ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KIM ĐÌNH THÁI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ
NUNG CHO NHÀ MÁY CÁN THÉP THÁI NGUYÊN
TRÊN NỀN SIMTIC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Thái Nguyên - 2013


i

LỜI CAM ĐOAN
Tên tơi là : Kim Đình Thái
Sinh ngày: 08/04/1984.
Đơn vị cơng tác: Khoa CN Tự động hóa – Trường ĐH Công nghệ Thông tin và
Truyền thông Thái Nguyên.
Hiện tại tôi đang học lớp cao học TĐH02 – CHK14, trường ĐH Kỹ thuật Công
Nghiệp Thái Nguyên.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ của nhà
máy cán thép Thái Nguyên bằng PLC S7-300 và phần mềm WinCC” là cơng trình nghiên
cứu khoa học của riêng tơi. Các tài liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng.
Các giải pháp thiết kế cũng như kết quả thực nghiệm và mô phỏng được thực hiện
nghiêm túc dưới sự hướng dẫn của cô giáo GS.TS Phan Xuân Minh.

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 12 năm 2013

Học viên

Kim Đình Thái

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


ii

LỜI CẢM ƠN

Sau sáu tháng nghiên cứu và làm việc khẩn trương cuối cùng bản luận văn “Thiết
kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung trên nền Simatic S7-300 và phần mềm WinCC”
đã hoàn thành.
Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến:
Cơ giáo hướng dẫn GS.TS Phan Xuân Minh, Bộ môn Điều khiển Tự động – Viện
Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tập thể cán bộ nhà máy cán thép Thái Nguyên, đặc biệt là các cán bộ thuộc phòng
Cơ – Điện của nhà máy.
Phịng đào tạo Sau đại học và các thầy cơ giáo thuộc Trường Đại học Kỹ thuật
Cơng nghiệp Thái Ngun.
Tồn thể các bạn bè đồng nghiệp cùng gia đình đã quan tâm, động viên và giúp đỡ
tác giả trong suốt q trình học tập và hồn thành luận văn này.
Thái Nguyên, ngày 19 tháng 12 năm 2013
Học viên

Kim Đình Thái

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên



iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

i

LỜI CẢM ƠN

ii

MỤC LỤC

iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TĂT

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH

viii

MỞ ĐẦU
NộI DUNG

CHƯƠNG 1

1

3
3

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TẠI NHÀ MÁY
CÁN THÉP THÁI NGUYÊN

3

1.1. Giới thiệu nhà máy

3

1.2. Quy trình cơng nghệ cán thép

5

1.2.1. Quy trình cán thép dây cuộn

7

1.2.2. Quy trình cán thép thanh tròn trơn vằn.

9

1.3. Hệ thống cung cấp điện


10

1.3.1. Trạm biến áp trung áp

10

1.3.2. Trạm máy phát 110 kVA

12

1.3.3. Trạm lọc sóng hài bậc 5, bậc 7 và bù cơng suất

12

1.3.4. Hệ thống tủ điện

12

1.4. Hệ thống tự động hóa

14

1.4.1. Các tủ điều khiển

14

1.4.2. Hệ thống điều khiển phân tán

18


1.5. Kết luận chương 1

20

CHƯƠNG 2

21

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ NUNG

21

2.1. Cấu tạo và hoạt động của lị nung nhà máy cán thép Thái Nguyên

21

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


iv

2.1.1. Cấu tạo lò nung

21

2.1.2. Các yêu cầu điều khiển lị nung

25

2.2. Phát biểu bài tốn điều khiển q trình nung


29

2.2.1. Yêu cầu nhiệt độ từng vùng nung

29

2.2.1.1. Vùng sấy

29

2.2.1.2. Vùng nung

30

2.2.1.3. Vùng đồng nhiệt

30

2.2.2. Bài toán điều khiển nhiệt độ lị nung

31

2.3. Mơ hình tốn học của từng vùng nung

32

2.3.1. Mơ hình tốn học vùng 1

32


2.3.1.1. Hàm truyền thiết bị đo

33

2.3.1.2. Hàm truyền thiết bị chấp hành

33

2.3.1.3. Hàm truyền vùng 1

34

2.3.2. Mơ hình tốn học các vùng khác

36

2.4. Thiết kế bộ điều khiển cho từng vùng

37

2.4.1. Thiết kế bộ điều khiển PID cho vùng 1.

37

2.4.1.1. Bộ điều khiển PID

37

2.4.1.2. Ứng dụng PID tune để thiết kế bộ điều khiển


38

2.4.2. Tổng hợp bộ điều khiển PID cho các vùng khác

44

2.5. Kết luận chương 2

46

CHƯƠNG 3.

47

TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG TRÊN NỀN
SIMATIC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC

47

3.1. Cấu hình hệ thống điều khiển

47

3.1.1. Cấu hình phần cứng

47

3.1.2. Bảng địa chỉ các đầu vào-ra


49

3.1.2.1. Các đầu vào tương tự

49

3.1.2.2. Các đầu ra tương tự

51

3.2. Thiết bị và phần mềm hỗ trợ lập trình

52

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


v

3.2.1. Thiết bị lập trình

52

3.2.2. Thiết bị ghép nối truyền thông

52

3.3. Thiết kế phần mềm điều khiển

52


3.3.1. Cấu trúc điều khiển nhiệt độ của lò nung.

52

3.3.2. Một số module của STEP 7

54

3.3.2.1. Module FC105

54

3.3.2.2. Module FC106.

55

3.3.2.3. Module mềm PID (FB41)

55

3.3.3. Thiết kế chương trình điều khiển trên nền STEP 7.

59

3.4. Thiết kế phần mềm giám sát

65

3.4.1. Yêu cầu thiết kế


65

3.4.2. Thiết kế giao diện HMI

65

3.4.2.1. Giao diện HMI tổng quan khu vực lò nung

65

3.4.2.2. Giao diện HMI điều khiển và giám sát nhiệt độ các vùng lò nung

67

3.4.2.3. Giao diện HMI giám sát nhiệt độ các vùng lò nung

68

3.4.2.4. Giao diện cài đặt tham số PID điều khiển nhiệt độ các vùng lò nung

69

3.5. Cài đặt phần mềm, lắp đặt hệ thống và đánh giá kết quả

70

3.6. Kết luận chương 3

73


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

75

TÀI LIỆU THAM KHẢO

76

PHỤ LỤC

78

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
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

PLC
PS
QTB
STL
TCGT

28
29
30
31

TCVN
TĐN
TT
WinCC

Analog Input
Analog Output

Central Processing Unit
Data Block
Deutsches Institut für Normung
Function Block
Function
Fuel Oil
Human - Machine Interface
Japanese Industrial Standards-JIS

Manipulated Value
MATrix LABoratory
Motor Control Center
Message Passing Interface
Organization Block
Personal Computer
Proportional Integral Derivative
Programmable Logic Controller
Power Supply
Quenching
Statement list

Windows Control Center

Module đầu vào tương tự
Module đầu ra tương tự
Cảm biến
Bộ xử lý trung tâm
Khối dữ liệu
Tiêu chuẩn Đức
Đối tượng điều khiển

Miền chứa chương trình con
Miền chứa chương trình con
Nhiên liệu đốt lị
Giao diện người máy
Tiêu chuẩn cơng nghiệp Nhật Bản
Kiểm tra chất lượng sản phẩm
Khơng khí
Giá trị đầu ra module mềm
Phần mềm tính tốn và mơ phỏng
Máy biến áp
Trung tâm điều khiển Motor
Giao thức kết nối với máy tính
Miền chứa chương trình tổ chức
Máy tính cá nhân
Thuật tốn điều khiển vi tích phân
tỷ lệ
Thiết bị logic khả trình
Module nguồn ni
Hệ thống xử lý nhiệt
Ngôn ngữ liệt kê lệnh
Tiêu chuẩn cơ sở của công ty cổ
phần gang thép
Tiêu chuẩn Việt Nam
Trao đổi nhiệt
Bộ tập trung khí thải
Trung tâm điều khiển chạy trên
nền Window

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên



vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang

1

Bảng 1.1. Bảng thời gian sản xuất và cơ cấu sản phẩm

4

2

Bảng 1.2. Bảng thông số máy biến áp của nhà máy

11

3

Bảng 2.1. Bảng tổng hợp mô hình tốn học các vùng nung

36

4

Bảng 2.2. Tổng hợp thơng số bộ điều khiển PID cho 4 vùng nung

45


5

Bảng 3.1. Bảng địa chỉ đầu vào tương tự

50

6

Bảng 3.2. Bảng địa chỉ đầu ra tương tự

51

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
1

Hình 1.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ cán thép

6

2

Hình 1.2. Hệ thống điều khiển phân tán nhà máy

19


3

Hình 2.1. Lị nung phơi cán thép

22

4

Hình 2.2. Cấu tạo mỏ đốt lị nung phơi cán

23

5

Hình 2.3. Hệ thống nước làm mát

25

6

Hình 2.4. Đối tượng điều khiển vùng 1

32

7

Hình 2.5. Sơ đồ đối tượng điều khiển vùng 1

36


8

Hình 2.6. Sơ đồ tổng quát điều khiển nhiệt độ vùng nung

37

9

Hình 2.7. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ vùng sấy

38

10

Hình 2.8. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ vùng sấy trên Simulink

39

11

Hình 2.9. Bảng thiết lập thơng số bộ điều khiển PID trên Simulink

40

12

Hình 2.10. PID tuner của Matlab/Simulink

41


13

Hình 2.11. Đánh dấu các điểm đặc biệt trên đồ thị đáp ứng của PID tuner

42

14

Hình 2.12. Tinh chỉnh thơng số bộ điều khiển trên PID tuner

43

15

Hình 2.13. Nhiệt độ vùng sấy khi nhiệt độ đặt 800 0C

44

16

Hình 2.10. Mô phỏng vùng nung khi nhiệt độ đặt 1200 0C.

45

17

Hình 2.11. Mơ phỏng vùng đồng nhiệt 3, 4 khi nhiệt độ đặt 1150 0C

46


18

Hình 3.1. Cấu trúc trạm PLC của hệ thống điều khiển nhiệt độ lị nung

48

19

Hình 3.2. Cấu hình cứng của trạm PLC điều khiển nhiệt độ lị nung

49

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


ix

20

Hình 3.3. Kết nối PLC với PC

52

21

Hình 3.4. Cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ lị nung

53


22

Hình 3.5. Cấu trúc module mềm FB41 “CONT_C”.

56

23

Hình 3.6. Thuật điều khiển PID

58

24

Hình 3.7. Cấu trúc điều khiển van khơng khí

63

25

Hình 3.8. Giao diện tổng quan khu vực lị nung

66

26

Hình 3.9. Màn hình điều khiển nhiệt độ vùng 1

67


27

Hình 3.10. Màn hình theo dõi nhiệt độ vùng 1 theo dạng bảng và dạng đồ thị

69

28

Hình 3.11. Màn hình cài đặt tham số PID để điều khiển nhiệt độ vùng 1

69

29

Hình 3.12. Thực nghiệm mơ phỏng hệ thống điều khiển nhiệt độ lị nung

70

30

Hình 3.13. Giao diện tổng quan khu vực lò nung (thực nghiệm)

71

31

Hình 3.14. Giao diện điều khiển và giám sát nhiệt độ vùng 1(thực nghiệm)

72


32

Hình 3.15. Giao diện theo dõi nhiệt độ vùng 1 (thực nghiệm)

73

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Với tình trạng một số nhà máy cán thép được xây dựng từ thế kỷ 20 ở nước ta và
công nghệ tự động hố phát triển mạnh trong cơng nghiệp nói chung và trong cơng nghiệp
cán thép nói riêng thì thiết bị cơng nghệ trong các nhà máy đã tỏ ra lạc hậu ảnh hưởng tới
hiệu quả sản xuất. Do vậy, việc cải tạo nâng cấp thiết bị nâng cao khả năng tự động hoá
trong sản xuất cán thép là điều tất yếu.
Đối với nhà máy cán thép Thái Nguyên, qua khảo sát tìm hiểu, thì hiện tại nhà máy
có khá nhiều các công đoạn được điều khiển thủ công và phụ thuộc khá nhiều vào kinh
nghiệm của người vận hành. Cụ thể là cơng đoạn nung phơi thép trong lị nung của nhà
máy đang được điều khiển dưới dạng bán tự động, vì thế chất lượng thép thành phẩm
nhiều khi khơng đạt được các u cầu cơng nghệ đặt ra. Từ đó thấy rằng việc nghiên cứu
và cải tiến hệ thống tự động hóa nhà máy cán thép nói chung và nhà máy cán thép Thái
Nguyên nói riêng là thực sự cấp thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất. Với ý nghĩa đó và
được sự đồng ý của cán bộ hướng dẫn GS.TS Phan Xuân Minh, tôi đề xuất đề tài “Thiết
kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên trên nền
Simatic S7-300 và phần mềm WinCC”.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của nghiên cứu nhằm khai thác cơng nghệ tự động hóa hiện đại để nâng

cấp và cải thiện hiệu quả nung phôi thép trong lị. Trên cơ sở đó, mục tiêu của nghiên cứu
là: Phân tích và làm rõ được bài tốn điều khiển nhiệt độ lò nung, làm rõ được các u
cầu cơng nghệ đặt ra để từ đó thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ cho bốn vùng nung, tổng
hợp hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò nung trên nền Simatic S7-300 và phần
mềm WinCC.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung của nhà
máy cán thép Thái Nguyên.
Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


2

Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Luận văn lấy nhà máy cán thép Thái Nguyên làm
địa điểm nghiên cứu, thời gian nghiên cứu từ tháng 03-2013 đến tháng 11-2013.
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết về quy trình cơng nghệ và hệ thống tự động hóa nhà máy,
phân tích và làm rõ bài tốn điều khiển nhiệt độ lị nung, mơ hình hóa các vùng lị nung,
từ đó thiết kế và tổng hợp hệ thống điều khiển.
Nghiên cứu tiến hành khảo sát thực địa tại nhà máy cán thép Thái Ngun, có thực
nghiệm và mơ phỏng kết quả nghiên cứu.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Phân tích và làm rõ bài tốn điều khiển nhiệt độ lị nung của
nhà máy cán thép Thái Nguyên. Từ đó xây dựng mơ hình tốn học của bốn vùng lị nung,
thiết kế bộ điều khiển cho từng vùng lò và cuối cùng là xây dựng trạm điều khiển lị nung,
lập trình điều khiển và thiết kế giao diện giám sát khu vực lò nung.
Ý nghĩa thực tiễn: Từ các kết quả nghiên cứu này sẽ đóng góp cho việc nâng cấp
và cải tiến hệ thống tự động hóa nhà máy cán thép Thái Nguyên mà cụ thể là cho khu vực
lò nung nhà máy.

6. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, bản luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1: Tìm hiểu về quy trình cơng nghệ và hệ thống tự động hóa nhà máy cán
thép Thái Nguyên.
Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nung của nhà máy.
Chương 3: Tổng hợp hệ thống tự động hóa trên nền Simatic S7-300 và phần mềm
WinCC.

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


3

CHƯƠNG 1
QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TẠI
NHÀ MÁY CÁN THÉP THÁI NGUYÊN
1.1. Giới thiệu nhà máy
Nhà máy cán thép Thái Nguyên được khởi công xây dựng tháng 6/2002 với chủ
đầu tư là công ty gang thép Thái Nguyên. Tất cả thiết bị chính trong dây chuyền là do
hãng Danieli - Italia cung cấp.
Ngày 19/8/2005, nhà máy được công nhận đạt chứng chỉ ISO 9001-2000. Tháng
7/2005 nhà máy được công ty gang thép Thái Nguyên giao kế hoạch sản xuất, nhằm đáp
ứng nhu cầu thép trong nước.
Với công nghệ, thiết bị hiện đại và tiên tiến của các nước G7 được áp dụng từ năm
1997 trở lại đây. Mức độ tự động hố cao và có các thiết bị xử lý chất thải bảo vệ môi
trường theo tiêu chuẩn cho phép với công suất 300.000 tấn/năm, dây chuyền của nhà máy
được đánh giá là tương đối hiện đại với mức độ tự động hoá cao từ giai đoạn đưa phơi vào
lị đến khi ra thành phẩm. Các sản phẩm của nhà máy không ngừng được cải thiện về cả
chất lượng lẫn số lượng.
Sản phẩm:

+ Thép cuộn: Ø5,5 mm đến Ø12mm.
+ Thép thanh tròn, vằn: Ø10 mm đến Ø36 mm.
+ Ngoài ra các sản phẩm trung gian có thể cán đến Ø50 mm.
Tiêu chuẩn sản phẩm: Theo tiêu chuẩn DIN của Đức, ngồi ra khi có u cầu của
khách hàng nhà máy vẫn có thể sản xuất theo các tiêu chuẩn hiện hành công ty gang thép
đang áp dụng.
+ Tiêu chuẩn Nhật Bản JISG 3112-87.
+ Tiêu chuẩn cơ sở TCGT 001-2001, của cơng ty gang thép.

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


4

+ Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1650-85.
Các sản phẩm thép cán chủ yếu được dùng trong xây dựng, được sản xuất từ các
mác thép cacbon thấp, trung bình và hợp kim thấp.
- Thời gian sản xuất và cơ cấu sản phẩm ( khi đạt 100% công suất).
Bảng 1.1. Bảng thời gian sản xuất và cơ cấu sản phẩm

Sản phẩm

Năng suất

Tỷ lệ

Sản lượng

Phôi cán


(T/h)

(%)

( Tấn )

( Tấn )

Thép thanh

Tiêu hao

Thời

khối lượng

gian cán

(T/Tsp)

(h)

65

195.000

4.015

D10


50

5

15.000

310

D12

50

10

30.000

620

D14-D18

50

25

75.000

1550

D20-D25


50

15

45.000

915

D28-D50

50

10

30.000

620

Thép dây

Cuộn (Ø5,5/12)x35%

105.000

2165

Ø5,5

50


5

15.000

310

Ø6

50

14

42.000

865

Ø6,5/8,0

50

15

45.000

925

Ø9/12

50


1

3.000

65

100%

300.000

3096000

1,032

6.180

- Thời gian sản xuất trong năm (365 ngày).
- Thời gian vận hành 7396 h/ năm (308 ngày).
- Thời gian dừng sửa chữa cơ điện và các nguyên nhân khác: 908h/ năm.

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


5

- Thời gian cán lý thuyết: 7396 - 980 = 6416 h / năm.
- Thời gian cán thực tế: 6180 h / năm.
- Hiệu suất thời gian: 86,7%.
- Năng suất cán trung bình: 50T/ h.
- Tiêu hao phơi cán: 1,030 kg/ Tsp. (phế + đầu mẫu = 2%, cháy trong lò = 0,6%,

vẩy sắt = 0,4%, Tổng = 3%).
- Tỷ lệ thu hồi sản phẩm : 97%.
1.2. Quy trình cơng nghệ cán thép
Qui trình cơng nghệ của nhà máy cán thép Thái Nguyên được biểu diễn ở hình 1.1.

