Điều khiển nhiệt độ lò nung thép
MỤC LỤC
Phát biểu bài toán điều khiển quá trình nung
Yêu cầu nhiệt độ từng vùng nung 1. Vùng sấy
Vùng sấy có nhiệt độ khoảng 700 – 800oC, vùng này có nhiệm vụ làm tăng dần nhiệt độ phôi lên tránh tình trạng phôi bị nóng lên một cách đột ngột ở nhiệt độ vùng nung gây nứt tế vi phôi làm ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm. Là vùng chủ yếu tăng nhiệt độ của phôi nung nên nhiệt độ vùng này phải cao, từ 12000÷12500C và nhiệt độ lò lớn hơn nhiệt độ bề mặt phôi khoảng 1000C, sai số nhiệt độ của phôi chủ yếu do mác thép nung, kích thước phôi nung thay đổi và sản lượng cán thay đổi. Để đáp ứng đúng yêu cầu công nghệ cán, việc tự động hoá duy trì nhiệt độ vùng đồng nhiệt là cần thiết bởi vì phôi trước khi ra lò cần có nhiệt độ nhất định để đáp ứng nhu cầu về độ biến dạng dẻo của thép nhằm giảm gây biến dạng, giảm tiêu hao năng lượng khi gia công và tăng tuổi thọ của thiết bị.
Bài toán điều khiển nhiệt độ lò nung
Khi điều khiển nhiệt độ cho từng vùng ta phải điều chỉnh lưu lượng dầu, khí nén (để hóa mù dầu) và khí đốt (hay không khí) và tỉ lệ giữa chúng theo một tỉ lệ nhất định tùy thuộc vào giá trị nhiệt độ cần đặt. Trong luận văn này, ta xem dầu đã được kết hợp với khí nén có đủ áp lực để mù hóa dầu và vì lượng khí đốt được đặt theo lượng dầu nên khi đó ta có thể coi việc điều khiển nhiệt độ lò nung có một tín hiệu vào là lưu lượng dầu và một tín hiệu ra là nhiệt độ. Bài toán điều khiển đặt ra là: Với các vùng lò nung là vùng sấy, vùng nung và 2 vùng đồng nhiệt thì với giá trị nhiệt độ đặt trước (theo yêu cầu công nghệ) ở mỗi vùng cần điều khiển van cấp dầu (và từ đó điều khiển không khí theo tỷ lệ tối ưu nhất) sao cho nhiệt độ vùng ổn định tại nhiệt độ đặt trước đó.
GIỚI THIỆU PLC VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH 2.1. Giới thiệu PLC
- Phần mềm lập trình 1. Cấu trúc chương trình
RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở vị trí RUN (quan sát đèn trạng thái). Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn. SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính.
Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. - Chương trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình nằm trong khối chương trình chính (OB1), các lệnh trong chương trình luôn được quét từ đầu đến cuối chương trình và quay lại từ đầu trong quá trình PLC hoạt động.
- Chương trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt, từng phần nằm trong những khối riêng biệt (OB1, SUBROUTIN, INTERRUPT). Để tạo dữ liệu trong khối này ta có click vào biểu tượng trên màn hình hoặc trên cây thư mục chọn khối và click vào biểu tượng “USER”, khi đó màn hình chương trình sẽ chuyển sang làm việc với khối. Retentive Ranges: Khối này cho phép chọn 5 vùng nhớ có thể lưu dữ liệu khi PLC bị mất điện, nếu vùng nào được chọn thì dữ liệu vùng đó được giữ, ngược lại sẽ bị reset về 0.
Trường hợp PLC đã có password thì người không có password không thể upload từ PLC về máy tính nhưng có thể DownLoad chương trình vào PLC bằng các chọn “clear PLC”, khi đó toàn bộ dữ liệu sẽ bị xóa. Background Time: Background time còn gọi là thời gian nền, được chuyên dùng cho việc xử lý các yêu cầu truyền thông trong chế độ chạy ở trạng thái biên dịch hoặc đáp ứng. WINCC ( Windows Control Center ): là chương trình kết hợp với PLC dùng để giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển các hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất, nó là một chương trình HMI (Human Machine Interface) hỗ trợ người dùng lập trình thiết kế giao diện người – máy.
LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NUNG THÉP
Cấu trúc điều khiển nhiệt độ của lò nung
- Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển chính được sử dụng để điều khiển van dầu. Giá trị nhiệt độ của vùng i được cảm biến CB (can nhiệt) đo được và so sánh với giá trị nhiệt độ đặt. Sai lệch này được bộ điều khiển PID xử lý và điều khiển van dầu.
- Bộ điều khiển van không khí (hình 3.4) là bộ điều khiển tỷ lệ có bù để chế độ cháy hoàn toàn. Đồng thời cảm biến đo không khí dư CBKK trong lò sẽ được nhân với hệ số bù nhiệt độ.
Thiết kế chương trình điều khiển trên nền Tia V15
Thuật toán được thực hiện tuần tự: Từ việc xử lý tín hiệu đo để đưa ra tín hiệu quá trình, sau đó tín hiệu quá trình được tính toán điều khiển để đưa ra tín hiệu điều khiển van dầu. Và cuối cùng tín hiệu điều khiển van dầu được tính toán để đưa ra tín hiệu điều khiển van không khí. Hàm FC(i) có chức năng lựa chọn cảm biến đo (lựa chọn can nhiệt được sử dụng) để đưa ra tín hiệu quá trình.
Lưu đồ chương trình xử lý tín hiệu nhiệt độ các vùng của lò nung để đưa vào bộ điều khiển. Mỗi vùng đều có hai cặp nhiệt để đo nhiệt độ, một để sử dụng và một để dự phòng nếu can nhiệt nào đó bị lỗi. Giá trị của hai cặp nhiệt được so sánh với nhau và giá trị lớn hơn được coi là giá trị đúng và được chuyển vào bộ điều khiển.
Ở đây ta xem hệ số tỷ lệ này ktl đã được tính toán tối ưu và được nhập vào từ màn hình giám sát. Ngoài ra, để quá trình đốt cháy hiệu quả cần phải tính đến lượng không khí dư trong lò. Ngoài ra để quá trinh đốt cháy hoàn toàn thì cần tính đến lưu lượng khí thừa (ký hiệu là IN2) trong lò theo như sơ đồ ở trên.
Toàn bộ chương trình được đặt ở phần phụ lục của luận văn (xem phụ lục trang 78-92).
Thiết kế phần mềm giám sát 1. Yêu cầu thiết kế
- Thiết kế giao diện HMI
Mục đích thiết kế giao diện tổng quan khu vực lò nung để giúp người vận hành theo dừi tổng thể khu vực lũ, bao gồm thụng tin chung về phụi thộp (mỏc thộp, cõn nặng, độ dài, tiết diện), hệ thống nạp phôi, hệ thống phân phối khí và lò nung. Tuy nhiên, trong phạm vi của luận văn tác giả chỉ tập trung vào phần lò nung và đặc biệt là phần điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nung, các phần còn lại được thiết kế sẵn tuy nhiên chưa được gán các tag quá trình để sử dụng. Mỗi vùng Zone có hai ô hiển thị giá trị nhiệt độ của vùng được lấy từ hai can nhiệt được đặt ở hai bên lò.
Để điều khiển và giám sát nhiệt độ từng vùng lò ta kích chuột vào vùng Zone đó, sẽ chuyển sang trang Heating Zone để theo dừi và cài đặt nhiệt độ. Ví dụ như lò nung thì gồm có 4 vùng với nhiệt độ khác nhau: vùng 1 (vùng sấy) có nhiệt độ thấp nhất thì hiển thị bằng màu hồng nhạt, vùng 2 (vùng nung) có nhiệt độ cao nhất được hiển thị bằng màu đỏ cam và hai vùng đồng nhiệt có nhiệt độ giảm hơn chút so với vùng 2 thì được hiển thị bằng màu vàng (xem hình 3.8). Kích vào nút TREND sẽ ra trang màn hình TREND1 để hiển thị trạng thái nhiệt độ của vùng 1 dưới dạng đồ thị và dạng bảng.
Kích vào ALARM sẽ ra trang màn hình ALARM1 hiển thị các trạng thái cảnh báo như cảnh báo như cảnh báo lỗi thiết bị đo, lỗi thiết bị chấp hành…. Ngoài ra ở mục Temperature hiển thị giá trị nhiệt độ đặt SP và nhiệt độ thực PV để người quan sát biết được và điều chỉnh phù hợp. Tương tự các miền Air flow, Oil fuel flow và Ratio cũng tương tự vậy, tức là hiển thị hai giá trị: một là giá trị đặt (hoặc giá trị được tính toán điều khiển) và một là giá trị thực tế đo được.
Trên trang màn hình này người điều khiển có thể quan sát cũng như thay đổi các tham số KP, TI, TD để điều khiển nhiệt độ lò nung đạt yêu cầu công nghệ.
