Lò hơi tầng sôi tuần hoàn được sử dụngtrong nhà máy nhiệt điện, có công suất lớn, tận thu than có chất lượng xấu,nhiệt trị thấp, hàm lượng tro cao, tỷ lệ lưu huỳnh cao, nhằm giảm n
Tổng quan về đối tượng công nghệ
Sơ lược về công nghệ và hệ thống điều khiển cấp đá vôi cho lò hơi tầng sôi tuần hoàn trong nhà máy nhiệt điện
1.1 Lò hơi tầng sôi tuần hoà
Hình 1.1 Cấu tạo lò hơi tầng sôi tuần hoàn
Nguyên lý hoạt động của lò hơi tầng sôi dựa trên việc tạo ra một vùng không gian với các hạt rắn như cát, tro, than, và đá vôi được nâng lên và lơ lửng trong buồng đốt nhờ áp lực của dòng không khí Trong quá trình này, lớp nguyên liệu trong buồng đốt giãn nở, làm tăng đáng kể sự tiếp xúc giữa không khí và nhiên liệu Các hạt chuyển động tự do và sôi như chất lỏng, tạo nên hiện tượng tầng sôi hay lớp sôi.
1.2 Công nghệ cấp đá vôi cho lò hơi tâng sôi tuần hoàn
Hệ thống cấp đá vôi vào lò được thiết kế để cung cấp lượng đá vôi phù hợp cho buồng đốt, nhằm khử khí SO2 phát sinh trong quá trình cháy, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường.
Các phản ứng khử SO2 bằng đá vôi trong buồng lửa được mô tả như sau: + Phản ứng nung vôi:
+ Phản ứng với lưu huỳnh:
Phản ứng giữa CaO, O2 và SO2 tạo ra CaSO4 (thạch cao) diễn ra trong buồng đốt khi đá vôi được phun vào, tương tác với SOx sinh ra trong quá trình cháy Kích thước đá vôi phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất và hoạt động kinh tế Nếu đá vôi có kích thước lớn hơn hoặc nhỏ hơn quy định, sẽ gây ra những tác động có hại cho quá trình này.
- Tăng tiêu thụ đá vôi
- Nhiệt độ ghi cao hơn bình thường
- Giảm quá trình truyền nhiệt trong buồng lửa gây nên lợng nỚC phun thừa và nhiệt độ khói thoát cao
- Giảm hiệu suất lò hơi
- Tăng lưu lượng không khí trên mạng phun làm giảm nhiệt độ ghi
- Tăng sản phẩm NOx (tuỳ theo sự giảm hiệu ứng cháy tầng)
Việc sử dụng đá vôi quá mịn có thể làm giảm tuổi thọ thiết bị và giảm lượng tiêu thụ đá vôi, do các hạt đá vôi không có đủ thời gian để tuần hoàn Ngoài ra, tình trạng quá tải hệ thống tro bay có thể phát sinh vấn đề, đặc biệt khi đá vôi không phản ứng khi hòa trộn với nước trong hệ thống không tải nhiệt, dẫn đến việc sinh ra nhiệt thừa.
Lượng đá vôi cần thiết để phản ứng với lưu huỳnh trong nhiên liệu phụ thuộc vào tốc độ cấp nhiên liệu vào buồng đốt, nhiệt độ ghi, cũng như chất lượng và kích thước của đá vôi Trong số các yếu tố này, kích thước đá vôi là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất và đóng vai trò quan trọng trong thiết kế hệ thống.
Tính lượng đá vôi cần thiết
KM s Kg CaCO3/Tấn nhiên liệu
S p - Thành phần lưu Huỳnh trong nhiên liệu tính theo phần trăm khối lượng nhiên liệu.
M s, M CaCO3 là phần tử gam của lưu huỳnh và canxi cacbonat Hệ số khử SO2 trong khói thải, ký hiệu β, thể hiện mức độ cần thiết để giảm SO2 trong khói thải nhằm đạt giới hạn phát thải cho phép, với giá trị nằm trong khoảng từ 0,1 đến 1,0.
K- tỷ lệ CaCO3 nguyên chất trong đá vôi (số thập phân, thường K = (0,8-
Tính Lượng cặn khô thu được trong quá trình xử lý SO2.
G cặn – lượng cặn thu được trong quá trình xử lý, kg/tấn nhiên liệu
Mx - phần tử gam của các chất có ký hiệu cho chỉ số dưới (chân) tương ứng.
Hệ thống cấp đá vôi cho lò hơi tầng sôi tuần hoàn
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống chuẩn bị đá vôi
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống cấp đá vôi
Hệ thống cấp đá vôi được điều khiển như một vòng chính trong toàn bộ hệ thống điều khiển quá trình cháy, tương tự như hệ thống than.
Tốc độ máy cấp đá vôi được điều chỉnh phù hợp với tốc độ cung cấp nguyên liệu, nhằm đảm bảo tỷ lệ giữa nguyên liệu đầu vào và đá vôi đầu vào luôn ổn định.
Hoạt động điều khiển để điều chỉnh lượng đá vôi cấp vào được căn cứ vào bộ cảm biến SO2 trong ống khói lò hơi.
Tốc độ cấp đá vôi vào buồng đốt được điều chỉnh dựa trên tổng lượng nhiên liệu cấp vào Quá trình điều chỉnh này diễn ra từ từ và nhẹ nhàng nhằm duy trì nồng độ SO2 ở mức mong muốn.
Quạt đá vôi 100% công suất là thiết bị quan trọng trong quá trình vận chuyển đá vôi từ máy cấp đến buồng đốt Không khí bên ngoài được lọc qua một hệ thống lọc và tiêu âm, đảm bảo chất lượng không khí Ngoài ra, quạt còn được trang bị bộ tiêu âm ở đầu ra, giúp giảm tiếng ồn trong quá trình hoạt động.
Quạt dự trữ là thiết bị cần thiết khi quạt chính đang trong quá trình bảo dưỡng Mỗi quạt được trang bị một bộ lọc đầu vào nhằm loại bỏ các vật kích thước lớn có thể xâm nhập vào bên trong quạt.
Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, các bộ lọc cần phải được giữ sạch sẽ Nếu phin lọc bị bẩn, áp suất sẽ giảm, dẫn đến việc đá vôi tích tụ trong ống và gây tắc nghẽn.
Các van an toàn được đặt trên các đường ống để đề phòng tình trạng quá áp.
Sự thông gió qua van quay tại đầu ra phễu đá vôi là yếu tố quan trọng để đảm bảo hệ thống cấp đá vôi hoạt động an toàn và liên tục Các điểm thông gió này sẽ được tập trung tại đỉnh kho chứa đá vôi.
Quạt thông gió kho đá vôi hoạt động liên tục để duy trì độ chân không và áp suất âm nhỏ, đảm bảo hệ thống thông gió hoạt động hiệu quả Trước khi thải ra môi trường, không khí từ nóc kho đá vôi sẽ được lọc qua một túi lọc nhỏ Ngoài ra, không khí nén được sử dụng để làm sạch các túi bên trong bộ lọc thông gió.
Khi cần dừng hệ thống đá vôi trong khi lò hơi vẫn đang hoạt động, cần phải đóng các van tách ở buồng đốt Việc này giúp ngăn chặn đá vôi chảy ngược vào đường ống, tránh gây hư hỏng cho hệ thống ống dẫn.
Thiết kế vòng điều khiển đối tượng
Phương thức điều khiển
Hình 2.1.Sơ đồ P&ID Trong đó:
- ST : Cảm biến tốc độ động cơ máy cấp đá vôi (Encoder)
- M : Động cơ cấp đá vôi
- FT : Cảm biến lưu lượng đá vôi
- FIC : Bộ điều khiển và hiển thị lưu lượng đá vôi
- RIC : Bộ điều khiển và hiển thị nồng độ SO2
- SRT: Cảm biến nồng độ SO2
Để điều chỉnh lưu lượng đá vôi trong quá trình cháy, ta sử dụng phương án điều khiển tốc độ động cơ máy cấp đá vôi thông qua van quay và van cấp Hệ thống điều khiển bao gồm hai vòng: vòng trong điều chỉnh lưu lượng đá vôi và vòng ngoài điều chỉnh nồng độ SO2, đảm bảo nồng độ SO2 luôn nằm trong ngưỡng cho phép.
Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc
- z : giá trị đặt đầu vào (nồng độ SO2)
- ɛ = z-y1 : độ chênh lệch điều chỉnh vào - ra
- R1 : bộ điều khiển nồng độ SO2
- u1 : lưu lượng đá vôi cần điều khiển
- R2 : bộ điều khiển máy cấp đá vôi
- u2 : tốc độ máy cấp đá vôi
- y2 : lưu lượng đá vôi cấp vào lò
- y1 : giá trị đáp ứng đầu ra (nồng độ SO2)
1.3 Vận hành hệ thống cấp đá vôi
Sau khi dừng 3 vòi đốt dầu trong 5 phút để ổn định thông số lò, cần cấp đá vôi liên tục nhằm đảm bảo điều kiện phát thải SO2 Mục tiêu là giúp đá vôi nhanh chóng hòa trộn với tầng buồng đốt, từ đó điều chỉnh hiệu quả lượng khí SO2 trong khói thải.
1.3.1 Đảm bảo các điều kiện sau: a, Xác nhận rằng tất cả các van tay đường cấp đá vôi đã mở sau khi đã khởi động các quạt cao áp đá vôi (2/3 quạt) Có 5 điểm cấp đá vôi tường trước của buồng đốt và 4 điểm cấp đá vôi tường sau buồng đốt. b, Lựa chọn bộ cấp đá vôi “HT” ở chế độ PCR. c, Mức bunker đá vôi đảm bảo (không báo ở mức LL).
- Đợi 5 phút trước khi khởi động các van quay Khởi động van quay đá vôiA2 và van quay đá vôi B2 theo chiều thuận (FWD)
- Khởi động van cấp quay đá vôi A1 và van cấp quay đá vôi B1 theo chiều thuận (FWD).
Điều chỉnh cả hai bộ điều khiển tốc độ van cấp đá vôi A1 và B1 là rất quan trọng Khi tăng lượng đá vôi cho đường A và B, cần giám sát áp lực đường ống cấp đá vôi, đảm bảo không vượt quá 0,4 kg/cm2 Giá trị này là điểm dừng tác động của van cấp quay Nếu áp lực đạt đến mức này, van cấp quay sẽ dừng lại do liên động.
- Nếu áp lực trong đường cấp giảm sau đó, khởi động lại các van cấp quay.
- Nếu áp lực trong đường cấp không giảm thì phải dừng đường cấp đá vôi đó để kiểm tra và xử lý.
1.3.2 Logic bảo vệ tác động
- Bảo vệ quá tải, ngắn mạch động cơ van cấp, van quay đá vôi;
- Lỗi cảm biến tốc độ động cơ van quay, van cấp;
- Lỗi biến tần điều khiển tốc độ động cơ van quay, van cấp;
- Áp lực đường ống cấp đá >0.4kg/cm2;
- Mức đá trong bunker chứa ở mức thấp (LL).
Lựa chon thiết bị
Hệ thống cung cấp đá vôi bao gồm một dãy băng tải có công suất 100 t/h, với khả năng lưu trữ lên đến 10,400 tấn đá vôi Khối lượng này đủ để cung cấp đá vôi cho nhà máy trong 14 ngày khi hoạt động ở công suất tối đa.
Máy cấp đá vôi kiểu quay (Limestone rotary feeder)
Hình 2.3 Cấu trúc máy cấp đá vôi kiểu quay
Hình 2.4 Máy cấp đá vôi kiểu quay RVS/C 40 30RPM
Thông số chi tiết RVS/C 40 30RPM
Công suất 1.5 T/h Động cơ: 1.5kW / 380V / 1400rpm
Trục cấp liệu: 4 – 20RPM, 5 – 80 ltr/m
2.2 Biến tần Để điều chỉnh lượng đá vôi cấp vào lò thì người ta thay đổi công suất của máy cấp đá vôi, bằng cách thay đổi tốc độ của động cơ Có nhiều phương pháp để thay đổi tốc độ của động cơ nhưng trong nhà máy nhiệt điện thì sử dụng phương pháp biến tần.
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều từ tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.
Nhà máy yêu cầu máy cấp đá vôi có công suất 1.5 kW, do đó, chúng ta lựa chọn biến tần MICROMASTER 440 với model 6SE6440-2UD23-0BA1.
Hình 2.5 MICROMASTER 440 Model 6SE6440-2UC22-2BA1
Thông số của biến tần:
Dải điện áp đầu vào : 200V đến 240V
Tần số đầu vào : 47 đến 63 Hz
Tần số đầu ra : 0 đến 650 Hz
Hiệu suất chuyển đổi : 96 đến 97%
Tần số xung : 2 kHz đến 16 kHz Độ phân giải điểm đặt : 10 bit analog : 0,01 Hz giao tiếp nối tiếp ( mạng); 0,01 Hz digital
Các đầu vào số : 6 đầu vào số lập trình được, cách ly Có thể chuyển đổi PNP/NPN
Các đầu vào tương tự : 0 tới 10V, 0 tới 20mA
Các đầu ra relay : tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A ( tải trở ), 250VCA/2A ( tải cảm )
Các đầu ra tương tự : 0,25 – 20mA
Cổng giao tiếp nói tiếp RS-485, vận hành với USS protocol
2.3 Cảm biến nồng độ SO 2
Sử dụng máy phân tích nồng độ SO 2:
Hình 2.6 Model-APSA-370 Sulfur Dioxide Analyzer
Giao tiếp: RS232/RS485, hỗ trợ USB, Mosbus RTU
Cảm biến tốc độ là thiết bị đo lường hoạt động dựa trên nguyên tắc xác định tần số xuất hiện của một điểm cố định trên trục quay Có nhiều phương pháp khác nhau để xác định tần số quay của điểm này trên trục.
Tại các nhà máy nhiệt điện, tốc độ quay của động cơ điện thường được đo bằng tốc độ kế xung Loại thiết bị này có cấu tạo đơn giản, chắc chắn và khả năng chịu đựng tốt trong môi trường độc hại Tốc độ kế xung còn có khả năng chống nhiễu và suy giảm tín hiệu cao, đồng thời dễ dàng biến đổi tín hiệu sang dạng số.
Tùy thuộc vào bản chất của vật quay và dấu hiệu mã hóa trên vật đó, người ta sẽ chọn loại cảm biến phù hợp, chẳng hạn như tốc độ kế từ trở biến thiên hoặc tốc độ kế quang.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
Cảm biến từ trở biến thiên bao gồm một cuộn dây với lõi sắt từ và một nam châm vĩnh cửu đối diện với đĩa quay làm bằng vật liệu sắt từ có khía răng Khi đĩa quay, từ thông trong cuộn dây sẽ thay đổi, dẫn đến sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng trong dây, có tần số tỉ lệ với tốc độ quay.
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Tần số suất điện động trong cuôn dây được xác định bằng biểu thức: f = pn
Trong đó : p – số răng trên đĩa n – số vòng quay của điã
Biên độ E của suất điện động trong cuộn dây phụ thuộc vào 2 yếu tố :
Khoảng cách giữa cuộn dây và đĩa quay : khoảng cách càng lớn thì E càng nhỏ
Tốc độ quay : tốc độ quay càng lớn E càng lớn Khi tốc độ quay nhỏ, biên độ
E rất bé và khó phát hiện, do vậy tòn tại một vùng tốc độ quay không thể đo được, người ta gọi vùng này là vùng chết.
Trong nhà máy nhiệt điện thì dùng tốc độ kế từ trở biến thiên là cảm biến từ Autonics dòng RS để đo tốc độ động cơ.
Hình 2.8 Cảm biến từ Autonics dòng RS
Thông số kỹ thuật của cảm biến từ Autonics dòng RS:
Cấp bảo vệ : IP67 Độ chính xác : ± 0,1%
Thời gian đáp ứng : 25 ms
Tín hiệu ra điều khiển : 4 -20 mA
Các nhà máy nhiệt điện đốt than công suất lớn được trang bị hệ thống điều khiển hiện đại với cấu trúc phân tán, cho phép tự động hóa cao Hệ thống này bao gồm hệ thống điều khiển và giám sát tích hợp, trong đó có hệ thống điều khiển phân tán DCS để quản lý các hệ thống chính phức tạp như lò hơi, turbine và máy phát Ngoài ra, bộ điều khiển khả trình PLC được sử dụng cho các hạng mục phụ trợ độc lập không liên quan trực tiếp đến nhau.
Bảng 2.1 Số lượng đầu vào và ra của thiết bị đo
Nội dung AI AO DI DO
Cảm biến lưu lượng đá vôi FT101 1
Cảm biến nồng độ SO2 SRT102 1
Cảm biến tốc độ động cơ ST101 1
Trong quá trình tính toán thiết kế hệ thống cấp nhiên liệu với số lượng đầu ra và đầu vào như sau:
Dựa vào số lượng đầu vào và ra của hệ thống nên em chọn bộ điều khiển DCS ovation ocr 400 – VXL
Hệ thống lập trình cơ bản của DCS bao gồm các thành phần chính như khối xử lý trung tâm (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ chương trình và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O), tương tự như các thiết bị lập trình khác.
Hình 2.9 DCS OVATION OCR 400Các tín hiệu kết nối với DCS:
Tín hiệu logic chuẩn: tín hiệu có 5 VDC ,24VDC,110/120 VAC, 220/230 VAC,…
Tín hiệu tương tự : là tín hiệu liên tục từ 0 – 10V DC, hoặc từ 0– 20 mA Ví dụ các cảm biến đo mức, đo lực, đo tốc độ, nồng độ,
Tín hiệu xung : đếm xung , Độ rộng xung
Các tín hiệu đặc biệt : Từ PT100, PT50, PT1000, cảm biến vị trí 1,2 mA và 1,6 mA
DCS, viết tắt của "Distributed Control System", nghĩa là "hệ thống điều khiển phân tán" Đây là một hệ thống điều khiển cho dây chuyền sản xuất, quá trình hoặc bất kỳ hệ thống động học nào, trong đó các bộ điều khiển không tập trung tại một địa điểm mà được phân tán khắp toàn hệ thống Mỗi hệ thống con sẽ được điều khiển bởi một hoặc nhiều bộ điều khiển, giúp tối ưu hóa hiệu suất và quản lý quá trình một cách linh hoạt.
2.5.3 Phân loại hệ thống DCS ? a Hệ thống DCS truyền thống
Các hệ thống điều khiển quá trình sử dụng kiến trúc riêng biệt từ từng nhà sản xuất, với các hệ thống cũ thường đóng kín và ít tuân theo các chuẩn giao tiếp công nghiệp Các bộ điều khiển trong những hệ thống này chủ yếu chỉ thực hiện nhiệm vụ điều khiển quá trình, dẫn đến việc cần kết hợp với các thiết bị điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller) Hệ thống DCS trên nền PLC đang trở thành giải pháp phổ biến trong ngành công nghiệp hiện nay.
Hầu hết các PLC hiện đại không chỉ thực hiện các phép tính logic đơn giản mà còn xử lý tín hiệu tương tự và thực hiện các phép toán số học cùng với các thuật toán điều khiển phản hồi Chúng thường được sử dụng trong các hệ điều khiển phân tán với cấu hình mạnh mẽ, hỗ trợ điều khiển trình tự và các phương pháp lập trình hiện đại Hệ thống DCS trên nền PC cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình điều khiển.
So với các bộ điều khiển khả trình PLC và bộ điều khiển DCS đặc chủng, PC nổi bật với tính năng mở, khả năng lập trình linh hoạt, hiệu năng tính toán cao và tính đa chức năng, đồng thời có giá thành cạnh tranh.
2.5.4Cấu trúc hệ thống DCS
Một hệ thống điều khiển phân tán DCS bao gồm các thành phần chính sau: a Trạm điều khiển cục bộ (local control station, LCS)
Trạm điều khiển cục bộ, hay còn gọi là khối điều khiển cục bộ (LCU) hoặc trạm quá trình (PS), là thiết bị thuộc cấp điều khiển, thực hiện tất cả các chức năng điều khiển cho một công đoạn Những trạm này thường được bố trí trong phòng điều khiển hoặc phòng điện gần với phòng điều khiển trung tâm, hoặc phân bố rải rác quanh khu vực hiện trường Ngoài ra, trạm vận hành (OS) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và giám sát quá trình.
Trạm vận hành được bố trí tại phòng điều khiển trung tâm, cho phép hoạt động song song và độc lập giữa các trạm Mỗi trạm thường được sắp xếp tương ứng với một phân đoạn hoặc phân xưởng để thuận tiện cho việc vận hành hệ thống Trạm kỹ thuật (engineering station, ES) cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Phân tích và tổng hợp hệ thống
1.Phân tích và biến đổi sơ đồ cấu trúc
Ban đầu, khi chưa có bộ điều khiển, ta tiến hành điều chỉnh thông số bằng tay. Khi đó, sơ đồ cấu trúc có dạng hệ hở như sau:
Dựa trên bộ số liệu đã cung cấp, chúng ta có thể xác định các hàm y2(t), y1(t) và các mô hình đối tượng O1(s) và O2(s) Công cụ CASCAD sẽ hỗ trợ quá trình nhận dạng thông qua phương pháp số và tối ưu hóa các tham số của mô hình bằng công cụ Optimize.
Chúng tôi tiến hành tổng hợp bộ điều khiển cơ sở R2(s) và R1(s) bằng phương pháp bền vững tối ưu với ms = 0,461, từ đó thu được sơ đồ cấu trúc cho bộ điều khiển.
Sau khi tổng hợp bộ điều khiển cơ sở R2(s) và R1(s), chúng ta tiến hành biến đổi sơ đồ cấu trúc thành hệ một vòng tương đương để dễ dàng điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển Để xác định hàm truyền của hệ hở ở vòng ngoài, bộ điều khiển vòng trong và đối tượng O1(s) được gộp lại thành W1tđ(s).
Hệ thống truyền H1(s) được xác định bởi R1(s) và W1tđ(s) Để phân tích đặc tính mềm của hệ hở H1, ta sử dụng biến đổi phức (-mω + jω) và điều chỉnh hệ số khuếch đại Kp cho phù hợp Để nghiên cứu hệ H2, ta chuyển đổi sơ đồ cấu trúc thành sơ đồ tương đương.
Sau khi xác định đặc tính mềm của hệ hở H2 (-mω +jω), chúng ta tiến hành điều chỉnh hệ số khuếch đại Kp Kết quả là bộ điều khiển R*1 và R*2 được hình thành, đây là các bộ điều khiển cuối cùng sau quá trình điều chỉnh O*1 và O*2 là các đối tượng được nhận dạng trong vòng kín, từ đó tạo thành sơ đồ cấu trúc hoàn chỉnh.
Với O*2(s): Đối tượng máy cấp đá vôi
O*1(s): Đối tượng lưu lượng đá vôi
2.Mô hình hóa đối tượng
Bảng thông số đối tượng máy cấp đá vôi:
Bảng thông số đối tượng lưu lượng đá vôi:
Mở CASCAD, kích chọn “E” sau đó chọn “>”, ta có giao diện của hệ 2 vòng sau:
Để mô hình hóa đối tượng trong CASCAD hệ 2 vòng, người dùng cần chọn “Processing” và sau đó là “Table-Data” Tiến hành nhập số liệu vào bảng với đối tượng máy cấp đá vôi.
Hình 3.2 Số liệu của đối tượng máy cấp đá vôi
Để mô hình hóa đối tượng quán tính bậc nhất có trễ, hãy chọn “OK-Exit” và kích chọn “M” rồi chọn “1-LagBend” Sau đó, tiến hành chọn “Run Optimize” để tìm hàm truyền của đối tượng quạt.
Hình 3.3 Mô hình hóa đối tượng máy cấp đá vôi
Ta tìm được hàm truyền của đối tượng:
1+8.851s Đối tượng lưu lượng đá vôi:
Hình 3.4 Số liệu của đối tượng lưu lượng đá vôi
Hình 3.5 Mô hình hóa đối tượng lưu lượng đá vôi
Ta tìm được hàm truyền của đối tượng:
3.Tổng hợp bộ điều khiển bền vững tối ưu
Nguyên tắc tổng hợp BĐK cho hệ hai vòng bao gồm việc tổng hợp vòng trong trước, sau đó xác định đối tượng tương đương và cuối cùng là tổng hợp vòng ngoài cho đối tượng đó, tất cả đều dựa trên quan điểm bền vững với chất lượng cao.
Nhập các đối tượng O1, O2 tìm được vào sơ đồ 2 vòng Nhập z có ảnh laplace là 1/s Các giá trị F1, F2 nhập bằng 1 Khi đó ta có giao diện như ảnh dưới:
Hình 3.6 Nhập đối tượng vào sơ đồ Để xác định BĐK R2 thì đầu tiên ta kích chọn “Graphing” Chọn “~O”, tiếp tục chọn “e2 R2”.
Chọn “^C” Robust Original PID Khi đó ta tìm được BĐK vòng trong:
Hình 3.7 Xác định bộ điều khiển vòng trong
8.9655s) Đây là bộ điều khiển PI với :
− Hệ số khếch đại: Kp = 0.26
− Hệ số tích phân: TI = 8.9655
Tiếp theo, xác định đối tượng tương đương và tổng hợp BĐK R1 theo mô hình đối tượng tương đương Trên màn hình Graphing, chọn “~Q” và “Q1-to-R1” để nhận được đặc tính tần số của đối tượng tương đương O1tđ.
Hình 3.8 Đặc tính tần số của đối tượng tương đương
Bấm chọn , ta được đặc tính quá độ của đối tượng tương đương
Hình 3.9 Đặc tính quá độ của đối tượng tương đương
Để xác định mô hình hàm truyền của đối tượng tương đương theo đặc tính quá độ, hãy chọn “M” Sau đó, tiếp tục chọn “2-LagBend” để mô hình hóa đối tượng tương đương theo quán tính bậc 2 có trễ.
Hình 3.10 Mô hình đối tượng tương đương
Khi đó ta tìm được hàm truyền của đối tượng tương đương:
Nhấn “End-Exit- rồi chọn để chấp nhận đối tượng tìm được.
Kích chọn “~O” để vẽ đặc tính mềm, chọn tiếp “e1 R1”. Để tìm BĐK R1, chọn “^C” “Robust” ”Original” 3-PID Model: O1m Ta được kết quả như sau:
Hình 3.11 Tổng hợp bộ điều khiển R1
35.13s+8.289s) Đây là bộ điều khiển PID với
− Hệ số khếch đại: Kp = 1.054
− Hệ số tích phân: TI = 35.13
− Hệ số tích phân: TD = 8.289
4.Chỉnh định bộ điều khiển
Ta có, đặc tính mềm của hệ hở H2(-m+j) và H1(-m+j)
Hình 3.12 Đặc tính mềm hệ hở H 2
Hình 3.13 Đặc tính mềm hệ hở H 1
Để điều chỉnh đặc tính mềm của hệ hở H1 không đi qua và không bao điểm (-1; j0), cần giảm hệ số khếch đại b1 trong CASCAD.
Ta thực hiện như sau:
Tại giao diện Graphing, chọn “~O”, chọn tiếp “e1 R1” Chọn “^C”
Hình 3.14 Đặc tính mềm hệ hở H 1
Ta thấy bộ điều khiển:
Khi giảm hệ số khếch đại từ Kp = 1.054 xuống Kp = 0.949 , đặc tính mềm H1 không đi qua và không bao điểm (-1; j0).
Vậy ta có bộ điều khiển sau khi điều chỉnh:
31.63s+9.206s) Đây là bộ điều khiển PID với
− Hệ số khếch đại: Kp = 0.949
− Hệ số tích phân: TI = 31.63
− Hệ số tích phân: TD = 9.206
5.Vẽ đặc tính quá độ hệ thống và đánh giá hệ thống
Vẽ đặc tính tần số và đặc tính quá độ của hệ thống.
Chọn “~y” chọn “z y” Ta được đặc tính tần số của hệ thống:
Hình 3.15 Đặc tính tần số của hệ thống
Chọn , ta được đặc tính quá độ của hệ thống:
Hình 3.16 Đặc tính quá độ của hệ thống
Từ đặc tính quá độ của hệ thống ta có:
1) Thời gian điều chỉnh Tq = 85.498
2) Độ biến thiên cực đại y(t)max = 1.211
4) Độ quá điều chỉnh: δ = T max −T ∞
5) Chỉ số tích phân sai số điều chỉnh bình phương: Σε 2 (t) = 23.935
Hệ hở với đặc tính mềm cho thấy điểm (-1;j0) là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo tính ổn định cho hệ kín, đồng thời duy trì sự ổn định của dự trữ với chỉ số dao động mc đạt giá trị 0,461.
