Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy cán thép

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy cán thép” công trình nghiên cứu khoa học thân Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ nguyên tắc kết trình bày luận văn đƣợc thu thập đƣợc trình nghiên cứu trung thực Hà Nội, ngày 22 tháng 07 năm 2016 Học viên Bùi Thu Thủy DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên đầy đủ Chú thích AI Analog input Tín hiệu đầu vào tƣơng tự AO Analog output Tín hiệu đầu tƣơng tự CPU Central Processing Bộ xử lý trung tâm Unit FC Function Miền chứa chƣơng trình FO Fuel Oil Dầu nhiên liệu ( Dầu nặng) HMI Human – Machine Giao diện ngƣời – máy Interface LMN Manipulated value Giá trị đầu module mềm PID MATLAB Matrix Laboratory Phần mềm tính toán mô MPC Model Prediction Mô hình điều khiển dự báo Control 10 MPI OB Message Passing Giao thức kết nối với máy Interface tính Organization Block Miền chứa chƣơng trình tổ chức 11 PID Proportional Integral Thuật toán điều khiển vi tích Derivative phân tỷ lệ 12 PLC Programmable Logic Thiết bị logic khả trình Controller 13 STL Statement list Ngôn ngữ liệt kê lệnh 14 WINCC Windows Control Trung tâm điều khiển chạy Center Window DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các sản phẩm nhà máy .11 Bảng 3.1 Bảng phƣơng pháp điều chỉnh hệ số điều khiển PID .59 Bảng 4.1 Các thông số kỹ thuật PLC S7 314 71 Bảng 4.2 Liệt kê đầu vào tƣơng tự AI 73 Bảng 4.3 Liệt kê đầu tƣơng tự AO .74 Bảng 4.4 Các khối chƣơng trình 80 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ cán thép 12 Hình 1.2 Dây chuyền cán thép dây cuộn 13 Hình 1.3 Dây chuyền cán thép .16 Hình 1.4 Dây chuyền cán thép hình 17 Hình 2.1 Giản đồ nung giai đoạn 20 Hình 2.2 Sơ đồ cung cấp khí nén vào lò 28 Hình 2.3 Sơ đồ cấp dầu FO vào lò 30 Hình 2.4 Hệ thống cấp gió .33 Hình 3.1 Cấu trúc chung hệ điều khiển .45 Hình 3.2 Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lò nung 46 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống .47 Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiệt độ 48 Hình 3.5 Đặc tính xác lò nung 51 Hình 3.6 Đặc tính gần lò nung 51 Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc điều khiển vùng nhiệt(Wđn) 53 Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển vùng nung(Wn) 53 Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc điều khiển vùng nung sơ bộ(Wnsb) 53 Hình 3.10 Mô hình điều khiển PID .55 Hình 3.11 Điều khiển với điều khiển PID 57 Hình 3.12 Sử dụng điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ vùng nhiệt 57 Hình 3.13 Mô Matlab Simulink vùng nhiệt 58 Hình 3.14 Kết tìm thông số P,I,D vùng nhiệt PID tune .59 Hình 3.15 Mô vùng nhiệt (Không có nhiễu) nhiệt độ đặt 1250°c 60 Hình 3.16.Mô vùng nhiệt (Có nhiễu tác động) nhiệt độ đặt 1250°c 61 Hình 3.17 Mô Matlab Simulink vùng nung 62 Hình 3.18 Kết tìm thông số P,I,D vùng nung PID tune 62 Hình 3.19 Mô vùng nung(Không có nhiễu) nhiệt độ đặt 1280°c 63 Hình 3.20.Mô vùng nung (Có nhiễu tác động) nhiệt độ đặt 1280°c 64 Hình 3.21 Mô Matlab Simulink vùng nung sơ 65 Hình 3.22 Kết tìm thông số P,I,D vùng nung sơ PID tune 66 Hình 3.23 Mô vùng nung sơ (Không có nhiễu) nhiệt độ đặt 1100°c.66 Hình 3.24.Mô vùng nung sơ bộ(Có nhiễu tác động) nhiệt độ đặt 1100° 67 Hình 4.1 Cấu hình phần cứng hệ thống điều khiển 72 Bảng 4.3 Liệt kê đầu tƣơng tự AO .74 Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển PID .74 Hình 4.3 Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình .75 Hình 4.4 Lƣu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ vùng lò 76 Hình 4.5 Lƣu đồ thuật toán xử lý tín hiệu đo 78 Hình 4.6 Lƣu đồ thuật toán điều chỉnh van khí .79 Hình 4.7 Thiết lập giao thức truyền thông MPI 81 Hình 4.8 Khai báo biến điều khiển giám sát 82 Hình 4.9 Màn hình thiết kế phần mềm WinCC 82 Hình 4.10 Giao diện điều khiển giám sát nhiệt độ lò nung phôi 83 Hình 4.11 Giao diện cài đặt thông số vùng nung sơ 83 Hình 4.12 Giao diện giám sát nhiệt độ vùng nung sơ 85 Hình 4.13 Giao diện giám sát nhiệt độ vùng nung sơ 86 Hình 4.14 Giao diện điều khiển giám sát nhiệt độ lò nung phôi – mô 87 Hình 4.15 Giao diện cài đặt thông số vùng nung sơ - mô 87 Hình 4.16 Giao diện giám sát nhiệt độ vùng nung sơ 88 Hình 4.17 Giao diện giám sát nhiệt độ vùng nung sơ - mô .89 MỞ ĐẦU Thép đƣợc coi ngành chiến lƣợc Việt Nam kể từ kỷ 20 đến Các sách chủ yếu tập trung vào doanh nghiệp nhà nƣớc, đặc biệt Tổng công ty Thép Việt Nam Tuy nhiên, đa số nhà máy cán thép nhập công nghệ dây chuyền Trung Quốc từ cuối thập niên 1990 Nên thiết bị công nghệ nhà máy trở lên cũ kỹ, lạc hậu ảnh hƣởng lớn tới suất, chất lƣợng giá thành thành phẩm Đồng thời với phát triển nhanh chóng ngành công nghiệp thép Việt Nam nhƣ Thế giới Tạo nên cạnh tranh mạnh mẽ không với thị trƣờng thép xuất khẩu, mà thị trƣờng nội địa, ngành thép Việt Nam bị cạnh tranh thép nhập từ nƣớc Từ lý đó, việc cải tạo nâng cấp thiết bị sản xuất cán thép yêu cầu tất yếu Đối với nhà máy Cán thép Lƣu xá đƣợc thành lập đƣợc thành lập năm 1972 bắt đầu vào sản xuất năm 1978 Do yêu cầu đổi công nghệ nên từ năm 1995 đến nhà máy đầu tƣ thêm nhiều máy móc, thiết bị nhằm nâng cao suất chất lƣợng sản phẩm Tuy nhiên, qua khảo sát thực tế hệ thống điều khiểm giám sát nhà máy nhiều công đoạn điều khiển thủ công yêu cầu cao kinh nghiệm ngƣời vận hành Mặt khác, việc điều khiển nhiệt độ lò nung phôi mắt xích quan trọng việc định đến giá thành chất lƣợng phôi Đồng thời, với phát triển vƣợt bậc công nghệ tự động hóa thúc đẩy việc nghiên cứu cải tiến hệ thống tự động hóa cho nhà máy cán thép Nhằm nâng cao suất, chất lƣợng sản phẩm cạnh tranh giá Xuất phát từ tình hình thực tế đƣợc đồng ý thầy giáo hƣớng dẫn TS Nguyễn Huy Phƣơng, chọn đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy Cán thép” Luận văn bao gồm có 04 chƣơng: Chương Tổng quan nhà máy Cán thép Lưu xá Chương Tổng quan lò nung cán thép liên tục Chương Xây dựng hệ điều khiển nhiệt độ lò nung Chương Xây dựng hệ thống giám sát