Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi trong nhà máy luyện thép

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT

Tổng quan về hệ thống điều khiển và giám sát

Ngày nay, khái niệm Tự động hóa quá trình công nghệ đã mở rộng từ việc điều khiển hạ tầng đến việc giám sát và điều hành toàn bộ quy trình sản xuất Sự chuyển mình trong các giải pháp điều khiển tự động được thúc đẩy bởi những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin Do đó, nhu cầu tích hợp hệ thống điều khiển và giám sát cấp cao trong hệ thống thông tin tổng thể của xí nghiệp và công ty ngày càng trở nên quan trọng và cần thiết.

Khi thiết kế hệ thống tự động hóa, cần cân nhắc giữa việc sử dụng thiết bị riêng lẻ hay hệ thống tích hợp hoàn chỉnh Thiết kế dựa trên thiết bị riêng lẻ yêu cầu cấu hình hệ thống, trong khi hệ thống tích hợp hạn chế lựa chọn thiết bị và đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn, nhưng lại phù hợp cho ứng dụng quy mô vừa và lớn nhờ độ tin cậy cao và chức năng điều hành sản xuất rộng rãi Quan trọng là đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, linh hoạt và chi phí trong thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát, nhằm đáp ứng chức năng như năng suất, chất lượng, và an toàn cho con người, máy móc và môi trường Mặc dù điều khiển và giám sát là hai nhiệm vụ khác nhau, chúng lại liên quan chặt chẽ với nhau; điều khiển cần giám sát và ngược lại, do đó thường được gọi chung là điều khiển.

Các giải pháp hệ thống cho việc điều khiển và giám sát quy trình công nghệ hoặc dây chuyền lắp ráp không chỉ đơn thuần là tự động hóa mà còn bao gồm việc tin học hóa các chức năng.

Chương 1 : Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát năng của hệ thống điều khiển mà còn bao hàm ý tiện lợi hóa cho người sử dụng điều hành Hơn nữa nói tới điều khiển và giám sát ta không hạn chế phạm vi người sử dụng ở cấp thao tác viên hay người điều hành xưởng máy mà còn có thể mở rộng lên cấp quản lý sản xuất hay lãnh đạo công ty Điều này mang nhiều ý nghĩa trong việc nghiên cứu tích hợp các hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System), hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) và các hệ thống hoạch định tài nguyên công ty ……

1.1.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển, giám sát

Hệ thống điều khiển và giám sát trong nhà máy sản xuất thường được phân chia thành 5 cấp độ chức năng, theo mô hình tổng quát.

Hình 1.1 Mô hình phân cấp chức năng hệ thống điều khiển và giám sát

Mô hình này phân chia các chức năng thành nhiều cấp độ khác nhau, từ cấp thấp đến cấp cao Ở các cấp dưới, các chức năng chủ yếu mang tính chất cơ bản hơn.

Chương 1 : Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát bản hơn, đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng ở cấp dưới nhưng ngược lại lƣợng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều

Phân cấp chức năng là yếu tố quan trọng giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị Mô hình phân cấp chức năng sẽ được xác định dựa trên mức độ tự động hóa và cấu trúc cụ thể của từng hệ thống.

Cấp chấp hành đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu khi cần thiết Hầu hết các thiết bị cảm biến và chấp hành đều có hệ thống điều khiển riêng, giúp thực hiện các phép đo và truyền động một cách chính xác và nhanh chóng Ngoài ra, các thiết bị thông minh với bộ vi xử lý có khả năng xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi gửi lên cấp điều khiển cao hơn.

Cấp điều khiển có nhiệm vụ chính là nhận và xử lý thông tin từ các bộ cảm biến theo thuật toán nhất định, sau đó truyền đạt kết quả xuống các bộ chấp hành Máy tính thực hiện việc theo dõi các công cụ đo lường và tự động điều khiển các thao tác như mở/đóng van, điều chỉnh cần gạt và núm xoay Đặc trưng nổi bật của cấp điều khiển là khả năng xử lý thông tin hiệu quả.

Cấp điều khiển và cấp chấp hành, thường được gọi là cấp trường, bao gồm các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được lắp đặt trực tiếp tại hiện trường, gần gũi với hệ thống kỹ thuật.

Cấp điều khiển giám sát có vai trò quan trọng trong việc giám sát và vận hành các quá trình kỹ thuật, hỗ trợ người dùng trong việc cài đặt ứng dụng và theo dõi hoạt động Nó cũng giúp xử lý các tình huống bất thường và thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức Đặc biệt, các chức năng này thường không yêu cầu phần cứng đặc biệt, chỉ cần sử dụng máy tính thông thường.

Thông thường, ba cấp dưới được xem là phần của hệ thống điều khiển và giám sát Tuy nhiên, hai cấp trên cùng, bao gồm quản lý công ty, cũng đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng và điều hành hoạt động của tổ chức.

Chương 1 : Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát điều hành sản xuất) sẽ giúp ta hiểu thêm một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp

1.1.3 Cấu trúc và các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển, giám sát

- Cấu trúc chung của hệ điều khiển và giám sát đƣợc minh họa trong hình vẽ sau:

Hình 1.2 Cấu trúc của hệ thống điều khiển giám sát

Trong hệ thống điều khiển giám sát, cảm biến và cơ cấu chấp hành là cầu nối giữa thiết bị điều khiển và quá trình kỹ thuật, trong khi hệ thống điều khiển giám sát kết nối người với máy Các thiết bị và bộ phận trong hệ thống được kết nối theo kiểu điểm-điểm hoặc qua mạng truyền thông Tín hiệu từ cảm biến có thể là tín hiệu số hoặc tương tự, và khi được xử lý trong máy tính, chúng cần được chuyển đổi để phù hợp với các chuẩn giao diện vào/ra của máy tính.

Các thành phần chính của hệ thống điều khiển và giám sát bao gồm:

Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các cơ cấu chấp hành

Chương 1 : Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LÒ THỔI

Tổng quan về nhà máy luyện thép

Khu liên hợp sản xuất gang thép Hoà Phát, do Công ty Cổ phần Thép Hoà Phát làm chủ đầu tư, được xây dựng trên diện tích khoảng 90 ha tại xã Hiệp Sơn, huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương.

Khu liên hợp là tổ hợp các nhà máy hoạt động liên tục, từ sản xuất và gia công quặng sắt đến việc tạo ra sản phẩm đầu ra như phôi thép và thép xây dựng.

Nguyên liệu đầu vào cho quá trình sản xuất là quặng sắt đã được nghiền nhỏ và đập vỡ theo tiêu chuẩn Quặng sắt này sẽ được phối trộn với các phụ gia như than cốc và đá vôi theo tỷ lệ nhất định Tiếp theo, các nguyên liệu này sẽ trải qua quá trình thiêu kết tại nhà máy, giúp gắn kết quặng và phụ gia lại với nhau.

Sau khi sản phẩm rời nhà máy thiêu kết, nó được chuyển đến nhà máy luyện gang, nơi sản phẩm được gia công qua lò cao Kết quả của quá trình này là nước gang, được chuyển tiếp đến nhà máy luyện thép Tại đây, thông qua lò thổi và lò đúc, nước gang được chế biến thành phôi thép.

Phôi thép, bao gồm phôi nóng và phôi nguội, được chuyển đến nhà máy cán thép thanh Qua các quy trình gia công tại nhà máy, sản phẩm cuối cùng là các loại thép xây dựng chất lượng.

Sản xuất gang thép là một quy trình phức tạp, tích hợp nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ Mỗi khu liên hợp bao gồm nhiều xí nghiệp và nhà máy nhỏ, tạo thành một hệ thống liên kết chặt chẽ Do đó, hệ thống điều khiển của khu liên hợp cần phải lớn, với cơ sở dữ liệu thống nhất để đảm bảo tính ổn định, bền vững và độ tin cậy cao.

Nhà máy luyện thép (NMLT) là một trong năm nhà máy của khu liên hợp gang thép Hòa Phát tại Kinh Môn, Hải Dương NMLT được xây dựng và phát triển qua ba giai đoạn.

Chương 2: Giới thiệu công nghệ lò thổi

Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3

- Các hệ thống phụ trợ khác

Bảng 2.1.Các giai đoạn của nhà máy luyện thép

Phân loại công nghệ lò thổi trong công nghệ luyện thép

Lò thổi sử dụng gang lỏng từ lò cao, kết hợp với việc thổi không khí hoặc oxy vào để loại bỏ tạp chất, nhằm chuyển đổi gang thành thép.

Phân loại theo phương pháp thổi :

+ Lò thổi đáy : Thổi không khí từ đáy lò

+ Lò thổi sườn : Thổi không khí từ bên hông lò

+ Lò thổi đỉnh bằng oxy : Thổi oxy từ đỉnh lò (đây chính là lò thổi đang sử dụng trong nhà máy luyện thép)

- Ƣu điểm của lò thổi đỉnh :

+ Phạm vi sử dụng nguyên liệu rộng : Sử dụng đƣợc mọi loại gang lỏng , ngoài ra còn sử dụng đƣợc thép vụn (phế) và quặng sắt

+ Nấu đƣợc nhiều loại thép đáp ứng nhu cầu của khách hàng : Thép cacbon, thép hợp kim thấp, thép hợp kim cao…

+ Hiệu suất sản xuất cao, thời gian thổi luyện ngắn

+ Vốn đầu tƣ và chi phí xây dựng thấp

- Nhƣợc điểm lò thổi đỉnh :

+ Khi gang lỏng có thành phần Si >1.5 % hoặc P cao, C> 0.6% gặp nhiều khó khăn

Lưu trình công nghệ của NMLT

Thép phế được vận chuyển bằng ô tô đến khu vực chứa thép phế, sau đó sử dụng cẩu mâm từ 10 tấn để nạp vào phễu chứa Tiếp theo, cầu trục 20/5 tấn tại gian nạp liệu sẽ chuyển thép phế vào lò thổi để tiến hành nấu luyện.

Liệu rời được vận chuyển bằng ô tô từ bãi liệu đến các silo trên cao thông qua tời nâng dạng gầu Sau đó, liệu sẽ được đưa qua hệ thống cân liệu rời để nạp từng mẻ vào lò thổi.

Gang lỏng từ lò cao được chuyển đến gian lò thổi và nạp vào khu vực lò trộn Sau đó, cẩu trục 63/20t sẽ rót gang lỏng vào lò trộn để chờ sử dụng Dựa vào nhu cầu thổi luyện của lò thổi, lò trộn sẽ rót gang ra thùng gang, và cẩu trục 63/20t sẽ chuyển gang đến lò thổi.

Sau khi hoàn tất quá trình luyện thép trong lò thổi và xử lý argon, xe chở thùng thép sẽ di chuyển đến gian tiếp nhận gang lỏng Tại đây, cẩu trục 63/20t sẽ thực hiện việc cẩu thùng thép sang lò tinh luyện LF để tiến hành xử lý tinh luyện Ngoài ra, thép hợp cách cũng có thể được chuyển trực tiếp đến cẩu trục 63/20t để đưa lên bệ xoay máy đúc, chuẩn bị cho quá trình rót đúc.

Sau khi thùng thép được đưa đến vị trí rót đúc, cốc rót sẽ được mở để thép lỏng chảy vào thùng trung gian Khi mức thép lỏng trong thùng trung gian đạt yêu cầu, dòng chảy sẽ được mở để thép lỏng tiếp tục chảy vào bộ kết tinh Sau khi đạt độ dày vỏ phôi nhất định, máy nắn kéo sẽ được khởi động để kéo thanh dẫn giả ra khỏi hộp kết tinh Trong quá trình làm mát, nước sẽ được phun để đông kết thép, và trước khi đến máy cắt, phần đầu cây phôi sẽ được cắt bỏ Cuối cùng, khi cây phôi đạt độ dài yêu cầu, sản phẩm thành phẩm sẽ được cắt ra và chuyển đến sàn nguội hoặc nhà máy cán.

Hình 2.1 Lưu trình công nghệ luyện thép

Nhà máy luyện thép bao gồm nhiều công đoạn khác nhau, cho phép áp dụng phương pháp điều khiển phân tán Tuy nhiên, bài viết này sẽ tập trung chủ yếu vào việc giám sát và điều khiển lò thổi do giới hạn của luận văn.

Thông số hệ thống lò thổi

Lò thổi 2 là một trong ba lò thổi của NMLT, thuộc giai đoạn 2 của NMLT

Công nghệ lò thổi đỉnh và thổi bằng oxy được sử dụng với khối lượng vỏ lò và gạch xây lò khoảng 200 tấn Mỗi mẻ thổi có khả năng chứa 50 tấn gang lỏng, phế liệu và các chất phụ gia Do đó, tổng khối lượng của lò khi có tải lên tới khoảng 250 tấn.

Các khu vực thiết bị chính phục vụ thổi luyện :

- Hệ thống cấp liệu rời

- Hệ thống lọc bụi Ventury

- Hệ thống làm mát khí hóa lò thổi

Hệ thống quay lò được trang bị 04 động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc 45KW, hoạt động đồng thời theo cùng chiều Qua cơ cấu bánh răng và hộp giảm tốc, hệ thống này thực hiện việc nghiêng lò một cách hiệu quả.

Hình 2.2 Bản vẽ chi tiết lò thổi

Hình 2.3 Bản vẽ phối lắp lò thổi

- Mô hình truyền động của các động cơ quay lò lên bánh răng trục chính :

Hình 2.4 Hình ảnh thực tế của hệ thống quay lò

Thân lò được làm mát bằng nước tuần hoàn từ trạm nước, trong khi cơ cấu bánh răng và hộp giảm tốc được bôi trơn bằng dầu từ trạm thủy lực gần lò.

- Hệ thống quay lò đƣợc điều khiển ở 2 bàn điều khiển : bàn điều khiển chính trong phòng vận hành và bàn điều khiển ra thép ở sau lò

Bàn điều khiển chính là nơi thực hiện các thao tác nghiêng lò để nạp gang, phế liệu và lấy mẫu Nó cũng cho phép nâng hạ súng, đồng thời trang bị các đồng hồ đo lường và đèn tín hiệu để báo vị trí của lò và súng.

Hình 2.5 Bàn điều khiển chính trong phòng vận hành

- Bàn điều khiển ra thép nơi thực hiện thao tác nghiêng lò sau khi gang đã đƣợc thổi luyện thành thép

Hình 2.6 Bàn điều khiển ra thép

Ngoài việc sử dụng xe chở khay xỉ, còn có xe chở thùng thép để phục vụ cho việc chứa đựng thép và xỉ sau mỗi mẻ thổi luyện Xe thép được điều khiển từ bàn điều khiển ra thép, trong khi xe xỉ được vận hành tại phòng điều khiển xe xỉ dưới gầm lò.

Lò được trang bị hai súng oxy, bao gồm một súng thổi và một súng dự phòng Mỗi súng được treo vào tang quấn cáp, trong khi động cơ nâng hạ súng kết nối với tang quấn cáp thông qua cơ cấu bánh răng và hộp số.

Phần truyền động và bảo vệ cho việc nâng hạ súng gồm có :

- Động cơ điện không đồng bộ 3 pha lồng sóc 45KW

Bộ Encoder tuyệt đối được kết hợp với trục động cơ nhằm xác định độ cao của súng, thường được gọi là thước điện của súng Thước cơ có khả năng chỉ thị độ cao của súng trong khoảng từ 0 đến 6m.

Mỗi đầu súng được trang bị ba đường ống: một đường nước vào, một đường nước hồi và một đường khí (bao gồm khí Oxy hoặc khí N2) Các đường ống này đều có cảm biến áp suất, lưu lượng và nhiệt độ nhằm giám sát và bảo vệ súng trong quá trình thổi luyện Đường ống nước vào và ra có chức năng làm mát súng trong suốt quá trình thổi luyện.

Phần chính của hệ thống thổi luyện súng bao gồm đường ống khí Oxy và đường ống khí Nitơ Mỗi đường ống được trang bị cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, cùng với các van điều tiết áp suất, lưu lượng và van đóng cắt nhanh để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Hình 2.7 Bản vẽ súng chi tiết súng oxy

2.4.3 Hệ thống cấp liệu rời

Trong quá trình thổi luyện gang, việc bổ sung các chất phụ gia vào gang lỏng trong lò là rất cần thiết Quá trình này được thực hiện thông qua hệ thống nạp liệu rời, đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.

Các silo nhỏ chứa nguyên liệu cần thiết được nạp từ các băng tải trên tầng 6 của lò thổi Dưới mỗi silo, các động cơ rung được lắp đặt để giúp nguyên liệu rơi xuống các silo trung gian khi cần thiết.

Các silo trung gian chứa liệu và được đo lường bằng các loadcell Dưới các silo, có các xilanh dạng tấm sử dụng khí nén để mở và đóng, cho phép cấp liệu xuống các silo tổng khi cần thiết.

Silo tổng là nơi chứa liệu trước khi được đưa vào lò, tương tự như các silo trung gian bên dưới Các xilanh dạng tấm sử dụng khí nén để mở và đóng, giúp cấp liệu vào lò khi cần thiết.

Do trong quá trình thổi luyện thép trong lò có nhiệt độ rất cao (khoảng 1600-

1700 độ) nên các ống dẫn liệu từ các silo xuống lò đều phải có nước làm mát nếu không sẽ bị cháy

2.4.4 Hệ thống lọc bụi Ventury

Hệ thống Ventury là giải pháp hiệu quả để lọc bụi, sử dụng nước bơm trực tiếp từ trạm nước lò vào các ống Ventury nhằm dập tắt bụi rơi xuống bể Nước sau đó chảy qua ống về bể lắng nghiêng tại khu vực trạm nước lò thổi, giúp giảm thiểu lượng bụi và khói trước khi quạt Ventury hút xả lên trời hoặc thu hồi vào bồn chứa khí than.

Quạt gió lọc bụi hoạt động với động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc, có công suất 1120KW và sử dụng điện áp 6300V Thiết bị này được điều khiển bởi biến tần trung thế, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

Các loại cảm biến và các loại van

2.5.1 Cảm biến nhiệt độ Để đo nhiệt độ sử dụng nhiệt điện trở (Resitance temperature detector – RTD) Pt100 loại 3 dây

Hình 2.8 Cảm biến nhiệt độ Pt100

Cấu tạo của Pt100 gồm có dây kim loại làm từ Platinum (ở 0°C điện trở của cảm biến là 100Ω )

Nguyên lý hoạt động của thiết bị này dựa trên sự thay đổi điện trở giữa các đầu dây kim loại khi nhiệt độ biến đổi Mỗi loại kim loại sẽ có độ tuyến tính điện trở khác nhau trong một khoảng nhiệt độ nhất định.

Hình 2.9 Cầu đấu bên trong của cảm biến nhiệt độ và vị trí lắp thực tế

Sử dụng cảm biến áp suất màng chắn loại áp trở

Nguyên lý hoạt động : Bộ phận chính của cảm biến là màng điện trở, giá trị điện trở sẽ thay đổi khi bị biến dạng

Hình 2.10 Hình ảnh màng điện trở và điện trở của màng ngăn áp suất

Hình 2.11 Cảm biến áp suất sử dụng ở NMLT

Để đo lưu lượng khí, cảm biến chênh áp hoạt động dựa trên nguyên lý Bernoulli, tức là dựa vào sự chênh lệch áp suất tại điểm thắt trên đường chảy để tính toán vận tốc dòng chảy Các loại cảm biến lưu lượng này thường có dạng lỗ orifice, ống pitot và ống venture, trong đó dạng lỗ tạo ra nút thắt trên dòng chảy khi chất lỏng đi qua.

Chương 2: Giới thiệu công nghệ lò thổi lớn hơn vận tốc của chất lỏng đến lỗ đó Theo nguyên lý Bernoulli, điều này có nghĩa là áp suất ở phía mặt vào cao hơn áp suất mặt ra Tiến hành đo sự chênh lệch áp suất này cho phép xác định trực tiếp vận tốc dòng chảy Dựa vào vận tốc dòng chảy sẽ tính được lưu lượng thể tích dòng chảy

Hình 2.12 Minh họa nguyên lý đo chênh áp

Hình 2.13 Cảm biến lưu lượng khí sử dụng ở NMLT

Cảm biến lưu lượng điện từ được sử dụng để đo lưu lượng nước dựa trên định luật điện từ Faraday, hoạt động hiệu quả với các chất lỏng dẫn điện Thiết bị này bao gồm hai cuộn dây điện từ tạo ra từ trường mạnh, cắt ngang ống dẫn chất lỏng, giúp xác định dòng chảy chính xác.

Chương 2: Giới thiệu công nghệ lò thổi lỏng chảy qua đường ống sẽ sinh ra một điện áp cảm ứng Điện áp này được lấy ra bởi hai điện cực đặt ngang đường ống Tốc độ của dòng chảy tỷ lệ trực tiếp với biên độ điện áp cảm ứng đo được Cuộn dây tạo ra từ trường B có thể được kích hoạt bằng nguồn AC hoặc DC Khi kích hoạt bằng nguồn AC - 50Hz, cuộn dây sẽ đƣợc kích thích bằng tín hiệu xoay chiều Điều này có thuận lợi là dòng tiêu thụ nhỏ hơn so với việc kích hoạt bằng nguồn DC

Phương pháp kích hoạt bằng nguồn AC dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu, dẫn đến sai số trong tín hiệu đo Vấn đề trôi lệch điểm "không" cũng thường gặp và khó căn chỉnh Do đó, kích hoạt bằng nguồn xung DC cho cuộn dây từ trường là giải pháp hiệu quả, giúp giảm dòng tiêu thụ và hạn chế các vấn đề phát sinh từ nguồn AC.

Hình 2.14 Minh họa nguyên lý đo lưu lượng điện từ

Hình 2.15 Cảm biến lưu lượng nước sử dụng ở NMLT

2.5.4 Van điện động đóng mở hệ thống làm mát khí hóa lò thổi

Mạch khởi kép được sử dụng để điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc 0.75KW, gắn trên van lai với cơ cấu bánh răng truyền động, giúp quay trục vít để mở và đóng cánh van Bên trong van, các cực hạn báo chiều đóng và mở sẽ phản hồi về PLC, từ đó tạo điều kiện để đóng/ngắt điện cho động cơ van.

Hình 2.16 Ảnh van điện động

2.5.5 Van điều tiết cho hệ thống làm mát khí hóa lò thổi và súng oxy

Sử dụng van điều khiển 4 – 20 mA khí nén hay còn gọi là van tỷ lệ hay van tuyến tính

Van tỷ lệ khí nén gồm có :

Cơ cấu Actuator khí nén được lắp đặt trên thân van, giúp điều khiển quá trình đóng mở van một cách hiệu quả Khí nén đi qua bộ điều khiển Positioner, tỷ lệ với tín hiệu 4-20 mA được cung cấp, từ đó điều chỉnh độ mở và đóng của van theo yêu cầu của quy trình công nghệ.

- Phần dưới là Body van có đường kính tùy thuộc vào đường ống khí cần điều tiết

Hình 2.17 Van điều khiển 4 – 20 mA khí nén

2.5.6 Van đóng mở của hệ thống Ventury

Sử dụng van điều khiển 4 -20mA điện gồm có :

- Phần Actuator là động cơ điện 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc 1.5 KW

Bộ điều khiển Positioner là một mạch điện tử nhận tín hiệu 4-20mA từ PLC, phân tích và điều chỉnh động cơ hoạt động theo hướng thuận hoặc nghịch nhờ vào biến trở feedback trên van Sử dụng thuật toán PID, bộ điều khiển sẽ dừng động cơ của Actuator khi giá trị feedback đạt đúng giá trị đặt.

Hình 2.18 Van điều khiển 4 – 20 mA điện

2.5.7 Van đóng cắt nhanh cho đường ống khí

- Phần Actuator hoạt động bằng khí nén gắn trên thân van , có nhiệm vụ di chuyển lên xuống xilanh khi có/không có khí điều khiển vào Actuator

- Phần điều khiển là bộ điều khiển khí nén : có điện 24VDC cấp vào cuộn hút thì cho khí nén đi qua và ngƣợc lại

Hình 2.19 Van on/off đóng cắt nhanh.

Quy trì nh vận hành của lò thổi

- Kiểm tra nguồn cấp cho biến tần động cơ quay lò, trạng thái các động cơ trạm dầu bôi trơn

- Kiểm tra điều kiện nâng hạ súng oxy và cho phép thổi luyện

STT Tên thiết bị Lưu lượng (m3/h) Áp suất ( MPa)

1 Nước làm mát đầu vào súng oxy

2 Nước làm mát đầu ra súng ≥ 60 ≥ 1

7 Nước làm mát thân lò ≥ 20

Bảng 2.2 Thông số điều kiện vận hành

- Kiểm tra điều kiện cho phép quay lò: súng oxy có độ cao > 6m

Kiểm tra hệ thống khí nén là cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống đóng mở van bằng khí nén và cung cấp oxy khẩn cấp trong trường hợp mất điện.

- Kiểm tra độ cao súng oxy giữa thước cơ và thước điện có khớp nhau không

- Kiểm tra thùng chứa nước gang lò thổi đã ở vị trí sẵn sàng, hệ thống cân, cầu trục sẵn sàng

Để nạp gang lỏng và thép phế liệu vào lò, trước tiên mở cửa chắn lửa và sử dụng tay trang điều khiển ở bàn vận hành chính để nghiêng lò ở góc 70° - 80° so với phương thẳng đứng Thùng chứa gang lỏng và ben chứa phế liệu được cầu trục điều khiển nâng hạ và rót vào miệng lò Quá trình nạp gang yêu cầu sự phối hợp nhịp nhàng giữa vận hành lò và cầu trục nhằm đảm bảo gang lỏng không bị rớt ra ngoài Trong khi nghiêng lò và nạp gang phế, người vận hành cần bấm còi cảnh báo để thông báo cho những người xung quanh tránh xa khu vực nguy hiểm.

Sau khi nạp gang và phế, tiến hành quay lò về vị trí thẳng đứng Để xác định lò đã trở về vị trí thẳng đứng hay chưa, người vận hành cần quan sát bằng mắt vị trí thực tế của lò và đèn báo vị trí thẳng đứng trên bàn điều khiển.

