Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lò hơi công nghiệp là thiết bị trao đổi nhiệt đóng vai trò thiết yếu trong dây chuyền sản xuất của nhiều ngành công nghiệp, đảm nhận chức năng cung cấp năng lượng nhiệt dưới dạng hơi nước ở các mức áp suất và nhiệt độ nhất định. Do môi trường làm việc đặc thù luôn duy trì áp suất và nhiệt độ cao, quá trình vận hành lò hơi tiềm ẩn rủi ro cháy nổ và sự cố nghiêm trọng nếu không có cơ chế kiểm soát liên tục. Trước đây, nhiều hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ bộc lộ nhược điểm về tốc độ xử lý chậm, độ chính xác không cao và thiếu khả năng giám sát tập trung. Việc chuyển dịch sang ứng dụng các thiết bị điều khiển khả trình (PLC) cùng hệ thống giám sát, thu thập dữ liệu (SCADA/HMI) là yêu cầu kỹ thuật tất yếu nhằm ổn định thông số vận hành, tối ưu hóa quá trình cháy của nhiên liệu, nâng cao tính an toàn và tiết kiệm năng lượng.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan về cấu tạo, nguyên lý làm việc của lò hơi công nghiệp (trọng tâm là lò hơi ống lửa đốt bụi than) và các yêu cầu kỹ thuật trong giám sát, điều khiển ổn định lò hơi.
  2. Khảo sát nguyên lý hoạt động của các thiết bị đo lường cảm biến, cơ cấu chấp hành và bộ điều khiển logic khả trình PLC dòng S7-1200 của hãng Siemens.
  3. Nghiên cứu phần mềm TIA Portal (SIMATIC STEP 7 và WinCC) để xây dựng chương trình điều khiển và thiết lập giao diện giám sát HMI.
  4. Lựa chọn cấu hình thiết bị phần cứng, xây dựng sơ đồ kết nối I/O và thiết kế lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống theo hai chế độ Auto (tự động) và Manu (thủ công).
  5. Lập trình điều khiển ổn định nhiệt độ, áp suất, mức nước và mô phỏng giao diện giám sát vận hành thời gian thực.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển cấp trường (cảm biến nhiệt độ, áp suất, mức nước, van xả khí, quạt thổi, bơm nước, biến tần) và hệ thống điều khiển giám sát (PLC, HMI/WinCC).
  • Phạm vi nghiên cứu: Mô hình lò hơi công nghiệp loại đốt bụi than hoạt động ở dải áp suất đến 25 Bar và nhiệt độ đến 400°C; triển khai giải pháp lập trình và mô phỏng trên nền tảng phần mềm TIA Portal.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật

Đề tài dựa trên nền tảng lý thuyết điều khiển tự động hóa quá trình công nghiệp và nguyên lý truyền nhiệt trong lò hơi:

  • Nguyên lý cấu tạo lò hơi ống lửa (Fire-tube Boiler): Khí nóng sinh ra từ buồng đốt di chuyển qua hệ thống ống lửa ngập trong nước, truyền nhiệt làm sôi nước tạo thành hơi. Hệ thống bao gồm vỏ lò (boiler shell), buồng đốt lót vật liệu chịu lửa, ống khói, nồi hơi (steam drum), bộ phận tách hơi khô, hệ thống cấp nước, bộ trao đổi nhiệt khói thải, ống sấy không khí và van xả cặn đáy.
  • Cơ chế đo lường tín hiệu công nghiệp: Khảo sát nguyên lý biến đổi điện trở của cảm biến nhiệt điện trở RTD (PT100) theo nhiệt độ; nguyên lý cảm biến áp suất dạng màng áp điện trở và tụ điện biến thiên tạo tín hiệu chuẩn Analog 4–20 mA.
  • Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC: Phân tích 5 khối chức năng của PLC gồm bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ cấp nguồn, bộ nhớ (ROM, RAM, EPROM), khối giao diện vào/ra (I/O) và thiết bị lập trình. Chu kỳ quét (Scan Cycle) được thực hiện tuần tự qua các bước: đọc ngõ vào, thực thi chương trình logic, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi và cập nhật ngõ ra với chu kỳ thời gian từ 1 ms đến 100 ms.
  • Kiến trúc phân cấp SCADA/HMI: Cấu trúc phân tầng tự động hóa công nghiệp gồm Cấp trường (thu thập tín hiệu và chấp hành), Cấp điều khiển (xử lý logic điều khiển thời gian thực) và Cấp điều khiển giám sát (hiển thị, quản lý cảnh báo, lưu trữ dữ liệu lịch sử và báo cáo).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn an toàn công nghiệp, tài liệu hướng dẫn phần cứng của hãng Siemens; phân tích các bài toán mô hình hóa để tính toán lựa chọn thông số thiết bị điện, cảm biến và động cơ.
  • Phương pháp mô phỏng và thực nghiệm: Sử dụng phần mềm TIA Portal tích hợp SIMATIC STEP 7 để lập trình khối lệnh PLC và WinCC để thiết kế giao diện vận hành HMI, gán Tag liên kết dữ liệu và cấu hình Animation mô phỏng hoạt động thực tế.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật từ catalog của nhà sản xuất (Siemens, JSP - Cộng hòa Séc, Yoshitake, Omron), kết hợp các tham số vận hành công nghệ của lò hơi đốt than.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Kiến trúc phân cấp hệ thống

Hệ thống điều khiển, giám sát và ổn định lò hơi được tổ chức thành cấu trúc 3 cấp:

[ Cấp điều khiển giám sát: Màn hình HMI / WinCC SCADA ]
[ Cấp điều khiển: PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C + Module SM 1234 ]
[ Cấp trường: PT100, Cảm biến áp suất D2415, Phao nước, Biến tần, Quạt VNS-C3B, Van Yoshitake ]

Lựa chọn thiết bị phần cứng

Tên thiết bị Mã hiệu / Xuất xứ Thông số kỹ thuật chính Chức năng trong hệ thống
Bộ điều khiển PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY (Siemens) Nguồn cấp 120/230 VAC (85–264 VAC), tần số 47–63 Hz; Bộ nhớ 75 KB; 14 DI (24VDC), 10 DO (Relay), 2 AI tích hợp; Cổng PROFINET. Xử lý thuật toán điều khiển trung tâm, tính toán tín hiệu và ra lệnh chấp hành.
Module mở rộng SM 1234 AI4/AQ2 (Siemens) 4 ngõ vào Analog (AI), 2 ngõ ra Analog (AQ). Mở rộng khả năng thu thập tín hiệu cảm biến và xuất tín hiệu điều khiển.
Cảm biến nhiệt độ PT100 E52MY-PT15C Loại RTD 3 dây; dải đo 0 – 400°C; ngõ ra Analog 4 – 20 mA. Đo nhiệt độ môi trường bên trong buồng đốt và thân lò.
Cảm biến áp suất D2415 (JSP – CH Séc) Dải đo 0 – 25 Bar; ngõ ra Analog 4 – 20 mA; gắn ống siphon hạ nhiệt. Giám sát áp suất hơi nước trực tiếp trong thân lò.
Cảm biến mực nước Cảm biến dạng phao Ngõ ra tiếp điểm Digital (mức 0 khi nước cạn, mức 1 khi nước đủ). Cảnh báo và điều khiển bổ sung nước cho lò hơi.
Van xả khí Yoshitake Van điện từ mặt bích; chịu áp suất tối đa 25 Bar; chịu nhiệt độ cao. Cấp hơi cho phụ tải và xả áp an toàn khi quá áp.
Quạt cấp gió & nhiên liệu Ly tâm VNS-C3B Nhiệt độ làm việc 100 – 500°C; điều khiển tốc độ qua biến tần. Thổi bụi than và oxy vào buồng đốt lò hơi.
Biến tần Siemens Điều khiển thay đổi tần số động cơ quạt. Thay đổi lưu lượng gió và than theo tín hiệu từ PLC.
Nút bấm điều khiển LA38-203 Điện áp cách điện 45V; dòng giới hạn 10A; điện trở tiếp xúc ≤ 50 mΩ; tiếp điểm 1 NO + 1 NC. Điều khiển khởi động (Start) và dừng (Stop) hệ thống.

