các vòng điều khiển mức, hệ số khuếch đại cũng không lớn, có tính kháng nhiễu tương đối tốt so với các cấu hình còn lại.
Với tháp chưng cất C-02, cấu trúc điều khiển đơn biến phi tập trung cho chất lượng không cao vì đây là đối tượng tồn tại tương tác mạnh giữa đỉnh và đáy tháp. Hiện tại, tháp đang sử dụng cấu hình điều khiển LV, tuy nhiên, sự dao động lớn
trong mức bình V-15 buộc vòng điều khiển nhiệt độ đáy tháp phải vận hành bằng tay làm giảm năng suất và chất lượng điều khiển.
Tuy nhiên, sử dụng cấu trúc điều khiển phi tập trung không thể hiện được mối tương quan giữa chất lượng sản phẩm và chi phí điều khiển. Thuật toán MPC xét tới ràng buộc của các đại lượng một cách trực tiếp trong quá trình thiết kế, do đó dù tín hiệu điều khiển bị giới hạn nhưng chất lượng điều khiển vẫn rất tốt, tương tác giữa đỉnh và đáy tháp đã bị triệt tiêu, khả năng kháng nhiễu được cải thiện.
Việc xác định giá trị đặt mẫu làm giảm đáng kể tín hiệu điều khiển trong khoảng thời gian đầu, do đó làm giảm chi phí điều khiển và tối ưu lợi nhuận cho tháp. Giá trị của trọng số λ được lựa chọn phù hợp với đặc điểm của đối tượng và đáp ứng yêu cầu tối ưu lợi ích kinh tế cho tháp và nhà máy.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Kết quả nghiên cứu của luận án đã đóng góp các vấn đề sau:
1. Đã xây dựng được mô hình toán học cho tháp C-02 với phương pháp tiếp cận mới kết hợp từ công cụ mô phỏng và số liệu thực tế. Mô hình cho phép tiến hành các nghiên cứu về chế độ động, tĩnh và các cấu trúc của tháp nhằm rút ngắn thời gian nghiên cứu cũng như tối thiểu chi phí cho hoạt động thiết kế và điều khiển tháp chưng.
2. Đã xác định được cấu trúc điều khiển thích hợp cho tháp C-02 đảm bảo chất lượng trên cơ sở kháng nhiễu thông qua kiểm nghiệm thực tế và phân tích lý thuyết với sự xem xét các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm như nhiễu lưu lượng nguồn cấp, nhiễu thành phần nguồn cấp, ảnh hưởng của vòng điều khiển mức, tương tác giữa các vòng điều khiển cho từng cấu hình cụ thể .
3. Tính chọn các biến vào/ra từ mô hình thu được và phép phân tích giá trị suy biến, cải tiến cấu trúc điều khiển với mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm.
4. Đã áp dụng phương pháp điều khiển hiện đại (MPC) trong điều khiển tháp chưng để nâng cao chất lượng điều khiển cho tháp. Bộ điều khiển MPC xem xét các ràng buộc về đầu ra, trạng thái và đầu vào một cách trực tiếp trong tính toán tín hiệu điều khiển. Điều này có nghĩa các vi phạm ràng buộc sẽ ít xảy ra hơn, kết quả là tín hiệu điều khiển chặt chẽ hơn ở trạng thái tĩnh của quá trình.
Giải pháp và hướng nghiên cứu sẽ giúp các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật trong nhà máy xử lý khí, lọc dầu làm chủ công nghệ, thiết kế cấu trúc tháp chưng, thiết kế hệ thống điều khiển tháp chưng, hiệu chỉnh tham số làm việc phù hợp góp phần nâng cao tính ổn định, chất lượng sản phẩm và lợi nhuận cho nhà máy.
Kết quả của đề tài có thể phát triển và áp dụng cho các tháp khác trong Nhà máy xử lý khí Dinh Cố và các nhà máy khác trong lĩnh vực dầu khí.
2. Kiến nghị
1. Các giải pháp đưa ra cũng như kết quả đạt được trong nghiên cứu của luận án được triển khai thành công. Tuy nhiên mọi sự nỗ lực được xây dựng và phát triển chủ yếu vẫn dựa theo mô hình nghiên cứu trên lý thuyết. Đề xuất ứng dụng kết quả mô hình có thể tiếp tục được đánh giá trên thiết bị và đối tượng thực với các dữ liệu thực tế. Dữ liệu thực tế của tháp chưng cất với các biến nhiễu quá trình sẽ cung cấp một môi trường thực tế để nghiên cứu khảo sát và đánh giá.
2. Ứng dụng phương pháp xây dựng mô hình cho các tháp khác có chức năng tương tự nhằm làm giảm chi phí và thời gian cho hoạt động này.
3. Ứng dụng cấu trúc điều khiển L(V/F) cho tháp C-02, tự động hóa vòng điều
DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA NCS LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN
[1]. Phạm Thị Thanh Loan, (2008), Thiết kế cấu trúc điều khiển cho quá trình đa
biến, Tạp chí Tự động hóa ngày nay, số 91, tháng 3 - 2008.
[2]. Phạm Thị Thanh Loan, Phan Thị Mai Phương, (2010), Điều khiển tách kênh hệ
đa biến, Báo cáo tại hội nghị khoa học lần thứ 19, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. [3]. Phạm Thị Thanh Loan, Nguyễn Thanh Lịch, (2010), Xây dựng bài toán điều khiển tối ưu ứng dụng trong công nghiệp, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở, đề tài hỗ trợ nghiên cứu sinh năm 2010, Mã số: N2010-38.
[4]. Phạm Thị Thanh Loan, (2012), Điều khiển dự báo theo mô hình mẫu, Tạp chí
Tự động hóa ngày nay, số 136, tháng 4-2012.
[5]. Phạm Thị Thanh Loan, Nguyễn Thanh Lịch, (2012), Điều khiển dự báo theo mô
hình mẫu tháp chưng cất, Báo cáo tại hội nghị Khoa học lần thứ 20, Trường Đại học Mỏ-Địa chất.
[6]. Nguyễn Thanh Lịch, Phạm Thị Thanh Loan, (2013), Nghiên cứu thiết kế cấu trúc điều khiển tháp chưng cất, Tạp chí công nghiệp Mỏ, số 4 – 2013.
[7]. Phạm Thị Thanh Loan, Phan Thị Mai Phương, (2013), Nghiên cứu nâng cao hiệu quả tháp chưng cất với bộ điều khiển dự báo, Tạp chí công nghiệp Mỏ, số 4- 2013.
[8]. Hoàng Minh Sơn, Phạm Thị Thanh Loan, (2015), Nghiên cứu xây dựng mô hình tháp chưng cất, Tạp chí công nghiệp Mỏ, số 3-2015.
[9]. Nguyễn Đức Khoát, Phạm Thị Thanh Loan, (2015), Nghiên cứu khảo sát động (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phan Tử Bằng, “Hóa học dầu mỏ và khí tự nhiên”, Nhà xuất bản Giao Thông
Vận Tải, Hà Nội, 1999.
[2]. Phan Tử Bằng, “Giáo trình chế biến công nghệ dầu và khí”, Nhà xuất bản Xây
Dựng, Hà Nội, 2002.
[3]. Lương Thanh Bình, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển tháp lọc
dầu và hóa lỏng khí ở Việt Nam”, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật – Trường Đại học Mỏ
Địa Chất, 2010.
[4]. Đặng Văn Chí, “Nghiên cứu các giải pháp để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất làm việc của tháp chưng cất trong công nghiệp dầu mỏ”, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật – Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 2012.
[5]. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, “Nhận dạng hệ thống điều khiển”, Nhà
xuất bản Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2001.
[6]. Hoàng Minh Sơn, “Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình”, Nhà xuất bản Bách
khoa Hà Nội, Hà Nội, 2009.
[7]. Hoàng Minh Sơn, “Bài giảng điều khiển quá trình nâng cao”, Hà Nội, 2009. [8] Nhà máy xử lý khí Dinh Cố: Operating Manual Unit 102 – Distillation Unit (DU).
[9]. A. Faanes and Skogestad, “Offset-free tracking of model predictive control with
model mismatch: Experimental results”, Ind. Eng. Chem. Res, 44, 2008.
[10]. Arbel, A., I.H. Rinard and R. Shinnar, “Dynamics and control of fluidized catalytic crackers designing the control system : Choice of manipulated and
measured veriables for partial control”, Ind. Eng. Chem,Res, pp. 2215-2233, 1996.
[11]. Arkun, Y. and G. Styphanopoulos, “Studies in the synthesis of control structures for chemical processes : Part iv. Design of steady-state optimizing control
[12]. Aguilera, N., & Marchettti. J. L., “Optimizing and controlling the operation of
heat exchanger networks”, American Institute of Chemical Endineers Journal, 44
(5). Pp 1090-1104, 1998.
[13]. Boyaci,C., Uzturk, D., Konukman, A,E. S., & Akman, U., “Dynamics and
Optimal control of Flexible Heat exchanger Net Works”, Computers and Chemical
Engineering, 21 Suppl, pp. 775-780, 1996.
[14]. Chatrattanawet, Narissara; Skogestad, Sigurd; Arpornwichanop, Amornchai. “Control structure design and controllability analysis for solid oxide fuel cell” Chemical Engineering Transactions; Volume 39. , pp. 1291-1296, 2014
[15]. Chen,J. J. J., “Comments on improvement on a replacement for the
logarithmic mean” . Chemical Engineering Science, 1987.
[16]. Eva Soresen, “Study on optimal operation and control of distillation culumns”, Thesis submitted for the degree of Dr.Ing, University of Trondheim, 1994.
[17]. E.A. Wolff and Skogestad, “Temperature cascade control of distillation column”, Ind.Eng.Chem. Res., 35,475, 1997. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[18]. E.M.B Aske, S.Stran and Skogestad, “Coordinator MPC with focus on
maximizing throughout”, Proc-PSE-ESCAPE Symposium, Garmisch-Partenkirchen,
Germany, 2008.
[19]. E.M.B Aske, S.Stran and Skogestad, “Coordinator MPC for maximizing plant
throughout”, Computers and Chemical Engineering, 32,195-204, 2008.
[20]. E.M.B Aske, S.Stran and Skogestad, “Implementation of MPC on a
deethanizer at Karso gas plant”, 16th IFAC World Congress, Prague, 2009.
[21]. Eduador F. Camacho, “Model Predictive Control”, Springer, 2000.
[22]. F. Borrelli, A. Bemporad, M.Morari, “Predictive Control for linear and hybrid systems”, Cambridge, 2011.
[23]. Findeisen, W, F.N. Bailey, M.Brdys, K. Maninowski, P .Tatjewski and A.
Wozniak, “Control and coordination in Hierarchical Systems”, John Wiley & sons,
1980.
[24]. Fisher, W.R., M.F. Doherty and J.M. Douglas, “The interface between design
and control”, Ind.Eng.Chem.Res. 27(4), 611-615, 1988.
[25] Franklin , N.L. Forsyth, J.S, “The interpretation of Minimum Reflux
Conditions in Multi-Component Distillation”. Trans IchemE, Vol 31, 1953 .
(Reprinted in Jubilee Supplement-Trans IchemE , Vol 75, 1997.
[26]. Foss, C.S, “Critique of chemical process control theory”. AIChE Journal,
19(2), 209-214, 1973.
[27]. Georgakis, C., “On the use of extensive variables in process dynamics and
control”, Chemical Engineering Science, 47(6), 1471-1484, 1986.
[28]. Glemmestad, B., “Optimal operation of integrated processes : Studies on heat
recovery systems”, PhD thesis, Norwegian University of Science and Technology,
1997.
[29]. Glemmestad, B., Skogestad, S., & Gundersen, T, “On-line optimization and choice of optimization variables for control of heat exchanger networks”,
Computers and Chemical Engineering 21 Suppl, 379-384, 1997.
[30]. Gordon, M.L., “Simple optimization for dual composition control”.
Hydrocarbon Processing, pp. 59-62, 1986.
[31]. Halvorsen, I.J. and S. Skogesrad, “Optimizing control of petlyuk distillation:
Understanding the steady-state behavior”, PSE ’97-ESCAPE-7, 25-29 May, 1997, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trondheim, Norway, Supplement to Computers. Chem. Engng. 21, S249-S254, 1997.
[32]. Halvorsen, I.J. and S. Skogesrad, “Use of feedback for inderect optimizing
Dynamics and Control of process Systems, Corfu, Greece, June 8-10,1998, pp. 399- 404, 1998.
[33]. Harve, K., “Studies on controllability analysis and control structure design”,
PhD thesis. NTNU Trondheim, 1998.
[34]. H. Manum and S. Skogestad, ``Bilevel programming for analysis of reduced models for use in model predictive control'', Journal of Cybernetics and Informatics, 2010.
[35]. Ivar J. Halvorsen and Sigurd Skogestad, “Distillation theory”, Department of Chemical Engineering 7491 Trondheim, Norway, 1999.
[36]. J. Halvosen and Skogestad, “Theory of distilaation”, Trondheim, Norway, 1999
[37]. King, C.J., “Separation Processes”. McGraw-Hill, Chemical Engineering
Series, New York, 1980.
[38]. Kister, H.Z., “Distillation Design”. McGraw-Hill, New York, 1992.
[39]. Kotjabasakis, E, & Linnhoff, B., “Sensitivity tables for the design of flexible processes - how much contingency in heat exchanger networks is cost-effective”.
Chemical Engineering Re-search, 64,199-211, 1986.
[40]. Luyben,W.L. (1975).Steady-state energy conservation aspect of distillation
column control system design. Ind.Eng. Chem.Fundam.pp 321-325.
[41]. Luyben,W.L., “The concept of eigenstructure in process control”,
Ind.Eng.Chem.Res. pp.206-208, 1988.
[42]. Luyben,W.L., “Design and control degrees of freedom”. Ind.Eng.Res.
pp.2204-2214, 1996.
[43]. Maarleveld, A. and J.E. Rijinsdrop, “Constraint control of distillation
[44]. Marlin, T.E. and A,N, Hrymak, “Real time operations optimization of
continuous processes”, Fifth international conference on chemicalprocess control
(CPC-5,Lake Tahoe, Jan. 1996). Vol. 93 of AIChE Symposium Series, pp. 156-164, 1997.
[45]. Mathisen, K, W., Skogestad ,S., Wolff, E. A., “Bypass Selection for control of
heat Exchanger Networks”, Paper presented at ESCAPE-I, Elsinore,Denmark,
1992.
[46]. Mathisen, K, W., Morari, M., Skogestad, S., “Optimal Operation of Heat
Exchanger Networks”, Presented at process systems Engineering (PSE’94).
Kyongju, Korea, 1994.
[47]. Mathisen, K, W., “Intergrated Design and Control of Heat Exchanger (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Networks”, Ph.D. Thesis. University of Trondheim-NTH, Norway, 1994.
[48]. Matthew Bernards, “Aspen plus 12.1 Instructional Tutorials”, University of Washington Department of Chemical Engineering, 2004.
[49]. McCabe, W.L. Smith, J.C. Harriot, P., “Unit Operations of chemical
Engineering”, McGraw –Hill, Chemical Engineering Series, New York, 1993.
[50]. Mcmillan G.K., “pH control ”. Instrument Society of America, 1984.
[51]. Morari, M., “Intergrated plant control: A solution at hand or a reseach topic
for the next decade” CPC-II, pp. 467-495, 1982.
[52]. Morari, M., G. Stephanopoulos and Y. Arkun, “Studies in the synthesis of
control structures for chemical process”, AIChE Journal, pp. 220-232, 1980.
[53]. Moud, J., “Studies on the dynamics and operation of integrated plant”, PhD
thesis. University of Trondheim, 1995.
[54]. Narraway, L.T., Perkins, J.D., & Barton, G.W., “Interaction between provess
design and process control: economic analysis of process dynamics”, Journal of
[55]. Narraway,L. and J. Perkins, “Seclection of process control structures based in
economics”. Computers chem. Engng pp. S511-S515, 1994.
[56]. Narraway, L.T. & J.D. Perkins, “Seclection of process control structures based
on linear dynamics economics”, Ind. Eng.Chem. Res. Pp.2681-2692, 1993.
[57]. Narraway, L.T., J.D. Perkins and G.W. Barton, “Interaction between process
design and process control: economic analysis of process dynamics”. J.Proc.Cont.
pp. 243-250, 1991.
[58]. Papalexandri, K.P., & Pistikopoulos,E.N, “Synthesis and retrofit design of
operable heat exchanger networks”, Industrial Engineering and Chemical ,33,7,
1994.
[59]. Paterson, W. R., “A replacement for the logarithmic mean”, Engineering
Science, 39, 1635-1636, 1994.
[60]. Ponton, J.W, & D.M. Liang, “Hierarchical approach to the design of process
control systems”, Chemical engineering Reseach and Design, pp. 181- 188, 1993.
[61]. P. Lundstrom and Skogestad, “Opportunities and difficulties with (5X5)
distillation columns”, J. Process Control, 5, 249-261, 1995.
[62]. P. Lundstrom, J.H. Lee, “Limitation of Dynamic Matrix Control”, J. Process (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Control, 19, 409-421, 1995.
[63]. P. Lundstrom and Skogestad, “Robust model predictive control of distillation
columns”, Paper 124e, AIChE annual Meeting, Miami Beach, Nov, 2002.
[64]. Robert H. Bishop, “Model-based predictive control”, CRC Press, Washington, D.C 2005.
[65]. Shinnar, R., “Chemical reactor, modelling for purposes of controller design”,
Cheng. Eng. Commun. pp. 73-99, 1981.
[67]. Skogestad. S & I. Postlethwaite, “Multivariable Feedback Control”, John Wiley & Sons, 1996.
[68]. Skogestad. S & I. Postlethwaite, “Modelling and control of distillation
columns as a 5x5 system”, DECHEMA monographs, 116, R. Eckerman (Ed),
Germany, April, 2000.
[69]. Skogestad. S & M. Morari, “Undetstanding the dynamics behavior of
distillation columns”, Ind. Eng. Chem. Res., 27(10), 1848-1862, 1988.
[70]. Skogestad. S., I.J. Halvorsen, T. Larsson & M.S Govatsmark, “Plantwide
control: the search for the self-optimizing control structure”. In: preprints 14th IFAC
World Congress, Beijing. IFAC. Pp. 1-25, 1999.
[71]. Skogestad S., “A procedure for SISO controllability analysis with application
to design of pH neutralization process”, Computer chem. Engng., 20, 373-386,
1996.
[72]. Skogestad S. and M. Morari, “Robust control of IllConditioned Plants: High – Purity Distillation”, IEE Trans, Autom. Control, 20, 373-386, 1999.
[73]. Skogestad, S., “Dynamics and Control of distillation Columns - A Tutorial
Introduction”. Trans.IchemE, Vol 75, Part A, p539-562, 1997.
[74]. Skogestad, S., Postlethwaite I., “Multivariable Feedback Control, Analysis and
Design”. Wiley, Chichester, UK, 1996.
[75]. Skogestad, M.Morari, “Control conficguration selection for distillation
columns”. AIChE Journal, 33, 10, UK, 1997.
[76]. Skogestad “ Simple rules for model reduction and PID controller tunning”. J.
Process Control, 13, 291-309, 2004.
[77]. Skogestad “ Plantwide control”. Springer, 2015.
[79]. Tyreus,B.D., “Dominant variable for the partial control”, Ind. Eng. Chem.
Res.38,1432-1455, 1999. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[80]. Underwood, A.J.V., “Fractional Distillation of Multi-Component Mixtures”,
Chemical Engineering Progress, Vol 44, No. 8, 1948.
[81]. Waller, K.V.,D.H. Fineman, P.M. Sandelin, K.E. Haggblom and S.E. Gustafsson, “An ecperi-mental comparison of four control structures for two-point
control of distillation”, Ind.Eng.Chem.Res. 27(4), 624-630, 1988.
[82]. William L.Luyben, “Distillation Design and Control using Aspen”, A john willey and sons, INC Publication, 2006
[83]. Yi, C.K. and W.L. Luyben, “Evaluation of plant- wide control structures by
steady-state disturbance sensitivity analysis”, Ind. Eng. Chem. Res. Pp. 2393-2405,
1995.
[84]. Zheng, A., R.V. Mahajannam and J.M. Douglas, “Hierchical procedure for
planrwide control system synthesis”. AIChE Journal, p1255-1265, 1999.
[85]. Trang Web http://www.aspentech.com.
PHỤ LỤC
1. Phụ lục 1: Các số liệu thực tế.
1.1. Số liệu vận hành
Date Time FIC-1301 FIC-1501 FIC-
1601 FI-1702 LV- 1702.OU FIC- 1301.OU FIC- 1501.OU FIC- 1601.OU t hoi hoi luu
Stamp* nap lieu hoi luu Spdinh Spday Mo van
day Mo nap lieu Mo hoi luu Mo sp dinh TI-1523 5/24/2013 12:00 92.11 45.2 73 10.46 20.73 65.5 45.91 54.64 133.84 5/24/2013 12:00 91.26 45.18 72.56 10.55 20.29 65.5 46.21 54.64 133.8 5/24/2013 12:01 91.32 44.71 72.64 10.33 20.49 65.5 46.04 54.41 133.9 5/24/2013 12:01 91.79 44.47 72.13 10.35 20.22 65.5 45.86 54.65 133.19 5/24/2013 12:02 91.11 44.42 72.21 10.44 20.42 65.5 45.77 55.08 134 5/24/2013 12:02 91.58 45.13 72.67 10.21 19.52 65.5 45.9 55.66 134.16 5/24/2013 12:03 90.95 45.3 72.46 9.4 18.01 65.5 46.16 56.01 134.8 5/24/2013 12:03 91 44.47 73.48 9.11 17.39 65.5 46.13 56.65 134.9 5/24/2013 12:04 91.37 44.4 73.35 9.08 16.58 65.5 45.98 56.78 135