2.6.1 Trƣớc khi vận hành.
- Kiểm tra nguồn cấp cho biến tần động cơ quay lò, trạng thái các động cơ trạm dầu bôi trơn
- Kiểm tra điều kiện nâng hạ súng oxy và cho phép thổi luyện.
STT Tên thiết bị Lƣu lƣợng (m3/h) Áp suất ( MPa) 1 Nƣớc làm mát đầu vào súng
oxy.
≥ 60 ≥ 1
Chương 2: Giới thiệu công nghệ lò thổi
3 Khí O2 ≥ 1.2
4 Khí N2 ≥ 1
5 Nƣớc đoạn 1 của Ventury ≥ 65 6 Nƣớc đoạn 2 của Ventury ≥ 60 7 Nƣớc làm mát thân lò ≥ 20
Bảng 2.2. Thông số điều kiện vận hành
- Kiểm tra điều kiện cho phép quay lò: súng oxy có độ cao > 6m.
- Kiểm tra hệ thống khí nén phục vụ cho hệ thống đóng mở van bằng khí nén và hệ thống cấp cứu súng oxy khi có sự cố về điện.
- Kiểm tra độ cao súng oxy giữa thƣớc cơ và thƣớc điện có khớp nhau không. - Kiểm tra thùng chứa nƣớc gang lò thổi đã ở vị trí sẵn sàng, hệ thống cân, cầu trục sẵn sàng.
2.6.2 Thao tác vận hành.
Thao tác mở cửa chắn lửa trƣớc lò, sau đó sử dụng tay trang điều khiển ở bàn vận hành chính để thực hiện nghiêng lò góc 70° - 80° so với phƣơng thẳng đứng phục vụ cho việc nạp gang lỏng và thép phế liệu. Thùng đựng gang lỏng và ben đựng phế liệu đƣợc cầu trục điều khiển nâng hạ và rót vào miệng lò. Trong quá trình nạp gang, phế cần có sự kết hợp nhịp nhàng giữa vận hành lò và vận hành cầu trục để đảm bảo gang lỏng không bị rớt ra ngoài. Trong quá trình nghiêng lò và nạp gang phế ngƣời vận hành cần phải bấm còi cảnh báo cho ngƣời đi phía ngoài biết để tránh xa khu vực nguy hiểm.
Nạp gang, phế xong tiến hành hành quay lò về vị trí thẳng đứng . Để nhận biết lò đã về vị trí thẳng đứng ngƣời vận hành quan sát bằng mắt vị trí thực tế của lò và đèn báo vị trí thẳng đứng trên bàn điều khiển.
Dùng tay trang điều khiển thực hiện hạ súng oxy xuống vị trí khoảng 1.5 m – 2m. Sau đó nhấn nút mở oxy để bắt đầu thổi luyện gang thành thép.
Tiến hành điều chỉnh lƣu lƣợng, áp suất khí oxy theo yêu cầu của bộ phận công nghệ :
Chương 2: Giới thiệu công nghệ lò thổi
Điều khiển lƣu lƣợng và áp suất đƣợc vận hành qua 2 van điều tiết lƣu lƣợng và điều tiết áp suất.
Vận hành van điều tiết áp suất sẽ có 2 phƣơng pháp vận hành đó là bằng tay và tự động tùy thuộc vào ngƣời vận hành chọn, sẽ có giá trị đặt cho cả tự động và bằng tay. Van điều tiết lƣu lƣợng cũng đƣợc điều khiển tƣơng tự tùy thuộc công nghệ yêu cầu. Quá trình vận hành chú ý góc mở của các van là bao nhiêu %.
Quá trình thổi luyện cần bổ sung thêm các thành phần phụ gia. Điều khiển đóng mở van cấp liệu từ các silo trên tầng 5 xuống hệ thống cân tùy thuộc công nghệ sẽ cấp số lƣợng cân liệu cần thiết, và các loại liệu cần dùng, tiếp tục cân liệu xuống 2 silo tổng và mở van silo tổng thì liệu sẽ đƣợc nạp vào lò qua 2 lỗ liệu trái và phải.
Trong quá trình thổi luyện với nhiệt độ cao sẽ làm cho nƣớc làm mát chụp khói hóa hơi tạo áp suất cao trong bình hóa hơi. Đến áp suất đặt trƣớc các van điện động của hệ thống bình hóa hơi sẽ mở xả hơi ra mạng ngoài phục vụ cho các khu vực khác có nhu cầu.
