Giới thiệu dự án

Ngành công nghiệp luyện kim và cán kéo thép đóng vai trò huyết mạch trong nền kinh tế quốc dân, là nền tảng hạ tầng vật liệu cho công nghiệp chế tạo, xây dựng dân dụng và quốc phòng. Theo các báo cáo phát triển công nghiệp luyện kim, nhu cầu tiêu thụ thép thành phẩm tại Việt Nam giai đoạn công nghiệp hóa đạt trên 11.7 triệu tấn/năm, trong khi năng lực sản xuất nội địa thời điểm khởi điểm chỉ đáp ứng khoảng 4.5 - 5.0 triệu tấn phôi thép thô. Việc phụ thuộc vào phôi nhập khẩu tạo ra điểm nghẽn lớn về chi phí và an ninh chuỗi cung ứng vật liệu.

Dự án "Nghiên cứu hệ thống tự động hóa dây truyền đúc liên tục 3 dòng đi sâu vào lập trình PLC cho máy kéo nắn" được triển khai nhằm giải quyết triệt để các tồn tại của quy trình đúc phôi thủ công/bán tự động. Đồ án tập trung nghiên cứu, thiết kế và tối ưu hóa thuật toán điều khiển cụm máy kéo nắn phôi (Straightening and Withdrawal Machine) trên nền tảng PLC Siemens S7-300.

Vấn đề cốt lõi (Problem Statement):

  1. Lệch tốc độ kéo và dao động tinh thể: Tốc độ kéo phôi ($V$) và tần số dao động hộp kết tinh ($f$) nếu không đồng bộ sẽ gây nứt bề mặt, kẹt phôi hoặc nghiêm trọng nhất là rách vỏ phôi gây bục thép lỏng (breakout), dẫn đến tổn thất hàng trăm triệu đồng cho mỗi chu kỳ dừng máy.
  2. Khống chế ứng suất nắn phôi: Quá trình uốn - nắn biến dạng dẻo phôi thép nhiệt độ cao ($900^\circ\text{C} - 1100^\circ\text{C}$) từ cung cong bán kính $R = 6.0\text{ m}$ sang mặt phẳng ngang đòi hỏi kiểm soát chính xác lực ép và mô-men xoắn của động cơ kéo nắn, tránh gây rạn nứt tâm phôi (centerline cracks).
  3. Chuyển đổi tải trọng làm việc: Sự chênh lệch tải cực lớn giữa chế độ nạp thanh dẫn thỏi nguội (yêu cầu áp lực thủy lực $\sim 7\text{ MPa}$) và chế độ kéo rút phôi nóng liên tục (áp lực $\sim 3\text{ MPa}$).

Mục tiêu dự án:

  1. Chuẩn hóa dây chuyền công nghệ đúc liên tục (CCM - Continuous Casting Machine) 3 dòng, bán kính cong $R = 6.0\text{ m}$, công suất thiết kế $280.000\text{ tấn phôi/năm}$.
  2. Thiết kế cấu hình phần cứng điều khiển tự động hóa phân tán dựa trên PLC Siemens Simatic S7-300 (CPU 315-2DP / 314C).
  3. Xây dựng thuật toán và chương trình LAD/STL điều khiển máy kéo nắn: Đồng tốc kéo rút phôi tiết diện $120 \times 120\text{ mm}$ và $130 \times 130\text{ mm}$ với dải vận tốc $0.4 - 2.8\text{ m/min}$.
  4. Tích hợp giải thuật liên động an toàn thủy lực - biến tần - cảm biến hành trình cho cơ cấu cấp/nhả thanh dẫn thỏi cứng (Rigid Dummy Bar).

Phạm vi và giới hạn:

  • Thiết kế tập trung vào hệ thống điều khiển tự động cụm máy kéo nắn, kết nối liên động cụm hộp kết tinh, dàn làm nguội thứ cấp (Secondary Spray Cooling Zone) và máy cắt phân đoạn phôi tự động.
  • Giới hạn trong mác thép carbon thông dụng (Q235) và thép hợp kim thấp (20MnSi).

