Võ Thị Tố Nguyên – Nhóm 01 Chương I: KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH: 1.1 Khái niệm Điều khiển q trình: Điều khiển trình hiểu ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động điều khiển, vận hành giám sát q trình cơng nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất an toàn cho người, máy móc mơi trường • • • Phạm vi ứng dụng: Công nghiệp chế biến, khai thác lượng Bài toán đặc thù quan trọng nhất: Điều chỉnh Đối tượng điều khiển: Quá trình cơng nghệ 1.2 Phân loại q trình: Các q trình cơng nghệ phân loại theo nhiều quan điểm khác Các phân biệt thứ dựa số lượng biến vào biến Một trình có biến gọi q trình đơn biến, cịn có nhiều biến gọi trình đa biến Một trình vào – gọi tắt SISO, trình nhiều vào – nhiều gọi tắt MIMO Có thể nói hầu hết q trình cơng nghệ đa biến Dựa đặc tính đại lượng đặc trưng (biến đầu biến trạng thái tiêu biểu) ta phân loại trình thành trình liên tục, trình gián đoạn, trình rời rạc trình mẻ MỤC ĐÍCH VÀ CHỨC NĂNG CỦA ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH: - Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định trơn tru: Giữ cho hệ thống ổn định điểm làm việc chuyển chế độ cách trơn tru, đảm bảo điều kiện theo yêu cầu chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện - Đảm bảo suất chất lượng sản phẩm: đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất trì thơng số liên quan đến chất lượng sản phẩm - Đảm bảo hệ thống vận hành an toàn: Giảm thiểu nguy xảy cố bảo vệ cho người, máy móc, thiết bị mơi trường trường hợp xảy cố - Bảo vệ môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thông qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm nước sử dụng nước thải, hạn chế lượng bụi khói, giảm tiêu thụ nguyên nhiên liệu - Nâng cao hiệu kinh tế: Đảm bảo suất chất lượng theo yêu cầu giảm chi phí nhân cơng, ngun liệu nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thị trường CÁC BIẾN QUÁ TRÌNH: 3.1 Biến cần điều khiển (Controlled variable) Võ Thị Tố Nguyên – Nhóm 01 - Là biến biến trạng thái trình cần thiết phải điều khiển, điều chỉnh cho gần với giá trị mong muốn hay giá trị cài đặt bám theo biến chủ đạo - Liên quan đến vận hành ổn định, an toàn hệ thống chất lượng 3.2 Biến điều khiển (Control/ Manipulated variable) - Là biến vào q trình can thiệp trực tiếp từ bên ngồi từ tác động tới biến (biến cần điều khiển biến điều khiển) theo mong muốn 3.3 Biến nhiễu (Disturbance/ Noise/ Exogenous) - Là biến vào cịn lại q trình khơng can thiệp cách trực tiếp hay gián tiếp phạm vi trình quan tâm 3.4 Biến vào: - Là đại lượng điều kiện phản ánh tác động từ bên ngồi q trình Ví dụ: lưu lượng dòng nguyên liệu, nhiệt độ cấp nhiệt,… 3.5 Biến ra: - Là đại lượng điều kiện thể tác động trình bên ngồi Ví dụ: nồng độ lưu lượng sản phẩm ra, nồng độ khí thải mức bình thường cao Hình Sơ đồ tổng quát biến q trình VÍ DỤ: Hình Bình chứa lỏng biến q trình Giả sử mục đích chiều cao mức lỏng ổn định - Biến cần điều khiển : h Võ Thị Tố Nguyên – Nhóm 01 - Biến điều khiển: Fi - Biến nhiễu: F0 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH: 4.1 Thiết bị đo: - Chức thiết bị đo cung cấp tín hiệu tỉ lệ theo nghĩa với đại lượng đo Một thiết bị đo gồm thành phần cảm biến chuyển đổi đo Một cảm biến thực chức tự động cảm nhận đại lượng quan tâm trình kỹ thuật biến đổi thành tín hiệu Để truyền xa sử dụng thiết bị điều khiển dụng cụ báo, tín hiệu từ cảm biến cần khuếch đại, điều hòa chuyển đổi sang dạng thích hợp 4.2 Thiết bị điều khiển: - Thiết bị điều khiển hay điều khiển thiết bị tự động thực chức điều khiển, thành phần cốt lõi hệ thống điều khiển cơng nghiệp Trên sở tín hiệu đo cấu trúc điều khiển/sách lược điều khiển lựa chọn, điều khiển thực thuật toán điều khiển đưa tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại q trình kỹ thuật thơng qua thiết bị chấp hành Tùy theo dạng tín hiệu vào phương pháp thể luật điều khiển, thiết bị điều khiển xếp loại thiết bị điều khiển tương tự, thiết bị điều khiển logic thiết bị điều khiển số 4.3 Thiết bị chấp hành: - Một hệ thống/thiết bị chấp hành nhận tín hiệu từ điều khiển thực tác động can thiệp tới biến điều khiển Các thiết bị chấp hành tiêu biểu công nghiệp van điều khiển, động cơ, máy bơm quạt gió Thơng qua thiết bị chấp hành mà thiết bị điều khiển can thiệp vào diễn biến q trình kỹ thuật Một thiết bị chấp hành công nghiệp bao gồm thành phần cấu chấp hành hay cấu dẫn động phần tử điều khiển Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điều khiển thành lượng, phần tử tác động can thiệp trực tiếp vào biến điều khiển ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG: 5.1 Điều khiển tự động: Được hiểu là: - Điều khiển để khởi động trình (máy, thiết bị hay hệ thống) - Điều khiển để đối tượng hoạt động bình thường - Điều khiển để ĐIỀU CHỈNH Điều khiển để KHÔNG ĐIỀU CHỈNH - Điều khiển để cảnh báo - Điều khiển để bảo vệ 5.2 Điều chỉnh tự động: Võ Thị Tố Nguyên – Nhóm 01 - Điều chỉnh tự động điều khiển tự động nhằm (để) trì nhiều đặc tính (một đại lượng, thơng số đó) q trình giá trị cố định (không đổi số) dao động miền giá trị mong muốn để biến thiên theo quy luật đó, theo chương trình định sẵn SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH: Sách lược điều khiển (Control Strategy): nguyên tắc mặt cấu trúc sử dụng thơng tin cấc biến q trình để đưa tác động điều khiển Sách lược điều khiển: - Điều khiển đơn biến hay đa biến? Phối hợp sử dụng biến vào để điều khiển biến nào? Mục tiêu cụ thể điều khiển: • • • • Ổn định hệ thống Tốc độ đáp ứng nhanh chất lượng đáp ứng tốt Giá trị biến điều khiển thay đổi chậm thay đổi Bền vững: Ổn định bền vững chất lượng bền vững Các vấn đề: Nhiều q trình phức tạp, khó điều khiển (tương tác nhiều chiều, hệ pha không cực tiểu, giới hạn giá trị tốc độ thay đổi biến điều khiển, giới hạn phạm vi thay đổi cho phép biến điều khiển,…) Mơ hình khó xây dựng xác Nhiễu khó đo, khó biết trước Khả thực thi, cài đặt luật điều khiển có giới hạn Trình độ hiểu biết kỹ sư vận hành lý thuyết điều khiển hạn chế … 6.1 Sách lược điều khiển kiểu truyền thẳng (Feedforward control) - Là sách lược mà điều khiển tiếp nhận tín hiệu biến vào để điều khiển trình nhằm hy vọng đạt biến cần điều khiển Cấu trúc bản: Võ Thị Tố Ngun – Nhóm 01 Hình 3: Cấu trúc sách lược điều khiển kiểu truyền thẳng Ưu điểm: - Đơn giản Tác động nhanh (bù nhiễu kịp thời trước ảnh hưởng tới đầu ra) Hạn chế: - Phải đặt thiết bị đo nhiễu Không loại trừ ảnh hưởng nhiễu không đo Nhạy cảm với sai lệch mơ hình Bộ điều khiển lý tưởng khơng ổn định khơng thưc Khơng có khả ổn định q trình khơng ổn định Ứng dụng chủ yếu: Các tốn đơn giản, q trình pha cực tiểu, yêu cầu chất lượng không cao Kết hợp với điều khiển phản hồi nhằm cải thiện tốc độ đáp ứng hệ kín Võ Thị Tố Ngun – Nhóm 01 Hình 4: Điều khiển trình trao đổi nhiệt 6.1.1 Sách lược điều khiển kiểu bù nhiễu: - Là sách lược mà điều khiển tiếp nhận tín hiệu nhiễu để điều khiển q trình nhằm hy vọng đạt mục đích q trình - Là dạng chất điều khiển truyền thẳng Hình Sơ đồ mang tính ngun tắc sách lược điều khiển kiểu bù nhiễu - Mục đích: bù lại ảnh hưởng nhiễu đến trình 6.1.2 Sách lược điều khiển kiểu tỉ lệ: - Là dạng đặc biệt điều khiển truyền thẳng Võ Thị Tố Ngun – Nhóm 01 Hình Sơ đồ mang tính nguyên tắc sách lược điều khiển kiểu tỉ lệ 6.2 Sách lược điều khiển kiểu phản hồi (Feedback control) - Lấy tín hiệu biến để đưa điều khiển khơng điều khiển biến nhiễu Hình Sơ đồ mang tính nguyên tắc sách lược điều khiển kiểu phản hồi - Ưu điểm: Chất lượng điều khiển cao, chắn đạt chất lượng điều khiển theo mong muốn - Nhươc điểm: tác động chậm nhiễu gây ảnh hưởng lúc quay lại điều khiển Võ Thị Tố Nguyên – Nhóm 01 Hình 8: Điều khiển q trình trao đổi nhiệt • Nguyên lý điều khiển: Điều chỉnh lưu lượng nóng (biến điều khiển) dựa sai lệch nhiệt độ đầu (biến điều khiển) giá trị đặt (SP) 6.3 Sách lược điều khiển kiểu kết hợp: Hình Sơ đồ mang tính ngun tắc sách lược điều khiển kiểu truyền thẳng kết hợp điều khiển kiểu phản hồi - Ưu điểm: Chất lượng điều khiển cao, chắn đạt chất lượng điều khiển theo mong muốn - Nhược điểm: Thiết bị phức tạp, chi phí tốn ... hi? ?u bi? ?n để đưa ? ?i? ? ?u khi? ? ?n kh? ?ng ? ?i? ? ?u khi? ? ?n bi? ?n nhi? ?u Hình Sơ đồ mang tính nguy? ?n tắc s? ?ch lược ? ?i? ? ?u khi? ? ?n ki? ?u ph? ?n h? ?i - ? ?u ? ?i? ??m: Ch? ??t lư? ?ng ? ?i? ? ?u khi? ? ?n cao, ch? ? ?n đạt ch? ??t lư? ?ng ? ?i? ? ?u khi? ? ?n theo... khi? ? ?n để ? ?I? ? ?U CH? ??NH ? ?i? ? ?u khi? ? ?n để KH? ?NG ? ?I? ? ?U CH? ??NH - ? ?i? ? ?u khi? ? ?n để cảnh báo - ? ?i? ? ?u khi? ? ?n để bảo v? ?? 5.2 ? ?i? ? ?u ch? ??nh tự đ? ?ng: V? ? Thị Tố Nguy? ?n – Nhóm 01 - ? ?i? ? ?u ch? ??nh tự đ? ?ng ? ?i? ? ?u khi? ? ?n tự đ? ?ng nhằm... mong mu? ?n - Nhươc ? ?i? ??m: tác đ? ?ng ch? ??m nhi? ?u gây ảnh hư? ?ng lúc quay l? ?i ? ?i? ? ?u khi? ? ?n V? ? Thị Tố Ngun – Nhóm 01 Hình 8: ? ?i? ? ?u khi? ? ?n q trình trao đ? ?i nhiệt • Ngun lý ? ?i? ? ?u khi? ? ?n: ? ?i? ? ?u ch? ??nh l? ?u lượng