Hệ thống giám sát nhà máy nhiệt điện cà mau

ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu luận văn riêng thực hướng dẫn PGS-TS Hoàng Minh Sơn Kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung luận văn chép từ luận văn khác Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2012 Học viên Hoàng Văn Duyên Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS Hoàng Minh Sơn, người thầy gần gũi đề phương hướng, truyền thụ kinh nghiệm chuyên môn với tất niềm đam mê nghiên cứu khoa học, hết lòng bảo, tận tình hướng dẫn, dìu dắt giúp hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học Tôi xin chân thành cám ơn Quý Thầy, Cô Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trang bị cho khối lượng kiến thức bổ ích quí báu suốt trình học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Ban Giám Hiệu Trường Cao Đẳng Nghề LILAMA2 tạo điều kiện thuận lợi cho tham gia học tập, công tác suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn mẹ vợ động viên tạo nên sức mạnh phi thường để thực ước mơ học tập tốt trở thành người có ích cho xã hội Xin cảm ơn người thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp bạn học khóa giúp đỡ, động viên, góp ý xây dựng thời gian nghiên cứu, học tập thực luận văn Xin kính chúc sức khỏe chân thành cảm ơn! Đồng Nai,ngày tháng 05 năm 2011 Học viên thực Hoàng Văn Duyên Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MỤC LỤC MỞ ĐẦU Mục đích, ý nghĩa đề tài 2 Nhiệm vụ đề tài 3 Phương pháp nghiên cứu .3 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÀ MAU .5 1.1 Tổng quan nhà máy .5 1.2 Quy trình công nghệ nhà máy .6 1.3 Chu trình nhà máy nhiệt điện ngưng có cửa trích 1.4 Cấu hình công nghệ hệ thống 11 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHÀ MÁY .17 2.1 Mô hình phân cấp chức tự động hóa nhà máy 17 2.2 Cấu trúc chức điều khiển 19 2.2.1 Cấu trúc điều khiển giải pháp thiết bị .19 2.2.2 Các chức điều khiển hệ thống .24 2.3 Cấu trúc chức điều khiển giám sát .27 2.4 Cấu trúc vào-ra công nghệ sử dụng 31 2.5 Đề xuất mở rộng nâng cấp hệ thống .33 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TUỐC BIN HƠI ST12 .35 3.1 Khái niệm tuốc bin 35 3.1.1 Sơ đồ cấu tạo tuốc bin 35 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý tuốc bin 36 3.1.3 Đặc tính kỹ thuật .37 3.1.4 Quá trình sinh công 38 Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 3.1.5 Tầng tuốc bin 40 3.2 Phương pháp điều khiển tuốc bin ST12 41 3.3 Phương án điều khiển phản hồi trạng thái cho tuốc bin 45 3.3.1 Xây dựng mô hình trạng thái đối tượng 46 3.3.2 Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái 48 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT HP : High-Preesure (cao áp) MP : Medium- Preesure (trung áp) LP : Low- Preesure (hạ áp) HMI : Human-Machine Interface (giao diện người máy) SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition (thu thập liệu điều khiển giám sát) I/O : Input/Output (ngõ vào/ngõ ra) PLC : Programmable Logic Controller (thiết bị điều khiển khả trình) FSC : Field Control System (Hệ thống điều khiển cấp trường) ES : Engineering Station (trạm kỹ thuật) OS : Operation Station (trạm vận hành) Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đổ tổng quan nhà máy nhiệt điện Cà Mau Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý chu trình hỗn hợp nhà máy nhiệt điện Cà Mau Hình 1.3 Sơ đồ thiết bị nhà máy nhiệt điện ngưng cửa trích làm việc theo chu trình Renkin 11 Hình 1.4 Sơ đồ cấu hình đơn trục có ly hợp 12 Hình 1.5 Sơ đồ dàn trải cấu hình đơn trục có ly hợp .12 Hình 2.1 Mô hình phân cấp chức tự động hóa Nhà máy điện Cà mau 1.17 Hình 2.2 Cấu trúc điều khiển hệ thống 19 Hình 2-3 Cấu trúc điều khiển giám sát 28 Hình 2.4 Cấu trúc vào-ra phân tán 32 Hình 2.5 Yêu cầu mở rộng nhà máy nhiệt điện Cà Mau (thêm tổ máy) 33 Hình 2.6 Giải pháp mở rộng nâng cấp hệ thống điều khiển giám sát (cấu hình đơn giản hóa hệ thống) 34 Hình 3.1 Cấu tạo tuốc bin 35 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý tuốc bin 36 Hình 3.3 Tầng xung lực tuốc bin .41 Hình 3.4 Mô hình đối tượng điều khiển tuốc bin 43 Hình 3.5 Đáp ứng độ đối tượng 44 Hình 3.6 Mô hình đối tượng có điều khiển PID 45 Hình 3.7 Đáp ứng độ hệ thống sử dụng điều khiển PID 45 Hình 3.8 Mô hình đối tượng với điều khiển phản hồi trạng thái 48 Hình 3.9 Đáp ứng hệ thống dùng điều khiển phản hồi trạng thái 50 Hình 3.10 Đáp ứng hệ thốngđiều khiển phản hồi trạng thái kết hợp sử dụng điều khiển I .51 Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT LỜI NÓI ĐẦU Luận văn nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát nhà máy nhiệt điện Cà Mau Mục đích luận văn phân tích nguyên lý hoạt động nhà máy, so sánh, đánh giá ưu nhược điểm công nghệ sử dụng nhà máy, phân tích đánh giá phương án điều khiển tổ máy tuốc bin ST12, sở đưa đề xuất cải tiến, mở rộng nâng cấp hệ thống điều khiển giám sát nhà máy Tuy nhiên thời gian, trình độ kinh nghiệm bị hạn chế, em cố gắng chắn không tránh khỏi thiếu sót việc thực đề tài Em mong góp ý thầy cô bạn Em chân thành cảm ơn hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình lời khuyên quý báu thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Hoàng Minh Sơn để em hoàn thành tốt luận văn Cuối em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô môn Điều khiển Tự động thầy cô Viện Điện Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, thầy cô tận tình truyền đạt cho em kiến thức chuyên môn quý báu mà dạy cho em học làm người, hành trang vô quan trọng theo em suốt đời để em hoàn thiện thân Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Học viên thực hiện: HOÀNG VĂN DUYÊN Lớp: CAO HỌC ĐKTĐ khóa 2010-2012 Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT MỞ ĐẦU Mục đích, ý nghĩa đề tài Trong lĩnh vực hệ thống điện ngày mở rộng phức tạp, nhu cầu sản lượng tính liên tục độ tin cậy việc sản xuất, truyền tải phân phối lượng điện yêu cầu đảm bảo chất lượng cao, chi phí rẻ Xu ngành điện tương lai tạo sản phẩm thông minh có khả giao tiếp thông tin với để tự động hóa theo hướng tối ưu hóa công tác vận hành quản lý hệ thống từ cấp trạm cấp vùng, cấp khu vực cấp quốc gia Với phát triển công nghệ lĩnh vực tự động hóa điều khiển giám sát phần ứng dụng quan trọng ngành sản xuất điện Luận văn nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát nhà máy nhiệt điện Cà Mau Thông qua việc nghiên cứu, người thực luận văn củng cố, đào sâu áp dụng kiến thức có vào nghề nghiệp giảng dạy chuyên môn nghề điện - điều khiển tự động đơn vị công tác, nhằm có giảng lớp hệ thống điều khiển giám sát, điều khiển trình cho sinh viên gắn liền với thực tế để đáp ứng nhu cầu doanh nghiệp Hơn nữa, thông qua trình nghiên cứu, người thực luận văn nâng cao, mở rộng kiến thức thực tế nhà máy sản xuất, giúp làm chủ hệ thống vận hành, bảo trì thiết bị hệ thống… Đề tài đặt hai mục đích nghiên cứu cụ thể sau: - Làm rõ cấu trúc, chức nguyên lý hoạt động giải pháp hệ thống điều khiển giám sát toàn nhà máy nhiệt điện Cà Mau - Phân tích làm rõ sách lược, phương thức điều khiển tuốc bin nhà máy, sở đưa đề xuất cải tiến Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Nhiệm vụ đề tài Để thực mục tiêu nêu trên, đề tài đặt nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu tài liệu thiết kế tài liệu vận hành hệ thống điều khiển giám sát kết hợp khảo sát thực tế nhà máy nhiệt điện Cà mau - Phân tích chức năng, cấu trúc công nghệ áp dụng giải pháp hệ thống điều khiển giám sát nhà máy, sở đưa nhận xét, đánh giá ưu nhược điểm giải pháp áp dụng - Đi sâu nghiên cứu toán điều khiển tua bin nước nói chung Nhà máy nói riêng, đưa nhận xét, đánh giá, đề xuất cải tiến phương án điều khiển, mô kiểm chứng Matlab - Đề xuất phương án nâng cấp hệ thống điều khiển giám sát nhà máy, Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu người thực luận văn kết hợp nghiên cứu tài liệu, khảo sát thực tế sử dụng công cụ mô Matlab, cụ thể sau: - Thu thập, nghiên cứu tài liệu điều khiển tự động, tài liệu hệ thống điều khiển giám sát, hệ thống điều khiển phân tán Siemens - Phỏng vấn, tham khảo ý kiến đóng góp kỹ sư, công nhân vận hành, bảo trì nhà máy nhiệt điện Cà Mau - Khảo sát, nghiên cứu thực tế nhà máy, tham gia vào việc vận hành, bảo trì hệ thống, dựa vào kết sản xuất nhà máy, vẽ thi công, lưu đồ chức điều khiển trình công nghệ (P&ID) hệ thống - Phân tích mô kiểm chứng kết Matlab Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Cấu trúc luận văn Luận văn bố cục thành bốn chương có nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu công nghệ Nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1, lịch sử, nhiệm vụ, sản lượng quy trình sản xuất Nhà máy nhiệt điện cà mau 1, qua làm sở phân tích cho chương Chương 2: Phân tích cấu trúc, chức hệ thống điều khiển giám sát nhà máy, cấu trúc vào giải pháp thiết bị sử dụng, cấu hình, chức điều khiển giám sát, sở đưa nhận xét, đánh giá số đề xuất cải tiến, mở rộng nâng cấp hệ thống điều khiển giám sát cho nhà máy Chương 3: Phân tích hệ thống điều khiển tuốc bin ST12, sử dụng Matlab để viết chương trình mô tua bin sở mô hình lý thuyết có sẵn, đưa đề xuất cải tiến phương pháp điều khiển tua bin Chương 4: Kết luận Học viên: Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Trong tầng tuốc bin xung lực, chuyển động qua dãy cánh động dòng không giảm áp suất nên áp suất trước sau cánh động nhau, chênh lệch áp suất trước sau cánh động nên tầng xung lực được chế tạo theo hình 3.3 Hình 3.3 Tầng xung lực tuốc bin Ở ống phun gắn cánh tĩnh, bánh tĩnh gắn lên thân tuốc bin (gọi Stato), cánh động gắn bánh động, bánh động gắn trục tuốc bin (gọi Roto) 3.2 Phương pháp điều khiển tuốc bin ST12 Tổ máy tuốc bin ST12 điều khiển điều khiển PLC S7-400, điều khiển PLC S7-400 có nhiệm vụ điều khiển, thu thập liệu hoạt động hệ thống từ I/O vào-ra phân tán ET200M Bộ điều khiển PLC S7-400 kết nối với I/O ET200M bus trường theo chuẩn truyền thông PROFIBUS- DP Các I/O vào-ra phân tán ET200M dùng để điều khiển thiết bị ngoại vi hệ thống tuốc bin ST12 điều khiển van, động cơ, cảm biến…trạng thái hoạt động tổ máy I/O ET200M thu thập gửi điều khiển PLC S7-400 Hệ thống van cấp cho tuốc bin theo đường sau đây: - Hơi từ van tiết lưu phân phối nhiều van khác Học viên: Hoàng Văn Duyên 41 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT - Van điều khiển lưu lượng vào phần cao áp tuốc bin - Hơi từ hâm trung áp vào phần trung áp tuốc bin thông qua van dừng khẩn cấp (Stop valves) - Các van vị trí khác có nhiệm vụ trí làm thay đổi tải Bài toán điều khiển chủ yếu điều khiển áp suất: thông qua điều chỉnh van điều khiển nước từ lò thu hồi nhiệt cấp cho tuốc bin hơi, hệ thống điều khiển trì áp suất giới hạn đóng áp suất làm việc Trong chế độ làm việc bình thường áp suất tầng tuốc bin điều chỉnh van đường dẫn phân tầng, lúc van đường dẫn khẩn cấp trạng thái đóng Nếu áp suất tăng giá trị đặt chế độ bình thường van đường dẫn khẩn cấp mở để hỗ trợ với van phân tầng để trì áp suất giới hạn làm việc Với hệ thống van điều khiển hiệu suất tổ máy tuốc bin ST12 phụ thuộc vào độ xác van điều khiển đáp ứng kịp thời van đường dẫn phân tầng Theo phương án điều khiển áp dụng, điều khiển PID dựa vào tín hiệu đo áp suất đầu (cần điều khiển, so sánh với giá trị đặt để đưa tín hiệu điều chỉnh độ mở van cấp nước từ lò thu hồi nhiệt Để hạn chế phương pháp điều khiển truyền thống này, ta sử dụng phần mềm MATLAB để mô kiểm chứng Vì tổ máy tuốc bin 12 thực tế nhà máy có công suất lớn trình vận hành, việc nhận dạng hệ thống để có mô hình sát thực tế khó khăn, người thực luận văn sử dụng mô hình đối tượng tương tự tham khảo từ tài liệu [7] Mô hình đơn giản với vào công suất định mức 1KW minh họa hình 3.5 Học viên: Hoàng Văn Duyên 42 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hình 3.4 Mô hình đối tượng điều khiển tuốc bin Mô hình hệ thống có thông số sau: Tch = 0.1; Trh1 = 5; Trh2 = 5; Tco = 3; Fvhp = 3; Fhp = 2; Fip = 3; Với: Tch : Thời gian trễ không đổi van điều khiển với tầng tuốc bin cao áp Trvh1 : Thời gian trễ không đổi van điều khiển với hâm cao áp thứ Trh2 : Thời gian trễ không đổi van điều khiển với hâm cao áp thứ hai Tc0 : Thời gian trễ không đổi van điều khiển với hâm trung áp hạ áp Pin : Áp suất đầu vào hệ thống cửa van điều khiển tầng cao áp Pout: Áp suất đầu hệ thống Lưu lượng đưa vào tầng tuốc bin là: Học viên: Hoàng Văn Duyên 43 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Fvhp: Lưu lượng tầng áp Fhp: Lưu lượng tầng cao áp FIp: Lưu lượng tầng trung áp FLp: Lưu lượng tầng hạ áp Sử dụng Simulink để mô phỏng, ta nhận đáp ứng độ đối tượng Hình 3.6 Hình 3.5 Đáp ứng độ đối tượng Quan sát kết mô đáp ứng độ đối tượng hình 3.6 ta thấy quan hệ lưu lượng vào áp suất khâu quán tính, thời gian đáp ứng đối tượng khoảng 35 giây áp suất đầu ổn định Sơ đồ mô hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển PID minh họa hình 3.7 Kết mô đáp ứng hệ thống điều khiển sau nhiều lần chỉnh định lại tham số PID trình bày hình 3.8 cho thấy thời gian đáp ứng độ hệ thống khoảng 23 giây, độ điều chỉnh khoảng 12% có tượng dao động nhẹ Học viên: Hoàng Văn Duyên 44 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hình 3.6 Mô hình đối tượng có điều khiển PID Hình 3.7 Đáp ứng độ hệ thống sử dụng điều khiển PID 3.3 Phương án điều khiển phản hồi trạng thái cho tuốc bin Trên sở phân tích công nghệ, với biến trạng thái áp suất, lưu lương đo đạc vị trí tầng tuốc bin ta đến việc thiết kế điều khiển cấp cho tuốc bin Phương án đề xuất ta dựa vào thông số đo tầng tuốc bin để thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái Học viên: Hoàng Văn Duyên 45 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 3.3.1 Xây dựng mô hình trạng thái đối tượng Chọn biến trạng thái áp suất tầng tuốc bin ký hiệu x1, x2, x3 x4, ảnh Laplace chúng ký hiệu X1(s), X2(s), X3(s) X4(s) Các phương trình trạng thái xác định từ hàm truyền sau: X2  s      X1 s ⇒ X2(s) = Tc0s.X1(s) + X1(s) Tc s + ⇒ x2 (t ) = T c 0(t ) + x1 (t ) x1 (t ) = X3  s   ( − x1 (t ) + x2 (t ) Tc Trh +  X2 s ⇒ X3(s) = Trh2s.X2(s) + X2(s) ⇒ x 3(t ) = T rh x2 + x2 (t ) ⇔ x2 (t ) = (− x2 + x3 ) Trh Tương tự vậy, ta có: ⇒ x 4(t ) = T rh1 x3 + x3 (t ) ⇔ x3 (t ) = (− x3 + x4 ) Trh1 ⇒ u ( t ) = T ch x + x ⇔ x4 (t ) = ( − x4 + u ) Tch Ta nhận phương trình trạng thái đối tượng: Học viên: Hoàng Văn Duyên 46 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ⎡ ⎤ 0 ⎥ − ⎢ T Tc ⎢ c0 ⎥ ⎡0 ⎤ ⎡ x1 ⎤ 1 ⎢ ⎥ ⎡ x1 ⎤ ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢x ⎥ ⎢ −T T x2 ⎥ ⎢ ⎥ rh rh 2⎥ ⎢ ⎢ ⎢ ⎥ x= ⇒ = + ⎢0 ⎥ u − ⎢ x3 ⎥ x ⎢ 1 ⎥ ⎢ x3 ⎥ ⎢ ⎥ − − ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢1⎥ T T x rh h ⎣ 4⎦ ⎢ ⎥ ⎣ x4 ⎦ ⎢ T ⎥ ⎣ ch ⎦ ⎢ 1⎥ 0 − ⎢ ⎥ Tch ⎦ ⎣ y = Fhpx1 + Fipx2 + Fhpx3 + Fvhpx4 ⎡ ⎢ ⎢ = [Fhp, Fip, Fhp, Fvhp] ⎢ ⎢ ⎣ x x x x ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ (II) ⇒ Ta hệ phương trình trạng thái viết gọn lại: ⎧ ⎪ x− = A ⎨ ⎪ y = C ⎩ x + B − x − + D u u Với u giá trị đầu vào hệ thống (lưu lượng cấp) x vector biến trạng thái hệ thống (áp suất tầng) y kết đầu hệ thống (áp suất đầu ra) ⇒ 1 ⎡ 0 ⎢− T Tc0 c0 ⎢ 1 ⎢ − ⎢ T rh T rh A = ⎢ ⎢ 1 − ⎢ T rh1 T h1 ⎢ ⎢ − 0 ⎢ T ch ⎣ Học viên: Hoàng Văn Duyên 47 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ (I) ĐHBK – HÀ NỘI ⎡0 ⎤ ⎢0 ⎥ ⎢ ⎥ B = ⎢0 ⎥ ⎢ ⎥ , ⎢1⎥ ⎢⎣Tch ⎥⎦ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT C = [Fhp, Fip, Fhp, Fvhp], D=0 Thay giá trị vào ma trận để cài đặt thông số cho hệ thống Tch = 0.1; Trh1 = 0,2; Trh2 = 0,2; Tco = 3; Fvhp = 3; Fhp = 2; Fip = 3; ⎡ ⎢− ⎢ Ta ma trận: A = ⎢⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡0 ⎤ ⎢0 ⎥ B=⎢ ⎥ ⎢0 ⎥ ⎢ ⎥ ⎣10⎦ −0,2 0 0,2 −0, , C = [ 0.2,0.3,0.2,0.3] , ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 0, ⎥ 10 ⎥ ⎦ 0 D=0 3.3.2 Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái Như phân tích trên, biến trạng thái vị trí tầng tuốc bin đo áp suất, lưu lượng hơi, nên ta thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái cho hệ thống Từ mô hình trạng thái nhận đối tượng, ta thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái cho hệ thống hình 3.8 Hình 3.8 Mô hình đối tượng với điều khiển phản hồi trạng thái Học viên: Hoàng Văn Duyên 48 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đối tượng điều khiển rank ⎣⎡ B, AB, A2 B, A3 B ⎦⎤ = Để cho đơn giản, ta chọn vị trí điểm cực mong muốn sau: p = [ −0.2048 + 0.2351i, − 0.2048 + 0.2351i, − 0.4571, − 10] T đó, điểm cực trùng với điểm không đối tượng nên đáp ứng hệ thống độ điều chỉnh Sử dụng phương pháp Ackerman, ta tính toán tham số điều khiển phản hồi trạng thái sau: K = [ 0.6428 1.0021 0.6750 0.0134] Ngoài khâu phản hồi trạng thái, để loại bỏ sai lệch tĩnh, ta cần đưa khâu lọc trước giá trị đặt (như khâu truyền thẳng), tính toán sau: K0 = C ( − A + BK ) B + D −1 = 3.3332 Dap ung cua he thong su dung BDK phan hoi trang thai 0.9 0.8 0.7 P out 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.5 Học viên: Hoàng Văn Duyên 1.5 2.5 t (s) 49 3.5 4.5 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Trang thai cua he thong su dung BDK phan hoi trang thai 3.5 x1 x2 x3 2.5 x4 1.5 0.5 -0.5 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 4.5 Hình 3.9 Đáp ứng hệ thống dùng điều khiển phản hồi trạng thái Kết mô đáp ứng trạng thái hệ thống minh họa hình 3.9, đường x4 đường biểu diễn cho đáp ứng trạng thái van điều khiển với tầng tuốc bin cao áp, đường x3 đường biểu diễn đáp ứng van điều khiển với hâm cao áp thứ nhất, x2 đường đáp ứng trạng thái hâm cao áp thứ 2, x1 biểu diễn cho đáp ứng trạng thái hâm trung áp hạ áp Để tín hiệu bám giá trị đặt, cụ thể để loại bỏ sai lệch tĩnh trường hợp có sai lệch mô có nhiễu tác động đầu ra, ta kết hợp điều khiển phản hồi trạng thái điều khiển I vào hệ thống điều khiển kín hình 3.10 Học viên: Hoàng Văn Duyên 50 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Kết mô đáp ứng hệ thống minh họa hình 3.11 cho thấy chất lượng điều khiển cải thiện đáng kể, tín hiệu đầu bám tốt giá trị đặt, thời gian độ giây, độ điều chỉnh hoàn toàn loại bỏ Dap ung cua trang thai he thong 2.5 x1 x2 x3 x4 1.5 0.5 -0.5 10 15 20 25 t (s) 30 35 40 45 50 Hình 3.10 Đáp ứng hệ thốngđiều khiển phản hồi trạng thái kết hợp sử dụng điều khiển I Học viên: Hoàng Văn Duyên 51 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHƯƠNG KẾT LUẬN Hiện hệ thống điều khiển tự động nhà máy sản xuất công nghiệp nói chung, nhà máy nhiệt nhiệt điện nói riêng việc sử dụng hệ thống điều khiển giám sát ngày phổ biến Với phát triển công nghệ, quy mô rộng lớn, đòi hỏi chất lượng sản phẩm ngày cao, khả điều khiển, thu thập liệu điều khiển giám sát từ vị trí xa nhà máy chức điều khiển giám sát giải pháp tối ưu Kết đạt luận văn phân tích nguyên lý hoạt động nhà máy, so sánh, đánh giá ưu nhược điểm công nghệ sử dụng nhà máy, ưu nhược điểm tổ máy tuốc bin ST12, áp dụng mô hình điều khiển tuốc bin để có kết mô phỏng, đưa giải pháp để mở rộng nâng cấp nhà máy với công suất lớn Luận văn kết hợp điều khiển trình, lý thuyết điều khiển tự động khả ứng dụng thực tế đặc biệt điều khiển giám sát điều khiển trình, có thông tin, liệu công nghệ sử dụng, cấu trúc điều khiển, thiết bị nhà máy, thông qua hoạt động kết thu nhà máy ta so sánh ưu nhược điểm thiết bị hệ thống sử dụng với thiết bị hệ thống khác Việc sử dụng phần mềm mô Matlab, đưa điều khiển PID, điều khiển phản hồi trạng thái để thu đáp ứng độ mô hình đối tượng, từ ta cải tiến để thời gian đáp ứng hệ thống nhanh hơn, nhằm nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống Việc nâng cao chất lượng điều khiển, nhằm tạo sản phẩm có chất lượng tốt, hiệu suất cao, hệ thống đảm bảo an toàn tiêu chí hàng đầu Học viên: Hoàng Văn Duyên 52 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT nhà máy Để làm việc đó, thuật toán điều khiển phù hợp vấn đề đặt không phần quan trọng sách lược điều khiển, chọn cấu trúc vào-ra công nghệ sử dụng Nội dung luận văn phân tích phần giải vấn đề Với điều khiển phản hồi trạng thái kết hợp điều khiển I để điều khiển áp suất, lưu lượng cấp cho tuốc bin giải pháp cải thiện chất lượng điều khiển, nâng cao hiệu suất hệ thống tuốc bin nhà máy Mặc dù thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái với bô điều khiển I thu kết khả quan, nhiều tồn chưa giải Một hạn chế khác luận văn chưa thể phân tích kỹ thông số giới hạn cài đặt cho điều khiển PID, kết thu hoàn toàn dựa mô phỏng, chắn có số vấn đề cần nghiên cứu kỹ đưa vào áp dụng thực tế Học viên: Hoàng Văn Duyên 53 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh: Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng; Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 [2] Hoàng Minh Sơn: Cơ sở hệ thống điều khiển trình; Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [3] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh & Vũ Xuân Hà: Tự động hóa với SIMATIC S7-300; Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2002 [4] Nguyễn Doãn Phước: Lý thuyết điều khiển tuyến tính; Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [5] Nguyễn Công Hân, Nguyễn Quốc trung, Đỗ Anh Tuấn: Nhà máy nhiệt điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [6] Nguyễn Phùng Quang: Matlab&Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động; Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 [7] Kyri Baker, Tian Seng Leong: Model Predictve Control of a Steam Turbine Carnegie Mellon University, 18-879M Special Topics in Systems and Controls, 2009 [8] Siemens AG: SIMATIC S7-400: The Power Controller for system solutions Tài liệu trang Web Siemens: www.siemens.com [9] Tài liệu nội Siemens nhà máy nhiệt điện Cà Mau Học viên: Hoàng Văn Duyên 54 PHỤ LỤC: CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NHƠN TRẠCH ... NGHỆ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÀ MAU 1.1 Tổng quan nhà máy Nhà máy nhiệt điện Cà Mau xây dựng địa bàn Xã khánh An – Huyện Uminh – Tỉnh Cà Mau Dự án Nhà máy điện Cà Mau gồm nhà máy nhiệt điện Cà Mau nhà. .. NGHỆ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÀ MAU .5 1.1 Tổng quan nhà máy .5 1.2 Quy trình công nghệ nhà máy .6 1.3 Chu trình nhà máy nhiệt điện ngưng có cửa trích 1.4 Cấu hình công nghệ hệ thống. .. vận hành hệ thống điều khiển giám sát kết hợp khảo sát thực tế nhà máy nhiệt điện Cà mau - Phân tích chức năng, cấu trúc công nghệ áp dụng giải pháp hệ thống điều khiển giám sát nhà máy, sở đưa