ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Họ tên tác giả luận văn : Đỗ Đức Mạnh Tên đề tài luận văn : NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ NUNG PHƠI NHÀ MÁY CÁN THÉP Chuyên nghành : Tự động hoá Mã số : TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ TỰ ĐỘNG HỐ THÁI NGUN 2011 Cơng trình hồn thành : Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên Người hướng dẫn khoa học : Tiến sỹ Trần Xuân Minh Phản biện : Tiến sỹ Nguyễn Văn Vỵ Phản biện : Tiến sỹ Nguyễn Duy Cương Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp : Nhà A6, Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Đại học Thái Nguyên Vào hồi 30 phút, ngày 17 tháng 11 năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn Trung tâm học liệu - Đại học Thái Nguyên Thư viện Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Công nghiệp luyện kim - cán thép có vai trị quan trọng cơng xây dựng phát triển kinh tế quốc dân, góp phần lớn vào việc ổn định phát triển xã hội, an ninh, quốc phòng Cùng với phát triển kinh tế đất nước, nước ta xây dựng nhiều nhà máy cán thép với dây truyền công nghệ phục vụ cho nhu cầu xây dựng, phát triển xã hội q trình cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Có nhiều nhà máy cán thép xây dựng Khu công nghiệp gang thép Thái Nguyên, Nhà máy cán thép Thăng Long, Nhà máy cán thép Thái Hưng, Nhà máy cán thép Việt - Ý Trong dây chuyền cán thép, trước đưa phôi cán, phôi phải nung lị nung Q trình nung phơi có ý nghĩa quan trọng cơng nghệ cán thép Nó định phần lớn chất lượng thép có chế độ nung hợp lý tiết kiệm nhiên liệu tăng suất sản xuất Tuy nhiên hệ thống điều khiển lị nung phơi cho dây truyền cán sử dụng điều khiển kinh điển nên mức độ tự động hoá chưa cao chịu nhiều tác động từ yếu tố bên ngồi Xuất phát từ thực tiễn đó, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống lò nung, điều khiển nhiệt độ lò nung dây truyền cán thép tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao chất lượng điều khiển từ góp phần nâng cao hiệu suất sản xuất suất thúc đẩy phát triển kinh tế Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tài liệu từ thực tế thiết bị (lị nung phơi Nhà máy cán thép Lưu Xá) để đưa hướng điều khiển mới, nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống lị nung Mơ kiểm nghiệm kết nghiên cứu Nội dung nghiên cứu - Tổng quan công nghệ cán thép - Giới thiệu, phân tích cơng nghệ điều khiển hệ thống lị nung, điều khiển nhiệt độ lị nung phơi dây truyền cán thép, Nhà máy cán thép Lưu Xá - Thiết kế hệ điều khiển nhiệt độ nâng cao chất lượng điều khiển nhiệt độ lò nung phôi - So sánh kết thu với phương pháp ứng dụng để rút kết luận ý kiến đề xuất Bản luận văn gồm 89 trang với chương, tác giả tìm hiểu lý thuyết thực tế, mô phỏng, thu kết sau : - Với tham số đối tượng điều khiển thay đổi phạm vi cho phép, phạm vi thay đổi định tham số, điều khiển PID kinh điển có khả điều chỉnh tốt - Tuy nhiên số trường hợp, tham số đối tượng tham số tập trung, thay đổi trình làm việc, PID khơng cho dạng đặc tuyến tốt ban đầu nữa, kéo dài thời gian độ hệ thống… - Khi sử dụng điều khiển PID mờ, tham số đối tượng điều khiển thay đổi chất lượng đặc tính đầu giữ tốt, thời gian ổn định rút ngắn Như luận văn đóng góp phần nhỏ vào ứng dụng thực tiễn để điều khiển nhiệt độ lị nung phơi công nghệ cán thép, giúp tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao hiệu suất lị, từ nâng cao suất cán nhà máy cán thép Kết cấu luận văn Ngoài phần Mục lục, Kết luận kiến nghị, Luận văn 12 tài liệu tham khảo, 40 danh mục hình vẽ đồ thị Chương I : Tổng quan công nghệ cán thép Chương II : Cơng nghệ lị nung phơi dây truyền can thép liên tục Chương III : Thiết kế điều khiển nâng cao chất lượng điều khiển nhiệt độ lò nung phôi, Nhà máy cán thép CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP Trong chương luận văn giới thiệu chung khái quát phương pháp gia công kim loại (chủ yếu cán), giới thiệu chung máy cán, loại máy cán trang bị điện máy cán Cán hình thức gia cơng áp lực để làm thay đổi hình dạng kích thước vật thể kim loại dựa vào biến dạng dẻo - Yêu cầu quan trọng trình cán ứng suất nội biến dạng dẻo không lớn, đồng thời kim loại giữ độ bền cao - Căn theo nhiệt độ trình tái kết tinh để phân chia cán nguội cán nóng Cán thép nhiệt độ 4000C  4500C cán nguội Cán thép nhiệt độ lớn 6000C  6500C cán nóng Các loại máy cán : - Máy cán nóng quay thuận nghịch - Máy cán nóng liên tục - Máy cán nguội - Máy cán dây CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ LỊ NUNG PHƠI TRONG DÂY TRUYỀN CÁN THÉP LIÊN TỤC Trong chương luận văn chủ yếu tìm hiểu cơng nghệ lị nung phơi dây truyền cán thép liên tục Nhiệm vụ lò nung Như biết dây chuyền cán thép liên tục, phơi trước đưa vào cán phơi phải đạt nhiệt độ cần thiết (thông thường nhiệt độ phơi trước vào cán khoảng 1200 0C) Mục đích tạo cho kim loại có độ dẻo đồng nhất, đồng thời giữ tính suốt thời gian thực q trình cán Trước đưa phơi cán, phơi phải nung lị nung Q trình nung phơi có ý nghĩa quan trọng cơng nghệ cán thép Nó định phần lớn chất lượng thép có chế độ nung hợp lý tiết kiệm nhiên liệu tăng suất sản phẩm Cấu tạo lò nung - Khung vỏ lò - Hệ thống treo đỉnh lò - Dầm đỡ tường đầu nạp phôi - Hệ thống cửa lò kết cấu thép - Gạch đường trượt - Ray trượt thép - Về đường khói - Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu kênh đứng - Hệ thống đường ống khơng khí - Quạt gió - Dùng 12 mỏ phun dầu Thiết bị lò nung - Hệ thống nén : Hình 2.1 Sơ đồ cung cấp khí nén vào lị - Hệ thống mỏ đốt lò : Để việc đốt cháy nhiên liệu lỏng có hiệu quả, người ta dùng phương pháp biến bụi sấy nóng Để biến bụi thường dùng khí nén nước có áp suất cao để phá vỡ liên kết hạt nhiên liệu lỏng, tạo cho hạt bụi lỏng có kích thước nhỏ gần nhiên liệu khí d = (0,01 ÷ 1) mm Mục đích để làm tăng bề mặt phản ứng cháy, tạo điều kiện cho nhiên liệu tiếp xúc với oxy Do mà giảm lượng khơng khí dư cần thiết đồng thời rút ngắn thời gian cháy nâng cao hiệu cháy - Hệ thống đường dầu : Hình 2.2 Sơ đồ cấp dầu FO vào lị - Nước làm nguội - Thiết bị trao đổi nhiệt Hình 2.3 Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt - Thiết bị sấy dầu - Hệ thống cấp gió - Hệ thống đường khói - Hệ thống máy đẩy tấn, 40 tấn, máy tống phôi Nguyên lý hoạt động lị nung Q trình đưa phơi vào lị di chuyển dàn lăn điều khiển động Khi phôi chuyển tới trước cửa lị nung chờ có tín hiệu điều khiển, bàn đẩy đẩy phơi vào lị hệ thống máy đẩy 40 Phơi di chuyển lị hệ thống đường trượt Phôi di chuyển liên tục đặn qua vùng nhiệt độ : Vùng nung sơ - sấy, vùng nung vùng đồng nhiệt Nhiệt độ lò trì nhờ 12 mỏ đốt bố trí tường sau lò bên tường lò Nhiên liệu đốt dầu FO Dầu trước đưa vào ống dẫn dầu mỏ đốt sấy nóng, đủ lưu lượng, đủ áp lực Khí nén đủ lưu lượng, đủ áp lực đưa vào ống áp suất dầu, van mở phun dầu dạng sương mù Van điều khiển gió nóng mở phun vào đốt cháy dầu lị Gió nóng phun ngược chiều với chiều chuyển động kim loại, sau qua vùng làm nhiệm vụ nung kim loại chúng di chuyển theo đường kênh khói vào thiết bị trao đổi nhiệt, theo cống khói ngồi ống khói Gió nóng cấp vùng nung vùng đồng nhiệt, vùng sấy sử dụng nhiệt thừa khí lị qua trước ống khói Khi phơi di chuyển đến phía cuối lị nung phơi tống lò từ bên sườn lò nung máy tống phôi Máy tống phôi đẩy phôi vào đường lăn phụ phôi đưa giá cán * Một số đặc điểm cần ý lò nung liên tục + Lò nung liên tục dùng để nung loại thép cán có kích thước lớn trung bình có suất cao thường giới hoá tự động hoá phần + Thơng thường nạp liệu vào lị nhiệt độ thấp, nên dễ xảy ứng suất nhiệt môi trường vùng sấy có nhiệt độ cao mức quy định Một số trường hợp đặc biệt, để tránh gây ứng suất nhiệt, người ta bố trí kênh khói phụ giáp vùng nung vùng sấy để lấy bớt phần sản vật cháy, nhiệt độ vùng sấy hạ thấp Nghĩa chủ động điều chỉnh nhiệt độ vùng sấy + Vùng đồng nhiệt có tác dụng nâng nhiệt độ tâm vật nung để làm giảm chênh lệch nhiệt độ tâm mặt vật nung đến giá trị cho phép Nếu lò nung mặt, vùng đồng nhiệt cịn có tác dụng khử vết đen đường trượt làm nguội nước gây + Phân phối nhiệt : Vùng nung đồng nhiệt chiếm ~70% (trong vùng nung chiếm 3/5, vùng nung chiếm 2/5) Vùng sấy lại ~30% lượng nhiệt Hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ vùng nung Nguyên lý hoạt động : Tín hiệu điện áp từ đầu can nhiệt PV đưa tới điều khiển, sau so sánh với tín hiệu đặt SV (tùy theo yêu cầu vùng nhiệt độ) - Khi nhiệt độ lò thấp (giá trị đo PV nhỏ giá trị đặt SV) đầu điều khiển xuất tín hiệu điện áp tương ứng Tín hiệu điện áp đưa tới điều chỉnh điện áp – dòng điện, đầu điều chỉnh ta nhận tín hiệu dịng điện từ (4 ÷ 20)mA Dòng điều khiển đưa tới cấu đóng mở van dầu theo chiều mở van dầu để tăng lượng dầu FO vào lò Khi lượng dầu FO tăng nhiệt độ lị tăng đến giá trị đặt SV Bộ cảm ứng lưu lượng dầu cho tín hiệu đầu dịng điện từ (4 ÷ 20) mA tương ứng với lưu lượng dầu từ (0÷1000)L Tín hiệu dịng điện đưa tới điều khiển để khống chế lưu lượng gió theo chiều mở van gió nóng để tăng lượng khí đốt phù hợp với lưu lượng dầu làm cho nhiệt độ tăng dần đến giá trị đặt - Khi nhiệt độ lò cao giá trị đặt trước (giá trị đo PV lớn giá trị đặt SV) đầu điều khiển xuất tín hiệu điện áp tương ứng Tín hiệu điện áp đưa tới điều chỉnh điện áp/dòng điện, đầu điều chỉnh ta nhận tín hiệu dịng điện từ (4 ÷ 20)mA Dịng điều khiển đưa tới cấu đóng mở van dầu theo chiều mở van dầu để giảm lượng dầu FO vào lị Khi lượng dầu FO giảm nhiệt độ lò giảm đến giá trị đặt SV Bộ cảm ứng lưu lượng dầu cho tín hiệu đầu dịng điện từ (4 ÷ 20)mA tương ứng với lưu lượng dầu từ (0÷1000)L Tín hiệu dịng điện đưa tới