Ứng dụng PLC S7 – 200 trong tính toán thiết kế tự động hoá đoạn công nghệ máy cán tinh -máy cắt bay của dây truyền cán thép nhà máy cán thép Gia Sàng

Sau 5 năm học tập tại trường em được giao đề tài tốt nghiệp : " Ứng dụng PLC S7 – 200 trong tính toán thiết kế tự động hoá đoạn công nghệ máy cán tinh -máy cắt bay của dây truyền cán th

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây nền kinh tế trên toàn thế giới đã phát triển rất lớnmạnh Trong đó phải kể đến sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹthuật, đặc biệt là trong lĩnh vực điều khiển vũ trụ, công nghiệp và quốc phòng.Trong tình hình như vậy, việc nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng PLC vào thực

tế là rất cần thiết,đặc biệt là ứng dụng PLC vào các dây truyền tự động hoátrong các quá trình sản xuất công nghiệp Tại việt nam PLC đã được ứng dụngrộng rãi trong các ngành công nghiệp mhư xi măng, điện, dệt, thuốc lá, nhựa,cán thép

Để bắt nhịp với sự phát triển của khoa học kỹ thuật góp phần vào côngnghiệp hoá đất nước Nhà trường đã từng bước trang bị cho sinh viên nhữngkiến và tư duy cần thiết để đáp ứng vào những yêu cầu cụ thể

Sau 5 năm học tập tại trường em được giao đề tài tốt nghiệp :

" Ứng dụng PLC S7 – 200 trong tính toán thiết kế tự động hoá đoạn công nghệ máy cán tinh -máy cắt bay của dây truyền cán thép nhà máy cán thép Gia Sàng 

Trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình làm đề tài em luôn được sự

hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Ngọc Kiên và các thầy cô trong hai bộ

môn cơ sở TĐH và TĐH - Trường Đại học KT-CN Nay đề tài của em đãhoàn thành Do khả năng có hạn và thực tế công việc còn nhiều, nên đồ án tốtnghiệp của em chỉ nghiên cứu được một phần của hệ thống dây truyền cánthép, tuy nhiên không tránh khỏi thiếu sót.Vì vậy em rất mong được sự chỉbảo thêm của thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô trong hai bộ môn và các thầy

cô trong hội đồng bảo vệ, đóng góp ý kiến để bản đồ án của em được hoànthiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên ngày 10/06/2006

SV thiết kế:

Bùi Hữu Chung

PHẦN I GIÍI THIỆU CÔNG NGHỆ CÁN THÉP

I - GIÍI THIỆU CHUNG

I.1 Khái quát về cán thép

Cán là một hình thức gia công bằng áp lực để làm thay đổi hình dạng

và kích thước của vật thể kim loại dựa vào biÕn dạng dẻo của nó

Yêu cầu quan trọng trong quá trình cán là ứng suất nội biÕn dạng dẻokhông được lớn, đồng thêi kim loại vẫn giữ được độ bền cao

Trường hợp do yêu cầu công nghệ, chẳng hạn cán thép tấm mỏng dưới1mm thì phải cán nguội vì cán nóng sẽ sinh vảy thép khá dày so víi thànhphẩm

Căn cứ vào nhiệt trong quá trình tái kết tinh của kim loại người ta phânchia thành cán nguội hay cán nóng như sau:

*Cán thép ở nhiệt độ dưới 4000C4500C là cán nguội

*Cán thép ở nhiệt độ lớn hơn 6000C6500C, là cán nóng

I.2 Công nghệ cán

Ban đầu tập kết nguyên liệu vào cán gồm thép thỏi hoặc phôi, sau khilàm sạch, cân, đo, cắt và phân lô phôi thép được thì xếp thành trồng, hàng.Nhờ cÈu xếp đặt lên xe nạp liệu chuẩn bị vào lò nung Lò nung phải đượckiÓn tra (nhiên liệu vật liệu có liên quan) và chạy thử máy móc thiÕt bị lòtrước khi sảm xuất Tùy theo dây truyền thiết kế lắp đặt mà phôi được xếpthành 1 hoặc 2 hàng trên xe nạp liệu, máy đẩy sẽ đưa phôi vào lò nung Lònung phản xạ đốt ba mặt, xung quanh lò được trang bị hệ thống các ống dẫndầu và quạt giã Phôi được nung trong lò qua ba vùng nhiệt độ (vùng sấy,vùng nung, vùng đều nhiệt) Nhiên liệu nung phôi thường là dầu côngnghiệp(dầu FO) Từ vùng nung sơ bộ nhiệt độ tăng dần cho đến vùng đềunhiệt Khi phôi đạt nhiệt độ theo yêu cầu thì được máy tống ở phía sau đẩy rakhái lò

