Dựa vào sơ đồ ta thấy biến vào điều khiển cho nhiệt đô T2 chính là lưu lượng vào F1, biến điều khiển cho nhiệt độ T4 là lưu lượng vào F3.. Tuy nhiên nhiệt độ là một biến quá trình gây nh
Trang 1f) Lưu đồ P&ID
Trang 2Bài 3.8
a) Phân tích bài toán
hệ thống gồm 2 bình chứa với mục đích ổn định nhiệt độ T2, T4 Bình chứa của hệ thống là bình tràn nên V1 = const, V2 = const Dựa vào sơ đồ ta thấy biến vào điều khiển cho nhiệt đô T2 chính là lưu lượng vào F1, biến điều khiển cho nhiệt độ T4 là lưu lượng vào F3 Do V1 = const, V2 = const nên F2 = F1+F5, F4 = F1 + F3 Đối với bình 1 thì F1 là biến vào điều khiển, T1, F5 là nhiễu Còn với bình 2 thì F1, F5, T5 là nhiễu của quá trình, T3 là biến điều khiển Để đơn giản bài toán ta đưa ra một số giả thiết sau đây:
- Khối lượng riêng chất lỏng cấp vào trong bình và khối lượng riêng chất lỏng
trong bình là như nhau và là hằng số của quá trình ρ1 = ρ2 = ρ3 = ρ4 = ρ = ρ5
= const
- Nhiệt độ của bình chứa trao đổi với môi trường là không đáng kể
b) Phương trình vi phân biểu diễn hệ thống
* Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho bình 1 ta có:
Trang 32 5 1 4 5 1 1 2
1
2 2 4 5 1 1 2
1
h ) F F ( h F h F dt
dh
V
h F h F h F dt
) h
V
(
d
Thay h = CT và coi nhiệt dung riêng C của tất cả chất lỏng trong bình là như nhau
ta được:
2 5 1 4 5 1 1 2
1 FT FT (F F)T
dt
dT
* Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho bình 2 ta có:
4 5 3 1 3 3 2 5 1 4
2
4 5 4 3 3 2 2 4
2
h ) F F F ( h F h ) F F ( dt
dh
V
h ) F F ( h F h F dt
) h
V
(
d
Thay h = CT
4 5 3 1 3 3 2 5 1 4
2 (F F)T FT (F F F)T
dt
dT
c) Phân tích bậc tự do của hệ thống
Ta thấy hệ thống có 7 biến quá trình T1, T2, T3, T4, F1, F3, F5 và 2 phương trình vi phân Như vậy số bậc tự do của hệ thống là 7 – 2 = 5, đúng bằng số biến vào Điều này cho biết mô hình ta đã xây dựng được là chính xác
Hệ thống có 5 bậc tự do nghĩa là ta có thể xây dựng được 5 vòng điều khiển độc lập cho 5 biến vào Tuy nhiên nhiệt độ là một biến quá trình gây nhiều khó khăn trong đo lường và điều chỉnh vì thế ta lựa chọn hai biến vào lưu lượng F1 và F3 làm biến điều khiển và xây dựng hai vòng điều khiển cho hai biến vào này
d) Tuyến tính hoá phương trình
Tại có phương trình làm việc tại điểm cân bằng
2 5 1 4 5 1 1 2
1 FT FT (F F)T
dt
T
d
4 5 3 1 3 3 2 1 4
2 FT FT (F F F)T
dt
T
d
Hai phương trình (22) và (23) đều là phi tuyến, do đó ta tuyến tính hoá nó tại điểm làm việc
Đặt y1 = ∆T2, y2 = ∆T4, u1 = ∆F1, u2 = ∆F3, d1 = ∆T1, d2 = ∆T3, d3 = ∆F4, d4 = ∆F5
Trang 4* Tuyến tính hoá phương trình (22)
) T , T , T , F , F ( f T ) F F ( T F T F dt
dT
2 4
1 1 2
1 1 1
1 4 5
1 1 1
1 4 2 1 5 1 1 1
dT
df y dT
df d dT
df d dF
df u dF
df ) T , T , T , F , F ( f dt
dy
) s ( y G ) s ( d G ) s ( d G ) s ( u G
)
s
(
y
) s ( y F F s V
F )
s ( d F F s V
F )
s ( d F F s V
T T ) s ( u F F s V
T T )
s
(
y
) s ( y F ) s ( d F ) s ( u ) T T ( ) s ( u ) T T ( ) s ( y ) F F
s
V
(
y F y ) F F ( d F d ) T T ( u ) T T ( 0 dt
dy
V
2 4 1
3 4
2 1
1 1
2 5 1 1
5 1
5 1 1
1 4
5 1 1
2 4 1
5 1 1
2 1 1
2 5 1
1 2
2 4 1
2 1 1
5 1
1
2 5 1 5 1 1 1 4 2 4 1 2 1 1
1
* Tuyến tính hoá phương trình (23)
Đặt y1 = ∆T2, y2 = ∆T4, u1 = ∆F1, u2 = ∆F3, d1 = ∆T1, d2 = ∆T3, d3 = ∆F4, d4 = ∆F5
) T , T , T , F , F , F ( f T ) F F F ( T F T ) F F ( dt
dT
) s ( d F F F s V
T T )
s ( u F F F s V
T T )
s ( u F F F s
V
T T
)
s
(
y
) s ( d F ) s ( y ) F F ( ) s ( d ) T T ( ) s ( u ) T T ( ) s ( u ) T T ( ) s ( y ) F F
F
s
V
(
y ) F F F ( d F y ) F F ( d ) T T ( u ) T T ( u ) T T (
0
dt
dy
V
y dT
df d dT
df y dT
df d dF
df u
dF
df u dF
df ) T , T , T , F , F , F
(
f
dt
dy
V
4 5 3 1 2
4 2 2
5 3 1 2
4 3 1
5 3 1 2
4 2 2
2 3 1
5 1 4
4 2 2
4 3 1
4 2 2
5 3
1
2
2 5 3 1 2 3 1 5 1 4 4 2 2 4 3 1 4 2 2
2
2 4
2 2 3
2 1 2
2 4 5
2 2
3
2 1 1
2 4 3 2 5 3 1
1
2
2
) s ( d F F F s V
F )
s ( y F F F s
V
F F
2 5 3 1 2
3 1
5 3 1 2
5 1
) s ( d F F F s V
T T )
s ( u F F F s V
T T )
s ( u F F F s
V
T T
)
s
(
5 3 1 2
4 2 2
5 3 1 2
4 3 1
5 3 1 2
4 2 2
) s ( d F F F s V
F )
s ( y F F F s
V
F F
2 5 3 1 2
3 1
5 3 1 2
3 1
) s ( d G ) s ( y G ) s ( d G ) s ( u G ) s ( u G )
s
(
* Mô hình hàm truyền đạt của hệ thống
) s ( y G ) s ( d G ) s ( d G ) s ( u G
)
s
(
y1 1 1 2 4 3 1 4 2
) s ( d G ) s ( y G ) s ( d G ) s ( u G ) s ( u G )
s
(
Trang 5f) Lưu đồ P&ID
Ta lựa chọn bộ điều khiển mức ở đây là bộ điều khiển phản hồi PID với tín hiệu vào ra là tín hiệu điện Khi đó ta được lưu đồ P&ID như sau:
Trang 6ĐỀ THI SỐ: 01 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I
TRƯỞNG BỘ MÔN
Câu 1: Hãy nêu các loại biến quá trình Phân biệt các loai biến quá trình ( Biến vào/ Biến ra/ Biến
trạng thái/ Biến điều khiển/ Biến được điều khiển/ Biến nhiễu ) trong hệ thống bình chứa lỏng biểu diễn trên hình 1:
Hình 1: Bình chứa chất lỏng
Câu2: Hãy đưa ra các giả thiết cho mô hình bình chúa lỏng như hình1 và thành lập phương trình cân
bằng vật chất cho bình chứa lỏng?
Câu 3: Tổng hợp trực tiếp bộ điều khiển tương quan PI với mô hình qúa trình có dạng FOPDT:
1 s
e K ) s ( G
P
S P P
P
Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !
Trang 7ĐỀ THI SỐ: 02 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I
TRƯỞNG BỘ MÔN
Câu 1: Hãy nêu các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình công nghiệp
Câu2: Các ký hiệu trên hình1 như sau: ω1, ω2, ω – lưu lượng khối lượng (kg/s) của các dòng vào và
dòng ra, x – Thành phần sản phẩm ra tính theo khối lượng (0 1), h – mức chất lỏng trong thiết bị (m),
- khối lượng riêng chất lỏng trong thiết bị (kg/m3), A – tiết diện của bình chứa (m2, giả thiết là đều
từ trên xuống dưới) Thành lập phương trình cân bằng vật chất cho thiết bị khuấy trộn liên tục?
Hình 1: Điều khiển thiết bị khuấy trộn
Câu3: Phân tích tác động lẫn nhau của các quá trình đỉnh và đáy như hình vễ dưới đây Nêu tác động
của các bộ điều khiển phân ly đến chất lượng điều khiển của hệ thống và cách tính toán bộ điều khiển phân ly
Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !
Trang 8ĐỀ THI SỐ: 03 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I
TRƯỞNG BỘ MÔN
Câu 1: Hãy nêu nguyên tắc chung của mô hình hoá quá trình
Câu2: Xét thiết bị phản ứng liên tục trên hình 1; Giả sử dung dịch vào chứa A nguyên chất, trong
bình xẩy ra phản ứng một chiều A B, tạo ra sản phẩm là tổng hợp của A và B Tốc độ phản ứng riêng được ký hiệu là k (s-1) Nồng độ ở đây có đơn vị là mol/m3 (số mol trên một đơn vị thể tích) và được ký hiệu là c Ngoài các giả thiết được đặt ra tương tự như bình chứa chất lỏng trên đây, ta coi tốc
độ phản ứng tổng thể tỷ lệ trực tiếp với nồng độ của A trong bình (Phản ứng bậc nhất) Như vậy, số mol của A mất di do phản ứng trên một đơn vị thời gian là - VkcA Thành lập phương trình cân bằng vật chất?
Hình1: Thiết bị phản ứng liên tục
qúa trình với dạng FOPDT như sau:
1 s
e K ) s ( G
P
S P P
P
, Bộ lọc IMC có dạng:
1 s
1 ) s ( F
C
Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !
Trang 9ĐỀ THI SỐ: 04 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I
TRƯỞNG BỘ MÔN
Câu 1: Hãy nêu và phân tích các loại mô hình toán học
Câu2: Hãy đưa ra các giả thiết cho mô hình bình chúa nhiệt như hình1 và thành lập phương trình cân
bằng nhiệt cho bình chứa nhiệt?
Hình1: Bình chứa nhiệt
Câu3: Phân tích khả năng loại trừ nhiễu của bộ điều khiển nối tầng như hình dưới đây
Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !
Trang 10ĐỀ THI SỐ: 05 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I
TRƯỞNG BỘ MÔN
Câu 1: Nêu các bước tiến hành để nhận dạng quá trình Nêu phương pháp hai điểm quy chiếu để nhận
dạng mô hình quá trình
Câu2: Hãy đưa ra các giả thiết cho bài toán pha trộn trực lưu biểu diễn trên hình 1 và thành lập
phương trình cân bằng vật chất? Phân tích bậc tự do của mô hình
Hình1: Quá trình pha trộn trục lưu
Câu3: Phân tích tác động của mô hình dự báo Smith với quá trình có thời gian chết (Dead time) lớn
Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !
