NGHIÊN cứu các GIẢI PHÁP để NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG sản PHẨM và HIỆU SUẤT làm VIỆC của THÁP CHƢNG cất TRONG CÔNG NGHIỆP dầu mỏ

TR B GIÁO D C VẨ ĐẨO T O NG Đ I H C M - Đ A CH T - Đ NG VĂN CHệ NGHIểN C U CÁC GI I PHÁP Đ NỂNG CAO CH T L NG S N PH M VẨ HI U SU T LẨM VI C C A THÁP CH NG C T TRONG CỌNG NGHI P D U M Chuyên ngƠnh: Đi n khí hố m Mƣ s : 62.52.52.01 TịM T T LU N ÁN TI N Sƾ KỸ THU T HẨ N I - 2012 Cơng trình đ điện, Tr Ng ih c hoƠn thƠnh t i: Bộ môn Điện khí hóa Mỏ, Khoa C ng Đ i học Mỏ - Địa chất ng d n khoa h c: PGS.TS Thái Duy Th c, Tr TS Tr n Bá Đ , Tr ng ĐH Mỏ - Địa chất ng ĐH Mỏ - Địa chất Ph n bi n 1: GS.TSKH Thơn Ng c HoƠn Tr ng Đ i học dơn lập H i Phòng Ph n bi n 2: GS.TSKH Cao Ti n Huỳnh Viện Tự động hóa Ph n bi n 3: PGS.TS Phan Xuân Minh Tr ng Đ i học Bách khoa HƠ Nội Luận án đ ợc b o vệ tr ớc hội đồng đánh giá luận án cấp tr Tr ng, họp t i ng Đ i học Mỏ - Địa chất, Đông Ng c, Từ Liêm, HƠ Nội vƠo hồi gi … ngƠy … tháng … năm 2012 Có thể tìm hiểu luận án t i: Th viện quốc gia, HƠ Nội Th viện Tr ng Đ i học Mỏ - Địa chất M Đ U Tính c p thi t c a đ tƠi Nguồn cung dầu vƠ khí cho nhƠ máy chế biến, xử lý khí đ ợc thu gom từ mỏ dầu khác phơn bố r i rác thềm lục địa Việt Nam Do tính chất vƠ thƠnh phần hỗn hợp khí dầu mỏ th ng khơng ổn định Trong s n xuất yêu cầu chất l ợng c a s n phẩm lƠ không đổi Thực tế tháp ch ng cất khó khăn việc giám sát vƠ điều khiển nồng độ thƠnh phần, mặt khác chất l ợng s n phẩm đo đ ợc nhanh vƠ đ m b o độ tin cậy n ớc ta việc đo nồng độ nƠy đ ợc thực r i r c cách phơn tích mẫu đo theo th i gian định, xác định nồng độ chất thông qua việc ổn định nhiệt độ, áp suất đỉnh vƠ đáy tháp Do s n phẩm thu đ ợc ch a đ ợc nh mong muốn, ch a tận thu đ ợc s n phẩm có chất l ợng vƠ giá trị cao Luận án đƣ sử dụng c m biến mềm xác định trực tiếp nồng độ thành phần để điều chỉnh liên tục nồng độ chất cho nồng độ s n phẩm gần với nồng độ đặt, trì ổn định chất l ợng s n phẩm tháp lƠ đòi hỏi cấp thiết c a nhƠ máy lọc dầu vƠ xử lý khí n ớc ta Việc mơ hình hóa, chỉnh định hợp lý tham số, nghiên c u gi i pháp đo l ng trực tuyến nồng độ, khắc phục h n chế tồn t i nhằm nơng cao chất l ợng điều khiển vƠ chất l ợng s n phẩm đem l i kết qu mong đợi đƣ lƠm cho đề tƠi có tính cấp thiết M c tiêu nghiên c u c a đ tƠi Mục tiêu đặt lƠ tìm đ ợc gi i pháp sử dụng c m biến mềm để đo l ng trực tuyến nồng độ s n phẩm, ng dụng c m biến nƠy vƠo vòng điều khiển trực tiếp nồng độ thƠnh phần đỉnh vƠ đáy tháp nhằm nơng cao chất l ợng s n phẩm vƠ hiệu suất lƠm việc c a tháp ch ng cất dầu Đ i t ng nghiên c u Các tháp ch ng cất nhƠ máy lọc dầu vƠ chế biến khí Việt Nam N i dung nghiên c u Tổng quan tháp ch ng cất, c s lý thuyết trình ch ng cất, nguyên lý lƠm việc, chế độ vận hƠnh c a tháp ch ng cất Tổng quan hệ thống điều khiển tháp ch ng cất nhƠ máy lọc dầu, nguyên tắc c b n vƠ ph ng pháp điều khiển Xơy dựng mơ hình tốn, thiết lập ph ng trình chế độ xác lập vƠ ph ng trình động học tháp Nghiên c u ng dụng suy luận m để xác định đặc tính tĩnh vƠ động Mô kh o sát nh h ng c a tham số đến trình lƠm việc Phơn tích đánh giá, lựa chọn gi i pháp đo l ng vƠ điều khiển ng dụng m ng n ron nhơn t o vƠo xơy dựng c m biến mềm để đo l ng trực tuyến nồng độ thƠnh phần s n phẩm Đề xuất sách l ợc điều khiển trực tiếp nồng độ thƠnh phần để điều khiển chất l ợng s n phẩm mong muốn, góp phần nơng cao chất l ợng s n phẩm vƠ hiệu suất lƠm việc cho tháp ch ng cất Ph ng pháp nghiên c u Nghiên c u phơn tích tƠi liệu, cơng trình đƣ công bố vƠ ngoƠi n ớc nhằm xác định mục tiêu vƠ nhiệm vụ đặt ThƠnh lập mô hình tốn c a tháp ch ng cất, xơy dựng ph ng trình mơ t q trình c b n với tất c khơu Nghiên c u phụ thuộc hay quan hệ cửa vƠo, cửa c a tháp tất c tham số nhiệt độ, áp suất, l u l ợng, m c, nồng độ c a cấu tử… Sử dụng công cụ mô đ i vƠ đ m nh Matlab-Simulink để thực mô phỏng, xác định qui luật thay đổi thƠnh phần chất nhằm khẳng định nghiên c u lý thuyết nh mơ hình tốn c a tháp Đánh giá kết qu mô lý thuyết với số liệu thực tế s n xuất nhằm mục đích hiệu chỉnh tham số cho đối t ợng vƠ đề xuất gi i pháp đo l ng vƠ điều khiển hợp lý cho hệ thống ụ nghƿa khoa h c c a lu n án Đ a đ ợc gi i pháp sử dụng c m biến mềm để đo trực tiếp nồng độ thành phần s n phẩm tháp ch ng cất nhằm khắc phục nh ợc điểm c a ph ng pháp đo không liên tục Gi i pháp vƠ h ớng nghiên c u giúp kỹ s , cán kỹ thuật nhƠ máy xử lý khí, lọc hóa dầu lƠm ch công nghệ, hiệu chỉnh thông số lƠm việc phù hợp góp phần trì lƠm việc ổn định vƠ nơng cao chất l ợng s n phẩm tháp ụ nghƿa th c ti n c a lu n án Đề tƠi không đ n nghiên c u lý thuyết mƠ mang ý nghĩa thực tiễn gắn liền với điều kiện s n xuất cụ thể t i nhƠ máy lọc dầu vƠ xử lý khí Việt Nam Các kết qu đ t đ ợc dựa q trình mơ đo liên tục c m biến mềm vƠ kết qu điều khiển trực tiếp nồng độ thƠnh phần đƣ góp phần trì lƠm việc ổn định, tin cậy, đồng th i nơng cao chất l ợng s n phẩm vƠ hiệu suất lƠm việc cho tháp ch ng cất ngƠnh cơng nghiệp dầu khí cịn non trẻ c a Việt Nam Lu n m b o v Để nơng cao chất l ợng s n phẩm vƠ hiệu suất lƠm việc tháp ch ng cất, ngoƠi việc thiết kế, lựa chọn công nghệ tiên tiến phù hợp cần ph i Lựa chọn thơng số vận hƠnh tháp hợp lý: vị trí cấp liệu, số đĩa lý thuyết, nhiệt độ đỉnh vƠ đáy tháp, áp suất lƠm việc, dòng hồi l u dựa mơ hình tốn học đ ợc thƠnh lập Nơng cao chất l ợng c a điều khiển, độ xác vƠ tin cậy c a c m biến đo l ng, rút ngắn th i gian kiểm soát chất l ợng s n phẩm so với Đi m m i c a lu n án Đƣ ng dụng suy luận m fuzzy-logic để xác định số pha c a hydrocacbon mơ hình hóa tháp ch ng cất nhằm xác định đặc tính cần thiết Đƣ ng dụng m ng n ron nhơn t o vƠo xơy dựng c m biến mềm (đo l ng suy luận) để xác định trực tiếp nồng độ thƠnh phần s n phẩm c a tháp ch ng cất dầu mỏ t i Việt Nam Đƣ ng dụng c m biến mềm vƠo điều khiển trực tiếp nồng độ thƠnh phần góp phần kiểm sốt vƠ trì ổn định chất l ợng s n phẩm mong muốn 10 B c c c a lu n án Nội dung luận án đ ợc trình bƠy ch ng với 16 b ng biểu vƠ 111 hình vẽ, bao gồm phần m đầu, nội dung luận án, kết luận chung vƠ kiến nghị Danh mục cơng trình nghiên c u khoa học, tƠi liệu tham kh o vƠ phụ lục Ch ng T NG QUAN V CH NG C T VẨ H TH NG ĐI U KHI N THÁP CH NG C T 1.1 C s lỦ thuy t c a trình ch ng c t Ch ng cất đ ợc xác định nh trình có pha trộn hai pha lỏng vƠ h i c a hai hay nhiều chất Chúng đ ợc tách thƠnh chất theo tỉ lệ thƠnh phần tinh khiết định, việc ng dụng trình trao đổi nhiệt vƠ ng ng tụ để đ ợc phần: phần nhẹ vƠ phần nặng 1.2 C u t o, nguyên t c lƠm vi c vƠ ho t đ ng c a tháp ch ng c t 1.2.1 Gi i thi u v lo i tháp ch ng c t Có hai lo i: Tháp vận hƠnh đợt vƠ vận hƠnh liên tục 1.2.2 Thi t b ch ng c t c b n vƠ trình v n hƠnh S đồ cấu trúc c b n c a tháp ch ng cất điển hình gồm dịng cấp liệu vƠ hai dịng s n phẩm nh hình 1.1 Thiết bị ng ng tụ Vùng cất (Rectification section) Bình hồi l u đỉnh Dòng hồi l u đỉnh tháp Dòng s n phẩm đỉnh Cấp liệu Vùng ch ng (Stripping section) Dịng nhiệt nóng vƠo Nồi gia nhiệt S n phẩm đáy tháp Reboiler Dịng nhiệt nóng Hình 1.1 Cấu trúc c b n c a tháp ch ng cất 1.2.3 Các thi t b bên tháp ch ng c t Bao gồm hệ thống đĩa lọc, tháp dòng h i đ ợc lên qua khe lỗ xun qua dịng lỏng đĩa Hai dòng nƠy giao l u với t o kh phơn tách chất tinh khiết 1.2.4 Thi t b gia nhi t Đáp ng yêu cầu truyền đ l ợng nhiệt cho dòng lỏng d ới đáy tháp để lƠm sôi 1.2.5 Nguyên lỦ ch ng c t Quá trình tách chất từ hỗn hợp lỏng qua ch ng cất phụ thuộc vƠo khác biệt điểm sôi c a cấu tử thƠnh phần 1.2.6 Cơn l ng ậ h i Mô t thƠnh phần lỏng – h i số điểm áp suất cố định 1.2.7 Nh ng y u t nh h ng đ n ho t đ ng c a tháp ch ng c t + Các điều kiện dòng cấp liệu + Các điều kiện dòng hồi l u + Các điều kiện dòng h i + Sự t o bọt + Sự lôi c a chất theo dòng h i + Hiện t ợng đọng s ng - ng ng tụ + Hiện t ợng ngập lụt 1.3 Các tham s công ngh nh h ng đ n trình ch ng c t Ch đ nhi t c a tháp: Nhiệt độ lƠ thông số quan trọng c a tháp ch ng cất Thay đổi chế độ nhiệt, điều chỉnh đ ợc chất l ợng s n phẩm vƠ hiệu suất lƠm việc Chế độ nhiệt c a tháp gồm nhiệt độ dòng nguyên liệu đầu vƠo, nhiệt độ đỉnh, nhiệt độ tháp vƠ nhiệt độ đáy tháp Áp su t c a tháp: Khi điều chỉnh áp suất tháp lƠm thay đổi điểm sôi c a chất lỏng phơn đo n s n lấy s n phẩm ra, áp suất khác nhau, chúng phụ thuộc vƠo việc tăng, gi m nhiệt độ s n phẩm lấy khỏi tháp Sự lƠm việc ổn định c a tháp phụ thuộc nhiều vƠo áp suất lƠm việc tháp 1.4 T ng quan h th ng u n tháp ch ng c t 1.4.1 Các nguyên t c c b n c a trình u n Điều khiển đóng m ON-OFF, ph ng pháp điều khiển c a lo i nƠy lƠ logic, với cổng OR, AND, NAND Cách đơy 40 năm điều khiển lo i nƠy lƠ hệ thống r le vƠ r le th i gian đặt t b ng Điều khiển trình: Trong nhƠ máy lọc hóa dầu vƠ chế biến khí, ng i ta sử dụng ch yếu lo i điều khiển nƠy Quá trình s n xuất lƠ liên tục, thông số điều khiển bao gồm nhiệt độ, áp suất, m c chất lỏng, l u l ợng, độ pH, nồng độ vv 1.4.2 H th ng u n phơn tán DCS nhƠ máy l c d u Những lợi mƠ hệ thống điều khiển phơn tán DCS mang l i: + Đ m b o an toƠn cao trình ho t động + L u trữ thơng tin q trình ho t động phục vụ cho công tác thống kê, nghiên c u, ho ch định chiến l ợc + Cung cấp nhìn tổng quát ho t động c a nhƠ máy + Các module tính tốn cho phép triển khai chiến l ợc điều khiển nhằm mục đích tối u hiệu qu cơng nghệ vƠ hiệu qu kinh tế Đ a cấu trúc s đồ điều khiển, phơn tích u nh ợc điểm hệ thống điều khiển th ng ng dụng nhƠ máy lọc dầu: + Điều khiển ph n hồi (Feed back control) + Điều khiển tầng (Cascade control + Điều khiển truyền thẳng (Feed forward control) + Điều khiển kết hợp Feed back Feed forward + Kỹ thuật điều khiển có lựa chọn Override Control 1.4.3 H th ng u n tháp ch ng c t NhƠ máy khí Dinh C Giới thiệu vịng điều khiển nhiệt độ đỉnh, đáy tháp, ồn định m c vƠ ổn định l u l ợng 1.4.4 H th ng u n tháp ch ng c t nhƠ máy l c d u Dung Qu t 1.4.4.1 H th ng u n nhi t đ đ nh tháp ch ng c t Vòng điều khiển nhiệt sử dụng sách l ợc điều khiển ph n hồi Bộ điều khiển dựa vƠo tín hiệu chênh nhiệt độ dòng hồi l u tr ớc vƠ sau qua trao đổi nhiệt để tính toán vƠ so sánh với giá trị đặt 1.4.4.2 H th ng u n m c đáy tháp Hệ thống điều khiển m c đáy tháp sử dụng sách l ợc điều khiển tầng với LIC007 lƠ điều khiển s cấp, điều khiển l u l ợng lƠ điều khiển th cấp 1.5 Nh n xét Tháp ch ng cất lƠ đối t ợng điều khiển phi tuyến ph c t p Việc điều chỉnh thông số c a tháp lƠm nh h ng vƠ tác động nhiễu tới biến khác, tác động tới hiệu suất lƠm việc nh chất l ợng s n phẩm đầu n ớc vƠ giới đƣ có đề tƠi nghiên c u tháp ch ng cất, nhiên hầu hết nghiên c u tr ớc đơy tập trung ch yếu vƠo điều khiển tách kênh, điều khiển cascade control…tập trung vƠo mục đích trì nhiệt độ đỉnh, nhiệt độ đáy tháp, ổn định áp suất lƠm việc tháp Việc giám sát chất l ợng phụ thuộc vƠo việc lấy mẫu vƠ phơn tích thí nghiệm Tác gi đề nghị gi i pháp xơy dựng c m biến mềm để đo trực tuyến nồng độ thƠnh phần để tác động, can thiệp kịp th i điều chỉnh vƠ điều khiển ổn định chất l ợng s n phẩm tháp Ch ng MỌ HỊNH HịA THÁP CH NG C T D U M 2.1 Nghiên c u xơy d ng mơ hình tốn cho tháp ch ng c t 2.1.1 M c đích c a vi c xơy d ng mơ hình tốn + Biểu diễn hiểu biết ch ng cất ph ng trình tốn học + + Phơn biệt đ ợc b n chất vƠ lƠm rõ t ợng x y tháp + Xơy dựng qui luật cho tháp ch ng cất khác với ch c t ng tự + Tối u hóa thiết kế công nghệ, đ a tham số hiệu chỉnh cho tháp điều kiện vận hƠnh khác + Lựa chọn điều khiển vƠ xác định tham số cho điều khiển 2.1.2 Các u ki n c n thi t đ xơy d ng m t mơ hình tốn + Có hiểu biết c b n b n chất hóa học, tính chất hóa lý kỹ thuật c a dầu mỏ vƠ c a phơn đo n ch ng cất + Tìm hiểu cấu t o, nguyên lý lƠm việc c a tháp vƠ thiết bị phụ trợ nh nồi tái đun, bình ng ng, hệ thống điều khiển tham số tháp… + Các biểu đồ, đồ thị số pha, nhiệt dung c a hydrocacbon, entalpy c a phơn đo n dầu mỏ + Ccó đ ợc tất c số liệu đo dòng cấp liệu nh : l u l ợng, nồng độ %mol cấu tử, tỉ lệ lỏng – h i c a hỗn hợp, nhiệt độ, áp suất, entalpy…, nh yêu cầu độ tinh khiết, chất l ợng s n phẩm đỉnh vƠ đáy tháp 2.1.3 Ph ng pháp xơy d ng mơ hình - T o mơ hình lý thuyết cách nghiên c u quy luật hóa lý - Xơy dựng cơng th c c a trình nghiên c u, sử dụng phụ thuộc hay quan hệ cửa vƠo, c a tháp - ThƠnh lập ph ng trình mơ t q trình c b n tất c khơu, ph ng trình liên hệ khơu - Xơy dựng mơ hình, thiết lập thuật tốn vƠ thực mơ phần mềm Simulink Matlab 2.1.4 Mơ hình tốn h c tháp ch ng c t 2.1.4.1 M t s gi thi t xơy d ng mơ hình tốn Các đĩa lọc tháp lƠm việc với hiệu suất đ t 100 % L ợng lỏng đĩa không thay đổi chế độ độ Chất lỏng tháp nhiệt độ sôi, h i tr ng thái bƣo hòa Tốc độ bay h i vƠ tốc độ ng ng tụ lƠ Ch ng cất đ ợc thực điều kiện pha lỏng – h i… 2.1.4.2 Ph ng trình tốn tr ng thái xác l p 11 Các kết qu mô phỏng: Một số đặc tính tĩnh Hình 2.13 Biểu đồ xác định nhiệt độ đỉnh tháp ch ng cất Hình 2.14 Biểu đồ xác định nhiệt độ đáy tháp ch ng cất Hình 2.17 Biểu đồ xác định độ bay h i t ng đối c a Butan 2.2.3.2 Kh o sát đ c tính đ ng h c tháp ch ng c t Hình 2.32 Kết qu nhận d ng số Kj 12 Đ c tính đ ng h c Hình 2.38 Đặc tính q độ cấu tử PHA H I – VÙNG CH NG 2.2.4 Kh o sát xơy d ng đ c tính P-T đơy ta nghiên c u biến động c a nhiễu áp suất để điều chỉnh cơng suất nhiệt c a nồi tái đun cho phù hợp với mục tiêu giữ ổn định chất l ợng đầu cho tháp ch ng cất Hình 2.39 S đồ cấu trúc c a mơ hình dự báo Nhiễu nhiệt độ Chỉ tiêu chất lượng Nhiễu áp suất Hình 2.40 Mơ đặc tính dự báo 13 Hình 2.41 Đặc tính P-T 2.2.5 Kh o sát s nh h ng c a nhi t đ vƠ áp su t t i đ c tính đ ng h c tháp ch ng c t Thực tế vận hƠnh tháp ch ng cất khơng ph i lúc nƠo dịng cấp liệu ổn định, ln ln biến động vƠ đ ợc coi nh đ i l ợng nhiễu tác động lên đối t ợng đơy ta nghiên c u biến động c a tham số lƠ nhiệt độ vƠ áp suất c a dòng cấp liệu để thấy đ ợc tác động c a chúng tới đặc tính động học Hình 2.43 Các đặc tính độ thay đổi áp suất vƠ nhiệt độ 2.3 Nh n xét Các k t qu đ t đ c ch ng + ThƠnh lập đ ợc mơ hình tốn mơ t q trình ch ng cất + ng dụng Simulink_Matlab, kết hợp suy luận m để mô tháp ch ng cất thực 14 + Xơy dựng đặc tính tĩnh vƠ động c a tháp nhằm xác định tham số lƠm việc hợp lý + Xác định đặc tính hiệu chỉnh P-T với nhiễu dòng cấp liệu + Kh o sát nh h ng c a P vƠ T dịng cấp liệu tới đặc tính động học tháp Ch ng NG D NG M NG N RON NHỂN T O Đ D BÁO N NG Đ THẨNH PH N S N PH M THÁP CH NG C T 3.1 M đ u Trong hệ thống điều khiển, giám sát tháp ch ng cất Khó khăn ph i đối mặt lƠ trì ổn định chất l ợng s n phẩm tháp Việc đo l ng xác nồng độ chất tr nên cấp thiết Một số ph ng pháp phổ biến đ ợc áp dụng lƠ lấy mẫu thực tế, sau q trình phơn tích đ ợc thực phịng thí nghiệm, nh th i gian đáp ng ph i nhiều gi Từ bất cập trên, gi i pháp đ ợc đề nghị lƠ nghiên c u xơy dựng c m biến mềm (soft-sensor) c s m ng n ron nhơn t o Kết qu đ t đ ợc lƠ lựa chọn hợp lý áp dụng vƠo hệ thống điều khiển t i với mục tiêu trì chất l ợng s n phẩm, nơng cao hiệu suất c a trình ch ng cất 3.2 Nh ng n i dung c n nghiên c u Mục tiêu c a ch ng nƠy lƠ phát triển m ng n ron xác vƠ bền vững việc huấn luyện sử dụng thuật lan truyền ng ợc Thực chẩn đoán suy luận để theo dõi giám sát nồng độ s n phẩm, ng dụng cho việc điều khiển nồng độ thƠnh phần cho tháp ch ng cất 3.3 T ng quan v m ng n ron nhơn t o 3.3.1 Gi i thi u chung Mơ hình ANN lƠ cơng cụ m nh cho phép thực tính tốn cơng nghệ ph c t p Trong thập kỷ gần đơy,m ng ANN ngƠy cƠng đ ợc nhiều nhƠ khoa học quan tơm nghiên c u 3.3.2 M ng n ron nhơn t o 15 Giới thiệu nội dung: Các phần tử c b n c a m ng n ron, cấu trúc m ng, huấn luyện vƠ đánh giá m ng 3.4 Lu t h c lan truy n ng c Giới thiệu thuật toán huấn luyện dựa theo luật lan truyền ng ợc 3.5 Thi t l p b d li u vƠo ậ cho m ng n ron 3.5.1 L a ch n bi n vƠo ậ Đo l ng dự báo lƠ ph ng pháp đo hiệu qu , cho phép chất l ợng s n phẩm đ ợc suy từ biến trình khác Vn,yn Vùng c?t     T   Qc Td Pd MD,hD n n -1 D PF F z li?u q QF Noron Network Vùng XB i       YD ( C?m bi?n m?m) f c?p Vùng chung xD R F Mi,Hi,hi MB,hB Pb Tb B L1,x1 xB Hình 3.5 S đồ bố trí c m biến đo l S đồ đặt c m biến c ng: xem hình 3.5  Các biến vào c a mạng nơron: Nhiệt độ đỉnh tháp: Td Áp suất đỉnh tháp: Pd Nhiệt độ đáy tháp: Tb Áp suất đáy tháp: Pb Nhiệt độ dòng cấp liệu: TF ng th cấp 16 Áp suất dòng cấp liệu: PF  L u l ợng dòng cấp liệu: QF Các biến đầu c a mạng nơron: Nồng độ thƠnh phần Ethan s n phẩm cất Nồng độ thƠnh phần Propan s n phẩm ch ng 3.5.2 Nguyên t c đo bi n th c p HƠnh vi c a trình nƠo đ ợc thể b i tr ng thái c a biến đầu Những biến c a trình nh l u l ợng, nhiệt độ, áp suất lƠ biến quan trọng đ ợc chọn lƠm đầu vƠo cho m ng n ron Đầu lƠ hai cấu tử chìa khố đ i diện cho chất vùng cất vƠ vùng ch ng 3.5.3 Mô ph ng đ ng h c thi t l p b d li u vƠo ậ cho m ng n ron Thực mô động học tháp ch ng cất đa cấu tử ch ng 2, đáp ng động học với nhiễu nhiệt độ, l u l ợng, áp suất dao động kho ng ±20%, bao gồm: + Giữ áp suất khơng đổi, biến cịn l i thay đổi + Giữ nhiệt độ đỉnh vƠ đáy khơng đổi, biến cịn l i thay đổi + Dòng cấp liệu ổn định, biến l i thay đổi + Nhiệt độ, áp suất lƠm việc c a tháp ổn định, dòng cấp liệu thay đổi vv Bộ liệu đo đ ợc ghi l i Workspace in Matlab lƠm c s liệu để huấn luyện m ng Căn c vƠo đáp ng độ c a chất vùng cất vƠ vùng ch ng, chọn th i gian trích mẫu liệu lƠ 200s, th i gian mơ đặc tính c a tháp lƠ từ 20.000s – 40.000s Các đặc tính lƠ c s liệu huấn luyện m ng n ron thể số hình sau: Hình 3.8 Đầu vƠo c a m ng n ron tham số cấp liệu nhiễu 17 Hình 3.9 Đáp ng đầu m ng n ron cấp liệu F1 nhiễu 3.6 Thi t k vƠ hu n luy n m ng n ron Kết qu huấn luyện nhiễu nhiệt độ đỉnh tháp: + Số lớp m ng: lớp 7x16x2 + Hàm truyền d ng tansig – purelin – purelin + Sai lệch trình học c a m ng MSE =1.e-4 + Luật học: M ng lan truyền ng ợc + Thực trình huấn luyện: 300 epochs Hình 3.12 Cấu trúc rút gọn lớp c a m ng Hình 3.17 Hiển thị sai lệch trình huấn luyện m ng 18 Hình 3.18 Các đồ thị vƠo – c a trình kiểm tra m ng Hình 3.19 Kết qu chẩn đốn với nồng độ đỉnh Hình 3.20 Kết qu chẩn đoán với nồng độ đáy + Đồ thị kiểm tra m ng cho thấy tập liệu vƠo - c a m ng 7x16x2 bám dính theo mẫu tín hiệu vƠo - + M ng n ron lớp đƣ học đ ợc mẫu tín hiệu vƠo theo yêu cầu + M ng n ron đ ợc huấn luyện hoƠn toƠn sử dụng nh c m biến mềm để thay lƠm dự phòng cho c m biến c ng hƠnh 3.7 Kh o sát nh h ng tham s m ng t i sai l ch c a mơ hình 3.7.1 Thay đ i s l ng t bƠo n ron l p Khi chọn mơ hình m ng lƠ lớp, sai lệch MSE=0,00008, chọn m ng có cấu trúc theo th tự: 19 M ng 20x15x2 {tansig – tansig – tansig} M ng 20x15x2 { tansig – purelin – purelin} M ng 20x15x2 { tansig – tansig – purelin} 3.7.2 Thay đ i s l p n m ng Khi chọn mơ hình m ng lƠ lớp, sai lệch MSE=0,00007, chọn m ng có cấu trúc theo th tự: M ng 7x10x15x2 {tansig – tansig – tansig –tansig} M ng 7x10x15x2 {tansig – purelin – tansig – purelin} M ng 7x10x15x2 {tansig – tansig – tansig – purelin} 3.8 Các k t qu hu n luy n Tiến hƠnh huấn luyện với tập số liệu khác cho tr ng hợp 3.8.1 Kết qu huấn luyện cho tr ng hợp nhiễu cấp liệu 3.8.2 Kết qu huấn luyện cho tr ng hợp tham số thay đổi 3.8.3 Kết qu huấn luyện cho tr ng hợp tổng quát Hình 3.29 Kết qu kiểm tra vƠ dự báo m ng có cấu trúc lớp tổng quát 3.9 Nh n xét + Nghiên c u ng dụng m ng n ron nhơn t o để huấn luyện đ ợc c m biến mềm đo nồng độ s n phẩm + Dữ liệu đầu vƠo c a m ng gồm 1100 mẫu bao trùm lên toƠn điều kiện vận hƠnh với nhiễu khác 20 + Sai lệch mục tiêu MSE