Luận văn: Hệ thống điều khiển tự động thải xỉ cho nhà máy nhiệt điện

Luận văn thạc sĩ trình bày giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển tự động phần thải xỉ cho nhà máy nhiệt điện, tối ưu hóa quy trình vận hành.

• Tác giả: Nguyễn Hoài Phương
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Mạnh Cường
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Tự Động Phân Thải Xỉ Cho Nhà Máy Nhiệt Điện Đốt Than
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Điều Khiển Thải Xỉ Nhà Máy Nhiệt Điện

Hệ thống điều khiển thải xỉ là một phần quan trọng trong quy trình vận hành nhà máy nhiệt điện. Xỉ là sản phẩm phụ từ quá trình cháy than, cần được xử lý hiệu quả để bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn hoạt động. Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho phép giám sát và quản lý thải xỉ một cách chính xác, từ đó tối ưu hóa hiệu suất vận hành. Hệ thống này bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển PLC, các cơ cấu chấp hành và giao diện giám sát. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa giúp giảm sai sót thủ công, nâng cao độ tin cậy và an toàn của nhà máy.

1.1. Cấu Trúc Chủ Trình Hệ Thống Thải Xỉ

Chủ trình sản xuất xỉ bắt đầu từ quá trình đốt cháy than trong lò hơi. Xỉ nóng rơi xuống hố chứa, sau đó được bơm đến hệ thống xử lý. Hệ thống thải xỉ đầy lò và thải xỉ bùn xỉ hoạt động song song, đảm bảo không bị tắc nghẽn. Các van điều khiển và cảm biến mức nước quan trọng để kiểm soát dòng chảy xỉ.

1.2. Vai Trò Của Tự Động Hóa Trong Quản Lý Xỉ

Tự động hóa hệ thống điều khiển giảm can thiệp thủ công, tăng hiệu quả vận hành. Bộ điều khiển PLC xử lý thông tin từ các cảm biến để điều khiển van, bơm và các thiết bị khác. Hệ thống giám sát trung tâm cho phép người vận hành theo dõi toàn bộ quy trình từ xa.

II. Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Tập Trung Và Phân Lấn

Thiết kế hệ thống điều khiển cho thải xỉ nhà máy nhiệt điện yêu cầu lựa chọn giữa cấu trúc tập trung hoặc phân lấn. Hệ thống tập trung có một trung tâm điều khiển chính xử lý tất cả tín hiệu, phù hợp với nhà máy quy mô vừa. Hệ thống phân lấn sử dụng nhiều bộ điều khiển cục bộ tại từng trạm vận hành, cải thiện độ tin cậy và khả năng mở rộng. Hệ thống DCS (Distributed Control System) SYMPHONY được sử dụng rộng rãi, cung cấp khả năng kết nối linh hoạt và giám sát hiệu quả. Lựa chọn cấu trúc phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của nhà máy.

2.1. Hệ Thống Tập Trung Cho Thải Xỉ

Điều khiển tập trung sử dụng một tủ điều khiển chính với bộ PLC S7-300/400 xử lý tất cả tín hiệu. Ưu điểm là dễ bảo trì, chi phí thấp, phù hợp nhà máy nhỏ. Tuy nhiên, nếu trung tâm hỏng, toàn bộ hệ thống dừng hoạt động, ảnh hưởng đến an toàn vận hành.

2.2. Hệ Thống Phân Lấn Với DCS

Hệ thống DCS SYMPHONY phân chia quản lý thành nhiều trạm: trạm bơm bùn xỉ, trạm thả quạt, trạm nước ngược. Mỗi trạm vận hành có bộ điều khiển riêng, giảm tải cho hệ thống. Truyền thông Profibus kết nối các trạm, cho phép trao đổi dữ liệu real-time và giám sát tập trung.

III. Các Thành Phần Chính Của Hệ Thống Điều Khiển

Hệ thống điều khiển thải xỉ bao gồm nhiều thành phần quan trọng hoạt động liên kết. Cảm biến (mức nước, áp suất, nhiệt độ) thu thập dữ liệu từ hiện trường. Bộ điều khiển PLC xử lý tín hiệu nhập, chạy chương trình logic, ra quyết định điều khiển. Cơ cấu chấp hành (van, bơm, động cơ) thực hiện lệnh điều khiển. Module truyền thông kết nối các thành phần, giao diện HMI hiển thị trạng thái hệ thống cho người vận hành. Hệ thống cấp nguồn đảm bảo hoạt động ổn định, có dự phòng để tránh gián đoạn.

3.1. Cảm Biến Và Thiết Bị Đo Lường

Cảm biến mức nước được lắp tại các bể chứa xỉ để giám sát lượng chất lỏng. Cảm biến áp suất kiểm soát áp lực trong ống dẫn. Cảm biến nhiệt độ theo dõi điều kiện xỉ nóng. Các tín hiệu từ cảm biến được gửi đến bộ điều khiển PLC để xử lý và ra quyết định điều khiển kịp thời.

3.2. Bộ Điều Khiển PLC Và Module I O

CPU của PLC S7-300 xử lý logic điều khiển với tốc độ cao. Module đầu vào (DI/AI) nhận tín hiệu từ cảm biến, module đầu ra (DO/AO) gửi lệnh điều khiển đến thiết bị. Module truyền thông cho phép giao tiếp với các thiết bị khác, tổ chức bộ nhớ hiệu quả cho lưu trữ dữ liệu.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Kết Quả Triển Khai

Thiết kế hệ thống điều khiển thải xỉ đã được áp dụng thành công tại nhiều nhà máy nhiệt điện. Giao diện HMI cho phép vận hành dễ dàng, hiển thị trạng thái các van, bơm, và cảnh báo tình trạng bất thường. Logic điều khiển được lập trình để tối ưu quy trình, giảm lãng phí xỉ và năng lượng. Hệ thống cấp điện tại các trạm vận hành (trạm bơm bùn xỉ, trạm thả quạt, trạm nước ngược) được thiết kế với nguồn dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục. Kết quả cho thấy hiệu suất vận hành tăng, sự cố giảm, chi phí bảo trì giảm và an toàn lao động nâng cao.

4.1. Giao Diện Giám Sát Và Vận Hành

Giao diện HMI hiển thị sơ đồ hệ thống thải xỉ, cho phép vận hành từ xa. Màn hình chính thể hiện trạng thái của các van, bơm, động cơ và các giá trị cảnh báo quan trọng. Bảng điều khiển cung cấp khả năng điều khiển thủ công khi cần thiết, đảm bảo an toàn và linh hoạt.

4.2. Lợi Ích Và Hiệu Quả Kinh Tế

Tự động hóa giảm nhân công, tăng hiệu suất sản xuất. Giám sát liên tục phát hiện sớm các vấn đề, tránh downtime. Hệ thống ghi dữ liệu hỗ trợ bảo trì dự phòng. Chi phí vận hành giảm nhờ tối ưu hóa quy trình, lợi nhuận tăng từ việc cải thiện hiệu suất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Lý do chọn - al Phương pháp nghiên cứu 1 3, ôi tượng của để tải. Mục tiêu của đề tài 5. Ý nghĩa của để tài.

TONG QUAN V! 11 GIGL THIEL CIIUNG VAI NET VE QU: A TRÌNH POAT TRIEN CUA NUA MAY. CHỮ TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN CỬ: UONG Bi 1.1 Chủ trình hệ thống thải xỉđ - 1.2 Chủ trình hệ thống thú hồi ro bạy.3 Chu trinh hé théng thai bim xi - - ell 1.4 Chu trinh hé théng nước tái tuân hoàn 11 14. HE THONG GIAM SÁT BIẾU KHIỂN CHƯNG CỦA NHÀ MÁY. Giải thiệu chưng về hệ thống DCS - 12 1.

Hệ thống DƠ§ của nhà máy nhiệt điện Uông Bí. XÂY DỰNG GIẢI PHÁP ĐIÊU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO AE THONG THAI XT a3 24. PHAN TICH YEU CAU PIRU KHIỂN VẢ GIÁM SÁT CỦA HỆ THONG. Phân lich yêu cầu diều khiến của hệ thống.

Phân tích yêu cầu giám sat. THIẾT KÉ HỆ THÓN: 34 2. Lựa chợn giải pháp điều khiển, giảm sát vả truyền thông. Lựa chọn hệ thông điều khiển.

Xây dựng các dối tượng cho yêu cầu diễu khiển và giám sắt. 'Thiết kế các thành phân bộ điều khiển chính. Lựa chọn thiết bị chính cho hệ thống diễu khiển. XÂY DUNG HE THONG DIEU KHIEN GIÁM SÁT TRAM THAI 3.

XAY DUNG MO HINH CUNG HE THONG DIEU KHIỂN. Sơ để cầu hình của hệ thống điều khiển chính : 3. Thị nên cấp chung cho hệ thêng điều 3. Thiết kế cấp nguồn cho các module hệ thống PLC điều khiển trạm vận hành trạm vận hành chính:.

Thiết kế cắp nguén cho cdo module hé théng PLC điều khiển trạm vận hành nhà quạt :. Thiết kế cấp nguồn cho cáo module của hệ thống điển đ khiển trạm van hành nước ngtược ˆ. Thiết kể sơ để điều khién dic trmg. Thiết kế tin hiệu vào ra điển hình của hệ thẳng điều khiến giảm sát một động cơ trong hệ thống-.

Thiết kế tín hiệu đầu vào điền hình của nodnle DT cho hệ thống giảm sát điều khiến các van - - T78 3. Sơ đỏ tín hiệu đầu ra điển lủnh của module DO cho hệ thông giám sáL điều khiến các van: - - 19 3.2, LAP CHUONG TRINH PHAN MEM CUA HE THO! 3.1 Lap trinh mét project.2 Lap cdu hình cứng cho trạm PLC - 3.3 Xây dựng câu hình phần mềm cho hệ thống PLC. CHƯƠNG TRÌNH ĐIÊU KHIỂN VÀ GIAO DIEN VẬN HÀNH.81 42 CHUONG TRINH LOGIC DIEU KHIEN CUA HE THONG PLC:.1 Các khối hảm chức năng chơ thug nhóm thiết bị.2 Chương trình điều khiển giám sát một van đặc trưng của hệ th "- 4.3 Chương trình điều khiển giám sát một động cơ đặc trưng của hệ thống .4 Logic cho một giả trị cảnh báo điển hình.9, So dé bẻ trí kết nổi tin hiệu vào ra điển hình hệ thẳng giám sát diễu khiến xuột thiết bị (Bơm cao áp nhánh Á),.10, 8ơ để bổ trí tín hiệu đầu vào của modole D1 cho hệng thang đ điều khiển giảm sắt các van se ca. Sơ để lu ra cla module DO© cho hệ thống điều khiễn pid sat cdc van.

Chương bình câu bình phan cũng hệ thống PLC xe se. Các khối logic điều khiển hệ thông PLC. Logic điên khiển giám sát một van đặc trung của hệ thông, 83 linh 4. Logic điều khiển giám sát một động co đặc trưng của hệ thống.

Logic cho một giá trị cảnh bảo điền hình. Logic cho một giá trị camh bao didn bith. ee eeeecssesseseeeneieeen BS Hinh 4. Giao điện vận hảnh hệ thẳng nước cấp.

Giao diện vận hành hệ thống thm hỗi tro bay 86 Hình 4. Giao diện vận hành hệ thống thải xi đây lò. Giao điện vận hành hệ thông thai bun xi - - 87 Hình 4. Tủ hệ thắng điêu khiển.

Bộ điều khiến - - 88 Tình 4. Tủ ghép nối mở rộng 88 Hình 4. Tủ hệ thống SCMS (truyền thông cáo trạm lẻ) 89 Tình 4. Man hình giám sat didu khién chink - - 8o viii 4.5 Logie cho một giả trị tương tự.3 GIÁO DIEN VAN HANH CUA HE THONG THAI Xi 4.1 Giao diện vận hành hệ thống nước cấp.2 Giao diện vận hành hệ thông thu hồi tro bay 4.3 Giao diện vận hành hệ thủng thai xi day 16.4 Giao diện vận hảnh hệ thông thải bùn xỉ 4.4, HE THONG DIEU KHIEN GIAM SAT TRAM THÁI TRO XỈ.

KET L UAN TẢI LIỆU THAM KHẢO Hinh 3.9, So dé bẻ trí kết nổi tin hiệu vào ra điển hình hệ thẳng giám sát diễu khiến xuột thiết bị (Bơm cao áp nhánh Á),.10, 8ơ để bổ trí tín hiệu đầu vào của modole D1 cho hệng thang đ điều khiển giảm sắt các van se ca. Sơ để lu ra cla module DO© cho hệ thống điều khiễn pid sat cdc van. Chương bình câu bình phan cũng hệ thống PLC xe se. Các khối logic điều khiển hệ thông PLC.

Logic điên khiển giám sát một van đặc trung của hệ thông, 83 linh 4. Logic điều khiển giám sát một động co đặc trưng của hệ thống. Logic cho một giá trị cảnh bảo điền hình. Logic cho một giá trị camh bao didn bith.

ee eeeecssesseseeeneieeen BS Hinh 4. Giao điện vận hảnh hệ thẳng nước cấp. Giao diện vận hành hệ thống thm hỗi tro bay 86 Hình 4. Giao diện vận hành hệ thống thải xi đây lò.

Giao điện vận hành hệ thông thai bun xi - - 87 Hình 4. Tủ hệ thắng điêu khiển. Bộ điều khiến - - 88 Tình 4. Tủ ghép nối mở rộng 88 Hình 4.

Tủ hệ thống SCMS (truyền thông cáo trạm lẻ) 89 Tình 4. Man hình giám sat didu khién chink - - 8o viii 4.5 Logie cho một giả trị tương tự.3 GIÁO DIEN VAN HANH CUA HE THONG THAI Xi 4.1 Giao diện vận hành hệ thống nước cấp.2 Giao diện vận hành hệ thông thu hồi tro bay 4.3 Giao diện vận hành hệ thủng thai xi day 16.4 Giao diện vận hảnh hệ thông thải bùn xỉ 4.4, HE THONG DIEU KHIEN GIAM SAT TRAM THÁI TRO XỈ. KET L UAN TẢI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC BANG Tăng 2. Các module nguồn của họ 87- 300/400 - - 42 Bang 2.

Cac module tin hiệu với họ 87-300 - - 42 Tăng 2. Các loại module TM của S7-300/400 43 Bang 2. Các đạng truyền thông profibus S7-300/400. Bang danh mục các thiết bị và thông số cân đưa vào điều khiến 46 Bang 2.

Bảng danh mục các thiết bị cần điều khiển dang số.Bâng danh mục các tín hiệu đưa vào liên đồng điều khiển vá cảnh báo. Bảng danh mục lựa chọn các thiết bị chính của hệ thống điều khiến.65 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỎ THỊ Tĩnh 1. Sơ đề chu trình sản xuất điện của nhà máy. So dé téng quan hé théng thai tro xi - 8 Tĩinh 1.

Mô hình phân cập chức năng của một hệ thỏng điều khiểnvà giám sát. Các cơ cấu chấp hành. Hệ thống tủ điều khiến - - 13 Hinh 1. Trung tân điều khiển giám sat - 14 Hình 1.

Câu trúc điêu khiến tập trung. Cấu trúc điêu khiển phân lần - 16 Hình 1. Cau hình cơ bản một tệ điều khiến phân lân 7 Tình 1. Câu trúc phần cứng hệ thông điều khiển DCS SYMPHONY 18 Tình 1.

Các medule trong tii HCU và kết nối trong hệ thống điều khiển 23 Tình 1. Câu trúc tudn ty cia cde surkiGn SOR (sequence of events) 25 Tình 1. Phương thức kết nổi với hệ thống điều khiến khác. Một số thiếtbi ota hG thong.

Tủ thiết bị của hệ thông - 28 Hình 1. Khếi lắp ghép module (MMU). Khôi Nguồn cấp cho hệ thông. Giải pháp diều khiển, giám sát và truyền thôn „36 Linh 2.

Tổ chức bộ nhở của CPU. - pee BB Hin 2. Hé thong PLC. Hoạt động của PLC -.

Cấu trúc truyền thông cua tram va 70 Hình 3. Sơ dỗ cấp diện chúng cho hg thông diễu khién tai tram vận hành chinh. Sơ để cấp điện chung cho hệ thống điều khiển tai trạm vận hành nước ngược 72 Tĩnh 3. Sơ đồ cấp nguồn cho các module hệ thống điêu khiển tại trạm vận hành điều khiến chính (trạm bơm bún xj).5, Sơ đỗ cấp nguồn cho các module hệ thông điều khiển tại trạm vận hành thả quạt - 74 Hình 3.

Sơ đỗ cấp nguên cho các module hệ thống điều khiển trạm vận hành nước ngược - - - - 75 Hình 3. Sơ đồ điều khiển giám sát điển hình cho các đông cơ của hệ thông, ?6 Hình 3. Sơ đô điều khiển giảm sát điển hình cho các van của hệ thống, 16 LOI CAM ON Với lòng kính trọng vá biết ơn, đầu tiến lim xin chân thánh gửi lời căm ơn tới TS. Đỗ Mạnh Cường, thầy đã tận tình hướng đẫn và giúp đồ em trong suốt quá trình.

làm luận vẫn. Xin chân thành cảm ơn các quý thấy cô đã giảng đạy em trơng suốt quá trình hoc cao hoe vira qua. Cảm ơn gia định, anh em bạn bẻ, đồng nghiệp đã động viên, hỗ trợ, đóng góp ý kiến giúp em hoàn thành luận vắn mày. Du dé rat cả gắng nhưng với trinh độ hiểu biết và thời gian nghiên cứu thực tế có hạn nên không tránh khỏi những thiểu sót, Em rất mong nhận dược những lời chỉ đẫn, góp ý của các thầy/cô và bạn đọc đề luận văn của em được hoán thiện hơn.

lm tran trong cém on! LOI CAM ON Với lòng kính trọng vá biết ơn, đầu tiến lim xin chân thánh gửi lời căm ơn tới TS. Đỗ Mạnh Cường, thầy đã tận tình hướng đẫn và giúp đồ em trong suốt quá trình. làm luận vẫn. Xin chân thành cảm ơn các quý thấy cô đã giảng đạy em trơng suốt quá trình hoc cao hoe vira qua.

Cảm ơn gia định, anh em bạn bẻ, đồng nghiệp đã động viên, hỗ trợ, đóng góp ý kiến giúp em hoàn thành luận vắn mày. Du dé rat cả gắng nhưng với trinh độ hiểu biết và thời gian nghiên cứu thực tế có hạn nên không tránh khỏi những thiểu sót, Em rất mong nhận dược những lời chỉ đẫn, góp ý của các thầy/cô và bạn đọc đề luận văn của em được hoán thiện hơn. lm tran trong cém on! 2. Lựa chọn hệ thông điều khiển.

Xây dựng các dối tượng cho yêu cầu diễu khiển và giám sắt. 'Thiết kế các thành phân bộ điều khiển chính. Lựa chọn thiết bị chính cho hệ thống diễu khiển. XÂY DUNG HE THONG DIEU KHIEN GIÁM SÁT TRAM THAI 3.

XAY DUNG MO HINH CUNG HE THONG DIEU KHIỂN. Sơ để cầu hình của hệ thống điều khiển chính : 3. Thị nên cấp chung cho hệ thêng điều 3. Thiết kế cấp nguồn cho các module hệ thống PLC điều khiển trạm vận hành trạm vận hành chính:.

Thiết kế cắp nguén cho cdo module hé théng PLC điều khiển trạm vận hành nhà quạt :. Thiết kế cấp nguồn cho cáo module của hệ thống điển đ khiển trạm van hành nước ngtược ˆ. Thiết kể sơ để điều khién dic trmg.