Nghiên cứu hệ thống điều khiển và giám sát cán thép trong công ty cán thép Thái Nguyên

Đối với các nhà máy cán thép Thái Nguyên hiện nay đã được xây dựng từ những năm 2002, với công nghệ Danieli- Italia khá hiện đại lúc bấy giờ. Tuy nhiên qua khảo sát tìm hiểu, thì hiện tại khu vực cán cán thép của nhà máy cán thép đang sử dụng các bộ PLC S7-400 và các module mở rộng để điều khiển và giám sát khu vực cán thép. Vì thế trong bài báo này chúng tôi sẽ ứng dụng các module có sẵn của nhà máy rồi từ đó đưa ra các giải pháp điều khiển và giám sát HMI trên nền Simatic S7-400 và WinCC.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu hệ thống điều khiển và giám sát cán thép trong công ty cán thép Thái Nguyên Bùi Tuấn Anh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 128(14): 11 - 15 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁN THÉP TRONG CÔNG TY CÁN THÉP THÁI NGUYÊN Bùi Tuấn Anh*, Nguyễn Thị Thu Hiền Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Đối với các nhà máy cán thép Thái Nguyên hiện nay đã được xây dựng từ những năm 2002, với công nghệ Danieli- Italia khá hiện đại lúc bấy giờ. Tuy nhiên qua khảo sát tìm hiểu, thì hiện tại khu vực cán cán thép của nhà máy cán thép đang sử dụng các bộ PLC S7-400 và các module mở rộng để điều khiển và giám sát khu vực cán thép. Vì thế trong bài báo này chúng tôi sẽ ứng dụng các module có sẵn của nhà máy rồi từ đó đưa ra các giải pháp điều khiển và giám sát HMI trên nền Simatic S7-400 và WinCC. Từ khóa: SCADA, thuật toán điều khiển,Looper, PLC S7-400 ĐẶT VẤN ĐỀ* Thiết kế hệ thống tự động hóa và điều khiển cho nhà máy Cán thép Thái Nguyên là một bài toán lớn và phức tạp. Trong nhà máy cán thép Thái Nguyên ở khu vực cán thép được xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát SCADA để thợ vận hành dễ dàng giám sát và điều khiển dây truyền từ xa. Trạm điều khiển khu vực giá cán có rất nhiều chức năng như: điều khiển tốc độ cán, điều khiển lực căng giữa các giá cán, điều khiển khe hở giữa hai trục cán, điều khiển máy cắt, đếm, đóng bó và tạo cuộn. Để chất lượng cán thép tốt thì việc điều chỉnh đồng tốc độ giữa các động cơ cán là bài toán khó khăn. Tác dụng của việc điều chỉnh tốc độ và lực căng của các giá cán là để cho quá trình cán thép không phải là cán đẩy hay cán kéo mà là quá trình cán tự do. Dây chuyền cán của công ty thép Thái Nguyên là dây chuyền cán nóng liên tục, có yêu cầu điều chỉnh ở vùng rộng và sức căng phải đảm bảo không đổi với độ chính xác cao. Trong bài báo này tác giả đi sâu vào việc nghiên cứu tại vị trí giữa hai giá cán #12 và #13 thép được tạo trùng với độ trùng yêu cầu là 20 cm (h=20cm). Nhằm đáp ứng yêu cầu trên, ta áp dụng hệ thống truyền động điều chỉnh đồng bộ tốc độ và sức căng bằng điều chỉnh điện áp phần ứng, dùng nguồn cung cấp riêng để trang bị cho động cơ truyền động giá cán 12. * Tel: 01692 478758, Email: btanh@ictu.edu.vn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ta có sơ đồ nguyên lý đồng bộ tốc độ và lực căng qua khảo sát nhà máy có sơ đồ như sau: Hình 1. Sơ đồ nguyên lý đồng bộ tốc độ và lực căng Ta coi từ thông bằng hằng số lúc này hệ truyền động có ba mạch vòng tham gia. Mạch vòng dòng điện, mạch vòng ổn định tốc độ và mạch vòng ổn định lực căng. Ta thấy rằng nếu có sự sai lệch về tốc độ thì nhờ khâu đo độ dài PL để điều chỉnh lại tốc độ để đảm bảo vn” = vn+1’. Trong đó vn” : là tốc độ phôi thép ra giá cán n. vn+1’ : là tốc độ phôi thép giá cán số n+1. Từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ cấu trúc như sau: Hình 2. Sơ đồ cấu trúc đồng bộ tốc độ và lực căng 11 Bùi Tuấn Anh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 128(14): 11 - 15 Trong đó khối 1 là bộ điều chỉnh tốc độ, khối 2 là bộ điều chỉnh dòng điện. Khối 3,4,5 là hàm truyền của bộ biến đổi và động cơ điện một chiều. Khối 6 là khối quan hệ tốc độ và chiều dài vật liệu (khối tích phân). Từ độ dài của vật liệu, căn cứ vào khoản cách giữa hai giá cán ta sẽ tìm được độ trùng của thép thông qua khối 7. Độ cao H được sẽ được sensor quang chuyển đổi thành tín hiệu điện áp thông qua khối 8. Tín hiệu ra từ khối 8 sẽ được so sánh với điện áp đặt và sai lệch đưa về bộ điều chỉnh lực căng. Trong quá trình làm việc, phôi thép phải đảm bảo chế độ cán tự do. Vì vậy phôi đi qua giữa hai giá luôn phải có một độ trùng nhất định. cao của phôi thép ổn định ở chế độ đặt với thời gian trễ (0,5s) và độ quá điều chỉnh (3,24% < 10%) thỏa mãn yêu cầu công nghệ cán thép tại giá cán số 12. Qua khảo sát hệ thống truyền động điện tại giá cán số 12. Và sử dụng các phương pháp tổng hợp hệ thống. Sử dụng chương trình mô phỏng Matlap Simulation ta kiểm tra như sau: Ta phát các tín hiệu nhiễu vào hệ thống ở những vị trí: độ cao, độ dài và ta đưa tốc độ của giá cán sau vào (#13) và quan sát sự thay đổi của hệ thống. Để làm được việc đó, ta xây dựng ba hệ thống, trong đó một hệ thống làm chuẩn, hai hệ thống còn lại ta sẽ giảm tín hiệu nhiễu của một hệ thống và tăng tín hiệu ở hệ thống còn lại. Ta đưa đặc tính độ dài, độ cao, tốc độ, dòng điện của cả ba hệ thống ra scope để quan sát sự thay đổi của hệ thống trong quá trình quá độ. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TẠI KHU VỰC CÁN THÉP CỦA NHÀ MÁY Hình 4: Đặc tính tốc độ khi có sự thay đổi tốc độ của giá cán #13 Hình 5: Đặc tính độ cao (H) khi có sự thay đổi tốc độ của giá cán #13 Cấu hình phần cứng Bài toán điều khiển hệ thống cán thép bao gồm bài toán điều khiển dòng điện, điều khiển tốc độ trục cán và điều khiển lực căng. Thiết bị đo tốc độ là máy phát tốc, thiết bị đo lực căng, thiết bị đo dòng điện. Do vậy tổng cộng là có 3 đầu vào số và 3 đầu ra tương tự tại một giá cán. Căn cứ trên bài toán điều khiển đã đặt ra và số lượng đầu vào, đầu ra (gồm các thiết bị đo, thiết bị chấp hành) ta lựa chọn cấu hình phần cứng của hệ thống điều khiển. Các đầu vào tương tự Tín hiệu các đầu vào tương tự là tín hiệu các thiết bị đo của các vùng, bao gồm: Thiết bị đo dòng điện, tốc độ và lực căng. Các thiết bị đo này đều được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp chuẩn 0-10V để đưa tới các module tương tự AI. Hình 3. Sơ đồ khối đồng bộ tốc độ và lực căng Với thông số của đối tượng và thông số của bộ điều khiển như trên. Ta mô phỏng được đặc tính động của hệ thống khi có sự thay đổi tốc độ của giá cán số 13. Nhận xét : Qua việc khảo sát chất lượng hệ thống khi giá cán số 13 thay đổi thì việc đồng bộ tốc độ và lực căng tại giá cán số 12 đảm bảo chất lượng tĩnh và động với Như vậy độ 12 Các đầu ra tương tự Các đầu ra tương tự trong bài toán điều khiển ở đây chính là các triết áp để điều khiển góc mở  cho bộ biến đổi để thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Thiết bị lập trình Thiết bị lập trình được sử dụng ở đây là máy tính ...