Trong thời đại ngày nay, tự động hóa đóng vai trò cực kì quan trọng trong hầu hết các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân. Đặc biệt là công nghiệp và sản xuất điện năng. Hệ thống tự động đóng một vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế và đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng thời giải phóng sức lao động của con người. Đối với nhà máy nhiệt điện thì hệ thống tự động đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình sản xuất điện năng. Điều chỉnh tự động nhằm nâng cao hiệu suất của nhà máy bằng cách lựa chọn thông số cho bộ điều chỉnh phù hợp, chế độ làm việc tối ưu của thiết bị theo thông số đã quy định. Đặc biệt là hệ thống điều khiển tự động lò hơi của nhà máy nhiệt điện. Lò hơi là hệ thống không thể thiếu trong nhà máy nhiệt điện. Lò hơi là khu vực tiêu thụ đáng kể các loại nhiên liệu như than, dầu, khí đốt... Lò hơi, hệ thống phân phối hơi nước là hệ thống các đường ống, van và các thiết bị phụ có nhiệm vụ phân phối hơi nước tới các hộ tiêu thụ và giảm áp suất hơi nước đến áp suất cần thiết tại hộ tiêu thụ riêng biệt. Hơi nước sau khi sử dụng và trao đổi nhiệt cho các nhu cầu cần thiết thì biến đổi thành nước ngưng. Nước ngưng này có nhiệt độ cao và là nước sạch có thể được đưa trở lại lò hơi để biến đổi thành hơi. Như vậy, để tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lò hơi, mạng nhiệt việc điều khiển các quá trình của lò hơi cũng thật cần thiết bao gồm việc tối ưu hóa quá trình cháy trong lò, tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt trong lò và giảm tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường, tận dụng nhiệt thừa của khói thải.
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NINH BÌNH 1.1 Tổng quan chung nhà máy nhiệt điện 1.2 Giới thiệu tổ máy 1.3 Thiết bị nhà máy 1.3.1 Lò 1.3.2 Buồng đốt 1.4 Quá trình cháy buồng đốt lị 11 1.5 Kết luận chương 13 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỐ Q TRÌNH CHÁY VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 14 2.1 Hệ điều chỉnh hệ số oxy thừa khói thải áp suất buồng đốt 14 2.2 Tính chọn thiết bị đo chấp hành 16 2.2.1 Cảm biến 16 2.2.2 Quạt ly tâm 19 Chọn thiết bị điều khiển 21 2.3 2.3.1 Bộ điều khiển PLC 21 2.3.2 Thông số kỹ thuật CPU 1214 AC/DC/Relay 23 2.3.3 Biến tần 24 2.3.4 Đấu nối phần cứng 26 Mơ hình hóa q trình cháy 27 2.4 2.4.1 Đặt vấn đề 27 2.4.2 Các phương trình cần thiết 29 2.4.3 Hàm truyền đạt áp suất buồng đốt 30 2.4.4 Hàm truyền đạt hệ số oxi thừa khói thải 35 2.5 Kết luận chương 38 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 39 3.1 Sách lược điều khiển cho đối tượng buồng đốt 39 3.2 Thiết kế điều khiển cho kênh riêng biệt 41 3.3 Thiết kế điều khiển theo phương pháp điều khiển tách kênh 43 3.4 Kết luận chương 49 CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG MATLAB – SIMULINK, TIA PORTAL MÔ PHỎNG HỆ KẾT