BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - 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 Tự động hóa NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hƣơng Hà Nội - 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: ĐÀO ĐĂNG HẢI Đề tài luận văn: Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han Mã số SV: CB130864 Tác giả, Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 28/04/2016 với nội dung sau: Đã chỉnh sửa số lỗi soạn thảo, lỗi trình bày Đã sửa lại trục tọa độ cho rõ ràng thời gian mô phù hợp với thực tế Ngày 20 tháng 05 năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han LỜI CAM ĐOAN Tên là: Đào Đăng Hải Sinh ngày: 04/04/1985 Đơn vị công tác: Phòng Kinh doanh Công ty cổ phần Ngô Han Hiện học lớp cao học ngành Đo lƣờng kỹ thuật điều khiển, trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan đề tài luận văn: “Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han” công trình nghiên cứu khoa học riêng Các tài liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng Các giải pháp thiết kế nhƣ kết thực nghiệm mô đƣợc thực nghiêm túc dƣới hƣớng dẫn cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hƣơng Hà Nội, ngày 30 tháng 04 năm 2016 Học viên Đào Đăng Hải Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han LỜI CẢM ƠN Sau sáu tháng nghiên cứu làm việc khẩn trƣơng cuối luận văn: “Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han” hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Cô giáo hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hƣơng, Bộ môn Kỹ thuật đo lƣờng tin học công nghiệp – Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tập thể cán nhà máy công ty cổ phần Ngô Han, đặc biệt cán thuộc phòng Cơ – Điện nhà máy Phòng đào tạo Sau đại học thầy cô giáo Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Toàn thể bạn bè đồng nghiệp gia đình quan tâm, động viên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 30 tháng 04 năm 2016 Học viên Đào Đăng Hải Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han 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 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài 2.Mục đích nghiên cứu 3.Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 4.Phƣơng pháp nghiên cứu 5.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .9 6.Cấu trúc luận văn .9 1.4 Hệ thống cung cấp điện 17 1.4.1.Trạm biến áp 22kV nhà 17 1.4.2 Trạm máy phát 110 kVA .18 1.4.3 Trạm lọc sóng hài bậc 5, bậc bù công suất 19 1.5 Hệ thống tự động hóa .20 1.6 Kết luận chƣơng I 22 CHƢƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG 23 2.1 Cấu tạo hoạt động 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 điều khiển đốt 28 c.Kiểm soát khí thừa 28 d.Kiểm soát áp lò 29 e.Kiểm soát áp suất khí đốt .29 f.Bảo vệ thu hồi khỏi nhiệt độ cao .29 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han g.Bảo vệ mạch làm nguội đáy bƣớc 30 h.Hệ thống camera theo dõi lò nung .30 i.Dịch vụ hỗ trợ lò nung 31 2.2 Bài toán điều khiển trình nung 31 2.2.1 Yêu cầu nhiệt độ 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 vùng nung .34 2.3.1 Mô hình toán học vùng 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 vùng khác 38 2.4 Thiết kế điều khiển cho vùng 39 2.4.1 Thiết kế điều khiển PID cho vùng .39 2.4.1.1 Bộ điều khiển PID 39 2.4.1.2 Ứng dụng PID tune để thiết kế điều khiển 40 2.4.2 Tổng hợp điều khiển PID cho vùng khác 46 2.5 Kết luận chƣơng II 48 CHƢƠNG 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 đầu vào-ra 51 3.1.2.1 Các đầu vào tƣơng tự 51 3.1.2.2 Các đầu tƣơng tự 53 3.2 Thiết bị phần mềm hỗ trợ lập trình 53 3.2.1 Thiết bị lập trình 53 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han 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 lò nung 54 3.3.3 Thiết kế chƣơng trình điều khiển STEP 55 3.3.3.1.Lƣu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ lò nung Khối OB35: .56 a.Lƣu đồ thuật toán hàm FC(i) 58 b.Lƣu đồ thuật toán 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 giám sát nhiệt độ vùng lò nung 63 3.4.2.3 Giao diện HMI giám sát nhiệt độ vùng lò nung 64 3.4.2.4 Giao diện cài đặt tham số PID điều khiển nhiệt độ vùng lò nung .65 3.5 Cài đặt phần mềm, lắp đặt hệ thống đánh giá kết 65 3.6 Kết luận chƣơng III 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .71 Tiếng Việt .71 Tiếng Anh .72 PHỤ LỤC 73 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 AI AO CB CPU DB DIN ĐTĐK FB FC FO HMI JIS KCS KK LMN MATLAB MBA MCC MPI OB PC PID 23 24 25 26 27 28 29 30 PLC PS QTB STL TCVN TĐN TT WinCC Module đầu vào tƣơng tự Module đầu tƣơng tự Cảm biến Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm Data Block Khối liệu Deutsches Institut für Normung Tiêu chuẩn Đức Đối tƣợng điều khiển Function Block Miền chứa chƣơng trình Function Miền chứa chƣơng trình Fuel Oil Nhiên liệu đốt lò Human - Machine Interface Giao diện ngƣời máy Japanese Industrial Standards- Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật JIS Bản Kiểm tra chất lƣợng sản phẩm Không khí Manipulated Value Giá trị đầu module mềm MATrix LABoratory Phần mềm tính toán mô Máy biến áp Motor Control Center Trung tâm điều khiển Motor Message Passing Interface Giao thức kết nối với máy tính Organization Block Miền chứa chƣơng trình tổ chức tính cá nhân Personal Computer Máy Proportional Integral Derivative Thuật toán điều khiển vi tích phân tỷ lệ Programmable Logic Controller Thiết bị logic khả trình Power Supply Module nguồn nuôi Quenching Hệ thống xử lý nhiệt Statement list Ngôn ngữ liệt kê lệnh Tiêu chuẩn Việt Nam Trao đổi nhiệt Bộ tập trung khí thải Windows Control Center Trung tâm điều khiển chạy Window Analog Input Analog Output Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Sản lƣợng qua năm .12 Bảng 1.2 Bảng 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 nhà máy 17 Bảng 2.1 Bảng tổng hợp mô hình toán học vùng nung .38 Bảng 2.2 Tổng hợp thông số điều khiển PID cho vùng nung 47 Bảng 3.2 Bảng địa đầu tƣơng tự 53 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han 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 nƣớc làm mát 27 Hình 2.4 Đối tƣợng điều khiển vùng 34 Hình 2.5 Sơ đồ đối tƣợng điều khiển vùng 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 Simulink 41 Hình 2.9 Bảng thiết lập thông số điều khiển PID Simulink 42 Hình 2.10 PID tuner Matlab/Simulink 43 Hình 2.11 Đánh dấu điểm đặc biệt đồ thị đáp ứng PID tuner 44 Hình 2.12 Tinh chỉnh thông số điều khiển PID tuner 45 Hình 2.13 Nhiệt độ vùng sấy nhiệt độ đặt 800 0C 46 Hình 2.14 Mô vùng nung nhiệt độ đặt 1200 0C 47 Hình 2.15 Mô vùng đồng nhiệt 3, nhiệt độ đặt 1150 0C 48 Hình 3.1 Cấu trúc trạm PLC hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung 50 Hình 3.2 Cấu hình cứng 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 63 Hình 3.8 Màn hình theo dõi nhiệt độ vùng theo dạng bảng dạng đồ thị 64 Hình 3.9 Màn hình cài đặt tham số PID để điều khiển nhiệt độ vùng 65 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW322 OUT :="Nhietdo_v12" L "Nh ietdo_v 11" L "Nh ietdo_v 12" >=R JC M001 L "Nh ietdo_v 12" T "P V_v1" BEU M001: L "Nhiet do_v11" T "PV_v 1" BEU 96 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han FC5: XU LY TIN HIEU DIEU KHIEN VAN CAP KHI Network 1: XU LY TIN HIEU DIEU KHIEN VAN CAP KHONG KHI CALL "SCALE" IN :="tbd_k hithua_v1" HI_LIM :=5.000000e+ 002 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW300 OUT :="khithua_v1" L "k hithua _v1" L "h eso_bu _v1" *R T "khibu_tt_v1" L "LL_ dau_dk_v 1" L 97 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han "heso _tl_v1" *R L "khibu_tt_v1" -R T "LL_khi_dk_v1" CALL "UNSCALE" IN :="LL_k hi_dk_v1" HI_LIM :=5.750000e+ 003 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW310 OUT :="Van _khi_v1" L "LL_kh i_dk_v1" L 1.740000e-002 *R T "Do_mo_khi_v1" FC2: XU LY TIN HIEU DO DE DUA RA TIN HIEU QUA TRINH So sanh gia tri hai can nhiet, neu gia tri nao lon hon se lay lam tham so chu trinh dieu khien 98 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han Network 1: LUA CHON CAN NHIET VUNG CALL "SCALE" IN :="Cann hiet_v21" HI_LIM :=1.400000e+ 003 LO_LIM :=0.000000e+0 00 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW324 OUT :="N hietdo_v21" CALL "SCALE" IN :="Cannh iet_v22" 99 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han HI_LIM :=1.400000e+ 003 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW326 OUT :="Nhiet do_v22" L "Nhietd o_v21" L "Nhietdo_v22" >=R JC M002 L "Nh ietdo_v 22" T "P V_v2" BEU M002: L "Nhiet do_v21" T "PV_v 2" BEU 100 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han FC6: XU LY TIN HIEU DIEU KHIEN VAN CAP KHI Network 1: XU LY TIN HIEU DIEU KHIEN VAN CAP KHONG KHI CALL "SCALE" IN :="tbd_k hithua_v2" HI_LIM :=5.000000e+ 002 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW302 OUT :="khithua_v2" L "k hithua _v2" L "h eso_bu _v2" *R T "khibu_tt_v2" L "LL_ dau_dk_v 2" L "heso _tl_v2" 101 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han *R L "khibu_tt_v2" -R T "LL_khi_dk_v2" CALL "UNSCALE" IN :="LL_khi_dk_v2" HI_LIM :=1.150000e+0 04 LO_LIM :=0.000000e+0 00 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW312 OUT :="Van_khi_v2" L "LL_ khi_dk_v 2" L 8.700 000e-003 *R T "Do_mo_khi_v2" FC3: XU LY TIN HIEU DO DE DUA RA TIN HIEU QUA TRINH So sanh gia tri hai can nhiet, neu gia tri nao lon hon se lay lam tham so chu trinh dieu khien 102 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han Network 1: LUA CHON CAN NHIET VUNG CALL "SCALE" IN :="Cannh iet_v31" HI_LIM :=1.400000e+ 003 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW328 OUT :="N hietdo_v31" CALL "SCALE" IN :="Cannh iet_v32" HI_LIM :=1.400000e+ 003 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW330 103 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han OUT :="Nhietdo_v32" L "Nh ietdo_v 31" L "Nh ietdo_v 32" >=R JC M003 L "Nh ietdo_v 32" T "P V_v3" BEU M003: L "Nhiet do_v31" T "PV_v 3" BEU FC7: XU LY TIN HIEU DIEU KHIEN VAN CAP KHI 104 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han Network 1: XU LY TIN HIEU DIEU KHIEN VAN CAP KHONG KHI CALL "SCALE" IN :="tbd_k hithua_v3" HI_LIM :=5.000000e+ 002 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW304 OUT :="khithua_v3" L "k hithua _v3" L "h eso_bu _v3" *R T "khibu_tt_v3" L "LL_ dau_dk_v 105 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han 3" L "heso _tl_v3" *R L "khibu_tt_v3" -R T "LL_khi_dk_v3" CALL "UNSCALE" IN :="LL_k hi_dk_v3" HI_LIM :=3.000000e+ 003 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW314 OUT :="Van _khi_v3" L "LL_kh i_dk_v3" L 3.330000e-002 *R T "Do_mo_khi_v3" 106 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han FC4: XU LY TIN HIEU DO DE DUA RA TIN HIEU QUA TRINH So sanh gia tri hai can nhiet, neu gia tri nao lon hon se lay lam tham so chu trinh dieu khien Network 1: LUA CHON CAN NHIET VUNG CALL "SCALE" IN :="Cannh iet_v41" HI_LIM :=1.400000e+ 003 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:=MW332 OUT :="N hietdo_v41" CALL "SCALE" IN :="Cannh iet_v42" HI_LIM :=1.400000e+ 003 LO_LIM :=0.000000e+ 107 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW334 OUT :="Nhietdo_v42" L "Nh ietdo_v 41" L "Nh ietdo_v 42" >=R JC M004 L "Nh ietdo_v 42" T "P V_v4" BEU M004: L "Nhiet do_v41" T "PV_v 4" BEU FC8: XU LY TIN HIEU DIEU KHIEN VAN CAP KHI 108 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han Network 1: XU LY TIN HIEU DIEU KHIEN VAN CAP KHONG KHI CALL "SCALE" IN :="tbd_k hithua_v4" HI_LIM :=5.000000e+ 002 LO_LIM :=0.000000e+ 000 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW306 OUT :="khithua_v4" L "k hithua _v4" L "h eso_bu _v4" *R T "khibu_tt_v4" L "LL_ dau_dk_v 4" L 109 Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han "heso _tl_v4" *R L "khibu_tt_v4" -R T "LL_ khi_dk_v 4" CALL "UNSCA LE" IN :="LL_khi_dk_v4" HI_LIM :=3.000000e+0 03 LO_LIM :=0.000000e+0 00 BIPOLAR:=F ALSE RET_VAL:= MW316 OUT :="Van _khi_v4" L "LL_kh i_dk_v4" L 3.330000e-002 *R T "Do_mo_khi_v4" 110 ... xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han Đào Đăng Hải - Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han Phạm vi nghiên cứu đề tài: Luận văn lấy nhà máy sản xuất dây điện. .. Thị Lan Hƣơng, đề xuất đề tài Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dây điện từ công ty cổ phần Ngô Han Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu nhằm khai thác công nghệ tự động hóa... Hải Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han LỜI CẢM ƠN Sau sáu tháng nghiên cứu làm việc khẩn trƣơng cuối luận văn: Nghiên cứu khảo sát tích hợp dây chuyền sản