Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép thái nguyên trên nền simtic s7 – 300 và phần mềm wincc

Mục đích của nghiên cứu nhằm khai thác công nghệ tự động hóa hiện đại để nâng cấp và cải thiện hiệu quả nung phôi thép trong lò. 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.

KIM ĐÌNH THÁI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG CHO NHÀ MÁY CÁN THÉP THÁI NGUYÊN TRÊN NỀN SIMTIC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Thái Nguyên - 2013

Tên tôi là : Kim Đình Thái

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ của nhà

máy cán thép Thái Nguyên bằng PLC S7-300 và phần mềm WinCC” 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 GS.TS Phan Xuân Minh

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 12 năm 2013

Học viên

Kim Đình Thái

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

kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung trên nền Simatic S7-300 và phần mềm WinCC”

đã hoàn thành

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

Cô giáo hướng dẫn GS.TS Phan Xuân Minh, Bộ môn Điều khiển Tự động – Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tập thể cán bộ nhà máy cán thép Thái Nguyên, đặc biệt là các cán bộ thuộc phòng

Cơ – Điện của nhà máy

Phòng đào tạo Sau đại học và các thầy cô giáo thuộc Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Toàn thể các bạn bè đồng nghiệp cùng gia đình đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 12 năm 2013

Học viên

Kim Đình Thái

LỜI CAM ĐOAN i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TĂT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii

2.1 Cấu tạo và hoạt động của lò nung nhà máy cán thép Thái Nguyên 21

2.1.2 Các yêu cầu điều khiển lò nung 25

3.2.2 Thiết bị ghép nối truyền thông 52

3.4.2.2 Giao diện HMI điều khiển và giám sát nhiệt độ các vùng lò nung 67

3.4.2.3 Giao diện HMI giám sát nhiệt độ các vùng lò nung 68

3.4.2.4 Giao diện cài đặt tham số PID điều khiển nhiệt độ các vùng lò nung 69

PHỤ LỤC 78

1 AI Analog Input Module đầu vào tương tự

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 Standards-JIS Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản

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

22 PID Proportional Integral Derivative Thuật toán điều khiển vi tích phân

tỷ lệ

23 PLC Programmable Logic Controller Thiết bị logic khả trình

phần gang thép

31 WinCC Windows Control Center Trung tâm điều khiển chạy trên

nền Window

Trang

1 Bảng 1.1 Bảng thời gian sản xuất và cơ cấu sản phẩm 4

2 Bảng 1.2 Bảng thông số máy biến áp của nhà máy 11

3 Bảng 2.1 Bảng tổng hợp mô hình toán học các vùng nung 36

4 Bảng 2.2 Tổng hợp thông số bộ điều khiển PID cho 4 vùng nung 45

Trang

8 Hình 2.6 Sơ đồ tổng quát điều khiển nhiệt độ vùng nung 37

9 Hình 2.7 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ vùng sấy 38

10 Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ vùng sấy trên Simulink 39

