Hình 3 15 Giao diện hệ thống cấp liệu khi đang hoạt động
Hình 3.16 .Giao diện Trend lưu lượng nước Ventury
Trend Làm mát khí hóa
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
Trend súng Oxy
Hình 3.18. Giao diện Trend súng Oxy
Trend góc quay lò
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
5. Arlam báo sự cố
Các trang Arlam cảnh báo sự cố khi có các thông số thấp quá mức hoặc vƣợt quá giới hạn cho phép
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3
Nội dung chƣơng này tác giả đã đề xuất các giải pháp kỹ thuật để thiết kế cho hệ thống SCADA điều khiển giám sát lò thổi :
- Đƣa ra mô hình, nhiệm vụ của hệ thống điều khiển giám sát, xây dựng cấu trúc điều khiển giám sát của hệ. Từ đó lựa chọn thiết kế cấu trúc phần cứng, phần mềm, thiết lập hệ truyền thông.
- Viết chƣơng trình điều khiển trên phần mềm STEP 7 5.5 và thiết kế giao diện điều khiển giám sát trên WinCC 7.0
- Chạy mô phỏng và thu đƣợc các kết quả nhƣ nhiệm vụ điều khiển giám sát hệ thống đã đƣa ra.
Các giải pháp kỹ thuật tác giả đƣa ra để xây dựng hệ thống điều khiển giám sát lò thổi không chỉ giúp ích cho việc vận hành theo công nghệ mà còn tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi thông tin với các cấp trên và phục vụ cho việc tự động hóa quá trình sản xuất của cả nhà máy luyện thép.
KẾT LUẬN CHUNG
Sau thời gian nghiên cứu và tìm hiểu tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho lò thổi trong nhà
máy luyện thép.
Bản luận văn đã tập trung nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát SCADA, một trong những hệ thống phổ biến đã và đang đƣợc áp dụng hầu hết trong lĩnh vực tự động hóa quá trình sản xuất. Qua quá trình nghiên cứu tôi đã thu đƣợc các kết quả nhƣ sau:
Về mặt lý thuyết :
+ Nghiên cứu nắm vững cơ sở lý thuyết về hệ thống điều khiển giám sát SCADA: Cấu trúc phần cứng, phần mềm và hệ truyền thông
+ Nghiên cứu nắm vững về công nghệ lò thổi trong nhà máy luyện thép Về mặt thực tiễn :
+ Ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho lò thổi
+ Dựa trên các phần mềm đã lựa chọn để viết chƣơng trình điều khiển, thiết kế giao diện, chạy mô phỏng và thu đƣợc các kết quả
Tác giả đã thiết kế giao diện và mô phỏng trên máy tính mà không có thiết bị thực tế nên việc lập trình gặp tƣơng đối nhiều khó khăn. Bên cạnh đó còn nhiều chức năng của các phần mềm chƣa đƣợc khai thác hết
Do thời gian nghiên cứu và trình độ có hạn cũng nhƣ một số điều kiện không cho phép nên bản luận văn này còn nhiều hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong nhận đƣợc sự góp ý và bổ sung để bản luận văn này hoàn thiện hơn nữa.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hoàng Minh Sơn, “Mạng truyền thông công nghiệp”, NXB KHKT, 2009 2. Tạp chí “Tự động hóa ngày nay”, số 124/2011
3. Nguyễn Doãn Phƣớc, “Tự động hóa với Simatic S7-300”, NXB KHKT, 2008
4. Trần Thu Hà, “Lập trình với S7 và WinCC 6.0, NXB Hồng Đức, 2008
5. Trƣờng ĐH CN Hà Nội,” Hệ thống SCADA và DCS”, 2008
6. http://dien-tudong.com/ 7. http://w3app.siemens.com/
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1 : Sơ đồ nguyên lý mạch lực điều khiển động cơ
1. Mạch lực của các động cơ quay lò : Mạch lực động cơ quay lò #1 .
Trong đó :
+ CU320-2 : Bộ điều khiển trung tâm của hệ biến tần quay lò.
+ CUA31 : Bộ chuyển đổi giữa bộ điều khiển trung tâm ( CU320-2) và khối lực ( PM340).
Mạch lực tủ điều khiển động cơ quay lò #3,4 :
PHỤ LỤC 2 : Thiết lập cấu hình mạng truyền thông a. Cấu hình mạng LAN
- Cấu hình địa chỉ IP cho các máy tính vận hành và lập trình : + Máy tính vận hành 1 : 192.168.9.1
+ Máy tính vận hành 2 : 192.168.9.2 + Máy tính lập trình :192.168.9.3
Sau đó đánh địa chỉ IP nhƣ hình và nhấn OK.
b. Cấu hình địa chỉ IP, địa chỉ Profibus DP cho PLC và BT.
- Trƣớc tiên cần thiết lập phần cứng cho PLC và biến tần trên phần mềm STEP7. Mở STEP7 và đặt tên cho chƣơng trình “Project_LT2”, sau đó Insert trạm PLC S7- 400. Kích vào phần “Hardware”. Chọn rack, nguồn nuôi CPU, CPU, module mở rộng:
Rack #1: CPU414-2DP. Rack #2: 5DI+ 2DO. Rack #3 : 5AI +1AO.
- Sau đó “Save and Compile” để kiểm tra lỗi. Ta đƣợc cấu hình cứng sau gồm có : Trạm ET3 và ET4 là hai rack mở rộng của CPU S7-400.
Một trạm của biến tần quay lò (CU320 – 2). Hai trạm của biến tần súng oxy (CU305 ).
- Định địa chỉ IP cho PLC là 192.168.9.4 bằng cách chọn “Object Properties” của module CP trên rack của CPU.
- Định địa chỉ Profibus cho các phần tử của hệ thống nhƣ sau : PLC : 2 Rack mở rộng #1 : 3 Rack mở rộng #2 : 4 Biến tần quay lò : 7 Biến tần súng oxy #1 : 8 Biến tần súng oxy #1 : 9
- Thực hiện định địa chỉ Profibus – DP cho CPU nhƣ hình sau ( Các phần tử còn lại cũng có cách làm tƣơng tự ):
- Định địa chỉ của IP của các biến tần sử dụng phần mềm STATER.
Sau đó đánh địa chỉ IP của biến tần quay lò: 192.168.9.5 nhƣ hình và nhấn OK (Làm tƣơng tự đối với biến tần súng oxy lần lƣợt là 192.168.9.6 và 192.168.9.7).
Sau khi đã định địa chỉ IP và Profibus –DP xong, ta tiến hành lƣu và download chƣơng trình xuống thiết bị để sẵn sang cho việc lập trình phần mềm.
PHỤ LỤC 3 : Lƣu đồ thuật toán và chƣơng trình điều khiển PLC.
Các khối hàm cần chèn của hệ thống.
a.Thực hiện chƣơng trình điều khiển nghiêng lò và nạp liệu với các yêu cầu sau
- Lò sẽ đƣợc điều khiển bằng tay điều khiển, có 2 hƣớng quay thuận (hƣớng quay về phía phòng vận hành chính ) và quay ngƣợc ( quay về phía bàn ra thép).
Động cơ quay lò có 2 cấp tốc độ : Tốc độ 1 : 150 vòng / phút.
Tốc độ 2 : 300 vòng/phút. - Điều kiện cho phép quay lò :
Nguồn lực của các động cơ quay lò phải đƣợc bật. Nguồn cấp cho phanh của các động cơ phải bật. Súng ở vị trí > 6m.
Không có lỗi của các biến tần.
Không nhấn nút dừng khẩn cấp ở các bàn điều khiển.
Lƣu đồ thuật toán điều khiển nghiêng lò: Các vị trí dừng lò gồm có ra thép, lấy mẫu, vị trí thẳng đứng
Bắt đầu Kết thúc Tín hiệu tay trang ĐK quay lò Đủ điều kiện quay lò
- Lệnh Move “control word “ xuống biến tần, - Move tốc độ xuống biến tần,
- Lệnh mở phanh Đến cực hạn cần dừng lò Dừng lò ở các vị trí cần dừng S Đ S S Đ Đ
Thực hiện move từ điều khiển vào các biến tần :
Thực hiện mở phanh cho các động cơ quay lò ( có điện phanh mở, mất điện phanh đóng ).
Điều khiển hệ thống nạp liệu Bắt đầu Kết thúc Thời gian thổi oxy = 1 phút KL liệu = KL đặt
Dừng rung các silo liệu S
Đ
S
Đ
Rung các silo chứa liệu
Thời gian thổi = 5
phút
Xả silo trung gian chứa Dolomit S
Đ
Thời gian thổi = 8
phút
Xả 2 silo trung gian chứa vôi S
Đ
Xả silo trung gian chứa quặng
Thời gian thổi = 3 phút S Đ 1 1
b. Thực hiện chƣơng trình điều khiển nâng hạ súng :
Yêu cầu cho phép nâng, hạ súng : Vị trí cao nhất của súng : 12m.
Lò ở vị trí thẳng đứng mới cho phép hạ súng xuống dƣới 6m.
Có nƣớc làm mát súng + nƣớc dập bụi Ventury + nƣớc thân lò mới cho phép xuống súng dƣới 6m.
Không có lỗi biến tần.
Không nhấn nút dừng khẩn cấp, nâng khẩn cấp súng.
Tạo bit điều kiện tự động nâng súng gồm : Nƣớc làm mát súng, nƣớc Ventury ( Có 2 cảm biến ), nƣớc làm mát thân lò < 50 m3/h.
- Lƣu đồ thuật toán điều khiển nâng hạ súng : Bắt đầu Kết thúc Kiểm tra tín hiệu nạp gang phế Đủ điều kiện hạ súng
- Lệnh Move “control word “ xuống biến tần, - Move tốc độ xuống biến tần,
- Lệnh mở phanh Vị trí súng = 2m Dừng hạ súng S Đ S S Đ Đ Đủ điều kiện nâng súng
- Lệnh Move “control word “ xuống biến tần, - Move tốc độ xuống biến tần,
- Lệnh mở phanh Vị trí súng = 6m Dừng nâng súng S S Đ Đ
- Chƣơng trình điều khiển hệ thống nâng hạ súng
Nâng súng :
Hạ súng :
Move tốc độ “0” vào biến tần.
Move các tốc độ vào biến tần súng: Độ cao < 4m tốc độ thấp ứn g với 4915 4m < Độ cao < 11m tốc độ cao ứng với 8192 Độ cao > 11m tốc độ thấp ứng với 4915
c. Thực hiện chƣơng trình điều khiển đóng mở các van của súng oxy.
Đóng mở van đóng cắt nhanh đƣờng khí O2, N2.
Đóng mở van tỉ lệ 4-20 mA phục vụ điều áp suất và lƣu lƣợng đƣờng ống khí O2 và N2 : Sử dụng hàm PID FB41 trong thƣ viện của STEP7, dùng giá trị nhận đƣợc từ FB41 sau đó dùng hàm unscale FC106 để xuất ra PQW điều khiển van tỉ lệ 4- 20mA. Bắt đầu Kết thúc SP - FB ˃ 0,2 Tăng góc mở van |SP - FB| ≤ 0,2
Giữ nguyên góc mở van S S Đ Đ SP - FB ˂ - 0,2 Giảm góc mở van S Đ
- Chƣơng trình điều khiển đóng mở van tỉ lệ
d. Thực hiện chƣơng trình đóng mở các van điện động,van tỉ lệ của hệ thống làm mát khí hóa lò thổi và van cánh lật trong hệ thống lọc bụi Ventury.
Với các van tỉ lệ của hệ thống làm mát khí hóa lò thổi, van cánh lật của hệ thống Ventury cũng thực hiện giống nhƣ với van điều áp của đƣờng ống khí oxy nêu trên. Thực hiện chƣơng trình điều khiển van điện động của hệ thống làm mát khí hóa :
các van này sử dụng động cơ điện 3 pha để đóng mở phù hợp với các điều kiện áp suất của bình hóa hơi, bình tích hơi.
Mở van M251 khi áp suất bình hóa hơi > 0.5 MPa. Bắt đầu Kết thúc Mức nƣớc bình hóa hơi ≤ 100 Khởi động bơm nƣớc Mức nƣớc bình hóa hơi ≥ 800 Dừng bơm nƣớc S S Đ Đ
Bắt đầu Kết thúc Áp suất bình hóa hơi ≥ 0,5 Mở van đóng ngắt M251 bình hóa hơi Áp suất bình hóa hơi ≤ 0,35 Đóng van đóng ngắt M251 bình hóa hơi S S Đ Đ Bắt đầu Kết thúc Áp suất bình hóa hơi ≥ 0,8
Mở van an toàn M252 bình hóa hơi
Áp suất bình hóa hơi ≤ 0,7
Đóng van an toàn M252 bình hóa hơi S
S Đ
Đ
Hàm FC3 : Hàm xử lý tín hiệu analog đầu vào sử dụng hàm scale FC105 trong thƣ viện để xử lý các giá trị cảm biến .
Hàm FC4 xuất các tín hiệu đầu ra analog : Sử dụng hàm Unscale FC106 để xuất các giá trị cần điều khiển đến các van 4-20 mA.
Hàm FC7 thực hiện truyền thông giữa PLC và biến tần:
+ Hàm SFC14 : Đọc dữ liệu từ biến tần.
Trong đó :
LADDR : Địa chỉ bắt đầu dải đầu vào của biến tần ( mã Hex). RET_VAL : Giá trị mã lỗi trả về khi có lỗi.
RECORD : Địa chỉ vùng nhớ lƣu dữ liệu đọc đƣợc từ biến tần.
+ Hàm SFC15 : Ghi lệnh điều khiển từ PLC xuống biến tần.
Trong đó :
LADDR : Địa chỉ bắt đầu dải địa chỉ đầu ra biến tần ( mã Hex). RECORD : Địa chỉ vùng nhớ nguồn lệnh để ghi xuống biến tần. RET_VAL : Giá trị mã lỗi trả về của hàm SFC15.
Hàm FC8 : “Control Word” thực hiện chức năng truyền lệnh điều khiển xuống biến tần