Quá trình công nghệ và giải thuật điều khiển

Hệ thống vận hành theo quy trình công nghệ được thiết lập cụ thể:

  1. Khởi động và dừng: Vận hành thông qua hai nút bấm Start và Stop. Khi kích hoạt, hệ thống mặc định vận hành ở chế độ Auto (Tự động).
  2. Xử lý tín hiệu cảm biến: Cảm biến PT100 và cảm biến áp suất D2415 liên tục đo thông số thực tế, chuyển đổi thành tín hiệu dòng điện 4–20 mA đưa về module SM 1234 AI4/AQ2. PLC thực hiện chuyển đổi tín hiệu số (Scaling) để tính toán giá trị nhiệt độ (°C) và áp suất (Bar).
  3. Điều khiển ổn định nhiệt độ: PLC xuất lệnh điều khiển biến tần Siemens thay đổi tần số cấp cho động cơ quạt ly tâm VNS-C3B. Khi nhiệt độ thấp hơn giá trị cài đặt, biến tần tăng tần số để quạt quay nhanh hơn, tăng cường cấp bụi than và oxy nhằm đẩy mạnh quá trình cháy; khi nhiệt độ đạt ngưỡng, biến tần tự động giảm tần số.
  4. Kiểm soát áp suất và xả khí an toàn:
    • Trong dải áp suất làm việc tiêu chuẩn ($Min \le P \le Max$): Van xả khí mở để cấp hơi cho quá trình sản xuất.
    • Khi áp suất giảm dưới ngưỡng $Min$: Van xả khí tự động đóng lại để tích áp.
    • Khi áp suất vượt quá ngưỡng an toàn cực đại ($P > 22\text{ Bar}$): Hệ thống kích hoạt mở van xả khí khẩn cấp SOS để giải phóng áp suất thừa, ngăn ngừa nguy cơ nổ lò.
    • Khi áp suất hạ xuống dưới $21.5\text{ Bar}$: Van xả khí SOS tự động đóng lại, đưa hệ thống trở về trạng thái vận hành bình thường.
  5. Chế độ điều khiển thủ công (Manu): Khi người vận hành chuyển sang chế độ Manu trên màn hình giám sát, quyền điều khiển tự động tạm ngắt, cho phép người dùng trực tiếp bật/tắt từng thiết bị chấp hành (bơm, quạt, van) thông qua các nút bấm ON/OFF trên HMI.

Thiết lập giao diện giám sát HMI trên WinCC

Quá trình xây dựng giao diện SCADA/HMI bao gồm các bước:

  • Khởi tạo thiết bị HMI trong TIA Portal và thiết lập kết nối truyền thông PROFINET với CPU S7-1200 1214C.
  • Định nghĩa bảng biến PLC Tags, tạo cầu nối liên kết các địa chỉ bộ nhớ (I, Q, M, DB) với các phần tử giao diện.
  • Thiết kế màn hình trực quan gồm các đối tượng đồ họa: đồng hồ hiển thị áp suất, thanh đo nhiệt độ, trạng thái van xả khí, trạng thái quạt thổi và bơm nước.
  • Thiết lập thuộc tính Animation (đổi màu, nhấp nháy, hiển thị chuyển động) để phản ánh trực tiếp trạng thái đóng/mở của thiết bị và hiển thị thông báo cảnh báo khi áp suất chạm ngưỡng nguy hiểm 22 Bar.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ HƠI

Chương I trình bày tổng quan về các yêu cầu thực tế trong công tác giám sát, vận hành lò hơi công nghiệp. Tác giả phân tích các yêu cầu trọng yếu gồm: đảm bảo an toàn vận hành chống cháy nổ, duy trì hiệu suất nhiệt ổn định, nâng cao tính chính xác và kịp thời trong xử lý sự cố, giảm thiểu chi phí bảo trì và tuân thủ các quy định an toàn. Nội dung chương đồng thời làm rõ các hoạt động cần thiết của hệ thống điều khiển tự động (thu thập dữ liệu cảm biến, tính toán xử lý tín hiệu và xuất lệnh điều khiển chấp hành); phân tích chi tiết các yêu cầu kỹ thuật phân cấp theo 3 tầng: Cấp trường, Cấp điều khiển và Cấp điều khiển giám sát; xác định rõ đối tượng, phương pháp nghiên cứu lý thuyết/thực nghiệm và dự kiến kết quả cần đạt của đề tài.

CHƯƠNG II. BÀI TOÁN CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG LÒ HƠI

Chương II tập trung nghiên cứu chi tiết bài toán công nghệ cho đối tượng lò hơi công nghiệp loại đốt bụi than. Tác giả phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của hai loại thiết bị đo lường chính: cảm biến áp suất (dạng áp điện trở, dạng tụ điện) và cảm biến nhiệt độ (RTD PT100, Thermocouple, bán dẫn, hồng ngoại). Tiếp đó, chương mô tả chi tiết cơ cấu cơ khí của lò hơi ống lửa qua từng bộ phận: vỏ lò, buồng đốt, ống lửa, ống khói, nồi hơi, hệ thống cấp nước, bộ tách hơi, van an toàn, bộ trao đổi nhiệt và van xả cặn. Phần tiếp theo phân tích tổng quan cấu trúc phần cứng của PLC (CPU, bộ nguồn, bộ nhớ ROM/RAM/EPROM, I/O, chu kỳ quét) và giới thiệu chi tiết dòng PLC Siemens S7-1200 kèm bảng so sánh thông số các CPU (1211C, 1212C, 1214C, 1215C). Cuối cùng, chương khảo sát tổng quan phần mềm SCADA WinCC, các phiên bản phần mềm, cấu trúc các hệ thống con (Data System, Alarm System, Reporting System) và các loại đối tượng đồ họa, Tag kết nối, Animation trong WinCC.

CHƯƠNG III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH VÀ GIÁM SÁT LÒ HƠI

Chương III là nội dung thiết kế kỹ thuật trọng tâm của đồ án. Tác giả tiến hành lựa chọn danh mục thiết bị cụ thể cho hệ thống: nút bấm LA38-203, cảm biến nhiệt độ PT100 E52MY-PT15C (0–400°C), cảm biến áp suất JSP D2415 (0–25 Bar), van xả điện từ Yoshitake, quạt ly tâm VNS-C3B (chịu nhiệt 100–500°C), biến tần Siemens và bộ điều khiển trung tâm PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY kết hợp module mở rộng SM 1234 AI4/AQ2. Chương phân tích chi tiết chức năng của Cấp điều khiển giám sát (SCADA Server, trạm vận hành, mạng truyền thông, cơ sở dữ liệu lịch sử); xây dựng bảng phân bổ địa chỉ I/O (PLC Tags); thiết lập sơ đồ khối hệ thống và mô tả chi tiết quy trình công nghệ điều khiển theo hai chế độ Auto/Manu cùng thuật toán xả áp SOS khi $P > 22\text{ Bar}$ và đóng lại khi $P < 21.5\text{ Bar}$. Phần cuối chương hướng dẫn chi tiết các bước thiết lập màn hình HMI, tạo liên kết Tag, gán Animation và cung cấp sơ đồ đấu dây phần cứng của PLC.

CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VỀ ĐỒ ÁN VÀ MỤC TIÊU HƯỚNG TỚI TRONG TƯƠNG LAI

Chương IV tổng kết toàn bộ kết quả kỹ thuật đạt được trong quá trình thực hiện đồ án, khẳng định việc hoàn thành thiết kế hệ thống điều khiển tự động và giao diện giám sát HMI theo đúng các yêu cầu công nghệ đặt ra. Đồng thời, tác giả xác định các định hướng phát triển và mục tiêu mở rộng trong tương lai nhằm nâng cao tính ứng dụng và độ hoàn thiện của hệ thống khi triển khai vào môi trường sản xuất thực tế.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính của đề tài

  • Hoàn thiện cấu hình phần cứng điều khiển: Lựa chọn và tích hợp thành công cấu hình PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY phối hợp cùng module mở rộng Analog SM 1234 AI4/AQ2, đáp ứng đủ các kênh vào/ra số và tương tự cho hệ thống.
  • Xây dựng giải thuật điều khiển công nghệ hoàn chỉnh: Thiết lập thành công lưu đồ thuật toán điều khiển ổn định nhiệt độ qua biến tần quạt ly tâm và kiểm soát áp suất hơi theo chu trình: đóng/mở van cấp hơi trong dải Min–Max, mở van xả khẩn cấp SOS tại ngưỡng 22 Bar và tự động ngắt xả SOS khi áp suất giảm về 21.5 Bar.
  • Thiết kế giao diện giám sát HMI/WinCC: Xây dựng hoàn chỉnh giao diện HMI với hệ thống Tag liên kết thời gian thực, hiển thị đầy đủ trạng thái thiết bị, thông số nhiệt độ, áp suất và tích hợp chế độ chuyển đổi linh hoạt giữa Auto và Manu.
  • Thiết lập sơ đồ đấu nối kỹ thuật: Cung cấp chi tiết bảng phân bổ địa chỉ PLC Tags và sơ đồ đấu dây mạch điều khiển cấp trường.

