Slide điều khiển quá trình chương 1

Điều khiển q trình  2004, HỒNG MINH SƠN Chương 1: Mở đầu 2009-2015 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nội dung chương 1.1 Điều khiển q trình gì? 1.2 Mục đích điều khiển 1.3 Cấu trúc hệ thống ĐKQT 1.4 Mô tả chức hệ thống 1.5 Các nhiệm vụ phát triển hệ thống Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mục tiêu giảng chương Giúp sinh viên trả lời câu hỏi:  Điều khiển trình thực chất gì?  Đặc trưng lĩnh vực điều khiển trình gì?  Học vấn đề mơn này? Để làm gì? Sinh viên có khả năng:  Đặt tốn điều khiển q trình sở phân tích mục đích điều khiển; phân biệt biến trình cho trình đơn giản  Đọc vẽ lưu đồ đặc tả chức điều khiển trình (lưu đồ P&ID) Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.1 Điều khiển trình gì? Lý thuyết ĐKTĐ ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH TĐH q trình TĐHcơng q nghệ trình TĐHcơng q nghệ trình cơng nghệ Chương 1: Mở đầu Điều khiển máy (ĐK chuyển động, Robot, CNC) TĐH q trình TĐHcơng q nghệ trình TĐHcơng xí nghiệp nghệ cơng nghiệp © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Q trình & q trình cơng nghệ  Quá trình trình tự diễn biến vật lý, hóa học sinh học, vật chất, lượng thông tin biến đổi, vận chuyển lưu trữ (ANSI/ISA 88.01, DIN 19222) Vật chất Năng lượng Thơng tin Q TRÌNH Vật chất Năng lượng Thơng tin  Q trình cơng nghệ quan tâm tới trình vật chất lượng  Trong nội dung mơn học, khái niệm q trình hiểu q trình cơng nghệ Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhìn từ quan điểm hệ thống Biến vào Biến điều khiển Vật chất Năng lượng Thông tin Nhiễu Vật chất Năng lượng Thông tin QUÁ TRÌNH Biến Biến cần điều khiển Chương 1: Mở đầu Biến khơng cần điều khiển © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Biến trình  Biến cần điều khiển (controlled variable): Biến ra, đại lượng hệ trọng tới vận hành an toàn, ổn định chất lượng sản phẩm, cần trì giá trị đặt, bám theo tín hiệu chủ đạo  Biến điều khiển (control variable, manipulated variable): Biến vào can thiệp theo ý muốn để tác động tới đại lượng cần điều khiển  Nhiễu: Biến vào không can thiệp được: – Nhiễu trình (disturbance, process disturbance)  nhiễu đầu vào (input disturbance): biến thiên thông số đầu vào (lưu lượng, nhiệt độ thành phần nguyên liệu, nhiên liệu)  nhiễu tải (load disturbance): thay đổi tải theo yêu cầu sử dụng (lưu lượng dòng chảy, áp suất nước, )  nhiễu ngoại sinh (exogenous disturbance): nhiệt độ, áp suất bên ngoài, – Nhiễu đo, nhiễu tạp (noise, measurement noise) Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ví dụ: Bình chứa chất lỏng Fi Biến vào Biến điều khiển Fi h Fo a) Sơ đồ công nghệ Chương 1: Mở đầu Nhiễu Fo Quá trình bình mức Biến Biến cần điều khiển h b) Sơ đồ khối © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ví dụ: Thiết bị gia nhiệt Dịng gia nhiệt TH , wH TC Dịng q trình TC TC1 , wC TH Biến điều khiển wH TC1 Nhiễu wC TH1 Quá trình gia nhiệt TH2 Chương 1: Mở đầu Biến điều khiển TC2 Biến khơng điều khiển © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các dây chuyền công nghệ phức tạp  Nhà máy xi măng: – Cơng nghệ lị nung – Cơng nghệ cấp liệu, nghiền, vận chuyển, đóng bao  Nhà máy điện: – Cơng nghệ lị – Cơng nghệ turbin  Nhà máy lọc dầu, hóa dầu: – Cơng nghệ chưng cất, tinh luyện – Cơng nghệ lị phản ứng liên tục, theo mẻ  Vấn đề: – Hàng nghìn điểm đo, hàng trăm đại lượng cần điều khiển – Các trình tương tác qua lại – Địi hỏi độ an tồn, tin cậy cao Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 Thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển Tính tốn điều khiển Tín hiệu đo Tín hiệu điều khiển Giá trị đặt/ Tín hiệu chủ đạo  Control equipment: Thiết bị điều khiển, vd PLC, IPC, Digital Controller, DCS Controller,  Controller: Bộ điều khiển, hiểu – Cả thiết bị điều khiển, – Chỉ riêng khối tính tốn điều khiển, vd PI, PID, FLC, ON/OFF, Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 32 Thiết bị chấp hành Thiết bị chấp hành Tín hiệu điều khiển Cơ cấu dẫn động Phần tử chấp hành Tín hiệu điều khiển Khối điều khiển  Actuator: Thiết bị chấp hành, cấu chấp hành (van điều khiển, máy bơm, quạt gió, chắn gió, rơ-le, )  Actuator, actuating element: cấu dẫn động, phần tử dẫn động (động điện, khối chuyển đổi dịng-khí nén, cuộn hút từ, )  Final control element: Phần tử chấp hành (thân van, tiếp điểm, sợi đốt) Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 33 Hệ thống vận hành & giám sát Giám sát, chẩn đốn, định Hình ảnh, số, đồ thị, bảng biểu,  Xác nhận, lựa chọn, đặt giá trị Trạng thái Giá trị đại lượng đặc trưng     Giá trị đặt Các tham số điều khiển Chế độ vận hành Vận hành (Operation) Giám sát, theo dõi (Monitoring) Chẩn đoán (Diagnosis) Giao diện người-máy (Human-Machine Interface, HMI) Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 34 1.4 Mơ tả chức - lưu đồ P&ID  Lưu đồ P&ID: Piping and Instrumentation Diagram – Lưu đồ công nghệ + biểu tượng thiết bị chức tự động hóa – Một tài liệu thiết kế quan trọng hệ thống đo lường, điều khiển giám sát – Cơ sở cho lựa chọn lắp đặt thiết bị, phát triển phần mềm điều khiển giám sát q trình (bài tốn điều khiển q trình)  Các biểu tượng lưu đồ ISA (Instrumentation Society of America) chuẩn hóa: – ISA S5.1: Instrumentation Symbols and Identification – ISA S5.3: Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems  Các biểu tượng lưu đồ bao gồm: – Các biểu tượng thiết bị – Các biểu tượng tín hiệu đường nối – Ký hiệu nhãn thiết bị biểu tượng chức Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 35 Ví dụ: Điều khiển mức Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 36 Ví dụ: Điều khiển trao đổi nhiệt Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 37 Biểu tượng thiết bị Phòng điều khiển trung tâm (Remote) Phần cứng Vị trí mở rộng (Auxilary Location) Hiện trường (Local) Thiết bị đơn lẻ Phần cứng chia sẻ - Hiển thị chia sẻ - Điều khiển chia sẻ Phần mềm Chức máy tính Logic chia sẻ Điều khiển logic khả trình Thiết bị cho hai biến biến với hai nhiều chức Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 38 Biểu tượng tín hiệu đường nối Tín hiệu khơng định nghĩa Đường nối tới trình kỹ thuật cấp lượng Tín hiệu khí nén Tín hiệu điện Tín hiệu thủy lực Tín hiệu điện từ âm (có dẫn định) * Tín hiệu điện từ âm (không dẫn định)* Đường nối nội hệ thống (liên kết phần mềm liệu) Đường nối học Ống mao dẫn x x x * Các tượng điện từ gồm nhiệt, sóng vơ tuyến, phóng xạ nguyên tử ánh sáng Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 39 Ký hiệu đường cấp lượng        AS (Air supply): cấp khơng khí ES (Electric supply): cấp điện GS (Gas supply): cấp gas HS (Hydraulic supply): cấp thủy lực NS (Nitrogen supply): cấp nitơ SS (Steam supply): cấp nước WS (Water supply): cấp nước Chương 1: Mở đầu AS ES GS HS NS SS WS © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 40 Nhãn thiết bị ký hiệu chức PDIC 103 Chỉ thị (Indication) điều khiển (Control) chênh áp (Differential Pressure), vòng loop 103 TAH 104 Báo động (Alarm) vượt ngưỡng (High) nhiệt độ (Temperature), cảnh giới nhiệt vòng loop 104 Mã số vòng loop, điểm đo P D I C-103 Chữ đầu: Biến đo khởi tạo Chữ phụ: Bổ sung cho chữ đầu Các chữ sau: Các chức thị, bị động đầu T A H-104 Chữ phụ sau: Bổ sung ý nghĩa chức cho chữ đứng trước Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 41 Ý nghĩa chữ Chữ đầu Biến đo khởi tạo Bố sung, thay đổi Các chữ đứng sau Chức thị bị động A Analysis Alarm B Burner, Combustion Tự chọn C Tự chọn D Tự chọn E Voltage F Flow Rate G Tự chọn H Hand I Current J Power Scan K Time, Time Schedule Time Rate of Change L Level M Tự chọn Chức đầu Bổ sung, thay đổi Tự chọn Tự chọn Control Differential Sensor Ratio (Fraction) Glass, Viewing Device High Indicate Control Station Light Low Momentary N Tự chọn Chương 1: Mở đầu Middle Tự chọn CuuDuongThanCong.com Tự chọn chọn © 2009-2015, Tự HMS https://fb.com/tailieudientucntt 42 Ý nghĩa chữ (tiếp) Chữ đầu Biến đo khởi tạo Bố sung, thay đổi Các chữ đứng sau Chức thị bị động Chức đầu O Tự chọn Orifice, Restriction P Pressure, Vacuum Point (Test Connection) Q Quantity R Radiation S Speed, Frequency T Temperature U Đa biến (Universal) V Vibration, Mech Analysis W Weight, Force X Không xếp loại Trục X Y Event, State, Presence Trục Y Relay, Compute, Convert Z Position, Dimension Trục Z Driver, Actuator, Phần tử ĐK Bổ sung, thay đổi Integrate, Total Record Safety Switch Transmit Đa chức Đa chức Đa chức Valve, Damper, Louver Well Chương 1: Mở đầu Không xếp loại Không xếp loại Không xếp loại © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 43 Các ký hiệu chức tính tốn Ký hiệu Chức 1-0 ON/OFF Điều khiển ON/OFF chuyển mạch (Switch) Σ ADD Cộng tổng (cộng trừ), với nhiều đầu vào ∆ SUB Hiệu (với hai nhiều đầu vào) ± , +, - Độ dịch (1 đầu vào) AVG Trung bình %, 1:3 2:1 Khuếch đại (đầu vào : đầu ra) x √ ,÷ SQ RT Nhân, chia (2 nhiều đầu vào) Căn bậc hai xn x1/n f(x) Lũy thừa Hàm 1:1 Tăng cường > HIGHEST Chọn giá trị lớn < LOWEST Chọn giá trị nhỏ REV Đảo ngược E/P, P/I, A/D, D/A Biến đổi (E, H, I, O, P, R) ∫ Tích phân (theo thời gian) D d/dt I/D Chương 1: Mở đầu Đạo hàm tốc độ Nghịch đảo đạo hàm CuuDuongThanCong.com © 2009-2015, HMS https://fb.com/tailieudientucntt 44 Ví dụ: điều khiển vịng kín Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 45 1.5 Các bước phát triển hệ thống Các mục đích điều khiển Các định luật vật lý hóa học Lý thuyết mơ hình hóa & mơ u cầu mô tả công nghệ Dữ liệu vận hành thực tế Phân tích chức hệ thống Xây dựng mơ hình trình Thiết kế sách lược điều khiển Lý thuyết điều khiển tự động Thiết kế thuật toán điều khiển Công nghệ hệ thống điều khiển Kinh nghiệm từ dự án khác Lựa chọn giải pháp hệ thống Công nghệ phần mềm công nghiệp Phát triển phần mềm ứng dụng Thông tin, hỗ trợ từ nhà cung cấp Chỉnh định & đưa vào vận hành HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Chương 1: Mở đầu © 2009-2015, HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 46 ... 1. 1 Điều khiển trình gì? Lý thuyết ĐKTĐ ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH TĐH q trình TĐHcơng q nghệ trình TĐHcơng q nghệ trình cơng nghệ Chương 1: Mở đầu Điều khiển máy (ĐK chuyển động, Robot, CNC) TĐH q trình. ..Nội dung chương 1. 1 Điều khiển trình gì? 1. 2 Mục đích điều khiển 1. 3 Cấu trúc hệ thống ĐKQT 1. 4 Mô tả chức hệ thống 1. 5 Các nhiệm vụ phát triển hệ thống Chương 1: Mở đầu © 2009-2 015 , HMS CuuDuongThanCong.com... điều khiển Thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển chấp hành Tín hiệu đo Thuật ngữ: Giá trị đặt Tín hiệu điều khiển Biến điều khiển Biến điều khiển Đại lượng đo Chương 1: Mở đầu Thiết bị đo Quá