Giới thiệu Công ty xi măng Eastern Province EPCC là một trong những nhà máy xi măng Portland thông thường và clinker, xi măng bền sunphát lớn nhất trong các Tiểu vương quốc Arập. Nhà máy có công suất 2x3.500tấn/ngày - một công ty một phần trăm vốn Arập có cả các nhà sở hữu tư nhân và nhà nước - được đặt tại bờ biển Arabian gần đường cao tốc Dammam - Coet, 135km từ Dammam và 65 km từ AL Jubail - một trong những thương cảng lớn nhất Arập. Vị trí địa lý lý tưởng của nhà máy giúp cho việc phân phối xi măng trên toàn lãnh thổ Arập và xuất khẩu sang nhiều nước. Trong thập kỷ trước sản phẩm của EPCC không những được xuất khẩu sang các nước láng giềng như Coet, Bahrain và Qatar mà còn được xuất khẩu sang cả châu Âu.
Nhà máy bắt đầu khởi công xây dựng từ tháng 2 năm 1982 và cho ra sản phẩm clinker đầu tiên vào tháng 10 năm 1984. Bài báo này sẽ cung cấp một cái nhìn toàn thể về phạm vi của dự án, quá trình ra quyết định đầu tư và công nghệ được lựa chọn trong việc hiện đại hoá hệ thống điều khiển quá trình của EPCC lên ngang tầm thế giới.
Nhà máy cũ
Khái niệm công nghệ ban đầu của nhà máy được thiết lập bởi EPCC đầu năm 1982 và được hỗ trợ bởi PEG Prospective Engineering Gestion thuộc Geneva, Thuỵ Sĩ. Tất cả thiết bị cơ khí của nhà máy được cung cấp từ Krupp Polysius Đức, và tất cả các hệ thống điều khiển và hệ thống điện từ ABB/BBC Thuỵ Sĩ. Năng lực của nhà máy được tăng lên trong năm 1987 với sự bổ sung thêm 2 trạm nghiền từ Krupp Polysius và phần hệ thống điều khiển từ ABB/BBC. Công việc hiện đại hoá được thực hiện theo chu kỳ để giữ nhà máy hoạt động hiệu quả.Ví dụ như là việc mở rộng và hiện đại hoá của bộ lọc bụi tĩnh điện, việc khôi phục các bộ lọc điện bybass và việc lắp đặt máy phân tích trực tuyến.
Các điều khiển về thị trường khu vực cũng thúc đẩy sự hiện đại hoá của nhà máy khi nhu cầu xi măng trong khu vực tăng lên kể từ đầu năm 2001. Một vấn đề chính cần quan tâm trong việc hiện đại hoá nhà máy là tính mềm dẻo và khả năng mở rộng của hệ thống mới cho các chương trình hiện đại hoá nhà máy tương lai. Ví dụ sự chuyển đổi các nhà máy nghiền xi măng thành các máy nghiền chu trình kín, sự hiện đại hoá tháp trao đổi nhiệt và bộ phận làm mát, sự phát triển của các mỏ đá mới, sự lắp đặt của dây chuyền lò nung thứ ba, máy phân tích trực tuyến nghiền liệu thô...
Quá trình quyết định
EPCC hoạt động từ năm 1984, với các hệ thống điều khiển ban đầu Procontic ABB/BCC “DP - 800 và DP -1500”, quản lý vận hành thường ngày. Trong nhiều năm sau, nhiều dự án hiện đại hoá hệ thống điều khiển được đem ra bàn cãi nhưng chưa đi vào thực tế bởi vì hệ thống Procotic luôn hoàn thành nhiệm vụ của nó với độ tin cậy cao nhất để đáp ứng nhu cầu liên tục tăng của thị trường xi măng trong khu vực, EPCC quyết định hiện đại hoá hệ thống điều khiển với công nghệ mới nhất và phải dễ dàng khi sử dụng.
Mục tiêu của việc hiện đại hoá là để đạt được việc điều khiển và phản hồi tốt hơn thể hiện trong việc vận hành hiệu quả, tin cậy, đồng thời giảm thiểu được thời gian dừng của máy móc - đã từng gặp trong công nghệ cũ. Tiêu chuẩn hoá và khả năng tận dụng các thành phần cũng là một cân nhắc hàng đầu trong dự án để đạt được tính đồng nhất và hạn chế được các khác biệt trong các phần thay thế. Đồng thời giải pháp được lựa chọn cũng có khả năng chịu đựng được điều kiện môi trường khắc nghiệt, vận hành được trong môi trường bụi, ẩm và các điều kiện khắc nghiệt khác.
Với những cân nhắc trên EPCC đã bắt đầu tiến hành công việc đấu thầu với sự công tác của các kỹ sư tư vấn WS Atkinsplc của Vương Quốc Anh, tiếp theo sau là giai đoạn lựa chọn.
Yêu cầu về hiện đại hoá đã cung cấp cơ hội để thoả mãn nhu cầu và mong muốn cùa khách hàng với dự án cũ, công nghệ cũ trong nhà máy, cũng như công nghệ mới nhất trong công nghệ tự động hoá trong một đề nghị tổng hợp đầy đủ nhất. Ngoài ra tính phức tạp của dự án và thời gian chuyển đổi ngắn bắt buộc đã đưa ra thách thức khi mà thời gian dừng của nhà máy phải được tối thiểu hoá cho tất cả các công việc hiện đại hoá hệ thống.
ABB, nhà thiết kế và xây dựng ban đầu của nhà máy, đồng thời tham dự vào rất nhiều những thay đổi, nâng cấp và hiện đại hoá trong suốt những năm qua, người duy nhất có thể cung cấp giải pháp công nghệ với giá cả hợp lý nhất cuối cùng đã thắng thầu. Mối quan hệ trên 20 năm của ABB với EPCC đã trở thành mối hợp tác hữu hảo cho dự án hiện đại hoá hệ thống điều khiển của nhà máy.
Phạm vi cung cấp và giải pháp của dự án
ABB Thuỵ Sĩ với đại diện thương mại tại Saudi Arabi đã hình thành tổ dự án với phương pháp tiếp cận đặc biệt để quản lý địa chỉ số lượng lớn các văn bản xung quanh việc quản lý tài sản, cải thiện sự vận hành cho tất cả các cấp và tích hợp thông tin, giúp cho việc cải thiện quá trình lập quyết định.
Các mục tiêu chính của EPCC trong dự án là để cải tạo một hệ mở và tất cả các quá trình điều khiển hệ thống tích hợp trên một nền liên lạc chuẩn công nghiệp, loại bỏ nhu cầu phát triển giao diện tự tạo cho thiết bị của hãng thứ ba. Ngoài ra, công việc bảo dưỡng máy móc phải được tối ưu để có thể cung cấp tính sẵn sàng cao nhất, dễ dàng cập nhật các công cụ xử lý sự cố nhanh chóng với giá cả hợp lý và tránh thời gian chết.
Cuối cùng, giải pháp đơn giản cho sử dụng là phải cung cấp những thông tin cần thiết cho người có nhu cầu, thời gian và địa điểm họ cần, tại tất cả các cấp trong công ty. Phạm vi chính của việc cung cấp của hợp đồng trọn gói bao gồm các thiết bị cho điều khiển tại chỗ và từ xa, hệ thống điều khiển cho các dây chuyền sản xuất, máy rải và đánh đống, một hệ thống thông tin quản lý được hiện đại hoá có khả năng đưa ra các giải pháp thương mại điện tử với một cấu trúc máy chủ server, phân tích tại chỗ và từ xa, server song song và dự phòng nóng, hệ thống truyền hình công nghiệp và một máy ghi hình lớn, màn hình plasma và công nghệ video kỹ thuật số, bốn cầu cân giao thông bao gồm các dự án dân sự , việc sửa chữa bốn hệ thống cân băng cho silo và hệ thống xuất, cấp và các nguyên vật liệu cũng như một loạt các dịch vụ như đào tạo, thiết kế, tích hợp, xây dựng, lắp đặt và hoàn thiện, giám sát và quản lý dự án.
Muời hai phòng điều khiển được giảm xuống còn 5 phòng phụ nhỏ hơn cho dự án mới và một phòng điều khiển trung tâm CCR được lắp ráp mới. Phòng CCR mới được trang bị để phục vụ cho việc điều khiển và giám sát nhà máy nghiền thô và hệ thống vận chuyển liệu thô, lò nung, kho clinker, nghiền xi măng tới đầu cấp liệu cho silô xi măng, nghiền thạch cao, lưu kho và vận chuyển cũng như các phụ kiện nhà máy khác, cung cấp khả năng cho việc điều khiển toàn nhà máy từ trung tâm. Hệ thống điều khiển nghiền mới được lắp đặt cho việc điều khiển và giám sát máy nghiền, máy phân tích trực tuyến mới, máy đánh đống và trạm lấy mẫu. Kế hoạch của dự án đóng góp một phần quyết định thành công của nó khi mà sự thay đổi hệ thống làm việc là một nhiệm vụ phức tạp phải được hoàn thành trong một thời gian rất giới hạn. Quá trình tự động hoá được chia thành các giai đoạn để giảm thiểu tới mức nhỏ nhất những ngắt quãng sản xuất và nhanh chóng được chuyển tới hệ thống mới một cách hiệu quả, tiết kiệm thời gian và có trật tự. Dự án bắt đầu với việc nghiên cứu hiện trường, để đảm bảo tình trạng của hệ thống được lắp đặt, và khẳng định chắc chắn rằng bản vẽ hiện có, sơ đồ nối dây và tài liệu chung của nhà máy là cập nhật. Dự án sau đó được bắt đầu với sơ đồ vòng lập và danh sách cổng I/O, để khẳng định những thiết bị đo đạc nào nên giữ và thiết bị nào phải bỏ, cũng như là kế hoạch đấu nối, tái sử dụng càng nhiều hệ thống cở hạ tầng đã lắp đạt, cáp và MCCs càng tốt. Sự kết hợp với các đối tác thứ ba, cũng như các hệ thống ABB, CIMS hệ thống quản lý thông tin xi măng khác, được phát hành vào năm 1999, được lên kế hoạch và được xác định sử dụng các mạng tiêu chuẩn như Ethrnet TCP/IP, IEEE 802.3 và các công nghệ Fieldbus Profibus cho giải pháp tối ưu hoá chi phí.
Trong mười ngày ngừng sản xuất, ABB đã lắp đặt hệ thống điều khiển phân tán AC800M của họ với các module S800 I/O, để thay thế cho hệ thống điều khiển lò nung thứ nhất và cho một máy nghiền thô. Bước đi đầu tiên là việc chuyển đổi gần 5000cổng I/O trong số 15000 cổng phải làm trong suốt dự án, sau đó nhà máy được vận hành với 8 cửa sổ làm việc màn hình kép, 5 bộ điều khiển khả trình AC800M, một server liên kết dự phòng và một server cục bộ dự phòng. Bước thứ hai của quá trình hiện đại hoá bao gồm 15 bộ điều khiển AC800M, 15 cửa sổ làm việc và ba server liên kết.
Sử dụng mô hình dự phòng tại các cấp mạng, các bộ điều khiển chuyên dùng và các mạch nguồn. Hệ thống cáp quang được sử dụng để đảm bảo quá trình vận hành suôn sẻ. Việc nâng cấp và mở rộng trong tương lai cũng được chú trọng đặc biệt.
ABB chú trọng đặc biệt đến lĩnh vực HMI giao diện người máy nhờ vào những kinh nghiệm làm việc nhiều năm trong ngành xi măng. Hệ thống phân tán này đảm bảo cho tất cả các cấp người sử dụng thông tin nhanh chóng và chính xác, giúp cho việc loại bỏ những phỏng đoán trong công việc vận hành nhà máy. Những cập nhật đồ hoạ trong các trạm vận hành xấp xỉ 1 giấy là rất tốt, mặc dù khối lượng đồ hoạ cần trình bày là bao gồm 2500 OPC/250 đối tượng động. Các bộ điều khiển kỹ thuật số mới trong hệ thống cung cấp các điều chỉnh nhanh và dễ dàng cho các vòng điều khiển.
Các server liên kết quản lý hơn 17000 hạng mục công trình với các server Aspect trong chế độ hoạt động chia sẻ tải, cung cấp cho người vận hành nhiều hướng giải quyết, hiển thị được tính động của quá trình khiến chúng hoạt động một cách chuẩn xác. Các công cụ thiết kế được cung cấp Control buider M, cho phép biên tập trực tuyến các chương trình điều khiển trong môi trường đa người dùng. Những cải tiến trong hệ thống được thực hiện trực tuyến mà không cần ngắt quãng quá trình sản xuất, trong khi sự an toàn vẫn được đảm bảo nhờ sự liên động của các bản tin báo động có chuẩn bị.
Sự bảo dưỡng và đặc biệt là sự bảo dưỡng phòng bị được tối ưu hoá với hệ thống mới bằng cách cung cấp cho nhan viên làm việc thông tin thời gian VD nhưn thời gian vận hành, số lần khởi động động cơ...
Do tính đơn giản trong vận hành và sự có sẵn của thông tin, việc chuyển đổi hệ thống cũ thành mới chỉ cần một phiên đào tạo ngắn trong công việc. Trường đại học của ABB tại Thuỵ Sĩ vớid phạm vi cuả họ trong dự án, có trách nhiệm cung cấp một khoá đào tạo chuyên sâu tại trung tâm đào tạo của nhà máy EPCC cho các vận hành viên, nhân viên thiết kế và bảo dưỡng, giúp cho họ thêm thuận lợi với các chức năng của công nghệ mới.
Công nghệ được lựa chọn cho dự án
Công nghệ IT công nghiệp IIT của ABB là sự lựa chọn đầu tiên của EPCC và được sự chấp thuận của các kỹ sư tư vấn WS Atkins plc tại Anh. Với kinh nghiệm của ABB trong ngành công nghiệp xi măng từ năm 1975 và với danh tiếng là nhà cung cấp hàng đầu về công nghệ và giải pháp tự động, ABB với công nghệ IT trong công nghiệp cung cấp nhu yếu phẩm cơ sở để thoả mãn đòi hỏi khắt khe của các quy trình trong các dây chuyền đang sử dụng, các nhà máy đang xây dựng và thế giới thương mại.
Thế giới của điều kiện thuần tuý truyền thống với các chức năng an toàn và liên động trong môi trường thời gian hiện thực, các hệ thống ERP hoặc MES, hệ thống máy tính với nền tảng thương mại và các truy vấn thường xuyên của PLC đối với DCS, đã được tích hợp thành một khối thống nhất với công nghệ IT công nghiệp của ABB. Hệ thống này đã vượt qua biên giới của truyền thống và kết hợp các chức năng thương mại giao dịch. Sự kết hợp các dây chuyền sản xuát chính chủ với các sản phẩm của nhà cung cấp thứ ba, sự tương thích của cấu trúc thông tin đối với thành phần có thực của hệ thống, sự kết hợp các luồng thông tin và sử dụng công nghệ thông tin là một thách thức đối với các nhà cung cấp hệ thống tự động. Tuy nhiên, thách thức này đã giải quyết với công nghệ của ABB và nó mở ra một cái nhìn mới trong lĩnh vực tự động.
Sự kết hợp hoàn toàn với IIT cho phép truy cập với điều khiển bất kỳ một thiết bị nào trong quá trình sản xuất bao gồm các trạm phân xưởng, quá trình phân phối năng lượng, các tủ MCC, máy phát điện, hệ thống truyền động, hệ thống các thông tin, hệ thống giám sát, các hệ thống phụ thuộc của các nhà cung cấp phụ, hệ thống chất lượng, hệ thống quản lý sản xuất cộng tác, hệ thống chuyên gia, hệ thống kinh doanh, hệ thống thương mại... Nó còn hỗ trợ và tích hợp hoàn hảo với các công nghệ tiêu chuẩn công nghiệp như TCP/TT; OPC; Profibus...
Nền tảng của hệ tự động của EPCC là một mạng điều khiển sử dụng giao thức TCP/IP dự phòng và một mạng nhà máy TCP/IP dự phòng, sử dụng S800 I/O. Các đơn vị I/O được đặt trong các trung tâm thiết bị ngoại vi ở xa, được nối thông qua các hệ thống Propfibus quang và điện. Mạng nhà máy dự phòng được nối với hệ thống ABB CIMS có sẵn hệ thống quản lý thông tin xi măng, tới các server đấu nối kép cũng như là các server cục bộ dự phòng. Kiến trúc mạng hoàn chỉnh được ABB thiết kế, sử dụng các bộ chuyển mạch Fast Ethernet với đường tên là cáp FX, phù hợp hoàn toàn và tin cậy với kiến trúc có sẵn của EPCC.
Với hệ thống điều khiển phân tán mới, nhà máy đã được trang bị một nền tảng mà nó có thể cho phép hệ thống vận hành và bảo dưỡng một cách tối ưu. IIT gọi đó là công nghệ đối tượng và aspect diện mạo trong thực hiện.
Một tình huống tiêu biểu: tưởng tượng rằng có một thiết bị trong nhà máy bị trục trặc. Bạn tất nhiên muốn tham khảo tài liệu của nhà máy để giải quyết vấn đề trên, nhưng nó lại được lưu giữ trong phòng kỹ thuật. Thời gian quý báu của bạn, thời gian ngừng sản xuất bị tiêu tốn để giải quyết vấn đề trên. Trong trường hợp xấu nhất, chuyện này xảy ra vào buổi tối hoặc ngày nghỉ. Với công nghệ IIT tình huống này đã bị đưa vào dĩ vãng, khi mà mọi thiết bị hoặc đối tượng được ấn định với thông tin và dữ liệu duy nhất của nó, gọi là “Aspect diện mạo”.
ABB cùng với IIT cung cấp một bộ hoàn chỉnh các Aspects Diện mạo với mỗi đối tượng objects trong nhà máy, có thể là một bộ cảm biến, vòng điều khiển, động cơ, bộ truyền động, máy biến áp và các trạm phân xưởng. Mỗi đối tượng trong nhà máy được phản ánh bằng một ngân hàng dữ liệu và được định nghĩa với một đối tượng ảo mà đối tượng này có thể được truy cập từ rất nhiều các Aspect ảo. Điều đó có nghĩa chỉ cần một hoạt động ấn nút đơn giản, người sử dụng có thể truy cập các aspect điều khiển truyền thông như là đồ hoạ quá trình, các chương trình điều khiển, dữ liệu mô phỏng, sơ đồ vòng lặp... cũng như nhiều aspect khác mà khách hàng muốn gắn vào trong đối tượng như các chỉ dẫn, thuộc tính hệ thống, hồ sơ bảo dưỡng, địa chỉ internet, dữ liệu nhà cung cấp và các đặc tính kỹ thuật, danh sách các bộ phận... Danh sách này có thể lên tới vô hạn.
Có thể dễ dàng thấy rằng, trong trường hợp sự cố, người vận hành hay đội bảo dưỡng có thể nhanh chóng lần ra dấu vết hỏng hóc, tìm thấy các vấn đề cụ thể liên quan, liên lạc với tài liệu chỉ dẫn bảo dưỡng của nhà sản xuất hoặc đặt hành trực tuyến từng phần và do đó giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.
Ngoài ra, IIT và các Object đối tượng và các aspect, không chỉ tích hợp thông tin trong hệ thống hoặc trong phạm vi cung cấp của ABB, mà còn tích hợp các ứng dụng của các nhà cung cấp phụ, cung cấp một bệ phóng cho các hệ thống phần mềm độc lập ngoại vi.
Khi một số lượng lớn dữ liệu được sử dụng và biểu thi cho người sử dụng, công việc tìm kiếm trở thành một vấn đề quan trọng. Công cụ tìm kiếm rõ ràng và hiệu quả trong hệ thống được cung cấp bởi ABB’s IIT Plant Explorer. Tiện ích mạnh này, rất giống với Microsoft Windows ExplorerTM, biểu thị cho người sử dụng rất nhiều đối tượng và aspect của nó trong một cấu trúc hình cây. Cấu trúc hình cât có thể được biểu thị trong nhiều cấp như là cấu trúc chức năng, có các chức năng quá trình theo sau, hoặc cây aspect khác cho cấu trúc vị trí, nhóm các đối tượng bằng vị trí địa lý cũng như là các cây aspect cho cấu trúc điều khiển, nhóm theo thứ tự của chương trình ứng dụng.
Kết luận
Với nhiệm vụ của giai đoạn đầu tiên của hệ thống điều khiển cho một dây chuyền, nhân viên vận hành không gây trở ngại nào khi học quy trình điều khiển và chỉ với thời gian một ngày. Và với khả năng đi theo nhiều hướng của quá trình, nhiệm vụ điều khiển quá trình đã trở nên hiệu quả và dễ dàng hơn.
Cũng như vậy đối với các nhân viên bảo dưỡng khả năng tinh chỉnh các bộ điều khiển quá trình PID trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn. Ngoài ra các dụng cụ tiêu dùng như giấy ghi, mực cho các máy ghi và các dịch vụ bảo dưỡng cho các phần này không còn được sử dụng. Sự điều khiển từ máy nghiền liệu thô đến nghiền xi măng đều chỉ được thực hiện trong một phòng. Vào thời gian này EPCC còn huỷ bỏ tất cả các trung tâm điều khiển phân tán để cắt giảm nhân viên vận hành cũng như đào tạo những nhân viên vận hành độc lập hoặc trạm nghiền hoặc lò nung hoặc cả hai và do đó giúp họ trở nên đã kỹ năng.
Đối với EPCC, sự lựa chọn ABB với công nghệ đã qua thử thách dẫn đến một thành công khác cho cả hai bên. Kinh nghiệm toàn cầu của ABB trong công nghiệp xi măng và tự động hoá, cũng như 20 năm lịch sử hoạt động tại nhà máy, cộng với việc ABB là nhà cung cấp hàng đầu trong công nghệ tự động hoá, đã cung cấp tất cả các yếu tố tạo nên một dự án thành công. Thời gian dừng nhỏ nhất nhỏ hơn 10 ngày đã đạt được nhờ rất nhiều giai đoạn nâng cấp cho EPCC một nền tảng vững chắc để trở thành một nhà máy hiện đại trong hiện tại và trong tương lai.
Theo MARKUS LUCHSINGER ABB Thuỵ sĩ
Nguồn tin: Thông tin KHKT xi măng, số 4/2006