Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điều Chỉnh Nhiệt Độ Hơi Quá Nhiệt Ở Nhà Máy Nhiệt Điện Phả Lại 2

Tới nay,DCS vẫn là không thể thay thế được trong các ứng dụng lớn như:ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện… Hệ thống điều khiển phân tán DCS điều khiển các quá trình công nghệtrong nhà

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện , lò hơi là mộtkhâu quan trọng có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên liệuthành nhiệt năng của hơi Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi sẽ được đưa tớicác bộ quá nhiệt , tại đây hơi được nâng lên tới nhiệt độ rất cao trở thành hơiquá nhiệt đưa vào trong tuabin quay máy phát Hơi quá nhiệt là một trongnhững chỉ tiêu rất quan trọng của lò hơi Việc duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệttrong dải không đổi khi tải lò thay đổi luôn được đặt lên hàng đầu nhằm cảithiện hiệu quả chuyển đổi từ nhiệt năng thành cơ năng , tránh phá hủy các vậtliệu kim loại , đảm bảo chất lượng hơi trước khi đưa vào tuabin Điều này chỉ

có thể thực hiện được nếu hệ thống điều chỉnh hơi quá nhiệt hoạt động tốt , ổnđịnh chất lượng cao

Trong quá trình điều chỉnh , độ trễ và quán tính lớn trong hệ thống mộtvòng là nguyên nhân cơ bản làm giảm sự tác động nhanh và do đó làm giảm

độ chính xác của quá trình điều chỉnh Do đó trong thực tế để nâng cao chấtlượng điều chỉnh người ta thường áp dụng sơ đồ hai vòng với các thiết bị chếtạo theo các luật điều chỉnh đơn giản

Mặt khác việc tổng hợp hệ thống điều chỉnh gặp khó khăn cũng bởi tínhphức tạp của đối tượng nhiệt , vì đối tượng nhiệt có độ trễ vận tải lớn , tínhchất phi tuyến và thường là đối tượng bất định cho nên việc áp dụng nhữngphương pháp tổng hợp kinh điển kém hiệu quả Trong bối cảnh đó quan điểmtổng hợp cấu trúc bền vững cao ra đời là cơ sở để tổng hợp hệ thống điềuchỉnh với độ ổn định rất cao , sai số điều chỉnh nhỏ , quá trình quá độ đảmbảo hệ số tắt dần cao trong trường hợp có sự thay đổi tải

Thực tế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy sau mộtthời gian làm việc thì biên độ dao động lớn , thời gian điều chỉnh kéo dài khi

có bất cứ sự thay đổi đáng kể nào về phụ tải , nhiễu …Độ quá điều chỉnh lớn cóthể dẫn tới nhiệt độ hơi quá nhiệt vượt ngoài khoảng cho phép , gây nguy hiểm ,thiệt hại về kinh tế lớn khi phải dừng tổ máy Một trong những nguyên nhân đó làquá trình hiệu chỉnh thông số điều chỉnh không tốt Đồ án này sẽ trình bày về việctổng hợp hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt tại nhà máy nhiệt điện PhảLại 2 trên cơ sở quan điểm tổng hợp bền vững tối ưu chất lượng cao áp dụng với

sơ đồ điều khiển hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt Đề tài “Tối ưu hóa

hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2” giảiquyết những vấn đề sau :

- Chương 1 : Tổng quan hệ thống điều khiển của nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2

- Chương 2 : Giới thiệu về hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt của nhà máy Phả Lại II

- Chương 3: Các phương pháp mô hình hóa và tổng hợp hệ thống

bộ điểu chỉnh công nghiệp.

- Chương 4 : Nội dung tính toán và đánh giá chất lượng

Trong đồ án này, do kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn, nên emchỉ có điều kiện nghiên cứu một nhánh trong hệ thống điều khiển nhiệt độ hơiquá nhiệt đầu lò Cùng với sự góp ý , giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộmôn hệ thống và tự động hóa quá trình nhiệt , nhất là thầy giáo

PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh, nên em đã hoàn thành được đồ án này.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng vẫn khôngtránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự quan tâm chỉ bảo củacác thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Sinh viên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

cả phần cứng phần mềm cho toàn hệ thống được phát triển từ các ứng dụngđiều khiển của ngành công nghiệp hóa chất với các bộ điều khiển ban đầu sửdụng kỹ thuật tương tự.Giải pháp thiết kế của các hệ DCS thương phẩm làhướng vào các ứng dụng điều khiển phân tán nên nó thường được thiết kếtheo hệ thống mở,khả năng tích hợp cao kể cả tích hợp với các PLC khácnhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập.Mục tiêu tạo thuận lợicao nhất cho người kỹ sư thiết kế và tích hợp hệ thống điều khiển

Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thựchiện các chuỗi quá trình phức tạp,khả năng tích hợp dễ dàng.Các hệ thốngDCS thương phẩm hiện nay thường bao gồm các bộ điều khiển(controller) ,hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thốngtích hợp.Các hệ DCS có thể quản lý được từ vài nghìn điểm đến vài chụcnghìn điểm vào /ra.Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm,hệ điều khiển có thểthực hiện đồng thời nhiều vòng điều chỉnh,điều khiển nhiều tầng,hay theo cácthuật toán điều khiển hiện đại,nhận dạng hệ thống,điều khiển thích nghi,tốiưu,bền vững,điều khiển theo mô hình dự báo (MPC),Fuzzy,Neutral,điềukhiển chất lượng (QCS)

Để phục vụ cho việc trao đổi thông tin,các hệ DCS thương phẩmngày nay hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quảnlý.Hiện nay các giao thức này đã được chuẩn hóa (Profibus,FoundationFieldBus,Ethernet).

Các hệ DCS thương phẩm ngày nay có độ tin cậy rất cao : nhờ có khảnăng dự phòng kép ở tất cả các thành phần trong hệ (controller,modul I/O,bustruyền thông),khả năng thay đổi chương trình (sửa chữa và download) ,thayđổi cấu trúc của hệ , thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn ,khôngcần khởi động lại quá trình (thay đổi online)

Cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ DCS thương phẩm cũng được thiết

kế sẵn và là cơ sở dữ liệu lớn có tính toàn cục và thống nhất,thời gian bảohành hỗ trợ dài

Tất cả những đặc điểm trên cho thấy các hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về 1 giải pháp tự động hóa tích hợp tổng thể.Thị trường DCS toàn cầu tăng trưởng 2-3%/năm Tới nay,DCS vẫn là không thể thay thế được trong các ứng dụng lớn như:ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện…

Hệ thống điều khiển phân tán DCS điều khiển các quá trình công nghệtrong nhà máy (gồm lò hơi và các thiết bị phụ như bơm cấp, máy nghiền ),

hệ thống điều khiển PLC (gồm hệ thống xử lý nước, nước thải, than, lọc bụi,khử lưu huỳnh ) và hệ thống điều khiển MarkV để điều khiển Tuabin, máyphát Tất cả các hệ thống này đều được nối với hệ thống DCS qua các đườngtruyền dữ liệu tốc độ cao, tạo thành 1 mạng điều khiển phân cấp Người vậnhành sẽ vận hành nhà máy thông qua các giao diện vận hành Người - Máy(HIS) của hệ thống DCS đặt tại phòng điều khiển trung tâm, hoặc thông quacác màn hình máy tính PC hay Panel điều khiển tại chỗ

Hệ thống điều khiển DCS dây chuyền 2 nhà máy điện Phả Lại là hệthống điều khiển CS3000 do hãng YOKOGAWA cung cấp.

Hệ thống CS3000 bao gồm: HIS (Human Interface Station) dùng đểđiều khiển các chức năng vận hành và giám sát, FCS (Field Control Station)thực hiện chức năng điều khiển, và mạng điều khiển (V net) kết nối giữa cáctrạm trên Các chức năng khởi tạo, định nghĩa của hệ thống làm việc trongHIS và các máy tính PC sử dụng cho mục đích chung

Hình 1.1: Cấu hình cơ bản hệ thống CS3000

1.1.2 Chức năng của hệ DCS

Chức năng chính và là quan trọng nhất của DCS là điều khiển toàn bộcác quá trình công nghệ trong nhà máy.Chức năng điều khiển do các bộ điềukhiển đảm nhận,được đặt tại phòng điều khiển trung tâm hoặc trong các trạmđiều khiển.Chức năng điều khiển của DCS được thể hiện trong sơ đồ sau:

Hình 1.2: Sơ đồ chức năng DCS

-Chức năng điều khiển cơ bản

DCS thực hiện tất cả các chức năng điều khiển cơ bản của một nhàmáy.Các thành phần thực hiện các chức năng điều khiển cơ bản trong DCSgọi là các “khối hàm” (Function Block).Mỗi khối hàm đại diện cho 1 bộ phậnnhỏ nhất trong bài toán điều khiển.Việc thực hiện thiết kế chức năng điềukhiển thực chất là cách kết hợp các khối hàm lại với nhau cho phù hợp

+Chức năng thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động

Chức năng điều chỉnh tự động thực hiện cho các vòng điều chỉnh phảnhồi của các quá trình liên tục.Thành phần chính tham gia vào chức năng điềuchỉnh tự động là các khối PID,các khối hàm chuyển đổi định dạng dữ liệuvào/ra và các khối hàm toán học

+Chức năng thực hiện thuật toán điều khiển tuần tự

Thuật toán điều khiển tuần tự thực hiện cho 1 số công đoạn làm việc theo

Chức năng điều khiển của DCSChức năng điều khiển cơ bảnThực hiện thuật toán điều khiển tự độngThực hiện thuật toán điều khiển tuần tựChức năng điều khiển liên độngThực hiện các thuật toán phức tạpChức năng quản lí theo khốiChức năng truyền thông với các hệ thống phụ

công đoạn độc lập đồng thời quản lý toàn bộ chuỗi sự kiện xảy ra trong hệthống.Có thể sử dụng chức năng này cho các bài toán liên động hoặc kết hợpthực hiện các công đoạn liên tục trong toàn nhà máy.

+Chức năng thực hiện các thuật toán phức tạp

DCS là hệ điều khiển ứng dụng cho các nhà máy có quy mô lớn,côngnghệ liên tục và phức tạp,đòi hỏi phải sử dụng nhiều thuật toán tiên tiến đểgiải quyết các bài toán tối ưu và tiết kiệm nhiên- nguyên liệu.Các thuật toáncấp cao thường được ứng dụng cho các nhà máy bao gồm thuật toán điềukhiển nối tầng (cascade),thuật toán điều khiển tiền định (feedforward),cácthuật toán phân ly hệ đa biến,thuật toán điều khiển mờ,thích nghi,nơ ron…-Chức năng truyền thông,trao đổi thông tin với các hệ thống phụ -Subsystem

Trong các nhà máy lớn,bên cạnh hệ DCS ,luôn có các hệ PLC đảm nhậncác công việc điều khiển cho từng công đoạn nhỏ như trạm bơm cấpnước,nước thải…và tất cả tham số này cũng cần phải được đưa vào hệ thốngDCS chung của toàn nhà máy để tập trung cơ sở dữ liệu phục vụ giám sátquản lý

Hầu hết hệ DCS không tích hợp sẵn các chương trình điều khiển truyềnthống cũng như các module truyền thông với các PLC Mà thay vào đó ,DCSliên kết với các hệ PLC sao cho thiết bị chọn phù hợp và đỡ tốn kém

*Chức năng vận hành và giám sát hệ thống (chức năng SCADA)

-Hiện thị trạng thái hoạt động của toàn bộ nhà máy

Bằng các thư viện hình ảnh và các công cụ xây dựng đồ họa,DCS chophép chúng ta biểu diễn toàn bộ các quá trình,thiết bị trong nhà máy lên mànhình 1 cách trực quan và sinh động,cung cấp các giao diện vận hành và giám sát

Từ đó ta có thể nhận biết được trạng thái hoạt động của nhà máy thôngqua các đối tượng đồ họa và các giao diện điều khiển – Instrument Faceplate-Chức năng hiển thị các biến quá trình dưới dạng đồ thị.

Để vận hành và giám sát được toàn bộ nhà máy với nhiều thiết bị,tham

số và trạng thái DCS đã phân chia,sắp xếp và biểu diễn các tham số,trạng tháidưới nhiều hình thức khác nhau nhằm tạo thuận lợi tối đa cho người vận hành.-Chức năng cảnh báo quá trình

Bên cạnh các chức năng điều khiển ,giám sát trạng thái,việc đưa ra cáccảnh báo cho người vận hành và các gợi ý xử lý cũng là 1 yêu cầu không thểthiếu đối với bất cứ 1 hệ DCS nào

Các cảnh báo trong hệ thống được chia thành nhiều cấp độ khác nhau:+Cảnh báo nguy cơ

+Báo động

+Báo lỗi

-Chức năng lập báo cáo

Để hỗ trợ cho công tác giám sát và quản lý,DCS cung cấp các báo cáo chotừng biến quá trình,các khu vực quan trọng theo định kỳ hoặc theo yêu cầu nhằm:Thu thập,hiển thị và in ra các thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống.Báo cáo về các cảnh báo,thông điệp liên quan đến thiết bị,tín hiệu vào/ra

và cả trạng thái của các function block

Báo cáo về lịch sử làm việc,các lỗi,sự kiện xảy ra trong hệ thống

-Chức năng an toàn hệ thống

Để ngăn chặn các lỗi trong vận hành và đảm bảo an toàn cho hệthống,DCS cung cấp khả năng phân chia quyền quy nhập hệ thống cụ thể đếntừng thiết bị và từng functionblock

Có thể đặt nhiều mức độ bảo mật an toàn khác nhau từ cấp các khuvực,đến từng thiết bị trong nhà máy.

Mỗi người vận hảnh sẽ có một tên và mật khẩu riêng và chỉ có quyềntruy cập hệ thống trong một khu vực đã được định trước và phải chịu tráchnhiệm hoàn toàn với khu vực đó Điều này một mặt tránh được các nguycơ,ngăn chặn lỗi vận hành mặt khác cũng là để thuận lợi cho các nhà quản lýtrong việc tìm ra người có trách nhiệm cho mỗi một sự kiện và kiểm soát tốthơn tình trạng hoạt động của toàn nhà máy

1.1.3 Các phần trong hệ thống DCS

- Phần 1 : Điều khiển khối 1

- Phần 2 : Điều khiển khối 2

- Phần 3 : Điều khiển phần chung

Các phần được liên kết với nhau bằng Bus Converter sao cho các giaodiện HIS của mạng điều khiển phần chung có thể điều khiển được các tổ máy,nhưng các HIS của tổ máy này không thể điều khiển được tổ máy khác Mặtkhác, các BUS Converter sẽ cách ly về điện giữa các mạng điều khiển của tổmáy và phần chung

Giám sát toàn bộ quá trình hoạt động của nhà máy, gồm:

- SUPERVISORS PC : Giám sát chung

- HISTORIAN : Là các máy tính có dung lượng lớn dùng để lưu trữ cácthông tin vận hành của nhà máy, sử dụng phần mềm quản lý dữ liệu PI (PlantInformation) Các HISTORIAN lấy thông tin từ các FCS thông qua các OPCSERVER, từ bộ ghi tuần tự SOE.

- OPC SERVER : là các máy tính quản lý truyền dữ liệu qua các giaothức mạng khác nhau, từ FCS qua VNET đến OPC SERVER rồi qua mạngETHERNET và đưa đến HISTORIAN ở mỗi phần có 2 máy OPC SERVER ,một cho thu nhập tín hiệu tương tự , một cho tín hiệu số

Giao diện OPC:

Hình 1.3 : Giao diện OPC

Giao diện OPC cung cấp bởi YOKOGAWA cho phép người sử dụng truy cập

dữ liệu trên các HIS hoặc FCS thông qua OPC SERVER chạy trên trạmExaopc

Giao diện OPC là một giao diện chuẩn cho việc điều khiển quá trình sửdụng kết và nhúng đối tượng (OLE) Nó bao gồm các SERVER mà cung cấpcho các HIS hoặc FCS cùng với các giao diện dùng để truy cập tới cácSERVER đó

Việc kết nối các ứng dụng trong môi trường Window, để điều khiểnquá trình mà dữ liệu quá trình có thể được chuyển đổi giữa các chương trìnhứng dụng.

Các khối chức năng của Exaopc:

+ Chức năng truy cập dữ liệu (DA): Đọc và ghi giá trị hiện thời của dữ liệuquá trình

+ Chức năng báo động và các sự kiện (A&E): Báo cáo các báo động và sựkiện xảy ra không đồng bộ từ các trường quá trình

+ Chức năng truy cập dữ liệu đã lưu trước đó(HDA): Đọc dữ liệu quá trìnhtheo trình tự thời gian thông qua các định danh của dữ liệu (tagname)

- EWS (Engineering WorkStation): Trạm thực hiện các công việc kỹthuật như :

+ Phân quyền cho các trạm giao diện

+ Lập và sửa đổi chương trình cho các trạm điều khiển khu vực

+ Backup/Restore

Cấp giao diện vận hành (HIS):

- Gồm 10 trạm giao diện HIS kiểu màn hình kép cho khối 1 và khối 2 mỗi khối 5 trạm

- Phần chung có 2 trạm giao diện

Giao diện HIS thực chất là các máy tính với bàn phím được thiết kếriêng cho việc điều khiển nhà máy Các máy tính này chạy trên hệ điều hànhWindowsNT trên đó có cài đặt phần mềm điều khiển CENTUM CS3000.Trên màn hình vận hành sẽ cung cấp tất cả các sơ đồ công nghệ, thông số vậnhành, cửa sổ điều khiển, các điểm đặt, đồ thị, báo động

Cấp điều khiển:

Thực hiện điều khiển các quá trình của nhà máy, mỗi khối có 12 trạmđiều khiển LFCS và 2 trạm PFCS

Phần chung có 3 trạm điều khiển kiểu LFCS và 6 trạm PFCS

Việc xử lý tính toán của hệ thống DCS được thực hiện thông qua các FCS.Trên FCS có các khối vi xử lý, khối thông tin liên lạc, khối nguồn và các khốivào/ra Tín hiệu liên lạc giữa bộ vi xử lý và các khối vào/ra được thực hiện thôngqua đường truyền dữ liệu RIO BUS có tốc độ truyền tin là 1Mb/s

Mạng Vnet:

Mạng Vnet sử dụng để kết nối giữa các trạm điều khiển FCS với nhau

và giữa các FCS với các giao diện HIS Mạng này sử dụng giao thức truyền

tin Token passing với thời gian truyền tin là 100m/s và tốc độ truyền tin là10Mb/s.

