NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU CÁN LIÊN TỤC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI   VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP   ====o0o====            ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hà nội, 6-2018     TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o====      ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU CÁN LIÊN TỤC Trưởng bộ môn    : PGS.TS. Trần Trọng Minh  Giáo viên hướng dẫn  : TS. Nguyễn Mạnh Tiến  Sinh viên thực hiện  : Dương Xuân Việt  Lớp       : TĐH04 - K58  MSSV      : 20134573  Giáo viên duyệt    :   Hà Nội, 6-2018      LỜI CAM ĐOAN     Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU CÁN LIÊN TỤC do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo  TS. Nguyễn Mạnh Tiến. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.    Để  hoàn  thành  đồ án  này  em  chỉ  sử  dụng  những  tài liệu được  ghi  trong  danh  mục tài liệu tham khảo và khơng sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu  phát hiện có sự sao chép em xin chịu hồn tồn trách nhiệm.  Hà Nội, ngày 29 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thực hiện      Dương Xuân Việt        MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CÁN 1.1. Tổng quan về công nghệ cán   2 1.2. Cấu tạo máy cán 1.3. Phân loại   4 1.3.1. Phân loại theo tên gọi  . 4 1.3.2. Phân loại theo số trục cán và cách bố trí   4 1.3.3. Phân loại theo số hộp cán và cách bố trí   5 1.3.4. Phân loại theo chế độ làm việc   6 1.3.5. Yêu cầu truyền động của máy cán   6  1.4. Máy cán nóng liên tục   6  1.5. Dây chuyền cán thép của nhà máy NATSTEELVINA   9 1.5.1. Mô tả dây chuyền cán thép của nhà máy NATSTEELVINA   9 1.5.2. Thông số kỹ thuật   13 CHƯƠNG 15 HỆ THỐNG SCADA DÂY CHUYỀN CÁN 15 2.1. Hệ thống SCADA   15 2.1.1. Khái niệm chung   15 2.1.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA   15 2.2. Hệ thống Scada của chuyền cán công ty NATSTEELVINA   17 2.3. Hệ thống cung cấp điện chung cho dây chuyền cán thép  . 19 CHƯƠNG 25 TÍNH TỐN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 25     3.1 Cấu hình hệ truyền động điện một chiều của động cơ trục cán   26 3.2. Tính tốn hệ điều khiển hai mạch vịng   25  3.2.1. Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện  . 25 3.2.2. Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ   27 3.2.2. Tính tốn thơng số  . 28  CHƯƠNG 33 PHÂN TÍCH HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI DCS 800 33 4.1 Cấu trúc phần cứng của DCS800   33 4.2. Cấu hình điều khiển bộ biến đổi DCS800  . 34 4.2.1. Khâu đặt tốc độ   34 4.2.2 Khâu hạn chế gia tốc   37 4.2.3 Khâu phản hồi tốc độ  . 39 4.2.4 Khâu điều chỉnh tốc độ   40 4.2.5. Khâu đặt momen   43 4.2.6. Khâu hạn chế momen  . 44 4.2.7. Khâu điều chỉnh dòng điện phần ứng  . 45 4.2.8. Khâu điều chỉnh sức điện động và từ thông   47 4.2.9. Khâu điều chỉnh dịng kích từ   48 CHƯƠNG 50 TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN LỰC CĂNG CHO CƠNG ĐOẠN CÁN THÔ 50 5.1. Nguyên lý điều khiển lực căng  50 5.2. Mô phỏng trên Matlab/Simulink   51 5.3. Kết quả mô phỏng   54 5.4. Nhận xét kết quả   57  KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59         Danh mục hình vẽ  DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1  Các bộ phận chính của máy cán  3 Hình 1.2. Các kiểu máy cán theo số trục cán.   4 Hình 1.3. Phương thức đặt hộp cán.  . 5  Hình 1.4.Sự vượt trước chậm sau.   7 Hình 1.5. Sơ đồ cơng nghệ của nhà máy NATSTEELVINA.  . 10 Hình 1.6. Bố trí động cơ M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8.   11 Hình 1.7. Bố trí động cơ M9, M10.   11 Hình 1.8. Bố trí động cơ M11, M12, M13, M14, M15, M16, M17.   12 Hình 1.9. Bố trí động cơ M18, M19, M20, M21.   12 Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ SCADA   16 Hình 2.2. Cấu hình mạng truyền thơng cơng ty NATSTEELVINA.  . 17 Hình 2.3. Hệ thống điều khiển các trục cán.   18 Hình 2.4. Hệ thống điều khiển thiết bị thuộc khu vực cán thanh.   18 Hình 2.5. Hệ thống điều khiển thiết bị cắt nóng và thiết bị phụ trợ cán.  . 19 Hình 2.6. Sơ đồ cung cấp điện chung dây chuyền cán thép.   19 Hình 2.7. Các thiết bị được cấp nguồn từ máy biến áp T1.   20 Hình 2.8. Các thiết bị được cấp nguồn từ máy biến áp T2.   21 Hình 2.9. Các thiết bị được cấp nguồn từ máy biến áp T3   22 Hình 2.10. Các thiết bị được cấp nguồn từ máy biến áp T4.   23 Hình 2.11. Các thiết bị được cấp nguồn từ máy biến áp T5.   24 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ truyền động điện một chiều động cơ cán sử dụng BBĐ DCS800    25    Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện một chiều.  . 26  Hình 3.3. Mạch vịng điều khiển dịng điện.   26 Hình 3.4. Mạch vịng điều khiển tốc độ  28   i  Danh mục hình vẽ  Hình 3.5. Mạch vịng điều khiển tốc độ rút gọn.   29 Hình 4.1. Sơ đồ khối của bộ biến đổi DCS800.   33 Hình 4.2. Cấu hình điều khiển chung của bộ biến đổi DCS800.   34 Hình 4.3. Sơ đồ khâu đặt tốc độ.   35 Hình 4.4. Khâu hạn chế gia tốc.   37 Hình 4.5. Đường đặt tốc độ khi có khâu Ramp.   39 Hình 4.6. Khâu phản hồi tốc độ.   40 Hình 4.7. Khâu điều chỉnh tốc độ.   41 Hình 4.8. Tương quan giữa tốc độ và mơ men đặt.  . 42 Hình 4.9. Khâu đặt momen.   44 Hình 4.10. Khâu hạn chế momen.   45 Hình 4.11. Khâu điều chỉnh dịng điện phần ứng  45 Hình 4.12. Khâu điều khiển sức điện động và từ thơng.  . 47 Hình 4.13. Khâu điều chỉnh dịng điện kích từ.   49 Hình 5.1: Q trình cán liên tục giữa 3 giá cán.   50 Hình 5.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển lực căng cơng đoạn cán thơ.   53 Hình 5.3. Sơ đồ mơ phỏng hệ thống điều khiển lực căng 3 hộp cán đầu tiên    54 Hình 5.4. Sơ đồ mơ phỏng 3 động cơ truyền động cho 3 gián cán tương ứng   . 54 Hình 5.5. Sơ đồ mơ phỏng hệ thống truyền động điện một chiều động cơ 1.   55 Hình 5.6. Mơ hình tính momen cản    55 Hình 5.7. Mơ hình tính lực căng từ dịng điện    56 Hình 5.8. Mơ hình tính lượng bù tốc độ động cơ 1.   57 Hình 5.9. Kết quả mơ phỏng động cơ 1    58 Hình 5.10. Kết quả mơ phỏng động cơ 2.  . 59 Hình 5.11. Kết quả mơ phỏng động cơ 3.  . 60   ii  Danh mục từ viết tắt  DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU     Bảng 1.1. Tham số động cơ cho giá cán.   13 Bảng 1.2. Tham số động cơ cho giá cán khi cán thép Φ6    14 Bảng 4.1. Nguồn lựa chọn tham số Ref1Sel.   34   ii  Lời nói đầu  LỜI NĨI ĐẦU     Trong nền sản xuất cơng nghiệp hiện đại, vấn đề tự động hóa ln được các cơng  ty chú trọng phát triển. Mục đích nhằm nâng cao chất lượng và tăng tính cạnh tranh của  sản phẩm. Trong các dây chuyền sản xuất thì hệ truyền động điện có điều chỉnh tốc độ và  momen là khơng thể thiếu.   Ngày nay tự động hóa điều khiển các q trình sản xuất đã đi sâu vào trong nhiều  lĩnh  vực  sản xuất và  một những  ứng  dụng  của  nó là áp  dụng cho  dây  chuyền  cán  thép  nóng liên tục. Cán kim loại là một trong những phương pháp gia cơng kim loại bằng áp  lực  rất  cần  thiết đối  với nền  sản xuất  công  nghiệp ở  nước  ta, và  vấn  đề  điều  chỉnh  lực  căng đoạn phơi trong q trình cán là rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng  sản phẩm chính vì vậy để hiểu rõ hơn về vấn đề này, em đã được giao đề tài tốt nghiệp:  “HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU CÁN LIÊN TỤC “.  Để  hoàn  thành  được  đồ  án  tốt  nghiệp  này,  em  xin  chân  thành  cảm  ơn  thầy  TS.Nguyễn Mạnh Tiến  đã  tận  tình  hướng  dẫn  em  trong  suốt  quá  trình  làm  đồ  án  tốt  nghiệp. Bên cạnh đó, em cũng xin chân thành cảm ơn anh Thành và các anh kỹ sư trong  xưởng  tự  động  hóa  nhà  máy  NATSTEELVINA  đã  nhiệt  tình  chỉ  bảo,  hướng  dẫn  cũng  như cung cấp tài liệu để em có thể hồn thành được đồ án tốt nghiệp.    Hà Nội, ngày 29 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thực     Dương Xn Việt    1   Chương 4. Phân tích hệ truyền động điện một chiều sử dụng bộ biến đổi DCS 800.  Khâu điều khiển sức điện động và từ thơng có chức năng điều khiển sức điện động và  từ thơng cho mạch kích từ. Tín hiệu điện áp chính của động cơ được trừ với tín hiệu sức  điện  động  đặt  và  điện  áp  định  mức  của  động  cơ  được  đưa  vào  khâu  Min  để  hạn  chế  momen của động cơ đặt  vào tham số EMF Internal (sức điện động tính tốn). Ở khâu lựa  chọn sức điện động (44.23), sức điện động được lựa chọn theo một các tham số sau:  0 = EMF Internal: Sức điện động tính tốn bên trong.  1 = VoltRefExt: Điện áp bên ngồi.  2 = AI1: Lượng đặt đầu vào tương tự AI1.  3 = AI2: Lượng đặt đầu vào tương tự AI2.  4 = AI3: Lượng đặt đầu vào tương tự AI3.  5 = AI4: Lượng đặt đầu vào tương tự AI4.  6 = AI5: Lượng đặt đầu vào tương tự AI5.  7 = AI6:Lượng đặt đầu vào tương tự AI6.  Tín hiệu ra từ khâu lựa chọn sức điện động là tín hiệu VoltRef1, sau khi trễ và hạn  chế  có  tín  hiệu  VoltRef2  đặt vào  bộ  điều  khiển sức  điện động.  Bộ  điều khiển  sức  điện  động dựa trên thuật tốn PI với các tham số KpEMF (hệ số khuếch đại Kp), TiEMF (hệ  số tích phân), EMF CtrlPosLim (giới hạn trên của bộ điều khiển sức điện động theo phần  trăm  của  từ  thơng  định  mức),  EMF  CtrlNegLim  (giới  hạn  dưới  của  bộ  điều  khiển  sức  điện động theo phần trăm của từ thơng định mức), tín hiệu phản hồi từ động cơ tạo ra tín  hiệu từ thơng tính tốn FluxRefEMF, tín hiệu này được cộng với tín hiệu từ thơng ở tốc  độ cơ bản tạo ra tín hiệu từ thơng tổng FluxRefSum và được cộng với tín hiệu từ thơng  hiệu chỉnh. Sau đó tín hiệu được đặt vào khâu tuyến tính hóa từ thơng sẽ tạo ra giá trị đặt  dịng  kích  từ,  khâu  tuyến  tính  hóa  từ  thơng  với  các  tham  số  được  chia  theo  khoảng  FlfCurFlux40 (giá trị 40% từ thơng định mức), FlfCurFlux70 (giá trị 70% từ thơng định  mức), FlfCurFlux90 (giá trị 90% từ thơng định mức).  4.2.9 Khâu điều chỉnh dịng kích từ Khâu điều khiển dịng kích từ có chức năng  điều khiển dịng điện  điều khiển  mạch  chỉnh  lưu  cầu  cho  phần  kích  từ.  Tín  hiệu  sau  khâu  tuyến  tính,  M1FldHeatRef,  48  Chương 4. Phân tích hệ truyền động điện một chiều sử dụng bộ biến đổi DCS 800.  M1FldRefExt  (dịng  kích  từ  ngồi  theo  phần  trăm  dịng  kích  từ  định  mức)  qua  khóa  chuyển tạo ra tín hiệu FldCurRefM1 đưa  vào bộ điều  khiển  dịng điện kích từ dựa trên  thuật tốn PI với các tham số M1KpFex (hệ số khuếch đại Kp), M1TiFex (hệ số tích phân  Ti), M1PosLimCtrl (giới hạn dịng kích từ theo phần trăm điện áp ra lớn nhất của kích từ)  và tín hiệu phản hồi của dịng kích từ cho động cơ.    Hình 4.13. Khâu điều chỉnh dịng điện kích từ.          49    Chương 5. Tính tốn điều khiển lực căng cho cơng đoạn cán thơ.    CHƯƠNG TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN LỰC CĂNG CHO CÔNG ĐOẠN CÁN THÔ   5.1 Nguyên lý điều khiển lực căng Bộ điều khiển lực căng được thực hiện trên PLC S7-400. Với mỗi thanh phơi, PLC  lấy  mẫu  dịng  phần  ứng  động  cơ  truyền  động  cho  giá  cán  thứ  i  tại  hai  thời  điểm.  Thời  điểm thứ nhất là khi phơi vào giá cán thứ i. Thời điểm thứ hai là khi phơi vào giá cán thứ  i+1. Từ sai lệch hai giá trị dịng đó, PLC sẽ tính ra lượng thay đổi tốc độ đặt cho giá cán  thứ i và những giá cán trước đó.  Việc điều chỉnh lượng đặt tốc độ theo ngun lý trên sẽ được thực hiện nhiều lần qua  từng thanh phơi, đến khi sai lệch hai lần lấy mẫu dịng nằm trong phạm vi cho phép.    Hình 5.1: Q trình cán liên tục giữa giá cán liền nhau.  Xét trục cán thứ i:Momen động cơ ứng với hai lần lấy mẫu dòng điện là:   M i,1  KIi,1 M i,2  KI i,2   Trong đó  I i,1  là dịng điện khi phơi vào hộp cán i(lần 1).            I i,2 là dịng điện khi phơi vào hộp cán i+1(lần 2).            Mi,1 là mơ men cán khi phơi vào hộp cán i (lần 1).  50  Chương 5. Tính tốn điều khiển lực căng cho cơng đoạn cán thơ.      Mi,2  là mô men cán khi phôi vào hộp cán i+1( lần 2).         Hiệu 2 mô men  là :     M i  M i,2  M i,1  K(I i,2  I i,1 )              (5.1).  Nếu  M i >0:  mô  men  cán  khi  phôi  vào  hộp  cán  i+1 lớn  hơn  mơ  men  cán  khi phơi  vào hộp cán i, tương ứng với dịng điện khi phơi vào hộp cán i+1 lớn hơn dịng điện khi  phơi vào hộp cán i, có nghĩa là tốc độ khi phơi vào hộp cán i+1 nhỏ hơn tốc độ khi phơi  vào hộp cán I, phơi đang bị trùng, cần phải giảm lượng bù tốc độ.  Nếu  M i  Không cần hiệu chỉnh (  i,j =0).  Nếu  Ti  T2  => Lượng bù tốc độ dương (  i,j >0).  Nếu  Ti  T1  => Lượng bù tốc độ âm (  i,j