Dùng tay trang điều khiển thực hiện hạ súng oxy xuống vị trí khoảng 1.5 m – 2m Sau đó nhấn nút mở oxy để bắt đầu thổi luyện gang thành thép

Tiến hành điều chỉnh lưu lượng, áp suất khí oxy theo yêu cầu của bộ phận công nghệ :

Chương 2: Giới thiệu công nghệ lò thổi Điều khiển lưu lượng và áp suất được vận hành qua 2 van điều tiết lưu lượng và điều tiết áp suất

Van điều tiết áp suất có hai phương pháp vận hành chính là bằng tay và tự động, tùy thuộc vào sự lựa chọn của người vận hành Cả hai phương pháp này đều có giá trị đặt riêng Tương tự, van điều tiết lưu lượng cũng được điều khiển theo công nghệ yêu cầu Trong quá trình vận hành, cần chú ý đến góc mở của các van để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

Trong quá trình thổi luyện, việc bổ sung các thành phần phụ gia là cần thiết Hệ thống điều khiển van cấp liệu từ các silo trên tầng 5 sẽ tự động cung cấp số lượng cân liệu cần thiết dựa trên công nghệ, cùng với các loại liệu sử dụng Sau khi cân liệu xuống 2 silo tổng, van silo tổng sẽ được mở, cho phép liệu được nạp vào lò thông qua 2 lỗ liệu bên trái và bên phải.

Trong quá trình thổi luyện ở nhiệt độ cao, nước làm mát chụp khói sẽ hóa hơi, tạo ra áp suất cao trong bình hóa hơi Khi đạt đến áp suất đã được cài đặt, các van điện động trong hệ thống sẽ mở để xả hơi ra ngoài, phục vụ cho các khu vực khác có nhu cầu sử dụng.

Sau khi hoàn thành quá trình thổi luyện, cần tắt van khí oxy, nâng súng oxy lên vị trí cao hơn 6m và quay lò về phía phòng vận hành với góc 80° - 85° Việc này nhằm lấy mẫu thép để chuyển sang KCS phân tích chất lượng Nếu mẫu không đạt tiêu chuẩn chất lượng, sẽ tiến hành thổi lại; nếu đạt tiêu chuẩn, quyền điều khiển sẽ được chuyển giao cho bàn điều khiển ra thép.

Cầu trục sẽ di chuyển thùng thép đến vị trí tinh luyện hoặc đúc Sau đó, lò sẽ được quay về vị trí thẳng đứng (0°) và mở van khí N2 để bắn xỉ, tạo lớp bảo vệ cho thành lò Cuối cùng, lò sẽ được nghiêng từ 150° đến 180° để tiến hành đổ xỉ, hoàn tất một mẻ nấu luyện.

Chương 2 cung cấp cái nhìn tổng quan về quy trình công nghệ trong nhà máy luyện thép, bao gồm nhiều công đoạn khác nhau Mỗi công đoạn đều yêu cầu sự giám sát và điều khiển chặt chẽ, trong đó điều khiển giám sát lò thổi được xem là quan trọng nhất, vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm đầu ra.

Điều khiển giám sát lò thổi là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình nghiên cứu, vì vậy tác giả sẽ tập trung vào phần này Bài viết sẽ trình bày các thông số kỹ thuật và quy trình công nghệ của lò thổi, từ đó làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi trong chương tiếp theo.

KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT LÒ THỔI

Mô hì nh và nhiệm vụ của hệ thống điều khiển, giám sát lò thổi

3.1.1 Mô hình hệ thống lò thổi

Mô hình phân cấp chức năng hệ thống lò thổi đƣợc xây dựng gồm các cấp chức năng nhƣ sau :

Hình 3.1 Mô hình phân cấp chức năng hệ thống điều khiển giám sát lò thổi

3.1.2 Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển và giám sát lò thổi

- Điều khiển và giám sát liên động hệ thống quay lò, nâng hạ súng…

- Thực hiện truyền thông giữa RTU với các động cơ quay lò và nâng hạ súng oxy

- Giám sát các tín hiệu cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, trạng thái đóng mở các van on/off , van tỉ lệ

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi

- Thực hiện cảnh báo các nguy cơ, các sự cố thiết bị cho công nhân vận hành

- Thực hiện lưu lại lịch sử trạng thái hoạt động của các thiết bị trong hệ thống

Hình 3.2 Sơ đồ khối các thành phần cơ bản của lò thổi.

Cấu trúc điều khiển giám sát của hệ thống

Với các yêu cầu đặt ra cho hệ điều khiển và giám sát lò thổi, cấu trúc của hệ thống thể hiện ở hình sau :

Máy tính vận hành 1 Máy tính vận hành 2

Biến tần quay lò Biến tần súng oxy Cảm biến Van điều tiết

P ro fib us – D P T C P /IP T C P /IP T C P /IP

Hình 3.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát lò thổi

Máy tính vận hành (MTVH) 1 và 2 được sử dụng để giám sát và điều khiển hệ thống bởi công nhân Mỗi máy tính được trang bị phần mềm WinCC 7.0 của Siemens, cho phép theo dõi các thông số của cảm biến và van một cách hiệu quả.

Máy tính lập trình chuyên dụng cho kỹ thuật viên hỗ trợ sửa chữa, bảo trì và theo dõi hệ thống Trên máy tính này, phần mềm lập trình S7 đã được cài đặt sẵn, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc và nâng cao hiệu quả trong việc quản lý hệ thống.

400, phần mềm giám sát điều khiển Wincc 7.0 và phần mềm biến tần STATER

Switch là bộ chuyển mạch có nhiệm vụ tạo kết nối mạng LAN cho các máy tính vận hành, máy tính lập trình và PLC

PLC là thiết bị logic khả trình có chức năng điều khiển và thu thập dữ liệu từ các thiết bị trường

Các biến tần quay lò, nâng hạ súng oxy, các rack mở rộng của PLC đƣợc kết nối truyền thông với PLC bằng đường truyền Profibus DP

Trên cơ sở cấu trúc đã xây dựng, trong phần tiếp theo tác giả sẽ thiết kế cấu hính phần cứng, hệ truyền thông và phần mềm.

Thiết kế phần cứng

3.3.1 Số lƣợng tín hiệu đo và điều khiển của hệ thống

Để điều khiển và giám sát hiệu quả, việc thu thập các tín hiệu đo và điều khiển là rất quan trọng Những tín hiệu này bao gồm công tắc, nút nhấn và cảm biến Các tín hiệu cần thu thập có thể được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau.

+ Digital Input (DI): Giá trị nhị phân để nhận biết các tín hiệu dạng nút nhấn, công tắc

+ Digital Output (DO): Giá trị nhị phân để xuất ra điều khiển contactor, đèn chỉ thị…

+ Analog Input (AI): Giá trị đo lường của các cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lƣợng…

+ Analog Output (AO): Giá trị xuất ra điều khiển các van tỉ lệ 4-20 mA

 Danh mục số lƣợng các đầu vào ra của hệ thống

Hệ Thống Chức năng Số lƣợng I/O Động cơ quay lò và

+ Sử dụng 4 động cơ không đồng bộ 45KW đƣợc điều khiển bởi 04 biến tần

+ 4DI phản hồi tín hiệu của automat

LÒ các thiết bị đi kèm

+ Sử dụng 01 encoder tuyệt đối để xác định vị trí góc quay của lò cấp nguồn lực cho các biến tần

Contactor +1DO + 4DI được sử dụng để điều khiển đóng mở và cung cấp nguồn lực cho biến tần Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp +1DO + 5DI để điều khiển đóng mở phanh và nhận phản hồi tín hiệu tự động Đặc biệt, với +10DI, hệ thống có khả năng nhận các bit tín hiệu từ Encoder, đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả.

Thực hiện thao tác quay lò và nâng hạ súng oxy, kiểm tra các đèn chỉ thị cùng với thông số dòng điện của động cơ quay lò và động cơ nâng hạ súng oxy trong chế độ MAN.

+ 20DI + 10DO + 5 đầu ra AO để phục vụ việc hiển thị giá trị dòng điện ra đồng hồ cơ Động cơ nâng hạ súng oxy

+ Sử dụng động cơ không đồng bộ 45KW đƣợc điều khiển bởi biến tần

+ 2DO +2DI điều khiển đóng mở phanh và phản hổi tín hiệu Automat và Contactor

+ Cảm biến và van đóng cắt

+ Sử dụng 01 Encoder tuyệt đối 25bit để xác định vị trí chiều cao của súng

+ Súng có 2 đường nước vào và nước hồi gồm các cảm biến nhiệt độ, lưu lượng nước

+ Súng có 1 đường khí: có thể là khí oxy hoặc là khí N2 có các cảm biến đo nhiệt độ và lưu lượng và van đóng cắt nhanh

+ 25DI nhận các bit tín hiệu trả về của Encoder

Hệ thống sử dụng 8AI để đo nhiệt độ và lưu lượng nước vào và ra từ súng Đồng thời, 4DO và 8DI được áp dụng để điều khiển việc đóng mở các van nhanh chóng và phản hồi tín hiệu khi van được đóng hoặc mở.

RỜI Động cơ rung liệu

Tạo độ rung cho liệu rơi xuống Silo có cân Ở đây chúng ta mô phỏng 4 silo nên cần 4 động cơ rung

+ 4DO điều khiển cho 4 động cơ rung liệu + 8 DI nhận phản hồi cực hạn của các xilanh đóng mở silo

Nơi chứa liệu , đo khối lƣợng của liệu trước khi cho xuống silo tổng

+ 4DO + 8DI để điều khiển xilanh đóng mở silo trung gian và lấy các tín hiệu báo đóng và báo mở của xilanh

Nơi chứa liệu trước khi cho vào lò và cũng đƣợc đo khối lƣợng

+ 2DO + 4DI để điều khiển xilanh đóng mở silo liệu tổng và lấy các tín hiệu báo đóng và báo mở của xilanh

Loadcell Cảm biến để đo khối lƣợng của các silo liệu

+ 4AI để nhận các tín hiệu cân từ các Loadcell

Cảm biến Đo nhiệt độ, áp suất và lưu lượng của nước dập bụi Ventury

Có chức năng thay đổi độ rộng của đường ống hút đầu vào của quạt gió Ventury

+ 1AO và 1AI để điều khiển đóng mở van

TỔNG SỐ LƢỢNG ĐẦU VÀO/RA CỦA PLC

Bảng 3.1 Số lượng tín hiệu vào ra của hệ thống

3.3.2 Chọn thiết bị cho các cấp của hệ thống

3.3.2.1 Các thiết bị của cấp giám sát

- Hai máy tính giám sát, vận hành và 01 máy tính lập trình có các thông số kỹ thuật nhƣ sau:

+ Bộ vi xử lý trung tâm: CPU core i3, 1GHz

+ Hệ điều hành Win7 – 32 bit Ultimate

- Bộ chuyển mạch Switch có các thông số nhƣ sau :

+ 8 cổng 10/100Mbps Băng thông Full Duplex cho mỗi port là 200Mbps + Nguồn điện: 12VDC/500mA

3.3.2.2 Các thiết bị của cấp điều khiển

- Chọn bộ điều khiển PLC trung tâm CPU 414-2 DP mã 6ES7 414 – 2XK05 – 0AB0:

+ Tốc độ xử lý nhanh

+ Có 1 cổng truyền thông TCP/IP và 2 cổng truyền thông Profibus DP

- Dựa vào số lƣợng vào ra đã tính toán ở trên để xác định số lƣợng module I/O nhƣ sau :

+ 98 DI: chọn 5 module DI32xDC24V: 6ES7 321 – 1BL00 – 0AA0 Mỗi module có 32 đầu vào 24VDC

+ 27 DO: chọn 2 module DO32xDC24V: 6ES7 322 – 1BL00 – 0AA0 Mỗi module có 32 đầu ra 24VDC

+ 32 AI: chọn 5 module AI8x12Bit: 6ES7 331 – 7KF02 – 0AB0 Mỗi module có 8 đầu vào AI

+ 6 AO: chọn 2 module AO4x12Bit: 6ES7 332 – 5HD01 – 0AB0 Mỗi module có 8 đầu ra AO

Nhƣ vậy sẽ cần có 3 rack để gắn các thiết bị:

- Rack #2: Gắn 5DI và 2DO (rack số 1)

- Rack #3: Gắn 5AI và 2AO (rack số 2)

3.3.2.3 Các thiết bị cấp trường Đối với hệ thống quay lò và nâng hạ súng oxy chọn biến tần Sinamic S120 của hãng Siemens vì:

+ Điều khiển chính xác, đáp ứng tốc độ nhanh, momen ổn định

+ Dễ dàng khắc phục sự cố vì đây là dòng biến tần mà một khối controller

CU cho phép điều khiển nhiều biến tần cùng lúc và lưu trữ các thông số cài đặt trên thẻ nhớ Khi biến tần gặp sự cố, chỉ cần thay thế mà không cần thiết lập lại thông số, điều này rất quan trọng cho sản xuất liên tục.

Hệ quay lò S120 - CU320 - 2DP là bộ điều khiển trung tâm, với chương trình điều khiển được nạp vào thẻ nhớ của CU Bộ điều khiển này quản lý 4 biến tần cho 4 động cơ quay lò, đảm bảo hoạt động hiệu quả và chính xác.