điều khiển để khống chế lưu lượng gió theo chiều đóng bớt van gió nóng để giảm lượng khí đốt phù hợp với lưu lượng dầu làm cho nhiệt độ giảm dần đến giá trị đặt Hệ thống đo điều khiển áp lực dầu Phạm vi đo lớn : 10 kg/cm2 Nguyên lý hoạt động : Để tự động điều khiển áp lực dầu, thiết bị điều khiển thường đặt giá trị 4kg/cm2 10 Khi đường ống có áp lực dầu, cảm biến cho tín hiệu dịng diện chiều từ (4 ÷ 20)mA tỷ lệ với áp lực dầu ống Khi giá trị đo lớn giá trị đặt đầu thiết bị điều khiển cho dịng điện điều khiển cấu đóng mở van theo chiều mở van dầu hồi dẫn đến áp lực dầu đường ống giảm đến giá trị đặt Khi giá trị đo nhỏ giá trị đặt trình diễn ngược lại Hệ thống điều khiển nhiệt độ khí đốt Phạm vi đo lớn : 14000C Nguyên lý làm việc : Khi nhiệt độ khí đốt tăng (lúc giá trị đo lớn giá trị đặt), đầu điều khiển cho tín hiệu điều khiển mở van gió lạnh đưa vào đường gió nóng để làm giảm nhiệt độ khí đốt Khi nhiệt độ khí đốt giảm (lúc giá trị đo nhỏ giá trị đặt), tín hiệu điều khiển đóng van gió lạnh lại * Nhận xét Qua nghiên cứu cấu tạo nguyên tắc hoạt động lò nung ta nhận thấy rằng, lò nung đối tượng phi tuyến, yêu cầu tự động hoá cao ổn định nhiệt độ vùng cần thiết định đến suất chất lượng sản phẩm Để nung thép người ta dùng dầu FO làm nhiên liệu đốt, để đốt cháy hết nhiên liệu, nhiệt toả lớn nhất, tiêu hao nhiên liệu đơn vị sản phẩm, toán kinh tế cần giải Việc thiết kế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ lò cần giải hai vấn đề Một điều chỉnh tỷ lệ lưu lượng dầu gió hợp lý phù hợp với suất lị Hai với lượng dầu định cần phải cấp lượng khơng khí để nhiệt độ lửa cực đại ln trì ổn định vị trí Đề tài nghiên cứu thiết kế điều khiển PID mờ ứng dụng việc nâng cao chất lượng hệ điều khiển nhiệt độ lị nung phơi dây truyền cán thép - Nhà máy cán thép Lưu Xá, điều khiển lưu lượng gió theo lưu lượng dầu, trì tỷ lệ gió/dầu phù hợp có thay đổi điều kiện làm việc yếu tố môi trường nhằm nâng cao hiệu suất tiết kiệm dầu 11 CHƯƠNG III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ NUNG PHƠI NHÀ MÁY CÁN THÉP Trong chương này, luận văn tổng hợp lý thuyết điều khiển PID, điều khiển mờ, điều khiển PID mờ Xuất phát từ sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ, đặc tính kỹ thuật thiết bị sơ đồ, xây dựng sơ đồ cấu trúc, hàm truyền toán học thiết bị, tiến tới xây dựng điều khiển PID mờ cho điều khiển nhiệt độ Kết thu thông qua mô phần mềm Matlab Simulink 3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN PID Cấu trúc chung hệ điều khiển Hình 3.1 : Cấu trúc hệ thống điều khiển Các tiêu đánh giá chất lượng hệ điều khiển - Chỉ tiêu chất lượng tĩnh - Chỉ tiêu chất lượng động + Lượng điều chỉnh + Thời gian độ + Số lần dao động Các quy luật điều khiển - Quy luật điều chỉnh tỷ lệ (P), hàm truyền đạt điều chỉnh tỷ lệ có dạng : W(s) = K 12 - Quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân, hàm truyền đạt : W(s) = K m (1 + ) TI s + Ưu điểm quy luật tỷ lệ tích phân tác động nhanh có thành phần tỷ lệ có khả triệt tiêu sai lệch tĩnh có thành phần tích phân Nếu ta chọn tham số K m , TI thích hợp quy luật điều chỉnh PI áp dụng cho phần lớn đối tượng công nghiệp + Nhược điểm quy luật tích phân tốc độ tác động nhỏ quy luật tỷ lệ Vì vậy, đối tượng yêu cầu tốc độ tác động nhanh nhiễu thay đổi liên tục quy luật tích phân khơng đáp ứng yêu cầu - Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân (PID), hàm truyền đạt có dạng : W(s) = K m (1 + + TD s ) TI s + Nếu ta chọn tham số tối ưu quy luật PID đáp ứng yêu cầu điều chỉnh chất lượng quy trình cơng nghệ Tuy nhiên, việc chọn ba thơng số tối ưu khó khăn Do cơng nghiệp, quy luật PID thường sử dụng đối tượng điều chỉnh có nhiều thay đổi liên tục quy trình cơng nghệ địi hỏi độ xác cao mà quy luật PI khơng đáp ứng Hiện có nhiều phương pháp xác định tham số K p, TI, TD cho điều khiển PID, song tiện ích ứng dụng : - Phương pháp Ziegler – Nichols - Phương pháp Chien – Hrones – Reswick - Phương pháp tổng T Kuhn - Phương pháp tối ưu độ lớn phương pháp tối ưu đối xứng 13 3.2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ Khái quát điều khiển mờ Điểm mạnh điều khiển mờ so với kỹ thuật điều khiển kinh điển áp dụng hiệu q trình chưa xác định rõ hay đo đạc xác, q trình điều khiển điều kiện thiếu thơng tin Điều khiển mờ tích hợp kinh nghiệm chuyên gia để điều khiển mà không cần hiểu biết nhiều thông số hệ thống Điều khiển mờ chiếm vị trí quan trọng điều khiển học kỹ thuật đại, đến điều khiển mờ phương pháp điều khiển bật tính linh hoạt thu kết khả quan nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết tập mờ, logic mờ suy luận mờ So với giải pháp kỹ thuật từ trước tới áp dụng để tổng hợp hệ thống điều khiển điều khiển mờ có ưu điểm rõ rệt sau : - Khối lượng công việc thiết kế giảm di nhiều không cần sử dụng mơ hình đối tượng việc tổng hợp hệ thống - Bộ điều khiển mờ để dễ hiểu so với điều khiển khác (cả kỹ thuật) dễ dàng thay đổi Đối với toán thiết kế có độ phức tạp cao, giải pháp dùng điều khiển mờ cho phép giảm khối lượng tính toán giá thành sản phẩm - Trong nhiều trường hợp điều khiển mờ làm việc ổn định hơn, bền vững khả chống nhiễu cao chất lượng điều khiển cao Ngày nay, với tốc độ phát triển vượt bậc tin học tương đối hoàn thiện lý thuyết điều khiển chắp cánh cho phát triển đa dạng phong phú hệ điều khiển mờ Tuy nhiên vấn đề tổng hợp điều khiển mờ cách chặt chẽ ứng dụng cho đối tượng cụ thể nhằm nâng cao chất lượng điều khiển quan tâm nhiều nhà nghiên cứu 14 Sơ đồ khối điều khiển mờ Hình 3.10: Sơ đồ khối điều khiển mờ Bộ điều khiển mờ tĩnh : Bộ điều khiển mờ tĩnh điều khiển mờ có quan hệ vào/ra y(x) liên hệ theo phương trình đại số (tuyến tính phi tuyến) Các điều khiển tĩnh điển hình khuyếch đại P, điều khiển relay hai vị trí, ba vị trí v.v… Bộ điều khiển mờ động : Các điều khiển mờ động hay dùng điều khiển mờ theo luật tỉ lệ tích phân, tỉ lệ vi phân tỉ lệ vi tích phân (PI, PD PID) Hệ điều khiển mờ lai F - PID : Hệ mờ lai viết tắt F - PID hệ điều khiển thiết bị điều khiển gồm thành phần : Thành phần điều khiển kinh điển thành phần điều khiển mờ * Kết luận : Đối với hệ có cấu trúc ln thay đổi hệ mà khơng thể biết rõ thơng tin xác hệ phương pháp điều khiển mờ cho ta hiệu cao Bộ điều khiển mờ có đặc điểm có tính phi tuyến mạnh, khả chống nhiễu cao, phù hợp với hệ có tính phi tuyến, phụ thuộc thời gian, có tham số rải thời gian trễ lớn Tuy nhiên thực tế ứng dụng kỹ thuật điều khiển mờ cho thấy thay điều khiển kinh điển điều khiển mờ có hệ thống tốt Trong nhiều trường hợp, để hệ thống có đặc tính động học tốt bền vững cần phải thiết kế thiết bị điều khiển lai điều khiển mờ điều khiển kinh điển Từ dẫn đến khái niệm "hệ mờ lai" lĩnh vực thiết kế, ứng dụng điều khiển mờ lai để nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống Hệ điều khiển mờ lai phát huy hết ưu điểm điều khiển mờ điều khiển kinh điển Xuất phát từ phân tích tơi chọn phương pháp điều khiển PID mờ để nghiên cứu ứng dụng việc nâng cao chất lượng hệ điều khiển nhiệt độ lò nung phôi - Nhà máy cán thép 15 3.3 ỨNG DỤNG PID MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG PHƠI Để điều khiển nhiệt độ cho lị nung ta điều khiển cho vùng với trị số đặt trước Khi điều khiển nhiệt độ cho vùng ta phải điều chỉnh tỷ lệ dầu, gió khí nén theo tỉ lệ định tùy thuộc vào giá trị nhiệt độ cần đặt Tuy nhiên ta xem dầu kết hợp với khí nén có đủ áp lực để mù hóa dầu lượng gió đặt theo lượng dầu nên ta coi việc điều khiển nhiệt độ lị nung có tín hiệu vào lưu lương dầu tín hiệu nhiệt độ Việc đo lường điều khiển nhiệt độ cho ba vùng nung hoàn toàn tương ta xét điều khiển nhiệt độ cho vùng đồng nhiệt (1200  1250)0C Việc điều chỉnh nhiệt độ lị thơng qua điều chỉnh lượng dầu cung cấp cho lò, điều tương đương với việc điều chỉnh góc quay van Ở sơ đồ điều khiển nhiệt độ cho lò ta dùng mạch vòng mạch vòng vị trị cho van dầu mạch vịng nhiệt độ Hình 3.16 : Sơ đồ điều khiển nhiệt độ lò Hàm truyền biến đổi: WBBD(s)= K cl 57,2 = + Tcl s + 0,0036s (3.18) Hàm truyền động cơ: WDC(s)= / Ru 0,8333 = + Tu s + 0,0258s (3.19) - Hàm truyền van dầu : WV(s)= 1000 − = 62,5 (l/mA) 20 − (3.20) 16 - Hàm truyền senso vi trí : Wϕ ( s ) = −1 = 0,637 (V/rad) 2Π − (3.21) - Hàm truyền senso nhiệt độ : WT ( s ) = −1 = 0,0028 (V/oC) 1400 − (3.22) Vậy hàm truyền đối tượng điều chỉnh : WL ( s ) = 1,4 (1 + 60 s)(1 + 1200 s ) (3.23) Tổng hợp điều chỉnh vị trí Hình 3.17 : Sơ đồ khối mạch vịng điều khiển vị trí Whϕ ( s) = WBBD (s).WDC (s).WV ( s ) = = 57,2 0,8333 62,5 + 0,0036s + 0,0258s 2979,0475 (1 + 0,0036s )(1 + 0,0258s ) Ta tiến hành tổng hợp theo phương pháp mođul tối ưu Whcϕ ( s) = = 2τs (τs + 1).Whϕ ( s ) 2979,0475 2τs (τs + 1) (1 + 0,0036s )(1 + 0,0258s ) Chọn τ = 0,0258 ta : 17 Whcϕ ( s) = = 2.0,0258s (1 + 0,0258s ) 2979,0475 (1 + 0,0036s)(1 + 0,0258s ) = (1 + 0,0036s ) 153,71s R(s) => R(s) khâu hiệu chỉnh vị trí khâu tỷ lệ - tích phân (PI) Wkϕ ( s) = Rϕ ( s).Whϕ ( s) + Rϕ ( s ).Whϕ ( s ).Wϕ ( s) (1 + 0,0036s ) 2979,0475 153,71s (1 + 0,0036s)(1 + 0,0258s) = (1 + 0,0036s ) 2979,0475 1+ 0,637 153,71s (1 + 0,0036s)(1 + 0,0258s ) 19,38 19,38 = = s(1 + 0,0258s ) + 12,34 0,0258s + s + 12,34 19,38 1,57 ≈ = s + 12,34 + 0,081s Tổng hợp điều chỉnh nhiệt độ Sơ đồ rút gọn khâu điều chỉnh nhiệt độ : Hình 3.18 : Sơ đồ rút gọn hệ thống điều khiển nhiệt độ lò 18 WhT ( s) = Wkϕ (s).WL ( s ) = 1,57 1,4 (1 + 0,081s ) (1 + 60 s)(1 + 1200s ) 2,198 = (1 + 0,081s)(1 + 60 s)(1 + 1200 s) Áp dụng phương pháp mođul tối ưu Ta sử dụng điều khiển PID : RT(s) = 2τs(τs + 1) 2,198 (1 + 0,081s)(1 + 60 s )(1 + 1200 s) Chọn τ = 1200, ta : RT(s) = 2.1200 s 