Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dây điện từ công ty cổ phần ngô han

Đối với nhà máy sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han, qua khảo sát tìm hiểu, thì hiện tại nhà máy có khá nhiều các công đoạn được điều khiển thủ công và phụ thuộc nhiều vào kinh

-ĐÀO ĐĂNG HẢI

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ TÍCH HỢP DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT DÂY ĐIỆN TỪ CÔNG TY CỔ PHẦN NGÔ HAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương

Hà Nội - 2016

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: ĐÀO ĐĂNG HẢI

Đề tài luận văn: Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han

Mã số SV: CB130864

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 28/04/2016 với các nội dung sau:

1 Đã chỉnh sửa một số lỗi soạn thảo, lỗi trình bày

2 Đã sửa lại trục tọa độ cho rõ ràng và thời gian mô phỏng phù hợp với thực

tế

Ngày 20 tháng 05 năm 2016 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Đào Đăng Hải

Sinh ngày: 04/04/1985

Đơn vị công tác: Phòng Kinh doanh Công ty cổ phần Ngô Han

Hiện tại tôi đang học lớp cao học ngành Đo lường và kỹ thuật điều khiển, trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn: “Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han” là công trình nghiên cứu

khoa học của riêng tôi Các tài liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng

Các giải pháp thiết kế cũng như kết quả thực nghiệm và mô phỏng được thực hiện nghiêm túc dưới sự hướng dẫn của cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương

Hà Nội, ngày 30 tháng 04 năm 2016

Học viên

Đào Đăng Hải

LỜI CẢM ƠN

Sau sáu tháng nghiên cứu và làm việc khẩn trương cuối cùng bản luận

văn: “Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dây điện từ công ty

cổ phần Ngô Han” đã hoàn thành

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Cô giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, Bộ môn Kỹ thuật

đo lường và tin học công nghiệp – Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tập thể cán bộ nhà máy công ty cổ phần Ngô Han, đặc biệt là các cán bộ thuộc phòng Cơ – Điện của nhà máy

Phòng đào tạo Sau đại học và các thầy cô giáo Trường Đại học Bách Khoa

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 6

1.Tính cấp thiết của đề tài 8

2.Mục đích nghiên cứu 8

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

4.Phương pháp nghiên cứu 9

5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

6.Cấu trúc của luận văn 9

1.4 Hệ thống cung cấp điện 17

1.4.1.Trạm biến áp 22kV trong nhà 17

1.4.2 Trạm máy phát 110 kVA 18

1.4.3 Trạm lọc sóng hài bậc 5, bậc 7 và bù công suất 19

1.5 Hệ thống tự động hóa 20

1.6 Kết luận chương I 22

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG 23

2.1 Cấu tạo và hoạt động của lò nung nhà máy sản xuất dây điện từ Ngô Han 23

2.1.1 Cấu tạo lò nung 23

2.1.2 Các yêu cầu điều khiển lò nung 27

b.Điều khiển nhiệt độ và điều khiển đốt 28

c.Kiểm soát khí thừa 28

d.Kiểm soát quá áp lò 29

e.Kiểm soát áp suất khí đốt 29

f.Bảo vệ bộ thu hồi khỏi nhiệt độ cao 29

g.Bảo vệ mạch làm nguội đáy bước 30

h.Hệ thống camera theo dõi lò nung 30

i.Dịch vụ hỗ trợ lò nung 31

2.2 Bài toán điều khiển quá trình nung 31

2.2.1 Yêu cầu nhiệt độ từng vùng nung 31

2.2.1.1 Vùng sấy 31

2.2.1.2 Vùng nung: 32

2.2.1.3 Vùng đồng nhiệt 32

2.2.2 Bài toán điều khiển nhiệt độ lò nung 32

2.3 Mô hình toán học của từng vùng nung 34

2.3.1 Mô hình toán học vùng 1 34

2.3.1.1 Hàm chuyền thiết bị đo 34

2.3.1.2 Hàm chuyền thiết bị chấp hành 35

2.3.2 Mô hình toán học các vùng khác 38

2.4 Thiết kế bộ điều khiển cho từng vùng 39

2.4.1 Thiết kế bộ điều khiển PID cho vùng 1 39

2.4.1.1 Bộ điều khiển PID 39

2.4.1.2 Ứng dụng PID tune để thiết kế bộ điều khiển 40

2.4.2 Tổng hợp bộ điều khiển PID cho các vùng khác 46

2.5 Kết luận chương II 48

CHƯƠNG III:TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG 49 TRÊN NỀN SIMATIC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC 49

3.1 Cấu hình hệ thống điều khiển 49

3.1.1 Cấu hình phần cứng 49

3.1.2 Bảng địa chỉ các đầu vào-ra 51

3.1.2.1 Các đầu vào tương tự 51

3.1.2.2 Các đầu ra tương tự 53

3.2 Thiết bị và phần mềm hỗ trợ lập trình 53

3.2.1 Thiết bị lập trình 53

3.2.2 Thiết bị ghép nối chuyền thông 54

3.3 Thiết kế phần mềm điều khiển 54

3.3.1 Cấu trúc điều khiển nhiệt độ của lò nung 54

3.3.3 Thiết kế chương trình điều khiển trên nền STEP 7 55

3.3.3.1.Lưu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ lò nung Khối OB35: 56

a.Lưu đồ thuật toán của hàm FC(i) 58

b.Lưu đồ thuật toán của hàm FC(i) 59

3.4 Thiết kế phần mềm giám sát 60

3.4.1 Yêu cầu thiết kế 60

3.4.2 Thiết kế giao diện HMI 61

3.4.2.1 Giao diện HMI tổng quan khu vực lò nung 62

3.4.2.2 Giao diện HMI điều khiển và giám sát nhiệt độ các vùng lò nung 63

3.4.2.3 Giao diện HMI giám sát nhiệt độ các vùng lò nung 64

3.4.2.4 Giao diện cài đặt tham số PID điều khiển nhiệt độ các vùng lò nung 65

3.5 Cài đặt phần mềm, lắp đặt hệ thống và đánh giá kết quả 65

3.6 Kết luận chương III 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

Tiếng Việt 71

Tiếng Anh 72

PHỤ LỤC 73

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

4 CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

6 DIN Deutsches Institut für Normung Tiêu chuẩn Đức

11 HMI Human - Machine Interface Giao diện người máy

12 JIS Japanese Industrial

15 LMN Manipulated Value Giá trị đầu ra module mềm

16 MATLAB MATrix LABoratory Phần mềm tính toán và mô

phỏng

18 MCC Motor Control Center Trung tâm điều khiển Motor

19 MPI Message Passing Interface Giao thức kết nối với máy tính

20 OB Organization Block Miền chứa chương trình tổ

chức

21 PC Personal Computer Máy tính cá nhân

22 PID Proportional Integral Derivative Thuật toán điều khiển vi tích

phân

23 PLC Programmable Logic Controller

tỷ lệ Thiết bị logic khả trình

26 STL Statement list Ngôn ngữ liệt kê lệnh

30 WinCC Windows Control Center Trung tâm điều khiển chạy

trên nền Window

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Sản lượng qua các năm 12

Bảng 1.2 Bảng cơ cấu sản phẩm 14

Bảng 1.3 Bảng dây chuyền Đúc đồng 15

Bảng 1.4 Dây chuyền cán dẹp 16

Bảng1.5 Bảng thông số máy biến áp của nhà máy 17

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp mô hình toán học các vùng nung 38

Bảng 2.2 Tổng hợp thông số bộ điều khiển PID cho 4 vùng nung 47

Bảng 3.2 Bảng địa chỉ đầu ra tương tự 53

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất dây điện từ 13

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển phân tán nhà máy 21

Hình 2.1 Lò nung 24

Hình 2.2 Cấu tạo mỏ đốt lò nung 25

Hình 2.3 Hệ thống nước làm mát 27

Hình 2.4 Đối tượng điều khiển vùng 1 34

Hình 2.5 Sơ đồ đối tượng điều khiển vùng 1 37

Hình 2.6 Sơ đồ tổng quát điều khiển nhiệt độ vùng nung 39

Hình 2.7 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ vùng sấy 40

Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ vùng sấy trên Simulink 41

Hình 2.9 Bảng thiết lập thông số bộ điều khiển PID trên Simulink 42

Hình 2.10 PID tuner của Matlab/Simulink 43

Hình 2.11 Đánh dấu các điểm đặc biệt trên đồ thị đáp ứng của PID tuner 44

Hình 2.12 Tinh chỉnh thông số bộ điều khiển trên PID tuner 45

Hình 2.13 Nhiệt độ vùng sấy khi nhiệt độ đặt 800 0C 46

Hình 2.14 Mô phỏng vùng nung khi nhiệt độ đặt 1200 0C 47

Hình 2.15 Mô phỏng vùng đồng nhiệt 3, 4 khi nhiệt độ đặt 1150 0C 48

Hình 3.1 Cấu trúc trạm PLC của hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung 50

Hình 3.2 Cấu hình cứng của trạm PLC điều khiển nhiệt độ lò nung 51

Hình 3.3 Kết nối PLC với PC 54

Hình 3.4 Cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung 55

Hình 3.5 Cấu trúc điều khiển van không khí 59

Hình 3.6 Giao diện tổng quan khu vực lò nung 62

Hình 3.7 Màn hình điều khiển nhiệt độ vùng 1 63

Hình 3.8 Màn hình theo dõi nhiệt độ vùng 1 theo dạng bảng và dạng đồ thị 64

Hình 3.10 Thực nghiệm mô phỏng hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung 66

Hình 3.11 Giao diện tổng quan khu vực lò nung (thực nghiệm) 66

Hình 3.12 Giao diện điều khiển và giám sát nhiệt độ vùng 1(thực nghiệm) 67

Hình 3.13 Giao diện theo dõi nhiệt độ vùng 1 (thực nghiệm) 67

Hình 3.15 Thời gian đáp ứng nhiệt độ 69

Hình 3.16 Sai lệch nhiệt độ 69

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, trên thế giới, khi công nghệ tự động hoá phát triển mạnh trong ngành công nghiệp nói chung và trong công nghiệp dây điện từ nói riêng thì các nhà máy sản xuất dây điện từ của Việt Nam lại hầu hết được xây dựng từ những năm 90, do vậy thiết bị công nghệ trong nhà máy đã tỏ ra lạc hậu và ảnh hưởng tới hiệu quả sản xuất Chính vì thế, việc cải tạo nâng cấp thiết bị nhằm nâng cao khả năng tự động hoá trong sản xuất xuất dây điện từ là điều tất yếu

Đối với nhà máy sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han, qua khảo sát tìm hiểu, thì hiện tại nhà máy có khá nhiều các công đoạn được điều khiển thủ công và phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người vận hành Cụ thể là công đoạn nung phôi trong lò nung của nhà máy đang được điều khiển dưới dạng bán

tự động, vì thế chất lượng thành phẩm nhiều khi không đạt được các yêu cầu công nghệ đặt ra Từ đó thấy rằng việc nghiên cứu và cải tiến hệ thống tự động hóa nhà máy sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han là thực sự cấp thiết

để nâng cao hiệu quả sản xuất

Với ý nghĩa đó và được sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn PGS.TS

Nguyễn Thị Lan Hương, tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han”

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu là nhằm khai thác công nghệ tự động hóa hiện đại để nâng cấp và cải thiện hiệu quả trong sản xuất dây điện từ Trên cơ sở đó, mục tiêu của nghiên cứu là: Phân tích và làm rõ được bài toán điều khiển nhiệt độ

lò nung, làm rõ được các yêu cầu công nghệ đặt ra để từ đó thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ cho bốn vùng nung, tổng hợp hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nung trên nền Simatic S7-300 và phần mềm WinCC

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Luận văn lấy nhà máy sản xuất dây điện

từ công ty cổ phần Ngô Han làm địa điểm nghiên cứu

- Thời gian nghiên cứu: từ tháng 09-2015 đến tháng 01-2016

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

Nghiên cứu lý thuyết về quy trình công nghệ và hệ thống tự động hóa nhà máy, phân tích và làm rõ bài toán điều khiển nhiệt độ lò nung, mô hình hóa các vùng lò nung, từ đó thiết kế và tổng hợp hệ thống điều khiển

Nghiên cứu tiến hành khảo sát thực địa tại nhà máy sản xuất dây điện từ, có thực nghiệm và mô phỏng kết quả nghiên cứu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Phân tích và làm rõ bài toán điều khiển nhiệt độ lò

nung của nhà máy sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han Từ đó xây dựng mô hình toán học của bốn vùng lò nung, thiết kế bộ điều khiển cho từng vùng lò và cuối cùng là xây dựng trạm điều khiển lò nung, lập trình điều khiển và thiết kế giao diện giám sát khu vực lò nung

Ý nghĩa thực tiễn: Từ các kết quả nghiên cứu này sẽ đóng góp cho việc

nâng cấp và cải tiến hệ thống tự động hóa nhà máy cán sản xuất dây điện từ công

ty cổ phần Ngô Han mà cụ thể là cho khu vực lò nung nhà máy

6 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, bản luận văn được chia làm 3 chương: Chương I: Tìm hiểu về quy trình công nghệ và hệ thống tự động hóa nhà máy

sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han

Chương II: Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nung của nhà máy Chương III: Tổng hợp hệ thống tự động hóa trên nền Simatic S7-300 và phần

mềm WinCC

CHƯƠNG I QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT DÂY ĐIỆN TỪ NGÔ HAN

