báo cáo cuối kỳ nhóm 7 mô tả hệ thống pid

Đưa ra các giả thuyết đơn giản hóa cần giải quyết 1.2.3 Phân tích số bậc tự do của mô hình và đánh giá khả năng điều khiển được 1.2.4 Tuyến tính mô hình hóa và đưa về dạng hàm truyền đạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO CUỐI KỲ

NHÓM 7

GVHD: ThS.Nguyễn Phong Lưu SVTH: Lê Thạnh Phát – 211511511

Hoàng Minh Phong – 21151512 Thạch Si Tha – 21151515

Lê Thiên Phú – 211511311

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023

Mục lục Phần 1: Xây dựng mô hình

1.1 Đề bài

1.2 Xây dựng các nội dung

1.2.1 Nhận biết các biến quá trình

1.2.2 Xây dựng các phương trình mô hình Đưa ra các giả thuyết đơn

giản hóa cần giải quyết

1.2.3 Phân tích số bậc tự do của mô hình và đánh giá khả năng điều

khiển được

1.2.4 Tuyến tính mô hình hóa và đưa về dạng hàm truyền đạt 1.2.5 Vẽ sơ đồ khối của hệ thống sử dụng các hàm truyền đạt cho từng

thành phần của hệ thống

Phần 2: Mô tả hệ thống P&ID

2.1 Sơ đồ công nghệ hệ RO công nghiệp

2.2 Cách thức hoạt động của hệ thống

Phần 1: Xây dựng mô hình 1.1 Đề bài

ĐỀ 1

Bài 1:

1.2.1 Nhận biết các biến quá trình

a Các biến quá trình gồm: F1, F , F3 4,T1, T2, T3, T , ω , h4 2 1, V2

Trong đó:

F1: lưu lượng của chất đi qua van 1(m3/s)

F 3 : lưu lượng của chất đi qua van 3(m3/s)

F 4 : lưu lượng của chất tràn ra khỏi bình 2(m /s) 3

ω2: lưu lượng của chất đi qua van 2 (kg/s)

T1: Nhiệt độ của chất tại van 1

T2: Nhiệt độ của chất tại van 2

T3: Nhiệt độ của chất tại van 3

T4: Nhiệt độ của chất tràn ra khỏi bình 2

h1: mực chất lỏng ban đầu tại bình 1

V2: thể tích của bình 2

Các biến quá trình

 Biến vào: F 1 , T , 1 ω2 , T F , T 2 3 3

 Biến ra: h 1 , V 2 , F , T 4 4

 Biến cần điều khiển: F 4 , T 4

 Biến điều khiển: F 1 , F , 3 ω2

 V 2 , h 1 là hằng số

 Biến nhiễu: T 1 , T , T 2 3

1.2.1 Xây dựng các phương trình mô hình Đưa ra các giả thuyết đơn giản hóa cần giải quyết

Các giả thiết đơn giản hóa mô hình:

- Thiết bị khuấy trộn lý tưởng, nhiệt độ và mật độ khối lượng tại mọi

vị trí trong bình chứa nhiệt là như nhau và giống hệt với nhiệt độ

và mật độ dòng ra

- Các thành phần năng lượng khác không đáng kể so với nhiệt lượng, hao phí tỏa nhiệt ra bên ngoài được bỏ qua

- Áp suất và khối lượng riêng của dòng quá trình trước và sau khi khuấy trộn được coi là không đáng kể

Xây dựng phương trình mô hình:

Ta có phương trình cân bằng vật chất:

+ Bình 1:

dV 1

dt =F1−F2

Với V1(m3) là thể tích bình 1: V 1 = A*h 1

là tiết diện của bình 1 (m )A 2

F 2 là lưu lượng thể tích ra: F 2 =

ω2

ρ

ρ: là khối lượng riêng chất lỏng (kg/m )3

 Ad h1

dt =F1 −ω2

+ Bình 2:

d V2

dt=ω2

Ta thiết lập được phương trình cân bằng năng lượng:

+ Đối với bình 1:

d(ρ A h1 ℏ 1)

dt =ρ F1 ℏ 1−ω2 ℏ 2

Mà: ℏ=C P ∗T

C P: là nhiệt dung riêng = const

ℏ: enthalpy

⇒d(ρ A h1C P T2)

⇒d(A h1T2)

dt =F1T1 −ω2

⇒ A h1

dt =F1T1 −

+ Đối với bình 2:

d(ρ V2 ℏ 4)

dt =ω2 ℏ ❑ 2+ρ F3 ℏ 3−ρ F4 ℏ 4

⇒d(ρ V2C P T4)

dt =ω2

Kết luận: Mô hình gồm 4 biến quá trình vi phân độc lập:

Ad h1

dt =F1 −ω2

ρ

d V2

dt =ω2

ρ +F3−F4

A h1

d T2

dt =F1T1 −ω2

V2

d T4

dt=ω2

ρ T2+F3T3−F4T4

1.2.3 Phân tích số bậc tự do của mô hình và đánh giá khả năng điều khiển được

Tổng số biến quá trình là 10, số phương trình là 4

Do đó, số bậc tự do của hệ thống là: 10 – 4 = 6, bằng với số biến vào Mô hình được đảm bảo tính nhất quán

Phân tích các biến vào từ mô hình của hệ thống ta có thể thấy rằng các biến T1, T2, T3 là nhiệt độ của các dòng vào, không thể điều khiển được, và chắc chắn là nhiễu Như vậy trong 6 biến vào, chỉ có F1, ω2, F3 là các biến điều khiển Phân tích các biến ra, ta thấy chúng ta có 4 biến ra bao gồm

F4,T4, h1, V1 trong đó h1, V1 là các hằng số và không cần điều khiển, chỉ còn 2 biến F4,T4 là những biến cần điều khiển.Nhưng vì để h1 =const, thì lưu lượng ra ở bồn 1 bằng với lưu lượng vào bồn 1 Ở đây ta có 2 biến điều khiển là F1, F3 nên có thể điều khiển cả 2 biến F4,T4 Biến F4 đại diện cho năng suất, còn biến T4 đại diện cho chất lượng sản phẩm

1.2.4 Tuyến tính mô hình hóa và đưa về dạng hàm truyền đạt

Để đưa về dạng mô hình truyền đạt, trước tiên ta cần tuyển tính hóa xung quanh điểm làm việc ở trạng thái xác lập, sau đó sử dụng các biến chênh lệch thay cho các biến quá trình thực Ở đây ta sẽ sử dụng ký hiệu ¿ để biểu diễn giá trị của một điểm làm việc tại trạng thái xác lập, và ký hiệu

∆∗ ¿ để biểu diễn biến chênh lệch so với giá trị ở điểm làm việc

Ở trạng thái xác lập ta có:

A d(h1)

dt =F1 −ω2

ρ

d V2

dt =ω2

ρ + F3−F4 =0 ⇒ω2

ρ +F3=F4

Theo cơ chế bình tràn, ta có: ω2

ρ + F3=F4 Lại có h1 = const ⇒ω2

ρ =F1

Do đó:

∆ F1=F1−F1 =ω2

ρ−ω2

ρ =∆ ω2

ρ

∆ F4=F4−F4=F3 +ω2

ρ−ω2

ρ −F3

Ta có:

∆ T1=T1−T1; ∆ T2=T2−T2; ∆ T3=T3−T3; ∆ T4=T4−T4

Áp dụng khai triển Taylor cho (3) tại điểm làm việc ta được:

A h1

d(∆T2)

dt =f(T1,T2, F1)=(∂ f

∂T1

∆ T1 +∂ f

∂T2

∆ T2 +∂ f

∂ F1

∆ F1)

⇔ A h1

d(∆ T2)

dt +F1∆ T2=F1∆T1 +(T1 −T2)∆ F1 Laplace 2 vế ta được:

∆ T2(s)(a h1s +F1)=F1∆ T1( s)+(T1−T2)∆ F1(s )

A h1s +F1

∆ T1(s)+ T1−T2

A h1s +F1

∆ F1(s) (*) Chứng minh tương tự với (4) ta được:

V2s +F1+F3

V2s + F1+F3

V2s + F1+ F3

V2s + F1+ F3

∆ F3( s)

Từ (*) và (**) ta được:

∆ T4(s)=

F1

V2s +F1+ F3

A h1s +F1

V2s + F1+F3

V2s +F1+F3

+

T1−T2

A h1s +F1

V2s +F1+F3 )∗∆ F1(s)+ T3 −

V2s +F

Chọn các thông số

∆ T1 =40; ∆ F1 =20; ∆ T3 =35; ∆ F3 =30; V2 =50; V1 =40; T1 =40;

Mô phỏng ngõ ra của phương trình

Phần 2: Mô tả hệ thống P&ID

2.2 Quy trình hoạt động

Van đầu vào là van tay thủ công HV 107 điều chỉnh lưu lượng khí vào tàu Máy phát áp suất PT 101 đo áp suất đầu vào và gửi tín hiệu điện tỷ lệ thuận với chỉ báo áp suất PI 101 Một máy phát lưu lượng FT 102 đo lưu lượng đầu vào và được gửi đến chỉ báo dòng chảy FI 102 Các hệ thống báo động được sử dụng

để chỉ ra tốc độ dòng chảy Báo động dòng chảy Cao / Thấp FAH 102 và FAL

102 là công tắc Báo động để chỉ ra tốc độ dòng chảy cao hơn và thấp hơn Một van an toàn áp suất PSV 104 để thông hơi áp suất dư thừa cho hệ thống flare Van đầu ra là van tay bằng tay HV 105điều chỉnh lưu lượng khí từ tàu Máy phát áp suất PT 103 đo áp suất bình và gửi tín hiệu điện tỷ lệ đến chỉ báo áp suất PIC 103 Chỉ báo áp suất và bộ điều khiển PIC 103 gửi tín hiệu khí nén để kích hoạt Van điều khiển áp suất PCV 103 Trên P &; ID được phát triển, một hệ thống báo động thiết bị đo đạc được gọi là công tắc báo động áp suất PAH 103 được cung cấp để chỉ ra tín hiệu báo động cho tàu cao Một van một chiều CV

106 trên tiêu đề đầu ra ngăn chặn dòng khí ngược vào tàu Máy phát áp suất PT

108 và chỉ báo áp suất PI 108 sẽ được cung cấp để đo và chỉ ra áp suất của khí ở phía đầu ra