2,198 (1 + 0,081s )(1 + 60 s) = (1 + 0,081s )(1 + 60 s ) 5275,2 s sử dụng khâu điều chỉnh nhiệt độ RT(s) khâu PID Mô : Ta tiến hành thay đổi tham số lò để so sánh đặc tính tăng nhiệt độ : 19 Hình 3.21 : Sơ đồ mơ hệ điều khiển nhiệt độ lò điều khiển PID (thay đổi tham số lị) 20 Hình 3.22 : Đặc tính q độ lò thay đổi tham số * Nhận xét : Trên kết mô trình tăng nhiệt độ lị nhiệt trạng thái khác Ta thấy hệ điều chỉnh nhiệt độ làm việc ổn định Tuy nhiên thực tế tham số lò tham số rải, không tập trung, nên ta coi gần tập trung để mô Với tham số đối tượng cụ thể khơng thay đổi điều khiển PID kinh điển cho kết mô đặc tính tốt Nhưng tham số đối tượng thay đổi tức đối tượng phi tuyến điều khiển PID làm tăng thời gian độ phá vỡ tính ổn định đặc tính Vì để hệ làm việc tốt ta thiết điều khiển PID kết hợp với điều khiển mờ để điều khiển nhiệt độ cho lò Xuất phát từ nhận xét trên, ta tiến hành xây dựng điều khiển PID mờ để điều khiển nhiệt độ lị nung phơi Hình 3.29 : Sơ đồ mơ hệ điều khiển nhiệt độ lị điều khiển PID mờ * Kết mô : 21 * Nhận xét : - Ta thấy đường đặc tính sát nhau, chứng tỏ thay đỏi tham số điều khiển có khả tự chỉnh định tốt để giữ cho ổn định hệ thống Với tham số điều chỉnh PID đơn không tự điều chỉnh với điều khiển PID mờ đặc tính (khi thay đổi tham số lò) điều chỉnh tốt - Khi sử dụng điều khiển PID mờ ta thấy thời gian độ lò rút ngắn ổn định tốt có thay đổi tham số trình làm việc - Khi chọn tập giá trị mờ luật điều khiển thich hợp luật điều khiển mờ giúp cho hệ đạt độ xác cao, giảm thời gian q độ Thuật tốn chương trình chuẩn hoá nên việc thực khâu bù mờ tương đối đơn giản Số lượng giá trị mờ luật mờ chọn tuỳ ý nên ta thực điều khiển mờ theo đặc tuyến phi tuyến mong muốn Kết luận Từ việc nghiên cứu sở lý luận chung điều khiển PID điều khiển mờ sâu nghiên cứu ứng dụng cụ thể cho đôi 22 tượng điều khiển nhiệt độ lị nung phơi để nâng cao chất lượng điều khiển nhiệt độ lò Với đối tượng có tham số khơng thay đổi thay đổi điều khiển PID cho đặc tính tốt Nhưng với đối tượng có tham số thay đổi phạm vi cho phép điều khiển PID khơng chỉnh định Vì điều khiển PID kết hợp với mờ giải vấn đề điều chỉnh cho dạng đặc tính điều chỉnh tốt Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu đề tài góp phần củng cố bổ sung cho sở lý thuyết điều khiển nhiệt độ cho lị nung phơi nhà máy cán thép 6.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đề tài sở để nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống lò nung, điều khiển nhiệt độ lị nung phơi, góp phần nâng cao suất chất lượng sản phẩm thép đầu 23 ... nghệ điều khiển hệ thống lò nung, điều khiển nhiệt độ lị nung phơi dây truyền cán thép, Nhà máy cán thép Lưu Xá - Thiết kế hệ điều khiển nhiệt độ nâng cao chất lượng điều khiển nhiệt độ lị nung. .. thuyết điều khiển nhiệt độ cho lị nung phơi nhà máy cán thép 6.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đề tài sở để nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống lò nung, điều khiển nhiệt độ lị nung phơi,... nhằm nâng cao hiệu suất tiết kiệm dầu 11 CHƯƠNG III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG PHÔI NHÀ MÁY CÁN THÉP Trong chương này, luận văn tổng hợp lý thuyết điều