Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển và giám sát lò nung Tuynel

t thụng giú khi cú tiếng kờu lạ (va chạm kim khớ) hoặc mụtơ điện bị núng, dõy đai trựng (đối với quạt hỳt khớ núng và khúi) cần dừng chuyển quạt quay dự phũng và tiến hành xử lý sửa chữa. Chỳ ý: Đối với quạt giú ly tõm trỡnh tự thao tỏc khởi động như sau: đúng kớn van trờn đường ống hỳt, khởi động cho quạt làm việc ở chế độ tự động qua nỳt bấm trờn tủ điều khiển. Khi quạt chạy đều, ổn định mới mở dần van trờn ống hỳt tới vị trớ làm việc. - Theo dừi và ghi đầy đủ số lượng goũng ra và vào lũ - Khi cú sự cố mất điện cần nhanh chúng đúng tất cả cỏc van cấp dầu ở cỏc vũi đốt. Khi cú điện khởi động lại theo quy trỡnh vận hành. - Thường xuyờn vệ sinh sạch sẽ cỏc thiết bị lũ - Bảo dưỡng cỏc thiết bị lũ nung theo lịch bảo dưỡng hàng ngày, hàng tuần, hàng thỏng. CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Lề NUNG TUYNEL Ở NHÀ MÁY SỨ THANH TRè 2.1 Đối tượng điều khiển của lũ nung Tuynel 2.1.1 Nhiệt độ Nhiệt độ của lũ được điều khiển phụ thuộc vào yờu cầu của từng bài phối liệu xương và men. Với mỗi bài phối liệu đú, sản phẩm sứ trong lũ lại đũi hỏi một đường cong nhiệt độ nhất định của lũ. Tuỳ theo yờu cầu mà nhiệt độ của từng vựng sẽ được điều chỉnh cho hợp lý. Sự điều chỉnh này được thực hiện thụng qua việc đặt cỏc thụng số về nhiệt độ yờu cầu, độ mở của cỏc van điều khiển khớ gas ở cỏc đồng hồ điều khiển trong phũng điều khiển. Cỏc thụng số này luụn được giữ khụng đổi trong suốt quỏ trỡnh hoạt động của lũ. Đồng thời nhiệt độ thực tế được theo dừi thường xuyờn 02 tiếng 01 lần, hoặc liờn tục để cú nhưng sự điều chỉnh kịp thời. Dựa vào sơ đồ cụng nghệ của lũ nung Tuynel ta thấy chỉ cú cỏc Can nhiệt T/C7,8,9,10,12 mới cú tỏc dụng điều khiển. T/C7,8,9,10 thuộc vựng nung chớnh: vựng nung chớnh sẽ thu thập nhiệt độ thực tế trong lũ để đưa về bộ điều khiển khớ gas lần lượt là TIC1,2,3,4 và tới cỏc đồng hồ hiển thị trong phũng điều khiển để theo dừi. Cỏc tớn hiệu này là cỏc tớn hiệu ra Analog. Cỏc bộ điều khiển khớ gas này sẽ so sỏnh nhiệt độ thực với nhiệt độ đặt. Nếu nhiệt độ thực nhỏ hơn nhiệt độ đặt thỡ bộ điều khiển khớ gas sẽ tự động đưa ra tớn hiệu điều khiển để mở van khớ cho khớ đến van giảm ỏp lắp trờn đương ống dẫn gas đúng bớt lại làm cho lượng gas cung cấp cho lũ tăng lờn, làm cho nhiệt độ thực tế tăng dần đến nhiệt độ đặt. Khi nhiệt độ tăng bằng nhiệt độ đặt thỡ bộ điều khiển khớ gas ở chế độ chờ. Nếu nhiệt độ thực cao hơn nhiệt độ đặt thỡ quỏ trỡnh lại diễn ra ngược lại. - Can nhiệt T/C12 thuộc vựng làm nguội nhanh sẽ đo nhiệt độ thực và đưa đến bộ điều khiờn nhiệt độ cho riờng vựng này. Đõy cũng là tớn hiệu tương tự. Nú cũng so sỏnh với nhiệt độ đặt. Nếu nhiệt độ thực nhỏ hơn nhiệt độ đặt thỡ nú sẽ điều khiển van khớ ở quạt Q3 cung cấp giú làm mỏt cho 18 họng giú (mỗi bờn 09 họng) đúng bớt lại. Nếu nhiệt độ thực lớn hơn nhiệt độ đặt thỡ quỏ trỡnh lại diễn ra ngược lại. - Cỏc Can nhiệt T/C 7,8,9,10,11,12 đều cú cỏc bộ rơle giới hạn nhiệt độ max để bảo vệ và cảnh bỏo là TAH 1,2,3,4,5,6. - Nếu coi lũ nung Tuynel là một đối tượng điều khiển thỡ nú sẽ cú 45 đầu vào (29 đầu vào tương tự, 16 đầu vào số) và 14 đầu ra (08 đõu ra số, 06 đầu ra tương tự). à Đõy là bài toỏn điều khiển rất phức tạp và khú. 2.1.2. Phõn bố ỏp suất và tốc độ khớ trong lũ Hỡnh a Hỡnh b Hỡnh c Hỡnh d Đường phõn bố ỏp suất và tốc độ khớ trong lũ Chỳng ta hóy xột lũ Tuynel cú quạt thổi khụng khớ vào và quạt hỳt khớ thải ra khỏi lũ (hỡnh a). Nhiờn liệu chỏy ở vựng nung chớnh, ở đõy nhiệt độ cao nhất, khối lượng riờng của khớ nhỏ hơn so với khớ ở vựng núng và vựng làm nguội. Vỡ vậy ở vựng nung xuất hiện ỏp suất hỡnh học và nú biến thành ỏp suất tĩnh học, về trị số ỏp suất tĩnh học cao hơn so với vựng đốt núng và vựng làm nguội. Giả thiết rằng đột nhiờn ta dừng cỏc quạt thổi khụng khớ và quạt hỳt khớ thải, thỡ ỏp suất tĩnh học của khớ ở phớa trờn vựng nung chớnh lớn hơn so với cỏc vựng khỏc (hỡnh b). Kết quả ta cú dũng khớ chuyển động tự do từ vựng nung chớnh sang vựng làm nguội và vựng nung sơ bộ. Nếu coi ỏp suất ở phớa trờn của vựng làm nguội bằng khụng khớ thỡ đường phõn bố ỏp suất ở vựng làm nguội là 6”’, ở vựng nung là 6”. Áp suất ở vựng nung lớn hơn vựng làm nguội một đoạn 3’ và lớn hơn vựng đốt núng một đoạn 3”. Sự giảm ỏp suất từ nền lũ đến trần ở cỏc vựng khụng giống nhau. Giảm chậm nhất là ở vựng nung chớnh (đường 6”) sau đú đến vựng đốt núng (đường 6’), cuối cựng ở vựng làm nguội giảm nhanh nhất (6”’). Đại lượng ỏp suất tĩnh học so sỏnh ở phớa trờn vựng làm nguội đặc trưng bằng những đoạn ngang ứng với ba đường số 6. Mặc dự ở phớa trờn vựng nung chớnh, ỏp suất khớ lớn hơn vựng làm nguội một đoạn 3’, nhưng ở sỏt nờn goũng ỏp suất khớ lại nhỏ hơn vựng làm nguội một đoạn 4’. Tương tự như vậy, so với vựng nung sơ bộ ỏp suất ở phớa trờn của vựng nung chớnh lớn hơn (đoạn 3”) và ở phớa dưới lại nhỏ hơn (đoạn 4”). Vỡ vậy khi dừng lũ đột ngột, trong lũ Tuynel sẽ xuất hiện những dũng đối lưu tự nhiờn. Ở phớa trờn khớ sẽ chuyển động từ vựng nung chớnh sang vựng nung sơ bộ và vựng làm nguội nhanh và vựng làm nguội chậm. Tốc độ dũng khớ được biểu thị bằng đường cong 7 và 8. Ở sỏt nền lũ và trần lũ tốc độ khớ bằng khụng do ma sỏt quỏ lớn. Tốc độ khớ cực đại nằm ở vị trớ cỏch nền lũ và vũm lũ một chỳt. Vỡ chiều của dũng khớ ngược nhau cho nờn ở giữa lũ cú mặt tốc độ bằng khụng. Mặt đú gọi là mặt trung gian ứng với giao điểm của hai đường 6’ và 6’’ chồng nờn nhau. Khi chỳng ta cho quạt thổi khụng khớ vào lũ và quạt hỳt khớ thải hoạt động, nghĩa là ở vựng nung sơ bộ ta cú ỏp suất õm và ở vựng làm nguội chậm ta cú ỏp suất dương. Nếu lượng khớ chuyển động đủ lớn, mặt trung gian cú tốc độ bằng khụng sẽ chuyển hẳn ra ngoài lũ, và khớ chuyển động một chiều từ vựng làm nguội đến vựng nung sơ bộ. Giả thiết rằng chế độ ỏp suất trong lũ 6’,6”, 6’’’ chuyển thành 10’,10’’,10’’’. Vựng nung sơ bộ lượng 6’ được tăng cường một đại lượng chõn khụng bởi quạt hỳt, vựng này cũng tăng cường một đại lượng chõn khụng hoặc ỏp suất dương. Áp suất vựng làm nguội luụn luụn lớn hơn ỏp suất vựng nung, ỏp suất ở vựng đốt núng thấp hơn cả. Vỡ thế khớ sẽ đi từ vựng làm nguội chậm đến vựng nung sơ bộ. Song chờnh lệch ỏp suất giữa vựng làm nguội và vựng nung chớnh ở phớa trờn nhỏ hơn phớa dưới, vỡ vậy tốc độ khụng khớ ở vựng làm nguội tăng dần theo chiều từ trờn xuống mặt goũng. Đường biểu diễn tốc độ ở vựng này là đường số 8 (hỡnh c) với tốc độ ở sỏt nền và vũm bằng khụng. Tương tự như vậy ở vựng nung sơ bộ tốc độ tăng dần từ mặt goũng đến vũm lũ và đường số 7 biểu diễn tốc độ khớ của vựng nung sơ bộ. Như vậy khớ chuyển động chẳng những do ảnh hưởng của lực bờn ngoài (nhờ quạt) mà cũng do lực bờn trong lũ (ỏp suất tĩnh học). Kết quả phõn tớch ở trờn cho phộp ta giải thớch tại sao tốc độ khớ ở trờn vựng nung sơ bộ lớn hơn phớa dưới và tốc độ khớ ở phớa dưới vựng làm nguội lại lớn hơn ở phớa trờn. Sự giải thớch này cũng cú thể ỏp dụng cho cỏc lũ vũng, lũ nhiều phũng, lũ rỗng và những lũ tương tự. Hiện tượng này thường gọi là sự phõn lớp trong lũ tuynel. Ở vựng đốt núng sản phẩm phớa trờn được đốt núng nhanh hơn, cú nhiệt độ cao hơn, ở vựng làm nguội sản phẩm phớa trờn được làm nguội chậm hơn so với phớa dưới. Ngoài hiện tượng tự nhiờn ở trờn, cũn cú những nguyờn nhõn khỏc làm tăng độ chờnh lệch nhiệt độ theo chiều dài của lũ tuynel. Trong quỏ trỡnh nung, sản phẩm co ngút làm khe hở giữa vũm lũ và lớp sản phẩm trờn xe goũng rạn ra. Điều đú khiến cho dũng khớ cú nhiệt độ cao sẽ chuyển động dễ dàng ở sỏt vũm lũ, là điều kiện tạo ra chờnh lệch nhiệt độ theo chiều cao. Ngoài ra ở chỗ khe goũng thường khụng kớn, khụng khớ lạnh sẽ chui vào lũ qua vựng đốt núng. Điều đú sẽ dẫn tới hạ nhiệt độ lớp vật liệu mặt goũng. Do những nguyờn nhõn trờn, chờnh lệch nhiệt độ theo chiều cao của lũ tuynel khỏ lớn. Để khắc phục nhược điểm này người ta dựng những biện phỏp sau: + Cú thể xếp sản phẩm dày ở phớa trờn và thưa ở phớa dưới để tăng sức cản thuỷ lực ở phớa trờn, tạo điều kiện cho khớ đi phớa dưới. Điều này cũng cú thể ỏp dụng cho lũ vũng. + Chỗ hỳt khớ thải bố trớ rải thành nhiều cửa ở đầu lũ và phải bố trớ sỏt mắt goũng. Cỏch bố trớ như vậy tạo điều kiện cho dũng khớ hướng xuống phớa dưới. + Tốc độ khớ phải đủ lớn (1á1,5m/s), khi đú cỏc dũng khớ phõn bố đều hơn theo tiết diện của lũ. Nếu tốc độ khớ quỏ lớn, sức cản thuỷ lực tăng lờn và khụng khớ lọt vào nhiều. Kết quả lại khụng giảm chờnh lệch nhiệt độ lũ. Tăng độ kớn giữa goũng và lũ để giảm khụng khớ lọt qua khe goũng vào lũ. Muốn vậy cần hoàn chỉnh van cỏt và chỗ nối goũng. 1. Cửa thổi khụng khớ vào vựng làm nguội phải đặt gần sỏt vũm lũ để làm nguội đồng đều theo chiều cao của vũm lũ. 2. Cú thể thành lập chế độ ỏp suất dưới gầm lũ tương tự như trong lũ. Làm như vậy sẽ giảm hẳn khụng khớ lọt vào lũ. Song phải bố trớ cỏc cửa kớn, quạt ở hành lang dưới gầm lũ, điều đú làm hệ thống chạy thờm phức tạp và điều khiển lũ khú khăn thờm. 3. Biện phỏp phổ biến hơn cả là cho tuần hoàn khớ hoặc tạo cỏc màn khớ ở vựng đốt núng. Khớ cú thể được hỳt từ vựng làm nguội hoặc cuối vựng đốt núng bằng quạt chịu nhiệt hoặc vũi phun khớ (injektor) sau đú thổi qua cửa hoặc qua khe hẹp ở vũm lũ xuống mặt goũng. Nhờ luồng khớ hay màng khớ đú, dũng khớ trong lũ bắt buộc đi chui xuống mặt goũng và tạo điều kiện đốt núng sản phẩm theo chiều cao. Cửa hỳt khớ luụn đặt ngang mặt goũng trong vựng nung sơ bộ hoặc gần vũm lũ trong vựng làm nguội. 