Bài giảng Điều khiển quá trình nâng cao: Bài 1 - ThS. Nguyễn Thị Lan

Bài giảng Điều khiển quá trình nâng cao: Chương 1 Các khái niệm về hiệu chuẩn vòng điều khiển được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên trình bày được tầm quan trọng và chức năng của việc hiệu chuẩn vòng điều khiển; nhận biết được tầm quan trọng của việc hiệu chỉnh vòng điều khiển trong các nhà máy sử dụng hệ thống điều khiển tự động hóa. Mời các bạn cùng tham khảo!

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  PVMTC ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ HIỆU CHUẨN  VỊNG ĐIỀU KHIỂN Giảng viên: ThS. Nguyễn Thị Lan Email: lannt@pvmtc.edu.vn Mobile: 098.917.5925 ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO Bài 1: Các khái niệm về hiệu chuẩn VĐK MỤC TIÊU CỦA BÀI 1: Sau học xong 1, người học có khả năng: Trình bày tầm quan trọng chức việc hiệu chuẩn vòng điều khiển; Ø Nhận biết tầm quan trọng việc hiệu chỉnh vòng điều khiển nhà máy sử dụng hệ thống điều khiển tự động hóa Ø THỜI LƯỢNG: 06 giờ, LT: 06 giờ, TH: giờ, KT: ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO NỘI DUNG BÀI 1 ThS. Nguyễn Thị Lan 1.1 Mục đích hiệu chuẩn VĐK 1.2 Các thuật ngữ hiệu chuẩn VĐK 1.3 Các loại q trình ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.1 Mục đích của việc hiệu chuẩn vịng ĐK 1.1.1 Lý cần hiệu chỉnh vòng điều khiển: - Đáp ứng nhanh với nhiễu đưa biến điều khiển nhanh chóng quay trở giá trị đặt - Thực chất điều chỉnh hệ số khuếch đại vòng ĐK để hệ số nhỏ tần số giới hạn - Tần số giới hạn – Critical Frequency: tần số làm cho vòng ĐK dao động với biên độ ổn định (dao động hình sin) Để kiểm chứng đáp ứng VĐK, vận hành viên thực sau: Cài đặt điều khiển chế độ AUTOMATIC Tăng SV thêm 5% Theo dõi đáp ứng PV MV Sau đưa quyêt định hiệu chuẩn vịng ĐK hay khơng ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.1 Mục đích của việc hiệu chuẩn vịng ĐK v 1.1.1 Lý cần hiệu chỉnh vòng điều khiển PV SV ∆SV = 5% Hình 1-1: Đáp ứng PV thay đổi bước ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.1 Mục đích của việc hiệu chuẩn vịng ĐK 1.1.2 - Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định VĐK: Một hệ thống ổn định hệ thống có dao động mà dao động ổn định (với biên độ số) biên độ dao động giảm dần theo thời gian - Một vòng điều khiển dao động tần số định gọi tần số tới hạn – Critical frequency Để dao động ổn định hệ số khuếch đại vịng ĐK phải - Nếu điều chỉnh 𝐾P0%), I = 9999 s (I→∞), D = s Nhược điểm: luôn tồn offset Chỉ thực cần thiết để thực điều chỉnh nhỏ tay (manual mode) để đem biến trình (PV) với giá trị đặt (SV) lúc khởi động hệ thống (initial startup) ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.2 Các thuật ngữ chun ngành Hình 1-3: Đáp ứng PV điều khiển kiểu P ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO 1.2 Các thuật ngữ về vòng điều khiển 10 1.2.2 Chế độ điều khiển PI (Proportional + Integral mode) Đối với DCS Centum VP, điều khiển PID cài đặt chế độ PI khi: P = X% (với 𝐾>0%), I = Y s (𝐾>0 𝐾), D = s I-mode gọi Reset mode Đơn vị RPM MPR Ưu điểm: loại bỏ offset tồn chế độ P Nhược điểm: ­ Nếu tác động tích phân nhanh đáp ứng q trình gây bão hồ tích phân – reset windup ­ Tác động tích phân làm vịng ĐK ổn định ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.2 Các thuật ngữ về vịng điều khiển 18 1.2.4 Các thuật ngữ định nghĩa chuyên ngành Nhiễu tải - Load disturbance: thay đổi không mong muốn yếu tố ảnh hưởng đến biến trình Ví dụ: Cũng vịng điều khiển nhiệt độ, việc thêm nước lạnh vào bồn nhiễu tải nước lạnh làm giảm nhiệt độ chất lỏng q trình ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.2 Các thuật ngữ về vịng điều khiển 19 Khảo sát đặc tính của một vịng điều khiển q trình: Hình 1-5: Đặc tính đáp ứng PV nhiễu bước ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.2 Các thuật ngữ về vịng điều khiển 20 1.2.4 Các thuật ngữ định nghĩa chuyên ngành Thay đổi bước – Step change: thay đổi đột ngột thơng số q trình, MV SV Ví dụ: tăng MV thêm 5% ĐK chế độ MAN tăng SV thêm 5% ĐK chế độ AUT ∆MV = 5% → STEP CHANGE MV ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.2 Các thuật ngữ về vịng điều khiển 21 1.2.4 Các thuật ngữ định nghĩa chuyên ngành Thời gian chết – Deadtime: khoảng thời gian thời điểm mà thay đổi bước xảy thời điểm mà biến điều khiển bắt đầu thay đổi để đáp ứng thay đổi bước PV ∆PV MV ThS. Nguyễn Thị Lan Deadtime ∆MV = 5% ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.2 Các thuật ngữ về vịng điều khiển 22 1.2.4 Các thuật ngữ định nghĩa chuyên ngành Trễ– Lag: Đây khuynh hướng ngõ đáp ứng chậm ngõ vào hệ thống thay đổi Trễ bậc trễ phổ biến hệ thống trình q trình bậc có trễ gọi FOPDT ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO 1.2 Các thuật ngữ chuyên ngành 23 1.2.4 Các thuật ngữ định nghĩa chuyên ngành Hằng số thời gian – Time constant: khoảng thời gian tính từ thời điểm cuối thời gian chết biến điều khiển đạt đến 63.2% tổng thay đổi QT PV time constant ∆PV = 100% Steady state ∆PV = 63.2% ∆PV 100% tổng thay đổi QT ∆MV = 5% MV ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO 1.2 Các thuật ngữ chuyên ngành 24 1.2.4 Các thuật ngữ định nghĩa chuyên ngành Trạng thái ổn định – Steady State: trạng thái mà biến điều khiển không thay đổi dao động ổn định quanh SV ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.3 Các loại q trình chính 25 Các loại q trình: gồm loại Q trình tự điều chỉnh – self-regulating /non-integrating processes: q trình có khả đạt đến trạng thái cân có thay đổi ngõ điều khiển Quá trình điều khiển lưu lượng ví dụ điển hình Q trình tích hợp – Integrating processes: q trình khơng có khả ổn định trạng thái cân trạng thái ổn định ban đầu Quá trình điều khiển mức ví dụ điển hình q trình tích hợp ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.3 Các loại q trình chính 26 Mức bồn lưu lượng ổn định thể qua sơ đồ P&ID sau: Hình tham khảo từ tài liệu Process Control Fundamentals, www.PAControl.com ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1.3 Các loại q trình chính 27 Nếu mở thêm van điều khiển đáp ứng PV sau: Mức trong bồn tăng và  tăng mãi, mất đi trạng  thái ổn định ban đầu Lưu lượng tăng và ổn  định ở trạng thái mới ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO Tổng kết bài 1 28 v Những nội dung chính: Mục đích việc hiệu chỉnh vịng ĐK Các chế độ làm việc điều khiển PID: P, PI PID Các thuật ngữ vòng điều khiển: PV, SV, MV, sai số, offset, nhiễu Các thuật ngữ đáp ứng (PV) hệ thống điều khiển: thời gian chết, trễ, số thời gian, trạng thái ổn định Các loại trình: tự điều chỉnh tích hợp ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO Tổng kết bài 1 29 Câu 1: Mục đích việc hiệu chỉnh vịng ĐK …… A Đáp ứng nhanh với nhiễu biến điều khiển ổn định xung quanh Setpoint B Để biến điều khiển dao động với biên độ không đổi C Để vận hành an toàn D Để dễ dàng bảo dưỡng hệ thống Câu 2: Dao động biến trình hẳn hệ số khuếch đại hệ thống điều khiển (K) …… E K = 50% B K = 75% ThS. Nguyễn Thị Lan C K < D K > ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO Bài 1: Tổng kết bài 30 Câu 3: Một hệ thống điều khiển dao động với biên độ ổn định …… A Thời điểm chuyển pha B Biên độ cộng hưởng C Tần số tới hạn D Dải thời gian chết Câu 4: Để hệ thống ĐK ổn định cần khoảng thời gian? E lần số thời gian F lần thời gian chết G lần offset H lần độ trễ ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO Bài 1: Tổng kết bài 31 Câu 5: Hãy cho biết tên gọi tiếng Anh thuật ngữ sau? Stt Tên thuật ngữ tiếng Việt Nam Tên tiếng Anh Biến trình Process Variable ­ PV Biến thao tác Manupulated Variable ­ MV Giá trị đặt Setpoint Value ­ SV Nhiễu Disturbance Thời gian chết Hằng số thời gian Trễ Lag Steady State Trạng thái ổn định Error­ e(t) Sai số Self­regulating process 10 Quá trình tự điều chỉnh Integrating process 11 Q trình tích hợp ThS. Nguyễn Thị Lan Deadtime­ tD Time Constant ­ tC ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  PVMTC Thank You! WWW.PVMTC.EDU.VN Giảng viên: ThS. Nguyễn Thị Lan Email: lannt@pvmtc.edu.vn Mobile: 098.917.5925 ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 32 ... 1. 1 Mục đích của việc hiệu chuẩn vịng ĐK v 1. 1 .1 Lý cần hiệu chỉnh vòng điều khiển PV SV ∆SV = 5% Hình 1- 1: Đáp ứng PV thay đổi bước ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1. 1 Mục đích của việc hiệu chuẩn vịng ĐK 1. 1.2 - Các... ThS. Nguyễn Thị Lan 1. 1 Mục đích hiệu chuẩn VĐK 1. 2 Các thuật ngữ hiệu chuẩn VĐK 1. 3 Các loại q trình ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1. 1 Mục đích của việc hiệu chuẩn vịng ĐK 1. 1 .1 Lý cần hiệu chỉnh vịng điều khiển: ... 1. 2 Các thuật ngữ chun ngành Hình 1- 3: Đáp ứng PV điều khiển kiểu P ThS. Nguyễn Thị Lan ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO 1. 2 Các thuật ngữ về vịng? ?điều? ?khiển 10 1. 2.2 Chế độ điều khiển PI (Proportional + Integral