Giáo trình cơ sở điều khiển quá trình (nghề sửa chữa thiết bị tự động hóa cao đẳng)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HĨA TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số:216/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Trang LỜI GIỚI THIỆU Tài liệu thuộc giáo trình biên soạn theo chương trình đào tạo lưu hành trường Cao đẳng Dầu khí; nguồn thông tin sử dụng để tham khảo biên soạn/hiệu chỉnh giáo trình phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo Cùng với tiến khoa học kỹ thuật, q trình đại hóa góp phần đưa q trình sản xuất nhà máy, xí nghiệp… ngày đại với mức độ tự động hóa ngày cao Các giải pháp điều khiển đại góp phần nâng cao mức độ tự động hóa dây chuyển sản xuất để tăng suất, tăng chất lượng sản phẩm, hạ giá thành sản xuất, tăng sức cạnh tranh thị trường, đồng thời đặt yêu cầu cao cho hệ thống điều khiển tự động cho người kỹ sư thiết kế điều khiển trình Vì vậy, điều khiển trình lĩnh vực ứng dụng quan trọng lĩnh vực điều khiển công nghiệp việc trang bị kiến thức điều khiển trình vấn đề cốt lõi học sinh, sinh viên trường thuộc khối kỹ thuật chuyên ngành điều khiển tự động hóa Giáo trình Cơ sở điều khiển trình biên soạn để giảng dạy cho đối tượng học sinh sinh viên trình độ trung cấp, cao đẳng chuyên lĩnh vực điều khiển tự động hóa Tác giả xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Trường Cao Đẳng Dầu khí, đặc biệt giáo viên TBM Tự động hóa Giáo trình biên soạn dựa tài liệu từ nhiều nguồn giáo trình tham khảo từ thực tế nhà máy ngành Dầu khí q trình biên soạn khơng tránh khỏi số sai sót Vì thế, tơi mong nhận góp ý, xây dựng bạn đọc để sách ngày hoàn thiện Chân thành cảm ơn Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2022 Tham gia biên soạn Chủ biên: ThS Phạm Thị Thu Hường ThS Phan Đúng ThS Nguyễn Xuân Thịnh ThS Nguyễn Kim Ngọc Trang MỤC LỤC 1.1 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 16 1.1.1 Đặc trưng trình 17 1.1.2 Hệ thống điều khiển trình 18 1.1.3 Các thành phần kênh thiết bị 20 1.2 CÁC VÒNG ĐIỀU KHIỂN 28 1.2.1 Vòng điều khiển hở (Open loop) 29 1.2.2 Vịng điều khiển kín (Feedback Control – Closed Loop) 30 1.2.3 Điều khiển tầng (Cascade Control) 32 1.2.4 Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control) 35 1.3 CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN 35 1.3.1 Điều khiển hai vị trí (On – Off Control) 35 1.3.2 Điều khiển điều chỉnh (Modulating Control) .37 1.3.3 Ứng dụng kiểu vòng điều khiển 42 2.1 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN 48 2.2 ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 49 2.2.1 Điều khiển On – Off (On – Off Control) 49 2.2.2 Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control) 51 2.2.3 Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân 54 2.2.4 Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân vi phân (PID Contrller) 55 2.2.5 Hoạt động cụ thể điều khiển 56 2.2.6 Bộ điều khiển Masoneilan 57 2.