NỐI VỚI PLC S7-1200 50 4.1 Giới thiệu phần mềm sử dụng đề tài 50 4.2 Tổng quan kết nối phận 52 4.3 Mô 53 I 4.3.1 Mô Matlab - Simulink 53 4.3.2 Mô tia portal 56 4.4 Thiết kế giao diện HMI Tia portal 59 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 II DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nhà máy nhiệt điện Hình 1.2 Minh hoạ cấu trúc lò Hình 1.3 Nguyên lý cấu tạo lò Hình 1.4 Quan hệ nhiệt lượng toả với hệ số khơng khí thừa 12 Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ điều khiển độ mở van cánh hướng 13 Hình 2.1 Cấu trúc điều khiển buồng đốt lị 14 Hình 2.2 Cơ cấu điều khiển van cánh hướng 15 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mở van 16 Hình 2.4 Cảm biến đo áp suất APT3100 17 Hình 2.5 Sơ đồ kết nối tín hiệu, nguồn giao thức HART cho cảm biến 18 Hình 2.6 Cảm biến đo nồng độ Oxy khơng khí 18 Hình 2.7 Sơ đồ chân cảm biến Oxy 19 Hình 2.8 Sơ đồ đấu nối chân cảm biến 19 Hình 2.9 Quạt gió FD G4-73-11-25D 20 Hình 2.10 Quạt khói ID Y4-73-11ND 21 Hình 2.11 Module PLC S7-1200 22 Hình 2.12 CPU 1214 AC/DC/Relay 6ES7 214-1BBG40-0XB0 22 Hình 2.13 Biến tần VFD-F 25 Hình 2.14 Sơ đồ chân biến tần VFD-F 25 Hình 2.15 Sơ đồ chân CPU 1214 26 Hình 2.16 Kết nối SM1234 với PLC 26 Hình 2.17 Sơ đồ kết nối cho SM1234 27 Hình 2.18 Đấu nối biến tần VFD-F với hai quạt 27 Hình 2.19 Sơ đồ cấu trúc trình cháy có xen kênh 29 Hình 2.20 Sơ đồ khối mơ hình áp suất buồng đốt 33 Hình 2.21 Sơ đồ khối mơ hình hệ số Oxi thừa 37 Hình 3.1 Sơ đồ vòng điều khiển Feedback controller 39 Hình 3.2 Sơ đồ vịng điểu khiển Feedforward Controller 40 Hình 3.3 Lưu đồ P&ID cho điều khiển chất lượng cháy buồng đốt 40 Hình 3.4 Sơ đồ hệ điều khiển trình cháy 41 Hình 3.5 Mơ hình điều khiển áp suất chân không buồng đốt 41 Hình 3.6 Sơ đồ điều khiển áp suất chân không buồng đốt 42 Hình 3.7 Kết mơ áp suất đặt thay đổi từ -50Pa xuống -100Pa t=200s 42 Hình 3.8 Mơ hình điều khiển oxy thừa khói thải 42 Hình 3.9 Sơ đồ điều khiển oxy thừa khói thải 43 Hình 3.10 Kết mơ hệ số đặt thay đổi từ 4% xuống 3% t=200s 43 Hình 3.11 Sơ đồ mơ hình tương đương 44 Hình 3.12 Cấu trúc điều khiển trình cháy áp dụng phương pháp tách kênh truyền thẳng 45 Hình 3.13 Sơ đồ điều khiển khơng tách kênh 47 Hình 3.14 Kết mơ điều khiển không tách kênh 48 Hình 3.15 Sơ đồ điều khiển có tách kênh 48 Hình 3.16 Kết mơ điều khiển có tách kênh 49 Hình 4.1 Giao diện Matlab 50 Hình 4.2 Giao diện Tia portal 51 Hình 4.3 Hoạt động OPC Server 51 Hình 4.4 Giao diện KepserverEX 52 Hình 4.5 Kết nối phần cứng mơ 52 Hình 4.6 Trao đổi liệu qua OPC UA 53 Hình 4.7 Mơ hình điều khiển hệ Matlab-Simulink 54 Hình 4.8 Khối điều khiển PLC 55 Hình 4.9 Quạt khói ID 55 III Hình 4.10 Quạt gió FD 55 Hình 4.11 Khối xử lý giá trị đưa vào PLC 56 Hình 4.12 Khối điều khiển quạt khói 56 Hình 4.13 Khối điều khiển quạt gió 56 Hình 4.14 Khối xử lý tín hiệu thu từ cảm biến 57 Hình 4.15 Chế độ AUTOMATIC cho khối PI 57 Hình 4.16 Chế độ MANUAL cho khối PI 57 Hình 4.17 Chế độ FINE TUNING cho khối PI 58 Hình 4.18 PLC tags 58 Hình 4.19 Giao diện HMI 59 Hình 4.20 Kết mơ tín hiệu kết nối với PLC 60 Hình 4.21 Kết mơ thay đổi Setpoint hệ số Oxy thừa từ 4% lên 5% 60 Hình 4.22 Kết mơ set đầu quạt FD tay (70%) 61 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật tổ máy Bảng 1.2 Bảng thông số kỹ thuật lò Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật buồng đốt Bảng 1.4 Trị giới hạn bảo vệ áp suất buồng đốt 11 Bảng 1.5 Nồng độ Oxy thừa khói thải tương ứng tải 11 Bảng 2.1 Bảng phân loại thiết bị đo áp suất 16 Bảng 2.2 Bảng định danh chân cảm biến 19 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật CPU 1214 23 IV LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, tự động hóa đóng vai trị quan trọng hầu hết ngành sản xuất kinh tế quốc dân Đặc biệt công nghiệp sản xuất điện Hệ thống tự động đóng vai trị then chốt việc nâng cao hiệu kinh tế đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng thời giải phóng sức lao động người Đối với nhà máy nhiệt điện hệ thống tự động đóng vai trị quan trọng trình sản xuất điện Điều chỉnh tự động nhằm nâng cao hiệu suất nhà máy cách lựa chọn thông số cho điều chỉnh phù hợp, chế độ làm việc tối ưu thiết bị theo thông số quy định Đặc biệt hệ thống điều khiển tự động lò nhà máy nhiệt điện Lị hệ thống khơng thể thiếu nhà máy nhiệt điện Lò khu vực tiêu thụ đáng kể loại nhiên liệu than, dầu, khí đốt Lị hơi, hệ thống phân phối nước hệ thống đường ống, van thiết bị phụ có nhiệm vụ phân phối nước tới hộ tiêu thụ giảm áp suất nước đến áp suất cần thiết hộ tiêu thụ riêng biệt Hơi nước sau sử dụng trao đổi nhiệt cho nhu cầu cần thiết biến đổi thành nước ngưng Nước ngưng có nhiệt độ cao nước đưa trở lại lò để biến đổi thành Như vậy, để tiết kiệm lượng hệ thống lị hơi, mạng nhiệt việc điều khiển q trình lò thật cần thiết bao gồm việc tối ưu hóa q trình cháy lị, tối ưu hóa q trình trao đổi nhiệt lị giảm tổn thất nhiệt ngồi mơi trường, tận dụng nhiệt thừa khói thải Trong khn khổ đồ án này, em nghiên cứu “Điều khiển áp suất chân không buồng đốt điều khiển hệ số oxy thừa khói thải lị nhà máy nhiệt điện” Dưới hướng dẫn PGS Nguyễn Huy Phương, em hồn thành đề tài, xong trình độ thời gian cịn hạn chế khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy Hội đồng bảo vệ bổ sung đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện tốt Em xin chân thành cảm ơn!!! CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NINH BÌNH 1.1 Tổng quan chung nhà máy nhiệt điện Nhà máy điện Ninh Bình khởi cơng xây dựng từ 15-3-1971, theo thiết kế, cung cấp thiết bị, giúp đỡ, hướng dẫn thi công lắp đặt Trung Quốc Nhà máy gồm tổ máy, loại trung áp với tổng công suất 100MW Tháng 5-1972, máy bay Mỹ trực tiếp đánh bom vào nhà máy nên việc thi công phải tạm dừng Sau Hiệp định Paris (3-1973), nhà máy tiếp tục thi công với tinh thần khẩn trương giúp đỡ chuyên gia Trung Quốc, lực lượng thi công xây lắp khắc phục khó khăn, đẩy nhanh tiến độ Và đến ngày 17-01-1974, nhà máy điện Ninh Bình nhận định thành lập thức Vào ngày 19-5-1974, nhà máy hoà tổ máy số vào lưới điện quốc gia Sau đó, tổ máy cịn lại hoà lưới, tổ máy số vào ngày 21-12-1974, tổ máy số ngày 9-11-1975 tổ máy số ngày 8-3-1976 Từ lưới điện miền Bắc có thêm mạnh nguồn, góp phần tích cực vào nghiệp khôi phục kinh tế sau chiến tranh Nhà máy điện Ninh Bình thiết kế thi công điều kiện chiến tranh ác liệt, áp lực đòi hỏi tăng cường nguồn cho lưới điện miền Bắc Chính vậy, nằm đảm bảo an tồn cho sản xuất mà nhà máy đặt sát chân núi, có phần ngầm lịng đất(7m) Điều gây khơng khó khăn cho cơng tác quản lý vận hành Bên cạnh nhiệm vụ sản xuất điện năng, từ năm 1988 với chế đổi cấu quản lý kinh tế nhiều thành phần, nhà máy hình thành hình thức sản xuất khác sản xuất đất đèn, gạch bảo ôn,… đưa số tổ chức sản xuất khác sang hoạt động theo chế thị trường, giải 350 lao động dơi dư từ sản xuất có việc làm Khi Đảng nhà nước định xây dựng đường dây 500 kV bắc Nam để đưa điện vào tỉnh miền Trung, Nam, để đáp ứng nguồn cho tỉnh miền Bắc, nhà máy điện Ninh Bình Nhà nước, Bộ Năng lượng cho phép đại tu, phục hồi nâng cấp thiết bị nhằm phát huy công suất thiết kế Trong năm vừa qua, nhà máy giải nhiều việc lớn mở rộng nhà lán than khô, lắp đặt cầu trục than để nâng cao lượng dự trữ than cấp than khí vận hành cơng suất cao Năm 1996, đại tu phục hồi xong lò 3, lò 1, lò 4, máy máy 2, thay kích thích quay máy phát kích thích tĩnh Trung Quốc chế tạo… Hiện nay, nhà máy vận hành công suất thiết kế Năm 1997, nhà máy tiếp tục đại tu, phục hồi lị 2, máy máy 1, hồn tất thủ tục để xây dựng ống khói cao 130m, thay lọc bụi cũ khử bụi tĩnh điện để giữ môi trường Nhà máy điện Ninh Bình Đảng Nhà nước trao tặng: huân chương lao động hạng II III, cờ thưởng Chủ tịch nước, 31 cờ thưởng Hội đồng Bộ trưởng, tổng liên đoàn lao động Việt Nam, Bộ trưởng,… 1.2 Giới thiệu tổ máy Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nhà máy nhiệt điện Thông số kỹ thuật tổ máy: Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật tổ máy Lò Kiểu Năng suất Áp suất bao Áp suất lò Nhiệt độ nhiệt Hiệu suất Kiểu Công suất định mức Áp suất vào Turbine SG – 130 – 40 – 450 : 130 Tấn/h : 44 Kg/cm2 : 40 Kg/cm2 : 450 ℃ : 90,1% Tua bin N25-35-7 : 25MW : 36 Kg/cm2 Nhiệt độ vào turbine : 435℃ Buồng lửa Dung tích : 766,6m3 (20m x 6,6m x 6,9m) Diện tích hấp thụ nhiệt : 541,4 m2 Nhiệt thể tích buồng lửa : 112000 kcal/m3.h Chu trình hoạt động tổ máy: Để quay hệ thống tua bin máy phát điện người ta dùng nước có nhiệt độ áp suất cao Hơi nước sau qua tua bin đưa qua hệ thống ngưng tụ để ngưng tụ thành nước (bình ngưng) Tại áp suất nhiệt độ nước giảm xuống Trong trình hoạt động chêch áp suất tua bin hạ áp nên khơng khí xâm