này gắn được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể CPU và nguồn nuôi). Một module CPU của S7- 300 có thể làm việc trực tiếp với 4 rack còn S7-400 thì có thể làm việc với 8 rack. Module IM của S7-300 bao gồm các loại sau: + IM 360 IMS -6ES7 360-3AA00-0AA0 -6ES7 360-3AA01-0AA0 + IM 361 IMR -6ES7 361-3CA00-0AA0 -6ES7 361-3CA01-0AA0 + IM 365 IMS-R -6ES7 365-0AB80-0AA0 -6ES7 365-0AB81-0AA0 + IM 365 IMS-R -6ES7 365-0AB0-0AA0 -6ES7 365-0AB1-0AA0 * Module mở rộ ng SM của S7 -300: Module SM (signal module):Module mở rộng cổng tín hiệu vào ra: - Module DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số, số các cổng vào có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module. Ta có một số loại module sau: Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 + SM 321 DI16×24VDC 6ES 7321-7BH00-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(24VDC + SM 321 DI16(48 đến 125 VDC 6ES7 321-1CH80-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(48 đến 125 VDC + SM 321 DI16×AC120V 6ES7 321-1EH01-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(120VAC + SM 321 DI16×DC24V 6ES7 321-7BH80-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(24VDC + SM 321 DI8×AC120/230V 6ES7 321-1FF10-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:8(120/230 VDC + SM 321DI4×Manue,Ex 6ES7 321-7RD0-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:16(24DC Hình 3.5: Hình ảnh module cổng vào số của PLC S7-300 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 - Module DO(Digital Input): Module DO là module mở rộng các cổng ra số, số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module , có các loại DO sau: + SM 322 DO16×AC120V/0.5A 6ES7 322-1EH01-0AB0 Điện áp vào cổng DO là:16(120VAC/0.5A) + SM 322 DO16×RelAC120V 6ES7 322-1HH00-0AB0 Điện áp vào cổng DO là:24VDC/2A,120V/2A + SM 322 DO16×RelAC120V/230V 6ES7 322-1HH01-0AB0 Điện áp vào cổng DO là:16 Rel24VDC/2A,120V/2A,230V/2A + SM 322 DO32×AC 120V/1A 6ES7 322-1EL00-0AB0 Điện áp vào cổng DI là:32(120VAC/1A Hình 3.6: Hình ảnh module cổng ra số của PLC S7-300 - Module DI/DO: Là loại module mở rộng các cổng vào ra số, số các cổng vào ra số có thể là 8 vào, 8 ra hoặc 16 vào, 16 ra tùy từng loại module. Có các loại sau: Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 + SM 323 DI16/DO16×24V/0.5A 6ES7 323-1BL00-0AB0 Điện áp vào cổng DI/DO là:DI16(24+DO16(24V/0.5A + SM 323 DI8/DO8×24V/0.5A 6ES7 323-1BH00-0AB0 6ES7 323-1BH01-0AB0 6ES7 323-1BH02-0AB0 6ES7 323-1BH80-0AB0 Điện áp vào cổng DI/DO là:DI8(24+DO8(24V/0.5A Hình 3.7: Hình ảnh module cổng vào/ra số của PLC S7-300 - Module AI (Analog Input): Module AI(analog input):là loại module mở rộng các cổng vào tương tự. Nó là những bộ chuyển đổi t ương tự số 12 bit tức là mỗi tín hiệu tơng tự được chuyển thành một tín hiệu số có độ dài 12 bit. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module. - Module AO (Analog output): Module AO là module mở rộng các cổng ra tương tự. Chúng là những bộ chuyển đổi số t ương tự (DA). Số các cổng tương tự có thể là 2 hoặc 4 tùy từng module. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 Module AO bao gồm rất nhiều loại. Ví dụ như: + 6ES7 332-5TB00-0AB0 Analog output module AO2x0/4 to 20mA + 6ES7 332-5HB00-0AB0 Analog output module AO2/12 bits, + 6ES7 332-5HB81-0AB0 Analog output module AO2/12 bits, + 6ES7 332-5HB01-0AB0 Analog output module AO2/12 bits + 6ES7 332-5RD00-0AB0 Analog output module AO4x0/4 to 20mA, 15 bits, [EEx ib] + 6ES7 332-5HD00-0AB0 Analog output module AO4/12 bits + 6ES7 332-5HD01-0AB0 Analog output module AO4/12 bits + 6ES7 332-7ND00-0AB0 Analog output module 4AO/16 bits Hình 3.8: Hình ảnh module cổng ra tương tự của PLC S7-300 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 - Module AI/AO: Là module mở rộng các cổng vào /ra t ương tự. Số các cổng ra tương tự có thể là 4vào/2ra hoặc 4 vào/4ra tùy từng loại module. Module AI/AO bao gồm rất nhiều loại. Ví dụ như: + 6ES7 334-0KE00-0AB0: Analog I/O module AI4/12 bits + 2AO/12 bits + 6ES7 334-0KE80-0AB0: Analog I/O module AI4/12 bits + AO2/12 bits + 6ES7 334-0CE00-0AA0: Analog I/O module AI4/8 bits + 2AO/8 bits, non- isolated, not for configuration with active bus submodules + 6ES7 334-0CE01-0AA0: Analog I/O module AI4/8 bits + AO2/8 bits + 6ES7 335-7HG00-0AB0: Analog I/O module AI4/14 bits + 4AO/12 bits + 6ES7 335-7HG01-0AB0: Analog I/O module AI4/14 bits + AO4/12 bits e. Module chức năng FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiển vòng kín… Hình 3.9: Hình ảnh module FM của PLC S7-300 g. Module CP (Communication): module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa các PLC với máy tính. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 Hình 3.10: Hình ảnh module CP của PLC S7-300 3.2.3. Cấu trúc bộ nhớ CPU Bộ nhớ của S7- 300 được chia làm 3 vùng chính: 1. Vùng chứa chương trình ứng dụng. Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền: - OB (Organisation bok) Miền nhớ chương trình tổ chức - FC (Funtion): Miền nhớ chương trình tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó. - FB (Funtion blok): Miền nhớ chương trình con, được tổ chức thành hàm có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu này phải xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB – Data blok) 2. Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia thành 7 miền khác nhau, bao gồm - I (Process image input): Miền các dữ liệu cổng vào số. trước khi bắt đầy thực hiện chương trình, PCL sẽ đọc giá trị logic của các cổng đầu vào và cất giữ trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ nhớ I. - Q (Process image output): Miền bộ nhớ đệm các cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PCL sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 cổng ra số. thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q. - M: miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập theo bits (M), bytes (MB), từ (MW) hay từ kép (MD). - T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước (PV – Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV – Current value) cũng như giá trị logic thời gian của bộ thời gian - C: miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước (PV – Preset value) giá trị đ ếm tức thời (CV – Current value) cũng như giá trị logic thời gian của bộ đếm - PI: Miền địa chỉ cổng vào của các Module tương tự (I/O External intput). Các giá trị tương tự tại cổng vào của Module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng bytes (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo từng từ kép (PID). - PQ: Miền địa chỉ ra cho các module tương tự. chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng bytes (PQB), từng từ (PQW) hoặc theo từng từ kép (PQD). 3. Vùng chứa các khối lượng dữ liệu được chia thành 2 loại. - DB (Data blok): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định phù hợp với từng bài toán điều khiển. chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bits(DBX), bytes(DBB), bytes (DBW) hoặc từ kép (DBD). - L (Local data blok) Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu cảu biến hình thức với những khối lượng chương trình đã gọi nó. Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này bị xóa khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể truy nhập từ chương trình theo bits (L), bytes (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD). Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 3.3. Phần mềm STEP 7 3.3.1. Chức năng của phần mềm STEP 7 - Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300/400 - Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng nh ư thủ tục truyền thông giữa chúng. - Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm. - Quan sát việc thực hiện ch ương trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối chơng trình. Ngoài ra Step 7 còn có cả một thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp Online rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của ngời sử dụng về cách sử dụng Step 7, về cú pháp lệnh trong lập trình về xây dựng cấu hình cứng của một trạm, của một mạng gồm nhiều trạm PLC… 3.3.2. Ngôn ngữ lập trình Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC Step 7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là: - Ngôn ngữ “liệt kê lệnh” -STL Statement list. Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thờng của máy tính. Một chơng trình đợc ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung “Tên lệnh” + “toán hạng”. - Ngôn ngữ “hình thang” – LAD (ladder logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những ngời quen thiết kế mạch điều khiển logic. - Ngôn ngữ “hình khối” – FBD (function block diagram). Đây cũng là ngôn ngữ đồ họa dành cho ngời có thói quen thiết kế mạch điều khiển số. Ngôn ngữ STL bao hàm cả ngôn ngữ LAD và FBD, từ LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STL nhưng ngược lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 3.3.3. Các bước thực hiện để viết một chương trình điều khiển - Khai báo phần cứng: Bước 1: Vào SIMATIC manager /File /New(Vào một Project mới ). hoặc vào File/Open( Với trường hợp mở một Project có sẵn). Bước 2: Vào Insert/Station/Simatic 300-Hardware. Bước 3: Kích đúp vào Hardware-Simatic 300(1). + Rack- Rail +Chọn nguồn –PS thích hợp + Chọn CPU +Chọn SM: DI; DO; DI/DO; AI; AO; AI/AO. Trường hợp không muốn khai báo cấu hình cứng mà đi ngay vào chương trình ứng dụng, ta chọn : Insert/ Program/S7 Program. Chương trình cho S7 -300 được lưu trong bộ nhớ c ủa PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau. - Lập trình tuyến tính (linear programming): Kỹ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp lập trình mà toàn bộ ch ương trình ứng dụng sẽ c hỉ nằm trong một khối OB1. Kỹ thuật này có ưu điểm là gọn, rất phù hợp với những bài toán điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ. Hình 3.11: Hình mô tả quy trình thực hiện chương trình điều khiển tuyến tính Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Do toàn bộ chương trình điều khiển chỉ nằm trong khối OB1, nên khối OB1 sẽ gần như là được thường trực trong vùng nhớ Work memory, trừ trường hợp khi hệ thống phải xử lý các tín hiệu báo ngắt. Ngoài khối OB1 trong vùng nhớ Work memory còn có miền nhớ địa ph ương( Local Block ) cấp phát cho OB1 và những khối DB được OB1 sử dụng. - Local Block của OB1 : Khi thực hiện khối OB1, hệ điều hành luôn cấp một Local Block có kích thước mặc định là 20 Bytes trong Work memory để OB1 có thể lấy được những dữ liệu từ hệ điều hành. Mặc dù kích thước chỉ là 20 Bytes mặc định, nhưng người sử dụng có thể mở rộng local block để sử dụng thêm các biến nhớ cho chương trình. Tuy nhiên, phải để ý rằng do loacl block được giải phóng ở cuối mỗi vòng quét và được cấp lại ở đầu vòng quét sau, nên các giá trị có trong local block củ a vòng quét trước cũng bị mất khi bắt đầu vòng quét mới. Do đó, tốt nhất chỉ nên sử dụng local block cho việc lưu giữ các biến nháp tạm thời trong tính toán của một vòng quét. Cách sử dụng local block giống với sử dụng vùng biến cờ M( Bit memory) - Lập trình có cấu trúc: Phương pháp lập trình có cấu trúc (Structur e Programming): là phương pháp lập trình mà ở đó toàn bộ chương trình điều khiển được chia thành các khối FC hay FB mang một nhiệm vụ cụ thể riêng và được quản lý chung từ những khối OB (xem hình 3.12). Kiểu lập trình này rất phù hợp cho bài toán điều khiển phức tạp, nhiều nhiệm vụ cũng như cho việc sửa chữa, rỡ rối sau này . PLC S7 –300 có 4 loại khối cơ bản: - Loại khối OB(Organization Block) : là khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển như: OB1, OB35, OB40… - Loại khối FC(Program block ): là khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm như: FC1, FC2… - Loại khối FB( Function block): là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải đ ược tổ chức thành khối dữ liệu riêng - Data Block: FB1 ,FB2… Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 - Loại khối DB(Data Block ): là khối dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB như: DB1, DB2… Trong OB1 có các lệnh gọi những khối ch ơng trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển đặt ra. Một nhiệm vụ điều khiển con có thể được chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ và cụ thể hơn nữa, do đó một khối chương trình con cũng có thể được gọi từ một khối chương trình con khác. Điều cần chú ý là không bao giờ một khối chương trình con lại gọi đến chính nó. Ngoài ra, do có sự hạn chế về ngăn xếp của các module CPU nên không được tổ chức chương trình con gọi lồng nhau quá số lần mà module CPU được sử dụng cho phép.Ví dụ như đối với module CPU 314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8. Nếu số lần gọi lồng nhau mà vượt quá con số giới hạn cho phép , PLC sẽ tự chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi. Hình 3.12: Cấu trúc một chương trình có cấu trúc OB Ogranization Block FB FC FB FB SFB SFC DB DB DB DB Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Chương 4: Thiết kế trạm PLC, cơ cấu chấp hành và mạch lực cho hệ thống thổi bụi 4.1. Thiết lập bài toán điều khiển và trạm PLC. 4.1.1. Nguyên tắc hoạt động và các thành phần chính của hệ thống thổi bụi. + Quá trình điều khiển hoạt động hệ thống thổi bụi theo nguyên tắc sau: - Điều khiển hệ thống van cấp hơi cho máy thổi bụi (được điều khiển bằng tay và điều khiển tự động). - Điều khiển hệ thống máy thổi bụi (được điều khiển bằng tay và điều khiển tự động). + Các thành phần chính của hệ thống van hơi: - Động cơ điều khiển van hơi. - Công tắc giới hạn của van (Sensor giới hạn đầu và giới hạn cuối). - Van hơi điều khiển bằng tay. - Van an toàn. - Cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ của hơi. - Cảm biến áp lực đo áp lực hơi. + Các thành phần chính của hệ thống máy thổi bụi. - Động cơ điều khiển máy thổi bụi. - Công tắc giới hạn của máy thổi (Sensor giới hạn đầu và giới hạn cuối). + Các thành phần chính lắp trên Panel điều khiển. - Nút ấn và công tắc chuyển mạch. - Đèn hiện thị trên panel điều khiển. - CONTACTOR, AC-3 4KW/400V, INC, DC24V 4.1.2. Cấu hình trạm PLC. Từ số lượng các thiết bị trong hệ thống điều khiển thổi bụi ta có cấu hình trạm PLC theo số lượng đầu vào, đầu ra như sau: + Modul nguồn, số lượng 01 + Modul CPU, số lượng 01 + Modul đầu vào số, số lượng 02 + Modul đầu ra số, số lượng 02 + Ngoài ra còn sử dụng bộ nguồn cung cấp cho mạch điều khiển. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Các thiết bị của trạm PLC theo thông số sau: - Modul nguồn loại: PS 307-10A Ký hiệu: 6ES7 307-1KA00-OAAO Thông số kỹ thuật chính:Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/10A - Modul CPU loại: CPU 314 Ký hiệu: 6ES7 314-1AE01-0AB0 Thông số kỹ thuật chính: - Vùng nhớ làm việc :24KB - Thời gian xử lí 1 khối lệnh:0.3ms/KAW - Sử dụng trong nối mạng MPI - Modul vào số DI loại: SM 321 DIxDC24V Ký hiệu: 300 321-1BL00 và theo thông số kỹ thuật sau: - Modul ra số DO loại: SM 322 DO32xDC24V/0,5A Ký hiệu: 300 322-1BL00 và theo thông số kỹ thuật bảng sau: Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Hình 4.1: Thông số kỹ thuật của modul SM 321 DIxDC24V, SM 322 DO32xDC24V/0,5A. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Cấu trúc trạm PLC điều khiển hệ thống thổi bụi lò hơi nhà máy nhiệt điện theo cấu trúc sau: Hình 4.2: Cấu trúc trạm PLC của hệ thống điều khiển thổi bụi 4.2. Khối chấp hành và mạch lực cho hệ thống thổi bụi. 4.2.1. Cơ cấu chấp hành. TT Mô tả Hãng sản xuất Mã số Số lượng 1 SIMATIC S7-300, PS 307 POWER SUPPLY, WIDE RANGE 10A, IN 120/230vAC, OUT 24vDC/10A DC SIEMENS AG 6ES7307- 1KA00 - 0AA0 1 2 SIMATIC S7-300, CPU 314-MPI SIEMENS AG 6ES7 314- 1AE01-0AB0 1 3 SIMATIC S7-300, SM 322, DIGITAL OUTPUT MODULE OPTIC, ISOLATED, 32DO SIEMENS AG 300 322- 1BL00 2 4 SIMATIC S7-300, SM 321, DIGITAL INPUT MODULE OPTIC, ISOLATED, 32DI SIEMENS AG 300 321- 1BL00 2 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 5 SIMATIC S7-300, UR0 RACK SIEMENS AG RAIL 1 6 CONTACTOR, AC-3 4KW/400V, INC, DC24V, 3POLE, SIZE S00, SCREW CONNECTION SIEMENS AG 3RT10161- 1BB42 31 7 ACTUATORS SIEMENS AG MODACT MT 5 8 CIRCUIT BREAKER 0,9... 1,25A N- RELEASE 10A, SIZE S00, MOTOR PROTECTION, CLASS 10, SCREW CONNECTION STANDARD BREAKING CAPACITY SIEMENS AG 3RV1011- 0KA15 15 9 AUXILIARY SWITCH, LATERALLY FIT. 2NO, F, CIRCUIT BREAKER, SIZE SIEMENS AG 3RV1901-1E 5 10 N-TYPE AC/DC MIN CIRC- BREAKER AC 230/400DC 220V, 4,5KA C CHARACTER, SINGLE POLE, 6A SIEMENS AG 5SX51067 2 11 OPERATOR PANEL VIET NAM 1 12 3-P MAIN CTR/EM-STOP SWITCH IU=16, P/AC-23A AT 400V, 7,5KW FRONT MOUTING MAIN HOLE MOUNTING ROTARY ACTUATOR RED/YELLOW SIEMENS AG 3LD2054- 0TK53 1 13 COMPLETE UNIT, ROUND KNOB, I-O-II, MAINTAINED CONTACT BLACK, 1NO SIEMENS AG 3SB3202- 2KA11 1 Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 14 COMPLETE UNIT, ROUND PUSH BUTTON WITH FLAT PUSH BUTTON BLACK, NO SIEMENS AG 3SB3201- 0AA11 2 15 AUXILIARY CONTACT F, RETROFIT TG 2NO, FOR 5SX2-5 N-TYPE M.C.B.S SIEMENS AG 5SX9101 1 4.2.2. Mạch lực cho hệ thống thổi bụi (xem phần phục lục). 4.3. Tổng quát quá trình hoạt động và vận hành 4.3.1. Giới thiệu trình tự thổi bụi điển hình trong nhà máy nhiệt điện: 1/ Để chu trình thổi bụi bắt đầu thì các vòi thổi bụi phải ở vị trí được rút ra, người vận hành chọn phương thức vận hành. 2/ Trình tự sấy ấm bắt đầu bằng việc mở các van đầu vào của hơi 3/ Van hơi thổi bụi (chính) mở để hơi bắt đầu sấy ấm đường ống các vòi thổi bụi được chọn. Nước ngưng được xả thông qua đường ống xả tới bình xả lò hơi 4/ Khi nhiệt độ điểm đặt của phần tử đo nhiệt độ TE ở đầu xả đạt được, thì các van đi tắt bẫy xả nước ngưng đóng, và vòi thổi bụi được chọn thứ nhất bắt đầu cài vòi phun vào trong buồng lửa khi đó van hơi của nó mở để hơi tới đầu vòi để ngăn chặn đầu vòi quá nhiệt và sau đó thổi sạch sản phẩm cháy (tro và bụi) từ các ống lò hơi. Nước ngưng được xả qua đường xả nhỏ, ngoại trừ nếu việc tạo thành nước ngưng làm giảm nhiệt độ TE phía đầu xả thì van đi tắt bẫy nước ngưng tự dộng mở lần nữa. Vòi thổi bụi cho phép rút ra tại điểm bất kỳ trong hành trình phía trước của nó. 5/ Sau 1 thời gian trễ, đầu vòi được rút ra, van hơi của nó đóng và vòi thổi bụi thứ 2 bắt đầu làm việc cho đến khi chu trình thổi bụi các vòi thổi bụi được kết thúc. 6/ Khi tất cả các đầu vòi thổ i bụi đã rút ra, van hơi chính đóng, tất cả các van hơi đầu vào đóng, các van đi tắt bẫy nước ngưng mở và hệ thống trở về tới vị trí nghỉ của nó Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 4.3.2. Mô tả quá trình hoạt động và vận hành: * Các điều kiện vận hành cho phép: Áp lực hơi thổi bụi (lò hơi) Kg/cm2 30,6 T0 Hơi thổi bụi (lò hơi) 0C 346 Van giảm áp (an toàn) đường cung cấp hơi thổi bụi đặt. Kg/cm2 39,8 Áp lực quạt gió cho hộp chèn vòi thổi bụi. Kg/cm2 0,95 Áp lực hơi thổi bụi (hơi tự dùng) Kg/cm2 14,1 T0 Hơi thổi bụi (hơi tự dùng) 0C 240 Các liên động của hệ thống sẽ không cho phép vận hành các vòi thổi bụi khi áp lực làm việc thấp hơn các giá trị tương ứng được nêu trong bảng trên. * Vị trí bắt đầu: Vị trí bình thường Khi ấn nút “Star”bộ chọn chức năng : Vị trí bình thường có nghĩa là: - Tất cả các máy thổi bụi ở tại công tắc hành trình "vị trí nghỉ" (rest position) - Van 2.1 ở trạng thái mở - Van 2.4 và 2.5 ở trạng thái đóng - Van xả đọng 2.3 mở. * Mô tả quá trình: Vận hành bằng tay Từ panel ấn chọn chức năng "Manual". Trước khi một máy thổi bụi có thể khởi động, quy trình hâm nóng đường ống phải kết thúc. Việc hâm nóng bao gồm mở van xả đọng 2.2 trong thời gian 2 phút và việc xả đọng của đường ống hơi thông qua van 2.2 sau 2 phút van điều khiển giảm áp phải được mở với áp suất giới hạn được chọn. Sau khi đạt được nhiệt độ yêu cầu, van xả đọng 2.3 phải được đóng. Sau khi đạt được nhiệt độ đã đặt, bất kỳ một máy thổi bụi nào có thể khởi động từ các nút ấn trên panel điều khiển. Một máy thổi bụi tương ứng đi vào lò hơi cho đến vị trí đảo chiều và sau đó quay lại vị trí nghỉ của nó. Nếu áp suất hoặc nhiệt độ chệch ra khỏi giá trị giới hạn, máy thổi bụi sẽ quay trở lại ngay vị trí nghỉ của nó. Sự hoạt động đồng thời nhiều máy thổi bụi (hơn một máy) là không thể được. Những máy thổi bụi tiếp theo chỉ có thể khởi động khi tất cả các máy thổi bụi khác ở vị trí nghỉ. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Nếu không có máy thổi nào sẽ khởi động, van điều khiển giảm áp phải được đóng và van xả đọng 2.3 phải được mở. * Mô tả quá trình: Hoạt động tự động Lựa chọn chức năng được đặt ở chế độ "tự động" (Automatic) thì việc hoạt động tự động có thể được bắt đầu nhờ "Chương trình khởi động tự động tự động". Van xả đọng 2.2 tự động mở trong thời gian 2 phút. Sau 2 phút van xả đọng đóng và van điều khiển giảm áp mở với áp suất giới hạn đã được chọn. Nếu nhiệt độ đạt tới mức tới hạn thì ngay lập tức van xả đọng 2.3 đóng. Ngay sau khi áp suất đặt trên đồng hồ đạt tới mức giới hạn thì máy thổi bụi được chọn đầu tiên sẽ khởi động. Máy thổi này đi vào trong lò hơi cho tới điểm đổi chiều. Và sau đó quay trở lại vị trí nghỉ. Sau khi máy thổi thứ nhất kết thúc quá trình hoạt động của nó máy thổi được chọn thứ hai sẽ bắt đầu quá trình làm sạch của nó. Quá trình này lặp đi lặp lại cho tới khi quá trình hoạt động của máy thổi bụi được chọn cuối cùng kết thúc. Khi máy thổi bụi được chọn cuối cùng tới vị trí nghỉ thì van điều khiển giảm áp tự động đóng và van xả đọng 2.3 được mở. Khi toàn bộ hệ thống đã quay về vị trí nghỉ thì đó là lúc quá trình làm sạch đã kết thúc. Để bắt đầu lại quá trình làm sạch, ấn nút "Chương trình khởi động tự động" (Automatic Program). Có thể rút ngắn quá trình làm sạch tự động bằng cách ấn vào nút "Dừng tự động". Hệ thống máy thổi bụi sẽ quay về vị trí ban đầu. Trong suốt quá trình hoạt động cần theo dõi nhiệt độ và áp suất. Ngay sau khi nhiệt độ và áp suất giảm xuống thấp hơn so với nhiệt độ và áp suấ t hạn định máy thổi bụi ngừng hoạt động và quay trở về vị trí ban đầu. Khi nhiệt và áp suất hạn định lại đạt được giá trị yêu cầu quá trình làm sạch của máy thổi bụi được khởi động lại. Máy thổi bụi hoạt động hiện hành sẽ được chỉ ra bằng đèn báo hiệu trên bảng điều khiển. 4.3.3. Việc kiểm tra thông thường thiết bị làm việc và thiết bị dự phòng. Các vòi thổi bụi trước và trong khi làm việc: - Phải kiểm tra áp lực đầu vào của hơi chính là thoả mãn. - Phải kiểm tra gió chèn là sẵn sàng tới các hộp gió chèn vòi thổi bụi. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 - Trước khi chu trình thổi bụi bắt đầu, phải kiểm tra rằng các van xả và van hơi thổi được chọn là mở và hệ thống ống đang được sấy ấm. - Phải kiểm tra trình tự thổi bụi là như yêu cầu và phải kiểm tra rằng không có vòi thổi bụi nào đã được lập trình vào trong chu trình mà bị nhảy. - Trong khi vận hành phải kiểm tra rằng các bích của các vòi thổi bụi riêng là không rò rỉ. - Phải kiểm tra van an toàn đường cấp hơi là không bị lậu. - Phải kiểm tra tất cả các bích van đo lường là không rò rỉ. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 4.3.4. Các sự cố có thể xẩy ra trong hệ thống thổi bụi - Tình huống, nguyên nhân, tín hiệu liên động - bảo vệ, xử lý của người vận hành. TT Tình huống Nguyên nhân Tín hiệu-liên động-bảo vệ Xử lý của người vận hành 1 Ngừng hệ thống thổi bụi. Ngắt nhiên liệu chính. Rút vòi thổi bụi ra và ngừng hệ thống thổi bụi. Phải đảm bảo rằng các vòi thổi bụi được rút ra và hệ thống ngừng. 2 Áp lực hơi thổi bụi cao (>32Kg/c m2). Sự cố mạch điều khiển áp lực. Báo tín hiệu. Chuyển bộ điều khiển bị lỗi sang điều khiển bằng tay. Đóng từ từ van giảm áp lực để giảm áp lực hơi thổi bụi. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục 3 Áp lực hơi thổi bụi thấp (<25Kg/c m2). - Sự cố mạch điều khiển áp lực. - Ống mềm bị rò (lớn). Báo tín hiệu. Chuyển bộ điều khiển bị lỗi sang điều khiển bằng tay. Mở từ từ van giảm áp lực để tăng áp lực hơi thổi bụi. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục 4 Nhiệt độ hơi thổi bụi cao (>350C). Sự cố mạch điều khiển nhiệt độ. Báo tín hiệu. Chuyển bộ điều khiển bị lỗi sang điều khiển b ằng tay. Mở từ từ van nước giảm ôn để giảm nhiệt độ hơi thổi bụi. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục 5 Nhiệt độ hơi thổi bụi thấp Sự cố mạch điều khiển nhiệt độ. Báo tín hiệu. Chuyển bộ điều khiển bị lỗi sang điều khiển bằng tay. Đóng từ từ van nước giảm Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 (<335C). ôn để tăng nhiệt độ hơi thổi bụi. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục. 6 Áp lực gió chèn vòi thổi bụi thấp (<0,95Kg/ cm2). - Đầu hút của quạt bị tắc. - Quạt bị sự cố. Khi quạt A/B bị sự cố gây nên khởi động quạt dự phòng B/A. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra và khắc phục. 7 Nhảy quạt gió chèn vòi thổi bụi A/B. Nhảy bảo vệ cơ cấu đóng cắt quạt gió chèn vòi thổi bụi A/B Quạt gió chèn vòi thổi bụi A/B bị lỗi gây nên khởi động quạt dự phòng B/A. Tìm hiểu nguyên nhân gây ra nhảy quạt gió chèn vòi thổi bụi và khắc phục. 4.3.5. Các biện pháp an toàn khi thổi bụi các bề mặt trao đổi nhiệt lò hơi. Để đảm bảo việc vận hành hệ thống thổi bụi được an toàn, hiệu quả, lâu dài nhằm tránh các sự cố rủi ro cho người và thiết bị nhân viên vận hành phải hiểu và thực hiện nghiêm túc các quy định về an toàn sau đây: - Trước khi thổi bụi phải báo cáo với lò trưỏng, trưởng kíp biết và công việc thổi bụi phải được thực hiện khi buồng đốt đang cháy ổn định. - Trong thời gian các vòi thổi bụi đang làm việc, cấm đứng gần sàn phục vụ của các máy thổi bụi. - Chỉ được xem xét buồng lửa để kiểm tra xỉ bám vào ống và đánh giá hiệu quả thổi bụi qua các của kểm tra trước và sau khi đã thổi bụi xong. Khi kiểm tra phải áp dụng các biện pháp an toàn đặc biệt. Người quan sát phải đeo kính kính bảo hộ, thao tác mở cửa phải từ từ và đứng lệch sang một bên để tránh bị bỏng khi ngọn lửa phụt ra. - Khi lò bị sự cố phải đình chỉ thổi bụi ngay lập tức. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 - Mọi công việc sửa chữa, bảo dưỡng đều phải có phiếu công tác và phải được sự đồng ý của trưởng ca. - Trước khi bắt đầu một công việc nào trên quạt hay động cơ phải đảm bảo rằng nguồn điện đã được ngắt và cầu chì dòng điện mô tơ đã được tháo. - Khi sửa chữa phải có treo biển báo, biển cấm thao tác,... 4.4. Chương trình điều khiển hệ thống bằng phần mềm Step 7 (xem phần phục lục) Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 KẾT LUẬN Qua một thời gian được làm việc, nghiên cứu cùng thiết bị thực tế với công nghệ hiện đại, tôi đã học hỏi và tiếp thu được nhiều kiến thức khá bổ ích, đồng thời qua đó hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp này. Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thành tốt nhưng do tiếp cận với công nghệ mới, tương đối phức tạp và kiến thức, khả năng còn hạn chế nên bản luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tuy nhiên tôi đã nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Doãn Phước, đồng thời được sự quan tâm của các thầy cô trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Đại học Bách khoa Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp mà tôi đã hoàn thành bản luận văn này nên tôi rất tự tin khi làm việc với những thiết bị còn khá mới mẻ. Luận văn bao gồm các nội dung sau: Chương 1: Những vấn đề cơ bản của lò hơi Chương 2: Máy thổi bụi Chương 3: Giới thiệu PLC Simatic S7-300 Chương 4: Thiết kế trạm PLC, mạch lực và chương trình điều khiển cho hệ thống thổi bụi Tôi hy vọng nhận được thêm sự hướng dẫn của các thầy cô giáo và những người quan tâm để luận văn đạt kết quả cao, nhưng trên hết tôi hy vọng đề tài này tiếp tục được phát triển với những sáng kiến mới nhằm nâng cao hiệu quả làm việc thiết bị, giảm chi phí sản xuất và tương thích thiết bị với mọi điều kiện làm việc. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng tập 1, tập 2 - Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Duy Bình - Phạm Quang Đăng - Phạm Hồng Sơn [2] Tự động hoá với SIMATIC S7 – 300 - Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh - Vũ Vân Hà. [3] Tài liệu về hệ thống thổi bụi của nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Cẩm Phả [4] Tài liệu về hệ thống thổi bụi của Rosink – (WWW.Rosink. pappert.de...) [5] Siemens AG: Simatic S7-300 [6] WWW.ZPA.PECKY.CZ : Electric Multil – Turn Actuators. MODACT MON, Mounting Instructions. Luận văn tốt nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 PH ỤC L ỤC - Mạch điều khiển - mạch lực cho hệ thống thổi bụi. - Chương trình điều khiển hệ thống thổi bụi bằng phần mềm Step 7.