Tổng hợp hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho Nhà máy cán thép Thái Nguyên trên nền Simatic S7-300 và phần mềm Wincc

Kim Đình Thái và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 118(04): 109 - 112

109

TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG

CHO NHÀ MÁY CÁN THÉP THÁI NGUYÊN TRÊN NỀN

SIMATIC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC

Kim Đình Thái*

, Bùi Tuấn Anh

Trường ĐH Công nghệ thông tin và Truyền thông – ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Bài báo trình bày về một ứng dụng các module điều khiển quá trình của phần mềm STEP 7 để cải

tiến hệ thống điều khiển lò nung trong nhà máy cán thép Thái Nguyên trên cơ sở hệ SIMATIC

PLC S7-300 sẵn có của nhà máy. Cấu trúc điều khiển đề xuất được tổng hợp bằng module PID kết

hợp với các module xử lý tín hiệu của STEP 7 đảm bảo cải thiện chất lượng làm việc của hệ kín và

tiết kiệm năng lượng. Các tham số của bộ điều khiển có khả năng thay đổi linh hoạt, nhiệt độ và áp

suất của lò được quan sát trực quan qua giao diện người máy được thiết kế trên nền WinCC.

Từ khóa: Bộ điều khiển PID, STEP 7, WinCC.

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Lý do cần cải tạo hệ thống điều khiển

lò nung

Trong nhà máy cán thép Thái Nguyên có khá

nhiều công đoạn được điều khiển thủ công

hoặc bán tự động, vì thế đã ảnh hưởng khá

nhiều đến hiệu quả sản xuất. Đặc biệt là công

đoạn nung phôi thép trong lò, phụ thuộc nhiều

vào kinh nghiệm của người vận hành. Nhà

máy có nhu cầu cải tiến lại hệ thống điều

khiển lò nung nói riêng và toàn bộ nhà máy

nói chung trên cơ sở hệ SIMATIC PLC S7-

300 sẵn có của nhà máy.

Bài toán điều khiển nhiệt độ lò nung

Yêu cầu điều khiển lò nung là một bài toán

lớn và phức tạp, trong khuôn khổ bài báo này

tác giả chỉ trình bày về bài toán điều khiển

nhiệt độ lò nung để từ đó tổng hợp hệ thống

điều khiển nhiệt độ lò nung trên nền

SIMATIC S7-300 và phần mềm WinCC.

Lò nung gồm 4 vùng: 1 vùng sấy, 1 vùng

nung và 2 vùng đồng nhiệt. Điều khiển nhiệt

độ lò nung chính là điều khiển nhiệt độ của 4

vùng nung theo trị số đặt trước đáp ứng được

các yêu cầu công nghệ. Tại mỗi vùng nung

đều bố trí các mỏ đốt, và tại mỗi mỏ đốt đều

bố trí các van điều chỉnh bằng tay để điều

khiển lưu lượng dầu, lưu lượng khí nén (hóa

*

Tel:0979363545; Email: [email protected]

mù dầu) và lưu lượng không khí. Riêng với

từng cụm mỏ đốt cho các vùng chỉ có một van

điều khiển lưu lượng dầu và một van điều

khiển lưu lượng không khí. Bài toán điều

khiển nhiệt độ lò nung chính là điều khiển tự

động các van này để nhiệt độ từng vùng ổn

định và duy trì theo yêu cầu đặt ra.

Mô hình hóa lò nung

Hiện tại nhà máy cán thép Thái Nguyên

đang sử dụng hai bộ điều khiển PID độc

lập: 1 bộ điều khiển van dầu và 1 bộ điều

khiển van không khí để điều khiển nhiệt độ

cho từng vùng.

Qua nghiên cứu, tác giả đã thiết kế với một bộ

điều khiển PID kết hợp với một bộ điều khiển

tỷ lệ để điều khiển van dầu và van không khí.

Toàn bộ kết quả được trình bày trong tài liệu

[1] (trang 36, 45).

Bảng 1. Mô hình toán học từng vùng nung

TT Đối tượng

điều khiển

Mô hình toán học từng

vùng nung

1 Vùng 1

(vùng sấy)

30

( )

(100 1)( 1)

s

I

e

G s

s s

−

=

+ +

2

Vùng 2

(vùng

nung)

60

( )

(150 1)( 1)

s

II

e

G s

s s

−

=

+ +

3

Vùng 3, 4

(vùng đồng

nhiệt)

50

( ) ( )

(120 1)( 1)

s

III IV

e

G s G s

s s

−

= =

+ +