Đồ án Công nghệ sản xuất xi măng tại Công ty xi măng Tam Điệp được đặt tại xã Quang Sơn Thị xã Tam Điệp tỉnh Ninh Bình

 Đồ án tốt nghiệp
 LỜI NÓI ĐẦU
 Trong quá trình thực tập tại nhà máy xi măng Tam Điệp em đã có dịp tìm 
hiểu về công nghệ sản xuất xi măng, cũng như hệ thống điều khiển tại nhà máy, 
đặc biệt là ứng dụng của PLC trong hệ thống điều khiển. Trong đồ án này em được 
PGS.TS Phan Xuân Minh giao nhiệm vụ tìm hiểu toàn bộ công nghệ sản xuất xi 
măng, đặc biệt là đi sâu nghiên cứu về Precalciner của nhà máy. Em đã xây dựng 
hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ cho Precalciner bằng cách sử dụng thiết bị 
khả trình PLC S7 – 300 thuộc họ Simatic của hăng Siemens. Ý tưởng này được 
xuất phát từ một số ưu điểm của PLC S7 – 300: 
 - Thuận lợi trong việc sửa chữa và thay thế.
 - Dễ dàng tìm mua các thiết bị trên thị trường.
 - Ngôn ngữ lập trình dễ sử dụng và kiểm tra.
 - Khả năng kết nối truyền thông cao.
 - Dễ dàng giám sát và điều khiển khi sử dụng WinCC.
Tuy đã cố gắng hết sức nhưng do lần đầu tiên bắt tay vào thiết kế một hệ thống 
điều khiển phức tạp trong nhà máy và thời gian không có nhiều, nên đồ án không 
thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em mong sẽ nhận nhiều sự chỉ bảo của các 
thầy cô để đồ án của em sẽ được hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi.
 Đồ án của em được hoàn thành ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận 
được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là PGS.TS 
Phan Xuân Minh, cùng các cán bộ kỹ sư trong xưởng Điện – Điện Tử của nhà máy 
xi măng Tam Điệp.
Em xin trân trọng cám ơn sự giúp đỡ đó.
Công nghệ sản xuất xi măng 1 Đồ án tốt nghiệp
 PHẦN I
 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI 
 MĂNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU 
 KHIỂN CỦA NHÀ MÁY
Công nghệ sản xuất xi măng 2 Đồ án tốt nghiệp
 CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG
1.1 Giới thiệu chung về nhà máy:
 Công ty xi măng Tam Điệp được đặt tại xã Quang Sơn thị xã Tam Điệp tỉnh 
Ninh Bình, nằm gần quốc lộ 1 và đường sắt Bắc Nam nên rất thuận tiện cho việc 
giao thông vận tải.
 Công ty đã bắt đầu chạy thử đầu năm 2004 và đến đầu năm 2005 bao xi 
măng đầu tiên đã được bán ra thị trường. Dây chuyền sản xuất của công ty theo 
phương pháp khô với các thiết bị thuộc thế hệ mới, tiên tiến nhất trên thế giới. Mức 
độ cơ giới hóa và tự động hóa cao, định mức tiêu hao nhiên liệu thấp. Toàn bộ dây 
chuyển sản xuất của nhà máy từ khâu tiếp nhận nguyên vật liệu tới khâu xuất sản 
phẩm cho khách hàng đều được điều khiển tự động từ phòng điều khiển trung tâm 
thông qua hệ thống máy tính và hệ thống các tủ PLC của hãng Allen-Bradley ( Hoa 
Kỳ ). Việc thiết kế cung cấp thiết bị và phần mềm giám sát do các chuyên gia Đan 
Mạch đảm nhiệm. Ngoài ra công ty còn được trang bị hệ thống lọc bụi, xử lý nước 
thải và chống ồn hiện đại của thê giới.
 Công ty có nguồn nguyên liệu phong phú với chất lượng cao và ổn định rất 
phù hợp với việc sản xuất xi măng, kết hợp với dây chuyền thiết bị hiện đại, hệ 
thống phân tích nhanh bằng tia X quang, chương trình tối ưu hóa thành phần phối 
liệu và hệ thống điều khiển tự động với hàng nghìn các đầu đo, đảm bảo quá trình 
giám sát và điều khiển liên tục toàn bộ quá trình sản xuất, duy trì ổn đình chất 
lượng sản phẩm ở mức cao nhất.
 Các loại sản phẩm chính của công ty xi măng Tam Điệp là: PCB30, PCB40 
và PCB50. Sản phẩm của công ty được đóng gói trong bao có 5 lớp giấy Karll hoặc 
bao phức hợp KPK, đảm bảo chất lượng xi măng tốt nhất khi đến tay người tiêu 
dùng. Tuy nhiên do dây chuyển mới được đưa vào hoạt động nên sảm phẩm xi 
măng của công ty chưa tìm được thị trường thích hợp vì vậy sản phẩm chính mà 
công ty bán vẫn là Clinker.
 Hiện nay với nhu cầu xây dựng mạnh mẽ của đất nước thì thị trường của sản 
phẩm xi măng vẫn còn rất rộng lớn, trong một ngày gân đây xi măng Tam Điệp sẽ 
là sản phẩm không thể thiếu được của mỗi công trình.
Công nghệ sản xuất xi măng 3 Đồ án tốt nghiệp
1.2 Giới thiệu về công nghệ nhà máy:
1.2.1 Khu nghiền liệu:
 Đá vôi
 Cầu cào 
 Máy đập Két chứa
 cầu rải
 Đá sét
 Cầu cào 
 Máy đập Két chứa
 cầu rải
 Phụ gia
 Két chứa
 Thạch 
 cao Cầu cào 
 Máy đập Két chứa
 cầu rải
 Xilô đồng 
 Máy nghiền
 nhất
 Quạt 
 sục
 Đá vôi được khai thác bằng phương pháp nổ mìn và vận chuyển về trạm đập 
bằng xe ô tô. Tại đây đá được đưa vào máy đập đê làm nhỏ kích thước, máy đập đá 
là loại máy va đập trực tiếp một rô to có gắn các thanh đập. Đá sau khi đập có kích 
thước khoảng 150mm và được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ bằng hệ thống 
băng tải. Máy rải đá vôi (Stacker) có năng suất bình quân 600t/h rải đá vôi thành 2 
đống trong kho.
Công nghệ sản xuất xi măng 4 Đồ án tốt nghiệp
 Đất sét được khai thác bằng phương pháp bốc xúc trực tiếp và vận chuyển 
về trạm chứa của nhà máy. Máy đập sét là loại máy đập 2 trục có răng, năng suất 
đập 250t/h. Đất sét sau khi đập cũng được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ bằng 
hệ thống băng tải. Kho sét được trang bị 2 máy rải ( Stacker ) rải sét thành 2 đống 
dọc kho theo phương pháp đánh luồng. Năng suất rải của mỗi stacker bình quân là 
280t/h.
 Thạch cao ở dạng cục, có thể chứa tại bãi ngoài trời gần với kho chứa tổng 
hợp. Trước khi đưa vào kho đồng nhất sơ bộ thạch cao cục được đập qua máy đập 
có năng suất 120t/h. Khối lượng mỗi loại trong kho là:
 + Than cám : 2 đông x 7500t
 + Thạch cao : 1 đống x 800t
 + Xỷ quặng : 1 đống x 5000t
 Kho chứa đá vôi được lắp đặt một máy cào ( Reclaimer ) kiểu 2 mái bừa, 
cắt ngang đống, xúc đá vôi vào băng tải ( 151.300 ) chạy dọc kho. Sau đó đổ vào 
băng (151.320 ) vận chuyển lên két chứa đá vôi ( 331.010 ) . Tốc độ của reclaimer 
được điều khiển tự động nhằm giữ két chứa ở một độ đầy nhất định ( đã đặt trước ) 
nhờ sự chỉ báo của tế bào trọng lượng gắn trên két chứa.
 Kho chứa đất sét cũng được trang bị một reclaimer ( 153.300 ) kiểu cào 
ngược, cắt ngang luống đưa sét vào băng tải chạy dọc kho sau đó đổ vào băng tải 
( 153.340 ) có găn thiết bị định lượng ( 153.345 ) vận chuyển đất trực tiếp vào máy 
nghiền liệu.
 Quặng sắt và nguyên liệu giàu SiO 2 cũng được reclaimer kiểu cần cẩu cào 
vào băng ( 224.700 ) chạy dọc kho đồng nhất và đưa vào các két chứa riêng biệt.
 Tôc độ của reclaimer ( 224.700 ) sẽ được điều khiển để giữ cho két chứa ở 
một độ đầy nhất định nhờ sự chỉ báo của các tế bào trọng lượng gắn trên két chứa. 
Trừ đất sét ( được định lượng qua băng 153.340 ), đá vôi, quặng sắt và nguyên liệu 
giàu SiO2 để được định lượng nhờ các băng cân trước khi đưa vào máy nghiền liệu.
 Máy nghiền đứng con lăn Atox được trang bị cho nghiền và sấy hỗn hợp 
nguyên liệu. Máy phân ly động ( 341. 021 ) được lắp liền trên máy nghiền liệu để 
phân loại bột liệu. Những hạt quá cỡ sẽ được quay lại bàn nghiền, những hạt thô 
văng ra khỏi bàn nghiền được cấp liệu rung ( 314.030 ) đưa vào hệ thống tuần hoàn 
vật liệu. Gồm băng tải ( 331.150 ) và gầu nâng ( 331.140 ) đưa trở lại máy nghiền.
Công nghệ sản xuất xi măng 5 Đồ án tốt nghiệp
 Trước khi vào máy nghiền, các kim loại lẫn trong nguyên liệu được tách ra 
bằng các thiết bị chi tách ( 331.110 ) và ( 331.120 ).
 Nguồn nhiệt cho sấy được sử dụng chủ yếu là khí thải lò nung sau quạt 
preheatr. Nhiệt độ khí thải lò nung được điều chỉnh bằng phương pháp phun nước 
trong tháp điều hòa khí thải GCT để giữ cho nhiệt độ ra khỏi máy nghiền liệu 
không đổi ( ở mức đặt trước, khoảng 94 0C ). Khí nóng từ lò nung không đủ nhiệt 
độ để sấy liệu bên trong máy nghiền thì một máy phát nhiệt ( Generator ) sẽ được 
khởi động cấp khí nóng bổ sung cho quá trình sấy vật liệu trong máy nghiền.
 Tỷ lệ phần trăm pha trộn của các loại vật liệu ( đá vôi, đất sét, xỷ, quặng và 
nguyên liệu giàu SiO2 ) được tính toán cân đối tự động bằng hệ thống điều chỉnh 
cân đối bột liệu trên cơ sở các hệt số chế tạo do phòng KTSX đưa ra phù hợp với 
quá trình nung luyện và chất lượng Clinker theo yêu cầu ( chế độ trực tuyến : 
online mode ). Tỷ lệ trên cũng có thể đặt trực tiếp nếu người vận hành chuyển sang 
chế độ ngoại tuyến ( off line mode ).
 Quá trình khởi động hệ thống vận chuyển nguyên liệu tới máy nghiền liệu 
Reclaimer ( 153.300 ) phải khởi động trước cùng với các băng tải để đất sét có thời 
gian tới các két chứa đá vôi, xỷ, quặng, nguyên liệu giàu SiO 2. Có nghĩa là các 
băng cân ( 331.020, 331.060, 331.100 ) phải khởi động trễ một thời gian ( đã tính 
toán trước ) kể từ khi Reclaimer ( 153.300 ) bắt đầu khởi động.
 Trường hợp sau khi dừng khẩn cấp máy nghiền, vật liệu thô vẫn còn trong 
băng tải, khi khởi động lại thì người vận hành CCR có thể khởi động bình thường 
toàn bộ hệ thống vận chuyển mà không cần có thời gian trễ. Bột liệu sau khi được 
tập trung tai 4 cyclon được vận chuyển bằng máng khí động đưa vào xilô đồng 
nhất ( 361.040 ). Tốc độ của máy phân ly được điều chỉnh bởi kết quả phân tích độ 
min sản phẩm của phòng thí nghiệm. Lộ trình vận chuyển bột liệu qua gầu nâng 
( 361.010 ) hoặc gầu nâng ( 361.100 ) được chọn bởi người vận hành CCR trước 
khi khởi động nhóm thiết bị vận chuyển. Khí và bụi sau cyclon lắng, được tuần 
hoàn lại máy nghiền liệu hoặc đưa qua lọc bụi tĩnh điện ( 341.390 ) ra ống khói 
nhờ quạt máy nghiền ( 341.090 ) và quạt khí thải ( 341.400 ). Có 5 vòng điều khiển 
cho quá trình nghiền liệu.
Công nghệ sản xuất xi măng 6 Đồ án tốt nghiệp
1.2.2 Khu vực lò nung:
 Dầu nặng 
 MFO
 Xilô đồng Làm nguội 
 Sấy 5 tầng Lò nung Xilô Clinker
 nhất Clinker
 Than Cầu cào Két chứa Máy nghiền Két chứa 
 cầu rải than khô than than mịn
 Xilô bột liệu được chế tạo bằng bê tông cốt thép có sức chứa 20.000 tấn bột 
liệu. Đáy xilô được bố trí 7 cửa xả liệu ứng với 7 khoang tròn hình nón và được 
sục khí bởi hệ thống 3 quạt thổi pít tông quay ( 361.BL.01- 03 ) nhằm đạt tới hiệu 
quả đồng nhất cao. Hệ thống đường ống cấp khí sục phức tạp và các hộp khí đặt tại 
đáy xilô tạo lên "tầng sôi"
bột liệu xả qua 7 cửa tháo đáy theo chương trình. Mỗi lần xả gồm 3 cửa đáy tương 
ứng với 3 múi tam giác trong 42 múi tại đáy xilô. Mỗi chu ky bằng 60 giây. Trong 
chu kỳ xả đáy 12 phút, mỗi chu kỳ được sục đáy một lần. Quá trình suc khí xilô và 
xả đáy được điều khiển bởi 1 bộ PLC lắp đặt trong một hệ thống vi xử lý.