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Ứng dụng giải pháp lắp đặt ống siphon trung gian cho cảm biến áp suất D2415 nhằm giảm nhiệt độ tác động trực tiếp từ hơi nước, bảo vệ cảm biến làm việc bền bỉ trong môi trường nhiệt độ cao.
  • Sử dụng biến tần điều khiển tốc độ quạt ly tâm VNS-C3B thay vì đóng/ngắt trực tiếp, giúp điều chỉnh lưu lượng oxy và nhiên liệu than mịn mượt mà, hạn chế sốc nhiệt và tiết kiệm điện năng tiêu thụ.
  • Thiết lập giải thuật ngắt trễ (Hysteresis) cho van xả khẩn cấp SOS (mở ở 22 Bar, đóng ở 21.5 Bar) nhằm triệt tiêu hiện tượng đóng/cắt liên tục (chattering) gây rung giật đường ống và hỏng van.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

Tác giả đã hệ thống hóa phương pháp thiết kế một hệ thống tự động hóa điều khiển - giám sát lò hơi công nghiệp hoàn chỉnh từ khâu khảo sát công nghệ, lựa chọn thiết bị công nghiệp thực tế (Siemens, JSP, Yoshitake) đến khâu lập trình logic và thiết kế SCADA trên phần mềm TIA Portal. Đồ án cung cấp một tài liệu kỹ thuật có tính hệ thống cao, phục vụ trực tiếp cho công tác nghiên cứu và thực hành thiết kế hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp nhiệt.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Toàn bộ kết quả nghiên cứu, thuật toán điều khiển và giao diện giám sát HMI/WinCC mới chỉ được thực hiện ở mức độ thiết kế, mô phỏng phần mềm trên môi trường TIA Portal, chưa được lắp ráp và chạy thử nghiệm trên mô hình phần cứng thực tế hoặc hệ thống lò hơi thực địa.
  • Thuật toán điều chỉnh biến tần quạt theo nhiệt độ và áp suất mới dừng lại ở mức điều khiển logic theo ngưỡng, chưa tích hợp các bộ điều khiển phản hồi nâng cao như thuật toán PID (Proportional-Integral-Derivative) hoặc điều khiển mờ (Fuzzy Logic) để tối ưu hóa quá trình đốt cháy.
  • Hệ thống giám sát WinCC chưa tích hợp cơ sở dữ liệu nâng cao (SQL Server ngoài) để lưu trữ dữ liệu lịch sử dài hạn và chưa kết nối mạng cấp cao như hệ thống quản lý sản xuất MES hoặc ERP của doanh nghiệp.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp

  • Chuyển giao chương trình điều khiển từ mô phỏng sang lắp đặt thực tế trên tủ điện điều khiển phần cứng với mô hình lò hơi thực nghiệm.
  • Nghiên cứu ứng dụng thuật toán điều khiển PID tự điều chỉnh thông số (Auto-tuning PID) trên PLC S7-1200 nhằm nâng cao độ chính xác và tính ổn định khi duy trì nhiệt độ và áp suất.
  • Mở rộng chức năng của hệ thống SCADA: tích hợp giao diện nền tảng web (như WinCC Unified), bổ sung tính năng giám sát từ xa qua mạng Internet, quản lý phân quyền bảo mật nâng cao và lập báo cáo tiêu hao năng lượng tự động.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện: Cung cấp tài liệu tham khảo thực tế về các bước triển khai đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp, từ phương pháp tính chọn thiết bị phần cứng, cách phân chia 3 cấp tự động hóa đến kỹ năng lập trình PLC S7-1200 và thiết kế HMI trên TIA Portal.
  • Kỹ sư vận hành và bảo trì hệ thống cơ - nhiệt: Cung cấp kiến thức về cấu tạo lò hơi ống lửa đốt than, nguyên lý các loại cảm biến công nghiệp (PT100, cảm biến áp suất màng/siphon) và cơ chế vận hành an toàn cho các thiết bị nhiệt áp lực.
  • Nội dung có giá trị tham khảo cao nhất: Bảng thông số kỹ thuật chi tiết của các thiết bị cấp trường, bảng phân bổ địa chỉ I/O và hướng dẫn từng bước tạo Tag, cấu hình Animation trên WinCC.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển trung tâm và module mở rộng nào được lựa chọn trong hệ thống?

