Nghiên cứu nâng cao chất lượng mạch vòng điều chỉnh lưu lượng

Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -1LỜI CAM ðOAN Tên là: Nghiêm Thị Hưng Học viên lớp Cao học khố 12- Tự động hố - Trường ðHKTCN Thái Ngun Xin cam ñoan: ðề tài: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng mạch vịng điều chỉnh lưu lượng” thầy giáo PGS TS Bùi Quốc Khánh hướng dẫn cơng trình tổng hợp nghiên cứu riêng Tất nội dung luận văn ñúng ñề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Các tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm1S Thị Hưng Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -2- MỤC LỤC Lời cam ñoan ……………………………………………………………………….1 Mục lục…………………………………………………………………………… Danh mục chữ viết tắt ………………………………………………………………5 Danh mục hình vẽ đồ thị ……………………………………………………6 Danh mục bảng biểu……………………………………………………………9 Nội dung Trang LỜI MỞ ðẦU 10 Chương Vai trị điều khiển lưu lượng hệ điều khiển q trình 11 1.1 Khái qt chung 11 1.2 Vai trị điều khiển lưu lượng: 11 1.3 Cấu trúc chung điều khiển q trình 15 Chương Vấn ñề ñiều chỉnh lưu lượng 16 2.1 Khái quát chung 16 2.2 Cơ học chất lỏng 17 2.3 ðộng học ñường ống 25 2.3.1 Sơ đồ đường ống 25 2.3.2 Mơ tả tốn học hệ thống 25 2.4 Các phần tử ñiều chỉnh lưu lượng 28 2.4.1 Máy bơm 28 2.4.2 Quạt gió 28 2.4.3 Van điều khiển 29 2.4.3.1 ðịnh nghĩa cấu tạo van 29 2.4.3.2 Phân loại van ñiều khiển 30 2.4.3.3 ðặc tính van ñiều khiển 35 a Kiểu tác ñộng van 35 b ðặc tính thời gian van 36 bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm2S Thị Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -3- c ðặc tính lưu lượng van điều chỉnh 40 d ðặc tính động học van 48 2.4.3.4 Lựa chọn van điều khiển 49 2.4.3.5 Các thơng số van ñiều khiển 50 2.4.3.6 Bộ ñịnh vị van - Servo van 52 2.4.3.7 Servo van nâng cao chất lượng ñiều khiển trình 53 Chương Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạch vịng điều chỉnh lưu 55 lượng giải pháp nâng cao chất lượng 3.1 Giới thiệu chung: 55 3.2 Ảnh hưởng thiết bị ño lưu lượng tới chất lượng mạch vòng ñiều chỉnh 55 3.2.1.Phương pháp đo lưu lượng tần số dịng xoáy 56 3.2.2 Các lưu lượng kế kiểu xoáy hay gặp cơng nghiệp 58 3.2.3 Phương pháp đo lưu lượng cảm ứng ñiện từ 60 3.2.4 Phương pháp ño lưu lượng nghẽn tiêu chuẩn (hay nguyên lý 64 thay ñổi ñộ giảm áp suất) 3.3 Ảnh hưởng van điều khiển tới chất lượng mạch vịng điều chỉnh 3.3.1 Hiện tượng Stiction van ñiều khiển 69 69 3.3.1.1 Giới thiệu chung 69 3.3.1.2 ðề suất ñịnh nghĩa Stiction 72 3.3.2 Quan sát ảnh hưởng tượng Stiction thực tế 3.4 Nâng cao chất lượng mạch vịng điều chỉnh phương pháp bù ảnh hưởng 73 80 3.4.1 Khái quát chung 80 3.4.2 Cấu trúc ñiều khiển lưu lượng 81 3.4.3 Nâng cao chất lượng mạch vịng điều chỉnh 82 3.4.3.1 Phương pháp knocker bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm3S Thị Hưng 82 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -4- 3.4.3.2 Phương pháp bổ sung thêm mạch vòng bù ảnh hưởng 83 tượng Stiction van Chương Mơ đặc tính van điều chỉnh hệ điều khiển q trình 86 4.1 Tham số mô 86 4.2 Kết mô 86 4.2.1 Mơ đặc tính Stiction valve điều khiển 86 4.2.2 Mơ hệ điều khiển q trình với mơ hình van lý tưởng 88 4.2.3 Mơ hệ điều khiển trình với Stiction valve 89 4.2.4 ðiều khiển lưu lượng với phương pháp bù tượng stiction van 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm4S Thị Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -5- I DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CV Biến cần ñiều khiển – Controlled Variable CO Tín hiệu đầu điều khiển – Control Output SP Giá trị ñặt – Set Point MV Biến ñiều khiển – Manipulated Variable QO Mở nhanh – Quick Open EP Phần trăm ñều – Equal percentage FC Van đóng an tồn FO Van mở an tồn R Dải ñiều chỉnh van - Rangeability PV ðại lượng ño - Measured Variable, Process Value PM Tín hiệu đo - Measured Signal, Process Measurement PID Proportional – Integral – Derivative PI Proportional - Integral: Sụt áp van bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm5S Thị Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -6- II DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ Hình Nội dung Trang Hình 1.1 Sơ đồ điều khiển mức 12 Hình 1.2 Hệ thống điều khiển nồng độ 12 Hình 1.3 Hệ thống điều khiển nhiệt độ 14 Hình 1.4 Sơ đồ điều khiển nhiệt độ bình chất lỏng 14 Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc hệ ñiều khiển trình 15 Hình 2.1 Một số cấu trúc mạch vịng điều khiển lưu lượng 16 Hình 2.2 Mối quan hệ áp suất tuyệt ñối, áp suất gauge áp suất chân khơng 18 Hình 2.3 Dịng chảy tầng 18 Hình 2.4 (a) Dịng chảy tầng; ( b) Dịng chảy rối 21 Hình 2.5 Mơ tả phương trình vật lý quan trọng Bernoulli 23 Hình 2.6 Sơ đồ đường ống 25 Hình 2.7 Cấu trúc van điều khiển 30 Hình 2.8 Van trượt van xoay 32 Hình 2.9 Van cầu 32 Hình 2.10 Các phận & phụ kiện van cầu 33 Hình 2.11 Van bướm 33 Hình 2.12 ðiều chỉnh góc mở cửa van 34 Hình 2.13 Van bi 34 Hình 2.14 Kiểu tác động van 36 Hình 2.15 Hiện tượng deadband 36 Hinh 2.16 Ảnh hưởng deadband ñến hiệu suất van 38 Hình 2.17 Thời gian Td τν van 39 Hình 2.18 Tóm tắt thời gian đáp ứng van 39 Hình 2.19 Cấu trúc van ñiều khiển 40 bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm6S Thị Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -7- Hinh 2.20 ðường cong đặc tính van 42 Hình 2.21 Mơ hình lắp van điều chỉnh đường ống 43 Hình 2.22 ðặc tính van tuyến tính bị biến dạng thay đổi độ giảm áp 45 Hình 2.23 ðặc tính lưu lượng thực tế van cân % 46 Hình 2.24 Tuyến tính hố đặc tính điều khiển van 47 Hình 2.25 ðặc tính chia với hệ số điều chỉnh z khác 47 Hình 3-1 Dịng xốy xuất sau vật cản 56 Hình 3-2 Phương pháp đo lưu lượng dịng xốy 56 Hình 3-3 Trị số Strouhal hàm trị số Reynolds 57 Hình 3-4 Nguyên lý làm việc lưu lương kế kiểu xốy 58 Hình 3-5 Quan hệ trị số Reynolds trị số Strouhal 59 Hình 3-6 Nguyên lý tạo xốy 59 Hình 3-7 Cấu trúc lưu lượng kế xốy 59 Hình 3-8 Cấu hình phần cứng 60 Hình 3-9 a Ngun tắc đo lưu lượng hiệu ứng cảm ứng ñiện từ 61 b Mạch ñiện thay Hình 3-10 Từ trường xung chiều 63 Hình 3-11 Cảm biến ño lưu lượng cảm ứng ñiện từ 63 Hình 3-12 Lưu lượng kế chênh áp Q1=Q2, vận tốc dòng chảy phải tăng A2 gây chênh áp P1 P2 64 Hình 3-13 Biểu đồ phân bố áp suất dọc ống lắp vào ống lưu lượng kế 67 Hình 3-14 ðồ thị ñánh giá ñộ tụt áp suất theo m loại ống khác 67 Hình 3-15 Bố trí van 68 Hình 3-16 ðường ống với vịi cho chất khí ngưng 68 Hình 3-17 Cấu trúc van điều khiển 69 Hình 3-18 Mơ hình Hysteresis, Deadband, Deadzone 70 Hình 3-19 72 Hiện tượng Stiction van bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm7S Thị Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -8- Hình 3-20 ðiều khiển mức thiết lập cơng nghiệp 74 Hình 3-21 Dữ liệu từ vòng lặp lưu lượng nhà máy lọc dầu 75 Hình 3-22 75 Dữ liệu từ vòng lặp lưu lượng nhà máy lọc dầu Hình 3-23 Dữ liệu vịng điều khiển nhiệt độ buồng sấy cơng nghiệp 76 Hình 3-24 ðáp ứng vịng lặp mở mơ hình khí 78 Hình 3-25 ðáp ứng vịng kín mơ hình khí 79 Hình 3-26 Hiện tượng Stiction van 80 Hình 3-27 Sơ ñồ cấu trúc ñiều khiển lưu lượng 81 Hình 3-28 Sơ đồ cấu trúc điều khiển mức 81 Hình3-29 82 Ảnh hưởng tượng stiction đến hệ ñiều khiển trình Hình 3-30 Cấu trúc phương pháp Knocker 82 Hình 3-31 Hình dạng xung điều khiển 83 Hình 3-32 Cấu trúc phương pháp bù 84 Hình 4-2 Mơ hình mơ stiction valve 87 Hình 4-3 Mơ tượng Stiction valve 87 Hình 4-4 Sơ ñồ khối mô matlab/ Simulink ñiều chỉnh lưu lượng 88 Hình 4-5 Sơ đồ khối mơ matlab/ Simulink điều chỉnh mức 88 Hình 4-6 Tín hiệu đặt tín hiệu thực đáp ứng lưu lượng 88 Hình 4-7 Tín hiệu đặt tín hiệu thực đáp ứng mức 89 Hình 4-8 Sơ đồ khối mơ Stiction valve cho điều khiển lưu lượng 89 Hình 4-9 Sơ đồ khối mơ Stiction valve cho điều khiển mức 89 Hình.4-10 Tín hiệu trước sau khối stiction điều khiển lưu lượng 90 Hình 4-11 ðáp ứng lưu lượng 90 Hình.4-12 Tín hiệu trước sau khối stiction điều khiển mức 91 Hình 4-13 ðáp ứng mức 91 Hình 4-14 Sơ đồ khối mơ tín hiệu lý tưởng ñiều khiển lưu lượng 92 bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm8S Thị Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -9- Hình 4-15 Sơ đồ khối mơ tín hiệu lý tưởng điều khiển mức 92 Hình 4-16 Mơ tín hiệu lý tưởng điều khiển lưu lượng 92 Hình 4-17 Mơ tín hiệu lý tưởng điều khiển mức 93 Hình 4-18 Tín hiệu trước sau khối stiction điều khiển lưu lượng 93 Hình 4-19 Tín hiệu trước sau khối stiction ñiều khiển mức 94 III DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1 Hướng dẫn chọn đặc tính lưu lượng điều khiển mức 50 Bảng 2-2 Hướng dẫn chọn đặc tính lưu lượng theo cấu ñiều khiển lưu lượng 50 Bảng 2.3 Các giá trị Cv ñối với dải thường dùng loại van ñiều chỉnh 51 Bảng 3.1 Giá trị ma sát sử dụng mơ hình vật lý van 78 bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm9S