- 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy cán thép” là công trình nghiên cứu khoa học của bản thân. - Bảng các phƣơng pháp điều chỉnh hệ số của bộ điều khiển PID. - Cấu trúc chung của hệ điều khiển. - Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lò nung. - Sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiệt độ. - Sơ đồ cấu trúc điều khiển vùng đều nhiệt(Wđn. - Sơ đồ cấu trúc điều khiển vùng nung(Wn. - Sơ đồ cấu trúc điều khiển vùng nung sơ bộ(Wnsb. - Mô hình bộ điều khiển PID. - Điều khiển với bộ điều khiển PID. - Sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ vùng đều nhiệt. - Cấu hình phần cứng hệ thống điều khiển. - Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID. - Lƣu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ các vùng của lò. - Khai báo các biến điều khiển và giám sát. - Giao diện điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nung phôi. - Giao diện giám sát nhiệt độ của vùng nung sơ bộ. - Giao diện điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nung phôi – mô phỏng. - Mặt khác, việc điều khiển nhiệt độ lò nung phôi là một mắt xích quan trọng trong việc quyết định đến giá thành và chất lƣợng phôi. - Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển lò nung. - Trên đƣờng thải gió nóng này có van điều tiết Ø300, đƣợc điều khiển tự động tuỳ theo nhiệt độ khói trƣớc thiết bị trao đổi nhiệt (van này không điều chỉnh bằng tay. - Hệ thống cung cấp điện và đo lƣờng điều khiển 2.5.1. - Hệ thống đo lƣờng - điều khiển tự động đo các thông số chính sau đây. - Hệ thống điều khiển tự động bao gồm. - Điều khiển tự động áp lực lò theo trị số đặt (tự động đóng, mở van khí thải). - Điều khiển tự động áp suất không khí (tự động đóng mở van hút của quạt gió). - Nguyên lý đo lƣờng và điều khiển lƣu lƣợng gió Hệ thống đƣờng gió đƣợc cấp từ quạt gió. - Van này đƣợc điều khiển tự động tuỳ thuộc vào lƣu lƣợng gió nóng cần đốt đặt . - Van điều tiết này đƣợc điều khiển tự động tuỳ theo nhiệt độ khói trƣớc bộ trao đổi nhiệt. - Trên mỗi nhánh có lắp bộ lọc khí nén, bộ điều khiển áp lực khí nén bằng tay. - Hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ 3 vùng nung Nguyên lý hoạt động : Tín hiệu điện áp từ đầu ra can nhiệt PV đƣợc đƣa tới bộ điều khiển, sau đó đƣợc so sánh với tín hiệu đặt SV (tùy theo yêu cầu của từng vùng nhiệt độ). - 43 - Khi nhiệt độ lò thấp (giá trị đo PV nhỏ hơn giá trị đặt SV) thì ở đầu ra của bộ điều khiển sẽ xuất hiện tín hiệu điện áp tƣơng ứng. - Khi nhiệt độ lò cao hơn giá trị đặt trƣớc (giá trị đo đƣợc PV lớn hơn giá trị đặt SV) thì ở đầu ra của bộ điều khiển sẽ xuất hiện tín hiệu điện áp tƣơng ứng. - Khi nhiệt độ khí đốt giảm (lúc đó giá trị đo nhỏ hơn giá trị đặt), tín hiệu điều khiển đóng van gió lạnh lại. - Do vậy, trong luận văn này tôi xin tập trung đi vào nghiên cứu các phƣơng pháp điều khiển nhiệt độ của lò nung cán thép liên tục. - Cấu trúc chung của hệ điều khiển Hình 3.1. - Cấu trúc chung của hệ điều khiển Trong đó. - Là tín hiệu điều khiển tác động lên đối tƣợng. - Là sai lệch điều khiển. - Bộ điều khiển u(t) y(t) Thiết bị chấp hành Đối tƣợng điều khiển Thiết bị đo lƣờng e(t. - Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lò nung Trong đó. - Để điều khiển nhiệt độ cho lò nung ta điều khiển cho từng vùng với trị số đặt trƣớc. - Sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiệt độ Trong đó. - Vậy hệ số khuếch đại van điều khiển là: Kv. - Vậy hàm truyền của van điều khiển vùng đều nhiệt là : W33(s. - (3.4) Tƣơng tự nhƣ vậy ta xác định hàm truyền của van điều khiển vùng nung nhƣ sau : W32(s. - (3.5) Và xác định hàm truyền của van điều khiển vùng nung sơ bộ nhƣ sau : W31(s. - Hàm truyền của thiết bị điều khiển Đối tƣợng điều chỉnh là nhiệt độ lò nung cán thép liên tục. - τ là thời gian trễ của quá trình điều khiển. - T là hằng số thời gian của quá trình điều khiển. - Mô phỏng trên Matlab Simulink Vùng đều nhiệt Ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển nhiệt độ vùng đều nhiệt đƣợc thể hiện dƣới dạng mô hình Simulink nhƣ hình 3.7. - Sơ đồ cấu trúc điều khiển vùng nung sơ bộ(Wnsb) 3.3. - Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ lò nung Có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau để điều khiển lo nung. - 54 Các bƣớc cơ bản khi xây dựng thuật toán điều khiển là. - Tổng quan về bộ điều khiển PID Hình 3.10. - Bộ điều khiển PID có dạng hàm truyền là: 56 ()()()IPID P DKUsK s K K sE s s Trong đó các thông số điều chỉnh là. - Điều khiển với bộ điều khiển PID Sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ vùng đều nhiệt Hình 3.12. - Sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ vùng đều nhiệt 58 Xây dựng sơ đồ hệ thống trên Matlab Simulink với hàm truyền của bộ PID và sơ đồ cấu trúc điều khiển của vùng nung đều nhiệt Wđn đã đƣợc xác định: Hình 3.13. - Ta chạy mô phỏng vào hệ thống điều khiển vùng đều nhiệt và thu đƣợc kết quả nhƣ sau : Hình 3.15. - Ta chạy mô phỏng vào hệ thống điều khiển vùng nung và thu đƣợc kết quả nhƣ sau : Hình 3.19. - =>Kết luận : Bộ điều khiển PID thỏa mãn yêu cầu bài toán Sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ vùng nung sơ bộ Hình 3.21. - Ta chạy mô phỏng vào hệ thống điều khiển vùng nung sơ bộ và thu đƣợc kết quả nhƣ sau : Hình 3.23. - Kết luận : Bộ điều khiển PID thỏa mãn yêu cầu bài toán 3.4. - Kết luận chƣơng 3 Trong chƣơng 3, ta đã phân tích bài toán điều khiển nhiệt độ lò nung và xác định đƣợc các vấn đề cần giải quyết. - Từ bài toán đặt ra ta đã xác định đƣợc để điều khiển nhiệt độ lò ta cần điều khiển nhiệt độ cho 3 vùng của lò nung: Vùng đều nhiệt, vùng nung, vùng nung sơ bộ. - Trình bày 2 phƣơng pháp để điều khiển nhiệt độ là sử dụng điều khiển dự báo và sử dụng bộ điều khiển PID. - Trong giới hạn phạm vi tìm hiểu của luận văn là điều khiển nhiệt độ lò nung nên ta chỉ tập trung vào thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ của lò nung. - Thiết lập cấu hình phần cứng Bài toán điều khiển nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy cán thép chính là ta đi điều khiển nhiệt độ cho 3 vùng của lò nung. - Sau quá trình tìm hiểu và phân tích thì ta xác định đƣợc để điều khiển nhiệt độ của các vùng nung ta cần điều khiển lƣu lƣợng dầu và lƣu lƣợng khí đốt cho từng vùng. - Cấu hình phần cứng hệ thống điều khiển 72 4.2. - Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển Nhƣ những phân tích ở các phần trƣớc, điều khiển nhiệt độ lò nung chính là đi điều khiển nhiệt của 3 vùng nung của lò. - Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID Nhiệm vụ của chƣơng trình điều khiển nhiệt độ lò nung là từ các tín hiệu đầu vào tƣơng tự : Nhiệt độ, lƣu lƣợng dầu, lƣu lƣợng khí. - Sử dụng bộ điều khiển PID để tính toán sai lệch giữa giá trị nhiệt độ của vùng n đƣợc đo bởi sensor nhiệt (can nhiệt) và giá trị nhiệt độ đặt. - Từ đó đi điều khiển lƣu lƣợng dầu cần thiết để điều khiển nhiệt độ các vùng của lò. - Tổng hợp hai tín hiệu này để điều khiển van không khí. - Lƣu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ các vùng của lò Việc điều khiển nhiệt độ cuả vùng nung sơ bộ, vùng nung, vùng đều nhiệt là độc lập và tƣơng tự nhau. - Lƣu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ các vùng (n = 1 ÷ 3) Hình 4.4. - Lưu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ các vùng của lò Trong đó. - Sau đó Δ đƣa qua hàm unscale FC106 để điều khiển van khí. - Từ đó ta có lƣu đồ thuật toán điều khiển van khí nhƣ sau: Hình 4.6. - Thiết kế giao diện hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy cán thép Lƣu xá 4.5.2.1. - Giao diện điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nung phôi Hình 4.10. - Sau đó nhiệt độ nào cao hơn ta sẽ lấy để đƣa vào bộ điều khiển. - Giao diện điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nung phôi – mô phỏng Hình 4.15. - Sau đó thiết kế giao diện điều khiển và giám sát hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung phôi của nhà máy cán thép Lƣu xá trên WinCC. - 90 KẾT LUẬN Nội dung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển và giám sát nhiệt độ cho lò nung phôi nhà máy cán thép Lƣu xá – Thái Nguyên. - Dựa trên các cơ sở lý thuyết của bộ điều khiển PID và đi sâu nghiên cứu ứng dụng vào điều khiển nhiệt độ của lò nung phôi để nâng cao chất lƣợng điều khiển nhiệt độ lò. - Ngoài ra việc giám sát hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung phôi của nhà máy cán thép Lƣu xá đƣợc thực hiện trên phần mềm WinCC và đƣợc kết nối với phần mềm PLC S7 300 để điều khiển hệ thống. - [13] Hoàng Minh Sơn (2006), Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội, Hà Nội. - Chƣơng trình điều khiển Chƣơng trình điều khiển nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy cán thép lƣu xá đƣợc viết trên phần mềm Simatic Manager ( Chƣơng trình đƣợc viết trong OB35. - Hệ thống cung cấp điện và đo lƣờng điều khiển. - Hệ thống đo lƣờng điều khiển. - Bài toán điều khiển nhiệt độ lò nung. - Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ lò nung. - Tổng quan về bộ điều khiển dự báo. - Tổng quan về bộ điều khiển PID. - Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ cho lò nung sử dụng PID. - Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển. - Chƣơng trình điều khiển. - Thiết kế giao diện hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nung phôi cho nhà máy cán thép Lƣu xá
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt