CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ

1 CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ Trường Đại học Công nghiệp TS. Nguyễn Mạnh Huấn 2 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 3 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ LÀM THẾ NÀO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH - Quá trình làm việc trên giàn nén khí trung tâm có quá trình làm việc của các phần tử và các thiết bị điều khiển không cần sự tham gia trực tiếp của con người đó là quá trình điều khiển tự động. - Mỗi phần tử điều khiển nhận một tín hiệu vào từ một số bộ phận của hệ thống điều khiển, và tạo nên một tín hiệu ra đưa vào phần tử khác. Các tín hiệu có thể là: dòng điện, điện áp, áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, vận tốc, gia tốc, vị trí…quĩ đạo của tín hiệu có thể là sóng điện, ống dẫn, liên kết cơ…. 4 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Hệ thống hở và hệ thống kín: - Hệ thống hở là hệ thống không so sánh kết quả thực tế với trị số mong muốn (setpoint) sau tác động điều khiển. - Hệ thống kín là hệ thống tạo nên một tác động đo lường giữa tín hiệu vào (giá trị cần setpoint) và tín hiệu ra (giá trị thực). Sai lệch giữa hai tín hiệu này được dùng làm tín hiệu vào của cơ cấu điều khiển. Hình 1: hệ thống điều khiển kín PLC: Programmable Logic Controller 5 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN - Mạch phản hồi bắt đầu từ tín hiệu ra Y được đo (cảm biến) bởi thiết bị đo lường (Pressure, level, temperature, flow transmitter ,detector… , qua cơ cấu chuyển đổi (cũng chính là bộ phận của thiết bị đo lường) để biến thành tín hiệu được chuyển đổi Y’ tỉ lệ với Y. tín hiệu Y’ được so sánh với tín hiệu vào tạo nên sai lệch (error) ε= X-Y’ = giá trị cần – giá trị thực được tính toán qua cơ cấu so sánh (là cơ cấu của bộ điều khiển). - Thiết bị điều khiển biến đổi ε thành tín hiệu tác động u nhờ cơ cấu điều khiển. Tín hiệu tác động là tín hiệu vào của hệ thống được điều khiển. Nó sẽ tác động vào cơ cấu tác động, cơ cấu tác động thường có hai phần là bộ chuyển đổi (converter) và phần tử điều khiển (van, quạt, bơm…) làm thay đổi quá trình là một đối tượng điều khiển, nhằm triệt tiêu sai lệch đã hình thành. - Cơ cấu điều khiển thực hiện các chế độ điều khiển như sau: chế độ điều khiển tỷ lệ (P), chế độ tích phân (I), chế độ đạo hàm (D). Chế độ P có thể sử dụng riêng biệt, hoặc kết hợp với một hoặc hai chế độ khác. Chế độ I có thể dùng riêng rẽ nhưng thực tế ít dùng. Chế độ D không thể dùng riêng rẽ. Các tổ hợp hay dùng là PI, PD, PID. 6 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Tuyến tính và phi tuyến - Khi phân tích và thiết kế hầu hết các hệ thống điều khiển được coi là các phần tử tuyến tính, tức là phần tử điều khiển cho tín hiệu ra tỉ lệ thuận với tín hiệu vào. - Tuy nhiên có nhiều dạng phi tuyến khác nhau xuất hiện trong các phần tử điều khiển như : trễ, khoảng chết, bão hoà… mà đặc tính của nó được thể hiện qua hình: Hình 2: mối quan hệ giữa tín hiệu vào/ra (I/O) của phần tử điều khiển - a: tuyến tính: là mối quan hệ giữa tín hiệu vào/ra (I/O) của phần tử điều khiển hoàn toàn là một đường thẳng - b: phi tuyến : có thể thay thế gần đúng bằng một đường thẳng, đường này đặt ở vị trí sai số bé nhất. - c: Dải chết là một dãy các giá trị mà ở đó tín hiệu vào X không làm thay đổi tín hiệu ra - d: Trễ là tính phi tuyến dẫn đến giá trị tín hiệu ra Y không trùng nhau khi tín hiệu vào tăng hay giảm. - e: Trễ và chết thể hiện sai lệch lớn nhất của tín hiệu ra ở giới hạn trên và dưới - f: Bão hoà là giới hạn của một dãy các giá trị tín hiệu ra Y. Một phần tử thực đạt đến giới hạn bão hoà khi tín hiệu vào thay đổi tín hiệu ra không thay đổi. 7 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Giảm chấn và ổn định - Độ khuyếch đại của bộ phận điều khiển xác định một đặc tính quan trọng của hệ thống điều khiển là dạng giảm chấn. Đặc tính này được hệ thống thể hiện ra như là một đáp ứng dưới tác động của bên ngoài. Đáp ứng của hệ thống điều khiển thể hiện theo năm dạng như sau Hình 3: các dạng đáp ứng Khi độ khuyếch đại tăng đáp ứng của hệ thống thay đổi theo các dạng như sau: a: quá giảm chấn, b: giảm chấn tới hạn, c: giảm chấn tắt dần, d: đáp ứng biên độ không đổi, e: đáp ứng biên độ tăng dần 8 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN - Ba loại đầu đặc trưng cho hệ thống ổn định, hai loại sau đặc trưng cho trạng thái không ổn định. Kĩ thuật ổn định được dùng để làm tăng độ giảm chấn trong hệ thống, và do đó cho phép đạt được độ khuyếch đại cao. - Ý tưởng chung là tìm một tín hiệu chống lại sự thay đổi đại lượng được điều khiển. Tín hiệu đó là tốc độ thay đổi đại lượng được điều khiển. Như ta biết đạo hàm của một biến là tốc độ thay đổi của biến đó và tín hiệu làm ổn định này được coi như đạo hàm của đại lượng được điều khiển. - Độ giảm chấn tăng nếu đạo hàm của đại lượng được điều khiển được trừ ra khỏi tín hiệu sai lệch trước khi vào cơ cấu điều khiển. Một tín hiệu làm ổn định khác là đạo hàm của tín hiệu sai lệch, nếu đại lượng điều chỉnh là một hằng, tín hiệu này bằng giá trị âm của đạo hàm đại lượng được điều khiển. Giảm chấn tăng nếu đạo hàm độ sai lệch được cộng với tín hiệu sai lệch trước khi vào cơ cấu điều khiển. 9 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Mục tiêu của hệ thống điều khiển: Hình 4: đáp ứng tải bậc thang - Làm giảm tối đa giá trị của tín hiệu sai lệch, một số hệ thống sai lệch có thể giảm đến 0, trong khi các hệ thống khác đòi hỏi sai lệch dư ε để bù cho sự thay đổi của phụ tải. - Trong cả hai trường hợp hệ thống điều khiển cần đưa trị số sai lệch về giá trị ổn định, trị số không thay đổi. - Mục tiêu thứ hai là giảm đến mức tối thiểu thời gian ổn định tô - Mục tiêu thứ ba là giảm đến mức tối thiểu sai lệch dư ε sau khi đạt được trạng thái ổn định 10 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Đánh giá hệ thống điều khiển : Cho thay đổi phụ tải theo hàm bậc thang sau đó quan sát đồ thị nếu biên độ của một đỉnh dương bằng ¼ biên độ của đỉnh dương trước nó khi đó dao động là tắt dần hội tụ tốt: Hình 5: Suy giảm ¼ biên độ khi có tải bậc thang [...]... CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 31 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 32 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 33 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 34 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 35 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ... Các công thức để tính kích thước van được chuẩn hoá bởi ISA được sử dụng khá rộng rãi đối với chất lỏng dòng bán tới hạn ( khi ΔP < ΔPs *FL2) 27 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 28 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 29 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 30 Công nghệ chế biến khí. .. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN - hệ thống điều khiển áp suất 15 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN hệ thống điều khiển lưu lượng: 16 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN hệ thống điều khiển nhiệt độ 17 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Chế độ điều khiển tỉ lệ P: Chế độ... 12 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DCS (Distributed Control System - Hệ thống điều khiển phân tán) Programmable Automation Controllers (PACs) Human Machine Interfaces (HMIs) 13 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Các ví dụ điều khiển trên giàn nén khí trung tâm: - hệ thống điều khiển mức bình: 14 Công nghệ chế biến khí. .. cho chế độ D không dùng riêng trong thực tế vì Hình 7: Đáp ứng bước và độ dốc của chế độ D lí tưởng 20 ở mỗi vị trí thay đổi bước tín hiệu ra u có độ dốc vô cực Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Chế độ điều khiển PI Hình 8: Đặc tính I/O của chế độ PI 21 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN - Chế độ PI là tổ hợp của chế. .. bướm, van bi Hình 9 Van điều khiển 24 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà người ta dùng van có đầu xả (plug) khác nhau, cho biết mỗi loại đầu xả có khả năng cho môi chất đi qua tuỳ hành trình tương đối của van hình 10 Hình 10: Các loại đầu xả của van 25 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Hình... sai lệch εnhỏ chế độ tăng I có tác dụng hiệu chỉnh chậm, nếu độ sai lệch εlớn chế độ I tăng tác dụng hiệu chỉnh nhanh hơn I là tốc độ tích phân (1/s) đặc tính I/O như sau: Hình 6: đặc tính I/O của chế độ I chế độ I hầu như luôn dùng với P 19 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Chế độ điều khiển đạo hàm D u = D(dε/dt) D là hằng số thời gian đạo hàm - Chế độ điều... sẽ dẫn đến quá hiệu chỉnh, chế độ I tiếp tục làm thay đổi tín hiệu ra của bộ điều khiển sau khi độ sai lệch đã giảm đến 0 - Chế độ PI thường dùng ở quá trình có thay đổi phụ tải lớn khi một mình chế độ P không có khả năng giảm dao động và chế độ I tạo nên tác động hiệu chỉnh để triệt tiêu dao động 22 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Chế độ điều khiển PD u =... cho nên cần chọn phương án dung hoà - Chế độ này được dùng cho những quá trình có dung lượng nhỏ và thay đổi phụ tải nhanh P cần chọn đủ lớn để tránh dao động 18 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Chế độ điều khiển tích phân I chế độ điều khiển tích phân làm thay đổi tín hiệu ra u tỉ lệ với tích phân của tín hiệu sai lệch Chế độ này tạo nên một tác động điều... trình ,công nghiệp hóa chất, truyền tải điện năng nó dựa trên 1 máy tính xử lý trung tâm (máy chủ) , dữ liệu thu thập từ các cảm biến đặt tại các phân xưởng, các tòa nhà, hay các trạm từ xa được gửi về máy tính trung tâm để quản lý và điều khiển ( với 1 số lượng hạn chế các lệnh điều khiển được định nghĩa trước, gửi tới các cơ cấu chấp hành) 11 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ . 1 CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ Trường Đại học Công nghiệp TS. Nguyễn Mạnh Huấn 2 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 3 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG. Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN hệ thống điều khiển nhiệt độ 18 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Chế. 14 Công nghệ chế biến khí CHƢƠNG 7. ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Các ví dụ điều khiển trên giàn nén khí trung tâm: - hệ thống điều khiển mức bình: 15 Công nghệ chế biến khí