3.2.3.1. Lập trình điều khiển với System View
System View là cửa sổ chính để khởi tạo hệ thống, hiển thị các file của bộ tạo đƣợc định nghĩa bởi ngƣời sử dụng và khởi động bộ tạo cho việc chỉnh sửa.
91
a) Sơ đồ mô phỏng
Hình 3.32. Sơ đồ mô phỏng điều khiển nồng độ axit và điều khiển mức của thùng tuần hoàn mono303
Sử dụng các khối function block trong thƣ viện của Control Drawing, ta xây dựng mô hình toán học của thùng tuần hoàn mono 303 và cấu trúc điều khiển tách kênh nhƣ sau:
* Khối G11 và G12 có vai trò tạo đặc tính tích phân của quá trình. * Khối G12 và G22 có vai trò tạo đặc tính xấp xỉ bậc nhất của quá trình.
* Khối LV321 và CV521 có vài trò tạo đặc tính xấp xỉ bậc nhất của van điều khiển.
* Khối GD1, GD2, GD3, GD4 có vài trò tạo ra đặc tính của các nhiễu. * Khối ADD1 và ADD2 có vai trò cộng tín hiệu.
* Khối D21 và D12 có vai trò là các khâu bù của bộ tách kênh. * Khối LIC321 và CIC521 có vai trò các bộ điều khiển.
92
* Khối DATA có chức năng chứa các tham số đối tƣợng của quá trình. * Khối DISTURB có chức năng chứa các tham số của nhiễu quá trình.
* Khối CONTROLLER có chức năng chứa các thông số của bộ điều khiển LIC321 và CIC521.
b) Mạch vòng điều khiển mức trong thùng tuần hoàn mono 303
(3.36)
0,1196
Chọn 2,5(s)
50
93
c) Mạch vòng điều khiển nồng độ axit
(3.37)
3.774,1
với 2,5(s)
12,5
Chỉnh định tham số, ta có 15
94
3.2.3.2. Lập trình giao diện vận hành
a) Giao diện vận hành điều khiển công đoạn hấp thụ
Hình 3.35. Trang màn hình điều khiển số 1
95
* Giao diện vận hành công đoạn hấp thụ gồm hai trang, muốn tác động vào bộ điều khiển nào thì ấn vào bộ điều khiển đó.
96 * Faceplate điều khiển
Hình 3.37. Các faceplate điều khiển
* Đồ thị xu hƣớng: Đối với mỗi đối tƣợng (thùng tuần hoàn 303) có đồ thị xu hƣớng (Trend) để hiển thị các tham số cần theo dõi.
97
b) Nhận xét kết quả mô phỏng
* Đặc tính quan trọng nhất là nồng độ axit ở đầu ra thùng 303 đạt đƣợc
98,3% theo lƣợng đặt.
Hình 3.39. Đáp ứng của nồng độ axit trong thùng tuần hoàn 303
* Từ hình 3.39, ta thấy: axit từ tháp hấp thụ 304 đƣợc đƣa vào thùng tuần hoàn mono 303 nên ban đầu nồng độ axit trong thùng đạt 98, 8%. Khi giá trị đặt của nồng độ axit là 98,3% thì nồng độ đã giảm dần và bám theo giá trị đặt. Thời gian quá độ để nồng độ axit đạt 98,3% là khoảng 15 phút.
* Trong quá trình vận hành thùng tuần hoàn mono 303 có rất nhiều nhiễu loạn ảnh hƣởng tới hoạt động của nó, trong đó có giá trị nồng độ của axit sấy đƣa tới thùng 303. Khi nồng độ axit sấy tăng 0,5% thì làm cho nồng độ axit trong thùng 303 tăng lên, dao động chút ít. Tuy nhiên nhờ bộ điều khiển nồng độ CIC-521, nồng độ axit đầu ra vẫn đảm bảo giá trị đặt 98,3%.
98
Hình 3.40. Đồ thị xu hướng thể hiện điều khiển mức với mức đặt là 70%
* Từ đồ thị ta thấy: Ban đầu trong thùng 303 đã có sẵn dung dịch axit với chiều cao mức là 40%. Khi phát lệnh đặt mức 70% (hay độ chênh lệch mức = 30%) thì mức đã tăng dần và bám theo giá trị đặt. Thời gian quá độ để mức đạt 70% là khoảng 10 phút, nên độ quá điều chỉnh rất nhỏ, không đáng kể.
99
Hình 3.41. Đáp ứng mức khi mức đặt thay đổi từ 70% lên 80%
* Khi giá trị đặt của mức thay đổi từ thì mức tăng dần và bám theo giá trị đặt. Khi đó đáp ứng nồng độ không bị ảnh hƣởng. Điều này chứng tỏ bộ bù tách kênh và các mạch vòng điều khiển hoạt động tốt.
100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Nhƣ vậy trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn này, xuất phát từ thực tế cho thấy có những tồn tại trong hệ thống điều khiển quá trình sản xuất axit sunfuric của nhà máy Supephotphat và Hoá chất Lâm Thao . Những tồn tại này một phần là do nhà máy tận dụng thiết bị công nghệ cũ trƣớc đây, chỉ cải tạo nâng cấp hệ thống điều khiển nhƣng nguyên nhân chính là giải pháp thực hiện chƣa đúng, cấu trúc điều khiển chƣa tối ƣu, chƣa triệt để. Bằng việc tìm hiểu nghiên cứu cấu tạo các thiết bị và nguyên lý làm việc đặc thù của của các thiết bị đó trong quá trình sản xuất axit sunfuric, tôi đã đƣa ra những nguyên nhân về những tồn tại và đƣa ra một số biện pháp khắc phục những tồn tại ấy. Giải pháp đƣợc đƣa ra can thiệp tới cấu trúc điều khiển phần mềm: sử dụng phƣơng pháp điều khiển hiện đại - điều khiển tách kênh. Quá trình phân tích và lý luận lý thuyết đã đƣợc chứng minh bằng mô phỏng Matlab Simulink cũng nhƣ công cụ lập trình của hãng Yokogawa là Centum CS3000.
2. Kiến nghị
Những đóng góp về cải tiến cấu hình hệ thống đã đƣợc nhà máy áp dụng. Cho đến nay nó đã phát huy tính hiệu quả trong việc nâng cao tính ổn định của hệ thống. Tuy nhiên do một vài lý do khách quan mà cấu trúc phần mềm điều khiển chƣa đƣợc triển khai trong thực tế. Tôi hi vọng trong tƣơng lai gần các nghiên cứu sẽ đƣợc triển khai một cách triệt để trong thực tế để kiểm nghiệm tính đúng đắn của lý luận. Ngoài ra phƣơng pháp điều khiển hiện đại – điều khiển tách kênh sẽ đƣợc áp dụng không chỉ bó hẹp ở thùng tuần hoàn mono 303 trong công đoạn hấp thụ, mà có thể áp dụng cho bất kỳ đối tƣợng nào có hiện tƣợng xen kênh trong quá trình sản xuất axit sunfuric.
101
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Công ty cổ phần thiết kế công nghiệp hoá chất (2006), Cải tạo dây chuyền
sản xuất axit giai đoạn 1 sang tiếp xúc kép, hấp thụ hai lần, tr.1-25.
2. Bùi Quốc Khánh (2006), Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện
năng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, tr. 5-10.
3. Hoàng Minh Sơn (2006), Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, Nhà xuất
bản Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, tr. 486-489.
4. Hoàng Minh Sơn (2001), Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất bản
khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, tr. 4-10.
5. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh (2005), Nhận dạng hệ thống điều
khiển, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, tr. 130-170.
6. Nguyễn Doãn Phƣớc (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất bản
khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
7. Hoàng Minh Sơn (2009), Bài giảng điều khiển quá trình nâng cao, Trƣờng
Đại học Bách Khoa Hà Nội.
8. F.G.Shinskey, Process control systems, Application, Design and Tuning,
McGraw-hill international editions.
9. Douglas J. Cooper (2004), Practical Process Control Using Control
102
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ... 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ... 2
DANH MỤC CÁC BẢNG ... 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ... 3
LỜI MỞ ĐẦU ... 6
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC ... 8
1.1. Giới thiệu chung... 8
1.1.1. Nguyên liệu chính ... 10
1.1.2. Nhiên liệu và các nguyên liệu khác ... 11
1.2. Giới thiệu các phƣơng pháp sản xuất axit sunfuric ... 13
1.2.2. Phƣơng pháp tinh chế khô... 14
1.2.3. Phƣơng pháp tinh chế khô – tiếp xúc kép ... 16
1.3. Giới thiệu các công đoạn sản xuất axit sunfuric ... 16
1.3.1. Công đoạn hoá lỏng lƣu huỳnh ... 16
1.3.2. Công đoạn lò đốt lƣu huỳnh ... 18
1.3.3. Công đoạn nồi hơi ... 19
1.3.4. Công đoạn tiếp xúc... 20
1.3.5. Công đoạn hấp thụ - sấy khí ... 23
1.3.6. Công đoạn kho axit ... 27
1.4. Các bộ phận phụ trợ ... 27
1.4.1. Bộ phận máy nén không khí ... 27
1.4.2. Bộ phận lọc dầu ... 28
1.5. Một số chỉ tiêu kỹ thuật trong các công đoạn sản xuất axit ... 28
1.5.1. Công đoạn hoá lỏng lƣu huỳnh ... 28
1.5.2. Công đoạn đốt lƣu huỳnh ... 28
1.5.4. Công đoạn hấp thụ ... 30
1.5.5. Công đoạn sấy khí ... 30
Chƣơng 2 - GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN XƢỞNG AXIT ... 31
2.1. Tổng quan về tự động hóa quá trình công nghệ ... 31
2.2. Hệ thống điều khiển Centum CS3000 ... 31
103
2.2.2. Cấu thành phần hệ Centum CS3000 ... 32
2.2.3. Gói phần mềm cho hệ Centum CS3000 ... 35
2.3. Hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất axit sunfuric ... 39
2.3.1. Cấu hình hệ điều khiển ... 39
2.3.2. Các mạch vòng điều khiển (loop) ... 42
2.3.3. Các đầu vào ra ... 44
Chƣơng 3 - NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG ĐOẠN HẤP THỤ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC ... 55
3.1. Thực trạng hệ thống điều khiển công đoạn hấp thụ, sản xuất axit sunfuric ... 55
3.1.1. Các quá trình cân bằng trong thùng tuần hoàn mono 303 ... 56
3.1.2. Thực trạng hệ điều khiển thùng tuần hoàn mono 303 ... 61
3.2. Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng điều khiển thùng tuần hoàn mono 303 ... 66
3.2.1. Cải tiến cấu hình hệ thống ... 67
3.2.2. Cải tiến cấu trúc điều khiển ... 67
3.2.3. Mô phỏng hệ thống dựa trên phần mềm Centum CS3000 ... 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...