Giáo trình Cơ sở điều khiển quá trình (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.29 MB, 53 trang )
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ
GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH
NGHỀ: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 211/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)
Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022
(Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng
ngun bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm
Trang 2
LỜI GIỚI THIỆU
Tài liệu này thuộc giáo trình biên soạn theo chương trình đào tạo được lưu hành
trong trường Cao đẳng Dầu khí; các nguồn thơng tin được sử dụng để tham khảo biên
soạn/hiệu chỉnh giáo trình có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các
mục đích đào tạo.
Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, q trình hiện đại hóa góp phần đưa
các q trình sản xuất tại các nhà máy, xí nghiệp ngày càng hiện đại với mức độ tự động
hóa ngày càng cao. Các giải pháp điều khiển hiện đại góp phần nâng cao mức độ tự động
hóa của các dây chuyển sản xuất để tăng năng suất, tăng chất lượng sản phẩm, hạ giá
thành sản xuất, tăng sức cạnh tranh trên thị trường, nhưng đồng thời cũng đặt ra những
yêu cầu cao hơn cho các hệ thống điều khiển tự động và cho những người kỹ sư thiết kế
điều khiển quá trình. Vì vậy, điều khiển quá trình là một lĩnh vực ứng dụng rất quan
trọng trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp và việc trang bị các kiến thức về điều khiển
quá trình là vấn đề cốt lõi đối với học sinh, sinh viên các trường thuộc khối kỹ thuật như
ngành vận hành thiết bị chế biến dầu khí, ngành sửa chữa thiết bị tự động hóa.
Giáo trình Cơ sở điều khiển quá trình được biên soạn để làm tài liệu cho đối tượng
là học sinh, sinh viên trình độ trung cấp, cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu
khí, Vận hành thiết bị khoan khai thác dầu khí, Khoan khai thác dầu khí.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp Trường Cao Đẳng Dầu khí,
đặc biệt là giáo viên TBM Tự động hóa. Giáo trình biên soạn dựa trên tài liệu từ nhiều
nguồn giáo trình và tham khảo từ thực tế các nhà máy trong ngành Dầu khí nên khơng
tránh khỏi một số sai sót về sự phù hợp và phát triển cơng nghệ. Chúng tơi rất mong
nhận được sự góp ý, xây dựng của bạn đọc để cuốn sách ngày càng hoàn thiện hơn.
Chân thành cảm ơn.
Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 06 năm 2021
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: ThS. Phạm Thị Thu Hường
2. ThS. Phan Đúng
3. ThS. Nguyễn Xuân Thịnh
MỤC LỤC
1.1
1.2
1.3
QUÁ TRÌNH LÀ GÌ ........................................................................................... 9
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ............................................................................ 10
TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ........................... 11
2.1 SƠ ĐỒ CỦA MỘT VÒNG ĐIỀU KHIỂN ....................................................... 5
2.2 Ba nhiệm vụ của một vòng điều khiển .............................................................. 6
2.2.1 Nhiệm vụ của thiết bị đo: ....................................................................................6
2.2.2 Nhiệm vụ thiết bị điều khiển: ..............................................................................7
2.2.3 Nhiệm vụ của thiết bị chấp hành: ........................................................................7
2.3 CÁC THUẬT NGỮ ............................................................................................ 8
2.4 CÁC LOẠI ĐIỀU KHIỂN ............................................................................... 10
2.4.1 Điều khiển bằng tay (Manual Control).............................................................. 10
2.4.2 Điều khiển tự động (Automatic control) ....................................................... 10
2.4.3 Điều khiển tầng (Cascade control) ....................................................................11
2.4.4
2.4.5
2.5
2.5.1
Điều khiển vòng hở .......................................................................................... 13
Điều khiển vịng kín ......................................................................................... 14
BẢN VẼ P&ID .................................................................................................. 15
Các biểu tượng thiết bị đo .................................................................................15
2.5.2 Đường liên kết ...................................................................................................16
2.5.3 Số thẻ thiết bị và nhận dạng chữ cái viết tắt ......................................................17
ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG Ở CHẾ ĐỘ BẰNG TAY (MANUAL
CONTROL) ......................................................................................................... 6
3.2 Điều khiển lưu lượng ở chế độ tự động (AUT) ................................................ 8
3.3 Điều khiển lưu lượng ở chế độ tầng (Cascade) ................................................ 9
3.3.1 Dị tìm PID bằng phương pháp dao động vịng kín-tận cùng: .............................9
3.1
3.3.2 Quy trình dị tìm PID ..........................................................................................10
3.3.3 Chuẩn bị..............................................................................................................10
3.4
Quy trình thực tập ............................................................................................ 15
Trang 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Q trình và các biến quá trình .......................................................................9
Hình 2-1: Sơ đồ khối của một vịng điều khiển............................................................... 5
Hình 2-2: Ví dụ hệ thống điều khiển nhiệt độ .................................................................6
Hình 2-3: Sơ đồ cấu trúc của thiết bị đo ..........................................................................7
Hình 2-4: Sơ đồ khối thiết bị điều khiển .........................................................................7
Hình 2-5: Sơ đồ khối thiết bị chấp hành ..........................................................................8
Hình 2-6: Ký hiệu các thuật ngữ sử dụng trong một vịng điều khiển q trình .............8
Hình 2-7: Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp thủ cơng .........................................10
Hình 2-8: Điều khiển nhiệt độ tự động ..........................................................................11
Hình 2-9: Điều khiển tầng cho thiết bị gia nhiệt hơi nước ............................................12
Hình 2-10: Sơ hệ thống điều khiển vịng hở .................................................................13
Hình 2-11: Ví dụ về điều khiển nhiệt độ bằng vịng hở ................................................14
Hình 2-12: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín ............................................................ 15
Hình 2-13: Ví dụ điều khiển nhiệt độ bằng vịng kín ....................................................15
Hình 2-14: Biểu tượng thiết bị đo .................................................................................16
Hình 2-15: Kí hiệu các đường liên kết ..........................................................................17
Hình 2-16: Ký hiệu khu vực trong thẻ thiết bị .............................................................. 18
Hình 2-17: Ký hiệu chữ cái đầu tiên trong thẻ thiết bị ..................................................18
Hình 3-1: Sơ đồ P&ID của hệ thống điều khiển lưu lượng. ............................................6
Hình 3-2: Xác định PID sử dụng đường phản ứng với luật Ziegler & Nichols. .............8
Hình 3-3: Bảng tính thơng số P, I, D ...............................................................................8
Hình 3-4: Ví dụ về điều khiển tỉ số cho q trình dịng ..................................................9
Hình 3-5: Đáp ứng PV từ phương pháp tận cùng Zigler Nichol ...................................10
Hình 3-6: Dao động của điều khiển vịng kín ............................................................... 10
Hình 3-7: Sơ đồ P&ID và độ mở van ............................................................................11
Hình 3-8: Bản vẽ điều khiển của điều khiển theo tỷ số .................................................12
Hình 3-9: Tổng quan của phịng thực hành. ..................................................................13
Hình 3-10: LAB2; điều khiển dịng theo tỷ số .............................................................. 13
Hình 3-11: Mẫu của độ mở van .....................................................................................14
Hình 3-12: Cửa sổ Tuning của FIC021 .........................................................................16
Trang 3
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng chữ cái la-tinh thường dùng cho các kí hiệu của thiết bị đo lường .....19
Bảng 3.1: Tính PID bằng phương pháp tận cùng Zigler Nichol ...................................10
Trang 4
GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
1. Tên mơ đun: Cơ sở điều khiển q trình
2. Mã mơ đun: AUTM512111
Thời gian thực hiện mô đun: 45 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành: 30 giờ).
Số tín chỉ: 02
3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
3.1 Vị trí: Là mô đun thuộc các mô đun/môn học cơ sở của chương trình đào tạo. Mơn
đun này được dạy sau các mơn học chung.
3.2 Tính chất: Mơ đun Cơ sở điều khiển quá trình (CSĐKQT) trang bị những kiến thức
về cơ bản về chức năng, nhiệm vụ của một vòng điều khiển cũng như chức năng của
từng thành phần trong một vịng điều khiển. Ngồi ra người học sẽ lĩnh hội được các
thuật ngữ chuyên ngành về điều khiển quá trình, các ký hiệu, biểu tượng và đường liên
kết thiết bị trên bản vẽ thiết bị đo lường tự động hoá (P&ID) và bản vẽ dịng cơng nghệ
(PFD) đồng thời vận hành được hệ thống điều khiển lưu lượng ở chế độ điều khiển bằng
tay và chế độ điều khiển tự động.
3.3 Ý nghĩa và vai trị của mơn học/mơ-đun: là mơn học khoa học mang tính thực tế
và ứng dụng thực tiễn dành cho đối tượng là người học chuyên ngành vận hành thiết bị
chế biến dầu khí, vận hành thiết bị khoan khai thác dầu khí và khoan khai thác dầu khí.
Mơ-đun này đã được đưa vào giảng dạy tại trường Cao Đẳng Dầu Khí từ năm 2019 đến
nay. Nội dung chủ yếu của mô-đun này nhằm cung cấp các kiến thức và kỹ năng cơ bản
thuộc lĩnh vực cơng nghiệp q trình: (1) tầm quan trọng của điều khiển quá trình; (2)
Cơ sở lý thuyết điều khiển quá trình: vịng điều khiển, các thành phần cơ bản trong một
vịng điều khiển và các thuật ngữ thơng dụng; (3) Điều khiển lưu lượng vòng phản hồi
đơn và tỉ lệ. Qua đó, giáo trình cung cấp các kiến thức và kỹ năng cơ bản về điều khiển
quá trình và qui trình vận hành hệ thống điều khiển ở chế độ Manual, Automatic và
Cascade.
4. Mục tiêu mô đun:
Sau khi học xong mơ-đun này, người học có khả năng:
4.1 Về kiến thức:
A1 Trình bày được định nghĩa về quá trình, điều khiển q trình, vịng điều khiển;
A2 Mơ tả được tầm quan trọng của điều khiển quá trình về mặt biến thiên, hiệu quả và
an tồn.
A3 Mơ tả được 3 nhiệm vụ chính để tạo thành một vịng điều khiển q trình: đo lường,
so sánh và điều chỉnh;
A4 Nhận biết và thuyết minh được các thông số công nghệ của thiết bị công nghệ và
trên bản vẽ P&ID;
Trang 5
4.2 Về kỹ năng:
B1 Vận hành và điều khiển được vòng điều khiển lưu lượng ở chế độ điều khiển bằng
tay và chế độ tự động
4.3 Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1 Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc;
C2 Tuân thủ nghiêm túc các quy định an tồn trong phịng điều khiển và khi vận hành
hệ thống điều khiển;
C3 Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau khi thực hiện công việc.
5. Nội dung mô đun:
5.1 Chương trình khung:
STT
Mã
MH/MĐ/HP
Tên mơn học, mơ đun
Thời gian đào tạo (giờ)
Trong đó
Số
Thực
Thi/
tín Tổng
hành/
Kiểm
Lý
chỉ
số
thí nghiệm/
tra
thuyết
bài tập/
thảo luận LT TH
1
COMP64002
Các mơn học chung/ đại
cương
Giáo dục chính trị
2
COMP62004
Pháp luật
2
30
18
10
2
0
3
COMP62008
Giáo dục thể chất
2
60
5
51
0
4
4
COMP64010
4
75
36
35
2
2
5
COMP63006
Giáo dục quốc phịng và An
ninh
Tin học
3
75
15
58
0
2
6
FORL66001
Tiếng Anh
6
120
42
72
6
0
7
SAEN52001
An tồn vệ sinh lao động
2
30
23
5
2
0
64
1575
443
1052
31
49
13
255
120
122
9
4
8
Các môn học, mô đun
chuyên môn ngành, nghề
Môn học, mô đun kỹ thuật cơ
II.1.
sở
MECM52003 Vẽ kỹ thuật - 1
2
45
14
29
1
1
9
10
ELEO53012 Điện kỹ thuật cơ bản
AUTM52111 Cơ sở điều khiển quá trình
3
2
45
45
36
14
6
29
3
1
0
1
11
PETR63001
Hóa Đại cương
3
45
42
0
3
0
12
PETD53031
3
75
14
58
1
2
51
1320
323
930
22
45
2
30
28
0
2
0
I
II.
23
465
180
260
17
8
4
75
41
29
5
0
13
PETD62032
Địa chất cơ sở
Mơn học, mơ đun chun
mơn ngành, nghề
Địa chất dầu khí
14
PETD53033
Cơ sở khoan
3
45
42
0
3
0
15
PETD53034
Cơ sở khai thác
3
45
42
0
3
0
II.2.
Trang 6
16
PETD62035
Địa chất mơi trường
2
30
28
0
2
0
17
PETD62036
Ngun lý phá hủy đất đá
2
30
28
0
2
0
18
PETD53137
Thí nghiệm dung dịch khoan
3
75
14
58
1
2
19
PETD62138
Hệ thống phát lực
2
45
14
29
1
1
20
PETD62139
Hệ thống khí nén
2
45
14
29
1
1
21
PETD54140
Hệ thống nâng hạ
4
105
14
87
1
3
22
PETD54141
4
105
14
87
1
3
23
PETD55142
5
135
14
116
1
4
24
PETD54143
4
105
14
87
1
3
25
PETD55144
5
135
14
116
1
4
26
PETD63145
3
75
14
58
1
2
27
PETD54246
Hệ thống tuần hoàn dung dịch
Vận hành hệ thống chuỗi cần
khoan và dụng cụ phá hủy
đất đá
Hệ thống chống ống và trám
xi măng
Hệ thống kiểm soát giếng
khoan 1
Hệ thống kiểm sốt giếng
khoan 2
Thực tập sản xuất
4
180
15
155
0
10
28
PETD63247
3
87
135
2040
14
623
108
1312
1
48
12
57
Khóa luận tốt nghiệp
Tổng cộng
5.2: Chương trình chi tiết mơ-đun:
Thời gian (giờ)
Số
TT
Nội dung tổng quát
Tổng
số
Thực
hành, thí
Lý
nghiệm,
thuyết
thảo luận,
bài tập
1
Bài 1: Tầm quan trọng của
điều khiển quá trình
03
03
0
2
Bài 2: Cơ bản lý thuyết điều
khiển quá trình
12
11
0
2.1
Sơ đồ của một vòng điều khiển
2.2
3 nhiệm vụ của một vòng điều
khiển
2.3
Các thuật ngữ
2.4
Các loại điều khiển
2.5
Bản vẽ P&ID
Kiểm tra
LT
TH
1
Trang 7
Thời gian (giờ)
Số
TT
Nội dung tổng quát
Tổng
số
Lý
thuyết
Thực
hành, thí
nghiệm,
thảo luận,
bài tập
3
Vận hành hệ thống điều khiển
lưu lượng
Kiểm tra
30
0
29
45
14
29
LT
TH
1
Điều khiển lưu lượng ở chế độ
3.1
điều khiển bằng tay
(MANUAL)
3.2
3.3
Điều khiển lưu lượng ở chế độ
tự động (AUTOMATIC)
Điều khiển lưu lượng ở chế độ
tầng (CASCADE)
Cộng
1
1
6. Điều kiện thực hiện mơ-đun:
6.1. Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng:
-
Phòng học lý thuyết: đáp ứng phòng học chuẩn.
-
Phòng thực hành: phịng DCS.
6.2. Trang thiết bị máy móc:
-
Máy tính, máy chiếu, bảng, phấn, bút viết bảng/phấn trắng và màu, giẻ lau
-
Các thiết bị, máy móc:
6.3. Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:
-
Giáo trình, giáo án
-
Bản vẽ P&ID tham khảo của Vietsovpetro.
-
Qui trình thực hành (nếu có)
-
Phiếu đánh giá thực hành
6.4. Các điều kiện khác:
7. Nội dung và phương pháp đánh giá
7.1 Nội dung:
-
Kiến thức: Bài 1 và bài 2
Kỹ năng: Bài 3
Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Trang 8
o Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc;
o Tuân thủ nghiêm túc các quy định an tồn trong phịng điều khiển và khi vận
hành hệ thống điều khiển;
o Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau khi thực hiện công việc
7.2 Phương pháp đánh giá:
7.2.1. Kiểm tra thường xuyên:
Số lượng bài: 01.
Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện tại thời
điểm bất kỳ trong q trình học thơng qua việc kiểm tra vấn đáp trong giờ học, kiểm tra
viết với thời gian làm bài bằng hoặc dưới 30 phút, kiểm tra một số nội dung thực hành,
thực tập, chấm điểm bài tập.
7.2.2 Kiểm tra định kỳ:
Số lượng bài: 02.
Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện theo theo
số giờ kiểm tra được quy định trong chương trình mơn học ở mục III có thể bằng hình
thức kiểm tra viết từ 45 đến 60 phút, chấm điểm bài tập lớn, tiểu luận, làm bài thực
hành, thực tập. Giáo viên biên soạn đề kiểm tra lý thuyết kèm đáp án và đề kiểm tra
thực hành kèm biểu mẫu đánh giá thực hành theo đúng biểu mẫu qui định, trong đó:
Bài kiểm
tra
1. Bài số 1
Stt
2. Bài số 2
Hình thức kiểm
Nội
tra
dung
Lý thuyết: trắc bài 1,
nghiệm/tự luận bài 2
Thực hành
bài 3
Chuẩn đầu ra
đánh giá
A1, A2, A3,
A4, C1.
B1, C1, C2, C3
Thời gian
45÷60 phút
60 phút
7.2.3 Thi kết thúc mơ đun: viết và thực hành.
Hình thức thi: trắc nghiệm và thực hành.
Thời gian thi:
+ Trắc nghiệm: 45÷60 phút.
+ Thực hành: 60 phút.
Chuẩn đầu ra đánh giá: A1, A2, A3, A4, B1, C1, C2, C3.
8. Hướng dẫn thực hiện mô-đun
8.1. Phạm vi áp dụng chương trình
Chương trình mơ đun này được áp dụng cho các nghề vận hành thiết bị chế biến
dầu khí, vận hành thiết bị khoan khai thác dầu khí, khoan khai thác dầu khí trình
độ trung cấp và cao đẳng.
8.2. Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy, học tập môn học:
Đối với giảng viên/giáo viên:
+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết hoặc tích hợp hoặc thực hành phù hợp
với từng chương/bài học với thời lượng theo giờ dạy hoặc theo buổi dạy.
Trang 9
-
+ Tổ chức giảng dạy: tập trung đối với giờ lý thuyết và chia ca đối với giờ thực
hành theo qui định.
Đối với người học:
+ Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được
cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện,
tài liệu...)
+ Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số
tiết lý thuyết phải học lại mơn học mới được tham dự kì thi lần sau.
+ Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc
theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 6-8 người học sẽ được cung
cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu
trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để
phát triển và hồn thiện tốt nhất tồn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
+ Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
+ Tham dự thi kết thúc môn học.
+ Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
8.3. Những trọng tâm chương trình cần chú ý: Các bài có nội dung quan trọng như
nhau.
9. Tài liệu cần tham khảo:
Tài liệu tiếng Việt:
-
[1]. TS Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, Nhà xuất bản Bách
khoa Hà Nội, 2016.
Tài liệu nước ngoài:
[1]. Instrumentation Level 1, third edition, NCCER, 2015.
[2]. Fundamentals of Pcocess Control, PAControl.com, 2006.
[3]. Yokogawa Vietnam Ltd company, 2021, Tài liệu lưu hành nội bộ “Laboratory
Centum VP Manual”, Yokogawa Vietnam Ltd. Company.
Trang 10
1. BÀI 1: TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
GIỚI THIỆU BÀI 1:
Bài 1 giới thiệu cơ bản về lý thuyết điều khiển quá trình, bao gồm các khái niệm về quá
trình, điều khiển quá trình, và tầm quan trọng của ứng dụng điều khiển quá trình trong các
nhà máy công nghiệp.
MỤC TIÊU BÀI 1:
Sau khi học xong bài 1, người học có khả năng:
+ Trình bày được định nghĩa về q trình, điều khiển q trình, vịng điều khiển;
+ Mô tả được tầm quan trọng của điều khiển q trình về mặt biến thiên, hiệu quả và
an tồn.
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1
+ Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp,
dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài1 (cá
nhân hoặc nhóm).
+ Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hoàn thành đầy
đủ câu hỏi thảo luận/bài tập theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời
gian quy định.
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1
+ Phòng học chun mơn hóa/nhà xưởng: trạm điện, xưởng thiết bị tĩnh – thiết bị động.
+ Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
+ Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo,
giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan, các loại trang thiết bị bảo hộ cá nhân: giày cách
điện, gang tay cách điện, sào cách điện, thang, nón bảo hộ
+ Các điều kiện khác: khơng có
KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1
Nội dung:
+ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
+ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
Bài 1: Tầm quan trọng của điều khiển quá trình
Trang|8
Phương pháp:
+ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng hoặc kiểm tra viết
dưới 30 phút.)
+ Kiểm tra định kỳ lý thuyết/thực hành: khơng có.
NỘI DUNG BÀI 1
1.1 Q TRÌNH LÀ GÌ
Q trình được định nghĩa là một trình tự các diễn biến vật lý, hóa học hoặc sinh học,
trong đó vật chất năng lượng hoặc thông tin được biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ. Trạng
thái hoạt động và biểu diễn của một quá trình thể hiện qua các biến quá trình. Khái niệm
quá trình cùng với sự phân loại các biến quá trình được minh hoạ như Hình 1.1. Trong đó,
một biến vào là một đại lượng hoặc một điều kiện phản ánh tác động bên ngồi vào q
trình, một biến ra là một đại lượng hoặc một điều kiện thể hiện tác động của q trình ra
bên ngồi. Khi các biến vào thể hiện nguyên nhân trong khi các biến ra thể hiện kết quả thì
mối quan hệ giữa hai biến này sẽ thể hiện mối quan hệ nhân - quả. Bên cạnh các biến vào
ra, đối với điều khiển quá trình thì người ta rất quan tâm đến các biến trạng thái.
Q TRÌNH
Hình 1-1: Q trình và các biến q trình
Một q trình có thể được phân loại theo nhiều quan điểm (tiêu chí) khác nhau. Cách
phân loại thứ nhất là dựa trên số lượng biến vào biến ra. Một quá trình chỉ có một biến ra
được gọi là q trình đơn biến, cịn nếu có nhiều biến ra thì được gọi là quá trình đa biến.
Một quá trình một vào – một ra còn được gọi tắt là SISO (single – input single – output),
quá trình nhiểu vào nhiều ra được gọi là MIMO (multi – input multi – output). Có thể nói
hầu hết các cơng nghệ đều là đa biến.
Dựa trên đặc tính của đại lượng đặc trưng ta cũng có thể phân loại các q trình thành
q trình liên tục, quá trình gián đoạn, quá trình rời rạc và quá trình mẻ.
Bài 1: Tầm quan trọng của điều khiển quá trình
Trang|9
Trong quá trình liên tục các nguyên liệu hoặc năng lượng đầu vào được vận chuyển
hoặc biến đổi một cách liên tục. Một khi đã đạt được trạng thái xác lập, bản chất của q
trình khơng phụ thuộc vào thời gian vận hành.
Một q trình gián đoạn có bản chất giống như quá trình liên tục tuy nhiên các biến
vào ra chỉ được quan sát tại những thời điểm nhất định.
Trong một quá trình rời rạc các đại lượng đặc trưng chỉ thay đổi giá trị tại một số thời
điểm nhất định tạo nên trạng thái rời rạc của quá trình.
Một quá trình mẻ là một quá trình hỗn hợp có đặc trưng của cả q trình liên tục và
rời rạc. Quá trình mẻ hoạt động theo một quy trình thao tác (công thức) cho trước và tồn
tại trong một khoảng thời gian ngắn tương ứng với một mẻ.
Quá trình liên tục và quá trình mẻ là đặc trưng của các ngành cơng nghiệp chế biến,
trong khi q trình rời rạc là đặc trưng của các ngành công nghiệp chế tạo và lắp ráp.
1.2 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
Điều khiển quá trình là lĩnh vực ứng dụng quan trọng của kỹ thuật điều khiển trong
các ngành công nghiệp năng lượng và hố chất. Trong nội dung của giáo trình này, điều
khiển quá trình được hiểu là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận
hành và giám sát các quá trình, điều khiển quá trình nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm,
hiệu quả sản xuất và an toàn cho con người, máy móc và mơi trường.
Các q trình cơng nghệ có thể được phân loại theo nhiều quan điểm khác nhau:
Phân loại dựa vào số lượng biến vào và biến ra chúng ta có các q trình: đơn biến
(SISO - một biến vào và một biến ra) và quá trình đa biến (MIMO - nhiều biến vào nhiều
biến ra)
Dựa trên đặc tính của những đại lượng đặc trưng (biến đầu ra hoặc biến trạng thái tiêu
biểu), ta cũng có thể phân loại các q trình thàng q trình liên tục, quá trình gián đoạn,
quá trình rời rạc và quá trình mẻ.
Nhìn từ quan điểm của lý thuyết điều khiển, ta có thể phân biệt giữa bài tốn điều
chỉnh và bài tốn bám trong điều khiển q trình. Nhiệm vụ của điều chỉnh là thiết lập hoạc
duy trì đầu ra tại một giá trị đặt cho trước trong khi có tác động của nhiễu, trong khi yêu
cầu của điều khiển bám là đầu ra bám theo một tín hiệu chủ đạo liên tục thay đổi. Trong
điều khiển quá trình thì điều chỉnh chiếm vai trị chủ yếu, bởi các giá trị đặt thường cố định
hoặc ít thay đổi trong chế độ vận hành bình thường. Các bài tốn điều khiển bám được ứng
dụng chủ yếu trong lĩnh vực điều khiển máy móc hay tốc độ.
Lĩnh vực ứng dụng điều khiển q trình là các ngành cơng nghiệp chế biến, khai thác
và năng lượng. Để có thể thiết kế cũng như vận hành tốt các hệ thống điều khiển quá trình,
trước hết người kỹ sư điều khiển cần hiểu rõ các vấn đề đặc thù trong lĩnh vực này.
+
Qui mô ứng dụng: Hầu hết các dây chuyền công nghệ trong lĩnh vực điều khiển
q trình có quy mơ vừa và lớn.
Bài 1: Tầm quan trọng của điều khiển quá trình
Trang|10
+
Độ tin cậy và tính sẵn sàng: Là một yêu cầu cần thiết trong các nhà máy, bởi sự
ngưng trệ sản xuất trong ít giờ hoặc ít ngày có thể dẫn đến sự thiệt hại nghiêm
trọng về kinh tế.
+
+
Chức năng điều khiển: Đây là chức năng tiêu biểu và quan trọng nhất trong một
hệ thống điều khiển quá trình, quyết định đến chất lượng điều khiển của cả hệ
thống.
Khả năng vận hành và điều khiển của quá trình: Khả năng vận hành của một q
trình cơng nghệ liên quan tới thiết kế công nghệ và các điều kiện ràng buộc liên
quan. Các q trình cơng nghệ hiện đại thường được thiết kế tối ưu về mặt an
toàn, tiết kiệm năng lượng và chi phí đầu tư nhưng lại gây khó khăn cho thiết kế
điều khiển.
1.3 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH
Tồn bộ các chức năng của một hệ thống điều khiển q trình có thể phân loại và sắp
xếp nhằm phục vụ các mục đích cơ bản sau:
+ Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: Giữ cho hệ thống hoạt động ổn
định tại điểm làm việc cũng như chuyển chế độ một cách trơn tru, đảm bảo các
điều kiện theo yêu cầu của chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành
thuận tiện.
+
+
+
Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: Đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo
kế hoạch sản xuất và duy trì thơng số liên quan đến chất lượng sản phẩm trong
phạm vi yêu cầu.
Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn: Giảm thiểu các nguy cơ xảy ra sự cố cũng
như bảo vệ cho con người, máy móc, thiết bị và môi trường trong trường hợp
xảy ra sự cố.
Bảo vệ môi trường: Giảm ô nhiểm môi trườngthông qua giảm nồng độ khí thải
độc hại, giảm lượng nước sử dụng và nước thải, hạn chế lượng bụi và khói, giảm
tiêu thụ nhiên liệu và nguyên liệu.
Nâng cao hiệu quả kinh tế: Đảm bảo năng suất và chất lượng theo yêu cầu trong
khi giảm chi phí nhân cơng và ngun liệu, nhiên liệu đầu vào.
+ Những mục đích điều khiển được phân tích ở trên sẽ quyết định đến việc thiết
kế một hệ thống điều khiển q trình.
❖ TĨM TẮT NỘI DUNG BÀI 1:
+
+ Quá trình là gì
+ Điều khiển quá trình
+ Tầm quan trọng của điều khiển quá trình
❖ CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 1:
Bài 1: Tầm quan trọng của điều khiển quá trình
Trang|11
Câu 1: Hãy cho biết nhiệm vụ của điều khiển quá trình?
A.
B.
C.
D.
Giảm sự biến thiên (giảm sai lệch giữa sản phẩm thực so với tiêu chuẩn)
Nâng cao hiệu suất
Đảm bảo an tồn cho người, thiết bị và mơi trường
Cả 3 đáp án cịn lại đều đúng
Câu 2: Q trình có tên gọi tiếng Anh tương ứng là gì?
A.
B.
C.
D.
Progress
Process
Possess
Preset
Câu 3: Điều khiển quá trình dịch sang tiếng Anh là gì?
A.
B.
C.
D.
Process Control
Progress Control
Personal Control
Presetable Control
Câu 4: Một vịng điều khiển thơng thường bao gồm các thiết bị nào?
A.
B.
C.
D.
Transmitter, Controller và Display
Đồng hồ đo, máy tính và động cơ
Transmitter, Controller và FCE
Sensor, PLC và Control Valve
Bài 1: Tầm quan trọng của điều khiển quá trình
Trang|12
2. BÀI 2: CƠ BẢN LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
GIỚI THIỆU BÀI 2:
Bài 2 giới thiệu cơ bản về lý thuyết điều khiển quá trình, bao gồm các khái niệm về quá
trình, điều khiển quá trình, phân loại quá trình, các loại vịng điều khiển, các sách lược
điều khiển cơ bản và bản vẽ P&ID. Bên cạnh đó, nhận biết được ký hiệu và thuyết minh
được ký hiệu của thiết bị, đường kết nối và vị trí của chúng là một kỹ năng cực kỳ quan
trọng của một người vận hành (OPERATOR) hệ thống điều khiển hay vận hành thiết bị
và những nội dung kiến thức và kỹ năng đọc bản vẽ P&ID và PFD được diễn giải ở phần
cuối của bài 2.
MỤC TIÊU BÀI 2:
Sau khi học xong bài 2, người học có khả năng:
+ Mơ tả được 3 nhiệm vụ chính để tạo thành một vịng điều khiển quá trình: đo lường,
so sánh và điều chỉnh;
+ Diễn giải được các định nghĩa về thuật ngữ chuyên ngành điều khiển quá trình: biến
quá trình, biến thao tác, giá trị đặt, biến được đo, sai số, offset, nhiễu tải, thuật tốn…
+ Liệt kê được ít nhất 05 biến q trình thơng dụng trong lĩnh vực đo lường điều khiển;
+ Phân biệt được các loại điều khiển: điều khiển bằng tay và điều khiển tự động, điều
khiển vịng kín và điều khiển vòng hở;
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 2”
+ Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn
đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập
bài1 (cá nhân hoặc nhóm).
+ Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hoàn thành
đầy đủ câu hỏi thảo luận/bài tập theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng
thời gian quy định.
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1
+ Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: phịng DCS.
+ Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
+ Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham
khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan, các loại trang thiết bị bảo hộ cá nhân.
+ Các điều kiện khác: khơng có
KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 2
Nội dung:
Bài 2: Cơ bản lý thuyết điều khiển quá trình
Trang|4
+ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
+ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
Phương pháp:
+ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng hoặc kiểm tra
viết dưới 30 phút.)
+ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 01 bài.
NỘI DUNG BÀI 2
2.1 SƠ ĐỒ CỦA MỘT VỊNG ĐIỀU KHIỂN
Tùy theo quy mơ ứng dụng và mức độ tự động hóa, các hệ thống điều khiển q
trình cơng nghiệp có thể đơn giản đến tương đối phức tạp, nhưng chúng đều dựa trên ba
thành phần cơ bản là thiết bị đo, thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành. Để thể hiện
mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống điều khiển người ta dùng một loại sơ
đồ gọi là sơ đồ khối (Hình 2.1). Sơ đồ khối là cách thể hiện nguyên lý tác động của các
phần tử trong hệ thống. Ưu điểm của loại sơ đồ này là thể hiện được rõ ràng những quá
trình xảy ra trong thực tế. Ngồi ra, sơ đồ cịn giúp ta xây dựng dễ dàng các mối quan
hệ tác động tương hỗ giữa các phần tử và tồn bộ hệ thống.
Hình 2-1: Sơ đồ khối của một vịng điều khiển
Trong đó, các thuật ngữ:
+ Giá trị đặt:
+ Tín hiệu điều khiển:
+ Biến điều khiển:
Setpoint (SP) hoặc Set value (SV)
Control Signal, Controller Output (CO)
Control Variable, Manipulated Variable (MV)
Bài 2: Cơ bản lý thuyết điều khiển quá trình
Trang|5
+ Biến được điều khiển:
Controlled Variable (CV), Process Variable (PV)
+ Đại lượng đo:
Measured Variable
2.2 Ba nhiệm vụ của một vòng điều khiển
Để thấy một cách sơ lược nhiệm vụ của một vịng điều khiển ta xét một ví dụ điều
khiển nhiệt độ dưới đây.
Hình 2-2: Ví dụ hệ thống điều khiển nhiệt độ
Nhiệt độ chất lỏng ra khỏi bình (T) được đo bằng cảm biến là cặp nhiệt điện TC,
tín hiệu điện áp ra được bộ chuyển đổi (Transmitter) chuyển sang tín hiệu chuẩn dịng
4÷20 mA và đưa tới bộ điều khiển DCS. Tín hiệu này sẽ được chuyển thành tín hiệu số
bởi khâu A/D trước khi được xử lý tiếp trong máy tính số. Giá trị nhiệt độ T SP được
người vận hành đặt từ trạm vận hành. Bộ điều khiển DCS sẽ thực hiện so sánh giữa giá
trị đo với giá trị đặt mong muốn, chương trình điều khiển tính tốn giá trị biến điều khiển
theo một thuật toán đã được cài đặt. giá trị được khâu biến đổi D/A chuyển thành tín
hiệu điều khiển theo chuẩn dịng điện để đưa xuống van điều khiển (thiết bị chấp hành).
