Điều khiển hệ thống dry gas seal của máy nén khí trên giàn nén khí trung tâm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ============================ NGUYỄN MINH ĐỨC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG DRY GAS SEAL CỦA MÁY NÉN KHÍ TRÊN GIÀN NÉN KHÍ TRUNG TÂM CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HỒNG MINH SƠN HÀ NỘI 2008 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin cảm ơn Thầy, Cô Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình học tập hồn thành khóa học Đặc biệt Phan Xn Minh thầy Hoàng Minh Sơn dẫn giúp đỡ tận tình trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin cảm ơn Ba Mẹ, Vợ, Con gái, Chị, Em Những người ủng hộ tơi, động viên tơi Gia đình, động lực sức sống Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp Trường Đào Tạo Nhân Lực Dầu Khí, Giàn nén khí trung tâm ln giúp đỡ tơi q trình làm việc q trình thực đề tài Đặc biệt bạn Nguyễn Gia Nghiêm, người giúp việc thu thập số liệu hệ thống Dry Gas Seal Giàn nén khí trung tâm Được học cao học, làm luận văn tốt nghiệp vinh dự trách nhiệm lớn tơi Trong q trình thực đề tài, cố gắng mức cao hạn hẹp thời gian hạn chế kiến thức nên luận văn tránh khỏi sai sót khiếm khuyết Vì vậy, tơi mong nhận góp ý phê bình người Vũng Tàu, 10/04/2008 Nguyễn Minh Đức Trang MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ .5 Giới thiệu đề tài Tên đề tài Mục tiêu đề tài Nhiệm vụ đề tài Phương pháp thực PHẦN I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG Giới thiệu Giàn nén khí trung tâm Giới thiệu hệ thống máy nén khí (Gas Compressor System) 20 2.2 Cấu tạo máy nén khí 22 2.2.1 Vỏ máy (Casing) 22 2.2.2 Cánh công tác (Impeller) 23 2.2.3 Màng ngăn (Diaphragm) 23 2.2.4 Cánh dẫn hướng (Guide Vane) 24 2.2.5 Vòng đệm trục (Seal) .24 2.2.6 Vòng đệm khuất khúc (Labyrinth Seal) 25 2.3 Nguyên lý hoạt động máy nén khí điển hình .26 PHẦN II: HỆ THỐNG GAS SEAL VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN Đà THỰC HIỆN 27 Giới thiệu hệ thống Dry Gas Seal máy nén ly tâm .27 Các thông số hệ thống Dry Gas Seal – Giàn nén khí trung tâm 29 Hệ thống điều khiển Dry Gas Seal 29 3.1 Mục đích hệ thống điều khiển Dry Gas Seal 29 3.2 Các điều khiển Dry Gas Seal thực cho máy nén Giàn nén khí trung tâm 29 Cơ sở lý thuyết .30 4.1 Bộ điều khiển khuếch đại tỉ lệ (Proportional Controller) 30 4.2 Bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân (Proportional – Integral Controller) 31 4.3 Bộ điều khiển tỉ lệ – tích phân – vi phân (Proportional – Intergral – Derivative Controller) 33 Giải pháp điều khiển sử dụng PDIC khí nén 34 5.1 Giới thiệu giải pháp sử dụng điều khiển PDIC-505 (4194HBFE) .36 5.2 Giới thiệu điều khiển 4194HBFE 38 5.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động điều khiển 4194 HBFE 39 5.2.1.1 Cấu tạo điều khiển 4194 HBFE 39 5.2.2 Nguyên lý hoạt động điều khiển 4194 HBFE 40 5.3 Vận hành điều khiển 4194HBFE 41 5.4 Những tồn phương pháp điều khiển sử dụng PDIC khí nén 42 5.4.1 Vấn đề hiệu chỉnh thị (Process Indicator) 42 5.4.2 Vấn đề hiệu chỉnh cho chống bão hịa tích phân (anti reset windup) 43 5.4.3 Vấn đề điều chỉnh vị trí flapper 43 5.4.4 Vấn đề điều chỉnh hệ số tỉ lệ Proportional Band 43 Giải pháp điều khiển sử dụng PID PLC .43 Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 6.1 Giới thiệu giải pháp 44 6.2 Các thiết bị hệ thống điều khiển sử dụng PID PLC .46 6.2.1 Transmitter áp suất chênh DPT-505 47 6.2.2 Bộ chuyển đổi dịng điện khí nén - I/P Converter 48 6.2.3 Van điều khiển PCV-505 .48 6.3 Phân tích chương trình điều khiển hệ thống Dry Gas Seal PLC 49 6.4 Phân tích chương trình điều khiển hệ thống Dry Gas Seal PLC 50 6.4.1 Giới thiệu điều khiển PID PLC-5 Allen Bradley 52 6.4.2 Phân tích chương trình điều khiển hệ thống Dry Gas Seal .54 6.5 Kỹ thuật chuyển trơn tru “bumpless transfer” 55 6.6 Phân tích ưu nhược điểm giải pháp 56 6.6.1 Ưu điểm 56 6.6.2 Nhược điểm .57 PHẦN III: GIẢI PHÁP CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HIỆN NAY 58 Giới thiệu 58 Tổng quan mơ hình q trình 58 2.1 Mơ hình vai trị mơ hình hóa 58 2.2 Các phương pháp xây dựng mơ hình tốn học 59 2.3 Lựa chọn phương pháp mơ hình hóa cho hệ thống Dry Gas Seal 61 Nhận dạng đối tượng hệ thống Dry Gas Seal 61 3.1 Các phương pháp nhận dạng 61 3.2 Nhận dạng đối tượng hệ thống Dry Gas Seal 62 3.3 Phương pháp nhận dạng đối tượng 63 3.3.1 Trường hợp đáp ứng hệ thống dao động kéo dài (Underdamped) 66 3.3.2 Trường hợp đáp ứng hệ thống dao động tắt nhanh (Mildly Underdamped) 66 3.3.3 Trường hợp đáp ứng hệ thống không dao động (Overdamped) 67 3.4 Xây dựng chương trình PLC RSView32 để thu thập liệu 67 3.4.1 Cải tiến chương trình PLC 68 3.4.2 Xây dựng chương trình RSView32 69 3.5 Xây dựng chương trình Matlab để tìm mơ hình đối tượng 71 3.5.1 Trường hợp đáp ứng dao động kéo dài (Underdamped) 72 3.5.2 Trường hợp đáp ứng dao động tắt nhanh (Mildly Underdamped) .72 3.5.3 Trường hợp đáp ứng không dao động (Overdamped) 73 3.5.4 Tìm thơng số cho hàm truyền đối tượng Gm(s) 74 3.5.5 Một số ví dụ minh họa giải thuật .74 3.6 Nhận dạng hệ thống Dry Gas Seal Giàn nén khí trung tâm 78 3.7 Chỉnh định thông số PID cho hệ thống điều khiển Dry Gas Seal 82 3.7.1 Chỉnh định theo phương pháp “Minimum ITAE” Wang (1995) .82 3.7.2 Chỉnh định theo phương pháp “Modified Minimum ITAE” Smith (2003) 83 3.7.3 Chỉnh định theo phương pháp “Minimum ITAE” Sadeghi & Tych (2003) 84 3.7.4 Phương pháp chỉnh định công cụ Simulink Matlab 86 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 91 Kết luận 91 Hướng phát triển đề tài 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình I-1: Tồn cảnh giàn nén khí trung tâm Hình I-2: Sơ đồ cơng nghệ giàn nén khí trung tâm Hình I-3: Sơ đồ đường khí cơng nghệ từ đầu vào đến đầu giàn nén khí trung tâm .10 Hình I-4: Phịng điều khiển giàn nén khí trung tâm 12 Hình I-5: Sơ đồ hệ thống điều khiển – thơng tin giàn nén khí trung tâm 13 Hình I-6: Hệ thống Process PLC 15 Hình I-7: Hệ thống HP PLC 16 Hình I-8: Sơ đồ tín hiệu analog đầu vào 17 Hình I-9: Sơ đồ tín hiệu analog đầu .18 Hình I-10: Sơ đồ tín hiệu digital đầu vào 19 Hình I-11 Sơ đồ tín hiệu digital đầu 19 Hình I-12: Một tổ máy Turbine – Compressor giàn nén khí trung tâm 21 Hình I-13: Tác giả trước tổ máy D (Train D) giàn nén khí trung tâm 22 Hình I-14: Cấu tạo màng ngăn (Diaphragm) 23 Hình I-15: Cấu tạo cánh dẫn hướng (Guide Vane) 24 Hình I-16: Cấu tạo vòng đệm khuất khúc .25 Hình I-17: Cấu tạo máy nén khí điển hình 26 Hình II-1: Cấu tạo tổng quát hệ thống DGS kiểu Tandem 27 Hình II-2: Sơ đồ kiểu điều khiển áp suất chênh (DP Control) 28 Hình II-3: Sơ đồ kiểu điều khiển lưu lượng (Flow Control) 28 Hình II-4: Một điều khiển P điển hình 30 Hình II-5: Mơ tả điều khiển tích phân I 32 Hình II-6: Bảng điều khiển hệ thống Dry Gas Seal tổ máy 35 Hình II-7: Bộ điều khiển 4194 HBFE hãng FISHER 36 Hình II-8: Sơ đồ điều khiển hệ thống DGS sử dụng PDC khí nén 37 Hình II-9: Kế nối điều khiển 4194HBFE 38 Hình II-10: Cấu tạo chi tiết nguyên lý điều khiển 4194HBFE .41 Hình II-11: Giải pháp điều khiển PI khí nén .44 Hình II-12: Giải pháp điều khiển PID PLC .45 Hình II-13: Các thiết bị sử dụng phương án điều khiển DGS PID PLC 47 Hình II-14: Bộ chuyển đổi I/P Converter hãng ABB 48 Hình II-15: Van điều khiển hãng Masoneilan .49 Hình II-16: Chương trình điều khiển DGS họ PLC Allen Bradley 50 Hình II-17: Bộ điều khiển PID họ PLC Allen Bradley 52 Hình II-18: Mô tả Dead Band PID 53 Hình II-19: Các giai đoạn làm việc PID điều khiển DGS 54 Hình II-20: Kỹ thuật “bumpless transfer” chương trình 55 Hình III-1: Mơ hình hệ thống điều khiển phản hồi 63 Hình III-2: Các đáp ứng hệ thống thay đổi giá trị đặt .64 Hình III-3: Cải tiến chương trình PLC 68 Hình III-4: Tạo Tag RSView32 70 Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang Hình III-5: Biểu diễn đồ thị RSView 70 Hình III-6: Lưu đồ giải thuật nhận dạng đối tượng .71 Hình III-7: Đáp ứng dao động kéo dài (Underdamped) 75 Hình III-8: Đáp ứng dao động tắt nhanh (Mildly Underdamped) 76 Hình III-9: Đáp ứng khơng dao động (Overdamped) 77 Hình III-10: Đáp ứng hệ thống Dry Gas Seal .79 Hình III-11: Xác định tần số cắt, tần số tới hạn hệ thống .80 Hình III-12: Đáp ứng mơ hình nhận dạng Simulink 81 Hình III-13: Mơ hình chỉnh định PID Simulink 82 Hình III-14: Đáp ứng mơ hình theo phương pháp chỉnh định Wang (1995) 83 Hình III-15: Đáp ứng mơ hình theo phương pháp chỉnh định Smith (2003) 84 Hình III-16: Đáp ứng mơ hình theo phương pháp chỉnh định Wang (1995) 85 Hình III-17: Mơ hình hệ thống chỉnh định Simulink Response Constraint 86 Hình III-18: Kết chỉnh định tự động Signal Constraint .87 Hình III-19: Kết chỉnh định tự động Signal Constraint .88 Hình III-20: Sơ đồ diễn giải dự báo Smith .89 Hình III-21: Ứng dụng dự báo Smith vào đối tượng cụ thể 90 Hình III-22: Kết thu dùng dự báo Smith 90 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng III-1: Địa tham số PID 68 Bảng III-2: Địa word sử dụng để lưu giữ liệu .69 Bảng III-3: Tính bit trung gian 69 Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang ĐẶT VẤN ĐỀ Giới thiệu đề tài Cùng với phát triển khơng ngừng đất nước, Tập đồn Dầu khí quốc gia Việt Nam (PETROVIETNAM) ngày phát huy vai trị kinh tế Từ Tổng công ty PETROVIETNAM phát triển thành tập đoàn kinh tế lớn với doanh thu năm 2007 200 000 tỷ đồng Đóng góp phần lớn doanh thu XNLD VIETSOVPETRO (VSP), trụ cột PETROVIETNAM Được thành lập từ năm 1981, đến nay, XNLD VIETSOVPETRO khai thác