Câu 6.1:
* Các d ng chu n tín hiạ ẩ ệu trong điều khiển quá trình: - Tín hiệu tương tự:
• Điện: 0-20mA, 4-20mA, 10-50mA, 0-5V, 1-5V, …
• Khí nén: 0.2-1bar (3-15 psig).
- Tín hi u logic: 0-5 VDC, 0-ệ 24 VDC, 110/120 VAC, 220/230 VAC, … - Tín hi u xung/s : ệ ố
• Tín hiệu điều ch r ng xung, t n s xung. ế độ ộ ầ ố
• Chuẩn bus trường: Foundation Fieldbus, Profibus – PA, …
• Chuẩn n i tiố ếp thông thường: RS-485, RS-422. * Giải thích: M c tín hi u t ứ ệ ừ 4 đến 20mA.
- Với 4mA tương ứng với 0% thang đo. - Với 20mA tương ứng với 100% thang đo. - Tuyến tính toàn thang đo.
Câu 6.2:
* Thành phần cơ bản trong một thiết b ị đo:
* Giải thích thu t ng : ậ ữ
- Sensor: chuyển đổi tín hiệu vật lí (P, t0, C, …) sang tín hiệu điện hoặc khí nén. - Transmitter: dùng đề khuếch đại, chuyển đổ ọi, l c nhiễu, điều ch nh ph m vi, bù ỉ ạ sai l ch và tuy n tính hóa. ệ ế
- Transducer: B chuyộ ển đổi theo nghĩa rộng (với thi t b ế ị đo có thể là sensor, transmitter ho c sensor + transmitter). ặ
Câu 6.3:
- Độ chính xác: là mức độ phù h p cợ ủa đầu ra c a mủ ột thi t bế ịđo so với giá trị thực của đại lượng đo xác định bởi một s tiêu chuố ẩn. Độ chính xác được đánh giá thông qua th nghi m thi t b ử ệ ế ị đo với một quy trình đặc biệt trong điều kiện quy chuẩn.
- Độ phân giải: Khi giá tr cị ủa m t biộ ến đo biến thiên liên t c trong phụ ạm vi đo, một s thiố ết b ị đo cho tín hiệu ra thay đổi m t cách r i r c thay vì liên t c. Trong ộ ờ ạ ụ trường hợp này, độ phân giải của thiết b ị được định nghĩa là một bước thay đổi của tín hi u ra. Khi kích c ệ ỡ các bước thay đổi không c ố định thì bước thay đổi lớn nhất được gọi là độ phân giải cực đại.
- Tính trung th c c a thi t b ự ủ ế ị là độ lệch lớn nhất của các giá trị quan sát được sau nhiều lần l p lặ ại so v i giá tr trung bình c a mớ ị ủ ột đại lượng đo. Một thi t b ế ị đo có tính trung th c cao không nh t thi t s chính xác, tuy nhiên m t thi t b ự ấ ế ẽ ộ ế ị có độ chính xác cao nhi t thi t ph i trung thế ế ả ực.
Câu 6.4:
- Phạm vi đo là phạm vi giá trịdanh định của đại lượng đo mà một thiết bịđo được sử dụng theo quy định. Phạm vi đo được gi i h n t xớ ạ ừ min đến xmax.
- Dải đo là khoảng cách gi a gi i hữ ớ ạn trên và dưới của ph m vi dạ ải đo:
max min.
x
S = x −x
- Phạm vi đầu vào là giá tr ị danh định của đại lượng đầu vào.
- Dải đầu vào là kho ng cách gi a gi i hả ữ ớ ạn trên và dưới của phạm vi đầu vào. - Phạm vi đầu ra và dải đầu ra s ẽ tương tự với các tín hiệu đầu vào.
- Phạm vi tín hiệu là kho ng gi i h n c a tín hiả ớ ạ ủ ệu.
Câu 6.5:
a) Nh n xét: ậ
- Đặc tính đo của thi t b không tuy n tính . ế ị ế - T n tồ ại độ và d i ch t khá l n. trễ ả ế ớ
b) Nh n xét: ậ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Giá tr ị dòng điện chuẩn khi ở 125 C là 12Ma 0
- Sai s trong các ố trường h p lợ ần lượt là 1,6%, 0,8%, 0,8%. Các sai s n m trong ố ằ khoảng cho phép.
- Độ phân gi i c a tín hi u là 0,1 mA = 0,6% dả ủ ệ ải đo. - Độ chính xác khá cao.
- Độ trung th c khá cao. ự c)
Ta x p x hàm truy n c a thi t b ấ ỉ ề ủ ế ị đo bằng khâu quán tính b c nh t. ậ ấ
3( ) ( ) 1 . ( ) ( ) 1 . 1 3s t k G s h t k e − = → = − +
Nên ta có: Sai s sau 3s là ố
33 3 1 1 36,78%. 1 e T − − − = = Sai s sau 15s là ố 15 3 1 1 0,67%. 1 e T − − − = = Câu 6.6: Nguyên lí hoạt động c a các lo i củ ạ ảm biến: * Nhiệt độ:
- S dử ụng điện k ế điện tr : nhiở ệt độ làm thay đổi điện trở của kim lo i ho c chạ ặ ất bán d n. ẫ
- S d ng c p nhiử ụ ặ ệt điện: dùng s ự thay đổi điện thế tại chỗ tiếp xúc c a 2 kim lo i. ủ ạ * Áp suất:
- C m bi n áp suả ế ất đàn hồi hai phần t : Ph n t ử ầ ử sơ cấp biến đổi áp su t thành d ch ấ ị chuyển theo tính chất đàn hồi. Ph n t ầ ửthứ ấ c p bi n thành d ch chuy n thành tín ế ị ể hiệu điện.
- C m bi n Piezio: hiả ế ệu ứng áp tr gây ra s ở ự thay đổi điện trở của thạch anh. - C m biả ến chân không: đo gián tiếp trên nguyên lí truy n nhi t ( chân không k ề ệ ế Pirani) ho c ion hóa ch t khí (chân không hóa ion). ặ ấ
* Lưu lượng:
- Lưu lượng k ế chênh áp: Đo gián tiếp thông qua sự chênh áp của cơ cấu thu hẹp đường ống.
- Lưu lượng k ế tuabin: Đo gián tiếp thông qua tốc độ quay của tuabin.
- Lưu lượng k ế điệ ừ: Đo gián tiến t p sựthay đổi điện dung hoặc điện cảm khi lưu lượng thay đổi.
* Mức:
- Phương pháp tiếp xúc bề mặt: Dùng phao và que dò, các ph n t c m biầ ử ả ến chuyển.
- Phương pháp điện học: Dựa trên s ự thay đổi điện dung học điên cảm.
- Phương pháp siêu âm: Sử dụng cảm biên siêu âm đặt trên nắp bình và xác định khoảng cách giữa b m t và n p. ề ặ ắ
Câu 6.7:
Thiết b ị chấp hành bao gồm:
- Cơ cấu ch p hành (Actuator ): Ph n t ấ ầ ừ điều khi n truyể ền năng lượng cho cơ cấu chấp hành.
- Ph n t ầ ử điều khi n: Nh n l nh t b ể ậ ệ ừ ộ điều khiển (CO) và điều khiển tr c tiự ếp cơ cấu ch p hành. ấ
Thành phần cơ bản Chức năng
Phầ ử ền t đi u khiển (control element) Can thi p tr c ti p tệ ự ế ới đại lượng điều khi n, ví d van t l , van ể ụ ỉ ệ on/off, tiếp điểm, sợi đốt, băng tải. Cơ cấu tác động, cơ cấu chấp hành
(actuator, actuating element)
Cơ cầu truyền động, truyền năng cho ph n t ầ ửchấp hành, ví d ụ động cơ (điện), cuộn hút, cơ cấu khí nén.
Câu 6.8: Các thành ph n và ph ầ ụkiện c a mủ ột van cơ bản: + Màn ch n. ắ + C a vào nén khí. ử + Lò xo. + Chỉ thị hành trình. + C ng chổ ất lưu vào. + Ch t van. ố + Chân van. + C ng chổ ất lưu ra. + C n van. ầ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Câu 6.9:
Phân loại van theo cơ cấu chấp hành:
• Van khí nén: Lo i ph ạ ổbiến nh t, truyấ ền động khí nén s d ng màng ch n/lò ử ụ ắ so ho c piston. Tín hiặ ệu đầu vào có th ể là khí nén, dòng điện hoặc tín hiệu số (bus trường). Nếu tín hiệu điều khiển là dòng điện, ta cần bộ chuyển đổi dòng điện – khí nén (I/P) tích h p bên trong ho c tách riêng bên ngoài. ợ ặ
• Van điện: Cơ chế chấp hành sử dụng động cơ servo hoặc động cơ bước, được điều khi n tr c ti p t tín hiể ự ế ừ ệu đầu ra c a bủ ộđiều khiển, thông thường là dòng điện tương tự 4-20mA hoặc tín hi u sệ ố. Van điện đượ ử ục s d ng trong nh ng ng dữ ứ ụng công su t nh ấ ỏ đòi hỏi độ chính xác cao.
• Van th y lủ ực: Cơ chế chấp hành sử dụng h ệthống bơm dầu kết hợp màng chắn hoặc piston, bơm dầu được điều khiển bởi tín hiệu ra t b ừ ộ điều khi n. ể Van th y lủ ực đượ ử ục s d ng cho các ng d ng công su t lứ ụ ấ ớn.
• Van từ: Cơ chếchấp hành cu n hút k t h p lò xo, l c nén yộ ế ợ ự ếu và độ chính xác kém, ch phù h p vỉ ợ ới các bài toàn đơn giản.
Câu 6.10:
Phân lo i van theo thi t k ạ ế ếchốt van:
• Van c u (globe valve): Chầ ốt trượt có đầu hình c u ho c hình nón, chuyầ ặ ển động lên xuống.
• Van nút (plug valve): Ch t xoay hình tr (có c các l theo chi u ngang) ố ụ đụ ỗ ề hoặc m t ph n hình tr . ộ ầ ụ
• Van bi (ball valve): Ch t xoay hình cố ầu (có đục các l theo chi u ngang) ỗ ề hoặc m t ph n hình cộ ầ ầu.
Câu 6.11:
Vai trò c a bủ ộđịnh v van: ị
- Vấn đề: van điều khiển thông thường có độ chính xác không cao (có th sai ể số v trí t i 5%) do: ị ớ
• Dải chết (Deadband), độ trễ (Hysteresis)
• Ma sát thay đổi do b i b n, thiụ ẩ ếu bôi trơn và han gỉ
• Áp suất lưu chất thay đổi
• Đặc tính phi tuy n cế ủa cơ chế chấp hành
- Bộđịnh vị: Sử dụng tín hiệu đo vị trí m van thở ực và tác động tới cơ chế chấp hành đểđiều chỉnh độ mởvan chính xác hơn theo tín hiệu điều khiển.
• Thực ch t là m t b ấ ộ ộ điều khi n vòng trong, trong cể ấu trúc điều khiển tầng.
• Thông thường ch s d ng lu t t l v i h s khuỉ ử ụ ậ ỉ ệ ớ ệ ố ếch đại tương đối lớn (10-200).
• Có th ểgiảm sai s v trí xu ng t i 0.5%. ố ị ố ớ Khi nào nên s d ng b nh v : ử ụ ộ đị ị
- Nên s d ng khi: ử ụ
• Cần độ chính xác cao hoặc tăng tốc độ tác động
• Động học của quá trình chậm hơn đáng kể so v i c a van (h ng s ớ ủ ằ ố thời gian lớn hơn 3 lần so v i cớ ủa van), ví d quá trình phụ ản ứng, quá trình nhi t, quá trình trệ ộn, …
- Không nên s d ng khi: ử ụ
• Quá trình tương đối nhanh (hằng số thời gian không lớn hơn 3 lần so với của van): b nh v có th làm ch m và gi m chộ đị ị ể ậ ả ất lượng điều khiển vòng ngoài.
• Đã sử dụng một bộđiều khi n s t i ch (tích h p v i van), b ể ố ạ ỗ ợ ớ ộ điều khiển s ố đã đóng vai trò định vị.
Câu 6.12:
Khi độ ở m van cốđịnh, lưu lượng qua một van điều khiến biến thiên thuận với căn bậc hai áp su t s t qua van và bi n thiên ngh ch v i ấ ụ ế ị ớ căn bậc hai trọng lượng riêng c a ch t l ng. ủ ấ ỏ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Câu 6.13:
- Phân loại van theo đặc tính cố h u dòng chữ ảy:
• Van tuyến tính: khi độ ụt áp qua van là có định thì lưu lượ s ng qua van t l ỉ ệ thuận với độ ở m van.
• Van m ở nhanh: khi độ sụt áp qua van là c nh thì ố đị lưu lượng qua van t l ỉ ệ thuận với căn bậc 2 của độ mở.
• Van phân trăm bằng nhau: khi s t áp qua van là c ụ ố định thì độ ở van tăng m lên cùng một lượng thì lưu lượng qua van tăng lên với m t t l ộ ỉ ệphần trăm bằng nhau so v i giá tr ớ ị hiện tại.
- Loại van phù h p vợ ới bài toàn điều chỉnh lưu lượng: Van t l ỉ ệphần trăm bằng nhau.
- Van phù hợp đượ ửc s dụng trong các trường hợp cụ thể:
• Van m ở nhanh: được sử dụng cho các van thoát an toàn, cần đóng mở nhanh.
• Van tuyến tính: được sử dụng khi áp suất sút qua van được giữtương đối cố định, trong các bài toàn lưu lượng qua van thay đổi không nhiều.
• Van t l ỉ ệphần trăm bằng nhau: chi m t i kho ng 90% các ế ớ ả ứng d ng van ụ điều khi n bể ời đặc tính lắp đặ ầt g n tuy n tính, s dế ử ụng trong các bài toàn lưu lượng qua van thay đổi nhanh và nhi u. Khi t l s t áp qua van về ỉ ệ ụ ới lưu lượng thấp nh t và cao nhấ ất lớn hơn 5 => nên chọn van tỉ lệ phần trăm bằng nhau.
Câu 6.14:
- Đặc tính dòng chảy cố hữu của van là quan hệ tĩnh giữa lưu lượng qua van và độ mở van trong điều kiện độ sụt áp qua van là không đổi. Đặc tính cố hữu của van chỉ phục thuộc vào kích cỡ của van và thiết kế chốt van.
- Đặc tính dòng chảy lắp đặt là đặc tính thực tế khi van được lắp đặt có nghĩa là còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác gây ra thay đổi áp suất qua van.
Một van có đặc tính tuyến tính cố hữu sau khi lắp đặt sẽ không còn tuyến tính. Trái lại, một van có đặc tính phần trăm bằng nhau nếu được tính toán và lựa chọn hợp lý lại có thể cho đặc tính lắp đặt gần tuyến tính trong phạm vi làm việc yêu cầu. Nguyên nhân của sự khác nhau là vì đặc tính cố hữu của van chỉ phụ
thưóc vào kích cỡ van và thiết kế chốt van. Khi lắp đặt đặc tính lắp đặt sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, lưu lượng một lưu chất chảy qua đường ống được điều tiết bằng cách thay đổi độ mở van. Nhưng khi lưu lượng thay đổi thì áp suất tổn thất qua đường ống và qua các thiết bị quá trình thay đổi, áp suất của bơm cũng có thể thay đổi theo, dẫn tới chênh lệch áp suất qua van cũng thay đổi.
Câu 6.15:
Hệ số sức cản của van liên quan đến chất lỏng thông qua tổn thất điện trở của van, được biểu thị bằng độ sụt áp (Áp suất chênh lệch P) trước và sau van. △
Hệ số sức cản của van phụ thuộc vào kích thước của van, cấu trúc và hình dạng của khoang, nhiều hơn phụ thuộc vào đĩa, cấu trúc ghế.
Câu 6.16:
- Chiều tác động c a van có hai lo ủ ại:
+ Chiều tác động nghịch: có nghĩa là độ mở van giảm khi tín hiệu điều khiển tăng. + Chiều tác động thuận: có nghĩa là độ mởvan tăng lên khi tín hiệu điều khiển tăng.
- Chiều tác động c a b ủ ộ điều khi n phể ản hồi:
+ Tác động thuận là là khi đầu vào của nó là một hàm đồng biến với tín hi u cệ ần điều khi n. ể
+ Tác động nghịch là tín hiệu đầu vào m t hàm ngh ch bi n v i tín hi u cộ ị ế ớ ệ ần điều khiển.
Câu 6.17:
- L a ch n kiự ọ ểu tác động van phụ thuộc vào đặc tính c a quá trình muủ ốn đóng an toan hay m an toàn. ở
- L a ch n chiự ọ ều tác động của bộđiều khiển ph n h i yêu c u hi u bi t v ả ồ ầ ề ế ề đối tượng cũng như kiểu tác động van.
Câu 6.18:
Hình 1: Van điều khiển: đóng an toàn, tác động nghịch. Bộđiều khiển: tác động thuận.
Hình 2: Van điều khiển: đóng an toàn, tác động nghịch. Bộđiều khiển: tác động ngh ch. ị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3: Van điều khiển: đóng an toàn, tác động nghịch. Bộđiều khiển: tác động ngh ch. ị
Câu 6.19:
- Thành phần tỷ lệ (K của bộ điều khiển PID có tác dụng làm tăng tốc độ của đáp p) ứng và làm giảm nhưng không làm triệt tiêu sai số ở trạng thái xác lập.
- Thành phần tích phân (K ) có thể làm triệt tiêu sai số ở trạng thái xác lập, nhưng i
sẽ làm ảnh hưởng đến hiệu suất nhất thời theo chiều hướng không được mong muốn vì phần trăm quá mức của đáp ứng nhất thời sẽ tăng khi K tăng. i
- Ngược lại với K , thành phần đạo hàm (K ) có tác dụng nâng cao tính ổn định i d
của hệ thống và làm giảm phần trăm quá mức của đáp ứng nhất thời, nhờ đó cải thiện hiệu suất nhất thời của hệ thống vòng kín.
Câu 6.20:
- Nếu bản thân quá trình không tồn tại nhiễu và chấp nhận sai lệch tĩnh thì sử dụng bộ điều khiển P.