Đang tải... (xem toàn văn)
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.
Bùi Tuấn Anh 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 thơng – ĐH Thái Ngun TĨM TẮT Đối với nhà máy cán thép Thái Nguyên xây dựng từ năm 2002, với công nghệ Danieli- Italia đại lúc Tuy nhiên qua khảo sát tìm hiểu, khu vực cán cán thép nhà máy cán thép sử dụng PLC S7-400 module mở rộng để điều khiển giám sát khu vực cán thép Vì báo ứng dụng module có sẵn nhà máy từ đưa giải pháp điều khiển giám sát HMI Simatic S7-400 WinCC Từ khóa: SCADA, thuật toán điều khiển,Looper, PLC S7-400 ĐẶT VẤN ĐỀ* Thiết kế hệ thống tự động hóa điều khiển cho nhà máy Cán thép Thái Nguyên toán lớn phức tạp Trong nhà máy cán thép Thái Nguyên khu vực cán thép xây dựng hệ thống điều khiển giám sát SCADA để thợ vận hành dễ dàng giám sát điều khiển dây truyền từ xa Trạm điều khiển khu vực giá cán có nhiều chức như: điều khiển tốc độ cán, điều khiển lực căng giá cán, điều khiển khe hở hai trục cán, điều khiển máy cắt, đếm, đóng bó tạo cuộn Để chất lượng cán thép tốt việc điều chỉnh đồng tốc độ động cán tốn khó khăn Tác dụng việc điều chỉnh tốc độ lực căng giá cán trình cán thép cán đẩy hay cán kéo mà trình cán tự Dây chuyền cán cơng ty thép Thái Ngun dây chuyền cán nóng liên tục, có yêu cầu điều chỉnh vùng rộng sức căng phải đảm bảo không đổi với độ xác cao Trong báo tác giả sâu vào việc nghiên cứu vị trí hai giá cán #12 #13 thép tạo trùng với độ trùng yêu cầu 20 cm (h=20cm) Nhằm đáp ứng yêu cầu trên, ta áp dụng hệ thống truyền động điều chỉnh đồng tốc độ sức căng điều chỉnh điện áp phần ứng, dùng nguồn cung cấp riêng để trang bị cho động truyền động giá cán 12 * Tel: 01692 478758, Email: btanh@ictu.edu.vn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ta có sơ đồ nguyên lý đồng tốc độ lực căng qua khảo sát nhà máy có sơ đồ sau: Hình Sơ đồ nguyên lý đồng tốc độ lực căng Ta coi từ thông số lúc hệ truyền động có ba mạch vòng tham gia Mạch vòng dòng điện, mạch vòng ổn định tốc độ mạch vòng ổn định lực căng Ta thấy có sai lệch tốc độ nhờ khâu đo độ dài PL để điều chỉnh lại tốc độ để đảm bảo vn” = vn+1’ Trong vn” : tốc độ phôi thép giá cán n vn+1’ : tốc độ phôi thép giá cán số n+1 Từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ cấu trúc sau: Hình Sơ đồ cấu trúc đồng tốc độ lực căng 11 Bùi Tuấn Anh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 128(14): 11 - 15 Trong khối điều chỉnh tốc độ, khối điều chỉnh dòng điện Khối 3,4,5 hàm truyền biến đổi động điện chiều Khối khối quan hệ tốc độ chiều dài vật liệu (khối tích phân) Từ độ dài vật liệu, vào khoản cách hai giá cán ta tìm độ trùng thép thông qua khối Độ cao H sensor quang chuyển đổi thành tín hiệu điện áp thơng qua khối Tín hiệu từ khối so sánh với điện áp đặt sai lệch đưa điều chỉnh lực căng Trong q trình làm việc, phơi thép phải đảm bảo chế độ cán tự Vì phơi qua hai giá ln phải có độ trùng định cao phôi thép ổn định chế độ đặt với thời gian trễ (0,5s) độ điều chỉnh (3,24% < 10%) thỏa mãn yêu cầu công nghệ cán thép giá cán số 12 Qua khảo sát hệ thống truyền động điện giá cán số 12 Và sử dụng phương pháp tổng hợp hệ thống Sử dụng chương trình mơ Matlap Simulation ta kiểm tra sau: Ta phát tín hiệu nhiễu vào hệ thống vị trí: độ cao, độ dài ta đưa tốc độ giá cán sau vào (#13) quan sát thay đổi hệ thống Để làm việc đó, ta xây dựng ba hệ thống, hệ thống làm chuẩn, hai hệ thống lại ta giảm tín hiệu nhiễu hệ thống tăng tín hiệu hệ thống lại Ta đưa đặc tính độ dài, độ cao, tốc độ, dòng điện ba hệ thống scope để quan sát thay đổi hệ thống trình độ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TẠI KHU VỰC CÁN THÉP CỦA NHÀ MÁY Hình 4: Đặc tính tốc độ có thay đổi tốc độ giá cán #13 Hình 5: Đặc tính độ cao (H) có thay đổi tốc độ giá cán #13 Cấu hình phần cứng Bài toán điều khiển hệ thống cán thép bao gồm tốn điều khiển dòng điện, điều khiển tốc độ trục cán điều khiển lực căng Thiết bị đo tốc độ máy phát tốc, thiết bị đo lực căng, thiết bị đo dòng điện Do tổng cộng có đầu vào số đầu tương tự giá cán Căn toán điều khiển đặt số lượng đầu vào, đầu (gồm thiết bị đo, thiết bị chấp hành) ta lựa chọn cấu hình phần cứng hệ thống điều khiển Các đầu vào tương tự Tín hiệu đầu vào tương tự tín hiệu thiết bị đo vùng, bao gồm: Thiết bị đo dòng điện, tốc độ lực căng Các thiết bị đo chuyển đổi thành tín hiệu điện áp chuẩn 0-10V để đưa tới module tương tự AI Hình Sơ đồ khối đồng tốc độ lực căng Với thông số đối tượng thông số điều khiển Ta mơ đặc tính động hệ thống có thay đổi tốc độ giá cán số 13 Nhận xét : Qua việc khảo sát chất lượng hệ thống giá cán số 13 thay đổi việc đồng tốc độ lực căng giá cán số 12 đảm bảo chất lượng tĩnh động với Như độ 12 Các đầu tương tự Các đầu tương tự toán điều khiển triết áp để điều khiển góc mở cho biến đổi để thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động Thiết bị lập trình Thiết bị lập trình sử dụng máy tính PC cài đặt phần mềm Bùi Tuấn Anh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ sử dụng hai phần mềm hãng Siemen: Phần mềm Step7 v5.5 phần mềm WinCC 7.0 Thiết bị ghép nối truyền thơng Để kết nối trạm PLC với máy tính PC cần phải có thiết bị ghép nối truyền thông Các thiết bị ghép nối truyền thông sử dụng là: - Một cáp truyền thông theo giao thức MPI - Một Card CP5611 (32 bit) để kết nối PC với PLC S7-400 thông qua giao thức MPI Cấu trúc điều khiển hệ thống đồng tốc độ lực căng giá cán số 12 Cấu trúc hệ thống điều khiển đồng tốc độ lực căng giá cán số 12 sau: Hình Cấu trúc hệ thống điều khiển giá cán số 12Hệ thống điều khiển lực căng giá cán số 12 sử dụng điều khiển nối cấp hình Hệ thống sử dụng hai điều khiển tốc độ R dùng để ổn định tốc độ giá cán RI điều khiển dòng điện để ổn định dòng điện Đầu là góc điều khiển mạch phát xung dùng để thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động điện chiều giá cán số 12 Bộ điều khiển R T có nhiệm vụ ổn định điện áp lực căng theo giá trị đặt lực căng bù tốc độ động giá cán số 12 Thiết kế chương trình điều khiển STEP Chương trình điều khiển hệ thống cán bao gồm việc đọc tín hiệu đầu vào tương tự từ cảm biến dòng điện lấy thơng qua máy biến dòng, máy phát tốc Looper để đầu tốc độ quay giá cán số 12 đạt 128(14): 11 - 15 yêu cầu công nghệ Điều khiển đồng tốc độ lực căng điều khiển giá trị lực căng theo tín hiệu đặt tức điều khiển tốc độ động ổn định giá trị lực căng giá trị đặt Để viết chương trình điều khiển trước hết cần xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển đồng tốc độ động lực căng Thuật toán điều khiển đồng tốc độ lực căng Tồn chương trình viết OB35 Thời gian trích mẫu T (mặc định T=100ms) thay đổi cách vào phần mềm Step7 Thuật toán điều khiển lực căng giá cán số 12 thực Từ việc xử lý tín hiệu đo để đưa tín hiệu q trình, sau tín hiệu q trình tính tốn điều khiển để đưa tín hiệu bù điện áp đặt vào điều khiển tốc độ Từ giá trị đặt độ võng thép theo thực tế mà Looper xác định được, chương trình tính tốn lượng sai lệch hai giá trị tham gia vào khống chế tốc độ động tăng hay giảm để giữ cho độ võng thép khoảng giá trị đặt nhờ khối FB 41, để đảm bảo chế độ cán tự hai giá cán Từ giá trị đặt tốc độ lượng bù điện áp đầu lực căng trừ điện áp phản hồi máy phát tốc chương trình tính tốn lượng sai lệch hai giá trị tham gia vào khống chế tốc độ động tăng hay giảm để giữ cho tốc độ động khoảng giá trị đặt Từ giá trị đặt tốc độ lượng bù điện áp đầu lực căng trừ điện áp phản hồi máy phát tốc chương trình tính tốn lượng sai lệch hai giá trị tham gia vào khống chế dòng điện động tăng hay giảm để giữ cho dòng điện động khoảng giá trị đặt THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT Yêu cầu thiết kế Thiết kế giao diện HMI để điều khiển giá cán số 12 số 13, phần giám sát phần cảnh báo Về phần điều