Khi thổi luyện xong, thực hiện tắt van khí oxy, đƣa súng oxy lên vị trí cao hơn 6m và điều khiển quay lò hƣớng về phía phòng vận hành góc 80° - 85° để thực hiện việc lấy mẫu thép và đƣa sang KCS để phân tích chất lƣợng. Nếu không đủ tiêu chuẩn chất lƣợng thì tiến hành thổi lại, nếu đạt tiêu chuẩn thì chuyển quyền điều khiển cho bàn điều khiển ra thép
Cầu trục sẽ cẩu thùng thép sang tinh luyện hoặc sang đúc. Rồi thao tác quay lò về vị trí thẳng đứng (0°), xuống súng mở van khí N2 để bắn xỉ tạo bảo vệ cho thành lò. Cuối cùng thao tác nghiêng lò xuống góc độ 150° – 180° để tiến hành đổ xỉ kết thúc một mẻ nấu luyện.
Chương 2: Giới thiệu công nghệ lò thổi
KÊT LUẬN CHƢƠNG 2
Nội dung chƣơng 2 trình bày tổng quan quy trình công nghệ nhà máy luyện thép với nhiều công đoạn khác nhau. Mỗi công đoạn đều cần phải điều khiển giám sát và trong các công đoạn đó thì việc điều khiển giám sát lò thổi là quan trọng nhất, ảnh hƣởng đến sản phẩm đầu ra.
Do là công đoạn quan trọng nhất và cũng do giới hạn của luận văn nên tác giả chỉ đi sâu vào phần điều khiển giám sát lò thổi. Trên cơ sở đó trình bày các thông số kỹ thuật và quy trình công nghệ của lò thổi làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi trình bày trong chƣơng sau.
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT LÒ THỔI
3.1 Mô hình và nhiệm vụ của hệ thống điều khiển, giám sát lò thổi. 3.1.1 Mô hình hệ thống lò thổi. 3.1.1 Mô hình hệ thống lò thổi.
Mô hình phân cấp chức năng hệ thống lò thổi đƣợc xây dựng gồm các cấp chức năng nhƣ sau :
Hình 3.1. Mô hình phân cấp chức năng hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
3.1.2 Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển và giám sát lò thổi.
- Điều khiển và giám sát liên động hệ thống quay lò, nâng hạ súng…
- Thực hiện truyền thông giữa RTU với các động cơ quay lò và nâng hạ súng oxy...
- Giám sát các tín hiệu cảm biến nhiệt độ, áp suất, lƣu lƣợng, trạng thái đóng mở các van on/off , van tỉ lệ.
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
- Thực hiện cảnh báo các nguy cơ, các sự cố thiết bị cho công nhân vận hành. - Thực hiện lƣu lại lịch sử trạng thái hoạt động của các thiết bị trong hệ thống.
Hình 3.2. Sơ đồ khối các thành phần cơ bản của lò thổi.
3.2 Cấu trúc điều khiển giám sát của hệ thống.
Với các yêu cầu đặt ra cho hệ điều khiển và giám sát lò thổi, cấu trúc của hệ thống thể hiện ở hình sau :
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi ` ` ` PLC Máy tính vận hành 1 Máy tính vận hành 2 Máy tính lập trình Switch
Biến tần quay lò Biến tần súng oxy Cảm biến Van điều tiết
P ro fib us – D P T C P /IP T C P /IP T C P /IP T C P /IP T /h 2 4V D C , 4 -2 0m A T/h đk khác
Hình 3.3. Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
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.
Hình 3.4. Các Module của biến tần Sinamic
- Control Unit Adapter: CUA31 làm nhiệm vụ trung gian điều khiển giữa CU và khối chấp hành Power module ( PM).
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát lò thổi
Sơ đồ nguyên lý mạch lực điều khiển hệ thống lò thổi tác giả trình bày trong phần phụ lục 1
3.4. Thiết kế truyền thông .
- Các máy tính vận hành, máy tính lập trình, PLC, biến tần tạo thành mạng LAN theo giao thức TCP/IP. Theo cách đó các máy tính vận hành, lập trình sẽ theo dõi và giám sát đƣợc các thiết bị cấp điều khiển (PLC), cấp trƣờng (biến tần).
- PLC kết nối với biến tần theo giao thức Profibus
- Sử dụng dây tín hiệu để truyền dạng tín hiệu 4-20mA hoặc 24VDC từ cảm biến về PLC
Thiết lập cụ thể cấu hình truyền thông tác giả trình bày trong phần phụ lục 2.
3.5. Thiết kế phần mềm.
Xây dựng hệ thống SCADA cho hệ lò thổi tác giả sử dụng S7-400 và WinCC giúp chúng ta có thể nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất, khả năng giám sát, lƣu trữ dữ liệu, cảnh báo và xác định lỗi để xử lý lỗi thông qua một giao diện thân thiện với ngƣời vận hành. PLC đƣợc lập trình tuân theo quy trình công nghệ. Quy trình công nghệ đƣợc mô phỏng cùng với chƣơng trình WinCC và PLCSim.
3.5.1. Phần mềm điều khiển trên STEP7.
Phần mềm STEP7 là phần mềm chuyên dụng cho họ PLC S7 – 300/400 của hãng Siemens có một vài đặc điểm sau phù hợp cho việc thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát lò thổi :
+ Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC họ S7 – 300/400.