Giải pháp tự động hóa hệ thống cân pha dầu trong dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương

Tài liệu nghiên cứu Giải pháp tích hợp hệ thống cân tự động pha dầu trong dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về

• Tác giả: Đinh Việt Trung
• Người hướng dẫn: PGS.TS Vũ Toàn Thắng
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Giải pháp tích hợp hệ thống cân tự động pha dầu trong dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC NỔ NHŨ TƯƠNG
• 1.1. Khái niệm thuốc nỗ nhũ tương(TNNT)
• 1.2. Công nghệ sản xuất thuốc nổ nhũ tương
• 1.2.1. Quá trình sản xuất TNNT
• 1.2.2. Tóm tắt quy trình công nghệ
• 1.2.3. Cấu trúc quy trình công nghệ sản xuất thuốc nổ nhũ tương
• 1.3. Dây chuyền thuốc nổ Nhũ tương
• 1.3.1. Đặc điểm của dây chuyền thuốc
• 1.3.2. Các thành phần và chức năng
• 1.3.3. An toàn, giám sát và bảo vệ. Phần mềm điều khiển, chức năng
• 1.3.4. Hiện trạng chặng cấp nguyên liệu pha dầu
• 1.3.4.1. Thiết bị của nguyên công pha dầu. Tiến trình công nghệ
• 1.3.4.2. Nhược điểm và tồn tại của chặng nguyên công pha dầu
• 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÂN VÀ LOADCELL
• 2.1. Các loại cân ưu nhược điểm, lựa chọn và yêu cầu về điều kiện môi trường
• 2.1.1. Cân đồng hồ
• 2.1.2. Cân điện tử
• 2.1.3. Lựa chọn và yêu cầu về hệ thống
• 2.2. Cơ sở lý thuyết về Loadcell
• 2.2.1. Cảm biến lực (Loadcell)
• 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của Load cell
• 2.2.3. Các thông số kỹ thuật của load cell
• 2.2.4. Phân loại Loadcell
• 2.2.5. Bộ chỉ thị (Đồng hồ)
• 2.2.6. Lựa chọn Load cell và bộ chỉ thị cân, đấu nối. Căn cứ lựa chọn
• 2.2.7. Đấu nối load cell
• 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂN TỰ ĐỘNG NGUYÊN LIỆU PHA DẦU
• 3.1. THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ
• 3.1.1. Xây dựng hệ thống cân tự động nguyên liệu pha dầu tích hợp loadcell
• 3.1.2. Các thành phần cơ bản
• 3.1.3. Xây dựng thực nghiệm đánh giá
• 3.1.3.1. Đánh giá đặc tính đáp ứng của hệ thống loadcell
• 3.1.3.1.1. Các bước thực hiện
• 3.1.3.2. Phương án chạy thử sản phẩm thực tế và đánh giá trên hệ thống cân tự động đã chế tạo
• 3.1.3.2.1. Nội dung thực hiện
• 3.1.3.2.2. Dụng cụ và phương pháp
• 3.1.3.2.3. Nhận xét và đánh giá
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tự Động Hóa Cân Pha Dầu Thuốc Nổ Nhũ Tương

Thuốc nổ nhũ tương (TNNT) là một loại thuốc nổ công nghiệp được sản xuất bằng kỹ thuật nhũ hóa nước trong dầu (N/D). Quá trình sản xuất TNNT đòi hỏi sự chính xác cao trong việc cân pha dầu để đảm bảo chất lượng và hiệu quả nổ. Tự động hóa hệ thống cân pha dầu giúp nâng cao độ chính xác, giảm thiểu sai sót và tăng năng suất. Theo luận văn của Đinh Việt Trung (2023), hệ thống cân định lượng pha dầu tích hợp loadcell và PLC là một giải pháp hiệu quả. TNNT được đánh giá cao về sức công phá, an toàn và thân thiện với môi trường, đáp ứng nhu cầu lớn của thị trường hiện nay. Việc tối ưu hóa quy trình cân pha dầu là yếu tố then chốt để nâng cao hiệu quả sản xuất.

1.1. Khái niệm và Ưu điểm của Thuốc Nổ Nhũ Tương TNNT

Thuốc nổ nhũ tương là hỗn hợp nhũ hóa đặc biệt, trong đó các hạt nhỏ dung dịch chất oxy hóa được giữ lơ lửng trong môi trường dầu. Ưu điểm của TNNT bao gồm sức công phá cao, an toàn trong vận chuyển và bảo quản, và thân thiện với môi trường. TNNT phù hợp cho khai thác than, quặng và đá, đặc biệt ở những nơi có điều kiện địa chất phức tạp. Việc ứng dụng của thuốc nổ nhũ tương ngày càng rộng rãi đòi hỏi quy trình sản xuất phải được kiểm soát chặt chẽ, đặc biệt là khâu cân pha dầu tự động.

