Xưởng luyện và cán thép là môi trường lắp đặt khắc nghiệt vào loại nhất trong sản xuất: bức xạ nhiệt từ phôi đỏ, bụi vảy cán, hơi ẩm khi làm nguội và nhiễu điện từ lò hồ quang. Bài viết trình bày các vòng kiểm soát quá trình trong nhà máy thép, điều kiện lắp đặt tại từng khu và máy tính công nghiệp Advantech ngành thép cho mỗi vị trí.
Kiểm soát quá trình trong nhà máy thép gồm những vòng nào
Vòng nạp liệu và cân. Cân phễu, cân băng và định lượng phụ gia. Sai số ở khâu này đi thẳng vào thành phần mẻ thép, nên số liệu cân phải ghi lại theo từng mẻ chứ không chỉ hiển thị tức thời.
Vòng nhiệt luyện. Nhiệt độ lò, nhiệt độ phôi ra lò, thời gian lưu. Đây là vòng có nhiều điểm đo tín hiệu tương tự nhất, phần lớn là cặp nhiệt điện và cảm biến hồng ngoại đo không tiếp xúc.
Vòng cán. Tốc độ trục cán, lực cán, độ dày sau mỗi giá cán, sức căng giữa các giá. Vòng này chạy nhanh, phần điều khiển thời gian thực nằm ở bộ điều khiển chuyên dụng, còn lớp máy tính lo phần đặt lệnh và ghi lại.
Vòng làm nguội và hoàn thiện. Lưu lượng nước, nhiệt độ cuộn sau khi quấn, kết quả kiểm tra bề mặt. Số liệu ở đây quyết định phân loại chất lượng của từng cuộn.
Vòng năng lượng. Điện tiêu thụ theo giá cán và theo lò, lưu lượng khí, áp suất khí nén. Vòng này ít khi được nối vào giai đoạn đầu, nhưng là nơi nhìn ra chênh lệch chi phí giữa các ca rõ nhất.
Năm vòng trên có chu kỳ đo khác nhau, từ vài mili giây ở vòng cán tới vài phút ở vòng năng lượng. Vì vậy không thể gom tất cả vào một máy tính duy nhất đặt trong phòng điều khiển; phải có lớp thiết bị số hoá tín hiệu ngay tại hiện trường.
Điều kiện lắp đặt tại từng khu trong nhà máy thép
| Khu vực | Điều kiện thực tế | Ràng buộc lên thiết bị |
|---|---|---|
| Khu lò và rót | Bức xạ nhiệt mạnh, khí lò, bụi kim loại, nhiễu điện từ lò hồ quang | Tủ phải che bức xạ, đường mạng nên đi cáp quang, thiết bị đặt trong khu có khí cần chứng nhận cho vùng nguy hiểm |
| Tuyến cán nóng | Nhiệt độ không khí cao, bụi vảy cán bám dày, rung từ giá cán | Thân máy không quạt hoặc tủ có lọc, dải nhiệt rộng, mặt hiển thị lau chùi được |
| Khu làm nguội | Hơi nước, độ ẩm cao, nước bắn | Màn hình mặt trước đạt IP65, đầu nối có gioăng, tủ đặt cao hơn nền |
| Kho phôi và kho thành phẩm | Không có điều hoà, chênh nhiệt ngày đêm lớn, bụi | Máy dải nhiệt rộng, cách nối đất rõ ràng, nguồn một chiều lấy từ tủ |
| Phòng điều khiển | Có điều hoà, có tủ rack tiêu chuẩn, trực ca liên tục | Máy dạng rack nhiều khe cắm, nguồn dự phòng, ổ đĩa thay được từ mặt trước |
Bảng trên giải thích vì sao một nhà máy thép hiếm khi chuẩn hoá về một mã máy duy nhất. Cách làm thực tế là chuẩn hoá theo nhóm khu vực: một mã cho tủ hiện trường, một mã cho trạm thao tác, một mã cho phòng điều khiển, rồi giữ nguyên trong nhiều năm để dễ dự phòng.
Dòng máy Advantech cho từng khu trong nhà máy thép
| Vị trí | Model | Đặc điểm theo tài liệu hãng | Lý do chọn |
|---|---|---|---|
| Máy chủ quá trình trong phòng điều khiển | IPC-610H | Thân rack 4U nhận tới 15 card mở rộng, khoang ổ đĩa chống sốc cho ba ổ 5,25 inch và một ổ 3,5 inch, cổng USB và PS/2 truy cập từ mặt trước, hai quạt có lọc bụi tháo được từ mặt trước, đèn báo nguồn và hoạt động ổ đĩa, cửa trước có khoá, nhận bộ nguồn đơn hoặc bộ nguồn dự phòng tới 500 W | Số khe cắm lớn cho card mạng hiện trường và card thu thập, ổ đĩa thay được khi đang chạy ca |
| Máy điều độ trong tủ hiện trường | ARK-2250L | Vi xử lý Intel Core thế hệ thứ 6 dòng U, bản i3-6100U 2,3 GHz hai nhân hoặc i7-6600U 2,6 GHz, bộ nhớ DDR3L 1600 MHz tối đa 16 GB, hai cổng Gigabit, bốn cổng RS-232/422/485 có điều khiển luồng tự động, bốn cổng USB 3.0 và hai cổng USB 2.0, vào ra số 8 bit, hai khe mPCIe kích thước đầy đủ, một khay ổ SATA 2,5 inch và một khe mSATA, nguồn 12 V có khoá hoặc mô-đun 9 đến 36 V, dải nhiệt âm 20 đến 60 độ C | Bốn cổng nối tiếp đủ đấu với cân, biến tần và bộ đo độ dày trong cùng một tủ |
| Trạm đặt trong khu có khí lò | UNO-1150GH | Được chứng nhận UL cho vùng nguy hiểm Class I Division 2 nhóm A, B, C, D và T3A, một cổng RS-232 cùng hai cổng RS-232/422/485 có điều khiển luồng tự động, hai cổng 10/100Base-T, hai cổng USB, thẻ CompactFlash bên trong, gá thanh DIN, đấu dây từ mặt trước, thân không quạt và không có cáp bên trong, cách ly giữa vỏ máy và đất nguồn, dải nhiệt rộng | Chứng nhận cho vùng nguy hiểm là điều kiện bắt buộc ở khu có khí cháy |
| Trạm thao tác cạnh tuyến cán | FPM-3151G | Màn hình 15 inch XGA đèn nền LED, viền nhôm phủ anod và nắp sau thép không gỉ, dải nhiệt làm việc rộng, cảm ứng điện trở 5 dây, mặt kính cường lực chống chói, cách ly nối đất toàn khối, nhận tín hiệu VGA và DVI, hai đầu vào nguồn, phím màn hình mặt trước có khoá, mặt trước đạt IP65, gá tấm, VESA, treo tường hoặc chân đế | Cách ly nối đất toàn khối quan trọng ở khu có dòng rò và điện thế nền chênh lệch |
| Đo nhiệt độ và tín hiệu tương tự | ADAM-4117 | Tám kênh vi sai cấu hình độc lập, dải nhiệt làm việc mở rộng, đèn hiển thị trạng thái và địa chỉ, chống xung 1 kV trên đường nguồn, chống xung nhanh 3 kV và chống tĩnh điện 8 kV, cập nhật phần sụn trực tuyến | Số hoá tín hiệu ngay tại điểm đo, dây tín hiệu yếu không phải kéo dài qua khu nhiễu |
| Đường trục mạng giữa các khu | EKI-7758F | Tám cổng Gigabit gồm bốn cổng đồng và bốn khe SFP, vòng dự phòng X-Ring Pro khôi phục dưới 20 ms, hỗ trợ RSTP và STP, quản lý qua giao diện web, Telnet, cổng console và SNMP, hỗ trợ VLAN, QoS, IGMP và giới hạn tốc độ, ràng buộc IP với MAC và cổng, danh sách truy cập, 802.1X, nguồn kép 12 đến 48 V một chiều và một ngõ rơ le báo lỗi | Bốn khe quang cho phép đi trục giữa các khu mà không lo nhiễu và không vướng giới hạn khoảng cách |
Ví dụ một tuyến cán nóng
Tuyến có sáu giá cán, một lò nung phôi, một khu làm nguội và một máy quấn. Trước khi cải tạo, số liệu nhiệt độ lò được ghi tay mỗi giờ vào sổ trực, còn số liệu độ dày chỉ xem tại chỗ trên đồng hồ của bộ đo. Khi một cuộn bị loại vì sai dung sai, không có cách nào truy lại điều kiện cán của cuộn đó.
Cách bố trí sau cải tạo: mỗi tủ hiện trường có một mô-đun đo tín hiệu tương tự đặt sát điểm đo và một máy hộp dải nhiệt rộng gom số liệu của khu; các tủ nối lên phòng điều khiển bằng đường trục quang chạy vòng, để một đoạn cáp bị đứt không làm mất toàn tuyến; máy chủ quá trình đặt trong tủ rack ở phòng điều khiển giữ số liệu theo mẻ và dựng báo cáo cuối ca.
Kết quả rõ nhất không phải là báo cáo đẹp hơn mà là khả năng truy vết. Với mỗi cuộn thành phẩm, bộ phận chất lượng xem lại được nhiệt độ ra lò, tốc độ từng giá và lưu lượng nước làm nguội trong đúng khoảng thời gian cán cuộn đó. Nguyên tắc chọn chỉ số và cách chuyển từ sổ trực sang số liệu tự động được trình bày ở bài máy tính công nghiệp cho nhà máy kỹ thuật số, còn thứ tự đầu tư theo mức tự động hoá nằm ở bài tự động hóa sản xuất.
Chọn thiết bị cho nhà máy thép
Bốn thông tin cần chuẩn bị: bản vẽ mặt bằng kèm khoảng cách giữa các tủ, danh sách điểm đo chia theo loại tín hiệu, điều kiện tại chỗ của từng tủ gồm nhiệt độ, bụi và độ ẩm, và khu vực nào thuộc vùng có khí cháy theo hồ sơ an toàn của nhà máy. Thông tin cuối cùng quyết định thiết bị nào bắt buộc phải có chứng nhận vùng nguy hiểm.
Máy cho phòng điều khiển chọn trong danh mục máy tính công nghiệp dạng tủ, ví dụ thân máy IPC-610H. Máy cho tủ hiện trường chọn trong nhóm máy tính không quạt, ví dụ ARK-2250L. Màn hình cạnh tuyến dùng FPM-3151G, còn phần đo tín hiệu tương tự dùng ADAM-4117.
Phần kiến thức nền về cách đọc bảng cấu hình và chọn theo môi trường lắp đặt có tại bài cấu hình máy tính công nghiệp trên IPC247. Để lọc nhanh model theo dải nhiệt, số cổng nối tiếp và cách gá, dùng công cụ chọn máy theo môi trường lắp đặt trước khi lập danh sách vật tư.
Câu hỏi thường gặp về máy tính công nghiệp trong nhà máy thép
Vì sao xưởng thép hay dùng cáp quang thay cho cáp mạng đồng?
Lò hồ quang và động cơ cán sinh ra nhiễu điện từ rất lớn, còn khoảng cách giữa các khu trong nhà máy thép thường vượt quá giới hạn 100 mét của cáp đồng. Cáp quang không dẫn điện nên miễn nhiễm với nhiễu và không tạo vòng đất giữa hai tủ có điện thế nền khác nhau. Vì vậy đường trục giữa các khu thường đi quang, chỉ đoạn cuối trong tủ mới dùng cáp đồng.
Máy tính đặt gần lò và tuyến cán nóng chịu được nhiệt độ bao nhiêu?
Bảng thông số của máy nói về nhiệt độ không khí quanh máy, không nói về bức xạ nhiệt từ phôi nóng. Máy dải rộng làm việc tới 60 độ C là đủ cho tủ điện đặt cách tuyến vài mét và có che chắn. Ở vị trí nhìn thẳng vào phôi đỏ, phần cứng nào cũng cần thêm tấm chắn bức xạ và luồng khí làm mát cho tủ.
Nên đo tín hiệu nhiệt độ bằng mô-đun rời hay bằng card cắm trong máy tính?
Mô-đun rời đặt gần điểm đo cho kết quả ổn định hơn vì dây tín hiệu yếu chỉ đi một đoạn ngắn rồi được số hoá tại chỗ. Mô-đun rời cũng thay được trong lúc dây chuyền vẫn chạy. Card cắm trong máy chỉ hợp lý khi điểm đo nằm ngay cạnh máy tính.
Phòng điều khiển nên dùng máy dạng tủ rack hay máy hộp không quạt?
Phòng điều khiển có điều hoà và không gian tủ tiêu chuẩn nên máy dạng rack là lựa chọn thông thường: nhiều khe cắm card, nguồn dự phòng và ổ đĩa thay được từ mặt trước. Máy hộp không quạt hợp với tủ hiện trường ngoài xưởng, nơi không có điều hoà và không có chỗ cho khung rack.
Số liệu quá trình nên lưu bao lâu?
Số liệu thô theo giây nên giữ tại máy hiện trường trong vài tuần để phục vụ truy vết sự cố, còn số liệu tổng hợp theo mẻ và theo ca nên đưa lên máy chủ và giữ theo yêu cầu của bộ phận chất lượng. Cách chia này giữ dung lượng tại hiện trường ở mức kiểm soát được mà vẫn truy được nguồn gốc từng mẻ.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