+ Hệ nâng hạ súng chọn S120 – CU305 vì mỗi CU này chỉ cần điều khiển cho 1 biến tần nâng hạ súng

Hình 3.4 Các Module của biến tần Sinamic

- Control Unit Adapter: CUA31 làm nhiệm vụ trung gian điều khiển giữa CU và khối chấp hành Power module ( PM)

- Power module : Khối chấp hành có các đầu dây nối ra động cơ

Sơ đồ nguyên lý mạch lực điều khiển hệ thống lò thổi tác giả trình bày trong phần phụ lục 1

Thiết kế truyền thông

Các máy tính vận hành, máy tính lập trình, PLC và biến tần được kết nối thành mạng LAN sử dụng giao thức TCP/IP Nhờ đó, các máy tính này có khả năng theo dõi và giám sát hiệu quả các thiết bị điều khiển và thiết bị cấp trường.

- PLC kết nối với biến tần theo giao thức Profibus

- Sử dụng dây tín hiệu để truyền dạng tín hiệu 4-20mA hoặc 24VDC từ cảm biến về PLC

Thiết lập cụ thể cấu hình truyền thông tác giả trình bày trong phần phụ lục 2.

Thiết kế phần mềm

Hệ thống SCADA cho lò thổi được xây dựng bằng S7-400 và WinCC, mang lại tính linh hoạt cao trong sản xuất, khả năng giám sát và lưu trữ dữ liệu hiệu quả Hệ thống này cung cấp tính năng cảnh báo và xác định lỗi qua giao diện thân thiện với người vận hành PLC được lập trình theo quy trình công nghệ, trong khi quy trình này được mô phỏng cùng với WinCC và PLCSim.

3.5.1 Phần mềm điều khiển trên STEP7

Phần mềm STEP7 là công cụ chuyên dụng dành cho PLC S7-300/400 của Siemens, có những đặc điểm nổi bật phù hợp cho việc thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát lò thổi.

+ Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC họ S7 – 300/400

+ Cấu hình mạng truyền thông cho trạm

+ Soạn thảo, cài đặt chương trình điều khiển

+ Quan sát chương trình và gỡ rối chương trình

Thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn như hàm scale FC105, hàm unscale FC106 và hàm điều khiển PID FB41 đáp ứng nhiều yêu cầu phổ biến Bên cạnh đó, phần HELP cung cấp hỗ trợ hữu ích cho việc lập trình và gỡ rối chương trình.

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi Đối với hệ thống điều khiển và giám sát lò thổi là một hệ thống tương đối lớn nên để quản lý tốt chương trình và thuận tiện cho việc sửa chữa sau này chúng ta sẽ sử dụng phương pháp lập trình có cấu trúc

Trong lập trình có cấu trúc, toàn bộ chương trình được phân chia thành các khối chức năng (FC) và khối chức năng đối tượng (FB) với nhiệm vụ cụ thể, tất cả đều được quản lý bởi khối OB1.

Hình 3.5 Lập trình có cấu trúc

- Khối OB1 (Organization Block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển chính

Khối FC (Khối chương trình) là một phần của ứng dụng có chức năng riêng, tương tự như chương trình con hoặc hàm Một ứng dụng có thể bao gồm nhiều khối FC, được phân biệt bằng các số nguyên theo sau ký tự FC, chẳng hạn như FC1, FC2, v.v.

Khối FB (Function Block) là một loại khối FC đặc biệt, cho phép trao đổi lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác Dữ liệu này cần được tổ chức thành khối dữ liệu riêng, gọi là Data block Một chương trình ứng dụng có thể chứa nhiều khối FB, và các khối này được phân biệt bằng các số nguyên theo sau nhóm ký tự FB, ví dụ như FB1, FB2, v.v.

Khối DB (Data Block) là phần chứa dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình, với các tham số do người dùng tự định nghĩa.

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB này đƣợc phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm kí tự DB Ví dụ: DB1,DB2,

Chu trình vòng quét chương trình thể hiện như sau :

Quét các dữ liệu vào / ra Nạp vào vùng nhớ đệm

Thực hiện các bước chương trình

Chuyển dữ liệu từ vùng nhớ đệm đến đầu ra

Vòng quét của chương trình

Hình 3.6 Chu trình vòng quét chương trình

Cụ thể đối với hệ thống điều khiển và giám sát lò thổi này thì trong vòng quét chính OB1 thực hiện gọi các khối hàm :

FC1 là hàm điều khiển nghiêng lò và nạp liệu rời, có nhiệm vụ điều khiển cơ cấu quay lò thông qua biến tần và thực hiện nạp liệu rời theo yêu cầu công nghệ.

FC2 là hàm điều khiển súng oxy, có nhiệm vụ điều khiển cơ cấu nâng hạ súng oxy thông qua biến tần Ngoài ra, nó còn thực hiện các chức năng đóng mở van on/off và các van tỉ lệ của súng oxy.

FC3 là hàm đọc tín hiệu đầu vào analog, có nhiệm vụ quan trọng trong việc tiếp nhận và xử lý các tín hiệu đầu vào AI, phục vụ cho công tác điều khiển và giám sát hiệu quả.

FC4 : Hàm xuất tín hiệu đầu ra analog : có chức năng thực hiện xuất các tín hiệu AO để điều khiển các van tỉ lệ…

FC5 là hàm chuyên dụng để đọc tín hiệu từ Encoder quay lò, với nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu đầu vào thành tín hiệu góc quay từ 0 đến 360 ° Hàm này hỗ trợ hiệu quả trong việc điều khiển và giám sát cơ cấu quay lò.

FC6 là hàm đọc tín hiệu Encoder cho súng oxy, có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu từ Encoder gắn với trục động cơ nâng hạ súng Hàm này chuyển đổi tín hiệu thành độ dài từ 0 đến 12m, phục vụ cho việc điều khiển và giám sát cơ cấu nâng hạ súng.

FC7 : Hàm truyền thông giữa PLC – biến tần : có chức năng tạo truyền thông giữa PLC và biến tần quay lò, nâng hạ súng

Để ghi dữ liệu điều khiển từ PLC xuống biến tần, bạn có thể sử dụng hàm SFC15 trong thư viện của STEP7 Để đọc dữ liệu từ biến tần lên PLC, hàm SFC14 trong thư viện STEP7 sẽ được áp dụng.

Chạy mô phỏng và kết quả

Tác giả đã lựa chọn PLC lập trình theo quy trình công nghệ, được mô phỏng cùng với chương trình WinCC và PLCSim Do không có thiết bị thực tế, các giá trị cảm biến sẽ được nhập trực tiếp trên giao diện mô phỏng Mỗi hệ thống nhỏ trong mô hình đều có hai chế độ điều khiển: bằng tay và tự động.

Hệ thống lò thổi gồm các giao diện nhƣ sau :

1 Giao diện lò thổi có những thông số sau :

- Nhiệt độ, lưu lượng, áp suất của khí O 2 và N 2

- Nhiệt độ, lưu lượng nước làm mát súng

- Dòng của động cơ quay lò, động cơ nâng hạ súng O 2

- Góc quay lò, chiều cao súng O 2

- Trạng thái, góc đóng mở các van

Hình 3 9 Giao diện lò thổi

Từ trang màn hình này người vận hành có thể chuyển sang các trang màn hình khác bằng các phím menu dưới đáy màn hình

2 Giao diện hệ thống làm mát khí hóa :

- Mực nước, áp suất của bình hóa hơi và bình tích hơi

Trong quá trình vận hành, việc theo dõi trạng thái đóng mở của các van là rất quan trọng, đặc biệt là van xả an toàn M252, M254 và van an toàn cơ Khi áp suất trong bình vượt quá mức cho phép, các van này sẽ tự động mở ra, đảm bảo an toàn cho cả con người và thiết bị.

Hình 3.10.Giao diện làm mát khí hóa

3 Giao diện hệ thống lọc bụi Ventury

- Áp suất tổng của nước dập bụi

- Lưu lượng nước để dập bụi trên các đoạn đường ống Ventury

- Trạng thái đóng mở của van cánh lật trên đường ống Ventury

Hình 3.11.Giao diện lọc bụi Ventury

4 Giao diện hệ thống cấp liệu rời

Trên giao diện mô phỏng và giám sát :

+ Trạng thái hoạt động của động cơ rung liệu

+ Khối lƣợng của liệu rời trong các silo trung gian cần cấp cho lò thổi

+ Trạng thái đóng mở của các van đóng mở silo trung gian và silo tổng

Hình 3.12.Giao diện hệ thống cấp liệu rời

Trước khi lò thổi hoạt động :

+ Kiểm tra và đặt lưu lượng nước làm mát súng : FT101, FT102; lưu lượng nước dập bụi ventury: FT301, FT302, FT303, FT304 đủ điều kiện làm mát

+ Đặt thông số nhiệt độ, áp suất: TE01, PT01, PT03, TE02, PT04, PT06, PT05, TE101, TE102

Xác nhận rằng lò thổi đã hoàn tất việc nạp gang phế và đã trở về vị trí thẳng đứng (góc quay 0 độ) là bước chuẩn bị quan trọng cho quá trình thổi luyện.

+ Chọn chế độ mô phỏng tự động

Nếu đủ các điều kiện trên thì súng sẽ tự động xuống đến 2m thì dừng và bắt đầu thổi Oxy

Hình 3 13 Giao diện lò thổi khi thổi luyện

Giá trị hiện tại và giá trị đặt của áp suất, lưu lượng, góc mở van trên đường khí Oxy, thời gian thổi luyện, cùng với trạng thái của van on/off đều được hiển thị rõ ràng trên giao diện.

Hình 3 14 Giao diện hệ thống lọc bụi khi đang hoạt động

Sau 1 phút thổi oxy, các silo chứa Quặng, Dolomit, Vôi số 1 và Vôi số 2 sẽ tự động rung để chuyển liệu xuống silo trung gian, chuẩn bị nạp vào lò thổi với khối lượng cụ thể.

+ Quặng : 900 kg , + Dolomit : 1000kg, + Vôi 1: 500kg, Vôi 2 : 500kg

Hình 3 15 Giao diện hệ thống cấp liệu khi đang hoạt động

4 Các giao diện Trend của hệ thống lò thổi

Các trang đồ thị này hiển thị sự biến động của các thông số lò thổi hiện tại và quá khứ thông qua các phím mũi tên.

 Trend lưu lượng nước Ventury

Hình 3.16.Giao diện Trend lưu lượng nước Ventury

 Trend Làm mát khí hóa

Hình 3.17.Giao diện Trend làm mát khí hóa

Hình 3.18 Giao diện Trend súng Oxy

Hình 3.19 Giao diện Trend góc quay lò

Các trang Arlam cảnh báo sự cố khi có các thông số thấp quá mức hoặc vƣợt quá giới hạn cho phép

Bảng 3.3 Bảng Arlam cảnh báo sự cố

Nội dung chương này tác giả đã đề xuất các giải pháp kỹ thuật để thiết kế cho hệ thống SCADA điều khiển giám sát lò thổi :

Mô hình và nhiệm vụ của hệ thống điều khiển giám sát được đề xuất, đồng thời xây dựng cấu trúc điều khiển giám sát cho hệ thống Dựa trên đó, chúng ta sẽ lựa chọn thiết kế cấu trúc phần cứng và phần mềm, cũng như thiết lập hệ thống truyền thông hiệu quả.

- Viết chương trình điều khiển trên phần mềm STEP 7 5.5 và thiết kế giao diện điều khiển giám sát trên WinCC 7.0

- Chạy mô phỏng và thu đƣợc các kết quả nhƣ nhiệm vụ điều khiển giám sát hệ thống đã đƣa ra

Các giải pháp kỹ thuật được đề xuất nhằm xây dựng hệ thống điều khiển giám sát lò thổi không chỉ hỗ trợ vận hành theo công nghệ mà còn tích cực tham gia vào quá trình trao đổi thông tin với các cấp quản lý Hệ thống này còn đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa quy trình sản xuất của toàn bộ nhà máy luyện thép.

Sau thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài "Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho lò thổi trong nhà máy luyện thép" Luận văn này không chỉ thể hiện quá trình học tập mà còn góp phần vào việc cải thiện hiệu suất và an toàn trong sản xuất thép.

Bản luận văn tập trung vào nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát SCADA, một hệ thống phổ biến trong lĩnh vực tự động hóa quá trình sản xuất Qua quá trình nghiên cứu, tôi đã thu được nhiều kết quả quan trọng.

+ Nghiên cứu nắm vững cơ sở lý thuyết về hệ thống điều khiển giám sát SCADA: Cấu trúc phần cứng, phần mềm và hệ truyền thông

+ Nghiên cứu nắm vững về công nghệ lò thổi trong nhà máy luyện thép

+ Ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho lò thổi

+ Dựa trên các phần mềm đã lựa chọn để viết chương trình điều khiển, thiết kế giao diện, chạy mô phỏng và thu đƣợc các kết quả

Tác giả đã thực hiện thiết kế giao diện và mô phỏng trên máy tính mà không sử dụng thiết bị thực tế, dẫn đến nhiều khó khăn trong quá trình lập trình Hơn nữa, nhiều chức năng của các phần mềm vẫn chưa được khai thác triệt để.

Do thời gian nghiên cứu và trình độ hạn chế, cùng với một số điều kiện không cho phép, bản luận văn này vẫn còn nhiều hạn chế và thiếu sót Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp và bổ sung để hoàn thiện luận văn này hơn nữa.

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Giám Sát Lò Thổi Trong Nhà Máy Luyện Thép
Tác giả	Bùi Thị Thêm
Người hướng dẫn	PGS.TS Võ Minh Chính
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	153
Dung lượng	4,95 MB