khiển phải đặt độ trùng để đảm bảo cán tự hai giá cán đặt tham số điều khiển PID lực căng, tốc độ dòng điện hai giá cán 13 Bùi Tuấn Anh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 128(14): 11 - 15 Về phần giám sát phải thể lực tốc độ dòng điện hai giá cán biểu diễn đồ thị số Về cảnh báo phải cảnh báo tình trạng thiết bị (lỗi hay khơng lỗi) Thiết kế giao diện HMI Từ yêu cầu thiết kế giao diện HMI để điều khiển giám sát hệ thống cán trên, ta vào việc thiết kế giao diện Giao diện thiết kế gồm trang sau: Màn hình tổng quan khu vực cán, hình điều khiển giám sát cho điều khiển lực căng, điều khiển tốc độ, điều khiển dòng điện Và sau: Bargraph, Looper, Trend, Print,Help Hình 10 Kết chạy thử nghiệm Hình 11 Giao diện theo dõi lực căng giá cán số 12 Hình Giao diện tổng quan khu vực cán Hình 12 Giao diện theo dõi tốc độ giá cán số 12 Hình Cài đặt tham số PID lực căng KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Bước cuối việc thiết kế hệ thống tự động hóa cài đặt phần mềm, lắp đặt hệ thống đánh giá kết 14 KẾT LUẬN Như nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống điều khiển cán thép Hệ thống điều khiển lựa chọn hệ Simatic S7-400 hãng Siemen Phần mềm sử dụng để thiết kế giao diện giám sát phần mềm WinCC 7.0 sp2 Sau thiết kế phần mềm điều khiển, thiết kế phần mềm giám sát hệ thống điều khiển cán thép, đấu nối thiết bị cần thiết vào hệ thống điều khiển, cài đặt Bùi Tuấn Anh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ tham số điều khiển PID download chương trình lên PLC S7-400…kết mô cho thấy thiết kế đưa thích hợp Tuy nhiên kết chưa kiểm chứng hệ thống cán thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi (2008) Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 128(14): 11 - 15 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn (2007), Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hoàng Minh Sơn (2006), Cơ sở hệ thống điều khiển trình, Nhà xuất Bách khoa Hà Nội Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà (2000), Tự động hóa với Simatic PLC S7-300, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật (năm 2000) Nguyễn Văn Hòa (2001), Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Nguyễn Thương Ngô (1998), Lý thuyết điều khiển tự động đại, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật SUMMARY CONTROL SYSTEM RESEARCH AND MONITORING IN STEEL COMPANY OFFICERS AND PERSONNEL Nguyen Thi Thu Hien*, Bui Tuan Anh College of Information and Communication Technology - TNU In the Thai Nguyen steel mill now was construction in 2002, with Danieli- Italian technology quite modern at the time But the survey to find out, the current area of the steel rolling steel mill is using the PLC S7-400 and expansion modules to control and monitor the steel sector So in this article we will apply the module is available from the factory and offer solutions that control and monitoring based on Simatic HMI and WinCC S7-400 Key words: SCADA, control algorithms, Looper, PLC S7-400 Ngày nhận bài:01/10/2014; Ngày phản biện:15/10/2014; Ngày duyệt đăng: 25/11/2014 Phản biện khoa học: TS Đỗ Trung Hải – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiêp - ĐHTN * Tel: 01692 478758, Email: btanh@ictu.edu.vn 15 ... trúc điều khiển hệ thống đồng tốc độ lực căng giá cán số 12 Cấu trúc hệ thống điều khiển đồng tốc độ lực căng giá cán số 12 sau: Hình Cấu trúc hệ thống điều khiển giá cán số 1 2Hệ thống điều khiển. .. cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống điều khiển cán thép Hệ thống điều khiển lựa chọn hệ Simatic S7-400 hãng Siemen Phần mềm sử dụng để thiết kế giao diện giám sát phần mềm WinCC... mềm điều khiển, thiết kế phần mềm giám sát hệ thống điều khiển cán thép, đấu nối thiết bị cần thiết vào hệ thống điều khiển, cài đặt Bùi Tuấn Anh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ tham số điều khiển