Học viên cũng tiến hành xây dựng chương trình điều khiển mô phỏng dựa trên hệ thống điều khiển của ABB, Giao diện thể hiện sơ đồ điều khiển 1 thành phần được thể hiện trên Hình 4.2.
Hình 4.2. Giao diện điều khiển một thành phần
Điều khiển một thành phần là loại điều khiển trực tiếp dựa vào mực thực tế của
bao hơi và giá trị set-point để đưa ra giá trị điều khiển độ mở v an điều khiẻn nước cấp.
Chế độ điều khiển một thành phần được kích hoạt khi:
• Trong quá trình khởi động ban đầu khi các điều kiện để uch yển sang chế
độ điều khiển 3 thành phần chưa thỏa mãn.
• Khi tín hiệu đo lưu lượng hơi bị Disturb (1/2 tín hiệu). • Khi tín hiệu đo lưu lượng nước bị D turb is (1/2 tín hiệu). Nguyên lý điều khiển một thành phần như sau:
- Giá trị setpoint mực bao hơi được cài đặt trước khi khởi động là -400mm
(Start up Level setpoint). Trong quá trình khởi động Lò thu hồi nhiệt, giá
trị setpoint sẽ được tăng dần tự động theo thời gian đến khi đạt mực vận hành bình thường 0mm (Normal level setpoint) khi lưu lượng hơi ra cao hơn Min2 là 15kg/s Trong trường hợp vận hành van điều khiển ở chế .
manual, giá trị mực thực tế sẽ được chọn làm giá trị setpoint mực.
- Trong quá trình khởi động, giá trị điều khiển độ mở van điều khiển mực bao hơi sẽ lấy giá trị đo trung bình thực tế của mực bao hơi so sánh với giá trị setpoint qua hàm điều khiển PI.
- Ngoài ra, giá trị độ mở của van kiểm soát mực bao hơi cũng được công thêm một khoảng tối đa 5% trong trường hợp mục bao hơi thực tế thấp hơn giá trị setpoint 50mm để tăng mức độ đáp ứng của van kiểm soát -
mực do thay đổi thông số trạng thái của nước/hơi làm mực bao hơi dao động thấp. Giá trị công thêm này được tăng dần qua hàm tăng/giảm gradient với giá trị tăng là 100%/s và giảm là 10%/s (FI Possity gradient
100%/s and Negative gradient 10%/s).
- Khi khởi động Lò thu hồi nhiệt, tiến trình khởi động tự động (HRSG Master Sequencer) sẽ kích hoạt nhóm chức năng điều khiển mực
Tiếp tục thử nghiệm trong trường hợp sơ đồ điều khiển 3 thành phần, giao diện của chương trình điều khiển thể hiện trên hình 4.3
Hình 4.3 Sơ đồ điều khiển 3 thành phần
- Điều khiển ba thành phần là chế độ điều khiển chính khi Lò thu hồi nhiệt vận hành bình thường. Lúc này, mực bao hơi trung bình thực tế được so sánh với giá trị setpoint qua hàm PI. Sau đó, giá trị so sánh này cộng với lưu lượng hơi ra khỏi bao hơi (lưu lượng này được quy đổi ra mực bao hơi theo một đặc tuyến riêng) và tổng giá trị này được so sánh với lưu lượng nước cấp vào bao hơi (lưu lượng nước cấp cũng được quy đổi ra mực). Kết quả giá trị so sánh này đưa ra giá trị độ mở van điều khiển mực bao hơi.
- Tương tự như chế độ một thành phần, giá trị độ mở của van kiểm soát mực bao hơi cũng được công thêm một khoảng tối đa 5% trong trường
hợp mục bao hơi thực tế thấp hơn giá trị setpoint 50mm để tăng mức độ -
đáp ứng của van kiểm soát mực do thay đổi thông số trạng thái của nước/hơi làm mực bao hơi dao động thấp.
- Ngoài ra, ở chế độ ba thành phần, giá trị độ mở van điều khiển mực được
đưa qua bộ giới hạn (Limiter) để giới hạn độ mở tối đa phụ thuộc vào áp
suất đường nước cấp nhằm tránh áp suất nước cấp giảm thấp gây bảo vệ bơm nước cấp. Giá trị giới hạn cao (Upper limit) là giá trị suất ra từ hàm so sánh áp suất đường nước cấp thực tế với giá trị giới hạn áp suất cho
phép (Feed water pressure limiter).
Điều kiện cho phép để chuyển chế độ điều khiển một thành phần qua ba thành phần:
- Setpoint mực bao hơi ở mực Normal 0mm.
- Chênh lệch mực bao hơi thực tế với giá trị setpoint nằm trong khoảng -
50mm đến +50mm và ổn định trong khoảng này trong thời gian 10 phút.
- Lưu lượng nước cấp và lưu lượng hơi ra lớn hơn Min1 41kg/s
- Chệnh lệch lưu lượng nước cấp và lưu lượng hơi ra nằm trong khoảng -
5% đến +5%.
Khi hệ thống đang điều khiển theo chế độ ba thành phần, nếu vi phạm các điều kiện sau đây thì hệ thống tự động chuyển về chế độ một thành phần:
- Van điều khiển mực chuyển sang chế độ Manual - Deactivate nhóm chức năng điều khiển mực
- Lưu lượng nước cấp hoặc lưu lượng hơi ra bị nhiễu Disturb - Giới hạn áp suất nước cấp đạt giá trị giới hạn
- Lưu lượng hơi ra nhỏ hơn Min 2 (15.5kg/s).
Chế độ điều khiển ba thành phần được xem như chế độ điều khiển dự báo sớm cho đối tượng điều khiển. Trong chế độ điều khiển một thành phần thì chỉ khi mực bao hơi thực tế thay đổi so với giá trị setpoint thì mới tác động điều khiển
control van. Trong khi đó, ở chế độ ba thành phần, mực bao hơi hơi được dự báo trước có khả năng tăng hoặc giảm dựa vào lưu lượng hơi ra và lưu lương nước cấp vào. Trong vận hành bình thường, chế độ điều khiển ba thành phần cho mực
bao hơi ổn định hơn không xảy ra hiện tượng mực bao hơi bị dao động do quá trình quá độ bộ bộ điều khiển. Tuy nhiên, trong quá trình khởi động, mực bao hơi bị thay đổi lớn do nhiều yếu tố như lượng nhiệt cấp vào Lò thu hồi nhiệt, lưu lượng hơi xả để xông xấy, quá trình sinh hơi trong bộ Evaporator chưa ổn định sẽ kéo theo sự thay đổi lưu lượng nước cấp và lưu lượng hơi ra lớn nên chế độ ba thành phần trong trường hợp này sẽ gây dao động control van. Ngược lại, trong quá trình khởi động, chế độ một thành phần cho nhiều ưu điểm, loại bỏ được các biến số không định đưa vào hệ thống.
Vì vậy, việc phối hợp các chế độ điều khiển khác nhau để đáp ứng được các trạng thái vận hành của Lò thu hồi nhiệt khác nhau đảm bảo mực bao hơi ổn định rất quan trọng.
Kết luận và hướng phát triển của đề tài
Sau khi thực hiện đề tài Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển mực nước bao hơi, học viên đã rút ra được các kết luận sau:
- Đã tìm hiểu được nhiều kiến thức về các phương pháp điều khiển mực bao hơi Lò thu hồi nhiệt.
- Cách vận dụng tích hợp các bộ điều khiển hoặc tích hợp các chế độ điều
khiển mực bao hơi ứng với các điều kiện vận hành của Lò thu hồi nhiệt.
- Nguyên cứu thiết kế mạch đo lường mực bao hơi trong đó loại bỏ được các yếu tố gây sai lệch giá trị đo mực do nhiễu của quá trình vật lý cũng như sai số các điểm đo thông số trạng thái của nước và hơi nước.
- Nguyên cứu phương pháp điều chỉnh tối ưu các tham số của bộ điều khiển
để đưa hệ thống điều khiển mực nước bao hơi ổn định.
- Thiết kế phần mềm giả lập điều khiển mực bao hơi phục vụ cho công tác thiết kế hệ thống.
- Nguyên cứu các phương pháp đánh giá, kiểm tra, chuẩn đoán dẫn đến hệ
thống điều khiển mực bao hơi bị dao động.
Học viên mong muốn tiếp tục hoàn thiện các nghiên cứu này, phát triển thiết bị đo lường mực bao hơi và hệ thống điều khiển mực bao hơi nhằm nâng cao độ tin cậy trong kiểm soát mực bao hơi, đánh giá chuẩn đoán được nguyên
Tài liệu tham khảo
[1] M. E. Flynn and M. J. O;Malley (1999), “A drum boiler model for long term power system dynamic simulation”, IEEE Trans. Power Syst., 14(1), pp.209 - 217.
[2] Begum K. G., Mercy D., Vedi H. K., Ramathilagam M.(2013), “An Intelligent Model based level control of boiler Drum”, International Journal of
Emerging Technology and Advanced Engineering, ISSN, pp.2250-2459.
[3] Ziegler J. G., Nichols N. B. (1942), “Optimum settings for automatic controllers”, The American Society of Mechanical Engineers, 64(11), pp.220- 222.
[4] McDonald J. P., Kwatny H. (1973), “Design and analysis of boiler-turbine- generator controls using optimal linear regulator theory”, Automatic Control,
IEEE Transactions on, 18(3), pp. 202-209.
[5] Rivera D. E., Morari M., Skogestad S. (1986), “Internal model control: PID controller design”, Industrial & engineering chemistry process design and
development, 25(1), pp. 252-265.
[6] Nomura M., Sato Y. (1989), “Adaptive optimal control of steam temperatures for thermal power plants”, Energy Conversion, IEEE Transactions on, 4(1), pp. 25-33.
[7] Cheres E. (1990), “Small and medium size drum boiler models suitable for long term dynamic responssde”, Energy Conversion, IEEE Transactions on, 5(4), pp. 686-692.
[8] Hogg B. W., El Rabaie N. M. (1990), “Generalized predictive control of - steam pressure in a drum boiler”, Energy Conversion, IEEE Transactions on, 5(3), pp. 485-492.
[9] Huang B. J., Ko P. Y. (1994), “A system dynamics model of fire tube shell - boiler”, Journal of dynamic systems, measurement, and control, 116(4), pp. 745- 754.
[10] Dimeo R., Lee K. Y. (1995), “Boiler turbine control system design using a - genetic algorithm”, Energy Conversion, IEEE Transactions on, 10(4), pp. 752- 759.
[11] VanLandingham H. F., Tripathi N. D. (1996), “Knowledge based adaptive - fuzzy control of drum level in a boiler system”, Conference Record, IEEE, pp. 454-459.
[12] Katebi M. R., Moradi M. H., Johnson, M. A. (2000), “Controller tuning methods for industrial boilers”, In Industrial Electronics Society, Annual
Confjerence of the IEEE, 2, pp.1457-1462.
[13] Kothare M. V., Mettler B., Morari M., Bendotti P., Falinower C. M.(2000), “Level control in the steam generator of a nuclear power plant”, Control Systems
Technology, IEEE Transactions on, 8(1),pp. 55-69.
[14] Tan W., Marquez H. J., Chen T., Gooden R. K.(2001), “H∞ control design
for an industrial boiler”, In American Control Conference,. Proceedings of the
2001, IEEE, 4, pp.2537-2542.
[15] Wang W., Li H. X., Zhang J. (2002), “Intelligence based hybrid control for - power plant boiler”, Control Systems Technology, IEEE Transactions on, 10(2), pp. 280-287.
[16] Fu C., Liu J., Tan, W. (2004), “Robust PI design for a benchmark nonlinear boiler”, In Proceedings of the 5th Asian Control Conference, pp. 304-308.
[17] Xu M., Li S., Cai W (2005), “Cascade generalized predictive control strategy for boiler drum level”, ISA transactions, 44(3), pp. 399-411.
[18] ZHuo W., Yanyan J., SHichao W (2012), “The application of feedforward PID control in water level control system”, In World Automation Congress 2012, pp. 1-3.
[19] Huang Y., Li N., Shi Y., Yi Y.(2006), “Genetic adaptive control for drum level of a power plant boiler”, In Computational Engineering in Systems
Applications, IMACS Multiconference on, 2, pp.1965-1968.
[20] Sundarasekaran C., Gomathy C. (2010), “Compensation method in boiler drum level measurement and control”, International Journal on Intelleigent
Electronic Systems, 4(2), pp. 56-61.
[21] Chen L., Wang C., Yu Y., Zhao Y. (2010), “The research on boiler drum water level control system based on self adaptive fuzzy- -PID”, In Control and
Decision Conference (CCDC), IEEE, pp.1582-1584.
[22] Isa I. S., Meng B. C. C., Saad Z., Fauzi N. A. (2011), “Comparative study of PID controlled modes on automatic water level measurement system”, In Signal Processing and its Applications (CSPA), IEEE 7th International
Colloquium on, pp. 237-242.
[23] Vijayan V., Panda R. C. (2011), “Design of a simple setpoint filter for minimizing overshoot for low order processes”, ISA transactions, 51(2), pp. 271- 276.
[24] Iacob M., Andreescu G. D. (2011), “Drum boiler control system employing - shrink and swell effect remission in thermal power plants”, In Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), 2011 3rd International Congress on, pp.1- 8.
[25] Li Z., Xia S. (2011), “The Study of Boiler Control System of Water Level of Steam Drum Based on New Immune PID Controller”, In Digital Manufacturing and Automation (ICDMA), 2011 Second International
[26] Liu Y. J., Wang F. W. (2012), “The Application of Three Impulse Cascade in Drum Water Level Control System”, In Advanced Materials Research, 48(5), pp.123-126.
[27] Vijayan V., Panda R. C. (2012), “Design of PID controllers in double feedback loops for SISO systems with set-point filters”, ISA transactions, 51(4), pp.514-521.
[28] Yuan G., Liu J. (2012), “The Design for the Boiler Drum Level System Based on Immune Control”, Journal of Computers, 7(3), pp. 749-754.
[29] Hoàng Minh Sơn, “Cơ Sở Hệ Thống Điều khiển quá trình”, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 2009