Phôi ra lò nhờ hệ thống con lăn đưa vào hệ thống các máy Đầu tiên là máycán thỏi, cán thô, cán vừa sau cùng cán tinh

Máy cán có nhiÒu dạng về đường kính trục to nhỏ khác nhau, và cách bốtrí các giá khác nhau ở mỗi máy cán Tùy theo công nghệ thiÕt kế thép đượccán đi hoặc cán quay lại ở các khâu cán Sau cán một số lần tiÕt diện giảmxuống, chiÒu dài tăng lên, tại đầu, đuôi thái bị tòe ra và nhiệt độ tại đó giảmxuống người ta tiÕn hành cắt đầu đuôi rồi đưa đÕn các khâu trung gian khác.Mỗi lần cán phôi qua một lỗ hình mà mỗi giá cán có thể có một hoặc nhiÒu lỗ

hỡnh Thộp được cỏn lần cuối cựng qua mỏy cỏn tinh theo đỳng kớch thước sảnphẩm rồi đến cụng đoạn khỏc

Để kớch thước khụng dài quỏ người ta tiến hành cắt phõn nhỏ theo sựtớnh toỏn để phần thừa cuối cựng là nhỏ nhất Rồi chuyển lờn sàn làm nguội.Sàn nguội cú kớch thước to nhỏ khỏc nhau sao cho khi ra khỏi sàn nguội thộpđạt được đặc tớnh cứng nhất định Sàn truyền động để thộp dịch chuyển theomột chiều nhất định, thộp cỏn nhiều lần chiều dài lớn quỏ người ta chuyểnsang mỏy cắt nguội Cuối sàn nguội cú hệ thống gom thộp hoặc đúng bú

Túm lại sơ đồ cỏn nh sau:

Tập kết phụi  vào lũ nung  mỏy cỏn thỏi  mỏy cỏn thụ  mỏy cỏn vừa mỏy cỏn tinh  Bộ phận làm nguội  bộ phận đúng bú

máy cán thỏi

máy cắt nóng

máy cán thô

máy cán vua

máy cán tinh 1

máy cán tinh 2

máy cát phân

đoạn

sàn làm nguội

máy cát nguội

bộ phận

đóng bó

tổng quan về công nghệ cán nóng liên tục

máy hất thép máy

chuyển thép

máy gom thép

Hỡnh 1.1

I.3 Mỏy cỏn:

Mỏy cỏn thực hiờn nguyờn cụng chớnh là làm biến dạng dẻo kim loại

để cú kớch thước và hỡnh dạng mong muốn Kim loại được nộn ép và kẹp kộoqua giữa hai trục cỏn quay ngược chiều nhau

Một mỏy cỏn thường cú cỏc bộ phận chớnh sau:

a)Hộp cán:

Gồm hai hay nhiÒu trục cán mà gối trục đặt nên thân máy Trục cán

có thể chuyển dịch theo phương thẳng đứng và được định vị bởi thiÕt bị kẹptrục Còn trục dưới đặt cố định

b)Cơ cấu và thiÕt bị truyền:

Có cấu tạo khác nhau tuỳ loại hình cán Máy cán lớn tốc độ cao cóhai động cơ truyền chuyển động 2 trục cán, còn mét số máy khác do một động

cơ truyền chuyển động qua hộp bánh răng Hộp bánh răng có các bánh răngcùng đường kính (tỉ sồ truyền i=1) để truyền cho máy cán Do trục cán trên cóthể dịch chuyển lên xuống để thay đổi độ dày cán Khoảng cách giữa hai trụccán chính cũng có thể thay đổi nên 2 đầu của các trục chính đều có khớp nốicầu Bánh dùng để ổn định giữa động cơ điện và hộp số

c)Động cơ điện:

Thường đùng động cơ luyện kim chuyên dùng có gió thổi làm mát Cáctrường hợp cán có tốc độ không thay đổi (máy các thô liên tục) thường dùngđộng cơ đồng bộ Còn nếu máy cán cần điều chỉnh tốc độ thì dùng động cơmột chiÒu, nguồn mét chiÒu được cung cấp từ một bộ chỉnh lưu riêng

Hình 1.2: Máy cán

I.4 Phân loại máy cán

Có nhiÒu cách phân loại máy cán:

a Phân loại theo tên gọi ( có các loại sau):

*Máy cán thô, đường kính  =8001300 mm

b Phân loại theo số trục cán và cách bố trí chúng:

Theo cách phân loại này, có máy cán 2 trục, 3 trục hoặc nhiÒu trục cánhơn ( 4, 6, 12, 20 ) hình (1-3) Các trục cán có thể đặt đứng, nằm, nghiêng.Loại máy cán có trục nằm ngang là phổ biÕn và thông dụng nhất Hộp cán cóhai trục cán nằm ngang (hình 1-3a) được dùng trong máy cán quay thuậnnghịch để cán thô, cán tấm dày, cán phân loại Hộp cán có 3 trục nằm ngang(hình 1-3b) được dùng trong máy cán tấm dày, tấm trung bình Trong máy cánnày, phôi cán truyền động theo hai chiÒu còn trục cán không đổi chiÒu quay

Hộp cán có 4 trục cán (hình 1-3 c) được dùng trong cán tấm (nóng vànguội) Hai trục lớn phía ngoài là 2 trục tựa để giảm sù biÕn dạng của hai trụclàm việc nhỏ phía trong

Hộp cán có nhiÒu trục cán hơn ( 6, 12, 20 ) ( hình 1-3 d, e, f ) cũng chỉ

có hai trục làm việc còn các trục khác là trục tựa Thường dùng trong cánnguội các tấm mỏng

c Phân loại theo số hộp cán và cách bố trí chúng :

Theo cách phân loại này, máy cán một hộp cán quay thuận nghịch đượcdùng phổ biÕn Tuy nhiên để nâng cao công suất và do yêu cầu công nghệriêng, máy cán có nhiÒu hộp cán cũng được sử dụng

Một hộp cán có thể được dẫn động từ 1 hay 2 động cơ hoặc 1 động cơ

có thể dẫn động được nhiÒu hộp cán (hình 1- 4a) Phương thức sau hay dùng

H×nh 1.3: Trôc c¸n

f)e)

b)

d)c)

a)

cho máy cán phân loại nó có khuyết điÓm là phôi cán phải di chuyển ngang

từ hộp cán này sang hộp cán khác và do đó tốc độ các hộp cán như nhau nênkhông có khả năng tăng tốc khi phôi cán dài hơn Hình 1-4b cho phương thứcđặt các hộp cán nối tiÕp nhau Phôi được cán vài lần ở hộp cán trước rồi míichuyển sang hộp cán sau Phương thức này thường dùng để cán thô, cán tấmdày

Hình 1.4: Hộp cán

Hình 1-4c cho phương thức đặt các hộp cán nối tiÕp nhau liên tục Phôicán từ hộp này sang thẳng hộp kia khoảng cách giữa hai hộp cán nhỏ hơnchiÒu dài phôi Máy cán loại này cho năng suất cao nhưng đòi hái sự đồngđều giữa các hộp cán để tránh phế phẩm do phôi cán bị võng quá hoặc căng

quá giữa hai hộp cán Loại này dùng để cán nóng phôi

d Phân loại theo chế độ làm việc:

*Máy cán quay thuận nghịch có điều chỉnh

*Máy cán không quay thuận nghịch có điều chỉnh

I.5 Các tham số đặc trưng cho máy cán

*Đường kính trục cán (đối víi máy cán phôi )

*ChiÒu dài trục cán (đối víi máy cán lá )

*Đường kính ống cán thành phẩm (đối víi máy cán ống )

