PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HÒM PHUN BỘT
4.4.2. Quá trình điều khiển lưu lượng
Ta biết mong muốn của sản phẩm thể hiện tốt nhất qua lưu lượng đầu ra. Nhưng việc đo và điều khiển lưu lượng ra không phải bao giờ cũng dễ dàng và nhanh chóng nên thay vì điều khiển trực tiếp lưu lượng bột ra ta có thể điều khiển gián tiếp thông qua đại lượng
liên quan tới trạng thái an toàn của hệ thống. Ở đây, ta điều khiển lưu lượng thông qua việc điều khiển áp suất.
Điều khiển áp suất chất lỏng cơ bản là điều khiển lưu lượng dòng chảy. Nơi mà áp suất điều khiển hoặc giảm áp có thể thực hiện dựa trên một lực cản thay vì cố định như một khe hở. Hình vẽ 4.9 mô tả sự điều khiển áp suất giữa một động cơ nén khí điều khiển bằng biến tần và lực cản biểu diễn cho tải quá trình.
PC
DPT
P0
BTM M
Hình 4.10. Cấu trúc điều khiển áp suất chất lỏng
Điều khiển áp suất trong hình 3.6 thay đổi theo cả lưu lượng F và hệ số lực cản CR
của đường ống (áp suất tỷ lệ với bình phương lưu lượng).
p = p0 2 2 R F C (4-17)
Áp suất p được giữ không đổi bởi bộ điều khiển .Hệ số cản là hàm của lưu lượng yêu cầu đầu ra của quá trình
CR2 = 2 0 F p-p (4-18)
Động học quá trình giống như vòng lưu lượng nhưng hệ số khuếch đại khác nhau. Hệ số khuếch đại quá trình trong mạch vòng điều khiển áp suất được tính đạo hàm hai vế:
Kp = dp dF = 2 R 2F C = 0 2(p-p ) F (4-19) Vì vậy, hệ số khuếch đại quá trình tỉ lệ nghịch với lưu lượng.
Đặc tính dòng chảy(lưu lượng) của van là quan hệ giữa lưu lượng F qua van và độ mở van khi độ mở này thay đổi từ 0 đến 100%.
Coi khe hở môi phun như van, không đổi ứng với mỗi định lượng cụ thể.Ta có lưu lượng bột qua van được tính theo công thức:
F = Cv s g P ∆ ( ) f α (4-20)
Trong đó: F là lưu lượng thể tích bột qua van (gal/phút, 1gal = 0.003785m3)
P
∆
là chênh áp suất tại đầu ra bột Cv là hệ số cỡ van
gs là trọng lượng riêng của chất lỏng
( )
f α
là phần lưu lượng ở độ mở van α
so với lưu lượng tối đa Trong trường hợp sụt áp trên van ∆P
là không đổi độ mở van tăng lên cùng một lượng thì lưu lượng qua van tăng lên với một tỉ lệ phần trăm bằng nhau so với giá trị hiện tại.
( )
f α
= mα-1 với m là dải điều chỉnh của van có giá trị 20÷50.Thông thường lấy m = 50. Phương trình cân bằng áp suất:
Pk+h = P (4-21)
Trong đó:
P là áp suất tại đầu ra môi phun h là mức bột trong hòm
Pk là áp suất tạo ra bởi máy nén khí
Mà mức bột trong hòm được giữ không đổi bởi quá trình mức nên để điều khiển áp suất tại đầu ra ta điều khiển Pk cấp bởi máy nén.
Áp suất là thông số dễ điều khiển phản ánh lưu lượng vào và lưu lượng ra Ở trạng thái lý tưởng ta có định luật:
p.V=NKT (4-22)
Trong đó:
` P là áp suất
V là thể tích
N là thành phần của môi chất T là nhiệt độ tuyệt đối
Sự thay đổi áp suất trong điều kiện thể tích không đổi có quan hệ với sự thay đổi thành phần của môi chất. dp dt = dN dt KT V (4-23)
Khi K và T không đổi thì sự biến thiên thành phần mol của môi chất tỷ lệ với hiệu lượng vào ra của môi chất
dp dt = F V ( fi - fo )dt (4-24) Trong đó:
F là lưu lượng mol định mức
fi
và
fo
là lưu lượng vào và ra của môi chất trong đơn vị tương đối Hay p = 1 / V F ∫(fi fo dt− ) (4-25)
Biểu thức biển diễn quan hệ đầu vào và đầu ra đối tượng là khâu tích phân, trong đó: V/F = τ
là hằng số thời gian
Chênh áp tại đầu ra của dòng bột được thiết bị đo và chuyển đổi DPT đưa tới bộ điều khiển áp suất PC với độ mở môi α
cố định.Dựa vào giá trị chênh áp đo được, bộ điều khiển đưa tín hiệu điều chỉnh lưu lượng khí vào hòm hay điều chỉnh lại áp suất Pk.
Từ sơ đồ công nghệ ta thấy biến duy nhất cần điều khiển là lưu lượng bột ra.
Các biến vào được xác định là h, Pk. Trong đó, h phụ thuộc yêu cầu quá trình sau nên coi là nhiễu. Vậy biến điều khiển là Pk..
Giả thiết các đường tín hiệu ghép nối thiết bị đo và thiết bị chấp hành với bộ điều khiển là dòng điện (trong trường hợp này chúng mang giá trị dòng điện với đơn vị là mA), ta có thể minh họa lại mô hình hệ thống điều khiển lưu lượng thông qua việc điều khiển áp suất bằng sơ đồ khối như hình sau:
Hình 4.11. Mô hình hệ thống điều khiển lưu lượng
Ký hiệu:
K khâu điều chỉnh
Gk khâu chuyển tín hiệu đo
Gb hàm truyền đạt của máy nén khí Gv hàm truyền đạt của van
G hàm truyền đạt của quá trình điều khiển áp suất d nhiễu quá trình (ở đây là mức bột trong hòm h)