1.1 Giới Thiệu Nhà Máy

Công ty Cổ phần Ngô Han thành lập năm 1987, hiện nay Ngô Han là nhà sản xuất dây điện từ lớn nhất tại Việt Nam với hơn 40% thị phần Ngô Han có hơn 20 năm kinh nghiệm sản xuất, kinh doanh và phân phối các sản phẩm dây điện từ chất lượng cao bao gồm các loại dây đồng trần tròn, dây đồng tròn tráng men, dây đồng dẹp bọc giấy và dây nhôm dẹp

Nhà máy Ngô Han đặt tại Long Thành, Ðồng Nai với diện tích 4ha bao gồm khu vực văn phòng và 3 phân xưởng lớn gồm: xưởng đúc đồng, xưởng tráng men và xưởng dây dẹp Công ty sản xuất nhiều loại dây đồng, cũng như nhiều loại dây điện

từ tròn và dẹp Dây điện từ được sử dụng chủ yếu trong động cơ, máy biến thế, tăng phô, máy ổn áp, linh kiện điện tử và các thiết bị khác được dùng để tạo hoặc chuyển đổi điện từ trường Nguyên liệu đầu vào để sản xuất được Ngô Han nhập khẩu từ các nước như Úc, Chilê, Ấn Ðộ, Nhật Bản, Ðức và Thụy Ðiển Nhà máy chỉ sử dụng đồng ISA Cathode 99,99% , một loại đồng tấm được sản xuất trong quá trình đúc đồng liên tục phi oxy Ngô Han sử dụng nhiều loại men cách điện chất lượng cao như PE, PVF, PU, PEI và PAI được nhập khẩu từ các tập đoàn như Hitachi, Altana và DuPont Riêng giấy cách điện được nhập khẩu từ Thụy Ðiển và Ðức

1.2 Sản phẩm chính của Ngô Han

Ngô Han sản xuất nhiều chủng loại dây diện từ, với hai loại tiết diện tròn và dẹp

cỡ dây điện từ tròn và dẹp Dây điện từ được sử dụng trong ngành chế tạo thiết bị điện, linh kiện điện tử như động cơ điện, máy biến thế, tăng phô, ổn áp, cầu dao tự động, cuộn cảm… Ngoài ra, doanh nghiệp còn có các sản phẩm phụ là dây đồng trần sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo dây/cáp điện, cáp viễn thông Sản phẩm Ngô Han chia làm 2 nhóm gồm:

lực của công ty và được chia làm 2 chủng loại dây tròn tráng men (lớp varnish cách điện) và dây dẹp bọc giấy cách điện

- Dây trần cho 2 loại nguyên liệu đồng và nhôm Dây trần là sản phẩm phụ nhằm

sử dụng hiệu quả công suất của lò đúc và máy kéo

Dây điện từ :

Dây điện từ tròn đồng / nhôm:

Đây là mặt hàng chủ yếu hiện nay của công ty với mức tăng trưởng số lượng bán hàng bình quân đạt trên 20% dựa trên tăng trưởng của thị trường chuyền thống trong nước Sản phẩm này chủ yếu cung cấp cho thị trường động cơ như motor nước, quạt điện, ổn áp…

Dây điện từ dẹp đồng / nhôm:

Đây cũng là một mặt hàng chủ lực của công ty chủ yếu cung cấp cho các nhà sản

xuất biến thế phục vụ ngành điện với nhu cầu tăng đều 20% năm và rất ổn định Chất lượng dây dẹp của công ty dẫn đầu thị trường và năng xuất vẫn còn 40% đủ

để phục vụ nhu cầu tăng hàng năm của thị trường trong 3-4 năm tới

Thuận lợi:

- Năng lực sản xuất lớn, sản phẩm cấp nhiệt cao, chất lượng ổn định thỏa mãn yêu cầu khắt khe của khách hàng, đặc biệt là khách hàng FDI và xuất khẩu Hiện nay nhóm FDI chưa nội địa hóa, tuy nhiên, do áp lực cạnh tranh toàn cầu họ sẽ sớm chuyển qua mua trong nước và Ngô Han sẽ chính là đối tượng

họ xem xét đến do khả năng sản xuất và chất lượng sản phẩm Tổng nhu cầu nhập khẩu của nhóm này xấp xỉ 4,000 tấn/năm

- Nguồn nguyên liệu đầu vào ổn định tạo lòng tin cho khách hàng trong việc giảm thiểu rủi ro về thiếu hụt nguyên liệu trong quá trình sản xuất

Dây đồng trần :

Chủ yếu phục vụ ngành sản xuất dây cáp điện

- Sản lƣợng Công ty sản xuất từ năm 2006 đến năm 30/9/2009 chi tiết nhƣ sau:

Bảng 1.1 Sản lượng qua các năm (Đvt: tấn)

1.3.Quy trình sản xuất tổng quát

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất dây điện từ

2 Dây tráng men PVF PVF 0.50-3.5

3 Dây tráng men PU UEW 0.05-1.2

JIS C 3202 IEC 60317-12 JIS C 3202-IEC 60317-

51 NEMA MW82-C,

UL, Recognized

E (120)

H (180)

Đàn hồi bám dính tốt Chịu đầu biến thế

Hàn được

Sử dụng tần số cao

Máy biến thế ngâm dầu

Quạt điện, đồng hồ đo Thiếy bị thông tin, linh kiện

điện tử

4 Dây tráng men PE PEW 0.05-205 JIS C 3202, NEMA

MW82-C, UL, Recognized JIS C 3202-IEC 60317-8

C (200)

Hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao

Kháng chịu dung môi tốt

Hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao

Động cơ – dụng cụ Máy tiêu dùng

Động cơc công suất cao – biến thế khô: chấn lưu –

5 Dây tráng men PEI EIW 0.23-3.5 NEMA MW74-C,

H Chịu xung nhiệt tốt; Chịu dầu biến thế

HIỆU

CỠ DÂY (mm)

Các máy móc thiết bị đang sử dụng:

Ngô Han đã đầu tƣ máy móc thiết bị tiên tiến nhất từ Châu Âu nhƣ sau:

Bảng 1.3 Bảng dây chuyền Đúc đồng

lƣợng

Năng suất/năm (tấn)

Quy cách (mm)

Quy cách (mm)

9 HN2A & B 2 300 Þ 0,07 – Þ 0,25 MAG – Áo

10 VZ30 & 31 4 400 Þ 0,20 – Þ 0,80 MAG – Áo

Bảng 1.4 Dây chuyền cán dẹp

lượng

Năng suất (tấn)/năm

Quy cách (mm 2 ) Nhà sản xuất

Các điểm nổi bật về trình độ công nghệ của Ngô Han:

- Công nghệ Đúc của Ngô Han là công nghệ Đúc – Rúc, lợi thế của công nghệ này so với Công nghệ cán là sẽ lọc và khử được các tạp chất, loại bỏ oxy theo phương pháp khử bằng Nitơ, sẽ tạo ra sản phẩm Đồng Rod tinh khiết đến 99.99%, đảm bảo Đồng Rod và sản phẩm dây Đồng có độ dẫn điện cực tốt, điện trở thấp nhất

- Sản phẩm Đồng Rod có bề mặt bóng, đẹp, có thể kéo nhỏ đến dây 0.05mm

- Máy móc được điều khiển tự động hoàn toàn, thao tác dễ dàng, có hệ thống Scanda theo dõi dữ liệu thay đổi của các máy móc trong quá trình sản xuất

- Dây chuyền sản xuất Dây Tráng men theo hệ thống liên hoàn từ kéo đến Tráng men theo chu trình khép kín, bảo đảm cho bề mặt ruột dẫn luôn sạch bóng, độ bám giữa ruột dẫn và lớp men đều và bền vững hơn

- Ngoài dây Đồng và dây Dẹp còn có thể sản xuất dây CCA (đồng bọc nhôm)

- Hệ thống kiểm soát sản phẩm ngay trên chuyền đảm bảo điều chỉnh và phát hiện sản phẩm lỗi kịp thời

- Máy Đùn dây dẹp tạo ra sản phẩm bóng, sáng, đẹp tương đương với sản phẩm nhập khẩu

- Sản phẩm của máy Đùn có tiết diện lên đến 170mm2, duy nhất chỉ có Ngô Han sản xuất được tại Việt Nam

- Ngoài ra, với công nghệ sản xuất mới sẽ rút ngắn thời gian của đơn hàng gấp 5 lần so với công nghệ cũ, bên cạnh đó còn tiết kiệm điện và nhân công đến 50%

so với công nghệ sản xuất cũ mà đại đa số các công ty tại Việt Nam đang áp dụng

1.4 Hệ thống cung cấp điện

Hệ thống cung cấp điện phải luôn luôn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho dây chuyền sản xuất, thiết bị chiếu sáng, cầu trục, nhà điều hành, kho bãi…bao gồm các trạm biến áp trung áp, hạ áp, trạm máy phát, trạm lọc sóng hài bậc cao và bù công suất

+ MBA T2: Biến đổi điện áp 22kV xuống 0,6kV và cung cấp điện cho dây

chuyền kéo đại, kéo trung, cán dẹp

+ MBA T3 ÷ T4: Biến đổi điện áp 22kV xuống 0,6kV và cung cấp điện dây

1.4.3 Trạm lọc sóng hài bậc 5, bậc 7 và bù công suất

Ở đây là các dàn tụ điện để khử các sóng hài bậc cao cụ thể là các sóng bậc 5

và bậc 7, là những sóng hài có thể gây nhiễu điều khiển, ảnh hưởng đến các thiết

bị khác trong nhà máy Khi hệ số công suất tác dụng Cosφ nhỏ trạm này cũng có tác dụng như một trạm bù công suất để đảm bảo hệ số sử dụng điện hiệu quả theo yêu cầu của ngành điện

1.4.4 Hệ thống tủ điện

Sau các máy biến áp 22kV các thiết bị được cung cấp điện thông qua các tủ động lực và điều khiển Các tủ này được bố trí trong phòng điện chính, một số tủ ngoài hiện trường

Trong phòng điện chính các tủ điện được chia làm 2 dãy Các khu vực bố trí tủ cụ thể như sau:

* Hệ thống tủ máy cắt hợp bộ

- Nhiệm vụ: Đây là hệ thống tủ chứa máy cắt hợp bộ với các MBA, các tín hiệu

liên quan đến MBA (dòng, áp, nhiệt độ dầu…) được đưa về nhằm khởi động và

bảo vệ các MBA, gồm 2 hệ thống tủ:

- Máy cắt hợp bộ 22kV cho các MBA từ T1 đến T6

+ Mã hiệu: MERLIN GERIN SM6

+ Nhà cung cấp: Nhà máy chế tạo thiết bị điện Đông Anh-Hà Nội

+ Loại tủ: Techgel

* 30BB D01: Power centrer – 1: Trung tâm năng lượng 1

* 30BB D02: Power centrer – 2: Trung tâm năng lượng 2

+ Nhiệm vụ: Đây là 2 trung tâm nhận điện từ MBA T5, T6 và trạm phát điện

khi sự cố phân phối cho các phụ tải của MBA T5, T6:

* ACCU Panel: Tủ máy phát 110kVA

+ Loại tủ: Techgel

+ Nhiệm vụ: đóng cắt khi mất điện áp lưới cung cấp điện lien tục cho các phụ tải

ưu tiên của nhà máy

Có hai trạm điều khiển cục bộ: Trạm điều khiển khu vực lò nung và trạm điều khiển khu vực giá cán Mỗi trạm đều có một máy tính giám sát toàn bộ quy tình

mà trạm đảm nhiệm Phần mềm điều khiển và giám sát trên hai máy tính này giống như phần mềm của hai máy tính trên phòng điều khiển trung tâm (tương ứng) Trạm điều khiển khu vực lò nung có một bộ điều khiển PLC và được kết nối với máy tính PC thông qua giao thức Profibus-DP Trạm điều khiển cục bộ được kết nối thông qua giao thức Profibus-DP với các bàn điều khiển hay tủ điều khiển đặt tại hiện trường

Khu vực lò nung (ký hiệu L05) có các bàn điều khiển và tủ điều khiển sau:

- Bàn điều khiển P505 điều khiển lò nung

- Tủ L051 điều khiển thiết bị đầu vào lò nung

- Tủ L052 điều khiển lò nung

- Bàn P507 điều khiển lò đáy bước lò nung

- Tủ L053 điều khiển thiết bị đầu ra lò nung

- Bảng điều khiển P058 điều khiển trạm thủy lực lò nung

Các tủ điều khiển và bàn điều khiển này đƣợc kết nối với nhau qua thông module ET200, rồi đƣa đến bộ điều khiển PLC của tủ L05

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển phân tán nhà máy

Phòng điều khiển trung tâm

Trạm điều khiển cục bộ Trạm điều

khiển cục bộ

Tủ điều khiển

Bàn điều khiển

Chức năng của trạm điều khiển khu vực lò nung như điều khiển quá trình (nhiệt

độ, áp suất, lưu lượng,…) lò nung, điều khiển trình tự nạp/ra phôi, cảnh báo khi có

sự cố, lưu trữ tạm thời các tín hiệu quá trình trong trường hợp mất liên lạc với trạm vận hành…

Khu vực giá cán (ký hiệu L10) có các bàn điều khiển và tủ điều khiển sau:

- Tủ L10 điều khiển tốc độ giá cán

- Tủ L20 phụ trợ máy cán

- Tủ L41 phụ trợ block

- Tủ L97 khu vực tạo cuộn và máy buộc

- Bàn điều khiển di chuyển và máy cắt, bàn điều khiển máy cắt và tạo vòng… Như vậy trạm điều khiển khu vực giá cán có rất nhiều chức năng như: điều khiển tốc độ cán, điều khiển khe hở giữa hai trục cán, điều khiển máy cắt, đếm, đóng bó

và tạo cuộn…Ngoài ra, trạm điều khiển này cũng có các chức năng cơ bản như giám sát, cảnh báo, lưu trữ…

1.6 Kết luận chương I

Tổng quan về nhà máy sản xuất dây điện từ Ngô Han, qui trình công nghệ, hệ thống cung cấp điện và hệ thống tự động hóa là các nội dung chính đã được trình bày trong chương I Vấn đề tìm giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển cho nhà máy là một vấn đề rất lớn

Do vậy, trong khuôn khổ luận văn này, tác giả tập trung vào nghiên cứu các phương pháp điều khiển nâng cao chất lượng của hệ thống lò nung

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG

2.1 Cấu tạo và hoạt động của lò nung nhà máy sản xuất dây điện từ Ngô Han 2.1.1 Cấu tạo lò nung

Lò nung của nhà máy sản xuất dây điện từ Ngô Han là loại lò đốt liên tục sử dụng dầu, kiểu đáy bước, có công suất nung 50 tấn/h

- Phôi đồng là đồng Cathod tấm được đưa vào trong lò nung, nhiệt độ ra phôi là: 10500 – 11800

C

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng hai loại dầu Diezen đốt lò đến nhiệt độ

4000 – 4500C sau đó chuyển sang dùng dầu FO (Fuel Oil) nhiệt trị 9600Kcal/kg Tiêu hao dầu FO bằng 26kg/TSP Lò gồm có 16 mỏ đốt: 10 mỏ đốt đầu lò và 6 mỏ đốt bên Nạp phôi hông lò có thiết bị cân bằng Ra phôi hông lò bằng đường con lăn trong lò, bằng thiết bị kích, nâng chuyển phôi

Số lượng con lăn: bao gồm 9 con lăn động cơ độc lập

- Điều khiển chế độ nung, có hệ thống theo dõi, quan sát trong lò bằng camera

Kick-off : Tay nâng phôi tới dãy con lăn

KK ra : Không khí ra đƣợc đƣa tới các vùng mỏ đốt

Phôi đƣợc đƣa liên tục vào lò, tùy theo yêu cầu cán và nhiệt độ cần thiết đạt đƣợc

mà phôi sẽ đƣa đƣợc ra lò Chia theo chức năng thì lò gồm 2 phần: phần sấy và phần nung Qua dãy con lăn và các tay nâng đầu vào, phôi dần dần đƣợc chuyển tới phần sấy sau đó tới phần nung Đầu lò đƣợc sử dụng để xác định vị trí hiện tại của phôi

tại cửa ra Phôi được lấy ra thông qua các tay nâng kick – off1, kick – off2 tới dãy con lăn đầu ra Chốt chặn trung gian được sử dụng trong trường hợp lò nung tiếp nhận phôi có chiều dài 6m, nhằm ngăn không cho phôi sau va vào phôi trước trên dãy con lăn đầu vào Chốt chặn sau để xác định vị trí cuối cùng của phôi trước ở trong lò

Khi phôi đã nằm gọn trong lò, cửa lò đóng lại, máy tống chuyển phôi vào đáy lò Phần sấy được tính từ đó cho đến trước vách ngăn hình vòm Phần này có hai mỏ đốt, nhiệt độ không cao lắm

Hình 2.2 Cấu tạo mỏ đốt lò nung

Phần nung là phần quan trọng nhất của lò Phần này quyết định chất lượng phôi

ra cán, đảm bảo các tính chất cơ lý cần thiết của phôi Ở đây có sự xuất hiện của các mỏ đốt, nhiệt độ tại đây có thể thay đổi được thông qua việc điều chỉnh các thông số đầu vào của mỏ đốt Chẳng hạn để tăng nhiệt độ người ta sẽ có thể điều chỉnh tăng lưu lượng dầu được bơm vào lò

Lò gồm 4 vùng: Nung sơ bộ (1), nung cục bộ (2) và nung đều nhiệt (3, 4) Các khoang nung không có ranh giới rõ ràng, đó là vùng xung quanh các mỏ đốt Tại mỗi vùng các mỏ đốt được điều chỉnh sao cho các thông số đầu vào là như nhau

- Vùng (1) được tính từ sau vách ngăn hình vòm cho đến mỏ đốt đầu tiên, sử dụng duy nhất một mỏ đốt ở mỗi bên, lưu lượng dầu tối đa 550 lít/h Nhiệt độ vùng (1) khoảng 700÷8000

C

- Vùng (2) tập trung hai mỏ đốt ở hai bên, lưu lượng dầu tối đa 1100lít/h Đây

là vùng quan trọng nhất chi phối nhiệt độ lò Điều khiển cũng tập trung chủ yếu ở đây Nhiệt độ vùng (2) là khoảng 12000

Trong thực tế tùy thuộc vào loại phôi (phôi nóng hay phôi nguội), công suất cán

mà vùng (1) có thể được sử dụng hay không Các vùng còn lại luôn được hoạt động

Bộ trao đổi nhiệt nằm trên đường ra của kênh khói, có nhiệm vụ tận dụng sức nóng của khí thải để sấy nóng không khí trước khi được đưa vào lò thông qua các

mỏ đốt Trước và sau bộ trao đổi nhiệt có các sensor cảm biến nhiệt độ (can nhiệt) cung cấp các thông tin về điều khiển nhằm duy trì nhiệt độ ổn định cần thiết cho bộ trao đổi nhiệt Thông thường nhiệt độ trước trao đổi nhiệt vào khoảng 5000

C, sau trao đổi nhiệt vào khoảng 4500C Van xả khí nóng được sử dụng khi thấy nhiệt độ tại đây cao quá giá trị cho phép

Kênh khói có nhiệm vụ để thoát khí thải của lò Gồm bộ tập trung khí thải (TT1), ống khói, đường dẫn khí thải và van xả kênh khói Van xả kênh khói có nhiệm vụ đóng mở kênh khói khi cần thiết nhằm duy trì áp suất trong lò ổn định 0,80kg/N Ngoài ra khi cần thiết việc giảm bớt độ mở của kênh khói còn có tác dụng giữ nhiệt cho lò

Kênh khí không khí (gió) mát ngoài trời được đưa tới bộ trao đổi nhiệt, tại đây

nó được sấy nóng sau đó chuyển tới bộ tập trung khí nóng (TT2) Van xả 2 hoạt

động để xả bớt khí nóng ra ngoài nhằm hạ nhiệt độ của khí nóng được duy trì ở 350°C Van xả 1 trích một phần khí mát ra ngoài thông qua kênh khói nhằm hạ áp trên kênh khí

Hệ thống nước làm mát nước được sử dụng để làm mát dãy con lăn đầu vào, dãy con lăn đầu ra, các cánh tay nâng kick-off, đầu lò phôi, miệng cánh tay nâng và đầu

dò, chốt chặn và máng chứa xỉ Có hai loại làm mát được sử dụng là làm mát gián tiếp và làm mát trực tiếp cơ cấu cần làm mát Duy chỉ có hệ thống làm mát máng xỉ

là kiểu gián tiếp thông qua hộp nươc có gắn ở bên cạnh, các hệ thống làm mát còn lại sử dụng nước đều thuộc loại trực tiếp

Hình 2.3 Hệ thống nước làm mát

Nhiệt độ lò nung đạt được bằng cách điều chỉnh nhiệt độ của dầu nhiên liệu

và không khí dùng cho đốt nhiên liệu Cả hai luồng dầu và khí quyết định đến quá trình đốt: để chọn chế độ nung cần điều chỉnh hợp lý hai luồng dầu và khí trên bằng các van điều chỉnh Tất cả các van được điều chỉnh bằng động cơ thủy lực khí nén

2.1.2 Các yêu cầu điều khiển lò nung

a Điều khiển hoạt động lò nung

Điều khiển hoạt động lò nung bao gồm: điều khiển thiết bị nạp/ra phôi, hoạt động bên trong lò nung, đóng mở cửa và khóa liên động an toàn trong khi nạp/ra phôi Nếu cần thiết, người vận hành có thể chuyển phương thức điều khiển từ tự động

sang bán tự động hay thủ công để điều khiển trực tiếp khu vực Trong trường hợp như vậy, hoạt động bên trong lò và nạp/ra phôi được điều khiển thủ công bởi người vận hành thông qua bộ nút bấm tại bàn điều khiển đặt trong phòng điều khiển Khi làm việc ở phương thức tự động, dữ liệu được trao đổi với hệ thống tự động khu vực máy cán để thực hiện các khóa liên động ngăn việc ra phôi từ lò nung nếu máy cán không sẵn sàng

b Điều khiển nhiệt độ và điều khiển đốt

Lò được chia thành các vùng, nhiệt độ ở mỗi vùng được điều khiển riêng theo các điểm cài đặt nhiệt độ từ màn hình giám sát lò nung bằng điểu khiển nung, điểu chỉnh khí và lưu lượng nhiên liệu phù hợp đến mỏ đốt

Điều khiển lò nung được dựa trên các vòng điều khiển kín, được thực hiện liên tục bởi hệ thống tự động cơ bản: vòng điều khiển nhiệt độ và vòng điều khiển đốt

Vòng điều khiển nhiệt độ so sánh nhiệt độ đo được bằng cặp nhiệt với nhiệt độ cài đặt ở mỗi vùng và tính toán lượng nhiệt cần thiết để có sự tiệm cận giữa giá trị cài đặt và thực tế

Vòng điều khiển đốt điều chỉnh lưu lượng khí và nhiên liệu đến mỏ đốt sử dụng van điều chỉnh theo đồng hồ lưu lượng để duy trì tỷ lệ nhiên liệu/khí phù hợp (tùy thuộc vào loại nhiên liệu đang được sử dụng), thậm chí trong các điều kiện chuyển tiếp Vòng điều khiển đốt được dựa trên thuật toán giới hạn đôi Việc kiểm soát nghiêm ngặt tỷ lệ nhiên liệu/khí, cùng với việc kiểm soát khí thừa, bảo đảm hiệu quả nhiệt đốt

c Kiểm soát khí thừa

Vì các điều kiện trộn nhiên liệu/khí và hiệu quả thay đổi theo cách không tuyến tính với tải đốt, hệ thống điều khiển tự động kiểm soát khí thừa ứng với tỷ lệ nhiên liệu/khí thuần túy Điều này được thực hiện, trên hết, khi tải đốt thấp được yêu cầu Kiểm soát khí thừa, tích hợp với điều khiển tỷ lệ nhiên liệu/khí được mô

tả ở trên, bảo đảm hiệu quả nhiệt tốt

d Kiểm soát quá áp lò

Kiểm soát quá áp lò nhằm mục đích cung cấp sự phân phối áp suất bên trong lò trơn tru, hơi cao hơn áp suất trong khí quyển một chút để tránh đưa không khí lạnh

và ẩm vào bên trong lò khi mở cửa ra cho việc nạp/ra phôi Điểm cài đặt cho lượng quá áp mong muốn được duy trì bên trong lò nung được cài đặt thông qua màn hình giám sát Cảm biến chênh lệch áp suất được dùng để kiểm tra áp suất bên trong lò so với áp suất khí quyển Áp suất bên trong lò được điều khiển bằng cách

sử dụng van kiểu bướm trong kênh khói

e Kiểm soát áp suất khí đốt

Việc điều khiển áp suất khí đốt nhằm mục đích giữ ổn định áp suất không khí cho đốt Việc kiểm soát được dựa trên cảm biến đo lường áp suất khí nóng trong

bộ hâm nhiệt chung Hệ thống điều khiển so sánh giá trị đo được với giá trị cài đặt thông qua giao diện giám sát và liên tục điều chỉnh vị trí van bên trong quạt khí để đạt được sự tiệm cận giữa 2 giá trị

f Bảo vệ bộ thu hồi khỏi nhiệt độ cao

Nhiệt độ của bộ thu hồi dùng khói lò để nung khí đốt đến từ bên ngoài không được vượt quá mức an toàn Ngoài ra, nhiệt độ của khí đốt nóng từ bộ thu hồi phải được giữ càng ổn định càng tốt Theo thiết kế của lò nung, hệ thống bảo vệ

bộ thu hồi được thực hiện với các chiến lược sau nhằm đạt được 2 kết quả này Cặp nhiệt độ đo nhiệt độ của khói sau khi bộ thu hồi được sử dụng bởi hệ thống điều khiển, để xác định lượng khí loãng nguội phù hợp được thổi từ bện ngoài vào kênh khói trước bộ thu hồi Lưu lượng khí loãng được điều khiển thông qua van Khi nhiệt độ của khói vượt quá giá trị ngưỡng, van khí loãng được mở ra để giảm nhiệt độ của khói đi qua bộ thu hồi và như vậy tăng lượng nhiệt bị “đánh cắp” từ đó Ngoài ra, khi nhiệt độ khí nóng được đo thông qua cặp nhiệt vượt quá giá trị ngưỡng, hệ thống điều khiển bảo vệ bộ thu hồi điều chỉnh van, nằm trong hệ thống thoát khí nóng, để đảm bảo khí nóng thoát ra và tăng lượng khí

nguội thông qua bộ thu hồi

g Bảo vệ mạch làm nguội đáy bước

Hệ thống bảo vệ được cấp cho mạch làm nguội đáy bước (bằng nước) bên trong

lò nung dựa trên các đặc tính sau:

- Đo lưu lượng nước làm nguội trong ống cấp chính phía sau mạch dầm để hiển thị và báo động nếu lưu lượng nước làm nguội thấp

- Đo nhiệt độ liên tục và hiển thị (bằng phương tiện chịu nhiệt) tại đầu vào/ra của đường ống nước làm nguội chính

- Bảo vệ và cảnh báo áp suất nước làm nguội thấp phía trước đầu ra nước làm nguội dầm bước

- Đo nhiệt độ nước làm nguội dầm bằng các yếu tố nhiệt để hoàn toàn điều

khiển tình trạng vận hành dầm

h Hệ thống camera theo dõi lò nung

Hệ thống camera cho phép người vận hành quan sát khu vực ra phôi bên trong lò nung Camera được lắp với thấu kính tập trung tĩnh và được chứa bên trong khung thép không rỉ để bảo vệ khỏi các cú sốc cơ học và thay đổi nhiệt độ

Khung chứa camera và bệ lắp đặt được làm nguội bằng nước Vòi khí nén công

cụ được chuyển đến bộ phận bên trong gần thấu kính để làm nguội bộ kính và ngăn các hạt và bụi không cháy bám vào

Phần trước của khung lắp một bộ lỗ bịt kín với cửa chớp được vận hành và xi lanh khí nén Lưu lượng khí nén được phun trong lỗ cửa làm ngưng dòng khí nhiệt

độ cao ra trong trường hợp quá áp tạm thời trong lò

Các van từ điều khiển lưu lượng nước và khí nén

Khí nén được làm sạch và được tách bằng nước và dầu bằng bộ lọc được lắp bộ giảm áp suất Hệ thống được bảo vệ khỏi việc thiếu nước và/ hoặc khí nén: Lưu lượng vào của hai chất làm nguội được điều khiển bằng công tắc áp suất và công tắc lưu lượng

kiện an toàn bằng cách đóng cửa chớp ở lỗ cửa phía trước

Nhiệt độ nước làm nguội cũng được điều khiển bằng công tắc nhiệt độ điều chỉnh lưu lượng nước làm nguội theo nhiệt độ camera

Các van từ, công tắc áp suất và lưu lượng được bao bọc trong tấm kim loại, cũng chứa thiết bị điện cần thiết cho việc lắp và vận hành nhanh và tin cập hệ thống

i Dịch vụ hỗ trợ lò nung

Cung cấp kiểm soát các dịch vụ phụ trợ sau cho khu vực:

- Dịch vụ thủy lực được cấp bởi bộ phận bao gồm bể dầu, bơm, chịu nhiệt và bộ lọc

- Dịch vụ bôi trơn được cấp bởi bộ phận bao gồm bể dầu, bơm, chịu nhiệt và bộ lọc

Nhân viên vận hành buồng điều khiển thông qua trang chuyên dụng và các lệnh có sẵn trên giao diện giám sát để điều khiển các dịch vụ phụ trợ Nhân viên vận hành sàn xưởng cũng có thể can thiệp thông qua bàn điều khiển cục bộ đặt bên ngoài

2.2 Bài toán điều khiển quá trình nung

Qua phân tích ở trên ta thấy bài toán điều khiển lò nung là một bài toán rất phức tạp Do vậy trong khuôn khổ của luận văn, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu

về điều khiển nhiệt độ để từ đó nâng cao chất lượng lò nung Trước hết ta cần làm

rõ các yêu cầu về nhiệt độ đối với từng vùng nung

2.2.1 Yêu cầu nhiệt độ từng vùng nung

2.2.1.1 Vùng sấy

Vùng sấy có nhiệt độ khoảng 700 – 8000C, 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

Khi chọn chế độ nhiệt độ cho vùng sấy cần chú ý đến tính dẫn nhiệt của kim loại

và lý hoá tính của nó

Việc tự động hoá lò nung là tự động duy trì nhiệt độ lò ở khoảng 12000C

÷12500C thông qua việc điều chỉnh lưu lượng dầu và không khí vào vùng nung

2.2.1.3 Vùng đồng nhiệt

Nhiệm vụ khống chế nhiệt độ vùng này là làm cho phôi nung trước khi ra

lò có độ chênh nhiệt độ giữa bề mặt và tâm phôi nằm trong giới hạn cho phép, khoảng 300C/dm chiều dầy

Tại vùng này nhiệt độ lò được hạ thấp xuống so với vùng nung (11500÷11700C) và cao hơn nhiệt độ bề mặt phôi một chút Với nhiệt độ lò như vậy nhiệt độ bề mặt phôi không tăng được nữa trong khi đó nhiệt độ tâm phôi tiếp tục tăng lên cho đồng đều với bề mặt phôi

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 phôi giảm gây biến dạng, giảm tiêu hao năng lượng khi gia công và tăng tuổi thọ của thiết bị Không đảm bảo được nhiệt độ đồng đều theo tiết diện phôi sẽ làm xoắn phôi tạo ra vết nứt bên trong và làm hư hỏng các chi tiết khác của máy cán trong lúc làm việc

2.2.2 Bài toán điều khiển nhiệt độ lò nung

Với yêu cầu nhiệt độ từng vùng như trên nên mỗi vùng đều được bố trí các

mỏ đốt (đốt bằng dầu với không khí) Tại mỗi mỏ đốt đều có các van điều khiển bằng tay để điều chỉnh lưu lượng dầu, khí nén hóa mù dầu và điều chỉnh lưu lượng không khí Riêng với từng cụm mỏ đốt cho các vùng chỉ có 1 van điều khiển lưu lượng dầu và 1 van điều khiển lưu lượng không khí Bài toán điều

khiển nhiệt độ lò nung chính là điều chỉnh tự động các van này sao cho nhiệt độ từng vùng ổn định và duy trì theo yêu cầu đặt ra

Để điều khiển nhiệt độ cho lò nung ta điều khiển cho nhiệt độ từng vùng với trị số đặt trước 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

Khi đặt nhiệt độ thì tương ứng phải có lưu lượng dầu nhất định để nhiệt độ

lò đạt đến nhiệt độ đã đặt Với lưu lượng dầu đó cần điều khiển để cơ cấu chấp hành van mở đến đúng lưu lượng dầu yêu cầu Vậy điều khiển lưu lượng dầu ở đây cần phải có một vòng điều khiển nữa