Hép c¸n

a

b

c

II CÔNG NGHỆ CÁN THÉP - NHÀ MÁY CÁN THÉP GIA SÀNG

II.1 Giíi thiệu chung về nhà máy

Nhà máy luyện cán thép Gia Sàng thuộc tổng công ty Gang thép TháiNguyên Đây là một nhà máy lớn và hiện đại đối víi nền công nghiệp nước ta.Được cộng hoà dân chủ Đức viện trợ, giúp đỡ xây dựng và lắp đặt đưa vàosản xuất thép năm 1975 Víi mô hình là vào phế ra sản phẩm, nhà máy đẵ sảnxuất rất hiệu quả, víi năng suát cán thép là 60.000 tấn/năm

Trong suốt thời gian từ năm 1975 đến năm 1993 nhà máy đẵ cung cấpsản phẩm cán với nhiÒu chủng loại khác nhau nh thép tròn 6, 8, thép góc phục vô cho công việc xây dựng đất nước

Do yêu cầu về đổi míi công nghệ và nâng cao công suất cán năm 1994phân xưởng cán 1 của nhà máy được cải tạo nâng cấp trên cơ sở các thiÕt bịđộng lực cũ của cộng hoà dân chủ Đức lắp đặt thêm các máy cán 360*2, máycán 280*2, máy cắt bay, cải tạo lại lò nung phôi cán, thay đổi nguồn cungcấp, phần điều khiển bằng bán dẫn vi mạch, bé điều khiển có lập trình PLC Nâng công suất cán lên 100.000 tấn/năm với các sản phẩm: thép tròn 8, 30,thép vằn 12, 30, thép góc L50*50, L60*60*5

II.2 Công nghệ cán thép nhà máy cán thép Gia Sàng - Thái Nguyên

Dây truyền công nghệ cán thép nhà máy cán thép Gia Sàng được thểhiện trên hình 1-5

Thép ban đầu ở trạng thái là phôi có kích thước 100x100x1100 120x120x3000, khèi lượng phôi cán từ 140-340 kg Phôi được cẩu đưa lên xegoòng chuyển tới cửa lò nung, phôi được đẩy vào lò lung bằng 2 máy đẩythép Trong lò nung, phôi thép được nung bằng đốt cháy dầu Fo, sau 2 giêphôi thép được nung tíi nhiệt độ 11200C -12500C Khi tíi nhiệt độ này, máy ra

-thép do người điều khiển đẩy phôi ra khái lò nung Cứ một phôi -thép ra lò thìlại lập tức có một phôi khác được đẩy vào lò bằng máy đẩy thép

Giữa 2 máy này có khoá liên động để đảm bảo khi máy đẩy thép làmviệc thì máy ra thép ngừng làm việc và ngược lại

Thái thép được đưa ra lò trên các băng chuyền tới các giá cán thỏi Sau

7 lần qua các lỗ hình của giá cán, thái thép được tác dụng của lực Ðp trục cántiÕt diện được giảm xuống và chiÒu dài tăng lên Sau khi thép qua giá cánthỏi, nhiệt độ đầu phôi thép giảm xuống, phôi thép đươc đưa sang máy cắtnóng 50 tấn cắt đầu và đuôi thép, sau đó thép được tiÕp tục đưa sang máy cánthô

Tại máy cán thô, phôi thép qua 3 lượt lỗ hình tiÕp tục sang giá cán360x2 Qua 2 lần lỗ hình của giá cán 360x2 thép được chuyển sang giá cánthô, theo hệ thống bàn vòng thép qua 2 hay 4 lỗ hình của máy cán thô Sau đóvào giá cán 280x2 qua 2 lỗ hình của giá cán, thép đi vào máy cắt bay Tại đâythép ở dạng thành phẩm có tiÕt diện tiêu chuẩn của thép và được chặt thànhcác đoạn theo chiÒu dài đăt trước Công nghệ cán thép trong dây truyền cánthép của nhà máy được tư động hoá từ máy cán 280x2 đến máy cắt bay Sau

