Những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất xi măng trong nước rất phát triển, với rất nhiều dây chuyền sản xuất xi măng lò quay mới được đầu tư công nghệ và trang thiết bị tiên tiến. Các dây chuyền sản xuất xi măng này đều được trang bị hệ thống điều khiển trung tâm cho toàn bộ dây chuyền bằng giải pháp của nhiều nhà cung cấp có tên tuổi trên thế giới của hãng Siemen, ABB. Hầu hết trong các dự án này, hệ thống tự động hóa đều được mua trọn bộ của nước ngoài bao gồm từ phần cứng thiết bị điều khiển cho đến toàn bộ dịch vụ kỹ thuật thiết kế và tích hợp hệ thống. Điều này dẫn tới thất thoát một nguồn công việc và ngoại tệ rất lớn ra nước ngoài, lĩnh vực tự động hóa của Việt Nam cũng không có điều kiện để phát triển.

Thực trạng này đặt ra yêu cầu, cần thiết phải làm chủ công tác thiết kế, sử dụng các phần tử thiết bị của nước ngoài, tự xây dựng toàn bộ hệ thống tự động hóa cho dây chuyền sản xuất xi măng bằng năng lực trong nước. Với mục tiêu phát triển ngành Xi măng Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020, Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá cho dây chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanke/ ngày” thuộc Chương trình “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị chủ yếu dây chuyền đồng bộ sản xuất xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanhke/ ngày, thay thế nhập ngoại, thực hiện tiến trình nội địa hoá” được ra đời và thực hiện để đáp ứng yêu cầu cấp bách đó. 

Từ năm 2005, các cán bộ của Viện Nghiên cứu Cơ khí đã tích cực khảo sát, nghiên cứu, thiết kế và tích hợp hệ thống tự động hóa cho dây chuyền sản xuất xi măng. Để đạt hiệu quả ứng dụng cao, Nhóm Đề tài tập trung làm chủ thiết kế và tích hợp hoàn thiện một hệ thống điều khiển tự động hóa, đáp ứng được các yêu cầu công nghệ vận hành cho nhà máy xi măng lò quay. Phương pháp và nội dung các công việc chính được thực hiện từng bước như sau:

Bước 1: Khảo sát, nghiên cứu và phân tích yêu cầu điều khiển và quy trình vận hành

Đây là bước khởi đầu, đặt nền móng cho việc xác định quy mô, giải pháp và cấu trúc của hệ thống điều khiển. Để nắm được đầy đủ yêu cầu điều khiển và quy trình vận hành cho dây chuyền sản xuất xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanhke/ ngày, Nhóm Đề tài đã tiến hành nghiên cứu các tài liệu PFD, P&ID, logic điều khiển, vận hành, ... của các nhà máy như Công Thanh, Sông Thao có công suất 2.500 T Clanhke/ ngày và tham khảo tài liệu của các nhà máy xi măng khác có công suất lớn hơn như Bút Sơn, Tam Điệp, Hoàng Mai, Sông Gianh…

Bước 2: Khảo sát, nghiên cứu, phân tích và lựa chọn giải pháp điều khiển

Căn cứ trên các yêu cầu về điều khiển và công nghệ vận hành, kết hợp với việc tham khảo hệ thống tự động hóa của các dây chuyền đang vận hành tại Việt Nam, Nhóm Đề tài đã nghiên cứu lựa chọn giải pháp CEMAT của hãng Siemens - Đức cho hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất xi măng do những ưu điểm sau: độ tin cậy của hệ thống, tính ổn định, dễ dàng cho thiết kế, đơn giản cho vận hành hệ thống, phù hợp với nhiều dải công suất khác nhau và tích hợp các modul điều khiển nâng cao như quản lý chất lượng, tối ưu năng lượng, quản lý sản xuất, v.v... Việc lựa chọn CEMAT sẽ đem lại lợi ích cho Nhóm Đề tài là đào tạo được một đội ngũ kỹ thuật chất lượng cao, tiếp xúc và làm chủ một giải pháp tiên tiến hiện đại và tăng cường khả năng cung cấp dịch vụ kỹ thuật cho các nhà máy đang sử dụng hệ thống CEMAT, giảm thời gian dừng máy, giảm chi phí và sự phụ thuộc vào nhà cung cấp nước ngoài.

Bước 3: Thiết kế kỹ thuật

Trong bước này, Nhóm Đề tài tập trung phân tích, tính toán thống kê toàn bộ các tín hiệu đo lường và điều khiển của cả dây chuyền. Tiến hành thiết kế kỹ thuật chi tiết hệ thống tự động hóa bao gồm từ bản vẽ thiết kế cấu trúc hệ thống điều khiển, mạng truyền thông, danh mục thiết bị điều khiển, sơ đồ đấu dây, sơ đồ bố trí lắp đặt thiết bị, bản vẽ thiết kế chế tạo tủ điều khiển cho tất cả các công đoạn trong nhà máy xi măng từ khâu đồng nhất liệu, nghiền liệu, nghiền than, lò nung, làm nguội clinker, nghiền xi và đóng bao xuất kho. Ngoài hệ thống điều khiển trung tâm, Nhóm cũng nghiên cứu, tích hợp hệ thống điều khiển với các hệ thống chuyên dụng khác trong nhà máy xi măng như hệ thống quản lý thông tin nhà máy MIS, hệ thống camera CCTV, hệ thống phân tích khí, hệ thống điều khiển phối liệu QCX, hệ thống quét nhiệt độ vỏ lò.

Bước 4: Lập chương trình giám sát và điều khiển 

Ngôn ngữ lập trình được sử dụng là ngôn ngữ CFC (Continuous Function Chart), giải pháp CEMAT cung cấp sẵn các khối chương trình điều khiển đặc thù cho các thiết bị trong dây chuyền sản xuất xi măng như các động cơ cho băng tải, quạt, gầu tải, van 2 ngả, van công nghệ, khối đo lường, cảnh báo, hàm tính tổng, modul điều khiển PID, Ratio,... Dựa trên sơ đồ logic điều khiển và liên động cho từng công đoạn đã được lập bởi các chuyên gia công nghệ, Nhóm Đề tài đã tiến hành viết toàn bộ chương trình điều khiển cho tất cả các công đoạn trong nhà máy xi măng. Việc lập chương trình điều khiển yêu cầu người lập trình phải hiểu rõ logic điều khiển và liên động của các thiết bị trên dây chuyền công nghệ. Với sự tư vấn của các chuyên gia nước ngoài có nhiều năm kinh nghiệm, Nhóm Đề tài đã xây dựng thành công một hệ thống giao diện đầy đủ, chi tiết, có tính thẩm mỹ cao, đáp ứng được yêu cầu của nhà thiết kế công nghệ và vận hành. Hệ thống điều khiển được thiết kế có đầy đủ các chức năng về lưu trữ dữ liệu, lập báo cáo, cảnh báo, biểu đồ trend, bảo mật và in ấn.

Bước 5: Thiết kế và chế tạo hệ thống mô hình mô phỏng hệ thống tự động hóa nhà máy xi măng

Hệ thống mô hình mô phỏng

Không chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật, với mục tiêu làm chủ hoàn toàn được giải pháp tự động hóa CEMAT của hãng Siemens và tự tích hợp được hệ thống điều khiển cho nhà máy xi măng, Nhóm Đề tài đã tiến hành xây dựng hệ thống mô hình thu nhỏ của 1 hệ thống điều khiển nhà máy xi măng thực sự. Trên cơ sở sử dụng đúng các thiết bị tự động hóa của chính hãng Siemens, chuyên dùng cho các nhà máy xi măng lò quay và giải pháp CEMAT phiên bản V6.1, Nhóm đã xây dựng hệ thống mô hình bao gồm cả phần hệ thống điều khiển nhà máy và hệ thống mô phỏng giả lập các tín hiệu của nhà máy xi măng.

Tủ điều khiển của hệ thống mô hình mô phỏng

Kết luận: Thông qua việc thực hiện Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tự động điều khiển tự động hoá cho dây chuyền xi măng lò quay công suất 2.500 T Clanhke/ ngày” đã giúp cho Nhóm Đề tài làm chủ được thiết kế cho hệ thống tự động hóa nhà máy xi măng và giải pháp CEMAT của hãng Siemens, đồng thời, đào tạo được một đội ngũ kỹ sư tự động hóa có kinh nghiệm thực hiện dự án một cách bài bản, hoàn thiện từ công tác thiết kế đến tích hợp, lắp đặt, hiệu chỉnh và chạy thử. Từ những kết quả nêu trên, đã đưa Viện Nghiên cứu Cơ khí ký kết văn bản với Siemens trở thành 1 đối tác tích hợp hệ thống, cung cấp giải pháp CEMAT và là trung tâm đào tạo tự động hóa của hãng Siemens tại Việt Nam. Đối với trong nước, Viện cũng đã trở thành 1 đơn vị có năng lực, nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa, tham gia vào nhiều dự án cung cấp giải pháp tự động hóa cho các dây chuyền sản xuất công nghiệp, tiêu biểu như một số dự án: Dự án dây chuyền đóng bao Nhà máy xi măng Sông Thao công suất 2500 tấn clinke/ngày; Dự án Trạm nghiền xi măng Pá Vinh; Cung cấp hệ thống tự động tách bao lép cho Nhà máy Xi măng Hoàng Mai; Cung cấp thiết bị cân định lượng lò cho Nhà máy Xi măng Yên Bái, Phục hồi hệ thống DCS cho Nhà máy Nhiệt điện Bà Rịa, Cung cấp hệ thống điều khiển cho phần cơ khí thủy công các dự án Thủy điện Pleikrong, A Vương, Sesan 3, Sesan 4, Buonkuop, Srepok 3, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Dự án xử lý nước cho Tp. Hạ Long…, và cung cấp dịch vụ đào tạo tự động hóa cho các nhà máy xi măng Nghi Sơn, Cẩm Phả, Hoàng Mai, …

Ths. Nguyễn Hữu Hoàng

Viện Nghiên Cứu Cơ Khí - NARIME