Thị Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -10LỜI MỞ ðẦU Hệ thống ñiều khiển tự ñộng ngày ñã phổ biến hầu hết lĩnh vực công nghệ phát triển song song với kỹ thuật tiên tiến khác ñiện - ñiện tử máy tính ðiều khiển tự ñộng ñã ñược ứng dụng vào nhiều ngành khác nhiều hệ thống ñiều khiển khác ñã ñược đời, ví dụ điều khiển q trình công nghiệp chế biến, khai thác lượng, v.v Ngày nay, nhà máy công nghiệp hệ thống điều khiển giám sát thành phần khơng thể thiếu Các hệ thống ñiều khiển giám sát ñược sử dụng lĩnh vực có số ñặc thù chung ñược gọi hệ thống ñiều khiển trình (Process Control System - PCS) Vì vậy, hệ thống điều khiển q trình bao gồm bốn yếu tố cần thiết: ño lường, ñiều khiển, vận hành giám sát Trong hệ thống điều khiển q trình, phần tử cuối thiết bị chấp hành xác ñịnh ñầu ñiều khiển Các phần tử van điều khiển, thiết bị chuyển ñổi on - off, ñược dùng phổ biến hầu hết vịng điều khiển cơng nghiệp van điều khiển Van điều khiển phận ñịnh hoạt ñộng ñiều khiển có xác khơng Do đó, nói van ñiều khiển thiết bị chấp hành quan trọng phổ biến hệ thống ñiều khiển trình, cho phép điều chỉnh lưu lượng mơi chất qua đường ống dẫn Thực tế, có nhiều nghiên cứu van ñiều khiển ñi sâu giải tượng ma sát tĩnh van (Stiction valve) hạn chế Trong phạm vi luận văn với ñề tài: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng mạch vòng ñiều chỉnh lưu lượng” tập trung nghiên cứu vấn ñề van ñiều khiển, tượng Stiction van ñưa giải pháp nhằm nâng cao chất lượng hệ điều khiển q trình Tồn luận văn trình bày làm chương: Chương Vai trị điều khiển lưu lượng hệ điều khiển q trình Chương Vấn đề điều chỉnh lưu lượng Chương Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạch vịng điều chỉnh lưu lượng giải pháp nâng cao chất lượng Chương Mô ñặc tính van ñiều chỉnh hệ ñiều khiển trình ðược hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo PGS TS Bùi Quốc Khánh, em hồn thành luận văn ñáp ứng ñầy ñủ yêu cầu ñề tài Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi số thiếu sót định Em mong nhận đóng góp thầy bạn đồng nghiệp để luận văn em hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Học viên Nghiêm Thị Hưng 10SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -82- 3.4.3 Nâng cao chất lượng mạch vịng điều chỉnh Trong hệ điều khiển q trình quan sát thấy van ñược sử dụng nhiều sản xuất trình làm việc tượng Stiction valve thường xảy sụt áp van, hệ số khuếch ñại thay ñổi Stiction ngăn cản chất lượng q trình điều khiển chất lượng van ñiều khiển Ảnh hưởng tượng ñến hệ ñiều khiển trình ñược ñưa hình (3-28) Như vậy, vấn đề đặt nâng cao chất lượng mạch vịng điều chỉnh ta phải giảm tối đa ảnh hưởng Stiction đến van Hình 3-29 Ảnh hưởng tượng stiction ñến hệ ñiều khiển trình [13] 3.4.3.1 Phương pháp knocker Trong phần ñưa số phương pháp phù hợp ñể bù ảnh hưởng Stiction valve Các phương pháp tiếp cận Kayihan Doyle III (2000) thuật tốn đầu tiên, với thuật tốn địi hỏi mơ hình van mơ hình nhà máy Vì vậy, việc ứng dụng bị hạn chế Phương pháp Hagglund (2002) ñề xuất cộng thêm xung ngắn (knocker) bù thêm vào tín hiệu điều khiển Knocker uk ys Controller uc(t) Σ Process Hình 3-30 Cấu trúc phương pháp Knocker [10] 82SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn y Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -83- - Tín hiệu điều khiển: u(t) = uc(t) + uk(t) Trong đó: uc(t): ñầu ñiều khiển uk(t)= f (a, τ, hk): xung bù thêm a: biên ñộ; hk: chu kỳ; τ: độ rộng xung hk a τ Hình 3-31 Hình dạng xung ñiều khiển [10] asign(uc (t ) − uc (t p ))  uk (t ) =  0  t ≤ t p + hk +τ t > t p + hk +τ - Srinivasan & Rengaswamy (2005) ñề xuất cách bù mới: thuật toán ñiều chỉnh knocker: u(t) = uc(t) + f(t) Trong đó: uc(t): đầu ñiều khiển f(t): xung bù thêm f(t) = f(t) = |uc(t)| + d f(t+1) = - u(t + 1) 3.4.3.2 Phương pháp bổ sung thêm mạch vòng bù ảnh hưởng tượng Stiction van Mục tiêu phương pháp: để điều chỉnh tín hiệu đưa vào cấu chấp hành bám theo tín hiệu mong muốn điều chỉnh cung cấp, có nghĩa khử tượng Stiction van 83SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật ysp -84- uc(t) K p (1 + Controller ) Ti s Stiction valve ucr y process PI Hình 3-32 Cấu trúc phương pháp bù Nhiệm vụ phương pháp: Dùng ñiều khiển PI ñể khử nhiễu tác ñộng, ñể tín hiệu điều khiển thực tế đạt mong muốn: ucr = uc(t) 84SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -85- Kết luận chương Trong chương trình bày ảnh hưởng thiết bị ño van ñiều khiển tới chất lượng mạch vịng điều chỉnh tìm phương pháp ñể nâng cao chất lượng: Ảnh hưởng thiết bị ño lưu lượng tới chất lượng mạch vịng điều chỉnh Một thơng số quan trọng q trình cơng nghệ lưu lượng chất chảy qua ống dẫn Lưu lượng vật chất số lượng chất vận chuyển ñơn vị thời gian…Như với phương pháp ño lưu lượng có tính chất, ưu nhược điểm khác nhau: * Phương pháp đo lưu lượng với tần số dịng xốy: kinh tế có độ tin cậy cao: tần số dịng xốy khơng bị ảnh hưởng dơ bẩn, hư hỏng nhẹ vật cản ðường biểu diễn tuyến tính khơng thay ñổi theo thời gian sử dụng Sai số phép ño bé Một tính chất đặc biệt phép đo dịng xốy độc lập với tính chất vật lý mơi trường dịng chảy * Các lưu lượng kế kiểu xoáy: chắn tạo xốy đặt lịng ống dẫn chất lỏng, xốy kiểu Karman xuất xi theo chắn * Phương pháp ño lưu lượng cảm ứng ñiện từ: ñược dùng nơi có áp suất cao nhiệt ñộ cao nơi dễ gây cháy nổ, ngập lụt…Khoảng ño rộng trị số đo khơng bị ảnh hưởng thơng số lưu chất độ nhớt, áp suất, nhiệt độ Tuy nhiên, nhược điểm việc ño ñược phụ thuộc vào mật ñộ ion cần có chất cần đo * Phương pháp đo lưu lượng nguyên lý thay ñổi ñộ giảm áp suất (chênh áp): ðộ chênh áp suất phụ thuộc vào lưu lượng chảy qua ống Với phương pháp ta chọn phương pháp chênh áp, với phương pháp ñể ñược dùng số thiết bị ño lưu lượng, ta cần tính tốn lưu lượng dựa ñộ chênh áp suất, ñiều ñược thực cách quan tâm ñến lượng lưu chất Ảnh hưởng van ñiều khiển tới chất lượng mạch vịng điều chỉnh: tính phi tuyến van điều khiển nguyên nhân gây nên tượng Stiction Với nhiều nghiên cứu, nhiều thảo luận nhà khoa học ñược ñưa từ thực tiễn đề xuất mơ hình liệu, định nghĩa Stiction có liên quan tới van điều khiển Nâng cao chất lượng mạch vịng điều chỉnh phương pháp bù ảnh hưởng ta chọn phương pháp bổ sung thêm ñiều khiển PI ñể triệt tiêu sai lêch tĩnh cho.kết ñạt ñược mong muốn 85SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -86- Chương MƠ PHỎNG ðẶC TÍNH VAN ðIỀU CHỈNH TRONG HỆ ðIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Sự có mặt tính phi tuyến Stiction, dải chết khe hở van ñiều khiển làm giới hạn chất lượng mạch vịng điều khiển Stiction vấn ñề phổ biến van kiểu màng - lò xo mà sử dụng rộng rãi q trình cơng nghiệp Do đó, nội dung trình bày đưa sơ đồ cấu trúc, mơ hình mơ kết mơ đặc tính van đưa phương pháp tăng hiệu suất q trình chất lượng van 4.1 Tham số mô Tham số ñiều chỉnh ñược ñưa ñể ñiều khiển lưu lượng ñiều khiển mức ñược mô Matlab-Simulink: Tham số ñiều chỉnh: Hệ số tỷ lệ Kp Thời gian tích phân Ti (phút) ðiều khiển lưu lượng 0,5 0,3 ðiều khiển mức 30 4.2 Kết mơ 4.2.1 Mơ đặc tính Stiction valve ñiều khiển Do ảnh hưởng tượng Stiction nên quan hệ ñầu vào ñầu qua cấu chấp hành phi tuyến Stiction gây tượng struct, stickband slipjump ñầu vào thay đổi Mơ đặc tính Stiction valve điều khiển liệu 86SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -87- Hình 4-2 Mơ hình mơ stiction valve Kết mơ Hình 4-3 Mô tượng Stiction valve [8] Từ kết mô trên, ta thấy tượng dải chết (deadband) cộng với dải giữ (Stickband) trượt nhảy (Slip-jump) thể rõ ràng Sự xuất chúng làm giảm di chuyển xác van, ví dụ: cần van khơng đáp 87SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -88- ứng tín hiệu đầu từ điều khiển ñịnh vị van Deadband stickband giữ giá trị ñầu không thay ñổi khoảng ñầu vào cho ñến ñầu vào ñạt giá trị định gây đột biến lớn giá trị đầu (slip-jump) 4.2.2 Mơ hệ điều khiển q trình với mơ hình van lý tưởng ðặc tính lưu lượng lý tưởng đặc tính lưu lượng có ñược với ñiều kiện ñộ chênh áp suất trước sau van điều chỉnh khơng đổi lưu lượng thay đổi Hình 4-4 Sơ đồ khối mơ matlab/ Simulink điều chỉnh lưu lượng Hình 4-5 Sơ đồ khối mơ matlab/ Simulink điều chỉnh mức Kết mơ Hình 4-6 Tín hiệu đặt tín hiệu thực ñáp ứng lưu lượng 88SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -89- Hình 4-7 Tín hiệu đặt tín hiệu thực đáp ứng mức Từ kết mơ cho thấy tín hiệu ñầu ñáp ứng mức ñáp ứng lưu lượng bám sát tín hiệu đặt với trường hợp van lý tưởng 4.2.3 Mơ hệ điều khiển q trình với Stiction valve ðể mơ hình gần với thực tế ta có sơ đồ khối mơ sau: Hình 4-8 Sơ đồ khối mơ Stiction valve cho điều khiển lưu lượng Hình 4-9 Sơ đồ khối mơ Stiction valve cho ñiều khiển mức 89SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -90- Kết mơ phỏng: Hình.4-10 Tín hiệu trước sau khối stiction điều khiển lưu lượng Hình 4-11 ðáp ứng lưu lượng 90SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -91- Hình.4-12 Tín hiệu trước sau khối stiction ñiều khiển mức Hình 4-13 ðáp ứng mức ðặc tính dao động hai trường hợp: ñiều khiển mức ñiều khiển lưu lượng ảnh hưởng tượng Stiction valve nên tín hiệu điều khiển bị sai khác so với tín hiệu điều khiển đưa trực tiếp vào cấu chấp hành 4.2.4 ðiều khiển lưu lượng với phương pháp bù tượng stiction van Stiction tượng phổ biến với van ñiều khiển cơng nghiệp Ảnh hưởng làm giảm hiệu suất q trình u cầu cần phải có giải pháp khắc phục ảnh hưởng Stiction ñến trình điều khiển lưu lượng - vấn đề đặt phải giảm tối ña ảnh hưởng Stiction ñến van, tăng hiệu suất trình chất lượng van ðiều tương đương với làm giảm tính phi tuyến van, ñưa van gần lý tưởng 91SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -92- ðể triệt tiêu ảnh hưởng trên, người ta ñưa phương pháp bù cách bổ xung thêm mạch vịng PI vào để triệt tiêu sai lệch tĩnh Hình 4-14 Sơ đồ khối mơ tín hiệu lý tưởng điều khiển lưu lượng Hình 4-15 Sơ đồ khối mơ tín hiệu lý tưởng ñiều khiển mức Tham số ñiều chỉnh bù ảnh hưởng van: Hệ số tỷ lệ Kp 15 Thời gian tích phân Ti (s) 7,5 Kết mơ phỏng: Hình 4-16 Mơ tín hiệu lý tưởng ñiều khiển lưu lượng 92SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -93- Hình 4-17 Mơ tín hiệu lý tưởng điều khiển mức Hình 4-18 Tín hiệu trước sau khối stiction ñiều khiển lưu lượng 93SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -94- Hình 4-19 Tín hiệu trước sau khối stiction ñiều khiển mức Nhờ việc bổ xung ñiều chỉnh PI vào ñiều khiển lưu lượng ñiều khiển mức làm cho tín hiệu ñầu ñiều khiển tín hiệu ñưa ñến ñiều khiển ñối tượng bù bám theo mức ñặt tốt, sai lệch nhỏ, hệ thống ổn ñịnh, cho chất lượng tốt Như vậy, Stiction tượng phổ biến với van điều khiển cơng nghiệp Ảnh hưởng làm giảm hiệu suất q trình u cầu cần phải có giải pháp khắc phục tượng này, tăng hiệu suất trình chất lượng van Trong tốn điều khiển lưu lượng ñiều khiển mức nói trên, ảnh hưởng Stiction, kết trở nên sai lệch khác xa với lý tưởng Một giải pháp ñặt thiết kế vịng điều chỉnh phản hồi dùng điều khiển PI, thơng số PI có kinh nghiệm Như ta thấy, hình kết mơ có dao ñộng nhỏ, nhiên kết ñã ñạt ñược gần với ñặc tính lưu lượng qua van lý tưởng Kết luận chương ðể tối ưu hóa trình, ta phải khắc phục lại ảnh hưởng Stiction, ñiều khiển phản hồi PI ñược thiết kế, đưa đặc tính van gần lý tưởng Kết mơ Matlab-Simulink với lý thuyết, cho kết điều khiển với chất lượng cao kể gặp nhiễu 94SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -95- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận chung Hiện nay, ñối với nhà máy cơng nghiệp đại hệ điều khiển q trình giữ vai trị quan trọng Nó ảnh hưởng lớn ñến chất lượng sản phẩm ñầu ra, hiệu kinh tế hệ thống công nghệ Một hệ ñiều khiển chất lượng cao giúp ổn ñịnh ñược tham số công nghệ yêu cầu q trình sản xuất, đảm bảo cho sản phẩm ñầu ñáp ứng ñược yêu cầu kỹ thuật ñặt Việc nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển q trình u cầu đặt cho nhà máy cơng nghiệp - Luận văn ñã tổng hợp ñược tài liệu ñiều khiển lưu lượng ứng dụng để có nhìn tổng quan điều khiển q trình Cụ thể, nghiên cứu van điều khiển, tượng Stiction để từ tìm cách khắc phục, đưa q trình đạt chất lượng cao - Luận văn hồn thành u cầu đặt tìm giải pháp khả thi để nâng cao chất lượng mạch vòng lưu lượng cơng nghiệp, bổ sung điều chỉnh PI vào mạch vịng điều chỉnh lưu lượng ñiều chỉnh mức - Căn vào kết mô ta thấy: kết ñã ñạt ñược bám theo sát với đặc tính lưu lượng qua van lý tưởng Kiến nghị Do thời gian có hạn nên luận văn dừng lại kết mô phỏng, nhiên kết mơ cho thấy tính ñắn ñề tài cần nghiên cứu Còn nhiều vấn đề liên quan q trình sử dụng cụ thể cần ñược nghiên cứu ñây tảng cho ñề tài bước khai thác thực Ví dụ : - Ảnh hưởng đặc tính van tới điều khiển ñộ PH CSTR - ðộng học thành phần ảnh hưởng đến chất lượng q trình 95SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật -96- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh - Bài giảng “ðiều khiển trình” cho Cao hoc [2] Nguyễn Doãn Phước, Phạm Xuân Minh, “Lý thuyết ñiều khiển phi tuyến”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2003 [3] Nguyễn Phùng Quang, “Matlap & Simulink cho kỹ sư ñiều khiển tự ñộng,” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [4] Hồng Minh Sơn, “Cơ sở hệ thống điều khiển trình”, Nhà xuất Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, 2006 [5] Emerson Process Management, “Control Valve Handbook”, U.S.A, 2005 [6] M A A Shoukat Choudhury, Sirish L Shah, Nina F Thornhill, “Diagnosis of Process Nonlinearities and Valve Stiction”, 6-2007 [7] F Greg Shinskey – “Process Control Systems: Application, Design, And Adjustment” [8] M A A Shoukat Choudhury, Sirish L Shah, Nina F Thornhill, “Modelling valve Stiction” [9] Joseph J.Yamé, Lhoussain El-Bahir, “Teaching Control Valve Friction Using Modeling and Simulation” [10] M Farenzena and J Q Trierweiller - “Modified PI controller for stiction compensation”, Procedings of the 9th International Symposium on Dymaics and Control of Process Systems (DYCOPS 2010), Leuven, Belgium July 5-7,2010, pp 791-796 [11] Tore Hägglund, “A friction compensator for pneumatic control valves”, Jounal of Process Control 12 (2002) pp 897-904 [12] Manabu Kano, Hiroshi Maruta, Hidekazu Kugemoto, Keiko Shimizu Japan “Practical Model and Detection Algorithm for Valve Stiction” [13] Joseph J Yamé, Lhoussain El-Bahir - “Teaching Control Valve Friction Using Modeling and Simulation”, Proceedings of the 2005 American Society for Engineering Education Annual Conference & Exposition [14] Giáo trình “Van cơng nghiệp” - Vinamain.com 96SThị bi Trung tm Hc liu – i hc Thi Nguyn Học viên: Nghiêm Hưng http://www.lrc-tnu.edu.vn