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trước khi áp dụng tự động hóa đồng bộ, các nhà máy luyện cán thép thường vận hành thông qua đúc khuôn thỏi tĩnh hoặc dây chuyền đúc liên tục thế hệ cũ sử dụng mạch logic rơ-le rời rạc.

Tiêu chí kỹ thuật Phương pháp đúc rót khuôn thỏi (Ingot Casting) Đúc liên tục bán tự động (Rơ-le + Biến trở) Đúc liên tục tự động hóa PLC S7-300
Tỷ lệ thu hồi kim loại $78% - 82%$ (Tổn thất đầu/đuôi thỏi lớn) $90% - 92%$ (Độ chính xác cắt thấp) $96% - 98%$ (Tăng từ $8 - 15%$ so với đúc khuôn)
Tiêu hao nhiệt năng Cao (Tái nung toàn phần cho cán) Trung bình (Tổn thất nhiệt buồng đúc) Giảm $50% - 70%$ (Cán nóng trực tiếp "1 ngọn lửa")
Tốc độ kéo rút phôi Không liên tục (Theo mẻ đúc rót) $1.0 - 1.5\text{ m/min}$ (Kém ổn định) $1.8 - 2.8\text{ m/min}$ (Điều khiển VFD mượt)
Độ chính xác kích thước Sai số phôi lớn $\pm 5\text{ mm}$ Sai số $\pm 2.5\text{ mm}$ Độ chính xác cao $\pm 0.8\text{ mm}$
Chất lượng bề mặt Rỗ khí, lõm co ngót, lẫn xỉ Vết hằn dao động sâu $>1.2\text{ mm}$ Vết hằn dao động nông $<0.4\text{ mm}$
Thời gian dừng sự cố $12% - 15%$ thời gian làm việc $6% - 8%$ (Xử lý sự cố khó khăn) $< 1.5%$ (Nhờ chuẩn đoán lỗi PLC tập trung)

Phân loại yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:

  • Must-Have: Điều khiển biến tần bám sát tốc độ đặt ($0.1 - 3.0\text{ m/min}$); Tự động điều chỉnh áp lực kẹp xi lanh thủy lực $3\text{ MPa}$ (phôi nóng) và $7\text{ MPa}$ (thanh dẫn giả); Khóa liên động an toàn khi nhiệt độ vỏ phôi vượt ngưỡng.
  • Should-Have: Tự động đồng bộ tần số rung hộp kết tinh $f = 50 - 275\text{ cpm}$ theo tốc độ kéo $V$; Tự động đếm xung Encoder xác định vị trí nối thanh giả để tách ly tự động.
  • Could-Have: Tự động bù trừ lưu lượng nước làm mát thứ cấp dựa trên ma trận nhiệt độ phôi và tốc độ kéo thực tế.
  • Won't-Have: Nhận diện khuyết tật vết nứt phôi bề mặt bằng thị giác máy tính Real-time (được tách thành phân hệ xử lý riêng).

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc tự động hóa dây chuyền đúc liên tục 3 dòng sử dụng mô hình điều khiển phân cấp:

                  [MÀN HÌNH SCADA / HMI WINCC V7.2]
     [PLC S7-300 MASTER]                    [PLC S7-300 DÒNG 2 & 3]
  (CPU 315-2DP / Rack Chính)             (CPU 315-2DP / Trạm phân tán)
[Biến tần MM440 / G120]      [Module ET200M Phân tán]   [Cảm biến Encoder / Áp suất]
- Động cơ kéo nắn 5.5kW      - Van thủy lực kéo/ép      - Tốc độ phôi thực tế
- Động cơ dao động 11kW      - Van xả làm nguội 2 lần   - Hành trình Dummy Bar

Cấu hình công nghệ và thông số vật lý hệ thống:

  1. Thiết bị công nghệ chính:
    • Dây chuyền: Đúc liên tục 3 dòng kiểu cong toàn phần thanh dẫn thỏi cứng.
    • Bán kính hình cung: $R = 6.0\text{ m}$; Chiều dài luyện kim: $11.6\text{ m}$.
    • Tiết diện phôi đúc: $120 \times 120\text{ mm}$ và $130 \times 130\text{ mm}$.
    • Tốc độ kéo danh định: $1.8 - 2.8\text{ m/min}$; Vận tốc nạp dẫn thỏi: $2.5\text{ m/min}$.
  2. Cụm máy kéo nắn phôi (Withdrawal & Straightening Unit):
    • Kết cấu: 5 con lăn (2 con lăn chủ động truyền động, 3 con lăn tự do định hình).
    • Động cơ truyền động: Động cơ dị bộ 3 pha YZPFE 132S-4-B5, công suất $P = 5.5\text{ kW}$, tốc độ định mức $n = 1440\text{ rpm}$.
    • Hộp giảm tốc: Tỷ số truyền $i = 430.25$, hộp số bánh răng nghiêng mặt răng cứng 3 cấp.
    • Hệ thống ép thủy lực: Xi lanh kiểu B1 ($\varnothing 160/\varnothing 90 - 630$) và B2 ($\varnothing 160/\varnothing 90 - 360$), môi chất Glycol chống cháy.

Phương pháp nghiên cứu (Methodology)

Quy trình phát triển hệ thống điều khiển tự động tuân thủ mô hình chữ V (V-Model) trong kỹ thuật tự động hóa công nghiệp:

Ma trận đánh giá rủi ro và biện pháp giảm thiểu:

Rủi ro kỹ thuật Mức độ Hậu quả Giải pháp xử lý
Kẹt phôi trong hộp kết tinh Cao Cháy động cơ kéo nắn, đứt gãy phôi Tích hợp thuật toán giám sát ngưỡng dòng điện biến tần ($I_{load} > 1.35 I_{norm}$); Tự động kích hoạt chu kỳ đảo chiều kéo nhả tức thời ($50\text{ ms}$).
Rò rỉ thép lỏng (Breakout) Cực cao Phá hủy buồng làm nguội, ngừng máy kéo dài Giám sát nhiệt độ cặp nhiệt ngầm thành ống đồng; Khóa liên động đóng nắp trượt Tundish và dừng máy kéo nắn trong $< 200\text{ ms}$.
Mất áp suất kẹp thủy lực Trung bình Trượt phôi, sai lệch hành trình Tích hợp bộ tích năng thủy lực duy trì áp suất tối thiểu $2.5\text{ MPa}$ trong $15\text{ phút}$; Cảnh báo Pressure Switch về PLC.

Triển khai và kết quả

Quy trình phát triển và thuật toán cốt lõi

Mô hình toán học điều khiển đồng bộ: Để ngăn ngừa biến dạng nứt và hàn gắn các vi rách vỏ phôi trong hộp kết tinh, chuyển động rung hình sin của hộp kết tinh phải liên hệ chặt chẽ với vận tốc kéo nắn theo hệ số trượt âm (Negative Strip Ratio - $\eta_v$):

$$\eta_v = \frac{V_m - V}{V} \times 100%$$

Trong đó:

  • $V$: Tốc độ kéo phôi ($m/\text{min}$).
  • $V_m = 2 \cdot f \cdot h$: Vận tốc trung bình của hộp kết tinh ($m/\text{min}$).
  • $h$: Biên độ rung của cơ cấu tấm đàn hồi ($h = 6\text{ mm}$).
  • $f$: Tần số dao động ($1/\text{min}$ hay $\text{cpm}$).

Từ đó, mô hình tần số dao động đồng bộ được tính toán thời gian thực trong PLC:

$$f = \frac{1000 \cdot (1 + \eta_v) \cdot V}{2 \cdot h}$$

Khi chọn hệ số trượt âm tối ưu $\eta_v = 20%$ và biên độ $h = 6\text{ mm}$, phương trình đặc tính tuyến tính điều khiển tốc độ biến tần dao động theo tốc độ máy kéo nắn là:

$$f = 100 \cdot V \quad (\text{với } f \in [50, 275]\text{ cpm}, V \in [0.5, 2.75]\text{ m/min})$$

Thuật toán điều khiển máy kéo nắn trên PLC Step 7 (LAD/STL):

// Block FC10: TÍNH TOÁN ĐỒNG TỐC VÀ ĐIỀU KHIỂN ÁP LỰC MÁY KÉO NẮN
// Ngôn ngữ: Structured Control Language (SCL) / Step 7 v5.5

FUNCTION FC10 : VOID
TITLE = 'Pinch Roll Speed & Hydraulic Control'
VERSION : 1.0

VAR_INPUT
    bStartAuto       : BOOL;       // Tín hiệu kích hoạt chế độ tự động
    bDummyBarPresent : BOOL;       // Cảm biến phát hiện thanh dẫn thỏi
    rActualSpeedRef  : REAL;       // Tốc độ kéo phôi đặt (m/min)
    rMouldLevelOK    : BOOL;       // Mức thép thùng kết tinh đạt chuẩn (>100mm)
END_VAR

VAR_OUTPUT
    rDriveSpeedSetpoint : REAL;    // Tín hiệu đặt tốc độ gửi Biến tần (0-100.0%)
    bHydraulicHighPres  : BOOL;    // Kích hoạt van áp lực cao (7 MPa - Thanh dẫn)
    bHydraulicLowPres   : BOOL;    // Kích hoạt van áp lực thấp (3 MPa - Phôi nóng)
    rMouldOscFreq       : REAL;    // Tần số dao động kết tinh đồng bộ (cpm)
END_VAR

VAR_TEMP
    rLinearSpeedCalc : REAL;
END_VAR

BEGIN
    // 1. Kiểm tra an toàn và điều kiện khởi động
    IF bStartAuto AND rMouldLevelOK THEN
        
        // 2. Chuyển đổi vận tốc công nghệ (0.0 - 3.0 m/min) sang Word gửi biến tần
        rLinearSpeedCalc := (rActualSpeedRef / 3.0) * 100.0;
        IF rLinearSpeedCalc > 100.0 THEN
            rDriveSpeedSetpoint := 100.0;
        ELSIF rLinearSpeedCalc < 0.0 THEN
            rDriveSpeedSetpoint := 0.0;
        ELSE
            rDriveSpeedSetpoint := rLinearSpeedCalc;
        END_IF;
        
        // 3. Tính toán đồng bộ tần số rung hộp kết tinh (f = 100 * V)
        rMouldOscFreq := 100.0 * rActualSpeedRef;
        IF rMouldOscFreq < 50.0 THEN
            rMouldOscFreq := 50.0;
        ELSIF rMouldOscFreq > 275.0 THEN
            rMouldOscFreq := 275.0;
        END_IF;

        // 4. Khống chế áp lực ép thủy lực thông minh
        IF bDummyBarPresent THEN
            bHydraulicHighPres := TRUE;   // Áp lực nạp thanh dẫn giả nguội: 7.0 MPa
            bHydraulicLowPres  := FALSE;
        ELSE
            bHydraulicHighPres := FALSE;  
            bHydraulicLowPres  := TRUE;    // Áp lực kẹp phôi nóng: 3.0 MPa
        END_IF;
        
    ELSE
        // Dừng hệ thống khi mất an toàn hoặc thép lỏng chưa đạt chiều cao kết tinh
        rDriveSpeedSetpoint := 0.0;
        rMouldOscFreq       := 0.0;
        bHydraulicHighPres  := FALSE;
        bHydraulicLowPres   := FALSE;
    END_IF;
END_FUNCTION

+-------------------------------------------------------------------------+
| SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG LOGIC ĐIỀU KHIỂN MÁY KÉO NẮN TRÊN PLC SIEMENS S7-300|
+-------------------------------------------------------------------------+
       +--------------------+
       |  Mức thép Tundish  |----+
       +--------------------+    |
                                 v
       +--------------------+  +----------------------+  +---------------+
       | Cảm biến Encoder   |->|  Khối tính toán      |->| Biến tần MM440|
       | Đo tốc độ phôi     |  |  Đồng tốc FC10       |  | Động cơ 5.5kW |
       +--------------------+  +----------------------+  +---------------+
                                 |         |
                                 |         v
                                 |   +----------------+  +---------------+
                                 |   |  Tần số rung f |->| Biến tần Rung |
                                 |   |  f = 100 * V   |  | Hộp kết tinh  |
                                 |   +----------------+  +---------------+
                                 v
                       +--------------------+
                       | Cảm biến vị trí    |
                       | Thanh dẫn thỏi     |
                       +--------------------+
       +--------------------+          +--------------------+
       | Kích Van Thủy Lực  |          | Kích Van Thủy Lực  |
       | Áp suất cao: 7 MPa |          | Áp suất thấp: 3 MPa|
       +--------------------+          +--------------------+

Kiểm thử và đánh giá hiệu năng

Hệ thống được kiểm thử thực tế trên hệ thống mô phỏng công nghiệp và dây chuyền thực nghiệm tải trọng tương đương tại xưởng:

Tần số Rung f (lần/phút)
      0.0      0.5      1.0      1.5      2.0      2.5      3.0
  • Độ ổn định tốc độ kéo: Độ trôi tốc độ của hệ thống biến tần điều khiển động cơ YZPFE 132S-4-B5 qua hộp số $i=430.25$ đạt sai số tuyến tính $\Delta V < \pm 0.015\text{ m/min}$ trong toàn dải $0.4 - 2.8\text{ m/min}$.
  • Thời gian đáp ứng chuyển mạch áp lực thủy lực: Thời gian đóng mở van tỷ lệ hạ áp từ $7\text{ MPa}$ xuống $3\text{ MPa}$ khi thanh dẫn thỏi tách khỏi máy kéo nắn đạt $180\text{ ms}$, triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng ép bẹp tiết diện vỏ phôi non.
  • Tính khả thi của chu kỳ đúc liên tục (Multi-Heat Sequences): Thực hiện thành công chu kỳ đúc liên tiếp trung bình 5 mẻ/ca (tương đương 280 tấn thép lỏng/chu kỳ đúc không dừng).

Kết quả đạt được

  1. Hoàn thành các chỉ tiêu công nghệ: 100% các tính năng thiết kế cho máy kéo nắn 3 dòng độc lập được nghiệm thu kỹ thuật. Mỗi dòng có thể vận hành đơn lẻ hoặc đồng bộ toàn hệ thống.
  2. Nâng cao năng suất: Giảm thời gian chuẩn bị thanh dẫn thỏi giữa hai mẻ đúc từ $35\text{ phút}$ xuống còn $12\text{ phút}$ nhờ giải pháp nạp thanh dẫn thỏi cứng từ đỉnh và điều khiển tự động lùi/tiến bàn kẹp.
  3. Cải thiện chất lượng phôi thép: Độ sâu vết hằn dao động bề mặt phôi đúc giảm $65%$, hiện tượng rỗ khí và nứt dọc góc phôi được khống chế ở mức $< 0.08%$.

Đổi mới và đóng góp

  • Thuật toán điều khiển thích nghi liên hợp: Tích hợp mô hình toán học trượt âm trực tiếp vào logic PLC S7-300, cho phép tự động nội suy tần số rung hộp kết tinh bám sát tốc độ kéo phôi thực tế theo thời gian thực thay vì cài đặt cố định theo từng bậc thủ công.
  • Giải pháp chuyển tiếp áp suất thủy lực 2 cấp: Khắc phục triệt để biến dạng phôi nóng và đảm bảo lực kéo thanh dẫn thỏi nguội thông qua việc chuyển đổi chế độ áp suất tự động ($7\text{ MPa} \leftrightarrow 3\text{ MPa}$) dựa trên tín hiệu nhận dạng vị trí thanh dẫn thỏi cứng.
  • Thiết kế phân tán chịu nhiễu công nghiệp: Xây dựng mạng truyền thông công nghiệp Profibus-DP kết nối PLC với các trạm biến tần Micromaster 440 và module van thủy lực, triệt tiêu $99.5%$ sự cố nhiễu xung điện từ trường phát sinh từ các động cơ công suất lớn và hồ quang luyện thép.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản vận hành thực tế

Hệ thống được thiết kế phù hợp trực tiếp cho các nhà máy luyện cán thép vừa và lớn (công suất $200.000 - 500.000\text{ tấn/năm}$), liên hợp với hệ thống lò cao dung tích $750\text{ m}^3$ hoặc tổ hợp lò điện hồ quang $60\text{T} + \text{LF } 60\text{T}$.

                      YÊU CẦU HẠ TẦNG TRIỂN KHAI

Hiệu quả kinh tế và thu hồi vốn (ROI Analysis):

  • Tiết kiệm nguyên liệu: Tăng tỷ lệ thu hồi kim loại thêm $10%$, tương đương thu hồi thêm $28.000\text{ tấn phôi/năm}$ trên dây chuyền $280.000\text{ tấn}$.
  • Tiết kiệm năng lượng: Giảm $55%$ tiêu hao nhiệt năng do phôi đúc có nhiệt độ đồng đều khi ra khỏi sàn nguội ($> 800^\circ\text{C}$), sẵn sàng nạp trực tiếp vào dây chuyền cán thép không qua lò nung nguội.
  • Thời gian hoàn vốn: Ước tính toàn bộ chi phí nâng cấp tự động hóa cụm máy kéo nắn và hệ thống đúc liên tục được thu hồi trong vòng $8.5\text{ tháng}$ vận hành thương mại.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại:

  • Hệ thống S7-300 sử dụng các module I/O tập trung kết hợp Profibus-DP truyền thống, tốc độ truyền dữ liệu chưa đạt tới cấp độ microsecond như chuẩn Profinet / Industrial Ethernet thời gian thực thế hệ mới.
  • Việc kiểm soát nhiệt độ phôi đúc trong buồng làm nguội 2 lần vẫn dựa trên mô hình bảng tra (Look-up Table) theo mác thép, chưa tích hợp mô hình giải tích truyền nhiệt động 3D.

Hướng phát triển mở rộng:

  1. Nâng cấp nền tảng phần cứng lên dòng Siemens S7-1500 (CPU 1516-3 PN/DP) kết hợp giao diện SCADA trên nền tảng Web-based WinCC Unified.
  2. Tích hợp thuật toán học máy (Machine Learning) để dự báo sớm hiện tượng bục thép (Breakout Prediction) dựa trên phân tích chuỗi thời gian của mảng cảm biến nhiệt độ gắn quanh hộp kết tinh.
  3. Tự động hóa hoàn toàn việc căn chỉnh độ côn ngược ($0.05% - 0.1%/\text{m}$) của khuôn đúc theo thời gian thực bằng hệ truyền động servo điện tích hợp.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên chuyên ngành Tự động hóa / Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu tham khảo hoàn chỉnh từ mô hình toán công nghệ luyện kim đến giải thuật lập trình PLC công nghiệp thực tế.
  • Kỹ sư vận hành nhà máy luyện kim: Nắm bắt quy trình logic liên động an toàn, phương pháp cài đặt biến tần truyền động kéo nắn và xử lý nhanh các sự cố dừng dây chuyền.
  • Doanh nghiệp sản xuất thép: Sở hữu giải pháp tự chủ công nghệ điều khiển, giảm thiểu phụ thuộc vào các gói thầu trọn gói (EPC) chuyển giao đắt đỏ từ nước ngoài, tiết kiệm chi phí bảo trì hàng năm lên tới $40%$.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu hình phần cứng tối thiểu để triển khai giải pháp điều khiển này là gì?

Hệ thống yêu cầu tối thiểu 01 CPU Siemens S7-300 (từ dòng CPU 314C-2DP hoặc CPU 315-2DP), 01 Module ngõ vào tương tự AI 8x12bit (đọc Encoder/Loadcell), 02 Module DI/DO 32 kênh, 03 Bộ biến tần công suất $5.5\text{ kW}$ hỗ trợ truyền thông Profibus-DP (như Siemens Micromaster 440 hoặc Sinamics G120) và trạm nguồn thủy lực điều khiển áp lực điện từ 2 cấp ($3\text{ MPa} / 7\text{ MPa}$).

2. Tại sao phải thay đổi áp lực ép thủy lực giữa giai đoạn nạp thanh dẫn giả và kéo phôi đúc?

Thanh dẫn thỏi giả (Dummy Bar) làm bằng thép kết cấu nguội có độ cứng rất cao, đòi hỏi áp lực ép lớn ($\sim 7\text{ MPa}$) để tạo đủ lực ma sát kéo toàn bộ thanh dẫn nặng hàng tấn vượt qua các cụm con lăn cong. Ngược lại, khi thép lỏng đông đặc thành phôi nóng ($> 900^\circ\text{C}$), ruột phôi bên trong vẫn còn trạng thái lỏng/dẻo; nếu duy trì áp lực $7\text{ MPa}$ sẽ làm bẹp vỏ phôi, gây biến dạng hình học nghiêm trọng hoặc vỡ vỏ phôi (breakout). Do đó, áp lực phải tự động giảm về $\sim 3\text{ MPa}$.

3. Phương pháp nắn thẳng phôi đông đặc hoàn toàn (Solid-core) có ưu điểm gì so với nắn có ruột lỏng?

Nắn thẳng đông đặc hoàn toàn (pha đặc) áp dụng cho phôi vuông nhỏ ($120\times120\text{ mm}$ đến $130\times130\text{ mm}$) vì chiều dày nhỏ giúp phôi kết tinh rất nhanh (chiều dài luyện kim ngắn, khoảng $11.6\text{ m}$). Khi đến máy kéo nắn, phôi đã hóa rắn hoàn toàn, chịu được ứng suất biến dạng dẻo lớn tại 1 điểm nắn mà không lo nguy cơ nứt biến dạng pha dẻo bên trong như đối với phôi tấm lớn.

4. Hệ thống xử lý sự cố kẹt phôi hoặc quá tải động cơ kéo nắn như thế nào?

Khi phôi bị kẹt trong buồng kết tinh hoặc đường dẫn con lăn, dòng điện ngõ ra biến tần sẽ tăng vọt vượt ngưỡng bảo vệ đặt trước ($I_{load} \ge 135% I_{norm}$ trong $1.5\text{ giây}$). PLC nhận diện tín hiệu quá mô-men từ biến tần qua cờ truyền thông Profibus, lập tức kích hoạt lệnh dừng khẩn cấp cụm kéo, cảnh báo còi buồng điều khiển và cho phép người vận hành kích hoạt chu trình nhấp nhả (Jogging Reverse) bằng tay ở tần số thấp ($10\text{ Hz}$) để giải phóng kẹt.

5. Khả năng mở rộng của hệ thống khi cần tăng số dòng đúc (ví dụ từ 3 dòng lên 4 hoặc 6 dòng)?

Kiến trúc phần mềm và phần cứng được thiết kế theo dạng module hóa chuẩn hóa (Modular Architecture). Mỗi dòng đúc được đóng gói thành các khối hàm chức năng độc lập (FB/FC). Khi nâng cấp lên 4 hoặc 6 dòng đúc, chỉ cần bổ sung các trạm I/O phân tán ET200M và biến tần tương ứng trên cùng đường truyền cáp Profibus-DP hiện hữu mà không cần tái cấu trúc lại toàn bộ chương trình lõi của CPU trung tâm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu hệ thống tự động hóa dây truyền đúc liên tục 3 dòng đi sâu vào lập trình PLC cho máy kéo nắn" đã giải quyết trọn vẹn và chuyên sâu bài toán công nghệ tự động hóa trong lĩnh vực luyện kim nặng. Bằng việc làm chủ mô hình toán đồng bộ dao động hộp kết tinh - tốc độ kéo rút phôi, thiết kế cấu hình phần cứng PLC Siemens S7-300 chuẩn công nghiệp và xây dựng thuật toán điều khiển áp lực thủy lực thông minh, công trình không chỉ mang giá trị học thuật xuất sắc mà còn có tính ứng dụng thực tiễn cao, sẵn sàng chuyển giao cho các dây chuyền sản xuất thép công nghiệp hiện đại.