cho đất nước khoảng 150 triệu dầu thô 13 tỷ mét khối khí Lĩnh vực hoạt động VSP khoan thăm dị, khai thác dầu khí Tuy nhiên, năm gần VSP phát triển mạnh dịch vụ dầu khí Hoạt động khai thác dầu khí XNLD VIETSOVPETRO tập trung hai mỏ Bạch Hổ Rồng với 13 giàn khoan lớn (MSP) giàn nén khí trung tâm (CCP) Giàn nén khí trung tâm có nhiệm vụ thu gom khí đồng hành từ giàn khoan, sau nén khí lên áp suất cao để đưa vào bờ qua đường ống dẫn khí Đồng thời phát triển khai thác dầu khí, Giàn nén khí trung tâm cịn trạm trung chuyển khí từ giàn Rạng Đơng cơng ty dầu khí Việt – Nhật (JVPC) bờ Mỗi ngày giàn nén khí trung tâm truyền bờ từ đến triệu mét khối khí Góp phần quan trọng vào việc cung cấp nhiên liệu cho nhà máy điện Nhà máy điện Bà Rịa, tổ hợp nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ, nhà máy Đạm Phú Mỹ …, đồng thời nguồn khí đốt cung cấp cho thị trường Với nhiệm vụ trên, trung tâm giàn nén khí hệ thống tua-bin (turbine) máy nén (gas compressor) Các tua-bin lái (drive) máy nén, làm quay trục máy nén, nâng áp suất khí từ 10 bar lên gần 125 bar Là người công tác giàn nén khí trung tâm khoảng thời gian dài, tác giả tham gia với đồng nghiệp số cải tiến kỹ thuật nhằm nâng cao suất chất lượng Một sáng kiến “Cải tiến hệ thống điều khiển cho Dry Gas Seal máy nén khí” Tuy khơng cịn cơng tác giàn nén khí trung tâm, điều kiện thuận lợi để tác giả có nhìn sâu sắc tồn diện phương pháp điều khiển cho hệ thống, đồng thời đưa đề xuất để làm cho hệ thống tốt Đó lý mà tác giả chọn đề tài Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang Tên đề tài Đề tài có tên “Điều khiển hệ thống Dry Gas Seal máy nén khí giàn nén khí trung tâm” Mục tiêu đề tài Thử nghiệm đánh giá mức độ thích hợp, hiệu số phương pháp điều khiển áp dụng cho hệ thống Dry Gas Seal máy nén khí giàn nén khí trung tâm XNLD VIETSOVPETRO (VSP) Nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu sơ đồ cơng nghệ tốn điều khiển Dry Gas Seal máy nén khí - Xây dựng mơ hình đối tượng (bằng phương pháp lý thuyết thực nghiệm) - Xây dựng sách lược điều khiển phù hợp - Thiết kế điều khiển, mô kiểm chứng kết Phương pháp thực - Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật liên quan tới máy nén khí - Tìm hiểu phương pháp xây dựng mơ hình lý thuyết, áp dụng cho máy nén khí (hoặc phương pháp nhận dạng, có điều kiện tiến hành thực nghiệm) - Tìm hiểu sách lược điều khiển trình để chọn lựa sách lược phù hợp cho máy nén khí - Sử dụng cơng cụ MATLAB/Simulink để thiết kế mô hệ thống điều khiển, sở mơ hình thu - Nếu có điều kiện thực nghiệm, áp dụng kiểm chứng thực tế Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang PHẦN I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG Giới thiệu Giàn nén khí trung tâm 1.1 Tổng quan giàn nén khí trung tâm Giàn nén khí trung tâm (Central Compression Platform – CCP) giàn đại mỏ Bạch Hổ trực thuộc XNLD VIETSOVPETRO Giàn xây dựng từ năm 1996, đóng vai trị quan trọng ngành cơng nghiệp dầu khí Việt Nam, với nhiệm vụ: Hình I-1: Tồn cảnh giàn nén khí trung tâm ‰ Thu gom khí đồng hành từ giàn khoan mỏ Bạch Hổ (mỏ có trữ lượng khai thác dầu khí lớn Việt Nam nay) XNLD Vietsovpetro Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang ‰ Nhận khí từ giàn Rạng Đông thuộc công ty JVPC (Công ty dầu khí Việt Nhật) ‰ Cung cấp khí nhiên liệu (Fuel Gas) cho giàn công nghệ thuộc mỏ Bạch Hổ, ví dụ: Giàn ép vỉa 40000 (PPD-40000), Giàn trung tâm số (CPP-2) ‰ Nén khí đầu vào từ áp suất khoảng 10 bar lên đến gần 125 bar để phục vụ mục đích: - Chuyển khí bờ cung cấp cho Cơng ty PVGas, lượng khí chuyển bờ tỷ m3/năm, chiếm khoảng 50% sản lượng khí ngành dầu khí Việt Nam (thống kê năm 2004) - Làm khí Gaslift để phục vụ cơng nghệ khai thác dầu Giàn mỏ Bạch Hổ Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 80 ξ= 0.2666 θ= 4.25 Khi đó, hàm truyền kín có dạng sau: −θ s C Ke 0.9471e −4.25 s = Gcl ( s ) = = 2 R τ s + 2τξs + 9.4122 s + 1.6356 s + Giản đồ Bode hệ thống thể hình III-11 sau: Hình III-11: Xác định tần số cắt, tần số tới hạn hệ thống Từ ta xác định tần số cắt tần số tới hạn ωu hệ thống: ωu=0.336 (rad/s) Chú ý rằng, đáp ứng hệ thống đáp ứng hình thang, tính hệ số khuếch đại Km theo cơng thức III-11 ta phải thay giá trị A ∆A Css ∆Css Tiếp tục thay thơng số tìm ωu vào công thức giải thuật ta tính hệ số đối tượng Gm(s) sau: Km= 1.1253 τm= 6.415 θm= 5.9678 Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 81 Khi đó: Gm ( s ) = K m e −θ m s 1.1253e −5.9678 s = τ ms + 6.415s + Ta mô hệ thống chương trình Simulink Matlab hình III-12 Hình III-12: Đáp ứng mơ hình nhận dạng Simulink Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 82 3.7 Chỉnh định thông số PID cho hệ thống điều khiển Dry Gas Seal Hình III-13: Mơ hình chỉnh định PID Simulink Ở phần trên, ta dùng phương pháp thực nghiệm để xác định hàm truyền đối tượng Dry Gas Seal cách tương đối xác Trong phần này, ta tìm cách chỉnh định tham số PID cho hệ thống Như biết, để chỉnh định tham số cho PID, người ta sử dụng nhiều phương pháp Ta thử số phương pháp chỉnh định, sau xem xét đường đáp ứng chọn tham số thích hợp Hàm truyền đối tượng: Gm ( s ) = K m e −θ m s 1.1253e −5.9678 s = τ ms + 6.415s + 3.7.1 Chỉnh định theo phương pháp “Minimum ITAE” Wang (1995) Phương pháp tính tham số điều khiển PID theo công thức sau: ⎛ 0.5307 ⎞ ⎟(0.5θ m + τ m ) ⎜⎜ 0.7303 + θ m / τ m ⎟⎠ ⎝ Kc = K m (θ m + τ m ) Ti = 0.5θ m + τ m Td = Luận văn cao học 0.5θ mτ m 0.5θ m + τ m Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 83 Áp dụng công thức cho đối tượng tìm được, ta có tham số điều khiển: Kc= 0.877 Ti= 9.3989 suy Ki=Kc/Ti= 0.0933 Td= 2.036 suy Kd=Kc* Td= 1.786 Mô Simulink với kết tìm được: Hình III-14: Đáp ứng mơ hình theo phương pháp chỉnh định Wang (1995) 3.7.2 Chỉnh định theo phương pháp “Modified Minimum ITAE” Smith (2003) Các công thức phương pháp thể sau: 0.965 ⎛ τ m ⎜ Kc = K m ⎜⎝ θ m ⎞ ⎟⎟ ⎠ 0.855 Ti = 1.26τ m Td = 0.308θ m Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 84 Áp dụng công thức ta được: Kc= 0.9122 Ti= 8.0829, suy Ki=Kc/Ti= 0.1128 Td= 1.838, suy Kd=Kc* Td= 1.6767 Mô Simulink với kết tìm được: Hình III-15: Đáp ứng mơ hình theo phương pháp chỉnh định Smith (2003) 3.7.3 Chỉnh định theo phương pháp “Minimum ITAE” Sadeghi & Tych (2003) Phương pháp có cơng thức tính tham số PID