Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 1 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện Mở đầu 1. Đặt vấn đề Lịch sử phát triển của loài ngời gắn liền với lịch sử phát triển của công cụ sản xuất và tìm kiếm vật liệu mới. Mỗi một vật liệu mới đợc con ngời tìm ra thì với trí thông minh của mình loài ngời đã sáng tạo ra những công cụ lao động phù hợp, giúp chúng ta từ chỗ phải chống chọi với thiên nhiên đến khống chế và cải tạo nó. Mỗi vật liệu mới đều để lại những dấu ấn riêng, vật liệu sau hữu dụng hơn vật liệu trớc và đa nền văn minh của con ngời ngay càng tiến lên. Trong công cuộc khai phá và tìm kiếm ấy kim loại sắt có vai trò đặc biệt, không những thời xa mà đến nay vẫn giữ vai trò quan trong. Nó là phần không thể thiếu trong các công trình xây dựng cũng nh trong công nghiệp. Với vai trò quan trọng nh vậy nên công nghiệp sản xuất sắt thép đã đợc phát triển mạnh mẽ từ lâu và trở thành ngành công nghiệp trọng điểm quan trọng. Đối với nớc ta Đảng và Nhà nớc ta xác định đậy là một ngành công nghiệp cơ bản quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc, do vậy nhà máy cán thép là những công trình công nghiệp đầu tiên đợc xậy dựng. Đặc biệt từ khi đất nớc ta mở cửa đổi mới mọi mặt, đây là chủ trơng đúng đúng đắn, và với lợi thế về nhân công đông đảo giá rẻ, thị trờng rộng lớn có nhu cầu rất lớn về các sản phẩn thép còn rất thiếu. Do đó đã thu hút đợc rất nhiều các nhà đầu t nớc ngoài đầu t vào ngành thép từ rất sớm. Trong các nhà đầu t sớm nhận thấy cơ đó có hai tập đoàn thép của Hàn Quốc, ngay từ đầu thập niên 90 họ đã liên doanh với tổng công ty thép Việt Nam xây dựng nên nhà máy sản xuất các sản phẩm thép định hình nh ống thép , thép hình hộp chữ nhật, hộp vuông (mạ kẽm và mạ đen), nhằm đắp ứng nhu cầu trong các ngành công nghiệp, xậy dựng, cấp thoát nớc, nông nghiệp Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 2 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện 2. Công ty ống thép Việt nam Trụ sở: Cõy s 9 ng 5B - Quỏn Toan - Hng Bng - Hi Phũng Công ty đợc thành lập trên cơ sở liên doanh giữa tổng công ty thép Việt Nam (VSC) với hai tập đoàn thép hàng đầu của Hàn Quốc (tập đoàn SeAH và POSCO). Tổng số vốn đầu t lên đến hơn 10 triệu(USD), trong đó Việt Nam góp 50%, thời hạn liên doanh 20 năm. Nhà máy bắt đầu đi vào hoạt động từ 1-8-1994 với nhiệm vụ chuyên sản xuất các loại thép định hình phục thị trờng trong nớc. Với sản lợng thiết kế 30000 tấn sản phẩm một năm, sản phẩm của công ty đợc sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành, từ các loại ống dẫn thờng dùng trong cấp thoát nớc sinh hoạt đô thị, nớc thải công nghiệp, đến ống dẫn các vật liệu đặc biệt nh khí hoá lỏng, xăng dầu. Ngoài một phần lớn các sản phẩm của công ty đợc dùng trong xây dựng. Với những u điểm đặc biệt sản phẩm đợc sử dụng làm khung nhà xởng công nghiệp, trang trí cho các công trình xây dựng ở các vị trí nh lan can tay vịn cầu thang, đờng dây dẫn điện trong môi trờng ẩm Hình 1: Quy trình sản xuất Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 3 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện 2.1 Cơ cấu tổ chức của công ty ống thép Việt Nam Hình2. Sơ đồ cơ cấu tổ chức của công ty ống thép Việt Nam Đây là một mô hình tổ có ở hầu hết các công ty liên doanh hiện nay. Hội đồng quản trị bao gồm đại diện của các nhà đầu t, thông thờng tỉ lệ số phiếu của các nhà đầu t trong hội đồng phù hợp với tỉ lệ vốn họ góp vào liên doanh. Hoạt động của hội đồng quản trị là đề ra phơng hớng hoạt động chung cho công ty. Hội đồng này năm năm họp một lần đại hội đồng, trong đại hội này hội đồng quản trị sẽ đánh giá kết quả hoạt động sản xuất kinh doanh của công ty để từ đó đa ra biện pháp đầu t hiệu quả hơn cũng đồng thời bầu ra tổng giám đốc của công ty ở nhiệm kỳ tiếp theo ( thông thờng tại công ty ống thép Việt Nam tổng giám đốc là ngời Hàn Quốc, phó tổng giám đốc là ngời Việt Nam và ngợc lại). Để điều hành nhà máy dới ban giám đốc có các phòng nghiệp vụ chuyên môn khác nhau, các phòng đảm nhận từng nhiệm vụ cụ thể trong công ty nhằm cụ thể hoá các kế hoạch sản xuất đã đề ra đến tận ngời lao động. Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 4 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện 2.2 Hoạt động sản xuất kinh doanh Là doanh nghiệp đầu tiên sản xuất mặt hàng ống thép tại miền Bắc, trải qua hơn 10 năm hoạt động vợt qua nhiều khó khăn của buổi đầu đa sản phẩm mới ra chiếm lĩnh thị trờng, với nỗ lực hết mình sản phẩm của công ty đã chiếm lĩnh hầu hết thị trờng miền bắc. Hoạt động kinh doanh phát triển với mức tăng trởng hàng năm trung bình trên 10%, úng gúp y ngha v np ngõn sỏch cho nh nc, m bo mc thu nhp hng thỏng trung bỡnh ca ngi cụng nhõn 2 triu/thỏng. ỏp ng nhu cu ca th trng v cỏc sn phm ng thộp v thộp nh hỡnh thỏng 6 nm 2005 cụng ty ó khỏnh thnh thờm mt dõy chuyn mi v ún nhn chng ch sn phm t tiờu chun qun lý cht lng ISO 9001 phiờn bn 2000. Trong thi gian ti ban lónh o cụng ty xỏc nh tỡnh hỡnh sn xut kinh doanh cú nhiu thun li nhng cú khụng ớt khú khn. V thun li : + Tỡnh hỡnh kinh t ca nc ta liờn tc phỏt trin vi tc cao, nhu cu cỏc sn phm ca cụng ty vn rt di do + Kinh nghim sn xut khinh doanh trờn 10 nm v i ng cụng nhõn k s lnh ngh l ngun ni lc to ln giỳp cụng ty phỏt trin mnh m trong thi gian ti. V khú khn: + Ngun nguyờn liu chớnh sn xut l thộp cun phi hon ton nhp khu ph thuc giỏ c th trng quc t + Trờn th trng trong nc xut hin nhiu nh sn xut cnh tranh khc lit T nhng nhn nh v khú khn thun li trờn ton cụng ty ó xỏc nh phng hng sn xut kinh doanh: + Tip tc gi vng nhp tng trng, ngy cng nõng cao cht lng sn phm + m bo tt hn i sng cụng nhõn, lao ng sn xut gn lin vi an ton lao ng v sinh cụng nghip Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 5 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện 3. Nội dung đề tài Nghiên cứu thiết kế mô hình tự động điều khiển cắt ống thép trong dây chuyền sản xuất ống thép bằng kỹ thuật PLC Nghiên cứu PLC S7-200 và phần mền S7-200 ứng dụng vào điều khiển mô hình tự động cắt ống thép. Xây dựng sơ đồ thuật toán, lựa chọn thiết bị điều khiển, cảm biến, thiết bị chấp hành, xây dựng mô hình thực 4. Phơng pháp nghiên cứu Để xây dựng mô hình tự động cắt ống thép, trong đồ án đã sử dụng phơng pháp nghiên cứu sau: - Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trớc về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình, cụ thể là phần mềm lập trình simatic S7-200. - Nghiên cứu quy trình công nghệ của dây truyền sản xuất thực tế - Thiết kế, lựu chọn các linh kiện, thiết bị thay thế cho mô hình - Nghiên cứu phần mềm lập trình trên máy tính. - Thay đổi phơng pháp lập trình để tìm ra phơng pháp đơn giản, dễ sử dụng và hiệu quả nhất. - Xây dựng chơng trình điều khiển - Kiểm chứng tính chính xác bằng cách chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi của mô hình và lỗi của chơng trình điều khiển, rồi từ đó hoàn thiện hệ thống. Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 6 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện Chơng 1 Tổng quan quy trình sản xuất trong nhà máy 1.1 Hệ thống cung cấp điện và bảo vệ các thiết bị điện trong nhà máy 1.1.1 Hệ thống cung cấp điện Hình 3. Sơ đồ cung cấp điện năng Nguồn điện cung cấp cho nhà máy đợc lấy từ trạm trung gian An Lạc cung cấp nguồn 3pha 35KV, nguồn này đợc đa đến cầu dao cách li CDL, qua các thiết bị bảo vệ chống sét rồi đợc đa đến máy cắt VCB-M 36KV-1200A , đằng sau đặt các biến dòng, biến áp TU-TI để lấy tín hiệu đo lờng và bảo vệ. Nguồn điện qua máy cắt đợc đa đến phía sơ cấp của trạm biến áp M. TR Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 7 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện (36KV/3,3KV)Y/ , nguồn điện này đa đến các biến áp nhỏ hơn hạ áp xuống điện áp 380V và 220V cung cấp cho các bộ phận nh: HF Hàn cao tần, ML các động cơ cán, UT các bộ phận khác nh : cẩu, mạ, văn phòng nhà máy 1.1.2 Bảo vệ các thiết bị điện trong nhà máy a. Thiết bị bảo vệ Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 8 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện - TU Biến áp đo lờng, TI Biến dòng đo lờng - UVR Rơle bảo vệ thấp, OVR Rơle bảo vệ quá áp (có ở máy cắt chính VCB) - OVGR Rơle bảo vệ quá áp chạm đất - EOCR Rơle bảo vệ quá dòng - OCGR Rơle bảo vệ quá dòng nối đất b. Nguyên tắc bảo vệ và điều khiển Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển trạm nguồn là tự động ngắt máy cắt khi có sự cố, ở đây hệ thống bảo vệ sẽ ngắt chỗ nào có sự cố. Nguồn điều khiển cho máy cắt chính đợc lấy từ nguồn ắc quy 110V qua áptômát MCCB- 2P. COS (Local Remote) là công tắc chọn chế độ đóng lại, tại chỗ chọn (L), hay từ xa chọn (R). Bấm nút ON khi muốn cấp nguồn khẩn cấp cho cuộn đóng của máy cắt chính VCB. Tiếp điểm thờng đóng 86X (1-2) cấp điện cho cuộn dây máy cắt chính, nếu tiếp điểm này mở ( rơ le 86X có điện) thì bị cắt điện ngay lập tức. Rơle 86X có điện khi một trong các rơle trung gian : 51X, 51GX, 64X, 59X, 27X, 96B2X có điện. Trong đó:Rơle 51X bảo vệ quá dòng của 1 trong ba pha R,S,T tác động Rơle 51GX rơle bảo vệ quá dòng chạm đất của 1 trong các pha tác động Rơle 64X bảo vệ quá áp , rơle 27X bảo vệ thấp áp, rơle 96B2X bảo vệ sự cố máy biến áp. Nh vậy khi có một sự cố nào đó thì đèn báo sự cố đó sẽ sáng và đóng điện cho rơle 86X làm tiếp điểm thờng đóng của rơle 86X(1-2) mở ra cắt máy chính khỏi nguồn, đồng thời đóng tiếp điểm thờng mở (3-4) đóng mạch cho chuông kêu. Khi máy cắt chính VCB-ML nhảy thì rơle thời gian T1 có điện sau thời gian từ 0-60 giây tiếp điểm T1(1-2) sẽ ngắt mạch bảo vệ sự cố. Khi nào muốn đóng điện lại ta phải ấn nút RESET Trên đây là nguyên tắc bảo vệ cho khối các thiết bị điện của bộ phận tạo ống bao tạo ống và định cỡ ống. Các khối thiết bị điện khác cũng đợc bảo vệ dựa trên nguyên tắc này. Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 9 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện 1.2 Công nghệ sản xuất thép ống và định hình Hình5. Sơ đồ công nghệ sản xuất ống thép Nguyên liệu để làm ống thép là cuộn thép phôi cán nóng nhấp khẩu từ Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan Chúng có bề rộng từ 1- 1,5 m, dày từ 1- 5mm, khối lợng 15-20 tấn. Những cuộn phôi này đợc đa lên mắy cắt phôi (Slitter) và đợc xẻ thành những dải nhỏ hơn phù hợp với từng loại ống, những dải này lại đợc cuộn lại đợc gọi là Skeep Tuỳ theo kích cỡ cuộn phôi mà chúng đợc đa đến các dây chuyền tạo ống khác nhau. Dây chuyền tạo ống (PM ) bao gồm nhiều công đoạn: Un coiler ( mở cuộn phôi), Forming( tạo ống ), Up set (hàn ống ), sizing(định hình và cỡ ống). Cơ cấu dẫn động chính là hai động cơ 1 chiều công suất lớn, động cơ kéo tạo ống 55 KW, động cơ định cỡ ống 55KW, truyền chuyển động qua các bộ giảm tốc, và tốc độ của hai khâu này đợc điều chỉnh phù hợp với từng loại Straightene r PM 2 PM 4 Slitte r FACE 2 FACE 4 HYDROTEST GA Marking REN PACKING Máy cắt phôi Dây chuyền tạo ống 1 Dây chuyền tạo ống 2 Máy nắn thẳng Máy doa 2 đầu ống Máy doa 2 đầu ống Mạ kẽm hoặc sơn đen In mác Tiện ren Đóng gói Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Duy Hoàng Trờng ĐH Nông nghiệp I - 10 - TĐH K46 - Khoa Cơ Điện ống, tốc độ động cơ khâu định cỡ ống luôn đợc điều chỉnh lớn hơn tốc độ động cơ tạo ống. Giữa hai khâu tạo ống và định cỡ ống là khâu hàn chập mạch cao tần( tần số hàn lên đến 35 KHz), dòng hàn cũng đợc điều chỉnh theo từng loại ống. Tại bộ phận tạo ống dải phôi đã cắt đúng kích thớc sẽ đợc cán tròn dần, khi qua hàn cao tần hai đầu mép phôi thép sẽ đợc hàn lại. Tiếp tục đến khâu định cỡ ống ở đây ống thép sẽ đợc định cỡ hoặc tạo hình vuông hay chữ nhật tuỳ theo cách lắp các quả Roll. Sau khi định cỡ và tạo hình, tại khối định cỡ ống đặt 1 bộ Encoder ( phát xung theo vòng quay 6000 xung/vòng) bộ này sẽ đo chiều dài của đoạn ống đợc tạo ra, chiều dài đo đợc này và chiều dài đo của động cơ Servo kéo bệ dao cắt sẽ đợc bộ DDS sử lý sau đó sẽ so sánh với chiều dài cần cắt sau đó đa ra tín hiệu cắt. Đối với ống tròn khi cắt xong các đầu ống không đợc nhẵn, nên ống tiếp tục đợc đa đến khâu Facer ( doa đầu ống) để gọt 2 đầu ống. Đối với ống cỡ nhỏ từ 2 inch trở xuống sẽ đa qua khâu nắn thẳng Để kiểm tra chất lợng ống, tất cả ống tròn đợc đa qua khâu kiểm tra áp lực (Hydrotest) tại đây từng ống sẽ đợc thử với áp suất 50Kg/cm 2 do các Xilanh thuỷ lực bơm dung dịch từ hai đầu ống vào, các ống bị lỗi sẽ bị loại. Những ống đạt yêu cầu sẽ đợc đa vào công đoạn xử lí bề mặt bằng cách nhúng các ống vào các bể chứa dung dịch H 2 SO 4 , NaOH, nớc sạch trong nhiệt độ 50-70 0 C, tại đây ống đợc tẩy rửa các tạp chất bám trên bề mặt, sau đó đợc sấy khô trớc khi mang đi mạ. Đối với các ống mạ kẽm, từng ống sẽ lăn vào bể kẽm nóng chảy (phơng pháp mạ nhúng), sau vài phút nằm trong bể kẽm từng ống sẽ đợc lôi lên và cho đi qua thiết bị thổi khí nén với áp suất 6Kg/cm 2 , nhằm thổi sạch kẽm còn bám trên ống đảm bảo bề mặt ống phủ 1 lớp kẽm mỏng. Để bên trong ống cũng phải nhẵn, một máy nén khí khác sẽ thổi khí nén đi qua lòng ống. Sau đó ống đợc đa vào bể làm mát và ống đợc in mác và đóng gói. . động điều khiển cắt ống thép trong dây chuyền sản xuất ống thép bằng kỹ thuật PLC Nghiên cứu PLC S7-200 và phần mền S7-200 ứng dụng vào điều khiển mô hình tự động cắt ống thép. Xây dựng sơ. động cắt ống thép, trong đồ án đã sử dụng phơng pháp nghiên cứu sau: - Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trớc về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình, cụ thể là phần mềm lập trình. UVR Rơle bảo vệ thấp, OVR Rơle bảo vệ quá áp (có ở máy cắt chính VCB) - OVGR Rơle bảo vệ quá áp chạm đất - EOCR Rơle bảo vệ quá dòng - OCGR Rơle bảo vệ quá dòng nối đất b. Nguyên tắc bảo vệ