nhập vào tua bin làm cho nước có lẫn khơng khí Nước bình ngưng đưa qua khử khí sau bơm lên giàn làm ấm nước (bộ hâm) đặt cuối nhánh lị mục đích tiết kiệm lượng đun nóng Bơm sử dụng bơm cao áp nhiều tầng Nước giàn cấp trực tiếp cho bao Nước ngưng bao chảy tự nhiên xuống giàn hóa tác dụng trọng lực Sức nóng lò làm cho nước bay Hơi nước bão hòa trả lại cho bao Hơi dẫn qua tua bin cao áp làm cho tua bin quay Tua bin quay làm cho máy phát điện quay Khi nước qua tua bin lại đưa qua hệ thống ngưng tụ để thành nước Một chu trình lặp lại chu trình gọi Chu trình Rankine Nhánh lò đưa qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện để loại bỏ bụi xử lý trước thải môi trường Tuy nhiên nhà máy hoạt động theo chu trình có hiệu suất thấp (chỉ từ 20 25%) để nâng cao hiệu suất tồn nhà máy người ta cải tiến sau: • • • Đưa nước bão hịa thành nhiệt Tái nhiệt sau qua tua bin trung áp Trích tuabin Đưa nước bão hòa thành nhiệt Hơi nước bão hịa cịn mang ẩm đưa vào tua bin làm rỗ cánh tua bin, lâu dài làm hư hỏng cánh tua bin Vì trước đưa vào tua bin cao áp, bão hòa đưa qua giàn gia nhiệt thành nhiệt, sau nhiệt đưa vào tua bin cao áp Tái nhiệt sau qua tua bin trung áp Nhiệt độ nước giảm dần từ tua bin cao áp sang tua bin trung áp, qua tua bin hạ áp Hơi nhiệt qua tua bin cao áp, nhiệt độ giảm xuống so với nhiệt hiệu suất giảm Để nâng cao hiệu suất, người ta tái nhiệt đưa trở lại vào tua bin trung áp Trích tuabin Hơi cửa trích tua bin đưa vào gia nhiệt hạ gia nhiệt cao nhằm mục đích nâng cao nhiệt độ nước cấp, tận dụng tối đa lượng nhà máy Thêm nâng cao trình ngưng tụ nước lạnh bơm từ ngồi vào qua giàn ngưng tụ để làm mát cho giàn Toàn cải tiến giúp tăng hiệu suất cho nhà máy lên đến 40- 45% Nâng cao đáng kể hiệu suất so với nhà máy dùng chu trình Rankine Hầu hết nhà máy nhiệt điện dùng cải tiến để nâng cao hiệu suất cho nhà máy 1.3 Thiết bị nhà máy Trong khn khổ đồ án ta nói thiết bị liên quan đến buồng đốt lò nhà máy nhiệt điện 1.3.1 Lò Trong nhà máy nhiệt điện, lò phận quan trọng nhà máy Lò thiết bị xảy q trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa biến thành hơi, biến lượng nhiên liệu thành nhiệt dòng hơi, lị làm nhiệm vụ chuyển hóa lượng Hình 1.2 Minh hoạ cấu trúc lò Lò thiết bị sinh thực hai nhiệm vụ chính: - Chuyển hóa lượng nhiên liệu buồng đốt thành nhiệt - Truyền nhiệt cho chất tải nhiệt - môi chất thông qua hệ thống ống dẫn đưa môi chất tới công đoạn sản xuất phía sau Thường lị chất tải nhiệt nước gia nhiệt thành bão hòa nhiệt CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG MATLAB – SIMULINK, TIA PORTAL MÔ PHỎNG HỆ KẾT NỐI VỚI PLC S7-1200 4.1 Giới thiệu phần mềm sử dụng đề tài ❖ Matlab – Simulink Matlab chương trình phần mềm lớn lĩnh vực tốn số Tên chương trình viết tắt từ Matrix Laboratory, thể định hướng chương trình vector ma trận Phần cốt lõi chương trình bao gồm số hàm tốn, chức nhập, xuất