Tối ưu hóa chất lượng điều khiển phụ tải lò hơi công nghiệp trên cơ sở quan điểm bền vững cao

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, Bản luận văn tơi tính tốn, thiết kế nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Để hoàn thành luận văn này, sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu khác không ghi Nếu sai, tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định HỌC VIÊN THỰC HIỆN TRẦN VĂN PHÚ LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa, Viện truyền thụ kiến thức quý báu trình học tập nghiên cứu trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cán quản lý, vận hành hệ thống cung cấp nhà máy Sữa Tiên Sơn tạo điều kiện tốt nhiệt tình giúp đỡ cho tơi tìm hiểu lấy số liệu thực tế để hoàn thành luận văn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC BẢNG DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỊ HƠI CƠNG NGHIỆP 1.1 Khái quát lò công nghiệp .3 1.1.1 Sơ đồ sử dụng điển hình 1.1.2 Phân loại lị cơng nghiệp .3 1.1.3 Các đặc tính kỹ thuật lò .4 1.1.4 Các hệ cân khối lượng lượng lò .5 1.2 Các phƣơng trình động học lị 1.2.1 Phương trình thay đổi áp suất lò 1.2.2 Phương trình thay đổi mức nước lò bao .13 1.3 Điều chỉnh phụ tải lò làm việc .15 1.3.1 Điều chỉnh độ kinh tế trình cháy 15 1.3.2 Điều chỉnh sản lượng lò 17 1.3.3 Điều chỉnh mức nước lò bao 19 1.4 Một số loại lị thƣờng dùng cơng nghiệp 20 1.4.1 Lò ống lửa 20 1.4.2 Lò ống nước 22 1.4.3 Lò ống lò, ống lửa 24 1.5 Hệ thống điều khiển lò (lò đốt dầu) 25 1.5.1 Tự động cấp nước lò 26 1.5.2 Tự động hâm dầu đốt 26 1.5.3 Tự động đốt lò .26 1.5.4 Tự động trì áp suất 28 1.5.5 Tự động kiểm tra, báo động , bảo vệ lò 28 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP HƠI NHÀ MÁY SỮA TIÊN SƠN .30 2.1 Giới thiệu chung .30 2.1.1 Lịch sử hình thành phát triển 30 2.1.2 Định hướng phát triển sản xuất kinh doanh 33 2.2 Quy trình cơng nghệ chế biến Sữa 34 2.2.1 Sản phẩm sữa tiệt trùng, đậu nành nước trái 34 2.2.2 Sản phẩm sữa chua ăn sữa chua uống Probi 36 2.2.3 Sản phẩm sữa đặc 38 2.3 Hệ thống cung cấp nhà máy 40 2.3.1 Đặc điểm hệ thống cung cấp .40 2.3.2 Các hệ thống phụ trợ lò 43 2.3.3 Các hệ thống điều khiển lò 43 2.4 Q trình sử dụng cho cơng nghệ chế biến Sữa .45 2.4.1 Nguyên lý làm việc hệ thống lò .45 2.4.2 Đặc điểm sử dụng cho trình sản xuất .47 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP HỆ THỐNGTHEO QUAN ĐIỂM BỀN VỮNG 49 3.1 Nhận dạng đối tƣợng điều khiển công nghiệp 49 3.1.1 Đặc tính mơ hình đối tượng điều chỉnh công nghiệp 49 3.1.2 Sơ đồ thực nghiệm nhận dạng đối tượng 55 3.2 Phƣơng pháp mơ hình hóa theo đặc tính độ 57 3.2.1 Xác định đặc tính q độ xung hình chữ nhật 57 3.2.2 Mơ hình qn tính bậc có trễ 59 3.3 Tiêu chuẩn dự trữ ổn định theo số dao động mềm .61 3.4 Tổng hợp hệ thống theo quan điểm bền vững .65 3.4.1 Khái niệm chung toán tổng hợp hệ thống 65 3.4.2 Đặt toán tổng hợp hệ thống điều khiển bền vững tối ưu .66 3.4.3 Chỉ số dao động cấu trúc bền vững hệ thống điều khiển .67 3.4.4 Xây dựng hệ điều khiển bền vững đảm bảo chất lượng cao .69 3.4.5 Chất lượng hệ thống điều chỉnh bền vững phương pháp tổng hợp điều chỉnh 71 3.4.6 Tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển 75 CHƢƠNG 4: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH PID BỀN VỮNG TỐI ƢU ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI LÒ HƠI ĐÁP ỨNG CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SỮA 79 4.1 Giới thiệu phần mềm CASCAD 79 4.2 Tổng hợp điều khiển, điều chỉnh cam dầu gió theo quan điểm bền vững cao 80 4.2.1 Hệ thống cam dầu, gió đầu đốt lò 80 4.2.2 Sơ đồ khối điều khiển 82 4.2.3 Trình tự tính tốn CASCAD kết 83 KẾT LUẬN .97 KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO .98 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Dđm : Sản lượng định mức (kg/s) Dmax : Sản lượng cực đại (kg/s) Dkt : Sản lượng kinh tế (kg/s) qv : Nhiệt thể tích buồng lửa (kW/m3) Blv : Lượng nhiệt tiêu hao (kg/s) Qtlv : Nhiệt trị nhiên liệu( kJ/kg) V : Thể tích buồng lửa (m3) qr : Nhiệt diện tích ghi (kW/m2) R : Diện tích mặt cháy ghi ( m2) Dnc, D : Lưu lượng nước cấp sản lượng lò, kg/s Vn, : Thể tích phần chứa nước lị, m3 ‟, ” : Mật độ nước lò, Vh0 : Thể tích hệ thống ống lị, m3 Vhbh : Thể tích bao hơi, m3 V : Tổng thể tích chứa mơi chất lị, m3 Fbh : Diện tích mặt bốc bao hơi, m2 : Tín hiệu nhiễu ín hiệu tác động điều chỉnh O(s) : Hàm truyền đối tượng theo kênh điều chỉnh R(s) : Bộ điều chỉnh H(s) : Hàm truyền hệ hở K : Hệ số truyền Ti : Hằng số quán tính N : Bậc quán tính τ : Trễ vận tải P : Tỷ lệ I : Tích phân D : Vi phân PID : Tỷ lệ tích phân, vi phân Ψ : Hệ số tắt dần DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các trị số i môi chất kim loại số áp suất lò 11 Bảng 1.2 Tốc độ thay đổi áp suất 13 Bảng 2.1 Tổng sản phẩm nhà máy năm 2012 31 Bảng 2.2 Tiêu thụ nhiên liệu theo tháng năm 2012 .32 Bảng 2.3 Thơng số lị 41 Bảng 3.1 Bảng thông số lựa chọn 73 Bảng 3.2 Bảng thông số lựa chọn tổng hợp điều chỉnh bền vững .73 DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống sử dụng điển hình cơng nghiệp Hình 1.2 Cân khối lượng nước cấp Hình 1.3 Cân khối lượng nhiên liệu, gió khói thải, tro xỉ Hình 1.4 Cân thành phần hóa học nước cấp .6 Hình 1.5 Cân hóa học đầu vào đầu Hình 1.6 Cân lượng bên lò Hình 1.7 Sơ đồ điều chỉnh trình cháy .16 Hình 1.8 Sơ đồ điều chỉnh sản lượng lị dung sơ đồ có ống góp tập trung 18 Hình 1.9 Sơ đồ điều chỉnh phụ tải lò dùng sơ đồ khối 19 Hình 1.10 Sơ đồ điều chỉnh mức nước b�i ưu hóa điều chỉnh Hình 4.17 Đặc tính mềm hệ hở với trường hợp sở, xấu nhất, ngẫu nhiên đường xấu không bao điểm (-1,j0) 93 Với điều chỉnh tối ưu trên, đặc tính mềm ứng với trường hợp xấu khơng bao điểm (-1,j0) (hình 4.17), hệ thống có tính ổn định bền vững chất lượng cao Bộ điều chỉnh tối ưu hệ thống điều khiển cam dầu, gió có dạng: R* = = 1,589(1 + + 0,743.S) Bộ điều chỉnh có dạng điều chỉnh PID, điều chỉnh sử dụng phổ biến công nghiệp Các tham số điều chỉnh PID cho đối tượng cam, dầu gió : Kp = 1,589 Ti = 8,127 Td= 0,743 4.2.3.5 Đánh giá chất lượng hệ thống - Theo kênh đặt Tiến hành xây dựng đặc tính độ hệ thống theo kênh đặt thu kết sau: Hình 4.18 Đặc tính độ hệ thống kín theo kênh đặt 94 ... trúc bền vững hệ thống điều khiển .67 3.4.4 Xây dựng hệ điều khiển bền vững đảm bảo chất lượng cao .69 3.4.5 Chất lượng hệ thống điều chỉnh bền vững phương pháp tổng hợp điều chỉnh ...g đối tượng Điều ảnh hưởng trực tiếp tới kết tổng hợp điều chỉnh Bộ điều chỉnh bền vững tối ưu nhận q trình tính tốn theo phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển bền vững chất lượng cao dựa khá...i giảng điều khiển bền vững trình nhiệt lạnh Nguyễn Văn Mạnh (1999): Phương pháp tối ưu hóa hệ thống, điều khiển bất định Luận án TSKH Trường lượng Mátxcơva Nguyễn Văn Mạnh (1992): Về toán tối ưu hó