1.2. Vai trò của Cân Pha Dầu trong Sản Xuất Thuốc Nổ Nhũ Tương

Công đoạn cân pha dầu là một trong những bước quan trọng nhất trong quy trình sản xuất TNNT. Tỷ lệ pha trộn dầu và các thành phần khác ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, độ nhạy nổ và hiệu quả của thuốc nổ. Sai sót trong cân định lượng pha dầu có thể dẫn đến sản phẩm không đạt tiêu chuẩn, gây nguy hiểm trong quá trình sử dụng. Do đó, việc tự động hóa hệ thống cân pha dầu là cần thiết để đảm bảo độ chính xác và ổn định của sản phẩm.

II. Thách Thức và Tồn Tại Trong Cân Pha Dầu Thủ Công

Quy trình cân pha dầu thủ công trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương thường gặp nhiều khó khăn và hạn chế. Độ chính xác không cao, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người vận hành. Tốn nhiều thời gian và công sức, ảnh hưởng đến năng suất. Khó kiểm soát chất lượng sản phẩm một cách đồng đều. Nguy cơ sai sót cao, có thể dẫn đến tai nạn lao động. Theo nghiên cứu của Đinh Việt Trung (2023), việc tự động hóa quy trình sản xuất thuốc nổ nhũ tương là giải pháp tối ưu để khắc phục những hạn chế này. Hệ thống giám sát cân pha dầu cần được trang bị để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

2.1. Những Hạn Chế Của Phương Pháp Cân Pha Dầu Truyền Thống

Phương pháp cân pha dầu truyền thống thường sử dụng cân cơ học hoặc cân điện tử đơn giản, thao tác thủ công. Điều này dẫn đến nhiều hạn chế như độ chính xác thấp, thời gian cân lâu, khó kiểm soát tỷ lệ pha trộn, và tiềm ẩn nguy cơ sai sót do yếu tố con người. Ngoài ra, môi trường làm việc trong sản xuất thuốc nổ thường khắc nghiệt, ảnh hưởng đến sức khỏe của người lao động. Việc nâng cấp hệ thống cân pha dầu là cần thiết để cải thiện điều kiện làm việc và nâng cao năng suất.

2.2. Rủi Ro An Toàn và Sai Sót Trong Quy Trình Cân Pha Dầu Thủ Công

Trong quy trình cân pha dầu thủ công, rủi ro an toàn luôn là mối quan tâm hàng đầu. Việc tiếp xúc trực tiếp với hóa chất, nguy cơ cháy nổ, và sai sót trong tỷ lệ pha trộn có thể dẫn đến tai nạn nghiêm trọng. Hệ thống cảnh báo sự cố cân pha dầu là cần thiết để phát hiện và ngăn chặn kịp thời các tình huống nguy hiểm. Tiêu chuẩn an toàn trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương cần được tuân thủ nghiêm ngặt để bảo vệ tính mạng và tài sản.

III. Giải Pháp Tự Động Hóa Hệ Thống Cân Pha Dầu Hướng Dẫn Chi Tiết

Giải pháp tự động hóa hệ thống cân pha dầu bao gồm việc sử dụng các thiết bị và công nghệ hiện đại để thay thế các thao tác thủ công. Hệ thống điều khiển tự động cân pha dầu sử dụng PLC để điều khiển các van, bơm và cảm biến, đảm bảo tỷ lệ pha trộn chính xác. Hệ thống SCADA cho cân pha dầu giúp giám sát và điều khiển toàn bộ quy trình từ xa. Cảm biến đo lường pha dầu cung cấp thông tin chính xác về khối lượng và lưu lượng. Theo Đinh Việt Trung (2023), việc tích hợp loadcell vào hệ thống cân giúp nâng cao độ chính xác và ổn định.

3.1. Ứng Dụng PLC và SCADA trong Điều Khiển Cân Pha Dầu

PLC (Programmable Logic Controller) đóng vai trò trung tâm trong hệ thống điều khiển tự động cân pha dầu. PLC nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý dữ liệu và điều khiển các thiết bị chấp hành như van và bơm để đảm bảo tỷ lệ pha trộn chính xác. Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) cung cấp giao diện trực quan để người vận hành giám sát và điều khiển toàn bộ quy trình từ xa. SCADA cũng cho phép thu thập và phân tích dữ liệu để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

3.2. Lựa Chọn Cảm Biến và Thiết Bị Đo Lường Phù Hợp

Việc lựa chọn cảm biến đo lường pha dầu phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ chính xác của hệ thống cân. Các loại cảm biến thường được sử dụng bao gồm cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng, và cảm biến mức. Van điều khiển pha dầu cần có độ chính xác cao và khả năng chống ăn mòn để đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường hóa chất. Bơm định lượng pha dầu cần có khả năng cung cấp lưu lượng chính xác và ổn định.

3.3. Tích Hợp Loadcell để Nâng Cao Độ Chính Xác Cân Pha Dầu

Loadcell là một loại cảm biến lực được sử dụng để đo khối lượng. Trong hệ thống cân tự động pha dầu, loadcell được gắn dưới bồn chứa để đo khối lượng của các thành phần. Tín hiệu từ loadcell được truyền đến PLC để tính toán tỷ lệ pha trộn. Việc sử dụng loadcell giúp nâng cao độ chính xác và ổn định của hệ thống cân, đặc biệt là trong môi trường có rung động hoặc nhiễu.

IV. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Quy Trình Cân Pha Dầu Tự Động

Để đạt được hiệu quả cao nhất từ hệ thống cân pha dầu tự động, cần áp dụng các phương pháp tối ưu hóa quy trình cân pha dầu. Điều này bao gồm việc điều chỉnh các thông số điều khiển, bảo trì định kỳ thiết bị, và đào tạo nhân viên vận hành. Độ chính xác cân pha dầu cần được kiểm tra và hiệu chỉnh thường xuyên. Hệ thống điều khiển nhiệt độ pha dầu cũng cần được tối ưu hóa để đảm bảo độ nhớt và tính đồng nhất của hỗn hợp.

4.1. Điều Chỉnh Thông Số Điều Khiển và Thuật Toán PID

Các thông số điều khiển trong PLC, chẳng hạn như hệ số khuếch đại, thời gian tích phân, và thời gian vi phân, cần được điều chỉnh để đảm bảo hệ thống cân hoạt động ổn định và đáp ứng nhanh chóng với các thay đổi. Thuật toán PID (Proportional-Integral-Derivative) thường được sử dụng để điều khiển các van và bơm, đảm bảo tỷ lệ pha trộn chính xác. Việc tối ưu hóa thuật toán PID giúp giảm thiểu sai số và thời gian ổn định của hệ thống.

4.2. Bảo Trì Định Kỳ và Hiệu Chuẩn Thiết Bị Đo Lường

Để đảm bảo độ chính xác cân pha dầu và tuổi thọ của thiết bị, cần thực hiện bảo trì định kỳ và hiệu chuẩn các cảm biến và thiết bị đo lường. Việc kiểm tra và thay thế các bộ phận hao mòn, làm sạch các cảm biến, và hiệu chuẩn lại các thiết bị đo lường giúp duy trì hiệu suất của hệ thống. Bảo trì hệ thống cân pha dầu cần được thực hiện bởi nhân viên có chuyên môn và kinh nghiệm.

4.3. Đào Tạo Nhân Viên Vận Hành và Quản Lý Hệ Thống

Nhân viên vận hành cần được đào tạo về nguyên lý hoạt động, quy trình vận hành, và các biện pháp an toàn của hệ thống cân pha dầu tự động. Việc đào tạo giúp nhân viên hiểu rõ về hệ thống, phát hiện và xử lý các sự cố, và thực hiện bảo trì định kỳ. Quản lý hệ thống cần có kiến thức về kỹ thuật và quản lý để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn.

V. Ứng Dụng Thực Tế và Kết Quả Nghiên Cứu Hệ Thống Cân Pha Dầu

Nghiên cứu của Đinh Việt Trung (2023) đã xây dựng và thử nghiệm thành công hệ thống cân tự động nguyên liệu pha dầu tích hợp loadcell. Kết quả cho thấy hệ thống có độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu về cấp nguyên liệu pha dầu chính xác trong môi trường cháy nổ. Dữ liệu được lưu trữ và tra cứu dễ dàng. Nghiên cứu cũng đề xuất bổ sung chống nhiễu cho hệ thống Loadcell và nghiên cứu cấp tự động sáp. Hiệu quả sản xuất thuốc nổ nhũ tương được cải thiện đáng kể nhờ tự động hóa cân pha dầu.

5.1. Mô Tả Chi Tiết Hệ Thống Cân Pha Dầu Thực Nghiệm

Hệ thống cân pha dầu thực nghiệm được xây dựng dựa trên việc tận dụng các tính năng ưu việt của loadcell, kết hợp với hệ thống bơm nguyên liệu có gia nhiệt tự động, được điều khiển bằng PLC. Hệ thống bao gồm các thành phần chính như bồn chứa nguyên liệu, bơm định lượng, van điều khiển, cảm biến đo lường, loadcell, PLC, và hệ thống SCADA. Hệ thống được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, an toàn, và khả năng hoạt động trong môi trường cháy nổ.

5.2. Đánh Giá Hiệu Quả và Độ Chính Xác của Hệ Thống

Hệ thống cân pha dầu thực nghiệm đã được đánh giá về hiệu quả và độ chính xác thông qua các thử nghiệm với quả cân mẫu và sản phẩm thực tế. Kết quả cho thấy hệ thống có độ chính xác cao, sai số nhỏ hơn 1%, và khả năng đáp ứng nhanh chóng với các thay đổi. Hệ thống cũng cho thấy khả năng hoạt động ổn định trong môi trường có rung động và nhiễu. Độ chính xác cân pha dầu là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

VI. Tương Lai và Xu Hướng Phát Triển Tự Động Hóa Cân Pha Dầu

Trong tương lai, tự động hóa hệ thống cân pha dầu sẽ tiếp tục phát triển theo hướng tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet of Things (IoT). Hệ thống DCS cho cân pha dầu sẽ giúp điều khiển và giám sát toàn bộ quy trình sản xuất một cách tối ưu. Nhà cung cấp giải pháp tự động hóa cân pha dầu sẽ cung cấp các giải pháp toàn diện, từ thiết kế, lắp đặt, đến bảo trì và nâng cấp. Chi phí tự động hóa hệ thống cân pha dầu sẽ giảm nhờ sự phát triển của công nghệ.

6.1. Tích Hợp AI và IoT để Tối Ưu Hóa Quy Trình

Việc tích hợp AI và IoT vào hệ thống cân pha dầu tự động sẽ mang lại nhiều lợi ích. AI có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu, dự đoán các sự cố, và tối ưu hóa các thông số điều khiển. IoT cho phép kết nối các thiết bị và cảm biến, thu thập dữ liệu thời gian thực, và giám sát hệ thống từ xa. Hệ thống giám sát cân pha dầu sẽ trở nên thông minh và hiệu quả hơn.

6.2. Xu Hướng Sử Dụng Hệ Thống DCS Distributed Control System

Hệ thống DCS là một hệ thống điều khiển phân tán được sử dụng để điều khiển và giám sát các quy trình sản xuất phức tạp. Trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương, hệ thống DCS có thể được sử dụng để điều khiển và giám sát toàn bộ quy trình, từ cân pha dầu đến đóng gói sản phẩm. Hệ thống DCS giúp tăng cường tính linh hoạt, khả năng mở rộng, và độ tin cậy của hệ thống.

6.3. Lựa Chọn Nhà Cung Cấp Giải Pháp Tự Động Hóa Uy Tín

Việc lựa chọn nhà cung cấp giải pháp tự động hóa cân pha dầu uy tín là yếu tố quan trọng để đảm bảo thành công của dự án. Nhà cung cấp cần có kinh nghiệm trong lĩnh vực sản xuất thuốc nổ, cung cấp các giải pháp toàn diện, và có dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật tốt. Lợi ích của tự động hóa cân pha dầu sẽ được tối đa hóa khi lựa chọn đúng nhà cung cấp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thuốc nổ nhũ tương (TNNT) là loại thuốc nổ công nghiệp có cấu trúc nước trong dầu (N/D), được ứng dụng rộng rãi trong khai thác than, quặng và đá tại các mỏ lộ thiên nhờ tính năng công phá cao, an toàn và thân thiện với môi trường. Theo báo cáo của ngành, tỷ lệ sử dụng TNNT ngày càng tăng do đáp ứng tốt nhu cầu sản xuất và an toàn vận chuyển. Quá trình sản xuất TNNT bao gồm các công đoạn chuẩn bị pha nước, pha dầu, nhũ hóa, pha trộn và đóng gói, trong đó công đoạn pha dầu đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm.

Hiện trạng dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương tại Nhà máy Z113 cho thấy công đoạn cấp nguyên liệu pha dầu vẫn còn nhiều hạn chế như cân đo thủ công, sai số cao, không lưu trữ dữ liệu tự động và mỹ quan công nghiệp kém. Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng giải pháp tích hợp hệ thống cân tự động pha dầu trong dây chuyền sản xuất TNNT nhằm nâng cao độ chính xác cân đo, đảm bảo an toàn trong môi trường cháy nổ, đồng thời lưu trữ và quản lý dữ liệu hiệu quả. Nghiên cứu được thực hiện tại Nhà máy Z113 trong năm 2022-2023, tập trung vào nguyên liệu pha dầu gồm sáp phức hợp, dầu LPE và dầu SPAN.

Việc phát triển hệ thống cân tự động không chỉ góp phần cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả quản lý, giám sát và an toàn lao động, từ đó tăng năng suất và giảm chi phí vận hành cho dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết cân điện tử và nguyên lý hoạt động của cảm biến lực Loadcell. Cân điện tử sử dụng Loadcell để chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện, từ đó xác định khối lượng nguyên liệu với độ chính xác cao. Loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý biến dạng điện trở của strain gauge khi chịu lực, tín hiệu điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với trọng lượng đặt lên cảm biến.

Mô hình hệ thống cân tự động tích hợp Loadcell bao gồm các thành phần chính: Loadcell dạng thanh chịu nén, bộ chỉ thị tín hiệu (indicator), hộp nối (junction box), bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200, màn hình cảm ứng HMI và các bơm cấp nguyên liệu có điều khiển biến tần. Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: độ nhạy Loadcell (mV/V), sai số cấp II/III theo OIML, PID điều khiển, giao thức truyền thông PROFINET và Modbus RTU.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ thực tế dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương tại Nhà máy Z113, bao gồm số liệu cân đo nguyên liệu pha dầu, đặc tính kỹ thuật Loadcell, và thông số vận hành hệ thống bơm. Cỡ mẫu thử nghiệm gồm các mẻ nguyên liệu pha dầu với khối lượng từ 50 đến 160 kg cho từng loại nguyên liệu SPAN và LPE.

Phương pháp phân tích sử dụng đo lường điện áp tín hiệu Loadcell, so sánh với khối lượng chuẩn bằng quả cân mẫu có sai số ±3g, đánh giá đặc tính đáp ứng và độ chính xác của hệ thống. Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline từ tháng 10/2022 đến tháng 4/2023, bao gồm thiết kế, lắp đặt, hiệu chỉnh và thử nghiệm hệ thống cân tự động.

Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm TIA Portal V14 và WINCC để lập trình PLC, giám sát và lưu trữ số liệu. Các kết quả được trình bày qua đồ thị đặc tính điện áp - khối lượng và bảng tổng hợp số liệu đo thử, nhằm đánh giá độ tin cậy và khả năng ứng dụng của hệ thống trong điều kiện thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác cân đo nguyên liệu pha dầu: Hệ thống cân tự động sử dụng 4 Loadcell đặt dưới phễu chứa nguyên liệu đạt sai số cân đo ≤ 0,3%, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật. Ví dụ, với nguyên liệu LPE, điện áp đầu ra tổng hợp từ 4 Loadcell tương ứng với khối lượng từ 50 đến 120 kg có sai số nhỏ so với lý thuyết, thể hiện qua bảng đo thử với điện áp đầu ra thực tế và lý thuyết chênh lệch không quá 0,1 mV.

2. Đặc tính đáp ứng của Loadcell: Đường đặc tính điện áp - khối lượng của Loadcell trên phễu nguyên liệu LPE và SPAN thể hiện tuyến tính cao, độ phân giải đồ hồ đạt 0,1 mV, đảm bảo khả năng đo chính xác và ổn định trong phạm vi cân đo từ 50 đến 160 kg.

3. Hiệu quả vận hành hệ thống bơm cấp nguyên liệu: Hệ thống điều khiển biến tần và PID giúp điều chỉnh tốc độ bơm phù hợp, khi gần đạt khối lượng yêu cầu giảm tốc độ để nâng cao độ chính xác cấp liệu. Nhiệt độ bảo ôn đường ống và bể chứa được duy trì ổn định ở mức tối đa 50°C, giảm độ nhớt nguyên liệu, đảm bảo lưu lượng và thời gian cấp liệu theo yêu cầu.

4. Lưu trữ và quản lý dữ liệu tự động: Số liệu cân đo được truyền thông về máy tính quản lý, lưu trữ và hiển thị trực quan trên màn hình cảm ứng HMI, giúp giám sát quá trình sản xuất hiệu quả, giảm thiểu sai sót do ghi chép thủ công.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp hệ thống đạt được độ chính xác cao là việc sử dụng 4 Loadcell bố trí đều quanh phễu chứa, giúp phân bố lực cân đều, giảm sai số do lệch tải trọng. So với cân thủ công trước đây, hệ thống mới giảm thiểu sai sót do con người và tăng tính ổn định trong môi trường có nguy cơ cháy nổ cao nhờ thiết bị Loadcell đạt chuẩn phòng nổ ATEX II 1GD.

Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trong ngành tự động hóa cân đo nguyên liệu trong môi trường công nghiệp, đồng thời cải tiến về lưu trữ dữ liệu và tích hợp điều khiển PLC giúp nâng cao hiệu quả vận hành dây chuyền. Việc duy trì nhiệt độ bảo ôn ổn định cũng góp phần giảm độ nhớt nguyên liệu, đảm bảo bơm cấp hoạt động trơn tru, tránh tắc nghẽn và sai lệch lưu lượng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường đặc tính điện áp - khối lượng, bảng tổng hợp kết quả đo thử với các mức cân khác nhau, giúp trực quan hóa hiệu suất và độ chính xác của hệ thống. Ngoài ra, phần mềm giám sát WINCC cung cấp báo cáo lịch sử và cảnh báo sự cố thời gian thực, tăng cường an toàn và kiểm soát chất lượng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống cân tự động trên toàn bộ dây chuyền pha dầu: Áp dụng hệ thống cân tự động tích hợp Loadcell cho tất cả các dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương nhằm nâng cao độ chính xác cân đo, giảm thiểu sai sót thủ công. Thời gian thực hiện dự kiến trong 6 tháng, do phòng kỹ thuật và nhà máy phối hợp thực hiện.

2. Bổ sung chức năng chống nhiễu và nâng cao độ bền Loadcell: Nghiên cứu và tích hợp các giải pháp chống nhiễu điện từ, cải thiện khả năng hoạt động ổn định trong môi trường có nguy cơ cháy nổ cao. Thời gian phát triển 3 tháng, do nhóm kỹ thuật điện và tự động hóa đảm nhiệm.

3. Phát triển phần mềm quản lý dữ liệu tập trung: Xây dựng hệ thống phần mềm quản lý và phân tích dữ liệu cân đo tự động, hỗ trợ tra cứu, báo cáo và cảnh báo sự cố nhanh chóng. Thời gian triển khai 4 tháng, phối hợp giữa phòng CNTT và vận hành.

4. Nghiên cứu cấp tự động nguyên liệu sáp phức hợp: Do nguyên liệu sáp hiện được cấp thủ công, cần phát triển hệ thống cấp liệu tự động phù hợp với đặc tính vật lý của sáp, đảm bảo độ chính xác và an toàn. Thời gian nghiên cứu và thử nghiệm 6 tháng, do phòng kỹ thuật cơ khí và tự động hóa phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia tự động hóa công nghiệp: Nghiên cứu cung cấp giải pháp tích hợp hệ thống cân tự động trong môi trường đặc thù, giúp cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả vận hành.

2. Nhà quản lý và vận hành dây chuyền sản xuất thuốc nổ: Tham khảo để áp dụng công nghệ cân tự động, giảm thiểu sai sót, tăng cường an toàn và quản lý dữ liệu sản xuất hiệu quả.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, điện tử: Tài liệu chi tiết về thiết kế, lựa chọn thiết bị Loadcell, lập trình PLC và phần mềm giám sát, phục vụ nghiên cứu và phát triển ứng dụng thực tế.

4. Cơ quan quản lý an toàn lao động và môi trường: Hiểu rõ các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu rủi ro trong sản xuất thuốc nổ, đảm bảo an toàn và tuân thủ quy định pháp luật.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống cân tự động có thể áp dụng cho các loại thuốc nổ khác không?
   Có thể áp dụng cho nhiều loại thuốc nổ nhũ tương khác nhau với điều chỉnh tỷ lệ nguyên liệu và tham số cân đo phù hợp, nhờ tính linh hoạt của PLC và phần mềm điều khiển.

2. Độ chính xác cân đo của hệ thống đạt được là bao nhiêu?
   Hệ thống đạt sai số cân đo ≤ 0,3%, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt trong sản xuất thuốc nổ, đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định.

3. Làm thế nào để đảm bảo an toàn trong môi trường có nguy cơ cháy nổ?
   Loadcell và thiết bị điện được lựa chọn theo tiêu chuẩn phòng nổ ATEX II 1GD, kết hợp hệ thống bảo vệ quá tải, cảnh báo và dừng khẩn cấp tự động.

4. Hệ thống có lưu trữ và quản lý dữ liệu cân đo không?
   Có, dữ liệu được truyền thông về máy tính chủ, lưu trữ và hiển thị trực quan trên màn hình cảm ứng, hỗ trợ tra cứu và báo cáo lịch sử.

5. Quá trình cấp liệu có thể điều chỉnh tốc độ như thế nào?
   Sử dụng biến tần và điều khiển PID để điều chỉnh tốc độ bơm, cấp liệu nhanh khi bắt đầu và giảm tốc khi gần đạt khối lượng yêu cầu nhằm nâng cao độ chính xác.

Kết luận

• Hệ thống cân tự động tích hợp Loadcell đã được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công, đạt độ chính xác cân đo ≤ 0,3% trong điều kiện sản xuất thuốc nổ nhũ tương.
• Việc áp dụng hệ thống giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm sai sót do cân thủ công và cải thiện mỹ quan công nghiệp.
• Hệ thống tích hợp phần mềm quản lý dữ liệu, giám sát và cảnh báo tự động, tăng cường an toàn và hiệu quả vận hành dây chuyền.
• Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cấp như chống nhiễu, cấp liệu tự động nguyên liệu sáp và phát triển phần mềm quản lý tập trung.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng rộng rãi, hoàn thiện hệ thống và đào tạo nhân sự vận hành, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất thuốc nổ nhũ tương.

Quý độc giả và các đơn vị sản xuất được khuyến khích nghiên cứu, ứng dụng giải pháp để nâng cao hiệu quả và an toàn trong sản xuất công nghiệp thuốc nổ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC NỔ NHŨ TƯƠNG 1.1 Khái niệm thuốc nỗ nhũ tương(TNNT) Thuốc nổ nhũ tương là loại thuốc nổ công nghiệp kiểu nước trong dầu (N/D) và kháng nước được sản xuất bằng kỹ thuật nhũ hóa. TNNT là loại nước trong dầu (N/D) được nhũ hóa đặc biệt, trong đó các hạt nhỏ dung dịch chất oxy hóa - pha rời rạc được giữ lơ lửng trong một môi trường liên tục tạo bởi một chất như dầu và có chứa các vi cầu khí hoặc thủy tinh hoặc các chất xốp khác. Thuốc nổ nhũ tương được sử dụng làm thuốc nổ chính trong khai thác than hoặc khai thác đá tại các mỏ lộ thiên. Phù hợp cho mọi công việc khai thác than, quặng và khai thác đá tại những nơi có đường kính khoan, điều kiện bề mặt đất đá và điều kiện có nước.

Thuốc nổ nhũ tương được đánh giá là có sức công phá cao, thân thiện với môi trường, an toàn trong vận chuyển, bảo quản. đáp ứng rất tốt nhu cầu lớn của thị trường hiện nay.2 Công nghệ sản xuất thuốc nổ nhũ tương 1.1 Quá trình sản xuất TNNT (Xem cùng bản vẽ sơ đồ khối quy trình công nghệ và sơ đồ khối dây chuyền sản xuất). - Chuẩn bị hai loại dung dịch (pha nước và pha dầu) Pha nước: dung dịch muối oxy hóa vô cơ, chứa ít nhất 60-80 % muối oxy hóa (nitrat amon, nitrat sodium, nitrat calcium, perchlorat sodium, perchlorat hay nitrat của các kim loại kiềm khác và các kim loại kiềm thổ). Thông thường nitrat amon chiếm tới 50 - 70 % trọng lượng dung dịch.