điều khiển lò nung Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Huy Phƣơng, Bộ môn Tự động hóa CN - Viện Điện - Đại học Bách Khoa Hà Nội, nhà máy cán thép Thái Nguyên gia đình, đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ hoàn thành luận văn Trong trình thực đề tài, cố gắng, nhiên thời gian có hạn trình độ hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tác giả kính mong nhận đƣợc góp ý Hội đồng Khoa học bạn để đề tài đƣợc hoàn thiện Tác giả xin trân trọng cảm ơn! Thái nguyên, ngày 12 tháng 12 năm 2015 Tác giả Bùi Thu Thủy CHƢƠNG TỔNG QUAN NHÀ MÁY CÁN THÉP LƢU XÁ 1.1 Giới thiệu chung nhà máy cán thép Lƣu xá a Giới thiệu nhà máy Nhà máy cán thép Lƣu Xá thuộc Tổng công ty Gang Thép Thái Nguyên, đƣợc thành lập năm 1972 bắt đầu vào sản xuất năm 1978 Trụ sở tại: Phƣờng Cam Giá- Thành phố Thái Nguyên Nhà máy cán thép Lƣu Xá ( trƣớc xƣởng cán 650) đƣợc thành lập tháng năm 1972 nhƣng chiến tranh nên đến ngày 30 - - 1978 nhà máy bắt đầu vào sản xuất thép phôi đến ngày 29-11-1978 thức sản xuất thép hình ( thép U120) Và từ dây chuyền luyện kim liên hợp công ty Gang Thép Thái Nguyên đƣợc khép kín từ khâu khai quặng luyện gang - luyện thép đến cán thép Nhà máy cán thép Lƣu Xá ban đầu đƣợc xây dựng lắp đặt dây chuyền công nghệ sản xuất thép hình loại nhƣ: Thép góc (I), thép chữ (C), thép tròn… để đa dạng hoá chủng loại sản phẩm thép cán vả nâng cao chất lƣợng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trƣờng Năm 1995, nhà máy đầu tƣ thêm thiết bị công nghệ đại với cụm máy 10 giá với đƣờng kính 360mm, 01 sàn làm nguội kiểu cƣa, 01 máy cắt 300 thiết bị phụ trợ khác để sản xuất sản phẩm gồm thép vằn đƣờng kính từ D14-D40; thép tròn trơn từ 18-60, nhằm đa dạng hoá nâng cao chất lƣợng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trƣờng, Năm 1996, nhà máy đầu tƣ 01 lò nung phôi liên tục Việc đầu tƣ giúp tăng hiệu sản xuất, giảm phần lớn tiêu hao luợng dầu FO cải thiện số vệ sinh môi trƣờng Năm 1998, nhà máy đầu tƣ bổ sung thêm thiết bị công nghệ đại Ấn Độ để sản xuất thép dây 6, 8, gồm 02 máy cán 360, 01 cụm máy cán kiểu Block giá, máy cắt, máy tạo vòng ép bó xếp sản phẩm Năng lực sản xuất >200.000 thép cán/năm với nhiều sản phẩm thép tròn trơn, thép dây, thép vằn, thép hình Trải qua 44 năm từ ngày thành lập nhà máy 38 năm vào sản xuất đến nhà máy bao khó khăn gian khổ năm bao cấp, thách thức năm chế thị trƣờng; năm qua bao khó khăn gian khổ thách thức đó, nhà máy tồn tại, đứng vững, phát triển trƣởng thành Nhà máy đạt nhiều kỳ tích quan trọng: Sản xuất tăng liên tục sản lƣợng thép cán năm sau cao năm trƣớc, đạt vƣợt công suất thiết kế ( Công suất thiết kế 150.000 tấn/năm ) Các mặt hàng thép cán đƣợc mở rộng, chất lƣợng sản phẩm đƣợc nâng cao, việc làm đầy đủ, thu nhập cao Nhà máy có diện tích nhà xƣởng : 31.019 m2, với chiều dài: 445 m chiều rộng: 132 m đƣợc chia làm gian nhà xƣởng Nhà máy có kho nguyên liệu với diện tích 3.960 m2, có sức chứa 14000 phôi liệu Tổng số thiết bị nhà máy 6000 (Thiết bị công nghệ 4500 tấn) Thiết bị điện phục vụ công nghệ bao gồm: 640 động lớn nhỏ (Động 1,5 Kw, động max 2500 Kw), tổng dung lƣợng điện sử dụng 9000 Kwh Nhà máy có 15 cầu trục dùng để vận chuyển, cầu trục lớn 30 Tổng số cán nhân viên nhà máy 600 ngƣời b Các sản phẩm nhà máy Các sản phẩm nhà máy đƣợc sản xuất theo tiêu chuẩn Việt Nam quốc tế Sản phẩm nhà máy tham gia nhiều hội chợ triển lãm đạt huy chƣơng vàng, cúp chất lƣợng 10 KẾT LUẬN Nội dung nghiên cứu đề tài nghiên cứu thiết kế điều khiển giám sát nhiệt độ cho lò nung phôi nhà máy cán thép Lƣu xá – Thái Nguyên Từ việc nghiên cứu quy trình công nghệ cán thép nhà máy, cấu tạo nguyên lý hoạt động lò nung nhà máy cán thép Lƣu xá Dựa sở lý thuyết điều khiển PID sâu nghiên cứu ứng dụng vào điều khiển nhiệt độ lò nung phôi để nâng cao chất lƣợng điều khiển nhiệt độ lò Đề tài dừng việc nghiên cứu, xây dựng điều khiển PID lý thuyết mô Matlab cho chất lƣợng điều khiển tốt Ngoài việc giám sát hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung phôi nhà máy cán thép Lƣu xá đƣợc thực phần mềm WinCC đƣợc kết nối với phần mềm PLC S7 300 để điều khiển hệ thống Luận văn sở để thay cải tiến hệ thống cũ nhà máy Do thời gian nghiên cứu trình độ hạn chế nên kết nghiên cứu dừng lại việc mô phần mềm chuyên dụng Nếu đƣợc kiểm chứng lò nung thực tế thông qua phần cứng, thực nghiệm, đề tài góp phần nâng cao hệ thống sản xuất thép, tự động tiết kiệm nhiên liệu, tăng suất chất lƣợng sản phẩm Trong trình phân tích, thiết kế không tránh khỏi thiếu sót hạn chế, mong tiếp tục nhận đƣợc cảm thông, giúp đỡ, ý kiến đóng góp thầy cô, bạn bè đồng nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tiếng Việt [1] Đặng Hoài Bắc (2006), Cơ sở điều khiển tự động, Học Viện Công Nghệ Bƣu Chính Viễn Thông [2] Lê Bá Dũng (1996), “Thiết kế điều khiển tự chỉnh PID”, Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị toàn quốc lần thứ III tự động hóa, tr, 98-106 [3] Nguyễn Tiến Dũng (2009), Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu điều khiển thích nghi cho đối tượng có đặc tính cực trị, Đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên [4] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (2008), Lập trình với S7 – WINCC, Nhà xuất Hồng Đức [5] Lê Vũ Hà (2010), Giáo trình Kỹ thuật điều khiển, Trƣờng Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội [6] Nguyễn Công Hiền (2006), Giáo trình Mô hình hoá hệ thống mô phỏng, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội [7] Đỗ Thị Hƣơng (2009), Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục, Đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên [8] Nguyễn Văn Hòa (2001), Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [9] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn (2006), Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [10] Nguyễn Thƣơng Ngô (1998), Lý thuyết điều khiển tự động đại, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 91 [11] Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà (2000), Tự động hóa với Simatic S7-300, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [12] Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab Simulink, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [13] Hoàng Minh Sơn (2006), Cơ sở hệ thống điều khiển trình, nhà xuất Bách khoa Hà Nội, Hà Nội [14] Nguyễn Mạnh Tƣờng, Lại Khắc Lãi, Nguyễn Hữu Công, Nguyễn Mạnh Tùng (1998), “Một hệ thống điều khiển tự động trình gia nhiệt phôi kim loại”, Thông báo khoa học trƣờng đại học số 1/2000 B Tiếng Anh [15] Li Y and Ang K.H and Chong G.C.Y (2006), “PID control system analysis and design - Problems, remedies, and future directions”, IEEE Control Systems Magazine, 26 (1) pp 32-41 ISSN 0272-1708 [16] Tan Kok Kiong, Wang Qing-Guo, Hang Chang Chieh (1999), Advances in PID Control, London - UK 92 PHỤ LỤC Bảng địa STT Ký hiệu Địa Kiểu Chú thích Cb_nhiet_11 PIW 256 INT Can nhiet nhiet vung nung so bo (Trai) Cb_nhiet_12 PIW 258 INT Can nhiet nhiet vung nung so bo (Phai) Cb_nhiet_21 PIW 266 INT Can nhiet nhiet vung nung (Trai) Cb_nhiet_22 PIW 268 INT Can nhiet nhiet vung nung (Phai) Cb_nhiet_31 PIW 276 INT Cam bien nhiet vung nung deu nhiet (Trai) Cb_nhiet_32 PIW 278 INT Cam bien nhiet vung nung deu nhiet (Phai) Cbd_1 PIW 260 INT Cam bien luu luong dau vung nung so bo Cbd_2 PIW 270 INT Cam bien luu luong dau vung nung Cbd_3 PIW 280 INT Cam bien luu luong dau vung nung deu nhiet 10 cbdau_tt1 MD 180 REAL Luu luong dau duoc tu cam bien vung nung so bo 11 cbdau_tt2 MD 184 REAL Luu luong dau duoc tu cam bien vung nung 12 cbdau_tt3 MD 188 REAL Luu luong dau duoc tu cam bien vung deu nhiet 13 Cbk_1 PIW 262 INT Cam bien luu luong vung 93 nung so bo 14 Cbk_2 PIW 272 INT Cam bien luu luong vung nung 15 Cbk_3 PIW 282 INT Cam bien luu luong vung nung deu nhiet 16 cbkhi_tt1 MD 192 REAL Luu luong duoc tu cam bien vung nung so bo 17 cbkhi_tt2 MD 196 REAL Luu luong duoc tu cam bien vung nung 18 cbkhi_tt3 MD 200 REAL Luu luong duoc tu cam bien vung deu nhiet 19 Cbkt_1 PIW 264 INT Cam bien luu luong thua vung nung so bo 20 Cbkt_2 PIW 274 INT Cam bien luu luong thua vung nung 21 cbkt_3 PIW 284 INT Cam bien luu luong thua vung nung deu nhiet 22 CONT_C FB 41 FB 41 23 Cycle execution OB OB 24 Cyclic Interrupt OB 35 25 Do_mo_van_dau_1 26 Continuous Control OB 35 Dieu khien nhiet lo nung phoi MD 168 REAL Do mo van dau vung nung so bo Do_mo_van_dau_2 MD 172 REAL Do mo van dau vung nung 27 Do_mo_van_dau_3 MD 176 REAL Do mo van dau vung nung deu nhiet 28 Do_mo_van_khi_1 MD 72 REAL Do mo van vung nung so bo 29 Do_mo_van_khi_2 MD 100 REAL Do mo van vung nung 94 30 Do_mo_van_khi_3 MD 128 REAL Do mo van vung nung deu nhiet 31 He_so_bu_1 MD 52 REAL He so bu thua vung nung so bo 32 He_so_bu_2 MD 80 REAL He so bu thua vung nung 33 He_so_bu_3 MD 108 REAL He so bu thua vung nung deu nhiet 34 He_so_ty_le_1 MD 56 REAL He so ty le dau/khi vung nung so bo 35 He_so_ty_le_2 MD 84 REAL He so ty le dau/khi vung nung 36 He_so_ty_le_3 MD 112 REAL He so ty le dau/khi vung nung deu nhiet 37 Khi_1 MD 48 REAL Luu luong vung nung so bo 38 Khi_2 MD 76 REAL Luu luong vung nung 39 Khi_3 MD 104 REAL Luu luongg vung nun deu nhiet 40 Khibu_1 MD 68 REAL Luong bu cua vung nung so bo 41 Khibu_2 MD 96 REAL Luong bu cua vung nung 42 Khibu_3 MD 124 REAL Luong bu cua vung nung deu nhiet 43 Khithua_1 MD 64 REAL Luu luong thua vung nung so bo 44 Khithua_2 MD 92 REAL Luu luong thua vung nung 45 Khithua_3 MD 120 REAL Luu luong thua vung nung deu nhiet 46 Kp_1 MD 132 REAL He so Kp cua bo dieu khien vung nung so bo 47 Kp_2 MD 136 REAL He so Kp cua bo dieu khien vung 95 nung 48 Kp_3 MD 140 REAL He so Kp cua bo dieu khien vung nung deu nhiet 49 Luu_luong_dau_1 MD 60 REAL Luu luong dau vung nung so bo 50 Luu_luong_dau_2 MD 88 REAL Luu luong dau vung nung 51 Luu_luong_dau_3 MD 116 REAL Luu luong dau vung nung deu nhiet 52 Nhiet_11 MD REAL Nhiet do cua vung nung so bo (Trai) 53 Nhiet_12 MD REAL Nhiet do cua vung nung so bo (Phai) 54 Nhiet_21 MD 16 REAL Nhiet do cua vung nung (Trai) 55 Nhiet_22 MD 20 REAL Nhiet do cua vung nung (Phai) 56 Nhiet_31 MD 32 REAL Nhiet do cua vung nung deu nhiet(Trai) 57 Nhiet_32 MD 36 REAL Nhiet do cua vung nung deu nhiet(PHai) 58 PV_1 MD REAL Nhiet vung nung so bo 59 PV_2 MD 24 REAL Nhiet do vung nung 60 PV_3 MD 40 REAL Nhiet do vung nung deu nhiet 61 SCALE FC 105 Scaling Values 62 SP_1 MD 12 REAL Nhiet dat vung nung so bo 63 SP_2 MD 28 REAL Nhiet dat vung nung 64 SP_3 MD 44 REAL Nhiet dat vung nung deu nhiet 65 Td_1 MD 156 TIME tham so Td cua bo dieu khien FC 105 96 vung nung so bo 66 Td_2 MD 160 TIME tham so Td cua bo dieu khien vung nung 67 Td_3 MD 164 TIME tham so Td cua bo dieu khien vung nung deu nhiet 68 Ti_1 MD 144 TIME tham so Ti cua bo dieu khien vung nung so bo 69 Ti_2 MD 148 TIME tham so Ti cua bo dieu khien vung nung 70 Ti_3 MD 152 TIME tham so Ti cua bo dieu khien vung nung deu nhiet 71 UNSCALE FC 106 FC 106 Unscaling Values 72 Vd_1 PQW 256 INT Van dau vung nung so bo 73 Vd_2 PQW 260 INT Van dau vung nung 74 Vd_3 PQW 264 INT Van dau vung nung deu nhiet 75 Vk_1 PQW 258 INT Van vung nung so bo 76 Vk_2 PQW 262 INT Van vung nung 77 Vk_3 PQW 266 INT van vung nung deu nhiet Chƣơng trình điều khiển Chƣơng trình điều khiển nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy cán thép lƣu xá đƣợc viết phần mềm Simatic Manager ( Chƣơng trình đƣợc viết OB35)  OB35: Điều khiển nhiệt độ Block: OB35 "Cyclic Interrupt" Dieu khien nhiet cua lo nung phoi nha may can thep Luu xa Network: Vung nung so bo CALL FC CALL "CONT_C" , DB41 FB41 Continuous Control COM_RST := 97 MAN_ON :=FALSE PVPER_ON:=FALSE P_SEL :=TRUE I_SEL :=TRUE INT_HOLD:= I_ITL_ON:= D_SEL :=TRUE CYCLE :=T#100MS SP_INT :="SP_1" MD12 Nhiet dat vung nung so bo PV_IN :="PV_1" MD8 Nhiet vung nung so bo PV_PER := MAN := GAIN :="Kp_1" MD132 He so Kp cua bo dieu khien vung nung so bo TI :="Ti_1" MD144 tham so Ti cua bo dieu khien vung nung so bo TD :="Td_1" MD156 tham so Td cua bo dieu khien vung nung so bo TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM :=6.600000e+002 LMN_LLM :=0.000000e+000 PV_FAC := PV_OFF := LMN_FAC := LMN_OFF := I_ITLVAL:= DISV := LMN :="Luu_luong_dau_1" MD60 Luu luong dau vung nung so bo LMN_PER := QLMN_HLM:= QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := CALL "UNSCALE" FC106 Unscaling Values IN :="Luu_luong_dau_1" MD60 Luu luong dau vung nung so bo HI_LIM :=6.600000e+002 LO_LIM :=0.000000e+000 BIPOLAR:=FALSE RET_VAL:=MW330 OUT :="Vd_1" PQW256 Van dau vung nung so bo L "Luu_luong_dau_1" MD60 Luu luong dau vung nung so bo L 2.184000e-001 98 *R CALL FC T "Do_mo_van_dau_1" MD168 Do mo van dau vung nung so bo CALL FC Network: Vung nung CALL FC CALL "CONT_C" , DB42 FB41 Continuous Control COM_RST := MAN_ON :=FALSE PVPER_ON:=FALSE P_SEL :=TRUE I_SEL :=TRUE INT_HOLD:= I_ITL_ON:= D_SEL :=TRUE CYCLE :=T#100MS SP_INT :="SP_2" MD28 Nhiet dat vung nung PV_IN :="PV_2" MD24 Nhiet do vung nung PV_PER := MAN := GAIN :="Kp_2" MD136 He so Kp cua bo dieu khien vung nung TI :="Ti_2" MD148 tham so Ti cua bo dieu khien vung nung TD :="Td_2" MD160 tham so Td cua bo dieu khien vung nung TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM :=1.100000e+003 LMN_LLM :=0.000000e+000 PV_FAC := PV_OFF := LMN_FAC := LMN_OFF := I_ITLVAL:= DISV := LMN :="Luu_luong_dau_2" MD88 Luu luong dau vung nung LMN_PER := QLMN_HLM:= QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := CALL "UNSCALE" FC106 Unscaling Values 99 IN :="Luu_luong_dau_2" MD88 Luu luong dau vung nung HI_LIM :=1.100000e+003 LO_LIM :=0.000000e+000 BIPOLAR:=FALSE RET_VAL:=MW332 OUT :="Vd_3" PQW264 Van dau vung nung deu nhiet L "Luu_luong_dau_2" MD88 Luu luong dau vung nung L 8.300000e-002 *R T "Do_mo_van_dau_2" MD172 Do mo van dau vung nung CALL FC Network: Vung deu nhiet CALL FC CALL "CONT_C" , DB43 FB41 Continuous Control COM_RST := MAN_ON :=FALSE PVPER_ON:=FALSE P_SEL :=TRUE I_SEL :=TRUE INT_HOLD:= I_ITL_ON:= D_SEL :=TRUE CYCLE :=T#100MS SP_INT :="SP_3" MD44 Nhiet dat vung nung deu nhiet PV_IN :="PV_3" MD40 Nhiet do vung nung deu nhiet PV_PER := MAN := GAIN :="Kp_3" MD140 He so Kp cua bo dieu khien vung nung deu nhiet TI :="Ti_3" MD152 tham so Ti cua bo dieu khien vung nung deu nhiet TD :="Td_3" MD164 tham so Td cua bo dieu khien vung nung deu nhiet TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM :=1.000000e+002 LMN_LLM :=0.000000e+000 PV_FAC := PV_OFF := LMN_FAC := LMN_OFF := I_ITLVAL:= DISV := LMN :="Luu_luong_dau_3" MD116 Luu luong dau vung nung deu nhiet LMN_PER := QLMN_HLM:= 100 QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := CALL "UNSCALE" FC106 Unscaling Values IN :="Luu_luong_dau_3" MD116 Luu luong dau vung nung deu nhiet HI_LIM :=1.000000e+002 LO_LIM :=0.000000e+000 BIPOLAR:=FALSE RET_VAL:=MW334 OUT :="Vd_3" PQW264 Van dau vung nung deu nhiet L "Luu_luong_dau_3" MD116 Luu luong dau vung nung deu nhiet L 1.230000e-001 *R T "Do_mo_van_dau_3" MD176 Do mo van dau vung nung deu nhiet CALL FC 101 MỤC LỤC Contents LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN NHÀ MÁY CÁN THÉP LƢU XÁ 1.1 Giới thiệu chung nhà máy cán thép Lƣu xá 1.2 Quy trình công nghệ cán thép 11 1.2.1 Quy trình cán thép dây cuộn 13 1.2.2 Quy trình cán thép tròn trơn vằn 16 1.2.3 Quy trình cán thép hình 17 CHƢƠNG TỔNG QUAN LÒ NUNG CÁN THÉP LIÊN TỤC 19 2.1 Sơ lƣợc lò nung 19 2.1.1 Nhiệm vụ lò nung 19 2.1.2 Khái niệm chung nung kim loại 19 2.2 Cấu tạo lò nung nhà máy cán thép Lƣu xá 24 2.2.1 Tính kỹ thuật phạm vi ứng dụng lò nung 24 2.2.2 Cấu tạo lò nung 25 2.3 Thiết bị lò nung 27 2.3.1 Hệ thống khí nén 27 2.3.2 Hệ thống đƣờng dầu 29 2.3.3 Hệ thống mỏ đốt lò 31 2.3.4 Nƣớc làm nguội 32 2.3.5 Thiết bị trao đổi nhiệt 32 2.3.6 Thiết bị sấy dầu 33 2.3.7 Hệ thống cấp gió 33 2.3.8 Hệ thống đƣờng khói 35 2.3.9 Hệ thống máy đẩy tấn, 40 tấn, máy tống phôi 36 2.4 Nguyên lý hoạt động lò nung 37 2.5 Hệ thống cung cấp điện đo lƣờng điều khiển 38 2.5.1 Hệ thống cung cấp điện 38 102 2.5.2 Hệ thống đo lƣờng điều khiển 38 2.6 Kết luận chƣơng 44 CHƢƠNG XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG 45 3.1 Cấu trúc chung hệ điều khiển 45 3.2 Bài toán điều khiển nhiệt độ lò nung 45 3.2.1 Xác định hàm truyền đạt khối 49 3.2.2 Mô Matlab Simulink 52 3.3 Thiết kế điều khiển nhiệt độ lò nung 53 3.3.1 Tổng quan điều khiển dự báo 53 3.3.2 Tổng quan điều khiển PID 55 3.3.3 Thiết kế điều khiển nhiệt độ cho lò nung sử dụng PID 57 3.4 Kết luận chƣơng 67 CHƢƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN 69 LÒ NUNG PHÔI 69 4.1 Thiết lập cấu hình phần cứng 69 4.2 Phân công cổng vào/ra 72 4.3 Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển 74 4.3.1 Lƣu đồ chƣơng trình 75 4.3.2 Lƣu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ vùng lò 75 4.3.3 Lƣu đồ thuật toán xử lý tín hiệu đo - Khối FC n (1 ÷ 3) 77 4.3.4 Lƣu đồ thuật toán điều chỉnh van khí – Khối FC n + (n = ÷ 3) 78 4.4 Chƣơng trình điều khiển 79 4.5 Thiết lập giao diện vận hành mô 79 4.5.1 Cấu hình phần cứng WinCC 79 4.5.2 Thiết kế giao diện hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy cán thép Lƣu xá 83 4.5.2.1 Giao diện điều khiển giám sát nhiệt độ lò nung phôi 83 4.5.2.2 Giao diện cài đặt thông số 84 4.5.2.3 Giao diện giám sát hoạt động vùng nung sơ 85 4.5.2.3 Giao diện giám sát nhiệt độ vùng lò nung phôi 86 4.5.3 Mô 87 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 93 103 104 ... Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy Cán thép Luận văn bao gồm có 04 chƣơng: Chương Tổng quan nhà máy Cán thép Lưu xá Chương Tổng quan lò nung cán thép liên... công nghệ gia công mà tiến hành nung cho phù hợp (nung để rèn, để cán, để nhiệt luyện ) Quá trình nung phải đảm bảo phôi có nhiệt độ nung, tốc độ nung độ đồng nhiệt Nhiệt độ nung nhiệt độ cuối... Hình 4.12 Giao diện giám sát nhiệt độ vùng nung sơ 85 Hình 4.13 Giao diện giám sát nhiệt độ vùng nung sơ 86 Hình 4.14 Giao diện điều khiển giám sát nhiệt độ lò nung phôi – mô 87 Hình 4.15