11 Hình 2.9 Bảng thiết lập thông số bộ điều khiển PID trên Simulink 40

13 Hình 2.11 Đánh dấu các điểm đặc biệt trên đồ thị đáp ứng của PID tuner 42

14 Hình 2.12 Tinh chỉnh thông số bộ điều khiển trên PID tuner 43

15 Hình 2.13 Nhiệt độ vùng sấy khi nhiệt độ đặt 800 0C 44

16 Hình 2.10 Mô phỏng vùng nung khi nhiệt độ đặt 1200 0C 45

17 Hình 2.11 Mô phỏng vùng đồng nhiệt 3, 4 khi nhiệt độ đặt 1150 0C 46

18 Hình 3.1 Cấu trúc trạm PLC của hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung 48

19 Hình 3.2 Cấu hình cứng của trạm PLC điều khiển nhiệt độ lò nung 49

21 Hình 3.4 Cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung 53

27 Hình 3.10 Màn hình theo dõi nhiệt độ vùng 1 theo dạng bảng và dạng đồ thị 69

28 Hình 3.11 Màn hình cài đặt tham số PID để điều khiển nhiệt độ vùng 1 69

29 Hình 3.12 Thực nghiệm mô phỏng hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung 70

30 Hình 3.13 Giao diện tổng quan khu vực lò nung (thực nghiệm) 71

31 Hình 3.14 Giao diện điều khiển và giám sát nhiệt độ vùng 1(thực nghiệm) 72

32 Hình 3.15 Giao diện theo dõi nhiệt độ vùng 1 (thực nghiệm) 73

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Với tình trạng một số nhà máy cán thép được xây dựng từ thế kỷ 20 ở nước ta và công nghệ tự động hoá phát triển mạnh trong công nghiệp nói chung và trong công nghiệp cán thép nói riêng thì thiết bị công nghệ trong các nhà máy đã tỏ ra lạc hậu ảnh hưởng tới hiệu quả sản xuất Do vậy, việc cải tạo nâng cấp thiết bị nâng cao khả năng tự động hoá trong sản xuất cán thép là điều tất yếu

Đối với nhà máy cán thép Thái Nguyên, qua khảo sát tìm hiểu, thì hiện tại nhà máy

có khá nhiều các công đoạn được điều khiển thủ công và phụ thuộc khá nhiều vào kinh nghiệm của người vận hành Cụ thể là công đoạn nung phôi thép trong lò nung của nhà máy đang được điều khiển dưới dạng bán tự động, vì thế chất lượng thép 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 cán thép nói chung và nhà máy cán thép Thái Nguyên nói riêng là thực sự cấp thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất Với ý nghĩa đó và

được sự đồng ý của cán bộ hướng dẫn GS.TS Phan Xuân Minh, tôi đề xuất đề tài “Thiết

kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên trên nền Simatic S7-300 và phần mềm WinCC”

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu nhằm khai thác công nghệ tự động hóa hiện đại để nâng cấp và cải thiện hiệu quả nung phôi thép trong lò 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 là hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung của nhà máy cán thép Thái Nguyên

Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Luận văn lấy nhà máy cán thép Thái Nguyên làm địa điểm nghiên cứu, thời gian nghiên cứu từ tháng 03-2013 đến tháng 11-2013

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 cán thép Thái Nguyên, 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 cán thép Thái Nguyên 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 thép Thái Nguyên 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 1: Tìm hiểu về quy trình công nghệ và hệ thống tự động hóa nhà máy cán thép Thái Nguyên

Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nung của nhà máy

Chương 3: Tổng hợp hệ thống tự động hóa trên nền Simatic S7-300 và phần mềm WinCC

CHƯƠNG 1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TẠI

NHÀ MÁY CÁN THÉP THÁI NGUYÊN

1.1 Giới thiệu nhà máy

Nhà máy cán thép Thái Nguyên được khởi công xây dựng tháng 6/2002 với chủ đầu tư là công ty gang thép Thái Nguyên Tất cả thiết bị chính trong dây chuyền là do hãng Danieli - Italia cung cấp

Ngày 19/8/2005, nhà máy được công nhận đạt chứng chỉ ISO 9001-2000 Tháng 7/2005 nhà máy được công ty gang thép Thái Nguyên giao kế hoạch sản xuất, nhằm đáp ứng nhu cầu thép trong nước

Với công nghệ, thiết bị hiện đại và tiên tiến của các nước G7 được áp dụng từ năm

1997 trở lại đây Mức độ tự động hoá cao và có các thiết bị xử lý chất thải bảo vệ môi trường theo tiêu chuẩn cho phép với công suất 300.000 tấn/năm, dây chuyền của nhà máy được đánh giá là tương đối hiện đại với mức độ tự động hoá cao từ giai đoạn đưa phôi vào

lò đến khi ra thành phẩm Các sản phẩm của nhà máy không ngừng được cải thiện về cả chất lượng lẫn số lượng

Sản phẩm:

+ Thép cuộn: Ø5,5 mm đến Ø12mm

+ Thép thanh tròn, vằn: Ø10 mm đến Ø36 mm

+ Ngoài ra các sản phẩm trung gian có thể cán đến Ø50 mm

Tiêu chuẩn sản phẩm: Theo tiêu chuẩn DIN của Đức, ngoài ra khi có yêu cầu của khách hàng nhà máy vẫn có thể sản xuất theo các tiêu chuẩn hiện hành công ty gang thép đang áp dụng

+ Tiêu chuẩn Nhật Bản JISG 3112-87

+ Tiêu chuẩn cơ sở TCGT 001-2001, của công ty gang thép

+ Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1650-85

Các sản phẩm thép cán chủ yếu được dùng trong xây dựng, được sản xuất từ các mác thép cacbon thấp, trung bình và hợp kim thấp

