I Các giải pháp điều khiển
3- Bài toán 3: Điều khiển tự động nhiệt độ sấy:
3.1 - Phân tích bài toán và lựa chọn giải pháp:
Sấy giấy là một công đoạn thuộc phân xưởng Xeo. Như phần công nghệ đã trình bày, để có thể sấy giấy, các lô sấy phải có nhiệt độ cao. Và cụ thể trong dây chuyền, phương pháp tạo nhiệt độ cho các lô sấy là dùng hơi nước có nhiệt độ cao đi vào trong lòng lô sấy để truyền nhiệt ra bề mặt lô để tiếp xúc với giấy thực hiện công việc sấy giấy.
Hơi sử dụng ở đây là hơi bão hoà, và với đặc tính của hơi bão hoà, nhiệt độ của hơi phải luôn đạt ở mức 116 oC thì chất lượng của quá trình sấy mới được đảm bảo, vì thế cần phải ổn định nhiệt độ sấy bằng cách điều khiển.
Để có thể điều khiển được nhiệt độ có 2 cách: • Thứ nhất: điều khiển trực tiếp nhiệt độ
• Thứ hai: điều khiển gián tiếp nhiệt độ thông qua các đại lượng vật lý liên quan.
Để điều khiển nhiệt độ cần phải sử dụng cảm biến nhiệt, nhiệt độ là một đại lượng có tính quán tính lớn nên việc đo đạc và điều khiển sẽ gặp nhiều khó khăn; trong khi ta có thể sử dụng một đại lượng liên quan đến nhiệt độ để điều khiển gián tiếp nhiệt độ mà phương pháp này lại được tiến hành thuận tiện hơn. Vì thế ta lựa chọn phương pháp điều khiển theo cách thứ hai tức là điều khiển gián tiếp nhiệt độ.
Hơi bão hoà được đưa từ lò hơi đến các lô sấy thông qua một hệ thống đường ống dẫn có chiều dài và tiết diện cố định. Như vậy nếu coi toàn bộ hệ thống ống dẫn là bình chứa thì ở đây ta có một môi trường đẳng tích.
Ta có một công thức mô tả mối quan hệ giữa nhiệt độ (T), áp suất (P) và thể tích (V) như sau: . PV const T =
Từ công thức trên, ta thấy trong môi trường đẳng tích, nhiệt độ (T) và áp suất (P) có mối quan hệ tỉ lệ thuận.
1 2
1 2
P P
T =T
Như vậy, nếu có thể điều khiển được áp suất thì thông qua áp suất ta cũng có thể điều khiển được nhiệt độ.
Bên cạnh đó, theo công nghệ sấy giấy, khi nhiệt độ của hơi nước truyền ra bề mặt lô để thực hiện công việc sấy thì hơi nước sẽ mất nhiệt và ngưng tụ thành nước ở thể lỏng. Rõ ràng khi đó cần phải cung cấp tiếp một lượng hơi để làm tăng lượng hơi vào lô sấy. Nói cách khác, khi nhiệt độ hay có nghĩa là áp suất dưới mức cần thiết thì ta phải tăng lượng hơi cung cấp và ngược lại khi nhiệt đô và áp suất ở trên mức cần thiết thì phải giảm lượng hơi cung cấp.
Kết luận: ta sẽ điều khiển nhiệt độ một cách gián tiếp thông qua điều khiển áp suất và việc điểu khiển áp suất được thực hiện nhờ điều chỉnh lưu lượng dòng hơi nước.
Toàn bộ hệ thống điều khiển áp suất gồm 3 bộ điều khiển áp suất cho 3 đường ống dẫn hơi. Trong đó có 2 đường dẫn vào lô sấy sau AFTER DRYER và 1 đường dẫn vào lô sấy Yankee YANKEE DRYER.
Mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất của hơi được kỹ sư công nghệ đưa ra. Về mặt điều khiển, ta chỉ quan tâm đến việc thiết kế một hệ thống sao cho áp suất của hơi nước trong đường ống đưa vào lô sấy (sau van) nhanh chóng đạt đến giá trị đặt và ổn định tại giá trị đó.
3.2 - Phân tích quá trình điều khiển:
Đối tượng điều khiển là bình hơi (đường ống hơi sau van) • Biến cần điều khiển là áp suất hơi trong bình hơi: P
• Biến điều khiển là lưu lượng hơi dẫn vào bình (đường ống hơi trước van): f0
• Nhiễu đầu vào là áp suất hơi đường ống trước van: P0
• Biến ra không cần điều khiển là lưu lượng hơi sau van: f Lưu đồ P&ID:
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển