Giáo trình Điều khiển quá trình nâng cao (Nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa Trình độ Cao đẳng)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 198/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại 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 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Điều khiển trình nâng cao dịch biên soạn dành cho sinh viên hệ cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) Trường Cao Đẳng Dầu Khí thuộc mơn học chun ngành Các sinh viên nghề SCTBTĐH trước học môn học cần hồn thành mơn học Cơ sở điều khiển q trình DCS Nội dung giáo trình gồm 04 bài: Bài 1: Các khái niệm hiệu chuẩn vòng điều khiển Bài 2: Các phương pháp hiệu chuẩn Bài 3: Các sách lược điều khiển nâng cao Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển DCS Centum VP Tác giả chân thành gửi lời cảm ơn đến đồng nghiệp tổ mơn Tự Động Hóa giúp tác giả hồn thiện giáo trình Tuy nỗ lực nhiều, chắn khơng thể tránh khỏi sai sót, mong nhận ý kiến đóng góp để lần ban hành hoàn thiện Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên: ThS Nguyễn Xuân Thịnh ThS Đỗ Mạnh Tuân ThS Lê Ân Tình MỤC LỤC 1 BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ HIỆU CHUẨN VÒNG ĐIỀU KHIỂN 15 1.1 Mục đích hiệu chuẩn vịng điều khiển .16 1.1.1 1.1.2 Lý phải hiệu chuẩn vòng điều khiển (The Reasons for Loop Tuning) .16 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định vòng điều khiển .16 1.2 Các thuật ngữ định nghĩa chuyên ngành .17 1.2.1 Chế độ tỉ lệ (Proportional control mode – P mode) 17 1.2.2 Chế độ điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI mode) 18 1.2.3 Chế độ điều khiển PID .19 1.2.4 Các thuật ngữ định nghĩa liên quan đến hiệu chuẩn vòng điều khiển (Terms and Definitions Associated with Loop Tuning) 20 1.2.5 Xác định loại trình (Process Type Identification) .22 BÀI 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHUẨN 27 2.1 Các phương trình 28 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.1.8 Phương trình cân lượng (Energy Balance) .28 Hằng số thời gian (Time Constant) 29 Phương trình đáp ứng hồn chỉnh (Complete Response Equation) 30 Hệ số khuếch đại trình (Process Gain) 30 Dải tỉ lệ (Proportional Band) 32 Thời gian tích phân (Integral Time) 33 Thời gian vi phân/đạo hàm (Derivative Time) 34 Biểu thức vòng điều khiển PID (PID Control) 35 2.2 Hiệu chuẩn vòng điều khiển hở .37 2.2.1 2.2.2 2.2.3 Tổng quan qui trình thực (Procesure Overview) 37 Phương pháp số thời gian (Time Constant Method) .39 Phương pháp xác định tốc độ đáp ứng (Reaction Rate Method) .42 2.3 Hiệu chuẩn vịng điều khiển kín (Closed Loop Tuning) 45 2.3.1 2.3.2 Phương pháp chu kì tới hạn (Ultimate Period Method) 46 Phương pháp dao động tắt dần (Dampened Oscillation Method) 49 2.4 Hiệu chuẩn vòng điều khiển trực quan 50 2.4.1 Tăng P, I D (Incremental Changes) .50 2.4.2 Sự ổn định rõ ràng (Apparent Instability) 50 2.4.3 Đáp ứng chậm (Sluggish Response) 52 BÀI 3: CÁC SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO 58 3.1 Điều khiển truyền thẳng (Feedforward control) 59 3.1.1 3.1.2 Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt: 59 Cấu trúc điều khiển lý tưởng .60 3.2 Điều tỉ lệ (Ratio control) 61 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 Ví dụ điều khiển thiết bị khuấy trộn liên tục 61 Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt nước .62 Hai cấu hình điều khiển tỉ lệ .63 Bản chất ý nghĩa điều khiển tỉ lệ 64 3.3 Điều khiên tầng (Cascade control) 65 3.3.1 3.3.2 Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt nước .65 Ứng dụng điều khiển tầng 66 3.4 Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng .67 3.5 Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển tỉ lệ 68 3.6 Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng 69 BÀI 4: HIỆU CHUẨN VÒNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN DCS CENTUM VP .72 4.1 Hiệu chỉnh vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vòng điều khiển hở (LAB 1) .73 4.1.1 Xác định thông số: hệ số khuếch đại (KP), thời gian chết (LP), số thời gian (τP) 74 4.1.2 Xác định P, I D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển hở 75 4.1.3 Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với thơng số P, I, D tìm phần 4.1.2 75 4.1.4 Hiệu chuẩn thông số điều khiển để đáp ứng ngõ tối ưu 76 4.2 Hiệu chuẩn vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vịng điều khiển kín (LAB 2) 76 4.2.1 Xác định chu kỳ tới hạn (TU) dải tỉ lệ tới hạn (PBU) 76 4.2.2 Xác định P, I D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển kín 78 4.2.3 Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với thơng số P, I, D tìm phần 4.2.2 79 4.2.4 Hiệu chuẩn thông số điều khiển để đáp ứng ngõ tối ưu 79 4.2.5 Điều khiển tỉ lệ: 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1-1: Đồ thị đặc tính hệ thống điều khiển 20 Hình 1-2: Đường cong đáp ứng trình trình tự điều chỉnh 23 Hình 1-3: Đường cong đáp ứng q trình q trình tích hợp (khơng tự điều chỉnh) .24 Hình 2-1: Bồn điều áp đáp ứn bồn nhiễu .31 Hình 2-2: Ngõ vi phân cộng với tỉ lệ 35 Hình 2-3: Ngõ điều khiển PID .36 Hình 2-4: Sơ đồ khối trình hiệu chuẩn phương pháp hiệu chuẩn vòng hở 37 Hình 2-5: Đường cong đáp ứng xây dụng phương pháp hiệu chuẩn vòng hở .38 Hình 2-6: Phương pháp xác định số thời gian cho hiệu chuẩn vòng điều khiển hở .39 Hình 2-7: Kết kiểm tra phương pháp hiệu chuẩn vòng hở xác định số thời gian 40 Hình 2-8: Phương pháp xác định tốc độ đáp ứng cho hiệu chuẩn vòng hở 43 Hình 2-9: Kết kiểm tra trình phương pháp xác định tốc độ đáp ứng vòng điều khiển hở 44 Hình 2-10: Hệ thống điều khiển hệ số khuếch đại tới hạn 𝑲𝑲𝑲𝑲 hay dải tỉ lệ tới hạn 𝑷𝑷𝑷𝑷𝑲𝑲 46 Hình 2-11: Đáp ứng biến đo nhiễu 47 Hình 2-12: Kết kiểm tra trình phương pháp hiệu chuẩn chu kì tới hạn 48 Hình 2-13: Kết điều khiển phương pháp dao động tắt dần 49 Hình 2-14: Đáp ứng q trình với thơng tin loại thời gian 54 Hình 2-15: Dạng sóng van điều khiển có ma sát tĩnh .55 Hình 3-1: Sơ đồ khối điều khiển thiết bị gia nhiệt nước 60 Hình 3-2: Sơ đồ P&ID điều khiển thiết bị gia nhiệt sách lược điều khiển truyền thẳng 60 Hình 3-3: Cấu túc tổng quát điều khiển truyền thẳng .60 Hình 3-4: Sơ đồ P&ID điều khiển thiết bị khuấy trộn liên tục 62 Hình 3-5: Sơ đồ điều khiển thiết bị gia nhiệt sách lược điều khiển tỉ lệ 62 Hình 3-6: Sơ đồ cấu hình sách lược điều khiển tỉ lệ 64 Hình 3-7: Sơ đồ P&ID điều khiển thiết bị gia nhiệt sách lược điều khiển tầng 66 Hình 3-8: Sơ đồ P&ID điều khiển thiết bị gia nhiệt sách lược điều khiển phản hồi kết hợp với điều khiển truyền thẳng 67 Hình 3-9: Sơ đồ P&ID điều khiển thiết bị khuấy trộn sách lược điều khiển phản hồi kết hợp với sách lược điều khiển tỉ lệ 68 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1: Bảng tính thơng số PID phương pháp số thời gian .40 Bảng 2-2: Bảng tính thơng số PID phương pháp tốc độ đáp ứng .43 Bảng 2-3: Bảng tính thơng số PID phương pháp chu kì tới hạn (Ziegler & Nichols rule for closed loop tuning) 48 Bảng 4-1: Bảng ghi kết theo phương pháp hiệu chuẩn vòng hở .75 Bảng 4-2: Bảng tính thơng số P, I D theo phương pháp hiệu chuẩn vịng kín 78 Bảng 4-3: Bảng kết điều khiển tỉ lệ 80 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO Tên mơ đun: Điều khiển q trình nâng cao Mã mô đun: TĐH19MĐ18 Thời gian thực mô đun: 90 giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; Thực hành: 58 giờ; Kiểm tra: 04 giờ) Số tín chỉ: 04 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ-đun: 3.1 Vị trí: Là mơ đun thuộc mơ đun chun ngành chương trình đào tạo Mơn đun dạy sau mô đun sở điều khiển q trình mơ đun hệ thống điều khiển phân tán (DCS) 3.2 Tính chất: Mơ đun trang bị kiến thức chế độ làm việc điều khiển, thuật ngữ định nghĩa chuyên ngành hiệu chuẩn vòng điều khiển, phương thức điều khiển (sách lược điều khiển) phương pháp kỹ hiệu chỉnh vòng điều khiển 3.3 Ý nghĩa vai trị mơ-đun: mơn học khoa học mang tính thực tế ứng dụng thực tiễn dành cho đối tượng người học chuyên ngành điều khiển tự động hóa q trình (Process Control and Automation) Mô-đun đưa vào giảng dạy trường Cao Đẳng Dầu Khí từ năm 2019 đến Nội dung chủ yếu mô-đun trang bị kiến thức kỹ thuộc lĩnh vực điều khiển trình: (1) nhận biết tầm quan trọng việc hiệu chỉnh vòng điều khiển (Control Loop Tuning); (2) Trình bày phương trình sử dụng trình điều khiển; (3) Xác định sách lược điều khiển sử dụng để từ cài đặt, hiệu chỉnh thông số điều khiển; (4) Khắc phục lỗi dao động trình lưu đồ phân tích liệu Qua đó, giáo trình cung cấp nội dung kiến thức phương pháp hiệu chuẩn vịng điều khiển thơng dụng khắc phục lỗi xảy vòng điều khiển phù hợp với thực tế nhà máy cơng nghiệp q trình nhà máy thuộc cơng nghiệp dược phẩm, cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm đồ uống, công nghiệp lượng… Mục tiêu mô-đun: 4.1 Về kiến thức: Trang A1 Trình bày tầm quan trọng chức việc hiệu chuẩn vịng điều khiển; A2 Trình bày phương trình sử dụng việc hiệu chuẩn vịng điều khiển; A3 Trình bày phương pháp hiệu chuẩn vòng điều khiển hở, hiệu chuẩn vịng điều khiển kín hiệu chuẩn trực tiếp; A4 Mô tả đặc điểm sách lược điều khiển nâng cao 4.2 Về kỹ năng: B1 Thực hiệu chuẩn vòng điều khiển hở; B2 Thực hiệu chuẩn vịng kín; B3 Thực vịng điều khiển trực quan B4 Nhận dạng sách lược điều khiển vẽ P&ID 4.3 Về lực tự chủ trách nhiệm: C1 Nhận biết tầm quan trọng việc hiệu chỉnh vòng điều khiển nhà máy sử dụng hệ thống điều khiển tự động hóa; C2 Rèn luyện tính cẩn thận, kiên nhẫn tn thủ an tồn thực cơng việc Chương trình mơ-đun: 5.1 Chương trình khung: Mã MH/MĐ/HP I Tên môn học, mô đun Các môn cương học chung/đại Số tín Thời gian học tập (giờ) Trong Thực hành/ Kiểm tra thực tập/ Tổng Lý thí số thuyết nghiệm/ tập/ LT TH thảo luận 21 435 157 255 15 MHCB19MH02 Giáo dục trị 75 41 29 MHCB19MH04 Pháp luật 30 18 10 MHCB19MH06 Giáo dục thể chất 60 51 75 36 35 MHCB19MH08 Giáo dục quốc phòng An ninh Trang 10 3.5 Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển tỉ lệ Ví dụ điều khiển thiết bị khấy trộn, cần thành phần dòng nguyên liệu thay đổi thành phần sản phẩm khơng cịn tính tốn.Trong tốn điều khiển thiết bị gia nhiệt, nhiệt độ dòng nhiệt nhiệt độ dịng q trình khơng cố định nhiệt độ dịng q trình khỏi thiết bị gia nhiệt không đạt giá trị mong muốn Một giải pháp có ý nghĩa thực tế giá trị đặt điều khiển dịng kiểm sốt (FC2) tính tốn điều chỉnh thường xun điều khiển phản hồi chất lượng (AC); so sánh với dịng khơng kiểm sốt nhân với hệ số tỉ lệ, từ đưa tín hiệu đến thiết bị điều khiển cuối Hình 3-9 minh họa cấu hình kết hợp điều khiển tỉ lệ điều khiển phản hồi cho lò phản ứng Yếu tố ảnh hưởng mạnh tới chất lượng sản phẩm tỉ lệ lưu lượng hai dịng ngun liệu trì vịng phản hồi điều khiển dịng kiểm sốt FC2 Ratio Setpoint AC X SV người vận hành nhập vào FT2 Dòng NH3 (Controlled flow) REACTOR AT FT1 Dòng U-rê (Sản phẩm) Dịng CO2 (Wild flow) Hình 3-9: Sơ đồ P&ID điều khiển thiết bị khuấy trộn sách lược điều khiển phản hồi kết hợp với sách lược điều khiển tỉ lệ Bài 3: Các sách lược điều khiển nâng cao Trang 68 3.6 Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng + Feedforward Signals Feedback signal TC Dòng TH1 TT TC CV FT FT TT Dòng dầu thơ TC1 Dịng dầu sau gia nhiệt TC2 Dịng sau trao đổi nhiệt TH2 Hình 3-10: Sơ đồ P&ID điều khiển tầng kết hợp truyền thẳng cho thiết bị gia nhiệt  TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 3: Điều khiển truyền thẳng (Feedforward control) Điều tỉ lệ (Ratio control) Điều khiên tầng (Cascade control) Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển tỉ lệ Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng  CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 3: Sử dụng vẽ P&ID sau để trả lời câu hỏi: Câu 1: Bộ điều khiển có tín hiệu ngõ khí nén? a b c d #1 #2 #6 #5 Khơng có điều khiển Câu 2: Bộ điều khiển phần vòng điều khiển tầng? a Bộ điều khiển #3 b Bộ điều khiển #5 c Bộ điều khiển #6 d Không Bài 3: Các sách lược điều khiển nâng cao Trang 69 Câu 3: Hoạt động bơm “Weigh Tank Pump” điều khiển a Bộ điều khiển #6 b Những công tắc xác định trọng lượng bồn c Công tắc “Start/Stop” d Vòng điều khiển mà sử dụng itns hiệu ngõ vào từ cảm biến mức kiểu Radar lắp bồn dự trữ (Storage tank) Câu 4: Nếu lưu lượng chất lỏng A chảy vào thiết bị trao đổi nhiệt 30 lbs/min người vận hành a Mở thêm van điều khiển #2 để tăng lưu lượng dòng b Giảm mức chất lỏng bồn dự trữ c Đóng bớt van điều khiển #1 để lưu lượng chất lỏng B đạt 60 lbs/min d Mở thêm van điều khiển #1 để lưu lượng chất lỏng B đạt 15 lbs/min Câu 5: Tại cảm biến chênh áp sử dụng để xác định mức chất lỏng lị phản ứng? a Vì lị phản ứng kín có chứa khí b Vì cảm biến nhiệt TC sử dụng để đo nhiệt lị phản ứng c Vì phần vịng điều khiển có phần tử điều khiển cuối sử dụng khí nén d Vì Setpoint điều khiển #6 khí nén có đơn vị psi Câu 6: Hãy cho biết sách lược điều khiển sử dụng để điều khiển nhiệt độ lò phàn ứng (Reactor)? a Sách lược điều khiển phản hồi b Sách lược điều khiển tầng c Sách lược điều khiển tỉ lệ d Sách lược điều khiển truyền thẳng Câu 7: Hãy cho biết sách lược điều khiển sử dụng để điều khiển lưu lượng dẫn đến thiết bị trao đổi nhiệt (Heat exchanger)? a Sách lược điều khiển phản hồi b Sách lược điều khiển tầng c Sách lược điều khiển tỉ lệ d Sách lược điều khiển truyền thẳng Bài 3: Các sách lược điều khiển nâng cao Trang 70 Bài 3: Các sách lược điều khiển nâng cao Trang 71 BÀI 4: HIỆU CHUẨN VÒNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN DCS CENTUM VP GIỚI THIỆU BÀI 4: Bài cung cấp nội dung vận hành các trình điều khiển chế độ tay MANUAL, chế độ tự động - AUTOMATIC chế độ tầng - CASCADE hệ thống điều khiển phân tán CENTUM VP (DCS) hãngYokogawa nhà máy công nghiệp trình Việt Nam nhiều nước giới sử dụng Hệ thống điều khiển phân tán DCS Centum VP hệ thống mô thật q trình điều khiển biến q trình thơng dụng lưu lượng, nhiệt độ, áp suất mức với sách lược điều khiển khác thể qua lab Người học vận hành để tìm thông số P, I D điều khiển tuning thông số phương pháp hiệu chuẩn vòng điều khiển hở vòng điều khiển kín MỤC TIÊU CỦA BÀI LÀ: Sau học xong này, người học có khả năng: Về kiến thức: + Trình bày phương pháp hiệu chỉnh vòng điều khiển hở theo định luật Ziegler & Nichols; + Trình bày phương pháp hiệu chỉnh vịng điều khiển kín (phương pháp xác định chu kỳ tới hạn) Về kỹ năng: + Tính tốn thơng số: hệ số khuếch đại, thời gian chết số thời gian hiệu chỉnh vòng điều khiển phương pháp hiệu chỉnh vịng hở; + Tính tốn chu kỳ tới hạn dải tỉ lệ tới hạn hiệu chỉnh vòng điều khiển phương pháp hiệu chỉnh vịng kín; + Vận hành hệ thống điều khiển thơng số tìm tiến hành việc hiệu chỉnh thông số này; Về lực tự chủ trách nhiệm: + Nhận biết tầm quan trọng việc hiệu chỉnh vòng điều khiển nhà máy sử dụng hệ thống điều khiển tự động hóa; + Rèn luyện tính cẩn thận, kiên nhẫn tn thủ an tồn thực cơng việc PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 4: Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển DCS Centum VP Trang 72 Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề) Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 4) trước buổi học ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 4: Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: phịng DCS Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu thiết bị dạy học khác Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, tài liệu liên quan, loại trang thiết bị bảo hộ cá nhân Các điều kiện khác: khơng có KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 4: Nội dung: Kiến thức: Kiểm tra đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức Kỹ năng: Kiểm tra đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kỹ Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập Phương pháp: Điểm kiểm tra thường xuyên: không Kiểm tra định kỳ lý thuyết/thực hành: 02 thực hành NỘI DUNG BÀI 4: 4.1 Hiệu chỉnh vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vòng điều khiển hở (LAB 1) Lưu lượng cần coi biến trình có ảnh hưởng đáng kể lên q trình cơng nghệ, đặc biệt với ngành công nghiệp thượng nguồn mà hầu hết vật liệu thô họăc chất lỏng, chất khí, chẳng hạn nhà máy lọc hóa dầu, nhà máy phân tách khí, nhà máy olefin v.v… Không ngành công nghiệp thượng nguồn mà ngành công nghiệp khác sử dụng vật liệu thô để tạo sản phẩm ví dụ kiểu hạt nhựa khác nhau, sợi nhân tạo, cao su nhân tạo, dung môi chất Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển DCS Centum VP Trang 73 màu Các lý lưu lượng điều khiển trao đổi khối lượng, trao đổi nhiệt trao đổi lượng, thí dụ, sản xuẩt nước cho trình chưng cất, trình thu nhiệt phản ứng truyền động tuabin nước máy phát 4.1.1 Xác định thông số: hệ số khuếch đại (KP), thời gian chết (LP), số thời gian (τP) Xây dựng đường cong đáp ứng điểm làm việc khác 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% 80% cách QUI TRÌNH THỰC HIỆN: Bước 1: Bắt đầu cửa sổ đồ họa ‘LAB1’ Nhắp đúp chuột vào FIC011 FIC012 để gọi cửa sổ Tuning FIC011 FIC012 Bước 2: Đặt FIC011 FIC012 chế độ MAN cách di chuyển trỏ tới ‘MODE’ nhấn vào ‘MAN’ thay đổi chế độ Faceplate FIC011/FIC012 Nhắp vào mode chọn cho chế độ tay xác nhận Bước 3: Đặt MV(FIC011) / MV(FIC012) 20% khởi động bơm P1 Bước 4: Điều chỉnh tín hiệu MV(FIC011) / MV(FIC012) PV(FIC011) / PV(FIC012) ổn định 20% Ghi giá trị PV(FIC011) / PV(FIC012) MV(FIC011) / MV(FIC012) vào bảng 4-1 Bước 5: Nhắp vào biểu tượng lưu đồ thị Tuning Panel: FIC011 / FIC012 để lưu Tuning Panel Bước 6: Áp dụng thay đổi bước, tăng MV(FIC011) / MV(FIC012) thêm 5% Bước 7: Theo dõi đáp ứng PV đồ thị Sau tín hiệu PV (FIC011) / PV (FIC012) dịch chuyển tới trạng thái ổn định mới, nhắp vào biểu tượng “Dừng” để theo dõi đáp ứng Bước 8: Nhắp vào biểu tượng để in đồ thị đáp ứng PV MV Bước 9: Tính tốn ∆MV, ∆PV, hệ số khuếch đại - 𝐾𝐾𝑃𝑃 , thời gian chết − 𝑡𝑡𝑑𝑑 lấy từ đồ thị Ghi kết vào bảng 4.1 Bước 10: Thực