- Thời gian sản xuất và cơ cấu sản phẩm ( khi đạt 100% công suất)

Bảng 1.1 Bảng thời gian sản xuất và cơ cấu sản phẩm

Sản phẩm Năng suất

(T/h)

Tỷ lệ (%)

Sản lượng ( Tấn )

Phôi cán ( Tấn )

Tiêu hao khối lượng (T/Tsp)

Thời gian cán ( h )

- Thời gian sản xuất trong năm (365 ngày)

- Thời gian vận hành 7396 h/ năm (308 ngày)

- Thời gian dừng sửa chữa cơ điện và các nguyên nhân khác: 908h/ năm

- Thời gian cán lý thuyết: 7396 - 980 = 6416 h / năm

- Thời gian cán thực tế: 6180 h / năm

- Hiệu suất thời gian: 86,7%

- Năng suất cán trung bình: 50T/ h

- Tiêu hao phôi cán: 1,030 kg/ Tsp (phế + đầu mẫu = 2%, cháy trong lò = 0,6%, vẩy sắt = 0,4%, Tổng = 3%)

- Tỷ lệ thu hồi sản phẩm : 97%

1.2 Quy trình công nghệ cán thép

Qui trình công nghệ của nhà máy cán thép Thái Nguyên được biểu diễn ở hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ cán thép

Thu cuộn

Đạt Kiểm tra

Cân nhập kho Đếm, đóng bó

Cắt sản phẩm

Kiểm tra

Buộc cuộn

Cân nhập kho Phân loại,xếp riêng

Không đạt Không đạt

Cắt phân đoạn Quenching Cán thanh

Xử lý

Không đạt

Ra lò Đạt

Đạt

1.2.1 Quy trình cán thép dây cuộn

Phôi được nhập về từ nhà máy Luyện thép Lưu xá và một lượng nhập khẩu từ các nước Trung Quốc, Nga Qua kiểm tra, thực hiện theo quy định kiểm tra nhập phôi QĐ824-02 và áp dụng tiêu chuẩn Phôi tiết diện vuông 1202 ÷ 1302 mm2, có chiều dài L =

6000 ÷ 12000 mm

Phôi sau khi kiểm tra đạt yêu cầu kỹ thuật được đánh lô và cẩu đưa lên bàn nạp phôi, từng phôi lần lượt theo bàn con lăn nạp vào lò nung tự động theo chương trình cài

đặt tự động (hoặc điều khiển bằng tay khi cần thiết) Sau đó, phôi được đưa vào lò nung

liên tục, nung từ nhiệt độ môi trường lên tới nhiệt độ yêu cầu tuỳ theo từng mác thép (11000C ÷ 11500C) Phôi dịch chuyển trong lò tới vùng đều nhiệt, đủ nhiệt độ yêu cầu, hệ thống Kick-off chuyển phôi lên bàn con lăn đưa phôi ra khỏi lò để cán

Sau khi ra lò phôi cán dịch chuyển trên đường con lăn qua máy đẩy tiếp trước giá cán số 1, nhóm giá cán thô gồm 6 giá, công suất động cơ 250 KW bố trí đứng nằm xen kẽ thẳng hàng liên tục Bốn giá cán đầu có đường kính trục Ø550 mm, 02 giá tiếp theo có đường kính Ø450 mm Sau 6 giá cán thô kích thước phôi cán là Ø55 mm

Phôi cán ra khỏi giá 6 được cắt đầu, đuôi (nhằm loại bỏ các khuyết tật đầu đuôi của vật cán) Máy cắt này còn có nhiệm vụ chặt phôi thành từng đoạn ngắn khi có sự cố không cho cán tiếp

Nhóm giá cán trung/tinh gồm 8 giá, công suất động cơ 315 KW bố trí đứng nằm xen kẽ Từ giá số 7 đến giá số 10 có đường kính trục là Ø370 mm, từ giá số 11 đến giá số

14 có đường kính trục là Ø340 mm Tuỳ theo từng sản phẩm mà số lần cán và kích thước

lỗ hình cán có khác nhau

- Sản phẩm thép thanh tròn trơn, vằn Ø32 mm, Ø36 mm kết thúc ở giá cán số 10

- Sản phẩm thép thanh tròn trơn, vằn Ø25 mm, Ø30 mm kết thúc ở giá cán số 12

- Sản phẩm thép thanh tròn trơn, vằn Ø18 mm, Ø22 mm kết thúc ở giá cán số 14

- Sản phẩm trung gian cấp cho cán Block có kích thước Ø16,8 ÷ Ø19,7 mm

Vật cán chuyển tiếp từ giá nọ sang giá kia nhờ hệ thống dẫn hướng cơ khí và máng chuyển Từ giá cán số 9 đến giá cán số 14 giữa các giá có bố trí một máy tạo trùng (5 máy tạo trùng), mục đích tạo sự ổn định trong quá trình cán

Phôi cán trước khi vào block được cắt đầu đuôi tại máy cắt số 2 nhằm loại bỏ các khuyết tật đầu đuôi vật cán tạo cho quá trình cán trong block được ổn định Trường hợp

sự cố phía sau, máy cắt này có nhiệm vụ cắt phôi thành từng đoạn ngắn không cho cán vào block Sau máy cắt số 2 có bố trí 01 máy tạo trùng làm cho quá trình cán ổn định hơn trong block Cán block gồm 10 giá đặt nghiêng 450 so với mặt phẳng ngang, các giá vuông góc với nhau ( 900 ) Năm giá cán đầu kích thước bánh cán là: Ø212 x 72mm, 5 giá tiếp theo kích thước bánh cán là: Ø212x 60 mm Tuỳ theo từng loại sản phẩm cán mà số lần cán trong block và kíck thước lỗ hình bánh cán khác nhau

+ Thép thanh tròn trơn, vằn Ø14, Ø16 kết thúc ở giá thứ 2 trong block ( K16 ) + Thép thanh tròn trơn, vằn Ø12 kết thúc ở giá thứ 4 trong block ( K18 )

+ Thép thanh tròn trơn, vằn Ø10 kết thúc ở giá thứ 6 trong block ( K20 )

+ Thép tròn trơn cuộn Ø8 kết thúc ở giá thứ 8 trong block ( K22 )

+ Thép tròn trơn cuộn Ø5,5 ÷ Ø6,5 kết thúc ở giá thứ 10 trong block ( K24 ) Sản phẩm đi ra khỏi Block theo 2 đường:

- Đối với thép thanh: Theo đường dẫn tới hệ thống Quenching ( QTB )

- Đối với thép dây cuộn: Theo đường dẫn tới hệ thống làm nguội ( QTR )

Gồm hai hộp nước lớn Bên trong có các thiết bị khác nhau với mục đích xử lý nhiệt làm nguội thép dây tăng cơ tính độ bền của thép, cải thiện chất lượng bề mặt nhẵn bóng

Máy tạo vòng được đặt nghiêng 150 so với mặt phẳng ngang Thép dây được dẫn vào rôto của máy tạo vòng quay ngược chiều kim đồng hồ tính theo hướng cán bởi một ống xoắn dẫn hướng, các vòng dây được tạo ở đây Tốc độ quay của rôto phù hợp với tốc

độ thép cán ở giá cuối cùng theo từng loại sản phẩm

Sau khi dược tạo vòng, các vòng dây thép được rải đều trên sàn dải lăn làm nguội, đây là giai đoạn thường hoá thép dây, đồng đều hoá nhiệt độ trong lõi và bề mặt thép

Cuối sàn rải lăn có hố thu cuộn, các vòng dây rơi xuống hố thu cuộn và các cơ cấu trong hố thu cuộn xe chuyển cuộn thép được đưa tới máy buộc cuộn.Trước khi bó buộc cuộn sản phẩm thép cán được KCS, công nhân điều chỉnh sản phẩm kiểm tra các thông số kích thước sản phẩm để phân loại Cuộn thép được thực hiện tự động ép buộc (hoặc bằng tay khi cần thiết) đảm bảo đủ 5 đai gọn gàng chắc chắn Sau khi buộc cuộn thép được chuyển tới khu dỡ cuộn Tại đây có bố trí một cân điện tử tự động cân khối lượng của cuộn thép, gắn êtekét và cẩu nhập kho