2.2. Hệ thống điều khiển ở nhà mỏy sứ Thanh Trỡ 2.2.1 Hệ thống điều khiển nhiệt độ Nguyờn tắc về quỏ trỡnh chỏy nhiờn liệu: quỏ trỡnh chỏy nhiờn liệu cú thể chia thành hai loại chớnh: đồng thể và dị thể Chỏy đồng thể: là sự chỏy xảy ra đồng thời trong toàn vộ khối khớ đó được trộn lẫn của khụng khớ và nhiờn liệu. Chỏy dị thể: xảy ra trờn bề mặt phõn cỏch cỏc pha của nhiờn liệu. Sự chỏy của nhiờn liệu rắn là dạng điển hỡnh của sự chỏy ở dạng dị thể. Cũn sự chỏy của dạng nhiờn liệu lỏng cú thể coi là trung gian của hai dạng trờn. Vỡ ở đõy, trong ngọn lửa chỏy của nhiờn liệu lỏng khớ phun tồn tại cả 3 pha: khớ, lỏng và rắn. Phần lớn cỏc quỏ trỡnh chỏy trong thực tế đều là dị thể. Ngay cả khi đốt nhiờn liệu khớ ta cũng thu được quỏ trỡnh chỏy là dị thể do sự tự cacbon hoỏ của khớ đốt. Điều kiện của quỏ trỡnh chỏy dị thể phức tạp hơn nhiều, tuỳ thuộc vào sự phõn bố đồng đều giữa cỏc pha, vào trạng thỏi vật lý của hệ cũng như kớch thước của buồng đốt. Quỏ trỡnh chỏy của nhiờn liệu: với bất kỳ một nhiờn liệu nào quỏ trỡnh chỏy cũng xảy ra hai thời kỳ: chuẩn bị chỏy và thời kỳ chỏy. Cú rất nhiều yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới phản ứng hoỏ học trong quỏ trỡnh chỏy, vai trũ quan trọng hơn cả trong quỏ trỡnh chỏy là quỏ trỡnh toả nhiệt của nhiờn liệu chỏy, việc hấp thụ và trao đổi nhiệt với mụi trường xung quanh kể cả trao đổi nhiệt ngay trong khụng gian chỏy. Những điều khiển xảy ra trờn ta gọi chung là những điều kiện nhiệt. Đối với thời kỳ chuẩn bị đốt với phản ứng chỏy đồng thể là thời kỳ ban đầu. Quỏ trỡnh chỏy, nhờ sự hấp thụ nhiệt của mụi trường xung quanh, dẫn tới quỏ trỡnh oxy hoỏ chậm. Trong quỏ trỡnh chỏy xảy ra sự tớch luỹ năng lượng, làm tăng dần nhiệt độ của khối khớ đó đạt được mức độ của khối khớ đó đạt được mức độ nào đú phản ứng oxy hoỏ hay là quỏ trỡnh chỏy nhiờn liệu đột nhiờn tăng mạnh chuyển thành bốc lửa. Để cú quỏ trỡnh chỏy đồng thể nhiệt độ của một số chất phải lớn: + Khớ hiđro (H2): 5300C + Khớ cacbon (II) oxit: 6100C + Khớ mờtan: 6450C + Khớ hiđroxit lưu huỳnh (H2S): 2900C 2.2.1.1. Điều khiển nhiệt độ vựng nung sơ bộ + Can nhiệt độ : AI1 á AI6 (AI1 á AI6 cú nghĩa là tớn hiệu đầu vào analog của bộ điều khiển lấy T/C1áT/C6. Đừy là cỏc can loại K đo nhiệt độ thấp). + Thời gian nung 3á4 giờ + Nhiệt độ nung: 120oC (AI1) á 7000C(AI6) Đầu vào của hệ thống chỏy được điều chỉnh bằng tỷ lệ giữa khụng khớ và nhiờn liệu cho mỗi mỏ đốt được yờu cầu bởi đồ thị nhiệt độ sứ và khi điều khiển tỷ lệ này là duy trỡ nhiệt độ đặt. Cỏc mỏ đốt này (133 mỏ đốt) được điều khiển bằng tay, tức là thụng số về tỷ lệ gas khớ được đặt bằng cỏch thay đổi độ mở van trờn đường ống dẫn Gas và khớ. Việc điều chỉnh này để đỏp ứng với nhiệt độ đặt sẽ dựa vào nhiệt độ bỏo về từ cỏc can nhiệt núi trờn. Cỏc thụng số này được giữ cố định trong suốt quỏ trỡnh hoạt động của lũ do yờu cầu cụng nghệ sứ đũi hỏi nhiệt độ cung cấp cho vựng này khụng cao. Đầu ra khớ xả được điều khiển bởi cỏc van trờn đường khớ đi vào quạt Q1. Khi khớ đầu ra của quạt Q1 tăng thỡ van mở rộng hơn và ngược lại. Mở hoặc đúng cỏc khoang khớ khỏc nhau cũng làm ổn định đường cong nhiệt độ của vựng nung sơ bộ. Việc tăng tốc độ của 4 quạt đầu vào sẽ tạo ra một cửa chắn khớ ở đầu vào của lũ với ỏp suất cao. Áp suất cao này sẽ ngăn khụng cho khớ núng trong lũ thoỏt ra ngoài và ngăn khớ lạnh từ ngoài thổi vào trong lũ. Quạt Q1 sẽ hỳt nhiều khớ ra hơn tại bất kỳ nơi nào trong lũ. Vỡ vậy, tốc độ quạt Q1 sẽ thấp hơn là tốc độ 4 quạt đầu vào. 2.2.1.2 Điều khiển nhiệt độ của vựng nung chớnh + Can nhiệt: AI7á AI10. Cỏc can nhiệt này là can S, T/C7 là K. + Thời gian nung: 2á3h. + Nhiệt độ nung: 9000C( AI7 ) á12000C (AI10 ). Vựng nung chớnh cú 24 mỏ đốt chia làm 4 nhúm, mỗi nhúm 6 mỏ đốt: 3 bờn phải, 3 bờn trỏi. Cỏc nhúm từ 1á 4 đều được điều khiển tự động bởi cỏc vũng TIC1 á TIC4. Tớn hiệu thay đổi đều được lấy từ cỏc can nhiệt độ AI7 á AI10 để điều khiển. Can nhiệt độ cũn lại (T/C 8A ) cung cấp tớn hiệu để hỗ trợ cho việc điều khiển nhiệt độ vựng này. Can nhiệt độ 8A cấp cho bộ điều khiển nhiệt độ tới hạn của vựng này. Nhiệt độ tới hạn là một phần của hệ thống an toàn nhiờn liệu. 2.2.1.3 Điều khiển nhiệt độ vựng làm lạnh nhanh + Can nhiệt: AI11, AI12 loại S. + Thời gian nung: 1á1,5h. + Nhiệt độ làm lạnh từ 12000C xuống 6000C . Nhiệt độ vựng làm nguội nhanh cú khoảng dao động rất lớn trong khi thời gian chuyển động của sứ là nhỏ ( 1á1,5h). Nhiệt độ giảm từ 12000C ở đầu vựng xuống 6000C ở cuối vựng. Để đỏp ứng điều kiện trờn, người ta làm hai hệ thống phun khớ ở hai bờn thành lũ, mỗi bờn gồm 9 vũi phun. Hoạt động của chỳng được đúng mở (thụng qua hai van liờn động) để cho dũng khớ được qua lại một cỏch liờn tục theo hỡnh sin. Nhõn tố quan trọng nhất để đạt được kết quả mong muốn là tổng lượng khớ đầu ra khụng đổi. Nếu khụng thoả món điều kiện này thỡ sẽ tồn tại một ỏp suất qua cỏc vựng làm lạnh nhanh, điều này gõy ra kết quả là trong bất kỳ thời điểm dao động nào của khớ, ỏp suất tổng sẽ bằng tổng cỏc ỏp suất của cỏc nguồn, van tay để duy trỡ tổng lượng khớ vào khụng đổi. Ngoài ra, đồ thị làm lạnh sẽ được điều chỉnh một phần ở đầu ra quạt cuối lũ tại vựng làm nguội chậm khớ lạnh xuyờn qua khoang khớ vào đầu vào vựng làm nguội chậm. 2.2.1.4 Điều khiển nhiệt độ vựng làm nguội chậm + Can nhiệt : AI13 – AI18 loại K + Thời gian nung 4 – 4,5 h + Nhiệt độ làm nguội từ 600° xuống 90° ở đầu ra Tấm chắn giú làm lạnh chớnh được đặt ở trờn đường ống lấy khớ vào của quạt Q3 liờn quan tới lượng khớ đồng thời cho cả hai vựng làm nguội nhanh và nguội chậm. Quạt hỳt khớ núng trong vựng này: Q4 cú nhiệt độ lớn nhất là 370° nhưng làm việc quanh nhiệt độ 90°. Cặp nhiệt AI20 kiểm tra nhiệt độ mở quạt sẽ tạo ra cỏc đường cong nhiệt độ khỏc nhau trong vựng này và vỡ vậy độ men phủ trờn sứ đó được điều chỉnh. 2.2.2 Điều khiển ỏp suất Áp suất được đọc từ cảm biến AI28 đặt ở vựng chớnh. Tớn hiệu này sẽ được điều khiển bởi vũng PID6. Cú thể tăng hoặc giảm ỏp suất lũ bằng cỏch đúng mở van ở đầu quạt Q1. Khi chọn ỏp suất điều khiển lũ nung ta phải xem xột cỏc yếu tố sau: + Nếu ỏp suất bề mặt sứ là thừa xe goũng sẽ bị ảnh hưởng bởi độ núng toả ra xung quanh mỏ đốt. Dấu hiệu này cho thấy cú bức xạ giữa phần cuối xe đó xuyờn qua rỡa chắn cỏt và do đú gõy nguy hiểm cho rỡa chắn cỏt. + Nếu