THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT HMI TRÊN simatic s7 300 VÀ WinCC

lOMoARcPSD|9242611 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đề tài: Thành viên nhóm: Phùng Cơng Nghiệp, Phạm Thành Công, Lê Đức Mạnh Lớp: K65AT Môn học: Nhập môn tự động hóa Giảng viên phụ trách: Hà Nội, 2022 lOMoARcPSD|9242611 MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN .3 I Công nghệ cán thép nóng sản xuất thép thép dây từ phôi thép II Khái quát dây chuyền tự động hóa cán thép nóng liên tục 1,Chu trình phơi thép vào dây chuyền cán nóng liên tục .5 2,Sơ đồ khối quy trình cán thép: PHẦN 2: LỰA CHỌN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG .17 III Các yêu cầu điều khiển lò nung 17 IV Yêu cầu nhiệt độ lò nung .17 V Thiết kế mơ hình tốn học vùng nung 17 PHẦN 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT HMI TRÊN Simatic S7-300 VÀ WinCC 23 VI Cấu hình phần cứng phần mềm cần có 23 VII Thiết kế phần mềm điều khiển 24 VIII Thiết kế phần mềm giám sát .27 PHẦN 3: KẾT LUẬN .31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 lOMoARcPSD|9242611 PHẦN 1: TỔNG QUAN I Công nghệ cán thép nóng sản xuất thép thép dây từ phơi thép 1,Định nghĩa thép cán nóng: Là giai đoạn quy trình sản xuất sắt thép, sản phẩm thép trải qua lần gia công cuối sử dụng thành phẩm thị trường Thành phẩm ngun liệu q trình sản xuất cán nóng phơi, dầm (để sản xuất re-bar, rod) nguyên liệu để sản xuất thép cán nguội thép cuộn, thép (để cán nguội metal sheet mỏng hơn) 2,Mô tả chung thép cán nóng: Thép cán nóng thép nung lò sấy nhiệt độ cao (thường 1000 độ C), sau đưa qua giá cán để có kích thước mong muốn Cán nóng giai đoạn quang trọng cán thép thơ để chuyển đến bước cán nguội (cán tinh) hồn thiện thành phẩm thép tiêu dùng thị trường Dây chuyền cán thép gồm có máy cán liên tục, block cán tinh sử dụng bánh cán nhằm tăng hiệu suất Tự động hóa dây chuyền cán thép nóng dùng chương trình điều khiển PLC, cảm biến role nhiệt độ để vận hành 3,Tầm quan trọng cơng đoạn cán nóng: Là giai đoạn cán phá phơi cho gần giống kích cỡ thành phẩm nhất, giúp tiết kiệm thời gian, chi phí Cán nguội giai đoạn cán tinh giúp hoàn thiện chất lượng bề mặt, mẫu mã gia công thành phẩm Thép cán nóng hay sử dụng để làm thành cán nguội Cũng chúng sử dụng phổ biến giá thành rẻ, độ bền cao nên ứng dụng hầu hết cơng trình địi hỏi thép có kích thước cụ thể, cơng trình xây dựng, đường sắt,… 4,Một số sản phẩm thép trải qua giai đoạn cán nóng cán nguội: Sản phẩm thép sau cán: Thép lOMoARcPSD|9242611 Thép cuộn Thép ống lOMoARcPSD|9242611 II Khái quát dây chuyền tự động hóa cán thép nóng liên tục 1,Chu trình phơi thép vào dây chuyền cán nóng liên tục Dưới chu trình cán mẫu cán thép thép cuộn thành phẩm Sơ đồ công nghệ dây chuyền cán thép nóng chia làm phần chính: Khu vực lị nung, khu vực giá cán, khu vực thu thập sản phẩm 2,Sơ đồ khối quy trình cán thép: lOMoARcPSD|9242611 3,Giải thích quy trình cơng nghệ: + Phơi đầu vào có kích thước (150 x150 x 9000) (mm) có thành phần chất lượng kiểm tra đảm bảo Sau phơi kiểm tra mắt thường hình dạng đồng tiết diện cho người vận hành cảm thấy q trình di chuyển phơi lị thuận lợi Nếu phơi cong vênh lớn nung lị phơi bị cong vênh khiến dịch chuyển gặp trục trặc Sự cố tắc phơi lị nguy hiểm an toàn vận hành nhà máy cán + Q trình nạp phơi thao tác tự động hóa đường dẫn, lăn cần tống phơi Khi q trình cán diễn ổn định chất lượng phôi đầu vào đảm bảo phơi nạp liên tục đặn vào lị, phơi gặp vấn đề chất lượng cẩu ngồi, chờ nguội bớt nhập vào bãi phôi phế lOMoARcPSD|9242611 + Quá trình nung (1) lị thực nghiêm ngặt, lị nung sử dụng khí CO kết hợp với khí thiên nhiên dầu phun FO để tạo thành nhiên liệu kép giúp tăng hiệu suất nhiệt tiết kiệm chi phí Nhiên liệu phun vào lị thơng qua 16 mỏ đốt bố trí xung quanh lị Trong lị có vùng: vùng sấy (700 ÷ 900) oC, vùng nung (1100 ÷ 1200) oC, vùng đồng nhiệt 1250 oC Phơi lị dịch chuyển nhờ hệ thống đáy bước qua vùng, phơi xếp thành hàng vng góc với hướng dịch chuyển lị Lị chứa tối đa tới 80 phơi Kết thúc q trình nung, phơi đưa khỏi lò nhờ hệ thống cần đẩy kết hợp với dàn cịn lăn tống phơi đưa ngồi Cửa lị có bố trí thiết bị cạo xỉ xích Q trình vào phơi diễn tuần tự, phơi có phơi khác vào + Trước phôi vào cụm giá cán thô (3), phôi đưa qua máy đẩy tiếp (prinron 0) để chỉnh định hình hướng vào giá K1 Prinron phần cạo bớt lớp xỉ đúc xảy tương tác phôi máy Sau phơi đưa vào (3) gồm giá cán đứng nằm xen kẽ dùng chung hệ thống lỗ hình kích thước cho tất sản phẩm cán Kích thước giá loại lớn để đảm bảo độ cứng vững lượng ép giá lớn, giá từ K5 đến K8 Khoảng cách giá cán nhóm cán thô 2,3m Nhiệt độ bắt đầu cán 1150oC, kết thúc giá K8 khoảng 1010oC + Sau cán hết giá cán thô (3) phôi cắt đầu đuôi thông qua máy cắt trục khủy số (4) để thuận tiện cho phôi vào cụm giá cán trung Máy cắt đầu (4) có nhiệm vụ cắt đoạn đầu đuôi phôi thép dài khoảng (20÷35)cm, để loại bỏ phần đầu, phơi thép bị nứt, cong, oxy hóa nhiều, khơng đảm bảo chất lượng Do sau cán xong (3), đầu cuối phơi bị nhiệt nhiều nhất, q trình biến dạng khác với phần biến dạng với đầu tự nên đầu phôi bị cong nứt, cuối phơi có dạng cá Khơng có việc bố trí máy cắt đầu (4) cịn có tác dụng lớn Khi gặp cố phía sau dây chuyền, máy cắt băm phôi thành đoạn nhỏ để tránh ùn ứ giá sau, hạn chế thiệt hại đảm bảo an tồn + Tiếp phơi vào cụm giá cán trung – tinh (5) Khoảng cách giá 4,2 (m) lớn (3) Từ sau giá K9, xen giá cán trung có đặt bàn tạo chùng để tránh việc kéo căng giá cán, tốc độ cán giá cán cuối cao Với dòng sản phẩm cỡ lớn khơng qua block trục cán tinh giá cuối cùng, dịng cơng nghệ đường (I) (K16) có lắp trục với lỗ hình giống với sản phẩm Phơi cán qua cụm giá có tốc độ cao nên dễ xảy cố, vận hành cần đảm bảo độ an toàn cho công nhân viên + Với sản phẩm nhỏ (≤ D18) cán qua block, quy trình cơng nghệ theo đường (II) Với cán sản phẩm lớn ( D18- D32) quy trình cơng nghệ theo đường (I) lOMoARcPSD|9242611 + Với sản phẩm Ø14; cán qua block (7), quy trình cơng nghệ theo đường cán (III) sản phẩm thép cuộn Trước vào block phôi qua máy cắt bay số (6) có tác dụng (4) Trong hộp block có 10 giá cán, đặt vng góc với nghiêng so với mặt đất 45o Với sản phẩm thép Ø14 cán 16 lần hộp block cán qua cụm bánh cán (8 giá) giá cán tinh bánh cán có lỗ hình giống hình dạng sản phẩm Các giá khơng cán lắp dẫn hướng Trong hộp block phôi chạy với tốc độ cao nên dễ gặp cố cục bộ, để phát hiện cố sớm nhằm tránh thiệt hại lắp đặt thêm hệ thống dây nối với cảm biến Khi gặp cố máy cắt (6) – (9) hoạt động + Để cải thiện tính sau block có lắp thêm thiết bị tơi QTB sử dụng hệ thống vịi phun áp lực cao Tốc độ thép điều chỉnh phụ thuộc vào áp suất vòi phun, tùy thuộc vào kích thước sản phẩm yêu cầu tính sản phẩm phịng lập kế hoạch sản xuất đưa phương án mở vòi phun, với áp suất phù hợp + Sau phơi qua máy đẩy tiếp để tăng tốc độ kéo phơi tiếp tục hành trình bị ma sát lớn trình qua hộp dẫn hướng hộp tơi + Đối với thép dạng cuộn phơi qua máy tạo vịng (15) để tạo cuộn dẫn sàn nguội (16) Thép chạy sàn nguội nhờ bàn lăn rơi xuống hố gom Kết thúc trình, thép gom lại thành cuộn hố gom nhấc cho vào khu đóng bó (17) + Đối với thép dạng thanh, sau qua hộp QTB (8) (thiết bị kiểm sốt nhiệt), phơi vào máy cắt phân đoạn (9) đẩy tiếp kênh đôi, sau nhờ lăn lật thép nhập vào sàn nguội thép (10) Thép dịch chuyển nhờ chế kiểu sàn nguội đáy bước, nhiệt độ thép trước vào sàn nguội khoảng 800oC, sau khỏi sàn nguội thép giảm nhiệt xuống khoảng 600oC Thép tập hợp lại, đưa đến máy cắt thành phẩm (11) cắt thành đoạn 11,7m cắt theo kích thước yêu cầu đơn đặt hàng Sau thép đưa đến khu vực đếm thanh, đóng bó (12) Các bó thép cân lại máy cân để kiểm tra trọng lượng, đảm bảo u cầu bó thép phun sơn đầu tùy theo mác thép kích cỡ sản phẩm gắn etiket (13) Cuối cùng, bó thép đảm bảo yêu cầu cẩu trục từ cẩu khu vực kho sản phẩm (14) chờ xuất hàng 4,Bản vẽ mô tả mặt dây chuyền: lOMoARcPSD|9242611 5,Các thiết bị dây chuyền cán thép: a)Sàn nạp phôi: Được đặt đầu dây chuyền cán, phôi máy nâng lấy từ kho vận chuyển tới sàn nạp nạp vào dây chuyền cán qua Sàn nạp cấu tạo từ lăn quay xung quanh trục nó, giúp đẩy phơi vào lị nung đáy bước Các lăn cấu gạt phơi hồn tồn điều khiển cách xác điều khiển PLC, PLc giúp thu thập thông tin từu động cơ, cảm biến,… lệnh cho cấu chấp hành: motor, van khí,… b)Lị nung phơi (phần nghiên cứu mơ phỏng): Là dạng lị nung đáy bước đốt khí than hệ thống lị sinh khí cung cấp (dùng khí CO + Khí thiên nhiên + Dầu FO) Buồng lị có vùng: vùng sấy (700÷900oC), vùng nung (1100÷1200oC), vùng đồng nhiệt (1300oC) Cấu tạo tường lị gồm lớp: lớp chịu nóng dày 240 (mm), lớp cách nhiệt dày 120 (mm) Trên tường lị bố trí 42 mỏ đốt, cấp nhiên liệu cho q trình nung phơi Đáy lị gồm thành phần: đáy cố định đáy di động Phơi lị xếp thành hàng Hệ thống đáy dịch chuyển theo bước nhờ hệ thống thuỷ lực lOMoARcPSD|9242611 c)Hệ thống giá cán thô, trung, tinh cụm giá cán block: Trong