Cuối cùng tín hiệu điều khiển được chuyển đổi qua khâu I/P thành tín hiệu khí nén 0.2÷1
bar để thay đổi độ mở van cấp dịng nóng. Lưu lượng dịng nóng F1 được thay đổi và
thơng qua đó điều chỉnh nhiệt độ ra T tới giá trị TSP. Từ
2.2.1 Nhiệm vụ của thiết bị đo:
Chức năng của một thiết bị đo là cung cấp một tín hiệu ra tỉ lệ theo một nghĩa nào
đó với đại lượng đo. Một thiết bị đo gồm hai thành phần cơ bản là cảm biến và chuyển
đổi đo chuẩn. Một cảm biến thực hiện chức năng tự động cảm nhận đại lượng quan tâm
của q trình kỹ thuật và biến đổi thành một tín hiệu. Để có thể truyền đi xa và sử dụng
được trong thiết bị điều khiển hoặc dụng cụ chỉ báo, tín hiệu ra từ cảm biến cần được
Bài 2: Cơ bản lý thuyết điều khiển quá trình
Trang|6
khuếch đại, điều hồ và chuyển đổi sang dạng thích hợp. Một bộ chuyển đổi đo chuẩn
là một bộ chuyển đổi đo mà cho đầu ra là một tín hiệu chuẩn.
Hình 2-3: Sơ đồ cấu trúc của thiết bị đo
2.2.2 Nhiệm vụ thiết bị điều khiển:
Thiết bị điều khiển hay bộ điều khiển là một thiết bị tự động thực hiện chức năng
điều khiển, là thành phần cốt lõi của một hệ thống điều khiển nhiệt. Trên cơ sở các tín
hiệu đo và một sách lược điều khiển được lựa chọn, bộ điều khiển thực hiện thuật toán
điều khiển và đưa ra các tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại q trình nhiệt thơng qua
các thiết bị chấp hành. Tuỳ theo dạng tín hiệu vào ra và phương pháp thể hiện luật điều
khiển, một thiết bị điều khiển có thể là thiết bị điều khiển tương tự, thiết bị điều khiển
logic hoặc thiết bị điều khiển số.
Hình 2-4: Sơ đồ khối thiết bị điều khiển
2.2.3 Nhiệm vụ của thiết bị chấp hành:
Một hệ thống/thiết bị chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và thực hiện tác
động tới biến điều khiển. Các thiết bị chấp hành thường dùng trong điều khiển các quá
trình nhiệt và các van điều khiển, động cơ máy nén, máy bơm, quạt gió, động cơ servo.
Thông qua các thiết bị chấp hành mà hệ thống điều khiển có thể can thiệp vào diễn biến
của quá trình nhiệt. Một thiết bị chấp hành bao gồm hai thành phần cơ bản là cơ sở chấp
hành hay cơ cấu dẫn động và phần tử điều khiển. Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ chuyển
tín hiệu điều khiển thành năng lượng, trong khi phần tử điều khiển can thiệp trực tiếp
vào biến điều khiển.
Bài 2: Cơ bản lý thuyết điều khiển quá trình
Trang|7
Hình 2-5: Sơ đồ khối thiết bị chấp hành
Hầu hết các phần tử cuối phổ biến trong vòng điều khiển là một số loại van được
gắn trên đường ống quá trình. Các ví dụ về các phần tử điều khiển khác là bơm và các
thiết bị điều khiển động cơ khác.
2.3 CÁC THUẬT NGỮ
Hình 2.6 dưới đây trình bày chi tiết về các thành phần cơ bản về hệ thống điều
khiển quá trình và các thuật ngữ được sử dụng trong hệ thống điều khiển quá trình
Hình 2-6: Ký hiệu các thuật ngữ sử dụng trong một vòng điều khiển quá trình
Biến quá trình – PV (Process Variable): Là một trạng thái của chất lỏng quá
trình (ở dạng lỏng hoặc dạng khí) có thể thay đổi được theo một cách thức nào đấy.
Những biến quá trình phổ biến: áp suất (P), lưu lượng (F), mức (L), nhiệt độ (T),
nồng độ (D), độ pH, mặt phân cách chất lỏng…
Giá trị đặt - SP/SV (Set Point; Set Value): là giá trị mong muốn do người vận
hành đặt từ trạm vận hành hay do một chương trình điều khiển cao cấp trên trạm vận
hành tính tốn và đưa xuống. Trong điều khiển kết quả càng gần với giá trị đặt càng tốt.
Nói cách khác, giá trị đặt chính là giá trị mà biến q trình mong muốn đạt đến và ổn
định tại đấy.
Ví dụ: Nếu nhiệt độ quá trình cần được giữ ở 100±5℃ thì SV = 100 ℃
SV cũng có thể là giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất.
Bài 2: Cơ bản lý thuyết điều khiển quá trình
Trang|8
Ví dụ: mức chất lỏng trong bồn khơng được vượt quá 20 ft, như vậy SV = 20 ft.
Tín hiệu điều khiển - CO (Control Signal; Control Output): Đây là tín hiệu được
bộ điều khiển tính tốn dựa trên giá trị đo và giá trị mong muốn bằng các thuật tốn
được cài đặt sẵn, sau đó truyền đến thiết bị chấp hành.
Nếu xét trong một vịng điều khiển đơn thì CO chính là tín hiệu ngõ ra từ bộ điều
khiển.
Biến điều khiển/biến thao tác - MV (Control Variable; Manipulated Variable): là
một biến của q trình có thể can thiệp trực tiếp từ bên ngồi qua đó tác động tới biến
được điều khiển theo ý muốn.
Vị trí của các biến chính trong một vòng điều khiển đơn như sau:
Biến được điều khiển - CV (Controlled Variable): là một biến trạng thái của quá
trình được điều khiển, điều chỉnh sao cho gần với giá trị mong muốn.
Biến được đo - PV (Measured Variable; Process Value): là giá trị của q trình
cơng nghệ, mà thiết bị đo đo được và chuyển đổi thành tín hiệu đo tiêu chuẩn. Thơng
thường, biến q trình PV và biến được đo là một, nhưng trong một số trường hợp thì
hai biến này lại khác nhau. Chẳng hạn như trong một vịng điều khiển mức (hình dưới
đây), thiết bị đo là transmitter chênh áp thì biến được đo chính là áp suất chênh lệch
(ΔP) trong khi đó biến quá trình là mức chất lỏng trong bồn và 2 biến này có quan hệ
với nhau như sau:
∆𝑃 = 𝛾. ℎ
Trong đó:
ΔP: áp suất chênh lệch
γ: trọng lượng riêng của chất lỏng trong bồn
ℎ: mức chất lỏng trong bồn (chiều cao cột chất lỏng)
Tín hiệu đo - PM (Measured signal; Prosess Measurement): Là tín hiệu do bộ
chuyển đổi đo cung cấp.
Nhiễu (Disturbance):
Sai số (Error): Sai số là sự sai lệch giữa giá trị của biến được đo và giá trị đặt. Sai
số có thể âm hoặc dương.
E = Giá trị biến được đo – SV
Ví dụ: Trong một vịng điều khiển nhiệt độ, tại một thời điểm, nhiệt độ do cảm biến
nhiệt đo được là 110°C trong khi giá trị đặt SV = 100°C.
Vậy sai số E = 110 – 100 = 10°C
Bài 2: Cơ bản lý thuyết điều khiển quá trình
Trang|9
Offset: là độ lệch ổn định của biến quá trình so với giá trị đặt.
Offset = PV – SP
Cũng trong vịng điều khiển nhiệt độ, nếu chất lỏng q trình luôn luôn được giữ
ổn định ở 100.5°C mặc dù
SV = 100°C thì offset = 100.5 – 100 = 0.5°C
2.4 CÁC LOẠI ĐIỀU KHIỂN
2.4.1 Điều khiển bằng tay (Manual Control)
Hình 2-7: Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp thủ cơng
Hình 2.7 là miêu tả về một ví dụ về điều khiển nhiệt độ trong phịng bằng phương
pháp điều khiển thủ cơng đơn giản. Nhiệt độ phịng trong ví dụ này được điều khiển bởi
dịng hơi nóng do con người đóng hoặc mở van một lượng phù hợp, để có được nhiệt độ
mong muốn thì con người phải theo dõi liên tục nhiệt độ qua một nhiệt kế rồi quyết định
điều khiển cần thiết tới van. Giả sử nhiệt độ phòng thấp hơn nhiệt độ mong muốn thì
van cần phải mở với góc mở lớn hơn và ngược lại nếu nhiệt độ phịng cao hơn nhiệt độ
mong muốn thì van cần phải đóng bớt lại.
Như vậy bằng việc quan sát nhiệt kế và đóng hay mở van một lượng cần thiết ta có
thể duy trì được nhiệt độ trong phịng theo ý muốn. Tuy nhiên phương pháp thủ cơng
này rất khó duy trì được nhiệt độ phịng theo ý muốn.
2.4.2
Điều khiển tự động (Automatic control)
Q trình sử dụng máy móc để thay thế con người thực hiện chức năng điều khiển
được gọi là điều khiển tự động. Để thay thế chức năng điều khiển của con người bằng
một hệ thống điều khiển tự động thì hệ thống điều khiển nhiệt độ ở ví dụ hình 2.7 được
thay đổi bởi hình 2.8.
Bài 2: Cơ bản lý thuyết điều khiển quá trình
Trang|10
Hình 2-8: Điều khiển nhiệt độ tự động
Trong ví dụ ở hình 2.8 chức năng giám sát, theo dõi nhiệt độ (đo lường) của con
người được thay thế bằng bộ cảm biến nhiệt độ, chức năng so sánh, xử lý đưa ra quyết
định điều khiển được thay thế bởi thiết bị gọi là bộ điều khiển (Controller), chức năng
thao tác của con người được thay thế bởi một thiết bị là van điều khiển (Control valve).
Qua hệ thống này nhiệt độ trong phịng được tự động điều khiển mà khơng cần
sự tham gia trực tiếp của con người, bộ cảm biến nhiệt độ liên tục đo và gửi tín hiệu về
bộ điều khiển, bộ điều khiển nhận tín hiệu rồi so sánh với giá trị do con người thiết lập
(Setpoint), nếu phát hiện ra sai lệch nó sẽ gửi tín hiệu tới van điều khiển để van điều
khiển sẽ đóng hay mở một lượng phù hợp nhằm hiệu chỉnh lại sai lệch để đạt được nhiệt
độ như đã thiết lập.
2.4.3 Điều khiển tầng (Cascade control)
Điều khiển bằng tay hay điều khiển tự động được áp dụng đối với từng vòng điều
khiển đơn, nhưng nếu các vòng điều khiển đơn liên kết lại với nhau thì xuất hiện 2 bộ
điều khiển và chỉ có một thiết bị chấp hành như ví dụ điều khiển nhiệt độ trong bồn gia
nhiệt như hình 2-9.
Bình thường, độ mở của van điều khiển lưu lượng hơi nước được quyết định bởi
tín hiệu ra từ bộ điều khiển, nhưng cũng còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như đặc tính
của cơ chế chấp hành van, đặc tính dịng chảy và ma sát chốt van. Hơn nữa lưu lượng
hơi nước qua van không chỉ phụ thuộc vào độ mở của van, mà còn phụ thuộc vào áp
suất dịng hơi, vì thế một sự thay đổi trong áp suất hơi cấp sẽ dẫn đến thay đổi lưu lượng
trong khi độ mở van được giữ cố định. Vấn đề phức tạp ở đây là sự thay đổi lưu lượng
hơi ảnh hưởng tương đối chậm tới nhiệt độ ra của dịng q trình. Hơn nữa, các loại cảm
biến nhiệt độ cũng có qn tính khá lớn, nên ảnh hưởng của nhiễu được phản ảnh rất
Bài 2: Cơ bản lý thuyết điều khiển quá trình
Trang|11