ỏp suất ở sàn xe goũng trong vựng nung chớnh là giảm tại điểm cú tồn tại ỏp suất dư là õm. Do khớ bao quanh bị rũ rỉ bởi cỏt xỉn, vỡ vậy giữa gầm goũng, cuối và cạnh thõn xe bị “lạnh”, kết quả là đốt khụng đều. + Khi tốc độ đẩy goũng tăng, nhiệt độ cơ bản của lũ sẽ tăng khụng mong muốn bởi tăng đầu vào của khớ cung cấp từ quạt Q2 cho sự chỏy. Việc tăng sự chỏy và khớ làm lạnh này làm đầu vào được cõn bằng với việc tăng đầu ra quạt Q1 và quạt Q4 qua cỏc khoang ỏp suất ban đầu được yờu cầu. 2.3 Đỏnh giỏ hệ thống đang vận hành nhà mỏy sứ thanh trỡ và đề xuất giải phỏp kỹ thuật Với bộ điều khiển đang sử dụng thỡ lũ nung Tuynel luụn hoạt động đỳng theo yờu cầu cụng nghệ cần đỏp ứng. Tuy nhiờn, do đõy là bộ điều khiển chuyờn dụng do nước ngoài cung cấp (Swwindell Dressler-USA) nờn việc sửa chữa và thay thế cũng như bảo trỡ, bảo dưỡng gặp nhiều khú khăn nếu khụng cú chuyờn gia nước ngoài. Đồng thời, khớ cho hoạt động núi trờn là rất lớn. Với sự phỏt triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển thỡ ta cú thể thay thế bộ điều khiển trờn bằng bộ điều khiển khỏc nhỏ gọn hơn, lắp đặt thuận tiện hơn, rẻ hơn, dễ dàng thay thế cũng như sửa chữa hơn, thao tỏc điều khiển, lập trỡnh điều khiển đơn giản hơn và cú thể thực hiện bởi cỏc kĩ sư trong nước. PLC S7-200 của hóng Siemens (Đức ) là bộ điều khiển đỏp ứng được cỏc yờu cầu trờn. Bờn cạnh đú ,chỳng ta cần phải thiết kế giao diện người mỏy: HMI cho việc điều khiển cũng như để theo dừi hoạt động của lũ. Với việc sử dụng S7-200 là thiết kế bị điều khiển thỡ em quyết định thiết kế phần giỏm sỏt bằng ngụn ngữ lập trỡnh Visual Basic. Với phương phỏp điều khiển này thỡ ta chỉ cần một PLC S7-200 kết nối với một mỏy tớnh PC được cài đặt giao diện để điều khiển và theo dừi hoạt động của lũ nung Tuynel Quy trỡnh điều khiển được thực hiện như sau: + Kiểm tra hệ thống quạt, hệ thống khớ đốt, hệ thống thuỷ lực, ... + Chạy phần mềm giỏm sỏt và bắt đầu khởi động hệ thống. Bộ điều khiển cú nhiệm vụ điều khiển hệ thống, đồng thời gửi dữ liệu lờn phần mềm giỏm sỏt để cho người điều khiển theo dừi CHƯƠNG 3 Mễ HèNH TOÁN HỌC CỦA Lề NUNG TUYNEL VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Đối với mỗi bài toỏn điều khiển thỡ nhiệm quan trọng đầu tiờn là phải xỏc định được mụ hỡnh toỏn học của đối tượng . Xỏc định đặc tớnh động học của đối tượng là bước đầu tiờn phải thực hiện khi giải quyết một bài toỏn điều khiển bởi vỡ ta chỉ cú thể phõn tớch, tổng hợp cho hệ thống khi biết được mụ hỡnh của đối tượng. Kết quả của cụng việc xỏc định đặc tớnh động học là đưa ra được mụ hỡnh toỏn học mụ tả cho đối tượng. Với một mụ hỡnh toỏn học của đối tượng càng chớnh xỏc thỡ ta càng cú nhiều cơ hội để xỏc định một bộ điều khiển cú chất lượng như ý muốn. 3.1 Vựng nung sơ bộ và vựng làm nguội chậm Vựng nung sơ bộ và vựng làm nguội chậm được thiết kế để sử dụng nhiệt của sản vật chỏy của vựng nung chớnh. Trong vựng này khụng cú mỏ đốt, nhiệt tại vựng này lấy từ vựng nung chớnh sang. Vựng này chỉ theo dừi trạng thỏi và nhiệt độ của phụi nung trước khi đi vào vựng nung chớnh. Vỡ vậy khụng cần lập mụ hỡnh toỏn học cho cả hai vựng này. 3.2 Vựng nung chớnh 3.2.1 Điều khiển nhiệt độ cho vựng nung chớnh Mụ hỡnh toỏn học của đối tượng Vựng nung chớnh cú mỏ đốt để nung phụi đến nhiệt độ 800oC 1080oC 1200oC 1200oC. Đặc tớnh quỏ độ của vựng nung chớnh là đặc tớnh về sự biến thiờn của nhiệt độ. Bằng thực nghiệm và tài liệu của cụng ty cung cấp ta xõy dựng được đồ thị của nú cú dạng như sau. Với h() =12000C Đối tượng lũ nung chớnh được sử dụng tại nhà mỏy Thanh Trỡ là đối tượng mà hàm truyền cú dạng : Lấy => Thiết kế bộ điều khiển Vỡ lũ là đối tượng nhiệt cú quỏn tớnh lớn, khụng cần tỏc động nhanh nờn ta dựng bộ PI, hàm truyền đạt của bộ điều khiển Hàm truyền hở của hệ thống là: Áp dụng phương phỏp Modul để xỏc định thụng số của bộ điều khiển: Ti = 120 (s) Sơ đồ mụ phỏng hệ thống trờn Simulink Đặc tớnh đường quỏ độ của hệ khi cú bộ điều khiển Dựng phương phỏp phõn miền nghiệm số Trong đú Km là hệ số khuếch đại Ti là hằng số thời gian tớch phõn và C0 = Km , C1 = Km/Ti Sơ đồ cấu trỳc của hệ thống được mụ tả như sau: Để xỏc định cỏc thụng số của bộ điều chỉnh ta sử dụng phương phỏp phõn miền nghiệm số của phương trỡnh đặc tớnh với chỉ tiờu chất lượng là mức độ dao động m của hệ thống. Tia OP được mụ tả bởi hàm p = w(-m+j) Vựng phõn miền nghiệm số của phương trỡnh đặc tớnh Hàm truyền đạt của mỏy điều chỉnh là: Hàm truyền đạt của đối tượng là: Hàm truyền của hệ kớn là: Thay hàm truyền đạt của mỏy điều chỉnh và đối tượng ta cú Phương trỡnh đặc tớnh của hệ thống là: Thay p=w(-m+j) vào phương trỡnh đặc tớnh ta cú: Thay: , ta được hệ phương trỡnh phần thực và phần ảo cựng bằng khụng: Giải hệ phương trỡnh trờn với nghiệm C0, C1 nhận được: Với m bất kỳ, ứng với mỗi một giỏ trị của w ta được một điểm (C0, C1), khi cho w thay đổi từ 0 đ Ơ trong mặt phẳng C0OC1 ta được một đường cong, đường cong cú một điểm cực đại - đường đồng mức. Trờn đường đồng mức với m=0.512 ta lấy được điểm (C0,C1) cú giỏ trị (3.2 , 0.02) thay thụng số này vào bộ điều khiển ta được đặc tớnh quỏ độ: Nhận xột: Cả hai phương phỏp đều cho ta xỏc định thụng số bộ PID để hệ thống cú chất lượng tốt . Thụng số xỏc định từ phương phỏp Modul cho đặc tớnh cú , cũn thụng số của bộ điều khiển xỏc định từ phương phỏp phõn miền nghiệm cú chất lượng nhưng đặc tớnh khụng bỏm tốt như đặc tớnh của bộ điều khiển xỏc định theo phương phỏp Modul nờn ta quyết định chọn thụng số bộ điều khiển theo phương phỏp này Km = 2.4; Ti = 120(s) để điều khiển nhiệt độ 3.2.3 Điều khiển ỏp suất cho vựng nung chớnh Áp suất được đo bởi cỏm biến AI28 được đặt trong vựng nung chớnh, tớn hiệu này được điều khiển bởi vũng PID6. Cú thể tăng hoặc giảm ỏp suất bằng cỏch đúng mở van ở đầu quạt Q1. Mụ hỡnh toỏn học Dựa trờn tỏi liệu nhà mỏy cung cấp, hàm truyền đạt của đối tượng cú dạng: Thiết kế bộ điều khiển Hàm truyền đạt của bộ điều khiển Hàm truyền hở của hệ thống là: Dựng phương phỏp Modul để xỏc định thụng số của bộ điều khiển: Ti = 1.2 (s) Sơ đồ mụ phỏng hệ thống trờn Simulink Đặc tớnh đường quỏ độ của hệ khi cú bộ điều khiển Dựng phương phỏp phõn miền nghiệm số Trong đú Km là hệ số khuếch đại Ti là hằng số thời gian tớch phõn và C0 = Km , C1 = Km/Ti Trờn đường đồng mức với m=0.512 ta lấy được điểm (C0,C1) cú giỏ trị (9.2, 6.26) thay thụng số này vào bộ điều khiển ta được đặc tớnh quỏ độ: Nhận xột: Cả hai phương phỏp đều cho ta xỏc định thụng số bộ PID để hệ thống cú chất lượng tốt . Thụng số xỏc định từ phương phỏp Modul cho đặc tớnh cú , cũn thụng số của bộ điều khiển xỏc định từ phương phỏp phõn miền nghiệm cú chất lượng do đú ta chọn tham số của bụ điều khiển theo phương phỏp phõn miền nghiệm Km = 9.6; Ti =C0/C1= 9.6/6.26 =1.53(s) để điều khiển ỏp suất trong vựng nung chớnh. 3.3 Vựng làm lạnh nhanh 0T t τ τ+T 0 h(t) Để điều khiển nhiệt độ vựng làm lạnh nhanh, người ta dựng tớn hiệu nhiệt đo từ can nhiệt T/C 12 để điều khiển độ mở van thụng qua đường ống dẫn khớ nguồn từ quạt giú cấp khớ lạnh Q3. Đối tượng lũ nung chớnh được sử dụng tại nhà mỏy Thanh Trỡ là đối tượng mà hàm truyền cú dạng : Lấy => Thiết kế bộ điều khiển Vỡ lũ là đối tượng nhiệt cú quỏn tớnh lớn , khụng cần tỏc động nhanh nờn ta dựng bộ PI, hàm truyền đạt của bộ điều khiển Hàm truyền hở của hệ thống là: Áp dụng phương phỏp Modul để xỏc định thụng số của bộ điều khiển: Ti = 200 (s) Sơ đồ mụ phỏng hệ thống trờn Simulink Đặc tớnh đường quỏ độ của hệ khi cú bộ điều khiển Với thụng số bộ điều khiển cú đặc tớnh quỏ độ chất lượng tốt nờn ta chọn thụng số này cho bộ PID của vũng điều khiển độ mở van Q3. Trờn cơ sở đó cú mụ hỡnh toỏn học và thụng số của bộ điều khiển cho từng vựng làm việc của lũ. Ta viết chương trỡnh điều khiển và giỏm sỏt cho lũ. CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN Lề NUNG TUYNEL BẰNG S7-200 4.1 Giới thiệu về PLC S7-200 và Step7 MicroWin32 Trong những năm 90 và sau này, ứng dụng của bộ PLC( viết tắt của Programmable Logic Control) đó trở nờn thụng dụng trong cỏc mạch điều khiển. Hiện nay việc sử dụng PLC dưới nhiều hỡnh thức chiếm đến 80% và trở thành xu hướng mới trong điều khiển cụng nghiệp. Điều này đó chứng minh tại nhiều nhà mỏy của những nước phỏt triển và đang được ỏp dụng tại Việt Nam. Người sử dụng giao tiếp với PLC thụng qua chương trỡnh điều khiển. Muốn thay đổi hay mở rộng nhiều chức năng của bộ điều khiển. Muốn thay đổi hay mở rộng nhiều choc năng của bộ điều khiển, người thiết kế chỉ cần thay đổi chương trỡnh bờn trong PLC so với bộ điều khiển dựng dõy nối. ứng dụng của PLC đó thõm nhập vào cỏc nhà mỏy ở nước ta như nhà mỏy xi măng Hoàng Thạch, nhà mỏy giấy Bói Bằng, nhà mỏy gạch Thạch Bàn, gốm sứ Hữu Hưng, cụng ty vật liệu chịu lửa Tam tần Bắc Giang ….Hiện nay cú rất nhiều hóng đầu tư vào PLC như MISUBISHI, OMRON của Nhật Bản, SIEMENS của Đức, ABB của Thuỵ Điển. Sản phẩm của mỗi hóng cú những đặc điểm riờng nhỡn chung về chức năng thỡ đều giống nhau, chỳng đều được kiểm định và hoạt động tốt tại Việt Nam. Tập đoàn SIEMENS là nhà cung cấp đứng đầu thế giới, đó cho nhiều sản phẩm mới ứng dụng trong thực tiễn như S5, S7-200, S7- 300, S7- 400. 4.1.1 Cỏc phần của PLC. Trong đồ ỏn này ta dựng PLC SIMATIC S7-200, một sản phẩm của hóng SIEMENS, do những ưu điểm của nú cũng như sự quen thuộc đối với người dựng ở Việt Nam. Dưới đõy là một vài nột cơ bản về bộ điều khiển này. Đơn vị cơ bản của S7-200 bao gồm bộ vi xử lý trung tõm CPU, ngu