đó thép được đưa tới sàn nguội, máy hất thép sẽ hất các đoạn thép vào sànnguội, ở sàn nguội máy dịch chuyển thép làm việc dịch chuyển phôi thép dầndần theo chiÒu ngang sàn nguội Cuối sàn nguội thép thành phẩm được gạt so

le gom thành bó và chuyển tới phần đo thép sau khi đo đúng kích thước chiÒudài định cắt thép được cắt bằng máy cắt nguội 250 tấn thép sau khi được cắtđúng kích thước chuyển sang công đoạn cuối cùng là đóng bó và đặt vàokho

II.3.Các thiÕt bị sử dụng trong dây truyền cán thép nhà máy cán thép Gia Sàng

Phõn xưởng cỏn I nhà mỏy luyện cỏn Gia Sàn dõy truyền cỏn núng chialàm ba phần khu vực lũ nung, khu vục mỏy cỏn và khu vực sàn nguội, mỗiphần gồm cỏc thiết bị sau:

II.3.1- Khu vực lũ nung

a) Sơ đồ

máy đẩy

thanh đỡ phỏi

nhiên liệu

quạt hút gió

hệ thống sấy gió

xe nạp liệu cửa vào lò

động cơ

van gió van dầu buồng sấy dầu

máy ra thép

hệ thống con lăn thỏi

Động cơ khụng đồng bộ (KDB) cụng suất: P=3.3KW

Hai xe goũng nạp liệu một xe làm việc một xe dự phũng, sau khi phụi thộpđược vận chuyển vào phõn xưởng cỏn, mỏy cẩu xẽ cẩu phụi lờn xe nạp liệu để

chuẩn bị nạp vào lò nung Xe chạy trượt trên đường day trước cửa lò vào và

đỡ những thỏi thép thành 2 hàng (thỏi thì 1 hàng) để bằng miệng cửa lò

Động cơ KĐB công suất: P= 45KW

Có nhiệm vụ đẩy phôi thép vào lò nung Nếu là phôi thì hai máy cùng hoạtđộng hành trinh cùng đẩy theo nhịp (khi có thép ra mới đẩy vào) Nếu là thỏithì hai máy thay phiên nhau đẩy thép vào lò

ở các vị trí cử lò Ngoài ra còn có hệ thống nước làm mát các thanh đỡ phôi

Dầu cũng được sấy nóng để hoạt động có hiệu quả cao nhất và hệ thống ốngdẫn dầu, giã, vật liệu chịu nóng.

c Tính năng kỹ thuật của lò

Công dụng của lò: nung phôi, thái trước khi cán

KiÒu lò: lò nung liên tục kiÓu đẩy thép

Phương thức nạp liệu: vào đầu ra cạnh

Kích thước phôi thép: +Thép thỏi:130/148x132500 ~ 120x2000

+Thép phôi:100/120x2000; 2500; 3000

Trọng lượng thỏi: 173-330 kg

Nung loại thép: thép cácbon, thép hợp kim thấp

Nhiệt độ nung thái: 11500C-12500C

Sản lượng của lò: Bình quân 26 tấn/h

Lớn nhất 30 tấn/h

Diện tích đáy lò có Ých:19, 604 x3, 596=70, 5m2

Sản lượng diện tích đơn vị thép qua:500kg/m2 h

Nhiên liệu và nhiệt lượng bằng dầu nặng 9640x4, 1868 KJ/kg

Tiêu hao đơn vị nhiên liệu:41x9640x4, 1868KJ/kg thái (sản lượng định mứckhi ống đáy lò bọc hoàn chỉnh)

Tiêu hao dầu đốt:1230kg/h (lớn nhất)

KiÒu mỏ đốt: mỏ đốt dầu gió nóng hạ áp

Số mỏ đốt: Vùng nung trên 4 cái

Vùng nung dưới 3 cái

Vùng điềunhiệt 4 cái

Áp lực dầu trước mỏ đốt:0 05 ~ 0 1 Mpa (0 5 ~ 1 kg/cm2)

Độ nhớt của dầu nặng trước mỏ đốt: 4 ~ 6 0E

Tiêu hao không khí trợ cháy: 15300m3/h

Nhiệt độ dự nhiệt không khí: 350 ~ 4000C

Áp lực không khí trước mỏ đốt: 5000Pa (500mm H2O)

Tiêu hao hơi nước :130kg/h

Áp lực hơi nước trước mỏ đốt: 0 1Mpa (1kg/cm3)

Lượng khói :16000m3/h

Áp lực nước làm nguội: 0 3Mpa (3kg/cm3)

Tiêu hao nước làm nguội: 150m3/h

d ThiÕt bị dùng cho lò:

ThiÕt bị phụ thuộc của lò nung gồm: quạt gió trợ cháy, đường ống không khí,

bộ dư nhiệt kim loại, hệ thống dầu đốt, mỏ đốt,hệ thống làm nguội bằng nước

hệ thống thoát khói cửa lò, van kè, thiÕt bị nạp ra phôi…

a Quạt gió trợ cháy:

Quạt máy lắp ở trong phòng máy quạt giã, qua đường không khí cấp giãcho mỏ đốt dầu Lượng gió lớn nhỏ do van ba lá của miệng gió vào, vankhống chế từ xa, van bám trên đường ống của quạt giã điềuchỉnh

KiÓu quạt gió là 9-26 No7, 1 D; lấy trái 900

b Bộ dù nhiệt kim loại

Mục đích của việc đặt bộ dự nhiệt không khí trong đường ống khói là để thuhồi nhiệt dư của khói, giảm tiêu hao nhiệt, sau khi khí trợ cháy qua bộ dựnhiệt nhiệt độ lên từ 350 ~ 4000C được đưa đến mỏ đốt Bộ dù nhiệt chia làmhai phần, bộ phận gần lò gọi là cụm ống bảo hộ dự nhiệt, còn một phần là bản

thân bộ dự nhiệt Bộ dù nhiệt phân thành hai bộ trái phải, làm hai hành trình

để nâng cao hiệu quả của bộ trao đổi nhiệt, trong ống có linh kiện cấm vào Tính năng của bộ dự nhiệt nh sau:

-Diện tích truyền nhiệt: 73 x 2 =146 m2

-Nhiệt độ dự nhiệt không khí:350 ~ 4000C

-Lượng không khí lớn nhất: 15300 m3/h

-Nhiệt lượng khói vào bộ dự nhiệt: 8000C

-Nhiệt độ khói ra bộ dự nhiệt: 4510C

-Lượng khói lớn nhất: 159000m3/h

-Lưu tốc không khí trong bộ dự nhiệt: 12, 61 m3/s

-Lưu tốc khỏi trong bộ dự nhiệt: 1, 79 m3/s

-Tổng hệ số truyền nhiệt: 38, 4 W/m2

-Tổn thất lực cản bên không khí:1529Pa (156mm H2O)

-Tổn thất lực cản bên khối: 58Pa (6mm H2O)

Để bảo vệ bộ dự nhiệt, trên đường khối lắp van tham gia làm nguội300, khinhiệt độ khói quá cao, công nhân mở van này, khí lạnh tràn vào đường khóilàm giảm nhiệt độ khói Trên đường ống chung của gió nóng lắp cơ cấu xảxiêu ổn tự động Khi nhiệt độ không khí vượt quá 4500C, van này tự động mở,

xả đi một phần gió nóng, để bảo vệ bộ dự nhiệt

c Mỏ đốt dầu gió nóng hạ áp:

Đặc điÓm chủ yếu dùng mỏ đốt của thiÕt kế này là tính năng ngọn lửa trải

ra tốt, không khí, nhiên liệu hỗn hợp đều, nhất là hơi nước để bảo ôn dầunặng, ngoài việc tránh kết cốc ở đầu mỏ phun làm nguội, còn tham gia làm

mù hoá, làm cho cửa đốt dầu gió lạnh của mỏ đốt có tính năng mù hoá tốthơn, như vậy nhiên liệu đủ khả năng cháy hết, là một cơ cấu đốt cháy loại tiÕtkiệm năng lượng cho nên lò nung lắp đặt tất cả 11 mỏ đốt, mỏ đốt của vùngnung trên và vùng đều nhiệt là loại mỏ đốt DR – II – 150, mỏ đốt của vùngnung dưới là loại DR – II – 200