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


6

Phơi

Nung phơi

Nạp phơi

Kiểm tra

Đạt

Khơng đạt

Ra lị

Xử lý
Khơng đạt

Đạt

Hồi lị


Cán thơ

Cắt đầu đuôi lần 1

Cán trung/tinh

Cắt đầu đuôi lần 2

Cán thanh
Cán Block

Quenching

Cán thanh

Làm nguội dây

Cắt phân đoạn

Máy tạo vòng

Sàn nguội

Sàn lăn dải

Cắt sản phẩm

Kiểm tra


Thu cuộn

Khơng đạt

Khơng đạt

Đạt

Đạt

Đếm, đóng bó

Kiểm tra

Phân loại,xếp riêng

Cân nhập kho

Buộc cuộn

Cân nhập kho

Hình 1.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ cán thép

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


7

1.2.1. Quy trình cán thép dây cuộn

Phơi được nhập về từ nhà máy Luyện thép Lưu xá và một lượng nhập khẩu từ các
nước Trung Quốc, Nga ... Qua kiểm tra, thực hiện theo quy định kiểm tra nhập phôi
QĐ824-02 và áp dụng tiêu chuẩn. Phôi tiết diện vuông 1202 ÷ 1302 mm2, có chiều dài L =
6000 ÷ 12000 mm.
Phôi sau khi kiểm tra đạt yêu cầu kỹ thuật được đánh lô và cẩu đưa lên bàn nạp
phôi, từng phơi lần lượt theo bàn con lăn nạp vào lị nung tự động theo chương trình cài
đặt tự động (hoặc điều khiển bằng tay khi cần thiết). Sau đó, phơi được đưa vào lò nung
liên tục, nung từ nhiệt độ môi trường lên tới nhiệt độ yêu cầu tuỳ theo từng mác thép
(11000C ÷ 11500C). Phơi dịch chuyển trong lị tới vùng đều nhiệt, đủ nhiệt độ yêu cầu, hệ
thống Kick-off chuyển phôi lên bàn con lăn đưa phôi ra khỏi lị để cán.
Sau khi ra lị phơi cán dịch chuyển trên đường con lăn qua máy đẩy tiếp trước giá
cán số 1, nhóm giá cán thơ gồm 6 giá, cơng suất động cơ 250 KW bố trí đứng nằm xen kẽ
thẳng hàng liên tục. Bốn giá cán đầu có đường kính trục Ø550 mm, 02 giá tiếp theo có
đường kính Ø450 mm. Sau 6 giá cán thơ kích thước phôi cán là Ø55 mm.
Phôi cán ra khỏi giá 6 được cắt đầu, đuôi (nhằm loại bỏ các khuyết tật đầu đi của
vật cán). Máy cắt này cịn có nhiệm vụ chặt phơi thành từng đoạn ngắn khi có sự cố
khơng cho cán tiếp.
Nhóm giá cán trung/tinh gồm 8 giá, cơng suất động cơ 315 KW bố trí đứng nằm
xen kẽ. Từ giá số 7 đến giá số 10 có đường kính trục là Ø370 mm, từ giá số 11 đến giá số
14 có đường kính trục là Ø340 mm. Tuỳ theo từng sản phẩm mà số lần cán và kích thước
lỗ hình cán có khác nhau.
- Sản phẩm thép thanh tròn trơn, vằn Ø32 mm, Ø36 mm kết thúc ở giá cán số 10.
- Sản phẩm thép thanh tròn trơn, vằn Ø25 mm, Ø30 mm kết thúc ở giá cán số 12.
- Sản phẩm thép thanh tròn trơn, vằn Ø18 mm, Ø22 mm kết thúc ở giá cán số 14.
- Sản phẩm trung gian cấp cho cán Block có kích thước Ø16,8 ÷ Ø19,7 mm.

