Nghiên cứu, khắc phục ảnh hưởng của van điều khiển tới hệ điều khiển quá trình

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU, KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Học Viên: LƯƠNG THỊ THANH XUÂN Người HD Khoa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

LƯƠNG THỊ THANH XUÂN

TN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU, KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN QUÁ TRÌNH

Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA

Học Viên: LƯƠNG THỊ THANH XUÂN

Người HD Khoa học: PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH

THÁI NGUYÊN – 2011

- -

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Lương Thị Thanh Xuân

Ngày tháng năm sinh : Ngày 01 tháng 12 năm 1980

Cơ sở đào tạo : Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Quốc Khánh

Trường Đại học Bách Khoa – Hà Nội Ngày giao đề tài: / /

Ngày hoàn thành: / /

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PGS.TS Bùi Quốc Khánh

HỌC VIÊN

Lương Thị Thanh Xuân

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật   Chuyên ngành Tự động hóa

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu

Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài liệu

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 4

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, TIẾNG NƯỚC NGOÀI 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7

PHẦN MỞ ĐẦU 10

Nội dung nghiên cứu: 11

Chương 1 VAI TRÕ CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 13

1.1 Vai trò vị trí của van trong điều khiển quá trình 13

1.2 Cấu tạo, phân loại van điều khiển 15

1.2.1 Cấu tạo van điều khiển 15

1.2.2 Phân loại van điều khiển 24

1.3 Đặc tính của van điều khiển 28

1.3.1 Kiểu tác động của van 28

1.3.2 Đặc tính thời gian của van 29

1.3.3 Đặc tính lưu lượng của các loại van 34

1.3.4 Đặc tính động học của van 46

1.4 Lựa chọn van điều khiển 46

Chương 2 NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG PHI TUYẾN CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN 54

2.1 Hiện tượng Stiction 54

2.1.1 Giới thiệu chung 54

2.1.2 Đề suất định nghĩa mới về Stiction 56

2.2 Quan sát ảnh hưởng hiện tượng Stiction trong thực tế 60

2.3 Mô hình vật lý của ma sát van 65

2.3.1 Mô hình ma sát 66

2.3.2 Mô phỏng van 67

2.4 Mô hình Stiction van điều khiển bằng dữ liệu 70

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật   Chuyên ngành Tự động hóa

GVHD: PGS.TS Bùi Quốc Khánh Học viên: Lương Thị Thanh Xuân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 Chương 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VÀ KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG STICTION ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN PH 74

3.1 Động học cơ bản của phản ứng hóa học 74

3.1.1 Cân bằng hóa học 74

3.1.2 Tốc độ phản ứng 75

3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học và tốc độ phản ứng 76

3.2 Lý thuyết về pH 77

3.2.1 Quá trình pH 77

3.2.2 Đường cong chuẩn độ 78

3.2.3 Ý nghĩa quá trình trung hòa pH 80

3.3 Ảnh hưởng của đặc tính van tới điều khiển độ PH trong CSTR 81

3.3.1 Mô tả chung 81

3.3.2 Quá trình xảy ra trong bình CSTR 83

3.4 Phương pháp bù ảnh hưởng của stiction valve 85

3.4.1 Phương pháp knocker 85

3.4.2 Phương pháp bù: bổ xung thêm mạch vòng bù ảnh hưởng hiện tượng Stiction valve 87

Chương 4 MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 89

4.1 Tham số mô phỏng 89

4.2 Kết quả mô phỏng 89

4.2.1 Mô phỏng đặc stiction valve 89

4.2.2 Hệ điều khiển quá trình với valve l‎ý tưởng 92

4.2.3 Mô phỏng ảnh hưởng của hệ điều khiển với đặc điểm stiction valve 96

4.2.4 Khắc phục ảnh hưởng Stiction đến quá trình điều khiển pH 99

Kết luận chung và kiến nghị 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

LỜI NÓI ĐẦU

Điều khiển tự động chiếm vai trò ngày càng quan trọng trong các ngành công

nghiệp chế biến, khai thác và năng lượng Trong mỗi nhà máy công nghiệp hiện đại

hệ thống điều khiển giám sát là thành phần không thể thiếu Các hệ thống điều

khiển và giám sát được sử dụng trong những lĩnh vực đó có một số đặc thù chung

được gọi là các hệ thống điều khiển quá trình (Process Control System, PCS) Một

hệ thống điều khiển quá trình chứa đựng trong đó toàn bộ các giải pháp đo lường,

điều khiển, vận hành và giám sát nhằm bảo đảm các yêu cầu của quá trình và thiết

bị công nghệ như chất lượng sản phẩm, sản lượng, hiệu suất sản xuất, an toàn cho

con người, máy móc và môi trường

Trong một quá trình sản xuất, có hàng trăm thậm chí hàng nghìn vòng điều

khiển, tất cả được kết nối với nhau để cho ra đời sản phẩm Mỗi vòng điều khiển

được thiết kế để giữ một số biến quá trình quan trọng như áp suất, lưu lượng, nhiệt

độ… trong phạm vi yêu cầu đề đảm bảo chất lượng sản phẩm Tuy hiên các vòng

lặp có thể nhận và tạo ra những rối loạn nội bộ, ảnh hưởng bất lợi đến các biến quá

trình Để giảm bớt ảnh hưởng của những rối loạn tải, cảm biến và các thiết bị nhận

truyền sẽ thu nhập thông tin về biến quá trình và mối quan hệ của nó với mong

muốn của điểm thiêt lập Thông tin thu nhận được sẽ được truyền về bộ điều khiển,

bộ điều khiển sẽ thực hiện những phép tính và đưa ra quyết định điều khiển đưa

biến quá trình về gần mong muốn của điểm thiết lập Khi tất cả sự đo đạc, so sánh

và tính toán được thực hiện, một số phần tử điều khiển cuối cùng được lựa chọn bởi

bộ điều khiển Phần tử cuối cùng này chính là các thiết bị chấp hành xác định bởi

đầu ra của bộ điều khiển Các phần tử này có thể là van điều khiển, thiết bị chuyển

đổi on - off, nhưng được dùng phổ biến trong hầu hết các vòng điều khiển công

nghiệp chính là van điều khiển

Như vậy van điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong hệ điều khiển quá

trình, nó điều chỉnh lưu lượng môi chất chống lại xáo trộn tải, giữ biến quá trình ở

gần điểm đặt mong muốn

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật   Chuyên ngành Tự động hóa

5

Trong phạm vi luận văn với đề tài: “Nghiên cứu, khắc phục ảnh hưởng của

van điều khiển tới hệ điều khiển quá trình” tập trung nghiên cứu các vấn đề cơ

bản của van điều khiển, hiện tượng Stiction của van điều khiển và ảnh hưởng của

van điều khiển tới chất lượng hệ điều khiển quá trình

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, TIẾNG NƯỚC NGOÀI

1 CV Biến cần điều khiển – Controlled Variable

2 SP Giá trị đặt – Set Point

3 MV Biến điều khiển – Manipulated Variable

4 CO Tín hiệu đầu ra bộ điều khiển – Control Output

6 EP Phần trăm đều – Equal percentage

9 R Dải điều chỉnh van – Rangeability

10 CSTR Bình phản ứng khuấy trộn liên tục - Continuous

Stirred Tank Reactor

11 PID Proportional – Integral – Derivative

12 PI Proportional – Integral

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

read

data error !!! can't not

read