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ 58 2.3.1 Điều khiển On – Off 59 2.3.2 Bộ điều khiển tỉ lệ .60 2.3.3 Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân .61 2.3.4 Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân vi phân (PID Contrller) 61 Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Q trình trao đổi nhiệt 17 Hình 1-2: Hệ thống điều khiển trình trao đổi nhiệt độ 19 Hình 1-3: Cấu trúc chuyển đổi áp suất 23 Hình 1-4: Đặc tính mở van 25 Hình 1-5: Cấu tạo van điện từ .26 Hình 1-6: Van điều khiển có truyền động dạng màng .26 Hình 1-7: Van điều khiển có truyền động dạng piston 27 Hình 1-8: Van điều khiển sử dụng truyền động động 28 Hình 1-9: Điều khiển nhiệt độ vòng hở 30 Hình 1-10: Điều khiển nhiệt độ vịng kín .31 Hình 1-11: Hệ thống điều khiển tầng 33 Hình 1-12: Mơ hình tổng quát vòng điều khiển tầng 34 Hình 1-13: Vịng điều khiển tỉ lệ 35 Hình 1-14: Điều khiển mức điều khiển On - Off 36 Hình 1-15: Đáp ứng điều khiển On - Off 37 Hình 1-16: Hệ thống điều khiển hai vị trí với vùng trung lập .37 Hình 1-17: Hệ thống điều khiển tỉ lệ .38 Hình 1-18: Vị trí tương ứng van phao Gain =1 39 Hình 1-19: Thuật tốn tích phân đầu với đầu vào cố định 41 Hình 1-20: Phản hổi cấu trúc vi phân có tín hiệu vào 42 Hình 1-21: Vịng điều khiển nhiệt độ khí nén .43 Hình 1-22: Vòng điều khiển nhiệt độ điện tử 44 Hình 2-1: Thành phần điều khiển khí nén 49 Hình 2-2: Tín hiệu vào phần tử cuối dùng điều khiển On-Off 50 Hình 2-3: Bộ điều khiển khí nén On-Off trạng thái tín hiệu .51 Hình 2-4: chuyển động Nozzle khỏ chắn 52 Hình 2-5: chuyển động điều khiển khí nén sụt giảm áp suất .52 Hình 2-6: Bộ điều khiển khí nén có áp suất đầu tăng 53 Hình 2-7: Biểu đồ dải tỉ lệ 5% .53 Hình 2-8: Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân 55 Hình 2-9: Bộ điều khiển PID 55 Trang Hình 2-10: Cấu hình điều khiển truyền thẳng phản hổi 56 Hình 2-11: Bộ điều khiển Masoneilan 58 Hình 2-12: Bộ điều khiển On-Off 60 Hình 2-13: Thành phần điều khiển tỉ lệ 61 Hình 2-14: Thành phần điều khiển tỉ lệ tích phân 61 Hình 2-15: Thành phần điều khiển PID .62 Trang DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1: Một số chuyển đổi Error! Bookmark not defined Trang GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Cơ sở điều khiển q trình Mã mơ đun: AUTM53110 Thời gian thực mô đun: 60 (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành: 30 giờ) Số tín chỉ: 03 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ-đun: 3.1 Vị trí: Là mơ đun thuộc mơ đun chun ngành chương trình đào tạo Mơn đun dạy sau môn học thiết bị đo lường tài liệu vẽ thiết bị đo lường 3.2 Tính chất: Mơ đun trang bị kiến thức về chức năng, nhiệm vụ vòng điều khiển chức thành phần vịng điều khiển Ngồi người học lĩnh hội thuật ngữ chuyên ngành điều khiển trình, chế độ điều khiển điều khiển 3.3 Ý nghĩa vai trị mơn học/mơ-đun: mơn học khoa học mang tính thực tế ứng dụng thực tiễn dành cho đối tượng người học chuyên ngành đo lường tự động hóa (Instrumentation) Mơ-đun đưa vào giảng dạy trường Cao Đẳng Dầu Khí từ năm 2019 đến Nội dung chủ yếu mô-đun nhằm cung cấp kiến thức kỹ thuộc lĩnh vực cơng nghiệp q trình: (1) lý thuyết điều khiển q trình: vịng điều khiển, thành phần vòng điều khiển thuật ngữ thông dụng; (2) Các điều khiển PID khí nén, tương tự, on-off tỉ lệ Qua đó, giáo trình cung cấp kiến thức kỹ vòng điều khiển, chế độ hoạt động điều khiển Mục tiêu môn học/mô-đun: Về kiến thức: + A1 Mô tả điều khiển trình xác định thành phần kênh điều khiển; + A2 Mơ tả xác định kiểu vịng điều khiển vịng điều khiển hở/kín, vịng điều khiển tỉ lệ, vòng