Xây dựng giao diện và mô hình hóa hệ thống điều khiển khói gió nhà máy nhiệt điện Na Dương bằng phần mềm CS 3000
MỤC LỤC
Lề HƠI TẦNG SễI TUẦN HOÀN
Giới thiệu về lò hơi
Trong mọi ứng dụng, lò hơi luôn phải đảm bảo hai nhiệm vụ: Thứ nhất, chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu như: than đá, dầu mỏ, khí đốt, v.v…trong buồng đốt thành nhiệt năng; Thứ hai, truyền nhiệt năng sinh ra cho các chất tải nhiệt hoặc môi chất (thông thường là nước) để đưa chúng từ thể lỏng có nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ sôi, biến thành hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt. Nhược điểm của lò hơi sử dụng than phun là tỉ lệ khí/nhiên liệu phải được kiểm soát chặt chẽ để tránh xảy ra thừa nhiên liệu dễ dẫn đến phá hủy lò; có yêu cầu cao về mặt nguyên liệu, nếu than có hàm lượng chất dễ bay hơi thấp, hàm lượng tro và độ ẩm cao thì việc sử dụng loại lò hơi này là không kinh tế; lò hơi loại này tiêu tốn nhiều năng lượng vì phải sử dụng bộ phận nghiền than.
Hoạt động của lò hơi tầng sôi tuần hoàn
Các chế độ tương tác giữa khí và hạt phụ thuộc vào tốc độ gió cấp vào bao gồm: lớp cố định, giả lỏng đồng đều, sôi bọt, sôi dạng pittông (slugging), sôi rối, sôi chèn (choking) và sôi tuần hoàn (circulating). Mật độ hạt rắn trong lớp sôi thay đổi dọc theo chiều cao buồng đốt từ lớn nhất ở phía đáy buồng đốt nơi mà nhiên liệu và đá vôi được đưa vào và hoà trộn với nhau cho tới nhỏ nhất ở phía trên cùng.
Các hệ thống chính của lò hơi tầng sôi tuần hoàn Hệ thống gió sơ cấp
Hệ thống gió thứ cấp Hệ thống gió thứ cấp được sử dụng để: đưa vào buồng đốt qua các vòi phun đặt ở phía trên các vòi gió sơ cấp, thực hiện quá trình cháy trong lò, đảm bảo quá trình cháy trong lò, đưa nhiệt độ lò tới nhiệt độ thực hiện được quá trình hấp thụ lưu huỳnh; cung cấp không khí cho quá trình cháy của các vòi phun khởi động trong quá trình khởi động và cấp cho hệ thống cấp than, sử dụng làm khí chèn trong hệ thống cấp than. Việc điều chỉnh lượng gió thứ cấp sẽ được thực hiện tại mỗi vị trí đưa vào lò nhằm mục đích: Đảm bảo quá trình cháy xảy ra hoàn toàn tại các vị trí, tránh xảy ra hiện tượng nhiệt độ cao cục bộ, dẫn tới hình thành NOx; Thực hiện việc cắt giảm gió thứ cấp khi xảy ra hiện tượng thừa không khí trong khói thải và hiệu chỉnh để lò đạt hiệu suất cao nhất.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN 1. Các hệ thống điều khiển
Như vậy, hệ thống điều khiển phân tán là một hệ thống điều khiển có hệ dữ liệu thống nhất nhưng chức năng điều khiển thay vì tập trung vào một thiết bị sẽ được thực hiện trên nhiều thiết bị ở các cấp điều khiển khác nhau. Cấp chấp hành cảm biến bao gồm các bộ phần vào/ra ghép nối với các sensor, các cơ cấu chấp hành, cấp này có chức năng kết nối với các tín hiệu vào/ra, xử lý sơ bộ trước khi chuyển lên cấp điều khiển. Chức năng điều khiển có thể chia thành hai: một là chức năng điều khiển cơ bản, thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động, điều khiển tuần tự, điều khiển liên động hay các thuật toán điều chỉnh phức tạp khác, hai là chức năng truyền thông, trao đổi thông tin với các hệ thống phụ Subsystem.
HỆ THỐNG DCS CS 3000 CỦA YOKOGAWA
Trạm HIS cũng cung cấp các giao diện mở, nhờ đó các máy tính giám sát có thể truy cập các dữ liệu dạng đồ thị Trend, các thông báo, và các dữ liệu khác của quá trình. ER bus (Enhanced Remote bus) thực hiện giao tiếp với các nút đặt xa FCU, khi sử dụng ER bus, các nut có thể đặt trong cùng hộp vời FCU, hoặc cũng có thể đặt tại trạm xa vị trí FCU. Vì vậy, hệ thống truyền thông trong DCS được thực hiện bởi 2 hệ thống mạng: Mạng Ethernet với giao thức TCP/IP và mạng Vnet với cấu trúc bus, giao thức Token passing.
PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1. Điều khiển quá trình
Yếu tố dung tích xuất hiện dưới rất nhiều hình thức: đối với hệ thống điều khiển có đối tượng là chất lỏng, yếu tố dung tích thể hiện ở các bình chứa; khi đối tượng là các phần tử điện, yếu tố dung tích thể hiện ở các tụ điện; đối với các hệ cơ khí, yếu tố dung tích thể hiện ở yếu tố quán tính. Thực chất, bài toán nhận dạng được đưa về bài toán tối ưu với hàm mục tiêu cần cực tiểu hóa là tổng bình phương sai lệch giữa các số liệu thực tế quan sát được và các giá trị tính toán ước lượng (Với một hệ số trọng lượng nào đó). Do mục đích của đồ án và đặc điểm của quá trình công nghệ trong nhà máy hầu hết là dao động nhanh tắt dần, có thể xấp xỉ được với mô hình có đáp ứng dạng chữ S, nên đồ án lựa chọn phương án nhận dạng đối tượng là phương pháp đường cong đáp ứng.
