Máy tính vận hành (MTVH) 1, 2 dùng để cho công nhân vận hành giám sát
và điều khiển hệ thống. Mỗi máy tính đƣợc cài đặt phần mềm Wincc 7.0, đây là phần mềm của hãng Siemens. Các thông số của cảm biến, van… đƣợc giám sát trên các MTVH.
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
Máy tính lập trình dành riêng cho kỹ thuật viên phục vụ sửa chữa bảo trì và
theo dõi hệ thống. Trên máy tính này đƣợc cài đặt cả phần mềm lập trình của S7– 400, phần mềm giám sát điều khiển Wincc 7.0 và phần mềm biến tần STATER.
Switch là bộ chuyển mạch có nhiệm vụ tạo kết nối mạng LAN cho các máy
tính vận hành, máy tính lập trình và PLC
PLC là thiết bị logic khả trình có chức năng điều khiển và thu thập dữ liệu từ các thiết bị trƣờng
Các biến tần quay lò, nâng hạ súng oxy, các rack mở rộng của PLC đƣợc kết nối truyền thông với PLC bằng đƣờng truyền Profibus DP.
Trên cơ sở cấu trúc đã xây dựng, trong phần tiếp theo tác giả sẽ thiết kế cấu hính phần cứng, hệ truyền thông và phần mềm.
3.3 Thiết kế phần cứng
3.3.1 Số lƣợng tín hiệu đo và điều khiển của hệ thống.
- Để điều khiển và giám sát cần thu thập các tín hiệu đo và điều khiển. Các tín hiệu này là các công tắc, nút nhấn, cảm biến…Các tín hiệu cần thu thập có thể chia ra nhƣ sau:
+ Digital Input (DI): Giá trị nhị phân để nhận biết các tín hiệu dạng nút nhấn, công tắc.
+ Digital Output (DO): Giá trị nhị phân để xuất ra điều khiển contactor, đèn chỉ thị…
+ Analog Input (AI): Giá trị đo lƣờng của các cảm biến nhiệt độ, áp suất, lƣu lƣợng…
+ Analog Output (AO): Giá trị xuất ra điều khiển các van tỉ lệ 4-20 mA. Danh mục số lƣợng các đầu vào ra của hệ thống.
Hệ Thống Chức năng Số lƣợng I/O
Động cơ quay lò và
+ Sử dụng 4 động cơ không đồng bộ 45KW đƣợc điều khiển bởi 04 biến tần
+ 4DI phản hồi tín hiệu của automat
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi HỆ THỐNG QUAY LÒ các thiết bị đi kèm.
+ Sử dụng 01 encoder tuyệt đối để xác định vị trí góc quay của lò.
cấp nguồn lực cho các biến tần.
+1DO + 4DI điều khiển đóng mở Contactor cấp điện cấp nguồn lực cho biến tần điều khiển + 1DO + 5DI điều khiển đóng mở phanh và phản hồi tín hiệu Automat. + 10DI để nhận các bit tín hiệu của Encoder.
Bàn điều khiển chính.
+ Thực hiện các thao tác quay lò, nâng hạ súng oxy. Các đèn chỉ thị và các thông số dòng điện của các động cơ quay lò và động cơ nâng hạ súng oxy (ở chế độ MAN). + 20DI + 10DO + 5 đầu ra AO để phục vụ việc hiển thị giá trị dòng điện ra đồng hồ cơ. Động cơ nâng hạ súng oxy. + Sử dụng động cơ không đồng bộ 45KW đƣợc điều khiển bởi biến tần
+ 2DO +2DI điều khiển đóng mở phanh và phản hổi tín hiệu Automat và Contactor
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi HỆ THỐNG NÂNG HẠ SÚNG OXY + Encoder tuyệt đối. + Cảm biến và van đóng cắt.
+ Sử dụng 01 Encoder tuyệt đối 25bit để xác định vị trí chiều cao của súng. + Súng có 2 đƣờng nƣớc vào và nƣớc hồi gồm các cảm biến nhiệt độ, lƣu lƣợng nƣớc.
+ Súng có 1 đƣờng khí: có thể là khí oxy hoặc là khí N2 có các cảm biến đo nhiệt độ và lƣu lƣợng và van đóng cắt nhanh. + 25DI nhận các bit tín hiệu trả về của Encoder + 8AI để nhận nhiệt độ và lƣu lƣợng nƣớc vào, ra súng. + 4DO và 8DI để điều khiển đóng mở các van đóng ngắt nhanh và phản hổi cực hạn báo đóng/mở van. HỆ THỐNG NẠP LIỆU RỜI Động cơ rung liệu.
Tạo độ rung cho liệu rơi xuống Silo có cân. Ở đây chúng ta mô phỏng 4 silo nên cần 4 động cơ rung.
+ 4DO điều khiển cho 4 động cơ rung liệu + 8 DI nhận phản hồi cực hạn của các xilanh đóng mở silo. Phễu liệu trung gian.
Nơi chứa liệu , đo khối lƣợng của liệu trƣớc khi cho xuống silo tổng .
+ 4DO + 8DI để điều khiển xilanh đóng mở silo trung gian và lấy các tín hiệu báo đóng và báo mở của xilanh .
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
Phễu liệu tổng
Nơi chứa liệu trƣớc khi cho vào lò và cũng đƣợc đo khối lƣợng.
+ 2DO + 4DI để điều khiển xilanh đóng mở silo liệu tổng và lấy các tín hiệu báo đóng và báo mở của xilanh.
Loadcell Cảm biến để đo khối lƣợng của các silo liệu + 4AI để nhận các tín hiệu cân từ các Loadcell HỆ THỐNG LỌC BỤI
Cảm biến Đo nhiệt độ, áp suất và lƣu lƣợng của nƣớc dập bụi Ventury.
+ 20AI
Van cánh lật
Có chức năng thay đổi độ rộng của đƣờng ống hút đầu vào của quạt gió Ventury.
+ 1AO và 1AI để điều khiển đóng mở van
TỔNG SỐ LƢỢNG ĐẦU VÀO/RA CỦA PLC
+ DI : 98 + DO : 27
+ AI : 32 + AO : 6
Bảng 3.1. Số lượng tín hiệu vào ra của hệ thống
3.3.2 Chọn thiết bị cho các cấp của hệ thống. 3.3.2.1 Các thiết bị của cấp giám sát. 3.3.2.1 Các thiết bị của cấp giám sát.
- Hai máy tính giám sát, vận hành và 01 máy tính lập trình có các thông số kỹ thuật nhƣ sau:
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
+ Bộ vi xử lý trung tâm: CPU core i3, 1GHz. + Bộ nhớ RAM: 4 GB
+ Ổ cứng 500GB.
+ Hệ điều hành Win7 – 32 bit Ultimate.
- Bộ chuyển mạch Switch có các thông số nhƣ sau :
+ 8 cổng 10/100Mbps. Băng thông Full Duplex cho mỗi port là 200Mbps. + Nguồn điện: 12VDC/500mA.
+ Kích thƣớc: 160x30x90mm.
3.3.2.2 Các thiết bị của cấp điều khiển.
- Chọn nguồn PS 407 4A
- Chọn bộ điều khiển PLC trung tâm CPU 414-2 DP mã 6ES7 414 – 2XK05 – 0AB0:
+ Tốc độ xử lý nhanh.
+ Có 1 cổng truyền thông TCP/IP và 2 cổng truyền thông Profibus DP.
- Dựa vào số lƣợng vào ra đã tính toán ở trên để xác định số lƣợng module I/O nhƣ sau :
+ 98 DI: chọn 5 module DI32xDC24V: 6ES7 321 – 1BL00 – 0AA0. Mỗi module có 32 đầu vào 24VDC.
+ 27 DO: chọn 2 module DO32xDC24V: 6ES7 322 – 1BL00 – 0AA0. Mỗi module có 32 đầu ra 24VDC.
+ 32 AI: chọn 5 module AI8x12Bit: 6ES7 331 – 7KF02 – 0AB0. Mỗi module có 8 đầu vào AI.
+ 6 AO: chọn 2 module AO4x12Bit: 6ES7 332 – 5HD01 – 0AB0. Mỗi module có 8 đầu ra AO.
Nhƣ vậy sẽ cần có 3 rack để gắn các thiết bị: - Rack #1: Gắn CPU 414-2 DP.
- Rack #2: Gắn 5DI và 2DO (rack số 1). - Rack #3: Gắn 5AI và 2AO (rack số 2).
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
3.3.2.3 Các thiết bị cấp trƣờng.
Đối với hệ thống quay lò và nâng hạ súng oxy chọn biến tần Sinamic S120 của hãng Siemens vì:
+ Điều khiển chính xác, đáp ứng tốc độ nhanh, momen ổn định.
+ Dễ dàng khắc phục sự cố vì đây là dòng biến tần mà một khối controller CU có thể điều khiển một lúc nhiều biến tần và các thông số cài đặt đƣợc lƣu trên thẻ nhớ. Khi biến tần gặp sự cố thì chỉ cần thay thế biến tần vào là chạy chứ không cần phải khai báo thông số lại từ đầu nhƣ các dòng biến tần trƣớc. Điều này rất quan trọng đối với yêu cầu sản xuất liên tục.
Hệ biến tần S120 gồm :
- Control Unit :
+ Hệ quay lò dùng S120 - CU320 - 2DP là bộ điều khiển trung tâm, chƣơng trình điều khiển sẽ đƣợc nạp vào thẻ nhớ của CU này. CU này sẽ điều khiển 4 biến tần cho 4 động cơ quay lò.
+ Hệ nâng hạ súng chọn S120 – CU305 vì mỗi CU này chỉ cần điều khiển cho 1 biến tần nâng hạ súng.