khả điều khiển chu trình mà nhờ ta dựng Scrips Hình 4.1 Giao diện Matlab Thêm vào phần cốt lõi, số Toolbox với phạm vi chức chuyên dụng mà người sử dụng cần Simulink Toolbox có vai trị đặc biệt quan trọng Vai trị cơng cụ mạnh phục vụ mơ hình hóa mơ hệ thống Kỹ thuật – Vật lý sở sơ đồ cấu trúc dạng khối ❖ Tia portal Tia portal tên phần mềm dùng để lập trình cho thiết bị có tên điều khiển logic (Programmable Logic Controller) công nghiệp Không giống phần mềm lập trình trước, Tia portal tích hợp hết chức từ lập trình, giả lập cpu hay thiết kế Wincc giao diện người- máy Đây phiên hoàn thiện cho việc thiết kế trọn hệ thống điều khiển PLC 50 Hình 4.2 Giao diện Tia portal Trong phiên trước hãng Siemen hỗ trợ phần mềm riêng biệt cho tiện ích mà ta sử dụng Tức để thiết kế hồn thiện, cần phải cài đặt nhiều phần mềm rời rạc Điều bất tiện cho kĩ sư điện, với người vừa bắt đầu tiếp cận lập trình logic Một điều đáng lưu ý với phần mềm tia portal, dùng để lập trình cho hầu hết dòng PLC S7 300, 400, 1200, 1500 Điều vơ tiện lợi cho thiết kế cần học sử dụng lần lập trình cho tất đời PLC Phần mềm Tia portal em sử dụng đồ án Tia portal V16 ❖ OPC Server KepserverEx6 OPC (Open Platform Communication ) chuẩn giao tiếp liệu phần mềm, theo chế client-sever , sử dụng rộng rãi công nghiệp để đảm bảo tính linh hoạt tương thích thành phần OPC cho phép chương trình window giao tiếp với thiết bị phần cứng cơng nghiệp Hình 4.3 Hoạt động OPC Server 51 KEPServerEX tảng kết nối hàng đầu ngành công nghiệp kỹ thuật, cung cấp nguồn liệu tự động hóa công nghiệp cho tất ứng dụng, cung cấp khả kết nối, khả sử dụng hiệu suất theo yêu cầu doanh nghiệp đại mang lại lợi ích cạnh tranh trải nghiệm trải rộng khắp từ sàn nhà máy đến CNTT cho phịng họp Hình 4.4 Giao diện KepserverEX 4.2 Tổng quan kết nối phận Hình 4.5 Kết nối phần cứng mô 52 Để thực mô đề tài này, em kết nối laptop PLC S7-1200 vào Router cáp Ethernet Trong đó: - Máy kết nối trực tiếp với PLC phần mềm Tia portal để load code chạy Runtime Professional để điều khiển Máy chạy matlab để mô đối tượng buồng đốt nhà máy nhiệt điện Hai máy thực trao đổi liệu với qua giao thức OPC UA, máy server máy client Hình 4.6 Trao đổi liệu qua OPC UA 4.3 Mô 4.3.1 Mô Matlab - Simulink - Sơ đồ mơ hình hệ điều khiển: 53 Hình 4.7 Mơ hình điều khiển hệ Matlab-Simulink 54 - Khối điều khiển PLC: Hình 4.8 Khối điều khiển PLC - Quạt khói: Hình 4.9 Quạt khói ID - Quạt gió: Hình 4.10 Quạt gió FD - Khối xử lý giá trị để đưa vào PLC dạng 0-27648: 55 Hình 4.11 Khối xử lý giá trị đưa vào PLC 4.3.2 Mô tia portal - Khối 𝑅1 điều khiển quạt khói: Hình 4.12 Khối điều khiển quạt khói - Khối 𝑅2 điều khiển quạt gió: Hình 4.13 Khối điều khiển quạt gió - Khối xử lý tín hiệu trả cảm biến: 56 Hình 4.14 Khối xử lý tín hiệu thu từ cảm biến - Các khối chuyển trạng thái cho PI: Hình 4.15 Chế độ AUTOMATIC cho khối PI Hình 4.16 Chế độ MANUAL