SÁCH LƯỢC ĐIỀU CHỈNH
Thiết bị đo LT đo được mức nước giảm, gửi về bộ điều khiển LC, bộ điều khiển LC phát hiện ra sai lệch của mức nước trong bình so với giá trị đặt, đưa ra tín hiệu điều khiển mở rộng valve cấp nước vào bình. Do nguyên lý thực hiện là quan sát tín hiệu cần điều khiển để đưa ra tín hiệu điều khiển nên cấu trúc điều khiển phản hồi chậm phát hiện ảnh hưởng của nhiễu quá trình, đặc biệt đối với những quá trình có hằng số thời gian lớn. Trong trường hợp áp suất hơi sử dụng thay đổi, với cùng độ mở van như trước, nhưng lưư lượng hơi qua van đã thay đổi, do đó nhiệt độ của dầu thu được sẽ không như mong muốn.
PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH
Nhóm phương pháp sử dụng mô hình hàm truyền đạt hoặc mô hình đáp ứng tần số của quát trình và tính toán các khâu bù sao cho đường đặc tính của hệ hở hoặc hệ kín đạt được các chỉ tiêu trên miền tần số như: dải thông, độ nhạy, pha, biên độ,…. Với mục đích của đồ án và do yêu cầu không cao về mặt chất lượng, đồ án sẽ sử dụng các phương pháp dựa trên đặc tính miền thời gian, các phương pháp đáp ứng bậc thang, phương pháp đáp ứng bậc thang, phương pháp đáp ứng dao động tới hạn. Phương pháp đáp ứng bậc thang được Ziegler – Nichols đưa ra nhằm xác định tham số của bộ điều khiển PID dựa trên đường đặc tính đáp ứng quá độ của quá trình thu được từ thực nghiệm với giá trị thay đổi dạng bậc thang.
CÔNG CỤ THỰC HIỆN – PHẦN MỀM CS 3000
Các đối tượng điều khiển được sử dụng để thực hiện các lệnh điều khiển từ các trạm giám sát vận hành như: gọi một trang màn hỡnh hiển thị khỏc, gọi cỏc biều đồ (Trend) theo dừi biến, gọi cỏc của sổ nhập số liệu, …. Khối tính toán nhận dữ liệu từ khối xử lý tín hiệu vào (Input Processing), thực hiện các thuật toán tính toán, tùy thuộc vào loại Function Block, sau đó đưa tín hiệu ra khối xử lý tín hiệu ra và khối báo động. Để mô phỏng một actuator, ta xây dựng cấu trúc với độ nhạy được môt phỏng bởi một khâu Dead Zone, giới hạn hoạt động của actuator khi tín hiệu vào nhỏ; khoảng làm việc được mô phỏng bởi một khâu giới hạn: LIMIT; Giới hạn tốc độ thực hiện bởi một khâu SLEW RATE.
XÂY DỰNG GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KHểI GIể
CÁC VềNG ĐIỀU CHỈNH TRONG HỆ THỐNG KHểI GIể 1. Hệ thống khói gió
Tính hiệu đặt lấy từ bộ điều khiển gió chính cộng với tín hiệu nhiệt độ từ bộ điều khiển nhiệt độ phần dưới của buồng đốt thao tác này đảm bảo nhiệt độ cho quá trình cháy nhờ cân bằng lưu lượng gió sơ cấp và thứ cấp. Vòng điều chỉnh sử dụng bộ điều khiển PI, nhiệm vụ của vòng điều chỉnh là điều chỉnh lưu lượng gió thứ cấp vào lò đủ cho quá trình cháy, đáp ứng yêu cầu của lò thông qua tín hiệu yêu cầu gió thứ cấp đưa ra từ bộ điều khiển gió chính. Tùy theo chế độ điều khiển tín hiệu áp suất buồng đốt có thể là giá trị trung bình của 3 tín hiệu đo trên hoặc một trong 3 tín hiệu đo.Tín hiệu áp suất này được sử dụng làm tín hiệu hồi tiếp tới bộ điều khiển áp suất buồng lửa.
LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG 1. Các quy ước
Hệ thống đường ống từ sau vòng điều chỉnh áp suất đến trước van chấp hành của vòng điều chỉnh lưu lượng và đường ống từ vị trí van chấp hành đến vị trí của thiết bị đo lưu lượng được mô phỏng bằng một khâu trễ vận chuyển và một khâu trễ bậc một. Function Block CAL0014N04 làm nhiệm vụ tính toán tổng lưu lượng gió cấp vào lò, giá trị ra khỏi Function Block này qua các khâu trễ vận chuyển Function Block DLAY0014N02 và khâu quán tính bậc nhất LAG0014N02, các khâu này thể hiện sau một thời gian trễ tổng lưu lượng gió mới ảnh hưởng đến áp suất lò. Từ thống số áp suất lò, Function Block CAL0014N02 tính toán ra lưu lượng tối đa có thể qua van theo đặc tính quạt hút (IDF), thông số này nhân với độ mở van nhận từ actuator ta được thông số lưu lượng khói thực quan van.