qui trình tương tự từ bước tới bước để tìm đường cong đáp ứng điểm vận hành khác 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50% Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển DCS Centum VP Trang 74 Điểm khảo sát (%) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 10 65 Stt 𝑹𝑹𝑴𝑴% 𝑷𝑷𝑴𝑴% 𝑹𝑹𝑴𝑴 + 𝟓𝟓(%) ∆𝑹𝑹𝑴𝑴 ∆𝑷𝑷𝑴𝑴 𝑲𝑲𝑷𝑷 𝒕𝒕𝒅𝒅 (s) Bảng 4-1: Bảng ghi kết theo phương pháp hiệu chuẩn vòng hở 4.1.2 Xác định P, I D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển hở Sử dụng cơng thức bảng 2-1 để tìm thông số cài đặt cho điều khiển chế độ: P, PI PID sau: Chế độ điều khiển P PI PID 𝑲𝑲𝑷𝑷 𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑑𝑑 𝐾𝐾 0.9𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑑𝑑 𝐾𝐾 1.2𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑑𝑑 𝐾𝐾 𝑷𝑷𝑷𝑷 𝑻𝑻𝑰𝑰 𝑹𝑹𝑷𝑷𝑹𝑹 100% 𝐾𝐾𝑃𝑃 3.33𝑡𝑡𝑑𝑑 3.33𝑡𝑡𝑑𝑑 100% 𝐾𝐾𝑃𝑃 100% 𝐾𝐾𝑃𝑃 ∞ 2.0𝑡𝑡𝑑𝑑 2.0𝑡𝑡𝑑𝑑 𝑻𝑻𝑫𝑫 0 0.5𝑡𝑡𝑑𝑑 4.1.3 Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với thông số P, I, D tìm phần 4.1.2 Bước 1: Đặt FIC011 / FIC012 chế độ tay MANUAL Bước 2: Đặt SV (FIC011) / SV(FIC012) = 20% Bước 3: Nhập giá trị P, I, D điều khiển FIC011 / FIC012 chế độ điều khiển kiểu P Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển DCS Centum VP Trang 75 Bước 4: Chỉnh MV(FIC011) / MV(FIC012) PV(FIC011) / PV(FIC012) ổn định SV (FIC011) / SV(FIC012) Bước 5: Chuyển FIC011 / FIC012 sang chế độ tự động AUT Bước 6: Tăng SV (FIC011) / SV(FIC012) thêm 5% Bước 7: Theo dõi đáp ứng MV PV chúng ổn định trạng thái, dừng đồ thị nhắp vào biểu tượng để in đồ thị Bước 8: Thực qui trình tương tự từ bước tới cho điểm vận hành 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50% Theo dõi đáp ứng q trình thơng số PID từ thuật toán kiểu P sử dụng Bước 9: Thực qui trình tương tự từ bước1 tới cho điểm vận hành 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50% Theo dõi đáp ứng q trình thơng số PID từ thuật toán kiểu PI sử dụng Bước 10: Thực qui trình tương tự từ bước tới cho điểm vận hành 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50% Theo dõi đáp ứng q trình thơng số PID từ thuật tốn kiểu PID sử dụng Bước 11: Từ bảng kết tính tốn P, I D, chọn giá trị P thấp sử dụng thuật toán điều khiển kiểu P để kiểm tra tính ổn định điều khiển trình điểm vận hành 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50% Bước 12: Từ bảng kết tính tốn P, I D, chọn giá trị P cao sử dụng thuật toán điều khiển kiểu P để kiểm tra tính ổn định điều khiển q trình điểm vận hành 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50% 4.1.4 Hiệu chuẩn thông số điều khiển để đáp ứng ngõ tối ưu Từ kết điều khiển phần 4.1.3 lựa chọn chế độ điều khiển tốt nhất: biến trình ổn định SV (offset = 0) thời gian ổn định nhanh Trên sở tinh chỉnh giá trị P, I D Sau thực điều khiển giá trị khảo sát 50% với thông số P, I D tinh chỉnh theo bước 4.2 Hiệu chuẩn vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vịng điều khiển kín (LAB 2) 4.2.1 Xác định chu kỳ tới hạn (TU) dải tỉ lệ tới hạn (PBU) QUY TRÌNH DỊ TÌM PID Bài 4: Hiệu chuẩn vịng điều khiển DCS Centum VP Trang 76 Bước 1: Bắt đầu cửa sổ Tuning FIC021/FIC022 Nhắp đúp chuột vào FIC021 FIC022 cửa sổ tuning trình bày Bước 2: Đặt FIC021 / FIC022 chế độ MAN cách nhấn vào “MAN” chọn Bước 3: Cài đặt điều khiển FIC021 / FIC022 chế độ P cách nhập thông số I D cửa sổ Tuning 9999 giây giây, giá trị P 100% Bước 4: Đặt MV(FIC021) / MV(FIC022) = 20% khởi động bơm P1 P2 Bước 5: Đặt SV(FIC021)/SV(FIC022) = 20% Bước 6: Điều chỉnh MV(FIC021) / MV(FIC022) PV(FIC021) / PV(FIC022) ổn định 20% Bước 7: Chuyển FIC021/FIC022 sang chế độ tự động - AUT Bước 8: Nhắp vào biểu tượng Tuning Panel: FIC021 / FIC022 để dự trữ Tuning Panel Bước 9: Để theo dõi tác động điều khiển FIC021/FIC022 , tăng SV (FIC021 / FIC022 ) lên thêm 2%, từ 20% lên 22% Bước 10: Theo dõi PV (FIC021 / FIC022 ) SV đột ngột thay đổi Và thực điều kiện sau: a) Nếu đặc tính dao động PV (FIC021) / PV (FIC022) đáp ứng Overdamp Underdamp, đặt FIC021 / FIC022 lại chế độ MAN, giảm P thực lại từ bước đến bước b) Nếu đặc tính dao động PV (FIC021) / PV (FIC022) dao động khơng ổn định có biên độ tăng dần, đặt FIC021 / FIC022 MAN, điều chỉnh MV (FIC021) / MV (FIC022) để đưa PV (FIC021) / PV (FIC022) lại Setpoint, tăng P thực lại từ bước đến bước c) Nếu đặc tính dao động PV (FIC021) / PV (FIC022) dao động hình SIN với biên độ không đổi, chuyển bước sang bước Bước 11: Nhắp vào biểu tượng để theo dõi đáp ứng Bước 12: Nhắp vào biểu tượng để in đường đáp ứng PV Bước 13: Tìm chu kỳ dao động (𝑃𝑃𝑈𝑈 ) theo đơn vị giây viết vào bảng 4.2 Bước 14: Ghi lại thông số P PV (FIC021) / PV (FIC022) dao động với biên độ không đổi vào cột PBU Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển DCS Centum VP Trang 77 Bước 15: Tính PB(s), TI(s) TD(s) sử dụng thuật toán điều khiển P, PI PID Bước 16: Sử dụng thông số PID kiểu P, tính từ bảng 4.2, để điều khiển q trình điểm làm việc đơn lẻ Thực qui trình tương tự từ bước tới bước 10 Bước 17: Sử dụng thơng số PID kiểu PI, tính từ bảng 4.2, để điều khiển trình điểm làm việc đơn lẻ Thực qui trình tương tự từ bước tới bước 10 Bước 18: Sử dụng thơng số PID kiểu PID, tính từ bảng 4.2, để điều khiển trình điểm làm việc đơn lẻ Thực qui trình tương tự từ bước tới bước 10 Bước 19: Thực qui trình giống từ bước 16 tới bước 18 cho điểm làm việc khác 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50% 4.2.2 Xác định P, I D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vịng điều khiển kín Sử dụng cơng thức phần 2.3 - hiệu chuẩn vịng điều khiển kín phương pháp chu kì tới hạn để tính P, I D áp dụng cho hiệu chuẩn vòng điều khiển kín TT Giá trị trạng thái ổn định PVi MVi (%) (%) Hệ số dao động 𝑃𝑃𝑈𝑈 𝑃𝑃𝐵𝐵𝑈𝑈 (s) (%) Thông số Tuning (kiểu P) TD (s) 9999 9999 0 9999 0 9999 0 9999 0 9999 0 9999 0 9999 0 9999 0 10 9999 0 𝑃𝑃𝐵𝐵𝑈𝑈 Pb(%) 2.2 𝑃𝑃𝐵𝐵𝑈𝑈 TI (s) Thông số Tuning (kiểu PID) TI (s) Max i Pb(%) Thông số Tuning (kiểu PI) 𝑃𝑃𝑈𝑈 1.2 TD (s) Pb(%) 1.66 𝑃𝑃𝐵𝐵𝑈𝑈 TI (s) 𝑃𝑃𝑈𝑈 TD (s) 𝑃𝑃𝑈𝑈 Bảng 4-2: Bảng tính thơng số P, I D theo phương pháp hiệu chuẩn vòng kín Bài 4: Hiệu chuẩn vịng điều khiển DCS Centum VP Trang 78 4.2.3 Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với thông số P, I, D tìm phần 4.2.2 Sử dụng PB từ cột kiểu P bảng kết tính có ảnh hưởng thấp trước tác động điều khiển để điều khiển trình điểm vận hành, SV (FIC021) tương đương với 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50%.qui trình tương tự bước tới phần 4.2.2 Sử dụng PB từ cột kiểu P bảng kết tính có ảnh hưởng cao trước tác động điều khiển để điều khiển trình điểm vận hành, SV (FIC021) tương đương với 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50%.qui trình tương tự bước tới phần 4.2.2 So sánh kết từ bước bước Sử dụng PB TI từ cột kiểu PI bảng 4.2 có ảnh hưởng thấp trước tác động điều khiển để điều khiển trình điểm vận hành, SV (FIC021) tương đương với 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50%.qui trình tương tự bước tới bước Sử dụng PB TI từ cột kiểu PI bảng 4.2 có ảnh hưởng cao trước tác động điều khiển để điều khiển trình điểm vận hành, SV (FIC021) tương đương với 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50%.qui trình tương tự bước tới phần 4.2.2 So sánh kết từ bước bước Sử dụng PB, TI TD từ cột kiểu PID bảng 4.2 có ảnh hưởng thấp trước tác động điều khiển để điều khiển trình điểm vận hành, SV (FIC021) tương đương với 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50%.%, qui trình tương tự bước tới bước Sử dụng PB,TI TD từ cột kiểu PID bảng 4.2 có ảnh hưởng cao trước tác động điều khiển để điều khiển trình điểm vận hành, SV (FIC021) tương đương với 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 50%.qui trình tương tự bước tới bước So sánh kết từ bước 4.2.4 Hiệu chuẩn thông số điều khiển để đáp ứng ngõ tối ưu 4.2.5 Điều khiển tỉ lệ: Bước 1: Đặt FIC021) / FIC022 chế độ MAN Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển DCS Centum VP Trang 79 Bước 2: Đặt SV (FIC021) / SV (FIC022) 50% Bước 3: Chỉnh MV (FIC021) / MV (FIC022) PV (FIC021) / PV (FIC022) ổn định SV (FIC021) / SV (FIC022) Bước 4: Đặt thông số PID sử dụng P, I, D từ các tốt từ phần cho FIC021) / FIC022 Bước 5: Đặt SV (FRC023) = 1.0 Bước 6: Đặt FRC023 chế độ tự động Bước 7: Đặt FIC021 chế độ CASCADE Bước 8: Theo dõi đáp ứng PV (FIC021) / PV (FIC022) Bước 9: Thay đổi SV (FRC023) tới 1,5 2,0 Theo dõi đáp ứng xem liệu SV (FIC021) có tỷ lệ thuận với PV (FIC022) tỷ số ấn định từ SV (FRC023) hay không Bước 10: Ghi kết vào bảng 4.3 Stt Hệ số tỉ lệ PV(FIC022) SV(FRC023) 1.0 1.2 1.5 1.7 2.0 SV(FIC021) 𝑺𝑺𝑴𝑴(𝑭𝑭𝑰𝑰𝑭𝑭𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎) Ghi 𝑷𝑷𝑴𝑴(𝑭𝑭𝑰𝑰𝑭𝑭𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎) Bảng 4-3: Bảng kết điều khiển tỉ lệ  TÓM TẮT BÀI 4: 4.1 Hiệu chuẩn vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vòng điều khiển hở 4.1.1 Xác định thông số: hệ số khuếch đại (KP), thời gian chết (LP), số thời gian (τP) 4.1.2 Xác định P, I D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển hở 4.1.3 Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với thông số P, I, D tìm phần 4.1.2 4.1.4 Hiệu chuẩn thông số điều khiển để đáp ứng ngõ tối ưu Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển DCS Centum VP Trang 80 4.2 Hiệu chuẩn vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vịng điều khiển kín 4.2.1 Xác định chu kỳ tới hạn (TU) dải tỉ lệ tới hạn (PU) 4.2.2 Xác định P, I D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển kín 4.2.3 Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với thơng số P, I, D tìm phần 4.2.2 4.2.4 Hiệu chuẩn thông số điều khiển để đáp ứng ngõ tối ưu  CÂU HỎI/BÀI TẬP/THỰC HÀNH CỦNG CỐ BÀI 4: Sinh viên đăng ký với quản lý phòng DCS để thực hành thêm học Các lab vận hành: LAB1, LAB2, LAB LAB4 Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển DCS Centum VP Trang 81 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, Instrumentation Level 4, third edition, published by PEARSON [2] PAControl, 2006, Fundamentals of Pcocess Control, PAControl.com Tài liệu tham khảo Trang 82 ... biệt điều khiển chế độ điều khiển tay (Manual Mode) Khi điều khiển hoạt động chế độ Manual vịng điều khiển kín bị bẻ gãy (trở thành vịng hở - open loop) tín hiệu tự động không đến phần tử điều khiển. .. chuẩn vịng điều khiển, thơng thường phải điều khiển q trình để quan sát đặc tính q trình Việc thực với điều khiển chế độ tự động (vòng điều khiển kín – closed loop) chế độ tay (vịng điều khiển hở... bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Điều khiển trình nâng cao dịch biên soạn dành cho sinh viên hệ cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) Trường Cao Đẳng Dầu Khí thuộc môn học