Bồn chứa chuẩn bị dung dịch thường được trang bị áo nhiệt để làm nóng bằng hơi, nhiệt kế, máy đo nồng độ dung dịch và máy khuấy. Trong khi nước trong bồn được đun nóng và khuấy, muối oxy hóa vô cơ đã nghiền vụn và cân đo được cho vào bồn bằng thiết bị nạp liệu. Hơi nước được cung cấp liên tục để đun nóng dung dịch lên nhiệt độ 90 °C (cao hơn nhiệt độ kết tinh của dung dịch) để hòa tan hết muối oxy hóa và duy trì nhiệt độ cho đến khi chất nền của TNNT được hình thành. Pha dầu: dung dịch của hỗn hợp dầu, paraffin và chất nhũ hóa.

Bồn chuẩn bị dung dịch này tương tự như bồn chuẩn bị dung dịch oxy hóa. Paraffin và dầu cũng được đung nóng đến cùng một nhiệt độ như nhiệt độ của dung dịch chất oxy hóa để tạo thuận lợi cho quá trình nhũ hóa và hình thành nhũ tương. Trước khi quá trình nhũ hóa bắt đầu, chất nhũ hóa được cho vào hỗn hợp để ngăn nó bị phân rã khi tồn tại lâu ở nhiệt độ cao. 7 - Nhũ hóa Nhũ hóa là bước quan trọng nhất trong sản xuất TNNT.

Để nhũ hóa, có hai quá trình: Liên tục và gián đoạn, tùy thuộc vào phương thức nạp liệu và thiết bị sử dụng, nhưng đối với hai quá trình đều sử dụng chức năng khuấy tốc độ cao giống nhau. Tốc độ nạp hai pha và nhiệt độ luôn được kiểm soát chặt chẽ. Hỗn hợp nhũ hóa được giữ ở máy với một khoảng thời gian nhất định để đảm bảo hỗn hợp được nhũ hóa đều và đồng nhất tạo ra nhũ tương nền ổn định. - Pha trộn Để có độ nhạy nổ cần thiết và năng lượng nổ đảm bảo, thông thường chất nền của TNNT được đưa đến máy trộn.

Tại đây, một lượng thích hợp chất cải biến tỷ trọng (ví dụ như bột nhôm) được cho vào. Sau khi qua máy trộn, hỗn hợp trở nên đồng nhất và được bơm đến máy đóng gói. - Đóng gói Sau khi được chuyển đến phễu của máy đóng gói, TNNT sẽ được đóng thành các thỏi hoặc túi khác nhau với các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp với yêu cầu sử dụng, sau đó chuyển tiếp vào kho (hoặc xe) bảo quản. Hệ thống dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương năng lượng cao, pha nước và pha dầu có thể được điều chế trực tiếp tại phòng chế tạo thuốc.

Khi sản xuất, pha dầu và pha nước sẽ chảy từ téc pha dầu và téc dung dịch pha nước, ứng dụng trong sản xuất, những téc khác có thể thể tiếp tục điều chế pha dầu và pha nước chuẩn bị sử dụng. Hệ thống sản xuất thuốc nổ AF, đầu liệu đạm xốp, truyền dầu gốc và dầu diesel, trục vít hỗn hợp truyền AF khởi động dây chuyền sản xuất thuốc nổ AF. Nếu chỉ sản xuất thuốc nổ nhũ tương năng lượng cao, chỉ cần khởi động hệ thống sản xuất thuốc nổ nhũ tương là được. Nếu sản xuất thuốc nổ AF nhũ hóa, cần khởi động hệ thống sản xuất thuốc nổ AF.

Toàn bộ dây chuyển sử dụng đo lường điều khiển bằng máy vi tính và hệ thống camera giám sát, các thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất phải thực hiện các biện pháp an toàn bảo hộ như đặt quá nhiệt, quá áp, nước làm mát bị ngừng, v. Đảm bảo dây chuyền sản xuất vận hành an toàn.2 Tóm tắt quy trình công nghệ Kết hợp với hình 1 Sơ đồ khối thiết bị dây chuyền sản xuất 8 x Tán vỡ chất oxy hóa Đạm, natri nitrat được vận chuyển tách biệt từ kho đạm, kho natri nitrat vào phòng tán vỡ, sau khi cân đổ vào phễu liệu thêm liệu, vào máy tán vỡ, sau khi tán vỡ, vận chuyển đến trục vít phân liệu bằng máy nâng trục vít, sau đó vận chuyển vào téc dung dịch pha nước bằng trục vít phân liệu. x Điều chế pha nước Nước sau khi thực hiện lọc xử lý, chảy vào thiết bị đo lưu lượng, đạt đến mực yêu cầu, đồng thời làm nóng nước trong téc dung dịch pha nước, sau khi nhiệt độ đạt đến yêu cầu công nghệ, bật máy tán vỡ, máy nâng trục vít và trục vít phân liệu. vật liệu được cho vào téc dung dịch pha nước tương ứng thông qua người điều khiển, một bên thêm liệu một bên tăng nhiệt quấy đều, nhiệt độ cả quá trình được kiểm soát kín bởi van tự động kiểm soát nhiệt độ, đảm bảo nhiệt độ đạt tới yêu cầu công nghệ.

x Điều chế pha dầu Vật liệu pha dầu được vận chuyển từ kho nguyên vật liệu đến phòng vật liệu pha dầu, sau đó cho vào bể hòa tan pha dầu. Làm nóng gián tiếp qua khí nóng, đợi nóng chảy toàn bộ đồng thời đạt tới nhiệt độ quy định, mở van xả liệu bể nóng chảy pha dầu, mở bơm truyền pha dầu, đem dung dịch pha dầu từ bể hòa tan nóng chảy truyền vào téc pha dầu. Khởi động téc pha dầu khuấy đều, nhiệt độ điều tiết tự động bằng van kiểm soát nhiệt độ. x Dự trữ pha dầu pha nước Khi pha dầu và pha nước được điều chế xong ở téc đầu tiên, có thể bắt đầu sản xuất.

Đồng thời, téc dung dịch pha nước và téc pha dầu có thể bắt đầu điều chế chuẩn bị. Nhiệt độ đảm bảo bởi van kiểm soát nhiệt độ tự động. Khi dùng hết téc pha nước hoặc pha dầu đầu tiên, téc thứ hai có thể lập tức đưa vào sử dụng. x Bơm truyền nhũ sơ Trước khi sản xuất bảo ôn đường ống bằng nước nóng, sau khi đảm bảo các điều kiện sản xuất, đồng thời mở bơm pha nước, bơm pha dầu.

Dung dịch pha nước pha dầu được đi qua bộ lọc, đường ống, van, bơm và đồng hồ đo lưu lượng, đưa vào téc nhũ chuẩn bị, pha nước và pha dầu hòa quyện vào với nhau khi tốc độ khuấy tăng dần từ chậm đến nhanh, đồng thời hình thành chất nền nhũ hóa 9 nước trong dầu. Lưu lượng pha dầu pha nước được cài đặt bởi máy tính chủ, thông qua PID tự động theo dõi điều tiết đảm bảo tự động kiểm soát lưu lượng. Tốc độ khuấy của nhũ sơ khi mới cho pha dầu nước là 160, khi lượng tăng dần, tốc độ khuấy cũng tăng dần, tốc độ cuối cùng giữ ở mức trên dưới 590. Cả quá trình chuẩn bị nhũ được đảm bảo an toàn bằng cách đặt quá nhiệt, quá áp, liệu vị, v.

x Nhũ tinh Nhũ sơ dưới dạng chất nền keo được chuyển đến máy nhũ tinh thông qua bơm trục vít chất nền. Máy nhũ tinh là máy nguyên chiếc từ Mỹ, dưới áp lực của bơm trục vít chất nền, chất nền bên trong máy nhũ tinh trộn lẫn hoàn toàn, không có bất cứ tác dụng nào về cơ học, ma sát, cơ bản có thể loại bỏ các nhân tố nguy hiểm trong sản xuất nhũ keo. Thông qua điều tiết tốc độ của bơm trục vít chất nền, có thể duy trì định lượng tương đối ổn định của téc nhũ sơ, thuận lợi cho nhũ hóa. x Làm mát băng tải thép Chất nền từ máy nhũ tinh được vận chuyển đến băng tải thép thông qua hệ thống đường ống, chất nền được dải đều trên băng tải thép làm mát.

Sau khi làm mát chất nền được đưa vào phễu tạm trữ, thông qua bơm cánh quạt nhũ keo đưa chất nền đến kho nhũ keo. Thông qua điều tiết tốc độ quay của bơm, đảm bảo định lượng ổn định của phễu tạm trữ. x Nhạy hóa Sau khi làm mát, chất xúc tác được thêm vào chất nền tại đầu ra của bơm, sau đó đưa vào bình bơm nhồi của máy nhồi thuốc tự động. Bơm nhồi máy nhồi thuốc tự động chỉ được khởi động khi đảm bảo các điều kiện cho phép mở máy nhồi thuốc.

Trong quá trình nhũ keo bơm đến máy nhồi thuốc, đồng thời khởi động bơm chất tạo bọt, lượng chất tạo bọt thêm vào được căn cứ vào tỷ lệ lưu lượng nhũ keo, và được theo dõi bởi hệ thống theo dõi tự động của bơm nhồi máy nhồi thuốc tự động. Tốc độ quay của bơm nhồi máy nhồi thuốc tự động căn cứ vào yêu cầu nhồi thuốc mà đặt và kiểm soát, khi định lượng của kho liệu đặt tới mức thấp nhất, hệ thống bơm nhồi máy nhồi thuốc tự động sẽ dừng quay, phòng tránh bơm không. Đồng thời định lượng đạt tới mức cao nhất và thấp nhất đều có chuông cảnh báo. 10 x Đầu liệu đạm xốp Đạm được vận chuyển từ kho đến phòng đầu liệu, sau đó đưa vào phễu liệu đạm xốp.

x Truyền định lượng đạm xốp Trục vít nâng trộn định lượng đạm xốp vận chuyển đạm xốp, có thể thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ, căn cứ định lượng để đạt được giá trị tần số năng suất tương ứng, căn cứ vào yêu cầu năng suất cài đặt tần số vận chuyển trục vít.