 Có 7 cửa tháo tại đáy xilô (361.040 ) mỗi cửa được lắp 2 van, một van vận 
hành bằng tay một van vận hành bằng khí nén. Sau khi bột liệu tập trung tại phễu 
nhận và theo chu kỳ xả tại các cửa tháo tương ứng. Sau khi tập trung tại phễu bột 
liệu qua van vận hành khí nén (361.050 ) vào cân cấp liệu lò nung. Việc tháo xả 
bột liệu từ cân cấp liệu lò nung nhờ van vận hành mô tơ ( 361.FG11 ). Bột đã qua 
cân được đưa vào preheater 2 nhánh 5 tầng nhờ máng khí động học ( 361.090 ),các 
van quay (361.120) và các đối trọng ( Flap Value ) (361.125) và vị trí ống nối giữa 
cyclone số 2 và cyclone số 1 của 2 nhánh A và B. Vị trí van phân chia liệu 
(361.095) được điều khiển để tình trạng khí giữa 2 nhánh là như nhau. Do có sức 
hút của quạt preheater khí nóng từ lò và calciner cuốn bột liệu vào cyclone. Tại 
cyclone quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa bột liệu và khí nóng, bột liệu tăng dần 
nhiệt độ và xảy ra các phản ứng mất nước, phản ứng phân hủy khoáng sét. Quá 
Công nghệ sản xuất xi măng 7 Đồ án tốt nghiệp
trình canxi hóa xảy ra mãnh liệt khi bột liệu được đưa vào calciner. Trước khi vào 
lò nung mức độ canxi hóa đạt 90% - 95%, nhiệt độ bột liệu vào khoảng 860 – 
8750C. Do có độ dốc và chuyển động quay của lò nung bột liệu được vận chuyển 
từ đầu lò tới máy làm lạnh clinker trên chiều dài 71m của lò. Khi ra khỏi lò nung 
bột liệu có nhiệt độ vào khoảng 13500C được rơi vào máy làm lạnh clinker kiểu ghi 
để làm nguội. Hệ thống điều khiển lò nung có 11 vòng điều chỉnh. Than cám 4A 
được reclaimer cào vào băng tải chạy dọc kho và được đưa tới két chứa nhờ hệ 
thống băng tải. Trước khi vào két chứa kim loại trong than được chia tách thải bỏ 
nhờ hai thiết bị phát hiện kim loại. Sau đó than được tháo từ két chứa vào máy 
nghiền, máy nghiền than là loại máy nghiền Atox kiểu 3 con lăn được lắp đặt cùng 
máy phân ly động kiểu RAKM. Có 4 mạch điều khiển được lắp đặt cho máy 
nghiền than. Sau khi nghiền, than mịn được đưa tới các vòi phun nhờ khí từ các 
quạt thổi cung cấp cho vòi phun calciner và vòi phun chính của lò. Dầu MFO được 
một thiết bị gia nhiệt hâm sấy tới nhiệt độ 120 – 130 0C và được bơm tới vòi phun 
cho giai đoạn sấy và khởi động lò nung. Ngoài ra dầu còn được cung cấp tới các 
generator phát nhiệt cho sấy máy nghiền liệu và máy nghiền than. 
1.2.3 Khu vực nghiền – đóng bao:
 Xilô chứa Máy nghiền xi Xilô chứa xi Két chứa xi 
 Clinker măng măng măng
 Máy nghiền 
 Máy đóng Máy đóng 
 CKP
 bao bao
 Máng xuất xi Xuất xi măng 
 măng rời cho ô tô
 Xi măng thành phẩm được hệ thống vít tải, gầu nâng và mang khí động học 
vận chuyển vào 4 xilô chứa. Để đồng nhất và tháo xi măng ra khỏi xilô, hệ thống 
các quạt thổi được lắp đặt để sục khí vào khoang trộn. Xi măng được tháo ra tại 
đáy duy nhất cho mỗi xilô bên trong khoang trộn rồi qua các van điều khiển lưu 
lượng vào hệ thống máng khí động học và gầu nâng đến két chứa cho các máy 
đóng bao. Máng khí động học xả xi măng rời trực tiếp ra các xe ô tô.
Công nghệ sản xuất xi măng 8 Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA NHÀ MÁY
2.1 Hệ thống điều khiển:
 Hệ thống điều khiển của nhà máy gồm có 12 bộ PLC lắp đặt cho các công 
đoạn sau:
 + Đập đá vôi, đập đất sét
 + Kho đá vôi, đất sét
 + Nghiền liệu
 + Cấp liệu lò nung
 + Nung Clinker
 + Nghiền than
 + Nghiền sơ bộ
 + Đập phụ gia, thạch cao
 + Nghiền xi măng
 + Đóng bao 1
 + Đóng bao 2
 PLC là bộ điều khiển logic khả trình có những chức năng quan trọng nhất để 
điều khiển hoạt động toàn nhà máy:
 + Điều khiển đóng mạch PID
 + Điều khiển trình tự động cơ
 + Phát hiện sai lỗi vận hành
 + Xử lý báo động
 + Quét tín hiệu analog, tín hiệu số
 + Thông tin với hệ thống ECS/OP Station
 + Thông tin với các PLC khác
 Các bộ cáp cho kết nối mạng của hệ thống bao gồm:
 + 1 bộ 500m cáp Ethernet cho kết nối mạng tại vị trí kỹ thuật vận hành 
 + 1 bộ 12km cáp Ethernet cho mạng PLC kể cả phạm vi kết nối giữa 
 phòng điều khiển trung tâm và phòng điều khiển tại chỗ
 + 1 bộ 4km cáp Device Net cho mạng cáp từ hệ thống PLC đến các 
 thiết bị được điều khiển từ xa hoặc tại chỗ.
 + Một modul kỹ thuật FLS – ACE/PLC nhãn hiệu FLSA
 + Một modul tài liệu FLS – ACE/PLC nhãn hiệu FLSA
2.2 Các vị trí vận hành:
 a. Tại phòng điều khiển trung tâm:
Công nghệ sản xuất xi măng 9 Đồ án tốt nghiệp
 Gồm 6 vị trí:
 - 5 giao diện vận hành gồm máy tính, chuột, bàn phím để điều khiển quá 
trình. Trong đó có 2 máy tính chủ có dung tích ổ cứng và bộ nhớ gấp đôi máy tính 
thường, cùng các thiết bị phụ để bảo vệ máy tính chủ. Máy in cho phép in các báo 
động, máy in lazer cho báo cáo, máy in mầu để copy các màn hình cần thiết.
 - Một vị trí kỹ thuật lập trình gồm 1 máy tính chủ 32 phần mềm PC 
AnyWhere: phần mềm chương trình PLC AutoCAC Light; Microsoft Office For 
Window, phần mềm ECS/Op Station cho giao diện HMI
 b. Tại phòng điều khiển tại chỗ:
 Có 4 phòng điều khiển tại chỗ cho các công đoạn sau:
 - Đập đá vôi
 - Đập đất sét
 - Đập thạch cao
 - Đóng bao xi măng
 Thiết bị điều khiển tại mỗi phòng điều khiển tại chỗ gồm:
 - 1 máy tính chủ màn hình 21 inch, chuột bàn phím 
 - Giá đỡ và các thiết bị đầu nối
 Ngoài hệ thống điều khiển còn được trang bị các modul:
 - Modul phần mềm FLS - SDR cho thu nhận dữ liệu, báo động, ghi 
 chép báo cáo và các chức năng khác.
 - Modul phần mềm FLS - ECS/Op Station hiệu FLSA
 - Một modul kỹ thuật FLS - ACE cho hệ thống các giao diện vận 
 hành, hiệu FLSA
2.3 Chức năng của hệ thống:
 Việc đánh giá hệ thống tự động điều khiển quá trình dựa trên cơ sở khái 
niệm về hệ thống FLS - ACE/System (Adaptable Control Engineering ) 
bao gồm các giao diện vận hành cho người và thiết bị dựa trên hệ thống FLS - 
ECS/Op Station và các bộ điều khiển logic khả lập trình cho việc điều khiển và thu 
nhận dữ liệu quá trình dựa trên hệ thống FLS - ACE Allen Bradley PLS System.
 Hệ thống điều khiển các quá trình chính bao gồm việc giám sát và điều 
khiển các công đoạn sau:
 - Nghiền liệu
 - Cấp liệu lò nung
 - Lò nung
Công nghệ sản xuất xi măng 10