sau: Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 85 Kc = 0.965 ⎛ τ m ⎜ K m ⎜⎝ θ m ⎞ ⎟⎟ ⎠ 0.855 ⎞ ⎛ θ Ti = τ m ⎜⎜ 0.29349 m + 1.29110 ⎟⎟ τm ⎝ ⎠ 0.5θ mτ m Td = 0.5θ m + τ m Áp dụng công thức ta được: Kc= 0.949 Ti= 10.0339, suy Ki=Kc/Ti= 0.0909 Td= 1.879, suy Kd=Kc* Td= 1.783 Mơ Simulink: Hình III-16: Đáp ứng mơ hình theo phương pháp chỉnh định Wang (1995) Nhận xét chung phương pháp: Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 86 • Với giá trị đặt setpoint bước nhảy đơn vị, phương pháp có giá trị sai lệch tĩnh • Cả phương pháp chỉnh định có đường đặc tính tương đối tốt yêu cầu chất lượng • Phương pháp Wang Smith có đáp ứng dạng dao động tắt nhanh (Mildly Underdamped) • Phương pháp Sadeghi & Tych có đáp ứng dạng dao động kéo dài (Underdamped) • Với yêu cầu hệ thống thực tế, ta chọn phương pháp chỉnh định Wang để áp dụng cho đối tượng Dry Gas Seal 3.7.4 Phương pháp chỉnh định công cụ Simulink Matlab Để chỉnh định thông số PID, Matlab cung cấp công cụ hữu hiệu Simulink Response Optimization Hình III-17: Mơ hình hệ thống chỉnh định Simulink Response Constraint Ta thiết lập ban đầu cho thông số PID, sau đưa thơng số vào mục Optimization/ Tuned Parameters…Rồi tiến hành chỉnh ràng buộc yêu cầu đường đáp ứng Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 87 Cuối cùng, ta cho chạy trình điều chỉnh tự động thu kết hình III-18 III-19 Hình III-18: Kết chỉnh định tự động Signal Constraint Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 88 Wang (1995) Hình III-19: Kết chỉnh định tự động Signal Constraint Nhận xét kết thu ta thấy rằng, với khởi điểm tham số PID kết thu từ phương pháp chỉnh định Wang (1995), tiến hành thiết lập yêu cầu (ràng buộc) cho hệ thống ta khơng thu giải pháp thỏa mãn tất ràng buộc (constraint) Và hình III-19 cho thấy đường đặc tính thu phương pháp chỉnh định Wang “đẹp nhất” 3.8 Điều khiển PID kết hợp bù trễ sử dụng dự báo Smith Nhận xét đối tượng nhận dạng phần ta thấy có độ trễ tương đối lớn (5.9678 s) Vì vậy, phần này, ta đề cập đến vấn đề điều khiển PID kết hợp với bù trễ Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 89 Như biết, hầu hết phương pháp chỉnh định PI/PID dựa giả thiết q trình có trễ khơng q lớn Đối với đối tượng có thời gian trễ lớn, hiệu thể đầu sau tác động thời gian nên chất lượng điều khiển Dễ thấy thành phần trễ tạo chậm pha, độ chậm pha đặc biệt lớn dải tần số cao Một điều cần lưu ý, trễ nhắc đến trễ tính chất động học đối tượng việc xấp xỉ từ mơ hình bậc cao mơ hình bậc thấp Vì vậy, phương diện vật lý, ta khơng có cách để loại bỏ hay tách thời gian trễ khỏi mơ hình cần điều khiển Tuy nhiên, ta sử dụng mơ hình khơng có trễ trình để dự báo giá trị biến cần điều khiển Một vấn đề lớn việc dự báo sai lệch mơ hình đối tượng thực khiến cho giá trị dự báo thu có sai số Để khắc phục sai lệch mơ hình ta sử dụng quan sát: so sánh đầu mơ hình có trễ với đầu thực đối tượng để hiệu chỉnh lại tín hiệu phản hồi Điều tương tự ví dụ sau: “Giả sử, hôm thứ hai, ta sử dụng mơ hình A để dự báo thời tiết thứ ba có nhiệt độ 280C Tuy nhiên, nhiệt độ thật lại 290C Vì vậy, để dự báo thời tiết cho ngày thứ tư ta sử dụng mơ hình A ta cộng thêm sai lệch mơ hình 10C vào kết dự báo” Một dự báo thường sử dụng để điều khiển PID kết hợp bù trễ dự báo Smith r K(s) _ u y G0 ( s)e −θs ~ y0 ~ G0 ( s) yˆ e ~ −θ s _ + + Hình III-20: Sơ đồ diễn giải dự báo Smith Giả sử mơ hình đối tượng G ( s ) = G0 ( s)e −θs ~ ~ ~ Mô hình ước lượng (dự báo) G ( s) = G0 ( s )e −θ s ~ Trong G0 ( s), G0 ( s ) thành phần không chứa thời gian trễ Gọi y0 đầu thực đối tượng khơng có trễ (tín hiệu sau khâu G0 ( s) ) Như vậy, mặt vật lý, tách riêng đối tượng thành hai phần riêng biệt khơng có trễ có trễ nên y0 biến trạng thái không đo Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 90 Gọi yˆ tín hiệu ước lượng y0 , từ hình III-20, ta dễ dàng tính ~ yˆ = ~ y0 + ( y − e −θ s ) Nếu giá trị ước lượng đủ xác, ta đưa làm tín hiệu phản hồi cho điều khiển K(s) Khi đó, việc thiết kế điều khiển K(s) tiến ~ hành dựa mơ hình đối tượng khơng có trễ G0 ( s ) Ứng dụng dự báo Smith vào đối tượng cụ thể ta tìm phần trước, ta có cấu trúc sau: Hình III-21: Ứng dụng dự báo Smith vào đối tượng cụ thể Kết thu từ mơ Có dự báo Smith Hình III-22: Kết thu dùng dự báo Smith Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 91 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Kết luận Đề tài “Điều khiển hệ thống Dry Gas Seal máy nén khí giàn nén khí trung tâm” đạt làm việc sau: ™ Tác giả nghiên cứu tài liệu kỹ thuật liên quan tới máy nén khí Các tài liệu tham khảo chủ yếu từ nguồn Giàn nén khí trung tâm hãng Dresser Rand ™ Luận văn tìm hiểu phương pháp xây dựng mơ hình lý thuyết thực nghiệm Dựa điều kiện thực tế hệ thống Dry Gas Seal máy nén khí Giàn nén khí trung tâm, tác giả áp dụng phương pháp thực nghiệm để mơ hình hóa hệ thống ™ Luận văn tìm hiểu sách lược điều khiển trình để chọn lựa sách lược phù hợp cho hệ thống điều khiển Dry Gas Seal máy nén khí ™ Luận văn sử dụng công cụ MATLAB/Simulink để thiết kế mô hệ thống điều khiển, sở mơ hình thu ™ Luận văn thu thập số liệu thực tế từ hệ thống Dry Gas Seal nhiên chưa có điều kiện để kiểm chứng điều khiển tìm thực tế mà dừng lại việc mô Hướng phát triển đề tài Với kết thu định từ việc nghiên cứu đề tài, tác giả đề xuất số phát triển sau: ™ Tiến hành nhận dạng cho tổ máy hệ thống máy nén khí giàn nén khí trung tâm để có sách lược điều khiển hệ thống Dry Gas Seal phù hợp ™ Thử nghiệm phương pháp khác để điều khiển hệ thống Dry Gas Seal., ví dụ, phương pháp điều khiển mờ điều khiển phi tuyến Tuy nhiên, điều kiện hệ thống điều khiển Giàn nén khí trung tâm nên áp dụng phương pháp điều khiển này, cần phải có giải pháp phần cứng tương ứng ™ Sau thực có kết tốt, ta áp dụng tương tự cho hệ thống khác Giàn nén khí trung tâm Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 92 PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN DRY GAS SEAL (Vui lòng xem trang bên) Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức Trang 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển trình, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2006 Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội, 2004 Nguyễn Doãn Phước & Phan Xuân Minh, Nhận Dạng Hệ Thống Điều Khiển, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, 2001 Nguyễn Thị Phương Hà, Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, 1996 P SUGANDA, P R KRISHNASWAMY and G P RANGAIAH, Online Process Identification from Closed-Loop Tests Under PI Control, 1998 Cheng-Liang Chen, A simple method for on-line indentification and controller tuning, 1989 Cohen, G H., and G A Coon, “Theoretical Investigation of Retarded Control,” Trans ASME 75,827 (1953) Donald R Coughanowr, Process System Analysis and Control, Second Edition, McGraw-Hill John Stahley (Dress-Rand, Olean, NY, USA), Design, Operation and Maintenance Considerations for Improved Dry Gas Seal Reliability In Centrifugal Compressors, 2003 10 Dresser Rand, Service Manual, Volume of 2, 1996 11 Aidan O’Dwyer, Handbook of PI and PID Controller Tuning Rules, 2nd Edition, Imperial College Press 12 www.ksu.edu.sa 13 http://ae.tut.fi/~juke/java/pidtuning/cc/cctd/index.html 14 www.dresser-rand.com Luận văn cao học Học viên: Nguyễn Minh Đức TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài “Điều khiển hệ thống Dry Gas Seal máy nén khí Giàn nén khí trung tâm” với nhiệm vụ nghiên cứu máy nén khí (Gas Compressor) hệ thống Dry Gas Seal để từ có sách lược điều khiển thích hợp Với nhiệm vụ đó, luận văn chia thành phần sau: Đặt vấn đề Giới thiệu mục đích, nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu đề tài Phần có tác dụng định hướng đề tài Tổng quan hệ thống Giới thiệu tổng quát hệ thống Giàn nén khí trung tâm Phần sâu vào giới thiệu cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy nén khí sử dụng giàn nén khí trung tâm Hệ thống Dry Gas Seal giải pháp điều khiển thực Phần giới thiệu hệ thống Dry Gas Seal sử dụng Giàn nén khí Phân tích giải pháp điều khiển thực cho hệ thống đồng thời đưa ưu, nhược điểm giải pháp Giải pháp cải tiến hệ thống điều khiển Đây phần quan trọng luận văn tốt nghiệp Mục đích phần cải tiến hệ thống điều khiển Dry Gas Seal điều khiển PID PLC Trong phần luận văn phân tích phương pháp mơ hình hóa đối tượng, ưu nhược điểm phương pháp để từ chọn phương pháp phù hợp để nhận dạng đối tượng hệ thống Dry Gas Seal Sau nhận dạng đối tượng, luận văn đưa phương pháp chỉnh định thông số PID cho điểu khiển để điều khiển hệ thống Dry Gas Seal cách tốt Kết luận hướng phát triển Trong phần luận văn nêu lên việc làm vấn đề tồn luận văn Đồng thời, luận văn đưa phương hướng phát triển để nâng đề tài lên mức cao hơn, áp dụng đề tài thực tế Tài liệu tham khảo Trong phần luận văn đưa danh sách tài liệu tham khảo website mà luận văn có trích dẫn số phần ... thiệu hệ thống Dry Gas Seal máy nén ly tâm .27 Các thông số hệ thống Dry Gas Seal – Giàn nén khí trung tâm 29 Hệ thống điều khiển Dry Gas Seal 29 3.1 Mục đích hệ thống điều khiển Dry. .. tiếp với máy tính Giới thiệu hệ thống máy nén khí (Gas Compressor System) 2.1 Giới thiệu hệ thống máy nén khí Giàn nén khí trung tâm Như đề cập trên, nhiệm vụ Giàn nén khí trung tâm nén khí đầu... Tandem Seal (both LP and HP) Hệ thống điều khiển Dry Gas Seal 3.1 Mục đích hệ thống điều khiển Dry Gas Seal Hệ thống điều khiển Dry Gas Seal (DGS) thiết kế nhằm cung cấp khí khơ cho hệ thống làm