Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép bằng phương pháp điện xỉ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐỖ SỸ TRUNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TINH LUYỆN THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN XỈ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: TS NGUYỄN VĂN HÒA Hà Nội – Năm 2009 Đỗ Sỹ Trung CH Điều khiển tự động 07-09 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sỹ tự thực hướng dẫn thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Văn Hòa Các số liệu hoàn toàn trung thực chưa công bố tài liệu Để hoàn thành luận văn này, sử dụng tài liệu tham khảo ghi bảng tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu tham khảo khác mà không liệt kê phần tài liệu tham khảo Học viên Đỗ Sỹ Trung Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung CH Điều khiển tự động 07-09 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục .3 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng, hình vẽ Lời mở đầu .8 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH TINH LUYỆN THÉP 11 Khái quát chung 11 Các phương pháp tinh luyện thép .11 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP TINH LUYỆN THÉP ĐIỆN XỈ 14 Khái quát chung 14 Những ưu việt phương pháp tinh luyện thép điện xỉ 16 Thiết bị nguyên lý làm việc phương pháp tinh luyện điện xỉ 17 3.1.Thiết bị điện xỉ 17 3.1.1 Biến thiết bị cấp điện 18 3.1.2 Hệ thống điều khiển với thiết bị đo .19 3.1.3 Thùng kết tinh làm nguội nước 19 3.1.4 Tấm đáy làm nguội nước 20 3.1.5 Bộ phận giá đỡ điện cực di chuyển lên xuống 20 3.1.6 Điện cực tiêu hao 21 3.2 Nguyên lý làm việc thiết bị điện xỉ 21 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng cho xản xuất nước 22 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TINH LUYỆN THÉP BẰNG ĐIỆN XỈ .26 Đặc điểm, yêu cầu hệ thống điều khiển trình tinh luyện thép điện xỉ .26 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình điều khiển tinh luyện điện xỉ 34 Phân tích ảnh hưởng tham số điều khiển tới trình tinh luyện 36 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung CH Điều khiển tự động 07-09 3.1 Ổn định dòng điện I cách di chuyển điện cực 36 3.2 Ổn định điện áp U шл lớp xỉ cách dịch chuyển điện cực38 3.3 Ổn định công suất Pшл cách dịch chuyển điện cực 39 3.4 Ổn định điện trở lớp xỉ Rшл cách di chuyển điện cực .40 Giới thiệu phân tích số điều khiển thiết bị điện xỉ 41 4.1 Bộ điều chỉnh dòng điện kiểu ОКБ-905 41 4.2 Bộ điều khiển dịch chuyển điện cực БЭЭР Mỹ 42 4.3 Hệ thống tự động điều khiển cho lò điện xỉ kiểu P-951 44 4.4 Bộ điều chỉnh dòng điện traritor 45 4.5 Bộ điều khiển АРАД-Ш 47 4.6 Hệ thống tự động điều khiển chương trình СПУ-5656 49 4.7 Hệ thống điều khiển trực tham số công nghệ 50 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TINH LUYỆN THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN XỈ 52 Xây dựng lựa chọn cấu hìn hệ thống 52 1.1 Phần động lực 52 1.2 Thiết bị đo, giám sát điều khiển 53 1.2.1 Thiết bị điều khiển hệ PLC S300 53 1.2.2 Thiết bị biến tần điều khiển động dẫn động điện cực .62 1.2.3 Màn hình giám sát điều khiển HMI .64 1.2.4 Thiết kế điều khiển điện áp .67 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển 68 Mô tả hệ thống chức khối điều khiển 69 3.1 Khối điều khiển điện ổn định điện áp lớp xỉ 69 3.2 Chương trình điều khiển dòng điện qua điện cực 72 3.3 Chương trình điều khiển tốc độ nấu chảy thỏi liệu 74 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển 76 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC .82 Tóm tắt luận văn 95 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung CH Điều khiển tự động 07-09 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Thuật ngữ Ý nghĩa OB Organization blocks Khối tổ chức SFC system functions hàm hệ thống FB Function blocks Khối hàm Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung CH Điều khiển tự động 07-09 DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng, hình Hình 2.1 Hình 3.1 Hình 3.2 Tên bảng, hình Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 18 Sơ đồ thiết bị điện xỉ Đồ thị mối quan hệ độ sâu lớp kim loại với vận tốc tan chảy điện cực Mối quan hệ phụ thuộc ∆hэл vào vпл Sự phụ thuộc điện trở lớp xỉ Rшл hệ số khuyếch đại Ky vào khoảng cách điện cực hэл Vị trí đầu hình chóp điện cực khỏi lớp xỉ Đường cong Trang R * экв = f (hэл ) theo tính toán Sự thay đổi thông số trình tinh luyện điện xỉ giữ I эл không đổi Sự thay đổi thông số trình tinh luyện điện xỉ giữ điện áp U шл không đổi Sự thay đổi thông