1.2.2 Quy trình cán thép thanh tròn trơn vằn

Cán thép thanh được thực hiện chuyển tới hệ thống xử lý nhiệt từ 2 đường tuỳ theo

từng loại sản phẩm (Xem sơ đồ dây chuyền công nghệ cán hình 1.1)

+ Thép thanh có kích thước bằng Ø18, cấp từ 14 các giá cán đứng nằm liên tục + Thép thanh có kích thước Ø16, cấp từ các giá cán block

Hệ thống QTB bao gồm nhiều chi tiết khác nhau, công dụng xử lý nhiệt làm tăng

độ bền, bóng đẹp của thanh thép sản phẩm

Thép thanh trước khi vào sàn nguội được cắt phân đoạn với chiều dài phù hợp với chiều dài sàn nguội và bội số của đoạn thép thương phẩm Trên sàn nguội thép được làm nguội tự nhiên, tạo sự ổn định đồng đều bền vững cơ lý của thanh thép và thuận lợi cho quá trình công nghệ tiếp theo Thép thanh được cắt đoạn thương phẩm theo chương trình

tự động được cài đặt (hoặc điều khiển bằng tay khi cần thiết)

Sản phẩm được kiểm tra kích thước, phân loại tách các thanh không phù hợp xếp riêng, các thanh thép hợp cách được chuyển lên sàn thu thép thanh thực hiện các bước tiếp theo

Đếm thanh, đóng bó được thực hiện theo chương trình tự động cài đặt (hoặc điều khiển bằng tay khi cần thiết)

Bó thép dịch chuyển trên đường con lăn ra hệ thống cân tự động và được gắn êtekét chuyển nhập xếp vào kho Tất cả các thông số, kết quả sản xuất được các công nhân vận hành tại các vị trí lưu trữ trên các thiết bị ghi và sổ sách cần thiết cho việc lưu trữ và tính toán kinh tế của các kỳ sản xuất kinh doanh

1.3 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

+Thiết bị phụ trợ đi kèm: Máy cắt hợp bộ và các thiết bị bảo vệ: Bảo vệ kém áp,

bảo vệ quá áp, bảo vệ quá dòng, bảo vệ chạm đất Rơ le hơi (bảo vệ nhiệt độ dầu, áp suất dầu…)

+ Hãng sản xuất: Nhà máy Chế tạo thiết bị điện Đông Anh - Hà Nội

Uk=6.5 %

- Thiết bị phụ trợ đi kèm: máy cắt hợp bộ và các thiết bị bảo vệ:

+ MBA T1: biến đổi điện áp 22kV xuống 0,6kV và cung cấp điện cho các động cơ giá cán từ số 1÷ 8

+ MBA T2: biến đổi điện áp 22kV xuống 0,6kV và cung cấp điện cho các động cơ

giá cán từ số 9÷14

+ MBA T3 ÷ T4: biến đổi điện áp 22kV xuống 0,73kV và cung cấp điện cho 2

động cơ giá cán Block, vì 2 động cơ này có công suất rất lớn 1650kW

+ MBA T5: biến đổi điện áp 22kV xuống 0,4 kV cung cấp điện cho hệ thống phụ

1.3.3 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

1.3.4 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 36kV cho MBA 16MVA ngoài trời

+ Mã hiệu: MERLIN GERIN SM6-36

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

+ Loại tủ: Techgel

- 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 nạp điện 110V DC

+ Loại tủ: Techgel

+ Nhiệm vụ:

Hệ thống đóng cắt phối hợp hoạt động giữa các tủ và ắc quy

Hệ thống ắc quy nạp điện khi hệ thống non tải và cung cấp điện từ ắc quy khi mất

điện các MBA

* 30BB H01: Driver switchboard stands #1 8

+ Loại tủ: DANIELI

+ Nhiệm vụ: Nhận điện từ MBA T1, phân phối điện cho 8 động cơ chính giá cán

các tủ -A1; -A2; -A3…-A8 phân phối cho các động cơ lần lượt:

D01DOMM001; D02DVMM001; D03DOMM001; D04DVMM001; D05DOMM001; D06DVMM001; F07DOMM001; F08DVMM001;

* 30BB H02: Driver switchboard stands #9 14

+ Loại tủ: DANIELI

+ Nhiệm vụ: Nhận điện từ MBA T2 phân phối điện cho 6 động cơ chính giá cán

trung tinh các tủ -A1; -A2; -A3…; -A6 phân phối cho các động cơ lần lượt:

+ Nhiệm vụ: Nhận điện từ MBA T4 phân phối điện cho động cơ #2 Block

* 30BB E05: Furnace entry and r.m Serv.MCC

1.4 Hệ thống tự động hóa

1.4.1 Các tủ điều khiển

Các trạm điều khiển được đóng gói bảo vệ trong một tủ được gọi tắt là tủ điều khiển Các loại tủ này được xếsp vào nhóm: Techgel và nhiệm vụ của các tủ được phân phối như sau:

+ Các tủ -A1;-A2;-A3;-A3;-A4;-A5 cho động cơ con lăn bàn nâng phôi và nạp phôi trong lò

+ Tủ -A6 cho hành trình 9 động cơ con lăn ra phôi đầu ra lò nung

+ Tủ -A10 cho máy bơm, bộ sấy dầu

+ Tủ -A7 cho sấy ống phân phối khí phun mù

+ Tủ -A8;-A9;-A11;-A12;-A15 cho động cơ máy bơm 1; 2; 3; 4 trên đường phân phối dầu

+ Tủ -A16 cho động cơ đóng mở cơ cấu dẫn động thuỷ lực van khí thải và áp lực

lò nung

+ Tủ -A17;-A18 cho động cơ quạt khí đốt lò nung

+ Tủ -A19 cho động cơ bơm mỡ bôi trơn

+ Tủ -A20;-A21;-A22;-A23 cho máy bơm số 1; 2; 3; 4 trạm thuỷ lực lò

+ Đầu cấp cho hệ thống TVCC

+ Tủ -A29 (30BB L05) bảng điện PLC cho lò nung

* 30BB E10: Rolling mill MCC

+ Loại tủ: Techgel

- Nhiệm vụ:

+ Tủ -A1 cho động cơ nâng hạ bàn di chuyển làm mát

+ Tủ -A2;-A3 cho động cơ bơm thuỷ lực máy cán

+ Tủ -A4 cho động cơ bơm tuần hoàn máy cán

+ Tủ -A5 cho bộ sấy hệ thống thuỷ lực khu vực máy cán

+ Tủ -A6 cho động cơ bơm thuỷ lực cho QRT

+ Tủ -A34 (30BB L42) PLC cho các dịch vụ phụ trợ FFB

+ Tủ -A7;-A8 cho động cơ bơm số 1 cho bộ phận bôi trơn máy cán thô số 1; 2 + Tủ -A9 cho bộ sấy tec dầu cho bộ phận bôi trơn máy cán thô

+ Tủ -A12 cho bộ sấy tec dầu cho bộ phận bôi trơn máy cán tinh

+ Tủ -A22 cho bộ tách nước dầu li tâm

+ Tủ -A29 cho bộ phận bơm mỡ khu vực cán

+ Tủ -A32(30BB L10) tủ PLC điều khiển tốc độ máy cán

+ Tủ -A33(30BB L20) tủ PLC cho các phụ trợ máy cán

+ Tủ -A13;-A14 cho động cơ bơm số 1;2 của bộ phận phanh đuôi và máy cắt chia + Tủ -A15 cho bộ sấy tec dầu bộ phận bôi trơn phanh đuôi

+ Tủ -A16;-A17;-A18;-A19 cho động cơ bơm số 1; 2; 3; 14 của bộ phận bôi trơn Block

+ Tủ -A20;-A21 cho bộ sấy tec dầu cho bộ phận bôi trơn Block

+ Tủ -A37 (30BB E90) Tủ khẩn cấp báo động chung

+ Tủ -A24;-A25 cho động cơ bơm số 1; 2 bộ phận bôi trơn dầu tạo cuộn và máy đẩy tiếp

+ A26; -A27 cho động cơ bơm khí 1; 2 máy tạo cuộn và máy đẩy tiếp

+ Tủ -A28 cho bộ sấy dầu máy tạo cuộn và máy đẩy tiếp

+ Tủ -A10;-A11 cho động cơ bơm 1; 2 máy cán tinh

+ Tủ -A39 cho bộ phận bơm mỡ máy cắt số 1

+ Tủ -A39 cho bộ phận bơm mỡ cho động cơ chính máy cắt số 1

+ Tủ -A31;-A32 cho bộ phận nâng; hạ nắp bảo vệ Block

+ Tủ -A35;-A36 tủ PLC cho đầu dải cuộn PLC cho máy cắt chia và kênh đôi + Tủ -A38 (30BB L209) tủ PLC cho nguồn nuôi MCC và phân xưởng