dây chuyền bố trí giá đứng nằm xen kẽ nên có loại: giá cán đứng; giá cán nằm Bố trí giá cán đứng nằm xen kẽ nhằm cán phôi theo hai hướng khác (phương ngang phương đứng) để thuận lợi cho việc kéo dãn phôi -Hệ thống cán thô gồm giá cán thô liên tục bố trí ngang, đứng xen kẽ, điều chỉnh tốc độ nhờ vào hệ thống cảm biến cấu chấp hành phản hồi PLC Các giá cán có đường kính giá cán giảm dần để cán cho phơi gần với kích thước thành phẩm nhất, ví dụ giá cán đầu có đường kính 550mm, giá cán dau đường kính 450mm: Ở H giá cán nằm ngang, V giá cán đứng -Hệ thống giá cán trung tinh: gồm giá cán đứng nằm ngang xếp xen kẽ nhau, với đường kính: thơ>trung>tinh lOMoARcPSD|9242611 Đặc tính động học hầu hết thiết bị đo mơ tả phương trình vi phân cấp cấp hai Coi đặc tính thiết bị đo tuyến tính, động học biểu diễn với khâu quán tính bậc nhất: k Gm ( s )  m   s (hoặc khâu bậc ổn định) Vì τ = 0.005s nhỏ so với số nhiệt t = 100s bỏ qua qn tính thiết bị đo, coi đặc tính thiết bị đo khâu khuếch đại túy Vậy 20  Gm km  0.0114 1400   Gm1 ( s ) 0.0114 (Do nhiệt độ thay đổi từ ÷ 1400 tín hiệu thay đổi từ 4-20mA) Tương tự Gm2(s) = Gm3(s) = Gm4(s) = 0.0114 Hàm truyềền thiềết bị chấếp hành (van bướm phun khí nhiền li ệu) Gv ( s)  k F (s)  v U (s)  v s  Qua tính tốn tính được: Gv1 ( s)  34.375 68.75 17.81 ; Gv ( s )  ; Gv ( s ) Gv ( s )  s 1 s 1 s 1 Xấếp xỉ mơ hình tốn học vùng vềề bậc trềễ Gdt ( s )  K e  s Ts  Tiếp tục tính toán được: 1400  55  C  K1  2.55  e  30 s  ; G1 ( s)  550  L / h 100 s    G2 ( s)  K e   x s 4, 91.e  50 s K e   x s 1, 27.e  60 s  ; G3 ( s ) G4 ( s )   T2s  150 s  T4s  120 s  => Hàm truyền đối tượng điều khiển vùng Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Từ phần tính toán hàm truyền đối tượng điều khiển vùng là: GI ( s) Gm1 ( s).Gv1 ( s).G1 ( s)  e  30 s (100s  1)( s  1) Tính tốn tương tự cho vùng 2, 3, ta được: T T Đối tượng điều khiển Mơ hình tốn học vùng nung Vùng (vùng sấy) Vùng (vùng nung) Vùng 3,4 (vùng đồng nhiệt) GI ( s )  e 30 s (100s  1)(s  1) e 60 s GII ( s)  (150 s  1)( s  1) GIII ( s ) GIV (s )  e 50 s (120 s  1)( s  1) 3,Thiết kế điều khiển PID cho vùng K PID ( s)  K P  KI  KD s s Tìm hàm truyền KPID(s) điều khiển PID: Mơ phần mềm Matlab để tìm, sử dụng tín hiệu hàm bậc thang đơn vị: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ vùng sấy Matlab Simulink Sử dụng PID tuner tìm thơng số P, I, D N (khâu lọc): Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Hiệu chỉnh thống sô điều khiển PID để có đáp ứng tốt cách thay đổi thông số Response time, ta kết là: P = 2.1532, I = 0.0089473, D = 6.3799 Tương ứng với thời gian độ 44.3 giây, thời gian xác lập 88.8 giây độ vọt lố điều chỉnh 1.59% (thỏa mãn yêu cầu công nghệ) Từ suy ra: KP = P = 2.1532; KI = P.I = 0.019265; KD = P.D = 13.7372 Cấp nhật thông số P, I, D chạy mô quan sát Scope ta được: Nhiệt đồ vùng sấy nhiệt độ đặt 800oC Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Thời gian trễ 30 giây độ vọt lố 1.59%