SOE (Sequence of Events) là một hệ thống thu thập dữ liệu dựa trên bộ

vi xử lý phân phối tốc độ cao được thiết kế để giám sát và ghi lại các thông số

và sự thay đổi trạng thái của các đầu vào từ các thiết bị trường theo thời gianthực với tốc độ quét là 1 ms

Thông tin các sự kiện bao gồm các báo động (Alarm) và trạng thái vàmỗi đầu vào có 60 ký tự để viết lời ghi chú Thông tin của các sự kiện có thểđược đưa ra màn hình, máy in hoặc truyền tới các máy tính ở xa hoặc tới hệthonngs DCS thông qua các cổng liên kết ASCII RS-232

Điều khiển

scan

+ Mô tả thiết bị:

Bao gồm hai hay nhiều khung treo kiểu giá có kích cỡ 19”, chứa một

bộ điều khiển chính (main control module), một bộ điều khiển phụ trợ tuỳchọn hoặc một module thông tin liên lạc và một hoặc nhiều bộ Scanner chophép giám sát 4096 điểm

Mỗi bộ SOE có thể chứa đến 6 cổng RS-232 để liên lạc với các thiết bịngoại vi như màn hình, modem, máy in, đồng hồ chuẩn thời gian thực, bànphím Nó có 8 rơle phụ điều khiển bằng phần mềm với tiếp điểm “C” rất cóích cho người dùng

- YNT511D-V là các bộ khuyếch đại tín hiệu dùng cáp quang, được sửdụng để truyền thông tin đi xa Việc sử dụng bộ lặp này có thể truyền thôngtin qua cáp quang với khoảng cách lớn Với bộ YNT511D-V thì khoảng cáchlớn nhất có thể truyền là 4Km

- Dual RS422/485 Modbus là hệ thống liên lạc nối tiếp dự phòng képthông qua cổng RS422/485 giữa hệ thống DCS với các hệ thống điều khiểnphụ trợ khác như Mark V, PLC

- HUB hoặc System HUB ghép nối mạng Ethernet theo kiểu hình sao

Hệ thống điều khiển DCS được trang bị với độ tin cậy cao bởi hệ thống

dự phòng kép cho tất cả các bộ phận xử lý, thông tin liên lạc, nguồn cung cấp

- Master Clock là đồng hồ thời gian chuẩn lấy tín hiệu từ vệ tinh

để đặt thời gian chuẩn cho hệ thống điều khiển

Tại phòng điều khiển trung tâm người vận hành có thể lựa chọn chế độ điềukhiển AUT hoặc MAN Với bất kỳ chế độ điều khiển nào thì mọi thông số và tìnhtrạng hiện thời của thiết bị đều có thể truy cập từ cả 2 nơi: Giao diện vận hành HIStại phòng điều khiển trung tâm và giao diện vận hành tại chỗ.

Nói tóm lại, hệ thống điều khiển dây chuyền 2 của nhà máy điện Phảlại là một hệ thống điều khiển phân cấp dựa trên cơ sở các bộ vi xử lý có tốc

độ cao Hệ thống này sẽ đảm bảo việc điều khiển nhà máy một cách an toàn,chính xác, và có hiệu quả cao Ngoài chức năng điều khiển, hệ thống DCScòn có khả năng lưu trữ lâu dài cũng như truy cập các thông số và tình trạngcủa nhà máy để cho việc vận hành, bảo dưỡng nhà máy đạt hiệu quả cao nhất

CHƯƠNG 2 CHI TIẾT CỤ THỂ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI

QUÁ NHIỆT

2.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển hơi quá nhiệt

Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 là nhà máy bố trí theo sơ đồ 2 khối : 1 lòtương ứng 1 máy.Bộ quá nhiệt của lò hơi Phả Lại 2 được chia làm 3 cấpchính:cấp 1,cấp 2 và cấp 3.Việc điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt 1 khối đượcthực hiện bởi 4 bộ giảm ôn nhánh A và B,2 bộ đặt giữ bộ quá nhiệt cấp 1 vàcấp 2,2 bộ còn lại đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 2 và cấp 3.Đây là bộ giảm ôn kiểuphun,phạm vi điều chỉnh nhiệt độ là :6oC.Nguồn nước làm lạnh là nước cấpvào lò (trước cụm van nước cấp).Lưu lượng nước giảm ôn lớn nhất cho mỗi

bộ giảm ôn là 20,55 t/h,nhiệt độ nước giảm ôn khoảng 259oC bằng nhiệt độnước cấp

Trong hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt,đại lượng ra là nhiệt

độ hơi quá nhiệt.Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi,bộ điều chỉnh nhận tínhiệu đó và tác động lên van điều chỉnh thay đổi lượng nước làm mát đi vàobình giảm ôn.Tác động điều chỉnh là độ đóng mở van điều chỉnh

Bộ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt tác động lên van điều chỉnh lưulượng nước giảm ôn để duy trì nhiệt độ hơi chính sau lò nằm trong dải địnhmức…

Bộ quá nhiệt bố trí làm 3 cấp,2 nhánh xen kẽ là các hệ thống nước phungiảm ôn mục đích duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệt đồng đều trước khi vào tuabin

và tránh giãn nở ống

Vì bộ quá nhiệt có 3 cấp với 4 van phun giảm ôn 1 khối , không làmmất tính tổng quát , ở đây ta chỉ tổng hợp đại diện 1 bộ điều chỉnh.Đó là bộđiều chỉnh van nước phun giảm ôn cho bộ quá nhiệt cuối ở 1 nhánh.

2.2 Bộ quá nhiệt và các thiết bị liên quan trong hệ thống

2.2.1 Mô tả chung

Hình 2.1 : Sơ đồ bố trí bộ quá nhiệt

Bộ quá nhiệt của lò hơi thuộc loại nửa bức xạ, nửa đối lưu Theo đườnghơi ra, bộ quá nhiệt bao gồm các bề mặt chịu nhiệt sau đây:

 Dàn quá nhiệt trần

 Bộ quá nhiệt hộp

 Vách phân cách đầu vào bộ quá nhiệt cấp 1

 Bộ quá nhiệt cấp 1

 Bộ quá nhiệt cấp 2 (quá nhiệt mành)

 Bộ quá nhiệt cuối cùng

2.2.2 Giảm ôn ở nhà máy điện

Thực tế nếu không có sự điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt thì nhiệt độ hơi quá nhiệt sẽ lớn hơn nhiệt độ yêu cầu do đó quá trình điều chỉnh thực chất

là giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt xuống.Vì vậy người ta dùng các bộ giảm ôn để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt

* Phương pháp bố trí

-Khi đặt bộ giảm ôn ở cuối thì thời gian điều chỉnh nhanh chóng nhưng

có 1 đoạn ống phải chịu nhiệt độ > nhiệt độ yêu cầu làm ảnh hưởng đến sựlàm việc của bộ quá nhiệt

Hình 2.2 : Bố trí bộ giảm ôn ở cuối

-Nếu đặt bộ giảm ôn ngay đầu vào:

+Lợi bảo vệ được bộ quá nhiệt

+Nhược quán tính của quá trình điều chỉnh lớn => chậm trễ suy ra chất lượngquá trình điều chỉnh không tốt.Mặt khác nếu phun nhiều quá gây ra hiệntượng ngưng tụ trong bộ quá nhiệt

Hình 2.3 : Bố trí bộ giảm ôn ở đầu vào

-Vì vậy ta đặt bộ giảm ôn ngay lúc nhiệt độ quá nhiệt lên đến thời gianyêu cầu tức là đặt ở giữa

-Thực tế ở nhà máy Phả lại 2 dùng nhiều bộ giảm ôn

Hình 2.4 : Giảm ôn bề mặt

Điều chỉnh lượng nước đi vào bộ giảm ôn tức là bộ điều chỉnh tác động vào van 4 nhưng khi thay đổi độ mở van 4 thì áp suất sau 2 van thay đổi gây trở lực làm thay đổi lượng nước vào lò ,ảnh hưởng đến điều kiện cấp nước giữa lượng nước điều chỉnh và nước cấp ảnh hưởng lẫn nhau.Thường để điều chỉnh ∆T= 15 đến 20oC suy ra ∆W=30 đến 40% W.Quán tính quá trình điều chỉnh lớn ,chất lượng điều chỉnh kém

Thường phun 5 ÷ 6% Dmax điều chỉnh được T= 50 ÷ 60oC(vòng nhỏ làmgiảm thời gian điều chỉnh).Sơ đồ này nói chung có đặc tính động tốt nên haydùng,tách hẳn 2 hệ thống nước cấp và nhiệt độ hơi quá nhiệt.

Do dùng nước phun thẳng vào bộ quá nhiệt chất lượng nước phải caophải thêm bình ngưng phụ

Nếu áp lực không đủ đưa nước vào thì sử dụng các bơm phụ (thườngchiếm 10% so với công suất cực đại của lò)

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt

Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi sẽ được đưa tới các bộ quá nhiệt,tạiđây hơi được nâng lên tới nhiệt độ rất cao (khoảng 5410C) và trở thành hơiquá nhiệt

- Có nhiều nhân tố dẫn tới sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt là:

+Thay đổi phụ tải lò hơi

+Sự dao động áp suất trong đường hơi chung

+Sự thay đổi của chất lượng nhiên liệu

+Thay đổi nhiệt độ nước cấp

+Thay đổi hệ số không khí thừa

+Đóng xỉ dạng ống bức xạ dãy feston

+Bám bẩn các bề mặt đốt do máy cấp bột than làm việc không đều

+Do hiện tượng cháy lại trong vùng bộ quá nhiệt…

Thực tế các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt còn gọi là cácchấn động.Chấn động bên trong là sự thay đổi nhiệt độ và áp suất của nướclàm mát.Những yếu tố làm ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt,ví dụ như:Thay đổi phụ tải lò hơi,thay đổi lưu lượng hơi,nhiệt độ nước cấp,sự dao động

áp suất trong đường hơi chung ,sự thay đổi của chất lượng nhiên liệu nhiệtlượng tỏa ra trong buồng đốt,sự thay đổi hệ số truyền nhiệt, hệ số không khí

thừa, bám bẩn các bề mặt đốt do máy cấp bột than làm việc không đều, dohiện tượng cháy lại trong vùng bộ quá nhiệt,đóng xỉ dạng ống bức xạ dãyfeston …là các chấn động bên ngoài

Ta có thể đứng trên góc độ đặc tính của lò để xem xét các yếu tố ảnhhưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt

- Đặc tính tĩnh: (Quan hệ nhiệt độ quá nhiệt với các thông số khác ởchế độ xác lập)

- Đặc tính động:Chính là sự thay đổi theo thời gian của nhiệt độ khi cócác nhiễu P thay đổi,Q(t) thay đổi

Cụ thể:

- Đặc tính tĩnh:

* Ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt

D thay đổi (tăng) suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi (tăng) (nếu bộquá nhiệt đối lưu hoàn toàn)

Còn ở bộ quá nhiệt bức xạ hoàn toàn thì D thay đổi (tăng) dẫn tới nhiệt

độ hơi quá nhiệt giảm

Vậy ra kết hợp khéo léo giữa bộ quá nhiệt bức xạ và đối lưu thì ra khửđược ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt

Hình 2.6 : Ảnh hưởng phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt

* Ảnh hưởng của sự bám cáu xỉ đến nhiệt độ hơi quá nhiệt

Có đóng xỉ thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng

* Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp

Nhiệt độ nước cấp giảm thì D giảm nếu cường độ hấp thụ bộ quá nhiệt khôngđổi thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm

* Ảnh hưởng của hệ số không khí thừa

Giống phụ tải tùy thuộc vào bộ quá nhiệt là đối lưu hay bức xạ

* Ảnh hưởng của than

Mịn suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt nhỏ

Thô ngọn lửa cao nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng

* Ảnh hưởng của phân ly hơi

Làm việc kém suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm

Vậy khi thay đổi:

+Nhiệt hàm của hơi

+Lượng nhiệt của nó hấp thụ

+Lưu lượng hơi

Thì nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi

- Đặc tính động:

Tức là sự thay đổi nhiệt hàm của hơi và nhiệt độ hơi quá nhiệt theo thờigian.Suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi theo hình vẽ bên.Khi chấn độngđầu vào là lượng nhiệt mà bộ quá nhiệt hấp thụ được đặc tính có dạng sau:

Tô giảm nhiệt =10 đến 15s (thực chất độ quán tính này không phải là của bộquá nhiệt mà là của quá trình)

Khi D thay đổi theo thời gian ta không xét vì không thể sử dụng nó để điều chỉnh vì D là đại lượng do tuabin quyết định

Hình 2.7 : Đặc tính động

2.3 Các phương pháp điều chỉnh nhiệt đô hơi quá nhiệt ở nhà máy.

Nhiệt độ hơi quá nhiệt là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của lòhơi.Nhiệt độ hơi quá nhiệt luôn được điều chỉnh ở 1 giá trị không đổi khi tải

ra giảm,ngược lại đối với quá nhiệt do đối lưu nhiệt truyền sẽ tăng khi lưulượng hơi ra tăng.Nhưng tốc độ tăng nhiệt độ sẽ giảm bớt khi lưu lượng hơi ratiếp tục tăng lên.Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt không được điều khiển thì nhiệt

độ sẽ cao nhất khi tải lò lớn nhất,và khi tải giảm thì nhiệt độ sẽ giảm

Như vậy khi không điều khiển,nhiệt độ hơi quá nhiệt sẽ dao động trong

1 dải rất lớn khi tải lò thay đổi.Khi thay đổi loại than đốt thì nhiệt độ ngọn lửathay đổi dẫn đến sự thay đổi quá trình hấp thụ nhiệt trong buồng lửa,do vậynhiệt độ khói thoát thay đổi.Và quá trình trao đổi nhiệt của khói và hơi cũngthay đổi,dẫn đến nhiệt độ hơi thay đổi

Để điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt có 2 phương pháp:

+ Điều chỉnh trao đổi nhiệt giữa khói cháy và hơi

+ Điều khiển van nước phun giảm ôn

2.3.1 Điều chỉnh trao đổi nhiệt giữa khói cháy và hơi

Thực tế thực hiện phương pháp này ta dùng các cơ cấu điều chỉnh thayđổi góc đặt của vòi đốt vì thế thay đổi được nhiệt hấp thụ trong lò hơi,nhiệt

độ khói sẽ thay đổi,sự trao đổi nhiệt giữa khói và hơi cũng thay đổi.Nhờ đó

mà điều chỉnh được quá trình trao đổi nhiệt năng giữa hơi và khói cháy tại bộquá nhiệt,trao đổi với nước trong giàn sinh nhiệt.Trong hệ thống điều khiểnnày thường dùng hệ thống cơ điện khí,các cơ cấu chấp hành để điềukhiển.Các cơ cấu này thường có liên động với hệ thống điều khiển tỉ lệ cháy

và hệ thống cấp nước.Với mỗi loại lò hơi khác nhau sẽ quan tâm tới các thông

số như nhiệt độ cháy nhiên liệu,khối lượng nhiên liệu hay cả 2 thông số trên

để điều khiển nhiệt độ hơi

Tương tự,ta có thể dùng cơ cấu thay đổi hướng phun nhiên liệu vàobuồng lửa và đốt cháy.Theo phương pháp này,có 2 cách điều chỉnh Một làlửa sẽ được tập trung tiếp tuyến với các vòng tròn ảo ở tâm của lò tạo ra cácvòng cầu lửa như trên (hình 3.8) Hai là giữ cố định các giàn phun nhiên liệunhưng thay đổi tỉ lệ nhiên liệu giữa các giàn phun đó tạo quá trình cháy tậptrung nhiệt vào các vị trí khác nhau như (hình 3.9) Cũng có thể điều chỉnhcánh hướng các quạt hút và đẩy gió cháy,thay đổi lưu lượng khói cháy,nâng

cao nhiệt độ nước…các hệ thống này có thể được sử dụng đơn lẻ để điềukhiển hoặc được sủ dụng phối hợp với nhau.

Ngoài ra có thể điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bởi việc điều khiểncác cánh hướng đi tắt của khói.Khi cần giảm nhiệt độ thì các cánh hướng đitắt của khói được mở thêm và lượng khói trao đổi nhiệt với hơi sẽ giảm dovậy nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm

Với phương pháp điều khiển này thì mỗi cách điều khiển khác nhau thì

có đặc tính điều khiển nhiệt độ riêng.Quán tính của quá trình nhiệt là lớn,tácđộng của phương pháp điều chỉnh khá chậm,hằng số thời gian cỡ vài phút.Để

có thể tác động nhanh hơn,người ta thường dùng tới phương pháp điều chỉnhnhiệt độ hơi bằng phương pháp điều khiển van phun nước giảm ôn

Nước dạng sương mù được phun trực tiếp vào hơi,các hạt nước đượcphun thành bụi nhỏ hỗn hợp với hơi quá nhiệt và bốc thành hơi.Như vậy bằngcách phun nước vào hơi cũng làm giảm nhiệt độ của hơi quá nhiệt.Khi nhiệt

độ hơi quá nhiệt tăng,van được điều chỉnh mở thêm để tăng lượng nước vàohơi quá nhiệt do vậy nhiệt độ hơi sẽ giảm.Ngược lại khi nhiệt độ hơi quá nhiệtgiảm,van khép bớt lại làm giảm lượng nước phun vào hơi quá nhiệt nhiệt độhơi sẽ tăng

Hình 2.8 : Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh góc phun nhiên liệu

Hình 2.9 : Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh lưu lượng giữa các ống

phun nhiên liệu

2.3.2 Điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt dùng phương pháp điều khiển van phun nước giảm ôn

Trước khi hơi được đưa vào tuabin,hơi quá nhiệt sẽ được điều chỉnh đểgiữ ổn định ở một giá trị mong muốn.Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ hơi quánhiệt là van phun nước giảm ôn Tùy vào từng hệ thống lò hơi khác nhau màngười thiết kế đưa ra các chiến lược điều khiển nhiệt độ hơi cho phù hợp.Nếulưu lượng hơi được giữ cố định ta có thể dùng hệ thống điều khiển một vòngđiều chỉnh nhiệt độ.Với trường hợp cần có lưu lượng hơi thay đổi ta có nhiềuphương án điều khiển được lựa chọn như:điều khiển feedforward,điều khiển 2mạch vòng hoặc kết hợp cả 2 phương pháp trên.Yêu cầu đặt ra đối với hệ điềukhiển là giữ nhiệt độ hơi tại 1 giá trị cố định,với sai lệch ±30C

Trong nhà máy điện Phả Lại 2, sử dụng 2 cấp giảm ôn loại hỗn hợp Bộgiảm ôn cấp 1 đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 1 và bộ quá nhiệt cấp 2, bộ giảm ôncấp 2 đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 2 và bộ quá nhiệt cuối cùng.Nước phun giảm

ôn với áp suất cao được lấy từ đầu đẩy bơm cấp được phun vào hơi quá nhiệt

để điều chỉnh nhiệt độ của hơi

Hình 2.10 : Van phun giảm ôn thực tế tại nhà máy

a Điều khiển hơi quá nhiệt với mạch vòng điều chỉnh nhiệt độ hơi và feedforward theo lưu lượng gió:

Sơ đồ điều khiển chi tiết biểu diễn trên hình (3.11) Các tín hiệu đầu vàocủa hệ thống là tín hiệu đo lưu lượng gió và tín hiệu đo nhiệt độ của hơi.Đốitượng cần điều khiển ở đây là van phun nước giảm ôn (điều chỉnh độ mở củavan) qua đó thay đổi được lượng nước phun giảm ôn để điều chỉnh nhiệt độ hơi.Tín hiệu về lưu lượng gió tỉ lệ với lưu lượng than cấp vào lò.Khi tải thayđổi ,lưu lượng hơi sẽ thay đổi theo yêu cầu về nhiên liệu đưa vào lò cần thayđổi tương ứng để đáp ứng nhiệt năng cần thiết.Nhiệt năng cung cấp cho nướcbiến đổi nên làm thay dổi lưu lượng hơi ra khỏi bao hơi.Ngoài ra nhiệt độkhói thoát cũng bị thay đổi Do đó tín hiệu đo lưu lượng gió được dùng làmtín hiệu ra từ bộ điều khiển nhiệt độ hơi dùng luật điều khiển PI (y) Tín hiệuđầu ra của bộ cộng cho ta tín hiệu điều khiển vị trí cánh hướng van phun giảm

ôn (u)

Bộ điều khiển (w) có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu tự hiệu chỉnh giá trị sailệch đầu ra nhỏ nhất cho bộ điều chỉnh nhiệt độ hơi (y) Khi tải của lò thayđổi dưới dải điều chỉnh của nhiệt độ hơi thì đầu ra của bộ điều chỉnh (y) sẽ

gửi 1 tín hiệu đến bộ tổng (x) đảm bảo đầu ra của bộ tổng cho tín hiệu đóngngay lập tức vị trí cánh hướng van phun giảm ôn.

Bộ điều khiển (w) là cần thiết để đảm bảo khi có sự thay đổi của lưu lượnghơi thì nhiệt độ hơi được duy trì tại giá trị nhiệt độ đặt với nhiên liệu và lưu lượnggió cấp thay đổi.Trên thực tế thì hằng số thời gian của bộ điều khiển (w) là rất nhỏ

so với hằng số thời gian nhiệt của quá trình nên tác động của nó là rất nhanh Cácthông số của bộ PI có thể được chỉnh định tới giá trị lớn để giảm nhỏ hằng số thờigian , không yêu cầu cao về độ chính xác điều chỉnh

Bộ khuyếch đại (t) có tác dụng chỉnh định dải tín hiệu đo lưu lượng gióphù hợp với bộ công tổn (x) Nếu như bộ cộng tổng (x) có dải xử lí phù hợphoặc đã được “mềm hóa” trong các bộ điều khiển hiện đại thì có thể khôngcần dùng (t) Bộ logic chênh lệch (v) duy trì giá trị đầu ra của bộ cộng tổng(x) là dương khi tín hiệu điều khiển van giảm xuống 0% Sai lệch cho so vớigiá trị đặt cho phép trong công nghiệp của hệ thống là 5%

Hệ thống điều khiển van phun nước giảm ôn được phối hợp với cơ cấu điềuchỉnh các ống phun nhiên liệu,do vậy có sự liên quan chặt chẽ giữa tỉ lệ lưulượng gió và tín hiệu điều khiển van giảm ôn Bộ (z) là 1 hàm f(x) đưa ra quan

hệ phi tuyến giữa tín hiệu đo lưu lượng gió và tín hiệu yêu cầu về vị trí của vanphun nước giảm ôn Quan hệ này được thử nghiệm ở các trạng thái ổn định vớinhiệt độ hơi mong muốn ở giá trị lưu lượng hơi khác nhau Hàm f(x) thể hiệnđược đặc tính của mối quan hệ đó và xử lí tín hiệu đo lưu lượng gió , điều chỉnhphù hợp để đưa vào điều khiển độ mở van phun nước giảm ôn

Sơ đồ điều khiển trên có độ tin cậy cao nếu như đã biết trước mối quan

hệ giữa độ mở van và lưu lượng nước cấp cho van Trong trường hợp khôngbiết rõ mối quan hệ này thì cần thêm 1 vòng điều khiển lưu lượng nước cấpcho van Khi đó hệ thống điều khiển trở thành hệ thống điều khiển nối tầng ,

tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển độ mở van giảm ôn là tín hiệu đặt cho bộđiều khiển lưu lượng nước cấp cho van.

Hình 3.11 : Sơ đồ điều khiển nhiệt độ hơi với mạch vòng điều chỉnh nhiệt độ hơi và

feedforward theo lưu lượng gió

b Điều khiển hơi quá nhiệt với 2 vòng điều chỉnh nhiệt độ.

Sơ đồ cấu trúc điều khiển như sau:

Trong sơ đồ biểu diễn trên hình 3.12 là một hệ thống điều khiển nối tầng

2 bộ điều khiển : bộ điều khiển sơ cấp và bộ điều khiển thứ cấp Bộ điềukhiển sơ cấp là bộ điều khiển mạch vòng kín (a,b,c) nhân tín hiệu đầu vào lànhiệt độ hơi quá nhiệt ngay trước khi đưa vào tuabin Bộ điều khiển đượctách riêng thành 3 khối chức năng logic và có thể chỉnh định từng khối riêng

rẽ Đầu ra của bộ điều khiển này được lấy làm tín hiệu đặt cho bộ điều khiểnthứ cấp (d) Tín hiệu quá trình phản hồi về bộ điều khiển thứ cấp là nhiệt độhơi quá nhiệt sau khi đã được phun giảm ôn (nhiệt độ hơi quá nhiệt trước bộquá nhiệt trước bộ quá nhiệt cấp 1 và bộ quá nhiệt cấp 2) Bộ điều khiển sơcấp thực hiện chức năng điều chỉnh thô nhiệt độ hơi quá nhiệt còn bộ điềuchỉnh thứ cấp làm nhiệm vụ điều chỉnh tinh , nhanh chóng đưa giá trị nhiệt độhơi quá nhiệt đạt tới giá trị ổn định Bộ điều khiển thứ cấp có đáp ứng nhanhhơn ít nhất 3 lần so với bộ điều khiển sơ cấp

Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt trước khi vào tuabin là thấp hơn nhiệt độ đặtthì van phun giảm ôn phải được điều khiển để đóng ngay lập tức (tải lò quáthấp trong dải điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt) , ngừng quá trình làm giảm

Hình 2.1.2 : Sơ đồ cấu trúc hệ hai vòng điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt.

nhiệt độ hơi Khi đó các bộ logic lựa chọn tín hiệu thấp (f) và (g) đóng và bộtruyền (h) sẽ mở , bộ tích phân (c) ngừng tác động , đầu ra của nó sẽ bám theotín hiệu nhiệt độ hơi quá nhiệt ở ngay van phun Điều đó giữ cho bộ điềukhiển (a,b,c) luôn sẵn sàng điều khiển khi tải lò nằm ngay trong dải điềuchỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt , van phun giảm ôn cần tiếp tục hoạt động.

Hình 2.12 : Sơ đồ điều khiển hơi quá nhiệt với 2 vòng điều chỉnh nhiệt độ

Trong quá trình điều khiển (giống như mọi hệ thống điều khiển với 2vòng điều chỉnh nối tầng ) thì bộ điều khiển thứ cấp phải được điều chỉnhtrước tiên Khi đó hệ số tỉ lệ và tích phân của bộ điều khiển (a) và (c) được

chỉnh định giá trị nhỏ để ổn định giá trị đặt cho bộ điều khiển thứ cấp (d) Lòhơi hoạt động với lưu lượng hơi ổn định trong dải điều khiển của nhiệt độ Ban đầu giá trị hệ số tỉ lệ và thông số bộ tích phân của bộ điều khiển (d) cũngđược điều chỉnh ở 1 giá trị nhỏ tại 1 nhiệt độ ổn định của hơi quá nhiệt tại đầu

ra van phun Sau đó hệ số tỉ lệ được tăng lên cho tới khi tác động của bộ điềukhiển làm nhiệt độ trở nên không ổn định Lúc này giá trị tỉ lệ sẽ lại đượcgiảm trong khi giá trị các thông số của khâu tích phân được điều chỉnh tănglên cho tới khi có được 1 bộ điều khiển tối ưu cho nhiệt độ hơi quá nhiệt ởđầu ra van phun giảm ôn Sau đó các thông số của bộ điều khiển sơ cấp(a,b,c) cũng được chỉnh định tương tự

Trong 2 phương án trên điểm khác nhau căn bản là việc lấy tín hiệu đưavào bộ điều chỉnh và việc bố trí các bộ điều khiển theo sơ đồ như thế nào.Ta

có thể áp dụng sơ đồ như trên nhưng ngoài ra còn có thể áp dụng sơ đồ gồm 1

bộ điều chỉnh và 1 bộ vi phân ,đặc biệt phù hợp với hệ thống điều chỉnh nhiệt

độ hơi quá nhiệt.Sơ đồ khối như sau:

Hình 2.13 : Sơ đồ điều khiển hơi quá nhiệt với 1 bộ điều chỉnh 1 bộ vi phân

2.4 Chọn nguyên lý tạo lập luật điều chỉnh và chương trình thuật toán.

Với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý, ngày nay các bộ điều khiển sốngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ tính linh hoạt, độ tin cậy cao và giáthành rẻ

Bộ điều khiển số nhận tín hiệu rời rạc sau mỗi chu kỳ trích mẫu, sau đóxấp xỉ bởi trị số gần nhất Chu kỳ trích mẫu trong thực tế thường chọn khánhỏ so với thời gian quá độ của đối tượng Đồng thời, số giá trị số rời rạccũng khá lớn nhờ số bít biểu diễn số càng lớn

Trong khoảng giữa hai thời điểm trích mẫu liên tiếp, thì tín hiệu đi vào

bộ điều khiển không thay đổi Do vậy, tín hiệu số hóa là một đường bậc thangliên tiếp với những bậc thang rất nhỏ, tiến gần đường tín hiệu liên tục Trên

cơ sở đó, trong thực tế hầu như người ta coi tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển

, (2.52)Công thức (2.52) thường dùng để xác định tác động điều chỉnh của bộ

PID số tại thời điểm t i, tương ứng với bộ điều khiển PID liên tục (2.50) Nếu

chu kỳ trích mẫu T c đủ nhỏ (dưới hàng trăm lần), thì bộ PID số hầu như trùngvới bộ PID liên tục Đồng thời quá trình điều khiển rời rạc hầu như trùng vớiđiều khiển liên tục

Hình 3.14 : Sơ đồ lắp ráp hệ thống

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH

CÔNG NGHIỆP

Nhìn tổng thể mỗi hệ thống điều khiển (hay điều chỉnh trong trườnghợp riêng) tự động đều có thể chia thành hai bộ phận,thiết bị tác động lẫnnhau:đối tượng điều khiển và bộ điều khiển.Đối tượng điều khiển là nhómthiết bị hoạt động tạo nên bản chất công nghệ của một quá trình sản xuất.Bộđiều khiển là nhóm thiết bị tác động vào đối tượng điều khiển bằng những tácđộng lệnh theo qui luật toán học nhất định nhằm duy trì chế độ làm việc địnhtrước của hệ thống.Bộ điều khiển liên hệ với đối tượng điều khiển bằng cácđường thông tin có định hướng

3.1 Các phương pháp nhận dạng đối tượng:

Các đối tượng điều chỉnh gặp trong công nghiệp rất đa dạng từ đơngiản đến phức tạp.Các đối tượng có thể có 1 đầu vào và 1 đầu ra,nhiều đầuvào và 1 đầu ra hoặc nhiều đầu vào nhiều đầu ra

-Đối tượng có 1 đại lượng điều chỉnh là đối tượng mà tín hiệu ra xr(t)được kiểm soát và thay đổi dưới tác động của nhiều đại lượng vào: µ(t)_tácđộng điều chỉnh,λ1(t), λ2(t)… λm(t)_chấn động bên trong và bên ngoài.Theonguyên lí xếp chồng với giả thiết các đại lượng vào và ra thay đổi trongkhoảng nhỏ và hệ có thể tuyến tính hóa được,ta có thể biểu diễn:

Xr(t) = Xrµ (t) + Xrλi(t)

Xr(t):sự thay đổi của tín hiệu điều chỉnh gây ra do các tín hiệu vào tácđộng đồng thời

Xrµ (t):thành phần tín hiệu ra gây nên bởi tác động điều chỉnh µt

Xrλi(t):thành phần tín hiệu ra gây nên bởi các chấn động

Dưới dạng ảnh laplaxo:

+Đối tượng mà 1 tác động điều chỉnh có thể ảnh hưởng đến nhiều đạilượng điều chỉnh khác.Đối tượng này gọi là không tách được (non-autonom).Hệthống tự động tương ứng với đối tượng này gọi là hệ nhiều liên kết.

Xr1(s) = W11(s) µ1(s) + W12(s) µ2(s) + W1-λi(s).Λi(s)

Xr2(s) = W21(s) µ1(s) + W22(s) µ2(s) + W2-λi(s).Λi(s)

-Trong trường hợp tổng quát đối với hệ có n đại lượng điều chỉnh,n tácđộng điều chỉnh tương ứng và m chấn động,quan hệ vào – ra có thể viết dướidạng ma trận hàm truyền

Muốn nghiên cứu thiết kế hệ thống ta phải nghiên cứu tính chất độnghọc của đối tượng thông qua các đặc tính đối tượng (đặc tính thời gian,đặctính tần số) hay mối quan hệ động học dưới dạng giải tích hoặc đồ thị của mỗitín hiệu ra với mỗi tín hiệu vào riêng biệt

Đối tượng nhiệt nói chung quán tính lớn ,có thể có trễ.Về mặt động họcchúng là những bộ lọc giải thông tần số thấp.Có thể phân loại các đối tượngcông nghiệp thành 2 nhóm chính theo dạng đặc tính động

+Nhóm thứ nhất là những hệ vật lý trung tính.Đường cong quá độ củacác đối tượng loại này theo thời gian tiến tới vô tận