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


8


Vật cán chuyển tiếp từ giá nọ sang giá kia nhờ hệ thống dẫn hướng cơ khí và máng
chuyển. Từ giá cán số 9 đến giá cán số 14 giữa các giá có bố trí một máy tạo trùng (5 máy
tạo trùng), mục đích tạo sự ổn định trong quá trình cán.
Phơi cán trước khi vào block được cắt đầu đuôi tại máy cắt số 2 nhằm loại bỏ các
khuyết tật đầu đi vật cán tạo cho q trình cán trong block được ổn định. Trường hợp
sự cố phía sau, máy cắt này có nhiệm vụ cắt phơi thành từng đoạn ngắn không cho cán
vào block. Sau máy cắt số 2 có bố trí 01 máy tạo trùng làm cho quá trình cán ổn định hơn
trong block. Cán block gồm 10 giá đặt nghiêng 450 so với mặt phẳng ngang, các giá
vng góc với nhau ( 900 ). Năm giá cán đầu kích thước bánh cán là: Ø212 x 72mm, 5 giá
tiếp theo kích thước bánh cán là: Ø212x 60 mm. Tuỳ theo từng loại sản phẩm cán mà số
lần cán trong block và kíck thước lỗ hình bánh cán khác nhau.
+ Thép thanh tròn trơn, vằn Ø14, Ø16 kết thúc ở giá thứ 2 trong block ( K16 )
+ Thép thanh tròn trơn, vằn Ø12 kết thúc ở giá thứ 4 trong block ( K18 )
+ Thép thanh tròn trơn, vằn Ø10 kết thúc ở giá thứ 6 trong block ( K20 )
+ Thép tròn trơn cuộn Ø8 kết thúc ở giá thứ 8 trong block ( K22 )
+ Thép trịn trơn cuộn Ø5,5 ÷ Ø6,5 kết thúc ở giá thứ 10 trong block ( K24 ).
Sản phẩm đi ra khỏi Block theo 2 đường:
- Đối với thép thanh: Theo đường dẫn tới hệ thống Quenching ( QTB )
- Đối với thép dây cuộn: Theo đường dẫn tới hệ thống làm nguội ( QTR )
Gồm hai hộp nước lớn. Bên trong có các thiết bị khác nhau với mục đích xử lý
nhiệt làm nguội thép dây tăng cơ tính độ bền của thép, cải thiện chất lượng bề mặt nhẵn
bóng.
Máy tạo vịng được đặt nghiêng 150 so với mặt phẳng ngang. Thép dây được dẫn
vào rôto của máy tạo vịng quay ngược chiều kim đồng hồ tính theo hướng cán bởi một
ống xoắn dẫn hướng, các vòng dây được tạo ở đây. Tốc độ quay của rôto phù hợp với tốc
độ thép cán ở giá cuối cùng theo từng loại sản phẩm.

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên



9

Sau khi dược tạo vòng, các vòng dây thép được rải đều trên sàn dải lăn làm nguội,
đây là giai đoạn thường hoá thép dây, đồng đều hoá nhiệt độ trong lõi và bề mặt thép.
Cuối sàn rải lăn có hố thu cuộn, các vòng dây rơi xuống hố thu cuộn và các cơ cấu
trong hố thu cuộn xe chuyển cuộn thép được đưa tới máy buộc cuộn.Trước khi bó buộc
cuộn sản phẩm thép cán được KCS, công nhân điều chỉnh sản phẩm kiểm tra các thơng số
kích thước sản phẩm để phân loại. Cuộn thép được thực hiện tự động ép buộc (hoặc bằng
tay khi cần thiết) đảm bảo đủ 5 đai gọn gàng chắc chắn. Sau khi buộc cuộn thép được
chuyển tới khu dỡ cuộn. Tại đây có bố trí một cân điện tử tự động cân khối lượng của
cuộn thép, gắn êtekét và cẩu nhập kho.
1.2.2. Quy trình cán thép thanh trịn trơn vằn.
Cán thép thanh được thực hiện chuyển tới hệ thống xử lý nhiệt từ 2 đường tuỳ theo
từng loại sản phẩm (Xem sơ đồ dây chuyền cơng nghệ cán hình 1.1).
+ Thép thanh có kích thước bằng Ø18, cấp từ 14 các giá cán đứng nằm liên tục.
+ Thép thanh có kích thước Ø16, cấp từ các giá cán block..
Hệ thống QTB bao gồm nhiều chi tiết khác nhau, công dụng xử lý nhiệt làm tăng
độ bền, bóng đẹp của thanh thép sản phẩm.
Thép thanh trước khi vào sàn nguội được cắt phân đoạn với chiều dài phù hợp với
chiều dài sàn nguội và bội số của đoạn thép thương phẩm. Trên sàn nguội thép được làm
nguội tự nhiên, tạo sự ổn định đồng đều bền vững cơ lý của thanh thép và thuận lợi cho
q trình cơng nghệ tiếp theo. Thép thanh được cắt đoạn thương phẩm theo chương trình
tự động được cài đặt (hoặc điều khiển bằng tay khi cần thiết).
Sản phẩm được kiểm tra kích thước, phân loại tách các thanh không phù hợp xếp
riêng, các thanh thép hợp cách được chuyển lên sàn thu thép thanh thực hiện các bước
tiếp theo.
Đếm thanh, đóng bó được thực hiện theo chương trình tự động cài đặt (hoặc điều
khiển bằng tay khi cần thiết).


Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


10

Bó thép dịch chuyển trên đường con lăn ra hệ thống cân tự động và được gắn
êtekét chuyển nhập xếp vào kho. Tất cả các thông số, kết quả sản xuất được các cơng
nhân vận hành tại các vị trí lưu trữ trên các thiết bị ghi và sổ sách cần thiết cho việc lưu
trữ và tính tốn kinh tế của các kỳ sản xuất kinh doanh.
1.3. Hệ thống cung cấp điện
Hệ thống cung cấp điện phải luôn luôn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho dây
chuyền sản xuất, thiết bị chiếu sáng, cầu trục, nhà điều hành, kho bãi…bao gồm các trạm
biến áp trung áp, hạ áp, trạm máy phát, trạm lọc sóng hài bậc cao và bù công suất.
1.3.1. Trạm biến áp trung áp
a. Trạm biến áp 35KV ngoài trời:
+ Số lượng : 1
+ Hãng sản xuất: Nhà máy Chế tạo thiết bị điện Đông Anh - Hà Nội
+ Thông số kĩ thuật:
Sđm =14/16 MVA
ONAN / ONAF = 35 ± 8 ∗1.25% / 23KV

U=8 % at 14 MVA
Dyn11/
+Thiết bị phụ trợ đi kèm: Máy cắt hợp bộ và các thiết bị bảo vệ: Bảo vệ kém áp,
bảo vệ quá áp, bảo vệ quá dòng, bảo vệ chạm đất. Rơ le hơi (bảo vệ nhiệt độ dầu, áp suất
dầu…)
+ Nhiệm vụ:
Nhận điện áp 35kV từ xí nghiệp Năng Lượng biến áp xuống 22kV cung cấp cho
các máy biến áp 22kV để cung cấp cho các thiết bị.
b. Trạm biến áp 22kV trong nhà

+ Số lượng: 6 trạm, từ T1 đến T6.
Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


11

+ Hãng sản xuất: Nhà máy Chế tạo thiết bị điện Đông Anh - Hà Nội
+ Thông số kĩ thuật:
Bảng 1.2. Bảng thông số máy biến áp của nhà máy
MBA T1:

MBA T2:

Sđm=3150 kVA

Sđm=3150 kVA

22± 2x2,5%/0,62 kV

22± 2x2,5%/0,62 kV

Uk=7 %

Uk=7 %

MBA T3:

MBA T4:

Sđm=3150 kVA


Sđm=3150 kVA

22± 2x2,5%/0,73 kV

22± 2x2,5%/0,73 kV

Uk=7 %

Uk=7 %

MBA T5:

MBA T5:

Sđm=2500 kVA

Sđm=2500 kVA

22± 2x2,5%/0,4 kV

22± 2x2,5%/0,4 kV

Uk=6.5 %

Uk=6.5 %

- Thiết bị phụ trợ đi kèm: máy cắt hợp bộ và các thiết bị bảo vệ:
+ Bảo vệ kém áp
+ Bảo vệ quá áp

+ Bảo vệ quá dòng
+ Bảo vệ chạm đất
+ Rơ le hơi (bảo vệ nhiệt độ dầu, áp suất dầu…)
- Nhiệm vụ:
Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


12

+ MBA T1: biến đổi điện áp 22kV xuống 0,6kV và cung cấp điện cho các động cơ
giá cán từ số 1÷ 8.
+ MBA T2: biến đổi điện áp 22kV xuống 0,6kV và cung cấp điện cho các động cơ
giá cán từ số 9÷14.
+ MBA T3 ÷ T4: biến đổi điện áp 22kV xuống 0,73kV và cung cấp điện cho 2
động cơ giá cán Block, vì 2 động cơ này có cơng suất rất lớn 1650kW.
+ MBA T5: biến đổi điện áp 22kV xuống 0,4 kV cung cấp điện cho hệ thống phụ
trợ...
+ MBA T6: biến đổi điện áp 22kV xuống 0,4 kV cung cấp điện cho hệ thống phụ
trợ...
1.3.2. Trạm máy phát 110 kVA
Cung cấp điện khi nguồn chính bị mất cho các thiết bị yêu cầu cấp điện liên tục:
các phụ trợ lò, động cơ con lăn ra lị và các khu vực khác khi có u cầu…
Khi nguồn chính mất điện, máy phát sẽ tự động chạy và công nhân vận hành sẽ cấp
điện máy phát cho các hộ.
1.3.3. Trạm lọc sóng hài bậc 5, bậc 7 và bù công suất
Ở đây là các dàn tụ điện để khử các sóng hài bậc cao cụ thể là các sóng bậc 5 và
bậc 7, là những sóng hài có thể gây nhiễu điều khiển, ảnh hưởng đến các thiết bị khác
trong nhà máy. Khi hệ số công suất tác dụng Cosφ nhỏ trạm này cũng có tác dụng như
một trạm bù công suất để đảm bảo hệ số sử dụng điện hiệu quả theo yêu cầu của ngành
điện.

1.3.4. Hệ thống tủ điện
Sau các máy biến áp 22kV các thiết bị được cung cấp điện thông qua các tủ động
lực và điều khiển. Các tủ này được bố trí trong phịng điện chính, một số tủ ngồi hiện
trường.

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


13

Trong phịng điện chính các tủ điện được chia làm 2 dãy. Các khu vực bố trí tủ cụ
thể như sau:
* Hệ thống tủ máy cắt hợp bộ
- Nhiệm vụ: Đây là hệ thống tủ chứa máy cắt hợp bộ với các MBA, các tín hiệu
liên quan đến MBA (dịng, áp, nhiệt độ dầu…) được đưa về nhằm khởi động và bảo vệ
các MBA, gồm 2 hệ thống tủ:
- Máy cắt hợp bộ 36kV cho MBA 16MVA ngoài trời.
+ Mã hiệu:

MERLIN GERIN SM6-36.

+ Nhà cung cấp: Nhà máy chế tạo thiết bị điện Đông Anh-Hà Nội
+ Loại tủ: Techgel.
- Máy cắt hợp bộ 22kV cho các MBA từ T1 đến T6
+ Mã hiệu:

MERLIN GERIN SM6.

+ Nhà cung cấp: Nhà máy chế tạo thiết bị điện Đông Anh-Hà Nội
+ Loại tủ: Techgel

* 30BB D01: Power centrer – 1: Trung tâm năng lượng 1
* 30BB D02: Power centrer – 2: Trung tâm năng lượng 2
+ Nhiệm vụ: Đây là 2 trung tâm nhận điện từ MBA T5, T6 và trạm phát điện
khi sự cố phân phối cho các phụ tải của MBA T5, T6:
* ACCU Panel: Tủ nạp điện 110V DC
+ Loại tủ: Techgel
+ Nhiệm vụ:
Hệ thống đóng cắt phối hợp hoạt động giữa các tủ và ắc quy.
Hệ thống ắc quy nạp điện khi hệ thống non tải và cung cấp điện từ ắc quy khi mất
điện các MBA.

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


14

* 30BB H01:

Driver switchboard stands #1-- 8

+ Loại tủ: DANIELI
+ Nhiệm vụ: Nhận điện từ MBA T1, phân phối điện cho 8 động cơ chính giá cán
các tủ -A1; -A2; -A3…-A8 phân phối cho các động cơ lần lượt:
D01DOMM001; D02DVMM001; D03DOMM001; D04DVMM001;
D05DOMM001; D06DVMM001; F07DOMM001; F08DVMM001;
* 30BB H02:

Driver switchboard stands #9--14

+ Loại tủ: DANIELI

+ Nhiệm vụ: Nhận điện từ MBA T2 phân phối điện cho 6 động cơ chính giá cán
trung tinh các tủ -A1; -A2; -A3…; -A6 phân phối cho các động cơ lần lượt:
D09DOMM001; D10DVMM001; D11DOMM001;
D12DVMM001; D13DOMM001; D14DVMM001;
* 30BB H11:

Switchboard-BGV MORTOR #1

+ Loại tủ: DANIELI
+ Nhiệm vụ: Nhận điện từ MBA T3 và phân phối điện cho động cơ #1 Block.
* 30BB H12:

Switchboard-BGV MORTOR #2

+ Loại tủ: DANIELI
+ Nhiệm vụ: Nhận điện từ MBA T4 phân phối điện cho động cơ #2 Block
* 30BB E05:

Furnace entry and r.m. Serv.MCC

1.4. Hệ thống tự động hóa
1.4.1. Các tủ điều khiển
Các trạm điều khiển được đóng gói bảo vệ trong một tủ được gọi tắt là tủ điều
khiển. Các loại tủ này được xếsp vào nhóm: Techgel và nhiệm vụ của các tủ được phân
phối như sau:
Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên


15


+ Các tủ -A1;-A2;-A3;-A3;-A4;-A5 cho động cơ con lăn bàn nâng phơi và nạp
phơi trong lị.
+ Tủ -A6 cho hành trình 9 động cơ con lăn ra phơi đầu ra lò nung.
+ Tủ -A10 cho máy bơm, bộ sấy dầu.
+ Tủ -A7 cho sấy ống phân phối khí phun mù.
+ Tủ -A8;-A9;-A11;-A12;-A15 cho động cơ máy bơm 1; 2; 3; 4 trên đường phân
phối dầu.
+ Tủ -A16 cho động cơ đóng mở cơ cấu dẫn động thuỷ lực van khí thải và áp lực
lò nung.
+ Tủ -A17;-A18 cho động cơ quạt khí đốt lị nung.
+ Tủ -A19 cho động cơ bơm mỡ bôi trơn.
+ Tủ -A20;-A21;-A22;-A23 cho máy bơm số 1; 2; 3; 4 trạm thuỷ lực lò.
+ Đầu cấp cho hệ thống TVCC.
+ Tủ -A29 (30BB L05) bảng điện PLC cho lò nung
* 30BB E10:

Rolling mill MCC.

+ Loại tủ: Techgel
- Nhiệm vụ:
+ Tủ -A1 cho động cơ nâng hạ bàn di chuyển làm mát
+ Tủ -A2;-A3 cho động cơ bơm thuỷ lực máy cán
+ Tủ -A4 cho động cơ bơm tuần hoàn máy cán
+ Tủ -A5 cho bộ sấy hệ thống thuỷ lực khu vực máy cán
+ Tủ -A6 cho động cơ bơm thuỷ lực cho QRT
+ Tủ -A34 (30BB L42) PLC cho các dịch vụ phụ trợ FFB.

Kim Đình Thái – Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cho nhà máy cán thép Thái Nguyên