4.2.1. Mô phỏng đặc stiction valve
Hình 4.1. Mô hình mô phỏng stiction
Kết quả mô phỏng
Hình 4.2. Mô phỏng hiện tượng Stiction của van
Nhận xét: Từ kết quả mô phỏng trên, ta thấy hiện tƣợng dải chết (deadband) cộng với dải giữ (Stickband) và trƣợt nhảy (Slip-jump) thể hiện rõ ràng. Sự xuất hiện của chúng làm giảm sự di chuyển chính xác của van, ví dụ: cần van có thể không đáp ứng tín hiệu đầu ra từ bộ điều khiển hoặc bộ định vị van. Deadband và stickband giữ giá trị đầu ra không thay đổi trong một khoảng của đầu vào cho đến khi đầu vào đạt một giá trị nhất định thì sẽ gây đột biến lớn ở giá trị đầu ra (slip - jump).
4.2.2. Hệ điều khiển quá trình với valve l ý tưởng
ạ Mô hình mô phỏng Tham số mô phỏng
Hệ số khuếch đại kp 0,001
Thời gian tích phân Ti(s) 120s l i near val ve f(u) van Ep Fb Out1 Subsystem2 Fb Out1 Subsystem1 Step2 Step1 Scope7 Scope6 Scope5 Scope4 Scope3 Scope2 Scope1 Scope Saturati on2 Saturati on1 Product2 Product1 PID PID Control l er2
PID PID Control l er1
l og10 Math Functi on2 l og10 Math Functi on1 -1 Constant2 -1 Constant1
Hình 4.3. Cấu trúc mô phỏng điều khiển nồng độ PH
Hình 4.4. Lượng đặt và tín hiệu ra van tuyến tính
Hình 4.6. Tín hiệu điều khiển van tuyến tính
Hình 4.9. Nồng độ PH ban đầu Hình 4.8. Lưu lượng dòng chảy H2SO4
Nhận xét: Từ kết quả mô phỏng ta thấy rằng, nồng độ PH đã đƣợc bám theo giá trị đặt trong cả 2 trƣờng hợp van tuyến tính và van phần trăm đềụ Kể cả trong trƣờng hợp có nhiễu tác động nhƣ hình 4.8 thì tín hiệu vẫn đƣợc đảm bảọ
4.2.3. Mô phỏng ảnh hưởng của hệ điều khiển với đặc điểm stiction valve
ạ Ảnh hƣởng của stiction lên van tuyến tính
van tuyen tinh
Fb Out1 Subsystem1 In1 Out1 Stiction1 Step1 Scope9 Scope8 Scope7 Scope6 Scope10 Saturation1 Product1 PID PID Controller1 log10 Math Function1 -1 Constant2
Hình 4.10 . Mô hình mô phỏng điều chỉnh độ pH khi chưa có stiction
Hình 4.11. Tín hiệu trước và sau khối stiction
Hình 4.12. Độ pH và lượng đặt
Hình 4.13 . Mô hình van phần trăm đều chịu ảnh hưởng của Stiction
Kết quả mô phỏng:
Hình 4.15 . Ảnh hưởng của stiction lên điều chỉnh độ pH
Nhận xét: Thực tế khi van chịu ảnh hƣởng từ hiện tƣợng Stiction, ảnh hƣởng rất nhiều đến quá trình trung hòa pH, nhƣ ta thấy ở kết quả trên, pH trong CSTR sẽ không ổn định ở pH=7. Nhƣ vậy thực tế hiện tƣợng Stiction ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình điều khiển pH
4.2.4. Khắc phục ảnh hưởng Stiction đến quá trình điều khiển pH
ạ Van tuyến tính
Nhƣ vậy, vấn đề đặt ra là phải giảm tối đa ảnh hƣởng của Stiction đến van. Điều này tƣơng đƣơng với làm giảm tính phi tuyến trong van, đƣa van về gần lý tƣởng nhất. Để đạt đƣợc điều này, ta sẽ thiết kế một bộ điều khiển PI dành riêng cho van Ep nhƣ sau:
Fb Out1 Subsystem1 In1Out1 Stiction Step1 Scope1 Scope Saturation1 Product1 PID PI1 PID PI log10 Math Function1 -1 Constant2
Hình 4.16 . Mô hình có khâu điều chỉnh hiện tượng stiction (van tuyến tính)
Một vòng điều khiển phản hồi đƣợc gắn vào điều khiển van nhƣ hình vẽ. Tham số bộ điều chỉnh bù ảnh hƣởng van
Hệ số tỷ lệ Kp Thời gian tích phân
Ti(s)
Tham số 15 7,5
Hình 4.18 . Quan hệ đầu ra pH theo thời gian
b. Van phần trăm đều (Ep)
f(u) Van Ep Fb Out1 Subsystem1 In1 Out1 Stiction Step1 Scope1 Scope Saturation1 Product1 PID PI1 PID PI log10 Math Function1 -1 Constant2
Hình 4.19 . Mô hình có khâu điều chỉnh hiện tượng stiction (van phần trăm đều)
Hình 4.20. Tín hiệu trước và sau khối stiction
Hình 4.21. Quan hệ đầu ra pH theo thời gian
Nhận xét: Stiction là một hiện tƣợng rất phổ biến với van điều khiển trong công nghiệp. Ảnh hƣởng của nó làm giảm hiệu suất của quá trình. Yêu cầu cần phải có một giải pháp khắc phục hiện tƣợng này, tăng hiệu suất quá trình cũng nhƣ chất lƣợng của van. Trong bài toán điều khiển độ pH trên, dƣới ảnh hƣởng của Stiction, kết quả trở nên sai lệch khác xa với lý tƣởng (đặc tính van ở độ sụt áp không đổi).