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 với CPU 1214C AC/DC/RLY (bộ nhớ làm việc 75 KB, 14 ngõ vào số DI, 10 ngõ ra rơle DQ, 2 ngõ vào tương tự AI tích hợp, giao tiếp PROFINET) kết hợp cùng 01 module mở rộng Analog SM 1234 AI4/AQ2 để tiếp nhận các tín hiệu đo tương tự từ cảm biến.

2. Các cảm biến áp suất và nhiệt độ trong đồ án có dải đo và đặc tính kỹ thuật ra sao?

Cảm biến nhiệt độ được chọn là loại RTD PT100 E52MY-PT15C loại 3 dây, dải đo từ 0 đến 400°C, xuất tín hiệu Analog 4–20 mA. Cảm biến áp suất là loại D2415 do hãng JSP (Cộng hòa Séc) sản xuất, dải đo từ 0 đến 25 Bar, tín hiệu ngõ ra 4–20 mA, được trang bị thêm ống siphon để cách nhiệt và giảm nhiệt độ tác động lên cảm biến.

3. Ngưỡng áp suất kích hoạt và đóng lại của van xả khẩn cấp SOS được thiết lập như thế nào?

Theo quy trình công nghệ đã thiết kế, khi áp suất bên trong lò hơi vượt quá ngưỡng cực đại an toàn là 22 Bar, van xả khí SOS sẽ lập tức mở ra để xả hơi giải áp khẩn cấp. Khi áp suất giảm xuống dưới mức 21.5 Bar, van xả khí SOS sẽ tự động đóng lại để duy trì áp suất vận hành bình thường.

4. Hệ thống được điều khiển và giám sát thông qua phần mềm nào?

Hệ thống được thiết kế, lập trình và mô phỏng trên nền tảng phần mềm TIA Portal của Siemens, sử dụng SIMATIC STEP 7 (phiên bản V14 trở lên) để lập trình logic điều khiển cho CPU S7-1200 và phần mềm WinCC để thiết kế giao diện vận hành HMI trực quan.

5. Ở chế độ tự động (Auto), hệ thống điều chỉnh nhiệt độ lò hơi bằng cơ chế nào?

PLC thu nhận tín hiệu nhiệt độ từ cảm biến PT100 qua ngõ vào Analog, xử lý và tính toán giá trị thực tế, sau đó xuất tín hiệu điều khiển đến biến tần Siemens. Biến tần sẽ thay đổi tần số nguồn điện cấp cho động cơ quạt ly tâm VNS-C3B; khi nhiệt độ thấp, biến tần tăng tần số để quạt quay nhanh hơn, tăng cường cấp bụi than và oxy để đẩy mạnh quá trình cháy, và ngược lại.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát và ổn định lò hơi" của nhóm tác giả tại Đại học Công nghiệp Hà Nội đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa quy trình giám sát và vận hành an toàn cho lò hơi ống lửa đốt bụi than. Bằng việc tích hợp bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C, module mở rộng SM 1234 cùng các thiết bị đo lường công nghiệp tiêu chuẩn, hệ thống đã thiết lập được giải thuật kiểm soát ổn định nhiệt độ, áp suất và mức nước theo hai chế độ Auto/Manu. Toàn bộ giao diện giám sát HMI được xây dựng đồng bộ trên WinCC, tạo ra một giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh trong môi trường mô phỏng TIA Portal, đóng góp nguồn tài liệu tham khảo có giá trị cao cho việc nghiên cứu và ứng dụng điều khiển tự động hóa trong lĩnh vực thiết bị nhiệt công nghiệp.