cho khối PI 57 Hình 4.17 Chế độ FINE TUNING cho khối PI - Danh mục tags PLC Hình 4.18 PLC tags 58 4.4 Thiết kế giao diện HMI Tia portal Hình 4.19 Giao diện HMI Trong đó: - - - Cảnh báo áp suất phân chia theo cấp độ dựa theo Bảng 1.4 Trị giới hạn bảo vệ áp suất buồng đốt ( Rất thấp – cao: đỏ, thấp – cao: vàng, bình thường: xanh) Mơ tả đối tượng buồng đốt với thông số trả từ cảm biến áp suất buồng nồng độ Oxy thừa khói thải Hai quạt ID FD đổi màu tương ứng với công suất quạt chạy ( Thấp: xanh, bình thường: vàng, đỏ: cao) Bao gồm chức ON OFF bật tắt mô đặt vào giá trị Setpoint áp suất buồng đốt hệ số Oxy thừa ( Đèn xanh tương ứng với mô chạy đèn đỏ tương ứng mô dừng) Set vào thông số hai khối điều khiển PID_Compact: ➢ InvertControl: Thay đổi logic khối điều khiển ➢ Automatic: Chuyển đổi chế độ automatic cho điều khiển chạy với thông số nhập sẵn ➢ Manual: Chuyển đổi chế độ Manual để set giá trị đầu điều khiển tay ( Nhập manual value ) ➢ Fine Tuning: Chuyển đổi chế độ Fine Tuning để khối PID tự tính thơng số P, I - Trend table theo dõi thay đổi áp suất buồng đốt, nồng độ Oxy thừa khói thải lưu lượng khơng khí vào, khói hai quạt FD, ID • Kết mơ Kết mô điều khiển: 59 Hình 4.20 Kết mơ tín hiệu kết nối với PLC Hình 4.21 Kết mơ thay đổi Setpoint hệ số Oxy thừa từ 4% lên 5% 60 Hình 4.22 Kết mơ set đầu quạt FD tay (70%) ✓ Chú thích: - Ở bảng đầu tiên: Đường kẻ thường tương ứng với hệ số Oxy thừa khói thải (%), đường kẻ gạch tương ứng với áp suất chân không buồng đốt (Pa) - Ở bảng thứ hai: Đường kẻ thường tương ứng với lưu lượng khơng khí vào quạt FD (m3/s), đường kẻ gạch tương ứng với lưu lượng khói quạt ID (m3/s) Nhận xét: - - Ở Hình 4.20, đặt giá trị đầu vào áp suất chân không buồng đốt -100Pa hệ số Oxy thừa khói thải 4%, ta nhận thấy đối tượng hệ số Oxy thừa đạt giá trị xác lập nhanh so với áp suất buồng đốt ( ảnh hưởng quạt ID lên đối tượng nhỏ nhiều so với ảnh hưởng quạt FD lên áp suất buồng) Thời gian độ hệ số Oxy thừa khói thải khoảng phút, áp suất buồng khoảng phút 20 giây Dao động Max đối tượng áp suất buồng đốt từ -300Pa đến 150Pa ( nằm khoảng làm việc bình thường buồng đốt theo Bảng 1.4) Khi hệ thống ổn định sai số khơng vượt q 1% Hai quạt có lưu lượng vào ổn định Ở Hình 4.21, thay đổi giá trị đặt hệ số Oxy thừa từ 4% lên 5%, ta nhận thấy tác động xen kênh nên áp suất buồng đốt thay đổi khoảng từ150Pa đến -50Pa Thời gian đáp ứng hệ số Oxy thừa khoảng phút, áp 61 - suất buồng khoảng phút 20 giây Khí hệ thống ổn định sai số khơng vượt q 1% Hai quạt có lưu lượng vào ổn định Ở Hình 4.22, đặt giá trị đầu điều khiển quạt FD 70% tương đương với lưu lượng khơng khí cấp vào xấp xỉ 63 m3/s, lưu lượng khơng khí giảm từ 85 m3/s xuống 63 m3/s khiến áp suất buồng đốt giảm theo ( -400Pa) Đồng thời chuyển chế độ từ Automatic sang Manual, bù nhiễu biến mất, ta thấy khơng có tác động bù, lưu lượng quạt ID giảm theo, gần áp suất buồng đốt lại tăng lên Do hai điều khiển quạt thiết kế độc lập, lúc điều khiển quạt ID thực tăng lưu lượng khói hút để đưa áp suất buồng -100Pa Thời gian đáp ứng áp suất buồng đốt lúc khoảng phút 30 giây, đạt giá trị xác lập sai số không vượt 1% Hai quạt có lưu lượng vào ổn định ❖ Lưu ý: Tại thời điểm mô em kết nối laptop với PLC thông qua Ethernet Cable ngắn ( 0,5m-1m), tín hiệu trao đổi khơng có trễ, từ có đáp ứng nhanh với sai số nhỏ 62 KẾT LUẬN Điều khiển trình cháy buồng đốt đề tài mang tính ứng dụng cao, giúp giảm thiểu hao tổn nâng cao tính kinh tế nhà máy nhiệt điện Là trình phức tạp đối tượng có tác động xen kênh qua lại bị ảnh hưởng nhiều nhiễu Trong khuôn khổ đồ án em tìm hiểu em đạt kết sau: - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện, đặc biệt buồng đốt - Xây dựng hàm truyền ứng dụng Matlab-Simulink để đưa phương pháp thiết kế điều khiển cho hai đối tượng áp suất buồng đốt hệ số Oxy thừa khói thải - Thiết kế điều khiển đưa vào PLC S7-1200 để thực kết nối, mô PLC thật laptop thơng qua OPC UA Ngồi q trình thực hiện, em học hỏi nhiều kỹ qua hướng dẫn thầy bạn Tuy nhiên đồ án hạn chế chưa xét đầy đủ thông số nhiễu ảnh hưởng trình cháy nhiệt độ, chất lượng than, độ ẩm khơng khí,… Hướng phát triển đề tài: - Nghiên cứu thêm ảnh hưởng loại nhiễu đến trình cháy buồng đốt để đưa đối tượng mơ xác - Thiết kế điều khiển hết hợp với mờ để tạo chất lượng điều khiển cao thay đổi thích nghi với điều kiện khác Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Huy Phương, thầy TS Nguyễn Danh Huy giúp em hoàn thành đồ án Sinh viên thực Nguyễn Minh Quang 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] F Westley, "Table of Recommended Rate Constants for Chemical Reactions occuring in Combustion," Washington D.C, 1980 [2] D Flynn, ThermAI Power Plant Simulation and Control, British: British Library Calaloguing, 2003 [3] T C Elliott, K Chen and R Swanekamp, Standard Handbook of Powerplant Engineering, McGrawHill Education, 2012 [4] H M Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển trình, Hà Nội: NXB Bách Khoa, 2006 [5] B Q Khánh, Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [6] N C Hân, Cơng nghệ lị mạng nhiệt, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2001 [7] P C Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2005 64 ... Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ điều khiển độ mở van cánh hướng 13 Hình 2.1 Cấu trúc điều khiển buồng đốt lò 14 Hình 2.2 Cơ cấu điều khiển van cánh hướng 15 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ... 2.19 Sơ đồ cấu trúc trình cháy có xen kênh 29 Hình 2.20 Sơ đồ khối mơ hình áp suất buồng đốt 33 Hình 2.21 Sơ đồ khối mơ hình hệ số Oxi thừa 37 Hình 3.1 Sơ đồ vòng điều... 25 Hình 2.14 Sơ đồ chân biến tần VFD-F 25 Hình 2.15 Sơ đồ chân CPU 1214 26 Hình 2.16 Kết nối SM1234 với PLC 26 Hình 2.17 Sơ đồ kết nối cho SM1234