Một giải pháp đặt ra là thiết kế một vòng điều chỉnh phản hồi dùng bộ điều khiển PI, thông số bộ PI có đƣợc bằng kinh nghiệm. Nhƣ thấy trên hình kết quả mô phỏng có một dao động rất nhỏ xung quanh điểm pH =7, dù chƣa hẳn ổn định ở pH=7, tuy nhiên kết quả đã đạt đƣợc rất gần với đặc tính lƣu lƣợng qua van lý tƣởng.
Kết luận chương 4:
Căn cứ vào kết quả mô phỏng ta nhận thấy rằng nghiên cứu ảnh hƣởng của valve điều khiển trong hệ thống điều khiển quá trình đóng vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống điều khiển qua trình nói chung và trong điều khiển nồng độ pH cảu các chất nói riêng, vì ta đã thấy nồng độ pH dao động rất nhỏ xung quanh đƣờng pH = 7. Cũng nhận thấy rằng kết quả mô phỏng đã cho thấy rằng tuy độ pH chƣa hẳn ổn định ở giá trị 7, nhƣng kết quả đã đạt đƣợc rất gần với đặc tính lƣu lƣợng qua van lý tƣởng.
Kết luận chung và kiến nghị
4.1. Kết luận chung
- Luận văn đã hoàn thành những yêu cầu đặt ra là nghiên cứu, khắc phục ảnh hƣởng của van điều khiển trong hệ thống điều khiển quá trình.
- Luận văn đã tổng hợp đƣợc các tài liệu, nghiên cứu về vai trò của van điều khiển trong hệ thống điều khiển quá trình. Đồng thời đã nghiên cứu về ảnh hƣởng và tìm ra biện pháp khắc phục ảnh hƣởng của hiện tƣợng stiction valvẹ
- Căn cứ vào kết quả mô phỏng ta thấy đặc tính của valve điều khiển đã bám theo rất sát với đặc tính mong muốn của valvẹ
4.2. Kiến nghị:
Do thời gian nghiên cứu có hạn và điều kiện về cơ sở vật chất còn giới hạn nên luận văn chỉ dừng lại ở kết quả mô phỏng, tuy nhiên kết quả mô phỏng cũng cho thấy tính đúng đắn của đề tài cần nghiên cứụ Để phát triển hơn nữa có thể tiến hành nghiên cứu ứng dụng trực tiếp trên thiết bị thực tế.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, Nhà xuất bản
Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, 2006
[2] Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink cho kỹ sư điều khiển tự động,
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2004.
[3] Nguyễn Doãn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất bản Khoa
học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
[4] Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Lý thuyết điều khiển phi tuyến,
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2003.
[5] Emerson Process Management, Control Valve Handbook, ỤS.A, 2005
[6] M. Ạ Ạ Shoukat Choudhury, Sirish L. Shah, Nina F. Thornhill, Diagnosis
of Process Nonlinearities and Valve Stiction, 6-2007. [7] F. G. Shinskey, Process control systems
[8] M. Ạ Ạ Shoukat Choudhury, Sirish L. Shah, Nina F. Thornhill, Modelling
valve Stiction
[9] Joseph J.Yamé, Lhoussain El-Bahir, Teaching Control Valve Friction
Using Modeling and Simulation
[10] Abdul Aziz Ishak, Mohamed Azlan Hussain, Effect of valve
characteristics to the controllability of ph in a continuous stirred tank reactor,
Regional Symposium on Chemical Engineering, 28-30 Oct. 2002, Kuala Lumpur, MALAYSIA, pp 1693-1699
[11] F. G. Shinskey “The Three Faces of Control Valves”, Control Engineering, July 2000, pp 83-86
[12] Harrold, D., “ Control valves: Match Size with Application”, Control Engineering, Sept. 1999