số trình tinh luyện điện xỉ công suất Pшл giữ ổn định Sự thay đổi thông số trình tinh luyện điện xỉ giữ điện áp Rшл không đổi 27 27 30 31 35 37 38 39 40 Hình 3.10 Sơ đồ điều chỉnh kiểu ОКБ 42 Hình 3.11 Bộ điều chỉnh điện tử tác động nhanh БЭЭР Mỹ 43 Hình 3.12 Sơ đồ khối hệ thống tự động điều khiển cho lò điện xỉ P-951 44 Hình 3.13 Sơ đồ khối Hệ thống tự động điều khiển transitor 45 Hình 3.14 Sơ đồ khối điều khiển АРАД-Ш 47 Hình 3.15 Hệ thống tự động điều khiển chương trình СПУ-5656 49 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung CH Điều khiển tự động 07-09 Hình 3.16 hệ thống điều trực tham số công nghệ 51 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện động lực cấp nguồn điện cực 52 Hình 4.2 Sơ đồ bố trí, kết nối PLC S7-300 54 Hình 4.3 Thực chương trình 55 Hình 4.4 Cửa sổ ban đầu Simatic Manager 57 Hình 4.5 Cửa sổ chọn loại CPU 58 Hình 4.6 Cửa sổ chọn khối OB đặc biệt 58 Hình 4.7 Cửa sổ kết thúc trình cài đặt 59 Hình 4.8 Cửa sổ cài đặt phần cứng 59 Hình 4.6 Một số chủng loại biến tần hãng Fuji 63 Hình 4.7 Sơ đồ đầu kết nối biến tần Fuji-Multi 64 Hình 4.8 Sơ đồ kết nối hình Delta với thiết bị điều khiển PLC 65 Hình 4.9 Màn hình giao diện HMI hãng Delta 66 Hình 4.10 Ngôn ngữ xây dựng giao diện SCREEN EDITOR 1.05.75 66 Hình 4.11 Sơ đồ điều khiển điện áp 67 Hình 4.12 Sơ đồ hệ thống điều khiển 68 Hình 4.13 Lưu đồ thuật toán điều khiển, ổn định điện áp 71 Hình 4.14 lưu đồ thuật toán điều chỉnh dòng điện cực 73 Hình 4.15 Lưu đồ thuật toán điều khiển ổn định tốc độ nấu chẩy thỏi liệu 75 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung CH Điều khiển tự động 07-09 LỜI MỞ ĐẦU Trong nghiệp công nghiệp hóa hiện, đại hóa nước ta việc trang bị hệ thống điều khiển có chất lượng cao cho thiết bị ngành công nghiệp luyện kim đóng vai trò vô cần thiết Với phát triển mạnh yêu cầu ngày cao sản phẩm ngành luyện kim đòi hỏi vật liệu để chế tạo chúng có lý tính cao phải làm việc điều kiện nhiệt độ, áp suất cao, chống ăn mòn hóa học, điện hóa, chống bào mòn học, chống nóng, chống gỉ, chống mài mòn va đập Để có đặc tính thép sản xuất cần phải qua môi trường tinh luyện Để tinh luyện thép người ta có nhiều phương pháp tinh luyện khác tinh luyện qua lò hồ quang chân không, lò cảm ứng chân không, lò điện tử chân không, lò plasma, lò điện xỉ Trong phương pháp tinh luyện, phương pháp tinh luyện thép điện xỉ phương pháp tinh luyện tiên tiến với nhiều ưu điểm trội như: Vốn đầu tư thấp, chất lượng sản phẩm cao cho phép khử sâu S, số tạp chất phi kim Hiện phương pháp phổ biến nhiều nước giới Nga, Đức, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ Đặc biệt công nghiệp chế tạo vũ khí Nga, Ucraina người ta thường dùng phương pháp để chế tạo loại phôi cho sản xuất nòng súng Đối với nước ta năm gần phương pháp tinh luyện điện xỉ nghiên cứu ứng dụng số sở nghiên cứu như: Bộ môn luyện kim đen Trường đại học Bách khoa Hà Nội,Viện luyện kim đen, Viện công nghệ Bộ công nghiệp, Viện công nghệ Tổng cục CNQP Mặc dù sở nghiên cứu nghiên cứu xây dựng hoàn chỉnh công nghệ tinh luyện điện xỉ, thiết bị chưa thể đáp ứng độ ổn định tham số chưa đạt yêu cầu công nghệ đặt Trong thiết bị điện xỉ hệ thống điều khiển, điều chỉnh đóng vai trò vô quan trọng Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung CH Điều khiển tự động 07-09 định độ ổn định tham số công nghệ, từ định chất lượng sản phẩm Với yêu cầu thiết bị điện xỉ việc nghiên cứu, xây dựng hoàn thiện hệ thống điều khiển cho thiết bị điện xỉ vô cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm Đặc biệt giai đoạn nước ta tiến tới nội địa hóa dần sản phẩm ngành khí chế tạo ô tô, xe máy đặc biệt sản phẩm vũ khí quân Xuất phát từ yêu cầu cấp thiết thực tiễn, với mong muốn đóng góp phần nhỏ bé vào công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước tác giả chọn đề tài “Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ” Nội dung đề tài phân tích ảnh hưởng tham số điều khiển tới chất lượng sản phẩm từ xây dựng hệ thống điều khiển tham số cho chất lượng phương pháp tinh luyện đáp ứng yêu cầu công nghệ Đề tài hoàn thành với hướng dẫn nhiệt thành thầy hướng dẫn TS Nguyễn Văn Hòa thầy cô môn Điều khiển Tự động – Trường Đại học Bách khoa Hà nội Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo TS Nguyễn Văn Hòa thầy cô môn Điều khiển Tự động tận thành giúp đỡ trình hoàn thành luận văn Nhân chân thành cảm ơn đơn vị: Bộ môn Luyện kim đen – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện luyện kim đen, Viện công nghệ - Bộ Công nghiệp, Viện công nghệ - Tổng cục CNQP giúp tiếp cận thực tế sản xuất hoàn thành luận văn Do thời gian nghiên cứu có hạn, khả nhiều hạn chế, nên luận án không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 10 CH Điều khiển tự động 07-09 ý kiến đóng góp, bảo Thầy, Cô đồng nghiệp với đọc giả để đề tài hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội tháng 11 năm 2009 Đỗ Sỹ Trung Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 82 CH Điều khiển tự động 07-09 PHỤ LỤC Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 83 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 84 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 85 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 86 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 87 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 88 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 89 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 90 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 91 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 92 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 93 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 94 CH Điều khiển tự động 07-09 Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ 95 Đỗ Sỹ Trung CH Điều khiển tự động 07-09 TÓM TĂT LUẬN VĂN Chất lượng trình tinh luyện điện xỉ có ảnh hưởng lớn đến chất lượng thép Xây dựng hệ thống điều khiển cho trình tinh luyện điện xỉ nhằm ổn định tham số điều khiển dòng, áp, điện trở lớp xỉ, tốc độ nóng chảy điện cực từ nâng cao chất lượng trình tinh luyện Mục tiêu luận văn phân tích, đánh giá ảnh hưởng của tham số điều khiển tới chất lượng tinh luyện xây dựng hệ thống điều khiển đáp ứng yêu cầu Nội dung luận văn chia thành chương với nội dung trình bày sơ lược chương sau: Chương Tổng quan trình trình tinh luyện thép trình bày sơ lược trình tinh luyện thép phân loại phương pháp tinh luyện Chương Tổng quan trình tinh luyện thép phương pháp điện xỉ trình bày thiết bị, công nghệ điện xỉ, ưu điểm tình hình phát triển phương pháp Chương Phân tích hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ trình bày đặc điểm hệ thống điều khiển phân tích đánh giá ảnh hưởng tham số điều khiển tới trình tinh luyện Phân tích số điều khiển có Chương Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ trình bày lựa chọn phần tử tích hợp hệ thống, xây dựng thuật toán điều khiển, điều chỉnh tham số đáp ứng yêu cầu công nghệ Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 96 CH Điều khiển tự động 07-09 SUMMARY The quality of slag electrical refining process has strong influence on the grade of steel Building the control system for the process is to stabilize the parameters such as current, voltage, resistance, the melting rate of the electrode, which will be able to improve the quality of refining process The objective of this thesis is to analyze and assess the influence of the control parameters on the quality of refining and building control system to meet the requirements Content of the thesis is divided into four chapters which the content outline is presented in each chapter as follows: Chapter Overview of the steel refining process: Outlining the steel refining process and classifying the refining methods Chapter Overview of the steel refining process via the electric slag method: Presenting devices, technology, advantages and development of the method Chapter Analyzing control systems via slag electrical method: Presenting characteristics of control system, analyzing and assessing the influence of parameters on the refining process Analyzing some available controllers Chapter Building control system via slag electrical method: Presenting the selects of elements and system integration, setting algorithms, adjusting parameters to meet the requirements of technology Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ ... bị điện xỉ công suất Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 26 CH Điều khiển tự động 07-09 CHƯƠNG PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TINH LUYỆN THÉP BẰNG PHƯƠNG... súng Xây dựng hệ thống điều khiển tinh luyện thép phương pháp điện xỉ Đỗ Sỹ Trung 14 CH Điều khiển tự động 07-09 CHƯƠNG TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP TINH LUYỆN THÉP ĐIỆN XỈ Khái quát chung Phương pháp tinh. .. động điều khiển chương trình СПУ-5656 49 4.7 Hệ thống điều khiển trực tham số công nghệ 50 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TINH LUYỆN THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN XỈ 52 Xây dựng