điều khiển tầng; + A3 Nhận dạng mô tả chế độ điều khiển on-off chế độ điều khiển liên tục; + A4 Mơ tả ứng dụng kiểu vịng điều khiển diễn giải sách lược điều khiển kiểu điều khiển này; + A5 Xác định mô tả nguyên lý hoạt động điều khiển kiểu khí nén kiểu điện tử Về lực tự chủ trách nhiệm: Trang + B1 Vẽ gán nhãn cho sơ đồ điều khiển khối vòng điều khiển ; + B4 Từ vẽ P&ID xác định thành phần vịng điều khiển truyền thẳng, vòng điều khiển phản hồi, vòng điều khiển tầng vòng điều khiển tỉ lệ + B3 Giải thích mục đích chức thành phần điều khiển khí nén lược đồ cho sẵn; + B4 Giải thích chức khối điều khiển điện tử lược đồ cho sẵn Về lực tự chủ trách nhiệm: + C1 Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận công việc; Nội dung môn học/mơ đun: 5.1 Chương trình khung: Thời gian học tập (giờ) Trong STT Mã MH/MĐ I COMP64002 COMP62004 COMP62008 COMP62010 COMP63006 FORL66001 SAEN52001 II II.1 10 AUTM52101 ELEI53154 AUTM53102 Tên môn học, mô đun Các môn học chung bắt buộc Chính trị Pháp luật Giáo dục thể chất Giáo dục quốc phòng An ninh Tin học Tiếng Anh An tồn vệ sinh lao động Các mơn học, mơ đun chuyên môn ngành, nghề Môn học, mô đun sở An toàn TĐH Điện kỹ thuật Điện tử Số tín Tổng số Lý thuyết Thực hành/ thực tập/ thí nghiệm/ tập/ thảo luận Kiểm tra LT TH 23 465 180 260 17 2 75 30 60 41 18 29 10 51 0 4 75 36 35 2 75 120 15 42 58 72 2 30 23 79 1845 602 1170 43 30 20 375 196 159 15 3 45 60 60 14 28 28 29 29 29 2 1 Trang Thời gian học tập (giờ) Trong STT Mã MH/MĐ 12 ELEI53011 ELEI53110 13 AUTM53006 14 AUTM53104 11 II.2 15 AUTM55005 16 AUTM55107 17 AUTM54108 18 AUTM54109 19 AUTM53110 20 AUTM52112 21 AUTM54113 22 23 AUTM55115 AUTM64125 24 AUTM63117 25 AUTM64118 26 AUTM62119 27 AUTM64020 28 AUTM63221 29 AUTM55222 Tên mơn học, mơ đun Khí cụ điện Đo lường điện Bản vẽ thiết bị đo lường Mạch logic số Số tín Tổng số Lý thuyết Thực hành/ thực tập/ thí nghiệm/ tập/ thảo luận Kiểm tra LT TH 3 45 60 28 28 14 29 3 45 42 3 60 28 29 59 1470 406 1011 28 25 Thiết bị đo lường 90 Hiệu chuẩn thiết 120 bị đo lường Lắp đặt hệ thống 90 TĐH Lắp đặt hệ thống 90 TĐH Cơ sở điều khiển 60 trình Đấu nối dây 45 Hệ thống điều khiển thủy lực 90 khí nén PLC 120 Vi điều khiển 90 Hệ thống điều khiển phân tán 90 (DCS) Điều khiển 90 trình nâng cao Kiểm tra, chạy thử xử lý lỗi vòng 75 điều khiển Thiết bị phân tích 60 theo dõi Khóa luận tốt 135 nghiệp Thực tập sản xuất 225 Tổng số 102 2310 56 29 28 87 28 58 2 28 58 2 28 29 14 29 1 28 58 2 28 28 87 58 2 28 58 2 28 58 2 14 58 42 14 14 121 0 14 782 209 1430 60 38 Môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề Trang 10 Hình 2-4: chuyển động Nozzle khỏ chắn Hình 2-5 thể sụt giảm áp suất đầu điều khiển tỉ lệ khí nén Hình 2-5: chuyển động điều khiển khí nén sụt giảm áp suất Nếu tín hiệu đầu điều khiển tới phần tử điều khiển cuối tăng lên, ống thổi dạng hộp xếp tỉ lệ nén lại Đây nguyên nhân làm vòi nozzle di chuyển lên Bài 2: Các điều khiển Trang 52 phía màng Hình 2-6 thể áp suất đầu điều khiển tỉ lệ khí nén tăng lên Hình 2-6: Bộ điều khiển khí nén có áp suất đầu tăng Hầu hết điều khiển hoạt động chế độ tỉ lệ có băng tỉ lệ điều chỉnh Băng tỉ lệ dải mà giá trị biến đo để phần tử điều khiển cuối di chuyển qua đầu điều khiển thay đổi từ giá trị tối thiểu Ví dụ dải tỉ lệ 5% có nghĩa tín hiệu điều khiển (tương ứng với vị trí phần tử điều khiển cuối) thay đổi từ giá trị lớn giá trị nhỏ với thay đổi 5% cho biến đo Hình 2-7 cho thấy biểu đồ dải tỉ lệ 5% Hình 2-7: Biểu đồ dải tỉ lệ 5% Bài 2: Các điều khiển Trang 53 2.2.3 Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân Một chức tích phân (hay reset) thêm vào điều khiển Chế độ tích phân hay Reset cung cấp đầu tỉ lệ với tích phân đầu vào theo thời gian Nói cách khác, đầu liên tục thay đổi cho giá trị sai lệch giá rị đặt biến cịn tồn Chế độ tích phân hoạt động khoảng thời gian tồn sai lệch điểm đặt biến điều khiển Một vấn đề phải quan sát kỹ lưỡng dùng reset để tích phân kép, xảy độ lệch loại bỏ, chẳng hạn vòng hở Bộ điều khiển đưa đầu giới hạn Điều nguyên nhân kiểm sốt khoảng thời gian Ngồi thành phần điều khiển tỉ lệ, điều khiển có chế độ hoạt động reset sử dụng thành phần sau: - Tạo lại dung tích bình chứa (Reset capacity tank): bình chứa điều áp xả theo lịch trình định - Thiết lập trạng thái hộp xếp (Reset bellows): cản trở cân đối - hộp xếp cho phép cân hoạt động tỉ lệ hoạt động reset Adjustable reset: điều hạn chế cung cấp dải áp suất để thiết lập lại trạng thái hộp xếp Hình 2-8 thể điều khiển với chế độ tỉ lệ tích phân (reset) Ở chế độ này, tín hiệu khí nén từ rơ le điều khiển khí vào ống thổi hộp xếp tỉ lệ Tín hiệu qua van tiết lưu điều chỉnh reset thiết lập lại dung tích bình chứa để reset lại ống thổi Việc Reset lại ống thổi cản trở chuyển động ống thổi tỉ lệ Bài 2: Các điều khiển Trang 54 Hình 2-8: Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân 2.2.4 Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân vi phân (PID Contrller) Hình 2-9: Bộ điều khiển PID Hình 2-9 thể điều khiển kết hợp thành phần tỉ lệ, tích phân vi phân, gọi điều khiển PID Trong điều khiển việc điều chỉnh chất dẫn xuất qua van bị hạn chế chất dẫn xuất dung tích bình lầm chậm hiệu chỉnh chuyển động Bài 2: Các điều khiển Trang 55 thổi tỉ lệ Lượng thời gian chậm xác định tốc độ tăng giảm chênh lệch điểm đặt điểm điều khiển Chế độ điều khiển vi phân cần thiết trình cho đáp ứng thay đổi chậm 2.2.5 Hoạt động cụ thể điều khiển Hệ thống điều khiển q trình dựa cơng nghệ khí nén gặp nhà máy công nghiệp Theo nguyên tắc chung hệ thống điều khiển khí nén đáng tin cậy, lắp đặt bảo trì tương đối rẻ lựa chọn tốt cho ứng dụng khu vực nguy hiểm dế cháy Phần xem xét vài điều khiển khí nén cụ thể sử dụng nhiền năm, với số điều khiển khí nén đại mà kỹ thuật đo lường sử dụng Một điều quan trọng tất trường hợp điều khiển khác biệt điều khiển phản hồi điều khiển truyền thẳng Hình 2-10 minh họa cho khác biệt Hình ảnh người sơ đồ đại diện cho người vận hành hay điều khiển làm ảnh hưởng đến q trình cách điều chỉnh van điều khiển Hình 2-10: Cấu hình điều khiển truyền thẳng phản hổi Trong hình 2-10 (A) người vận hành/ điều khiển phát xáo trộn làm thay đổi trình tác động trở lại điều chỉnh van điều khiển việc tính trước Bài 2: Các điều khiển Trang 56 đại lượng để đưa trình trở điều kiện mong muốn Đây điều khiển truyền thẳng hay cịn gọi điều khiển vịng hở Trong hình 2-10 (B) người vận hành/ điều khiển phát xáo trộn ghi cách ảnh hưởng đến trình Mặt khác, việc điều chỉnh van làm thay đổi đáp ứng xáo trộn trình Nhưng trường hợp việc hiệu chỉnh dựa vào việc đọc q trình thực ghi lại có hay không việc điều chỉnh thực để đưa trình trở điều kiện mong muốn Đây điều khiển phản hồi hay gọi điều khiển vịng kín Sự khác biệt điều khiển truyền thẳng tính điều chỉnh khơng có cách để biết hoạt động có xác khơng Điều khiển phản hồi dựa lựa chọn cách thân trình hoạt động phản ứng với điều chỉnh Mặc Trong điều khiển phản hồi hữu dụng thực tế hai phương pháp có vai trị thích hợp việc kiểm sốt q trình 2.2.6 Bộ điều khiển Masoneilan Bộ điều khiển Masoneilan điều khiển khí nén, điều khiển mức Masoneilan 12000, điều khiển đo mức q trình thơng qua chuyển vị, so sánh với điểm đặt tạo tín hiệu có giá trị khoảng đến 15 psi tỉ lệ với khác biệt hai giá trị Ba điều chỉnh (Hình 2-11) thường thực để chỉnh điều khiển mức Masoneilan là: trọng lượng riêng, dải tỉ lệ, giá trị đặt setpoint Núm điều chỉnh xác giá trị trọng lượng riêng riêng biệt cho trọng lượng riêng cho điều khiển ứng dụng toàn phạm vi trọng lượng cụ thể Một núm vặn gắn với khe điều chỉnh mặt trước mặt sau thiết bị, tùy thuộc vào việc điều khiển thiết kế cho điều khiển trực tiếp hay ngược lại Cấu hình phụ thuộc vào yếu tố hoạt động phần tử điều khiển cuối (van điều khiển) vị trí đặt van điều khiển Để thuận tiện cho ứng dụng chung, giá trị thang tỉ lệ khoảng phần trăm mức thay đổi Một trăm phần trăm dải tỉ lệ thay đổi khoảng áp suất đầu (là 12psi) cho toàn thay đổi mức Dải tỉ lệ nên đặt hẹp q trình cho phép khơng cần lặp lại Nếu việc điều khiển mức lặp lại mở rộng dải tỉ lệ Nếu mức kiểm soát dao động xung quanh điểm kiểm soát thu hẹp dải tỉ lệ mức thể xu hướng lặp lại, sau mở rộng để loại bỏ chu kỳ Bài 2: Các điều khiển Trang 57 Hình 2-11: Bộ điều khiển Masoneilan 2.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ Bộ điều khiển điện tử có khả nhận tín hiệu biến q trình, so sánh tín hiệu với thơng số mà người vận hành lựa chọn chỉnh tín hiệu đầu sử dụng để thao tác với phần tử điều khiển cuối Bộ điều khiển điện tử có nhiều lợi so với điều khiển khí nén như: - Vị trí đặt (Location): Bộ điều khiển điện tử đặt phòng với điều khiển khác, cho phép người vận hành giám sát điều khiển nhiểu vòng điều khiển hay hệ thống từ vị trí - Cách ly tín hiệu (Signal isolation): Các tín hiệu đến cách ly với tín hiệu khác để giảm thiểu nhiễu mạch điều khiển Biến đổi tín hiệu (Signal Conversion): Bộ điều khiển chấp nhận nhiều loại tín hiệu đầu vào điện tử, chuyển đổi chúng thành điện chấp nhận điều khiển sau xử lý, chuyển đổi tín hiệu - cuối thành dòng điện điện áp mà điều khiển (đối với hệ thống điều khiển tầng) phần tử điều khiển cuối sử dụng - So sánh tín hiệu (signal comparison): Người vận hành điều chỉnh điện áp phận nhận giá trị đặt điều khiển, phận mà cung cấp tiêu chuẩn để so sánh tín hiệu đến q trình Bộ điều khiển cho phép tín hiệu tầng từ nguồn khác làm tiêu chuẩn để so sánh Bất kỳ khác biệt hai tín hiệu xem sai số chênh lệch điện áp điều khiển xử lý để cung cấp tín hiệu chỉnh Bài 2: Các điều khiển Trang 58 - Hiển thị trình (Process indication): Bộ điều khiển trang bị thêm thiết bị đồng hồ, đèn, hay hiển thị để hiển thị điều kiện q trình Các hiển thị bao gồm giá trị đặt thấy so sánh giá trị đo trình giá trị đặt - - Nguồn điện (Power supply):bộ điều khiển cung cấp điện áp thấp nhiễu, an tồn cho chuyển đổi thiết bị ngoại vi Kết nối tín hiệu (Signal connection): Bộ điều khiển yêu cầu dây cho tín hiệu đầu vào, đầu nguồn cấp Nó khơng u cầu kết nối đường ống ống nối Chế độ điều khiển (Control modes): mạch điện bện điều khiển sử dụng để cung cấp khác biệt lượng thay đổi đầu thay đổi đầu vào mang đến tỉ lệ phản hồi thay đổi đầu vào - đàu Điều khiển thủ công trực tiếp: Bộ điều khiển cho phép người vận hành thay đổi thủ công tín hiệu cách điều chỉnh giá trị đặt hay ghi đè tín hiệu tự động điều chỉnh tay đầu Mạch điện điều khiển chỉnh lại để báo hình ảnh hay âm thanh, thay đổi biến điều khiển hay đầu mà vượt giới hạn định trước Hầu hết điều khiển điện tử bao gồm: - Dây đo trượt (measuring slide wire): cung cấp điện trở thay đổi cách điều chỉnh cho trượt tiếp xúc di chuyển Bộ phát cân (unbalance detector): so sánh tín hiệu đầu vào với giá trị đặt Bộ khuếch đại (Amplifier): tăng tín hiệu phát cân để thuận tiện sử dụng Dây điều khiển trượt (control slide wire): truyền tín hiệu khuếch đại đến phát cân Điều khiển động (Control motor): định vị phần tử cuối Bộ điều khiển điện tử có đầy đủ đặc tính điều khiển khí nén như: - Hai vị trí (On – Off) - Tỉ lệ (P) - Tỉ lệ kết hợp tích phân (PI) - Tỉ lệ tích phân vi phân (PID) 2.3.1 Điều khiển On – Off Bài 2: Các điều khiển Trang 59 Điều khiển On – Off đạt thiết bị đóng mở mạch điện biến đo di chuyển khỏi điểm đặt Ví dụ thiết bị điều khiển On – Off thể hình 2-12 Hình 2-12: Bộ điều khiển On-Off 2.3.2 Bộ điều khiển tỉ lệ Bộ điều khiển điện tử với chế độ điều khiển tỉ lệ cung cấp tín hiệu điện đầu thay đổi theo tỉ lệ biến đo dịch chuyển khỏi giá trị đặt Tín hiệu đầu vào từ phần tử sơ cấp nhận dây đo trượt để thay đổi kết đo thành dạng mà điều khiển sử dụng Tín hiệu sau di chuyển đến phát cân để so sánh kết đo với giá trị đặt Sự sai lệch hai giá trị khuếch đại truyền đến điều khiển động cơ, định vị lại phần tử cuối Khi động điều khiển sử dụng làm phần tử cuối, tín hiệu tương đương đến dây trượt điều khiển Dây trượt điều khiển gửi tín hiệu lại phát cân tín hiệu phản hồi, loại bỏ cân ban đầu Độ hẹp hay rộng băng tỉ lệ đạt điều chỉnh nhỏ Với băng tỉ lệ hẹp khoảng di chuyển nhỏ từ giá trị đặt nguyên cân Động Bài 2: Các điều khiển Trang 60 điều khiển phải truyền động lượng lớn để khôi phục lại cân điều khiển Với băng tỉ lệ rộng, dịch chuyển lớn từ giá trị đặt gây cân nhỏ Điều làm cho động điều khiển truyền động lượng nhỏ để khôi phục lại cân Hình 2-13: Thành phần điều khiển tỉ lệ 2.3.3 Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân Bộ điều khiển điện tử với chế độ tỉ lệ tích phân thay đổi tín hiệu hổi tiếp từ dây trượt điều khiển Chính điều khiển sử dụng reset phép thay đổi dây điều khiển trượt dây đo trượt xảy cân Nếu vị trí động điều khiển vị trí phần tử cuối để độ điều khiển không cân khối reset gửi tín hiệu tới phát cân đến điều khiển đạt trạng thái cân Hình 2-14: Thành phần điều khiển tỉ lệ tích phân 2.3.4 Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân vi phân (PID Contrller) Bài 2: Các điều khiển Trang 61 Bộ điều khiển điện tử với thành phần tỉ lệ, tích phân (reset) vi phân sử dụng khối vi phân thêm vào thành phần khác Khối vi phân nhận tín hiệu phản hồi tỉ lệ từ dây trượt điều khiển làm chậm tín hiệu đến phát cân Thời gian trễ thay đổi theo tốc độ mà cân xảy Sự cân xảy nhanh thời gian trễ kéo dài Kết thời gian trễ lớn tín hiệu cân đưa tới động điều khiển để so với tín hiệu phản hồi khôi phục lại cân cho điều khiển Điều cho phép động điều khiển di chuyển lượng lớn so với chế độ tỉ lệ Một điều khiển điện tử với ba chế độ P, I, D trình bày hình 2-15 Hình 2-15: Thành phần điều khiển PID Thông qua việc sử dụng khuếch đại có độ lợi cao, điều khiển điện tử trở lên nhỏ gọn Bộ điều khiển sử dụng công nghệ nhận đầu vào đến 20 mA DC Thông qua việc sử dụng thao tác khuếch đại làm việc giống khuếch đại vi sai, điều khiển làm cụm tín hiệu sai lệch dựa giá trị mong muốn thông số khác đặt điều khiển  TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 2: 2.1 Các điều khiển chế độ hoạt động BĐK 2.2 Bộ điều khiển khí nén 2.3 Bộ điều khiển điện tử  CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 2: Câu Chế độ điều khiển sử dụng phổ biến cả? A) Điều khiển tự động B) Điều khiển thủ công C) Điều khiển cục Bài 2: Các điều khiển Trang 62 D) Điều khiển từ xa Câu Khi tín hiệu đầu điều khiển bị mà không làm ảnh hưởng đến phần tử chấp hành xảy chế độ A) Điều khiển tự động B) Điều khiển thủ công C) Điều khiển cục D) Điều khiển từ xa Câu Thành phần cấu tạo điều khiển khí nén? A) Nguồn cấp khí B) Cơ cấu xác định tín hiệu C) Hộp xếp D) Tất Câu Bộ điều khiển ON/OFF không phù hợp trình nào? A) Điều khiển tuần hoàn B) Điều khiển van tiết lưu C) Điều khiển tốc độ động D) Tất Câu Nguồn cấp điều khiển điện tử là: A) Nguồn điện lưới thông thường B) Sử dụng nguồn điện áp thấp nhiễu C) Nguồn điện áp chiều D) Pin Câu Đặc tính sử dụng điều khiển điện tử? A) Tỉ lệ (P) B) Tích phân kết hợp tỉ lệ (PI) C) Tỉ lệ tích phân vi phân (PID) D) Tất Câu Ở chế độ điều khiển vi phân, giảm hệ số khuếch đại KD A) Tăng thời gian ổn định B) Giảm thời gian ổn định C) Loại bỏ nhiễu ổn định D) Loại bỏ sai số ổn định Bài 2: Các điều khiển Trang 63 Câu 8: Thảo luận nhóm Bài 2: Các điều khiển Trang 64 Nội dung thảo luận: Sử dụng vẽ để phân loại điều khiển: điện tử, khí nén tỉ lệ? Hãy cho biết giá trị có điều khiển này: SP, PV, MV…? Bài 2: Các điều khiển Trang 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu tiếng Việt: [1] TS Hoàng Minh Sơn, 2016, Cơ sở hệ thống điều khiển trình, Hà Nội: Nhà xuất Bách khoa Hà Nội - Tài liệu nước ngoài: [1] NCCER, 2016, Module Process Control Theory-Instrumentation Level 3, third edition, published by PEARSON [2] PAControl, 2006, Fundamentals of Pcocess Control, PAControl.com [3] Yokogawa Vietnam Ltd company, 2021, Tài liệu lưu hành nội “Laboratory Centum VP Manual”, Yokogawa Vietnam Ltd Company Tài liệu tham khảo Trang 66 ... tương tự thích hợp Hình 1-3 : Transmitter áp suất e Bộ điều khiển (Controller) Bộ điều khiển thiết bị hoạt động theo chế độ điều khiển tay tự động để điều chỉnh biến điều khiển Có ba loại điều khiển. .. điều khiển khí nén Bộ điều khiển khí nén hoạt động bốn cấu hình điều khiển sau: - Điều khiển On–Off - Điều khiển tỉ lệ (thường viết tắt P) - Điều khiển tỉ lệ tích phân (thường viết PI) Điều khiển. .. khiển trình Trang 36 Hình 1-1 7: Đáp ứng điều khiển On - Off Điều khiển On-off dạng điều khiển đơn giản Bộ điều khiển On/Off có nhiều ứng dụng mà chế độ điều khiển on-off cách thích hợp để điều khiển