Bài toán điều khiển tỷ lệ lưu lượng dầu/khí là một bài toán điều khiển cực

trị (hay cực trị trôi) và đã có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này 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 Và đồng thời ta coi cơ cấu chấp hành van điều khiển lưu lượng dầu là lý tưởng, nghĩa là ta bỏ qua vòng điều khiển lưu lượng dầu

Việc đo lường và điều khiển nhiệt độ cho bốn vùng nung là hoàn toàn tương tự nhau Cho nên nghiên cứu tập trung chủ yếu vào vùng 1 (vùng sấy), các vùng còn lại là hoàn toàn tương tự

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 van không khí

theo tỷ lệ tối ưu nhất) sao cho nhiệt độ vùng ổn định tại nhiệt độ đặt trước đó Nhiệt độ của mỗi vùng được đo bằng hai cặp nhiệt loại “S” ở hai bên lò Sở dĩ đo bằng hai cặp nhiệt là để dự phòng, nếu trường hợp cặp nhiệt này lỗi thì chuyển sang sử dụng cặp nhiệt còn lại Ở chế độ tự động thì tự động chọn 1 cặp nhiệt có giá trị nhiệt độ đo cao hơn cặp nhiệt còn lại, trong trường hợp hư 1 cặp nhiệt thì hệ thống tự động chuyển sang chọn cặp nhiệt còn lại Giá trị nhiệt độ đo được so sánh

với giá trị nhiệt độ đặt trước (được người vận hành cài đặt trên giao diện giám sát) Sai lệch giữa hai giá trị nhiệt độ này được đưa vào bộ điều khiển để có tín hiệu điều khiển van cấp dầu và từ đó điều khiển nhiệt độ của vùng

Vậy với bài toán điều khiển đặt ra và phương pháp điều khiển nhiệt độ các vùng lò nung là độc lập với nhau, do đó muốn thiết kế được bộ điều khiển cho các vùng ta cần xác định mô hình toán học của từng vùng nung

2.3 Mô hình toán học của từng vùng nung

Vì hệ thống điều khiển nhiệt độ các vùng tương tự như nhau, do đó nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình toán học vùng 1, các vùng còn lại được xác định theo cách tương tự

2.3.1 Mô hình toán học vùng 1

Để xác định mô hình toán học của một đối tượng nào đó, trước tiên cần xác định cấu trúc của đối tượng đó thế nào Đối tượng điều khiển cần xét là vùng 1 cũng giống như các đối tượng điều khiển khác, tức là có 3 thành phần như sau:

Đối tượng điều khiển vùng 1

Hình 2.4 Đối tượng điều khiển vùng 1

Tiếp theo ta đi xác định hàm chuyền của thiết bị đo, thiết bị chấp hành và của

vùng 1 để từ đó xây dựng hàm chuyền của đối tượng điều khiển vùng 1

2.3.1.1 Hàm chuyền thiết bị đo

Trong hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung thì thiết bị đo gồm: can nhiệt (loại S)

và bộ chuyển đổi đo chuẩn Như vậy, tín hiệu vào can nhiệt là nhiệt độ và tín hiệu ra là điện áp, khi nhiệt độ thay đổi từ 0÷14000C thì điện áp thay đổi từ 0÷18.6mV (đối với can nhiệt loại S) Tín hiệu điện áp được đưa qua bộ chuyển

đổi điện áp - dòng điện thành tín hiệu chuẩn 4÷20mA

Đặc tính động học của hầu hết các thiết bị đo có thể mô tả bằng phương trình vi phân cấp một hoặc cấp hai Coi đặc tính của thiết bị đo là tuyến tính, động học của nó có thể được biểu diễn với khâu quán tính bậc nhất:

(hoặc một khâu bậc hai ổn định) Nói chung đặc tính động học của thiết bị đo có ảnh hưởng ít nhiều tới chất lượng điều khiển Vì hằng số thời gian τ (khoảng 0.005s) rất nhỏ so với hằng số thời gian của vùng nhiệt (100s), tức là phép đo có động học nhanh hơn nhiều so với động học quá trình, do đó ta có thể bỏ qua quán tính của thiết bị đo và coi đặc tính của thiết bị đo như một khâu khuyếch đại thuần túy

Vậy:Gm (s) = km Vì khi nhiệt độ thay đổi từ 0÷1400 C thì

tương ứng với đầu ra thay đổi từ 4÷20mA

(2.1) Tương tự xác định hàm chuyền các thiết bị đo vùng 2, 3 và 4:

2.3.1.2 Hàm chuyền thiết bị chấp hành

Thiết bị chấp hành được sử dụng là van bướm được điều chỉnh bằng thiết bị thủy lực khí nén Mô hình động học của van điều khiển có thể đưa về một khâu quán tính bậc nhất

Việc xác định hệ số khuếch đại kv và hằng số thời gian τv của van có thể tiến hành từ thực nghiệm Hằng số thời gian τv của van phụ thuộc chủ yếu vào cơ cấu chấp hành

Thông thường τv có giá trị khoảng một vài giây, ta chọn τv = 1s

Khi tín hiệu điều khiển thay đổi từ 4÷20mA thì qua bộ chuyển đổi điện-khí nén I/P ta được đầu ra là tín hiệu khí nén thay đổi từ 0.2÷1 bar Khi tín hiệu khí nén thay đổi thì tín hiệu độ mở van thay đổi từ 0÷100% Và khi độ mở van thay đổi thì lưu lượng dầu qua van thay đổi từ 0÷550lit/h Vậy hệ số khuếch đại van điều khiển vùng 1 là:

(2.3) Tương tự xác định hàm chuyền van điều khiển cấp dầu vùng 2, 3 và vùng 4:

(2.4)

2.3.1.3 Hàm chuyền vùng 1

Lò nung là đối tượng có dung lượng lớn, có thời gian trễ và quan hệ không tuyến tính của các tham số, bằng giải tích ta rất khó tìm được đặc trưng tĩnh học và động lực học của chúng Với những lý do trên nên hiện nay ta sử dụng chủ yếu dựa trên phương pháp thực nghiệm xác định hàm chuyền của từng vùng nung trong lò Bằng phương pháp thực nghiệm ta thấy, khi cấp nhiệt tối đa (công suất P=100%) cho vùng lò thì nhiệt độ của vùng lò tăng dần với đường đặc tính quá độ của các vùng lò có dạng hình chữ S Do đó có thể xấp xỉ mô hình toán học các vùng lò nung về dạng mô hình toán học bậc nhất có trễ

Vì mỗi vùng có đặc điểm khác nhau nên các tham số K, T, τ của mỗi vùng khác nhau Bây giờ ta đi xác định các tham số K, T, τ của các vùng lò nung