* 30BB F50: Bar finishing auxiliary drives

+ Loại tủ: DANIELI

- Nhiệm vụ:

+ Tủ -A1 cho bộ biến đổi AC/DC

+ Tủ -A5;-A6;-A7 cho con lăn đầu ra máy cắt nguội

+ Tủ -A5;-A6 vận chuyển xích từng bước 1; 2 sàn nguội

+ Tủ -A16 cho di chuyển lật với con lăn đứng

* 30BB E50: Bar finishing area MCC

+ Loại tủ: Techgel

- Nhiệm vụ:

+ Tủ -A1;-A2;-A3;-A6…-A17 cho các động cơ bàn con lăn sàn nguội khu 1-8 + Tủ -A1;-A19…-A21 cho các động cơ bơm thuỷ lực số 1; 2; 3; 4

+ Tủ -A4;-A5 cho khu vực bó và di chuyển của máy bó phụ số 3; 4

+ Tủ -A23 cho bộ sấy dầu khu vực thành phẩm thép thanh

+ Tủ -A24 cho Trạm bôi trơn khu vực thành phẩm thép thanh

+ Tủ -A26 tự động khu vực thép thanh

+ Tủ -A27 Động cơ mở nước gián tiếp 1; 2

* 30BB F10: Rolling mill auxiliary driver

+ Loại tủ: DANIELI

- Nhiệm vụ:

+ Tủ -A1 Bộ biến đổi AC/DC

+ Tủ -A2 cho biến tần bàn con lăn ra lò

+ Tủ -A3 cho biến tần máy đẩy tiếp số 1

+ Tủ -A4 cho biến tần máy cắt số 1

+ Tủ -A6;-A7;-A8;-A17 cho con lăn băng truyền cán dây

+ Tủ -A20 cho biến tần máy cắt số 2

+ Tủ -A22 cho biến tần máy nâng phôi

* 30BB F20: Auxiliary dc drivers

+ Loại tủ: DANIELI

- Nhiệm vụ :

+ Tủ -A1;-A2: Bộ biến đổi máy cắt số 1; 2

+ Tủ -A7 Bộ biến đổi kênh đôi 2

+ Tủ -A8 Bộ biến đổi chuyển sàn nguội

1.4.2 Hệ thống điều khiển phân tán

Hệ thống tự động hóa của nhà máy được tổng hợp theo cấu trúc điều khiển phân tán được biểu diễn trong hình 1.2

Phòng điều khiển trung tâm có hai máy tính (độ phân giải cao) chạy trên nền WindowsNT/2000 với màn hình màu lớn (19 inch) để theo dõi quá trình sản xuất Hai máy tính này được nối mạng ethernet và có thể hoạt động song song, độc lập với nhau Để tiện cho việc vận hành hệ thống, mỗi máy tính được sắp xếp đảm nhiệm một phân đoạn: phân đoạn lò nung và phân đoạn giá cán Phần mềm điều khiển và giám sát chạy trên hai máy tính này giống nhau, vì thế trường hợp cần thiết mỗi máy tính có thể thay thế chức năng của máy tính còn lại Cả hai máy tính này được kết nối với các trạm điều khiển cục

bộ bằng hệ thống mạng truyền thông là ethernet

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 khu vực cán thép có hai

bộ điều khiển PLC để tương ứng đảm nhiệm phần cán thép thanh và cán thép cuộn 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

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển phân tán nhà máy

Trạm điều khiển cục bộ

Phòng điều khiển trung tâm

Bàn điều khiển

Tủ điều khiển Trạm điều khiển cục bộ

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

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

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…

1.5 Kết luận chương 1

Tổng quan về nhà máy cán thép Thái nguyên, 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 1 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 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG

2.1 Cấu tạo và hoạt động của lò nung nhà máy cán thép Thái Nguyên

2.1.1 Cấu tạo lò nung

Lò nung của nhà máy cán thép Thái Nguyên là loại lò đốt liên tục sử dụng dầu, kiểu đáy bước, có công suất nung 50 tấn/h

Giai đoạn II cán phôi: 150 x 150 x 6000 đến 12000mm

- Mác thép cacbon thấp/ trung bình và hợp kim thấp, cháy hao vảy thép trong lò là: 0,6%, nhiệt độ gió nóng 3800 – 4000C, nhiệt độ ra phôi là: 10500 – 11800C

- 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

1 2

4

1 2

Kickoff : Tay nâng phôi tới dãy con lăn

KK ra : Không khí ra được đưa tới các vùng mỏ đốt

Hình 2.1 Lò nung phôi cán thép

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

mà phôi sẽ đưa được 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 được chuyển tới phần sấy sau đó tới phần nung Đầu lò được 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

Kh«ng khÝ Kh«ng khÝ

DÇu KhÝ nÐn

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

Hình 2.2 Cấu tạo mỏ đốt lò nung phôi cán

thép

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÷8000C

- 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

C

- Vùng (3,4) tập trung nhiều mỏ đốt nhất, có đến 10 mỏ đốt được tập trung ở đây, vùng này đảm bảo nhiệt độ của phôi ra cán đồng đều, nhiệt độ vào khoảng 11500C Đây là vùng duy trì và ổn định nhiệt độ của phôi ra cán, lưu lượng dầu tối đa là 285lít/h

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 5000C, 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 khớ núng ra ngoài nhằm hạ nhiệt độ của khớ núng được duy trỡ ở 3500C Van xả 1 trớch

một phần khớ mỏt ra ngoài thụng qua kờnh khúi nhằm hạ ỏp trờn kờnh khớ

Hệ thống nước làm mỏt nước được sử dụng để làm mỏt dóy con lăn đầu vào, dóy

con lăn đầu ra, cỏc cỏnh tay nõng kick-off, đầu lũ phụi, miệng cỏnh tay nõng và đầu dũ,

chốt chặn và mỏng chứa xỉ Cú hai loại làm mỏt được sử dụng là làm mỏt giỏn tiếp và làm

mỏt trực tiếp cơ cấu cần làm mỏt Duy chỉ cú hệ thống làm mỏt mỏng xỉ là kiểu giỏn tiếp

thụng qua hộp nươc cú gắn ở bờn cạnh, cỏc hệ thống làm mỏt cũn lại sử dụng nước đều

thuộc loại trực tiếp

Nước vào Nước ra

Nhiệt độ lũ nung đạt được bằng cỏch điều chỉnh nhiệt độ của dầu nhiờn liệu và

khụng khớ dựng cho đốt nhiờn liệu Cả hai luồng dầu và khớ quyết định đến quỏ trỡnh đốt:

để chọn chế độ nung cần điều chỉnh hợp lý hai luồng dầu và khớ trờn bằng cỏc van điều

chỉnh Tất cả cỏc van được điều chỉnh bằng động cơ thủy lực khớ nộn

2.1.2 Cỏc yờu cầu điều khiển lũ nung

a Điều khiển hoạt động lũ nung

Điều khiển hoạt động lũ nung bao gồm: điều khiển thiết bị nạp/ra phụi, hoạt động

bờn trong lũ nung, đúng mở cửa và khúa liờn động an toàn trong khi nạp/ra phụi

a Làm mỏt giỏn tiếp b Làm mỏt trực tiếp con lăn

Hỡnh 2.3 Hệ thống nước làm mỏt

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 và giảm hao hụt vảy sắt

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 và giảm tổn hao vảy sắt

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 khu 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

Trong trường hợp thiếu nước hay khí nén, hệ thống tự động chuyển sang điều 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 Phát biểu 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 – 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

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 Hiện nay lò của nhà máy cán Thái Nguyên chuyên dùng để nung các loại thép cacbon thường, hệ số dẫn nhiệt lớn nên khả năng truyền nhiệt từ mặt phôi đến tâm phôi nhanh, ứng suất nhiệt sinh ra giữa mặt phôi và tâm phôi lớn, vì vậy tốc độ nung có thể cho phép tuỳ ý tức là nhiệt độ vùng sấy có thể tuỳ ý Tuy nhiên nếu tốc độ nung có thể cho phép quá thấp thì thời gian nung sẽ kéo dài, ảnh hưởng tới năng suất lò

2.2.1.2 Vùng nung

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

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 thép nhằm 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