Ứng dụng tự động hóa điều khiển và giám sát hệ thống vận chuyển băng tải của Trung Quốc - kinh nghiệm cho các doanh nghiệp mỏ và cơ khí Việt Nam

Application of automation of control and supervision processes by Chinese conveyor transport system for Vietnamese mining and mechanical enterprises

TS NGHIÊM GIA¹, THS TRẦN ĐỨC THỌ², KS NGUYỄN THỊ NGỌC TÚ³ 
1.Hội KHKT Đúc-Luyện kim Việt Nam; 2. Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ, 3.Cty Công nghệ Điện tử Hoa Phi (Trung Quốc) 
Email: nghiemgia53@gmail.com

TÓM TẮT

Kết nối nhiều băng tải với nhau trong hệ thống vận chuyển băng tải là đặc trưng chủ yếu của vận chuyển băng tải. Giải pháp lắp đặt hệ “Điều khiển tự động hóa - Giám sát” trong quá trình vận chuyển nhằm tối ưu hóa hệ thống vận chuyển băng tải được áp dụng tại nhiều doanh nghiệp mỏ, tuyển và cơ khí ở Trung Quốc đã mang lại những thành công: kiểm soát hoàn toàn sự cố thiết bị; đảm bảo an toàn; tiết kiệm điện; nâng cao năng suất, giảm nhân công và giảm chí phí sản xuất… Hiệu quả mang lại nhờ ứng dụng “Hệ thống điều khiển tự động hóa và giám sát băng tải” của Trung Quốc là bài học kinh nghiệp quý báu cho các DN mỏ và cơ khí Việt Nam./.

Từ khóa: Tự động hóa, giám sát, hệ thống băng tải.

Ngành khai thác mỏ và cơ khí luôn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn do khí bụi nổ, sự cố thiết bị công nghệ và vận tải. Vì thế việc ứng dụng tự động hóa và giám sát điều khiển đối với các thiết bị nói chung và hệ thống vận chuyển băng tải nói riêng là cần thiết nhằm đảm bảo an toàn trong sản xuất cho các doanh nghiệp. Do hệ thống vận chuyển băng tải có ưu điểm (vận chuyển liên tục, hiệu suất làm việc cao, duy tu bảo dưỡng đơn giản,…) nên được ứng dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp mỏ, tuyển và cơ khí (DN) ở Việt Nam. Hiện nay, hệ thống vận chuyển băng tải của các DN trên thế giới phát triển theo xu hướng: i) tăng chiều dài và tốc độ băng tải; ii) tăng khối lượng vận chuyển; iii) tăng năng lực vận chuyển và độ tin cậy cao; iv) kết nối nhiều băng tải liên động với nhau. Với xu hướng phát triển đã nêu, việc “Ứng dụng tự động hóa điều khiển và giám sát hệ thống vận chuyển băng tải” đã được các DN của Trung Quốc nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt tại nhiều mỏ than hầm lò, nhà máy tuyển và cơ khí. Dưới đây là mô tả tóm tắt hệ thống vận chuyển băng tải tại mỏ than hầm lò của Công ty TNHH Dụ Hưng Trung Quốc (Cty Dụ Hưng) đã ứng dụng thành công Hệ thiết bị “Điều khiển tự động hóa và giám sát băng tải”. 

1.  TÓM TẮT HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN BĂNG TẢI MỎ CỦA CTY DỤ HƯNG (TRUNG QUỐC) 

Mỏ than hầm lò của Cty Dụ Hưng có khối lượng vận tải băng tải lớn. Khi băng tải vận hành với tốc độ cao hay xảy ra sự cố tải thấp và tải bằng 0. Nguyên nhân này đã gây hao mòn nghiêm trọng đối với bộ phận truyền động và tiêu tốn điện năng, dẫn đến giá thành duy tu và bảo dưỡng tuyến băng tải rất cao. Ngoài ra, tại vị trí truyền động phải bố trí nhân viên kiểm tra nên phát sinh chi phí sản xuất cho DN và tạo ra nguy cơ tai nạn cho công nhân vận hành băng tải [1, 2]. Tổ hợp Hệ thống vận chuyển băng tải của Cty Dụ Hưng gồm 5 băng tải, 1 máy đập và 1 kho chứa than (Bun ke) với thông số kỹ thuật như sau: i) Băng tải số 1: mã hiệu DTL80/40/2*200, chiều dài 400 m, công suất 2x200 kW-10000 V; ii) Bun ke than nằm ở đuôi băng tải số 1 và ở đầu băng tải số 2. Độ cao Bun ke 30 m, phía dưới Bun ke có 1 máy cấp than; iii) Băng tải số 2: mã hiệu DTL120/120/2*110, chiều dài 123 m, công suất 2x110 kW- 660 V; iv) Băng tải số 3: mã hiệu DTL120/120/2*160, chiều dài 900 m, công suất 2x160 kW- 660 V có máy đập (mã hiệu 2PLF70/150, chiều dài 8 m, công suất: 2x90 kW- 660 V); v) Băng tải số 4: mã hiệu DTL100/63/2*160, chiều dài 1200 m, công suất 2x160 kW- 660 V; vi) Băng tải số 5: mã hiệu DSJ100/63/2*160, chiều dài 500 m, công suất 2x160 kW-660 V. 

2.  HỆ THIẾT BỊ “ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA VÀ GIÁM SÁT BĂNG TẢI” (HỆ ĐKTĐ-GS) 

2.1. Mô tả sơ đồ và thiết bị của Hệ ĐKTĐ-GS 

Từ kết quả khảo sát, nghiên cứu các nguyên nhân gây sự cố đối với hệ thống vận chuyển băng tải của Cty Dụ Hưng, các chuyên gia Cty điện khí Hoa Phi Trung Quốc (Cty Hoa Phi) đã tiến hành nghiên cứu nâng cấp tự động hóa (TĐH) và giám sát toàn bộ hệ thống băng tải mỏ trên nguyên tắc “đảm bảo an toàn, thiết bị tiên tiến, tiết kiệm điện và thao tác đơn giản” [2, 3]. Hệ ĐKTĐ-GS bao gồm các thiết bị: i) Hộp điều khiển băng tải kiểu phòng nổ và an toàn dùng trong mỏ; ii) Trạm khóa dừng khẩn cấp dùng trong mỏ (trạm I/O) KHJ0.15/18 là những công tắc đóng khóa (công tắc giật) dừng khẩn cấp dùng trong mỏ (trạm I/O từ xa); iii) Tổ hợp cảm biến bảo vệ băng, ngoài ra còn đồng bộ với các loại cảm biến bảo vệ khác. Sơ đồ và thiết bị của Hệ ĐKTĐ-GS nêu ở hình 1 đến hình 9. 

Hệ ĐKTĐ-GS làm việc an toàn với tính năng cao. Khối điều khiển chính sẽ thu thập và xử lý thông tin từ các loại cảm biến theo thời gian thực, từ đó thực hiện cảnh báo và bảo vệ khi các sự cố có thể xảy ra trong quá trình băng tải hoạt động (như: Dây băng rạn ngang, chạy lệch biên; đóng khóa để dừng khẩn cấp khi có sự phát nhiệt, trượt, ùn than,…) nhằm nâng cao độ tin cậy, ổn định àm việc và kéo dài tuổi thọ của dây băng. Hệ ĐKTĐ-GS có các chức năng kết nối mạng ETHERNET và CAN S485 và truyền dữ liệu tới Trung tâm điều độ sản xuất hoặc hệ thống điều khiển khác nhanh chóng, tiện lợi, từ đó thực hiện liên kết điều khiển và giám các băng tải với Hệ thống điều khiển-giám sát chung của mỏ. Tại mỗi đầu máy của các băng tải có lắp 01 camera phòng nổ với độ phân giải cao và kết nối với mạng để giám sát tình trạng vận hành thực tế của băng tải (cùng một lúc có thể ghi lại được nhiều hình ảnh từ nhiều đường truyền). 

2.2.  Phương thức điều khiển của Hệ ĐKTĐ-GS 

a.  Phương thức “Điều khiển từng băng tải”: 

Phương thức này có thể thực hiện điều khiển riêng biệt một băng tải bất kì trong hệ thống, Việc điều khiển khởi động hay dừng một băng tải bất kỳ thông qua hộp điều khiển tập trung hoặc bàn điều khiển chuyên dùng cho băng tải đã được lắp đặt đồng bộ trong hệ thống, đồng thời thực hiện kiểm soát trạng thái vận hành đối với các loại thiết bị bảo vệ của băng tải này. Phương thức này chủ yếu dùng trong điều kiện duy tu hay bảo dưỡng thiết bị. 

b.  Phương thức “Điều khiển tập trung” 

Phương thức này sẽ khởi động lần lượt các băng tải sau khi đã báo khởi động, khi báo dừng thì dừng máy nhanh. Với hệ thống 5 băng tải có thể thực hiện phương thức này như sau: Khi cần vận hành tuyến băng tải, nhân viên thao tác tại băng tải số 5 thực hiện bấm nút chạy máy trên bàn điều khiển chuyên dùng, trong trường hợp các băng tải không xảy ra sự cố, thì băng tải số 1 khởi động trước tiên, sau đó lần lượt cho đến khi băng tải số 5 khởi động. Khi cần dừng vận hành băng tải, nhân viên thao tác tiến hành bấm nút dừng máy, toàn tuyến băng tải dừng máy. Khi có sự cố thì toàn tuyến băng tải dừng tự động, đồng thời báo vị trí điểm sự cố thông qua màn hình hiển thị và âm thanh bằng ngôn ngữ (sẽ được cài đặt theo ngôn ngữ mà DN yêu cầu) để nhân viên duy tu, bảo dưỡng kịp thời xử lý sự cố. 

c.   Phương thức “Điều khiển có lựa chọn tùy theo băng tải” 

Đặc điểm của phương thức này là khởi động hướng chạy thuận, khởi động hay dừng có tính lựa chọn là các băng tải trên toàn tuyến đều khởi động vận hành sau khi báo có than trên tất cả các băng tải. Nếu băng tải nào không có than sẽ kéo dài thời gian dừng máy tự động. Áp dụng phương thức này sẽ làm cho hệ thống vận chuyển tiết kiệm điện và còn có thể giảm tối đa “hao mòn không tải” cho băng. “Phương thức điều khiển có lựa chọn tùy theo băng tải” Hệ ĐKTĐ-GS được ứng dụng tại Cty Dụ Hưng cho kết quả bảo vệ hệ thống vận chuyển băng tải hiệu quả, báo chính xác vị trí xảy ra sự cố thông qua màn hình hiển thị và âm thanh (bằng ngôn ngữ), thuận tiện bảo dưỡng kịp thời và xử lý khi có sự cố băng tải. 

3.  ĐÁNH GIẢ TÍNH ƯU VIỆT VÀ HIỆU QUẢ CỦA HỆ ĐKTĐ-GS TẠI CÔNG TY DỤ HƯNG 

3.1. Về nguyên lý hoạt động của Hệ ĐKTĐ-GS 

- Kết nối dữ liệu và truyền thông tin qua mạng Ethernet công nghiệp, thông qua máy chủ để giám sát và điều khiển từ xa trạng thái vận hành của toàn bộ hệ thống băng tải theo thời gian thực tế làm việc.  

- Có chức năng định vị bằng cảm biến để dừng khẩn cấp dọc theo tuyến băng tải khi có sự cố (lệch băng, rạn dây băng, nhiệt tăng, khói cháy) thông qua các thiết nêu trên. Có khả năng hiển thị vị trí sự cố và cảnh báo bằng âm thanh hay ngôn ngữ. Hệ ĐKTĐ-GS này giúp tìm kiếm sự cố nhanh, thuận tiện và kịp thời đóng khóa dừng khẩn cấp cho băng tải phía trước. 

- Khả năng giao diện người và máy thân thiện qua màn hình của hộp điều khiển tại nơi hiển thị trạng thái vận hành của các thiết bị với phương thức đồ họa và hình ảnh động, định vị các vị trí sự cố. Có chức năng gọi thoại toàn tuyến với âm thanh giọng nói rõ nét, vang xa. Cho dù sau khi ngắt điện, hộp điều khiển vẫn có thể kéo dài thời gian hoạt động khoảng > 30 phút. 

- Bảng mạch nguồn điện trong máy chủ có thể cung cấp nguồn điện an toàn cho trạm điều khiển I/O từ Trạm I/O truyền tín hiệu cảm biến đến máy chủ thông qua tuyến chung (Profibus) để hoàn thành chức năng định vị cảm biến. 

3.2.  Tính ưu việt và hiệu quả của Hệ ĐKTĐ-GS lắp đặt tại Công ty Dụ Hưng 

- Tính ưu việt của Hệ ĐKTĐ-GS như sau: i) Việc thay đổi phương thức điều khiển tại hiện trường rất đơn giản, lắp đặt, căn chỉnh và thử nghiệm dễ dàng. Hệ ĐKTĐ-GS sử dụng kết cấu kiểu module nên xảy ra sự cố, có thể thay thế nhanh chóng, không làm ảnh hưởng đến sản xuất; ii) Tiết kiệm điện so với trước khi lắp đặt. Khi áp dụng phương thức “Điều khiển có lựa chọn tùy theo băng tải” đã giảm tối đa thời gian vận hành không tải, kéo dài tuổi thọ thiết bị; iii) Nâng cao năng suất, khả năng an toàn cao và giá thành sản xuất giảm. 

- Hiệu quả kinh tế khi ứng dụng Hệ ĐKTĐ-GS như sau: i) Giảm nhân công vận hành băng tải: Trước khi lắp Hệ ĐKTĐ-GS, mỗi ca sản xuất có 5 người trực tại 5 băng tải, 1 người trực máy đập, 1 người trực tại máy cấp than, tổng cộng có 7 người/ca và trong một ngày làm 3 ca với tổng số 21 người; Sau khi lắp Hệ ĐKTĐ-GS toàn tuyến băng tải chỉ cần 1 người trực hệ thống, 1 người trực máy đập và máy cấp than và 1 người cơ động, mỗi ca chỉ cần 3 người, mỗi ngày làm việc chỉ cần 9 người. Giảm số nhân công mỗi ngày là 12 người; ii) Tiết kiệm chi phí trả lương cho công nhân được 600.000 ND tệ/năm (=12 người x lương 50.000 ND tệ/năm): 

4.  KẾT LUẬN 

Từ các phân tích nêu trên cho thấy Hệ ĐKTĐ-GS này có độ tin cậy và an toàn cao, có thể cung cấp dữ liệu cho công tác kiểm tra, sửa chữa hàng ngày và phát hiện kịp thời sự cố cho hệ thống băng tải. Ứng dụng Hệ ĐKTĐ-GS này đã mang lại lợi ích: nâng cao khả năng dự phòng sự cố, giảm sự cố cơ điện, giảm tai nạn lao động cho người và thiết bị, giảm chi phí duy tu và bảo dưỡng cũng như chí phí lao động trực tiếp hàng năm cho Cty Dụ Hưng. Với hiệu quả và lợi ích mang lại từ việc lắp đặt Hệ ĐKTĐ-GS nêu trên phù hợp với xu hướng “Cơ giới hóa thay thế con người, tự động hóa giảm nhân công” nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, đảm bào an toàn cho người và thiết bị và nâng cao trình độ quản lý doanh nghiệp. Kinh nghiệm này chắc chắn sẽ được các DN mỏ, tuyển và cơ khí Việt Nam quan tâm, tìm hiểu và tiếp nhận chuyển giao công nghệ để tiến tới lắp đặt và ứng dụng thử nghiệm tại một số hệ thống vận chuyển băng tải hiện nay tại một số DN. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Thuyết minh hướng dẫn sử dụng “Máy chủ thiết bị điều khiển Băng tải thông minh mạng dùng trong mỏ” Mã hiệu 1, Công ty TNHH Cổ phần điện tử - điện khí Hoa Phi Tiêu Tác Trung Quốc, 2016
2. Tiêu chuẩn Trung Quốc, MT 872—2000, Q/JHD 005-
3. 2009Thiết bị điên tử Hoa Phi, Cty CP Điện khí Hoa Phi (Trung Quốc), 2015
4. Website của Cty CP Điện khí Hoa Phi (Trung Quốc): http://www.jzhfdq.com