Điều khiển quỏ trỡnh được hiểu là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giỏm sỏt cỏc quỏ trỡnh cụng nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiểu quả sản xuất và an tồn cho con người, mỏy múc và mụi trường.
60
Hỡnh 3.2 Quỏ trỡnh và phõn loại biến quỏ trỡnh.
+ Biến cần điều khiển ( Controlled variable, CV) là một biến ra hoặc một biến
trạng thỏi của quỏ trỡnh được điều khiển, điều chỉnh sao cho gần với một giỏ trị mong muốn hay giỏ trị đặt ( Set point, SP ) hoặc bỏm theo một biến chủ đạo / tớn hiệu mẫu ( command variable / reference signal ) . Cỏc biến cần điều khiển liờn quan hệ trọng tới sự vận hành ổn định, an tồn của hệ thống hoặc chất lượng sản phẩm. Nhiệt độ, mức lưu lượng, ỏp suất và nồng độ là nhưng biến cần điều khiển tiờu biểu nhất trong cỏc hệ thống điều khiển quỏ trỡnh. Cỏc biến ra hoặc biến trạng thỏi cũn lại của quỏ trỡnh cú thể được đo, ghi chộp hoặc hiển thị.
+ Biến điều khiển ( manipulated variable, MV ) là một biến vào của quỏ trỡnh cú
thể can thiếp trực tiếp từ bờn ngồi, qua đú tỏc động tới biến ra theo ý muốn. Trong điều khiển quỏ trỡnh thỡ lưu lượng là biến điều khiển tiờu biểu nhất.
Những biến vào cũn lại khụng can thiệp được một cỏch trực tiếp hay giỏn tiếp trong phạm vi quỏ trỡnh đang quan tõm được coi là nhiễu. Nhiễu tỏc động tới quỏ trỡnh một cỏch khụng mong muốn, vỡ thế cần cú biện phỏp nhằm loại bỏ hoặc ớt nhất là giảm thiểu ảnh hưởng của nú. Cú thể phõn biệt hai loại nhiễu cú đặc trưng khỏc hẳn nhau là
61
nhiễu quỏ trỡnh ( disturbance ) và nhiễu đo ( noise ). Nhiễu quỏ trỡnh là những biến tỏc vào tỏc động lờn quỏ trỡnh kỹ thuật một cỏch cố hữu nhưng khụng can thiệp được, vớ dụ trọng lượng hàng cần nõng, lưu lượng chất lỏng ra, thành phần nhiờu liệu,vv... Cũn nhiễu đo hay nhiễu tạp là nhiễu tỏc động lờn phộp đo, gõy ra sai số trong giỏ trị đo được.
Lưu ý rằng, cần phõn biệt cỏc đầu vào ra cụng nghệ và đầu vào ra nhỡn từ lý thuyết hệ thống. Nhỡn từ phớa cụng nghệ thỡ cỏc đầu vào và đầu ra cảu một quỏ trỡnh cú thể là năng lượng hoặc vật chất, nhưng từ quan điểm hệ thống ta chỉ quan tõm tới thụng tin thể hiện qua cỏc biến quỏ trỡnh.
Hỡnh 3.3 minh hoạ một hỡnh chứa chất lỏng đơn giản cựng với cỏc biến đặc trưng. Đõy là một quỏ trỡnh cụng nghệ, trong đú chất lỏng được vận chuyển và lưu trữ. Mặc dự chất lỏng chảy vào và ra khỏi bỡnh nhưng cả lưu lượng vào và ra đều được coi là cỏc biến vào, trong khi mức chất lỏng h vừa cú thể coi là một biến trạng thỏi hoặc một biến ra của quỏ trỡnh.Bài toỏn điều khiển đặt ra là thụng qua điều chỉnh độ mở van cấp, thay đổi lưu lượng vào Fi một cỏch hợp lý để duy trỡ mức trong bỡnh h ổn định tại một giỏ trị mong muốn, khụng phụ thuộc vào lưu lượng ra Fo. Cú thể dễ thấy mức chất lỏng h là biến cần điều khiển và lưu lượng vào Fi là biến điều khiển. Trong khi đú lưu lượng ra Fo phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của quỏ trỡnh tiếp theo, khụng thể can thiệp được ở đõy, vỡ vậy được coi là nhiễu quỏ trỡnh hay nhiễu tải.
62
Hỡnh 3.3 Bỡnh chứa chất lỏng và cỏc biến quỏ trỡnh.
Hỡnh 3.4 Mụ hỡnh bồn nước ổn định mức.
Cỏc biến quỏ trỡnh cú thể đo được hoặc khụng đo được. Trong đa số cỏc trường hợp, biến cần điều khiển cũng là một đại lượng đo được. Tuy nhiờn nếu phộp đo một đại lượng quỏ chậm, quỏ thiếu chớnh xỏc hoặc quỏ tốn kộm, nú cú thể được quan sỏt, tớnh toỏn hoặc điều khiển giỏn tiếp thụng qua một đại lượng khỏc thay vỡ đo hoặc điều khiển trực tiếp. Vỡ thế một biến cần điều khiển trong một số trường hợp chưa chắc sẽ là một biến được điều khiển. Trong nhiều bài toỏn thỡ việc nhận biết quỏ trỡnh cũng như lựa chọn cỏc biến được điều khiển và cỏc biến điều khiển khụng phải bao giờ cũng dễ
63
dàng. Đõy là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong quỏ trỡnh thiết kế hệ thống điều khiển mà ta sẽ bàn kỹ hơn trong cỏc chương sau.