Bài giảng Điều khiển quá trình nâng cao: Bài 2 - ThS. Nguyễn Thị Lan
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.14 MB, 57 trang )
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ
PVMTC
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH
NÂNG CAO
BÀI 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHUẨN
Giảng viên: ThS. Nguyễn Thị Lan
Email:
Mobile: 098.917.5925
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
Bài 2: Các phương pháp hiệu chuẩn
2
v Thời lượng: 13 giờ, LT: 12 giờ, KT: 01 giờ
v Mục tiêu của bài 2 là:
ü
Trình bày được các phương trình cơ bản được sử dụng trong
việc hiệu chuẩn vịng điều khiển;
ü
Trình bày được phương pháp hiệu chỉnh vịng điều khiển hở,
vịng điều khiển kín và vịng điều khiển trực quan;
ü
Rèn luyện tính cẩn thận, kiên nhẫn và tuân thủ an tồn khi
thực hiện cơng việc.
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
NỘI DUNG BÀI 2
ThS. Nguyễn Thị Lan
2.1
Các phương trình cơ bản
2.2
Hiệu chuẩn vịng điều khiển hở
2.3
Hiệu chuẩn vịng điều khiển kín
2.4
Hiệu chuẩn vịng điều khiển trực quan
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO
3
2.1 Các phương trình cơ bản
4
Có 8 phương trình/biểu thức được sử dụng để ổn định một hệ thống:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Phương trình cân bằng năng lượng (Energy Balance)
Hằng số thời gian (Time Constant)
Phương trình đáp ứng hồn chỉnh (Complete Response
Equation)
Hệ số khuếch đại quá trình (Process Gain)
Dải tỉ lệ (Proportional Band)
Thời gian tích phân (Integral Time)
Thời gian vi phân/đạo hàm (Derivative Time)
Biểu thức vòng điều khiển PID (PID Control)
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
ThS. Nguyễn Thị Lan
5
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
6
2.1.2 Hằng số thời gian (TC - Time Constant)
𝑻𝑻=𝑻÷𝑻
(2.2)
Trong đó:
TC - hằng số thời gian
V - thể tích hoặc trữ lượng của hệ thống
F - Lưu lượng
Một đáp ứng trọn vẹn cần 5 lần hằng số thời gian (TC) để ổn định.
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
7
2.1.2 Hằng số thời gian (TC - Time Constant)
Ví dụ: Nếu lưu lượng chảy vào một hệ thống là 100 gpm (379 l/m)
và trữ lượng của hệ thống là 1000 gallon (3790 lít). Hỏi hệ thống
này phải mất bao lâu để xác lập được trạng thái ổn định nếu có
nhiễu tác động vào hệ thống?
Giải:
TC = 1000 : 100 = 10 phút.
Thời gian để xác lập được trạng thái ổn định nếu có nhiễu tác động
là: 10 x 5 = 50 phút.
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
ThS. Nguyễn Thị Lan
8
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
ThS. Nguyễn Thị Lan
9
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
10
100% 20 FT
Hình 21: Bồn điều áp (A) và đáp ứng của bồn đối với nhiễu (B)
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
ThS. Nguyễn Thị Lan
11
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
ThS. Nguyễn Thị Lan
12
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
ThS. Nguyễn Thị Lan
13
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
14
2.1.7 Thời gian vi phân (Derivative Time)
Thiết bị tạo ra tín hiệu vi phân (tín hiệu đạo hàm) được gọi là bộ vi
phân (differentiator).
Hình 2-2 chỉ ra mối quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra của một bộ vi
phân.
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
15
Hình 22: Ngõ ra vi phân cộng với tỉ lệ (P+D)
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
ThS. Nguyễn Thị Lan
16
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
17
2.1.8 Biểu thức vịng điều khiển PID (PID Control)
(2.9)
Trong đó:
PPID (t) = ngõ ra của bộ điều khiển ở chế độ PID
KP ((∆EP)/∆t)(t) = tác động tỉ lệ đối với tốc độ thay đổi tuyến tính
KP .KI((∆EP)/∆t)(t2) = tác động tích phân đối với tốc độ thay đổi
tuyến tính
KP .TD(∆EP/∆t) = tác động vi phân đối với tốc độ thay đổi tuyến tính
P0 = ngõ ra của bộ điều khiển tại thời điểm bắt đầu có sự thay đổi ở
ngõ vào
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO
2.1 Các phương trình cơ bản
18
Hình 23: Ngõ ra của bộ điều khiển PID
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.2 Hiệu chuẩn vịng điều khiển hở Open loop tuning
2.2.1
Tổng quan về qui trình thực hiện – Procedure Overview
Bước 1: Cài đặt bộ điều khiển ở chế độ MAN.
Bước 2: Điều chỉnh MV (độ mở van) để PV đạt đến SV và ổn định tại SV.
Bước 2: Tăng MV thêm 5% (chính là tạo ra nhiễu tác động vào vòng ĐK).
Bước 3: Theo dõi đáp ứng của PV và chờ cho đến khi PV ổn định ở vị trí mới.
Bước 4: In hoặc dừng đồ thị đáp ứng của PV và MV để xác định các giá trị
∆MV, ∆PV, thời gan chết (deadtime) và hằng số thời gian (time constant).
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO
19
2.2 Hiệu chuẩn vịng điều khiển hở Open loop tuning
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
20
2.2 Hiệu chuẩn vịng điều khiển hở Open loop tuning
2.2.2
Phương pháp hằng số thời gian – Time constant method
%∆Input
100% tổng thay đổi PV
%∆Output
Hình 24: Phương pháp xác định hằng số thời gian
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
21
2.2 Hiệu chuẩn vịng điều khiển hở Open loop tuning
2.2.2
Phương pháp hằng số thời gian – Time constant method
Bảng 21: Bảng tính thơng số PID bằng phương pháp hằng số thời gian
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
22
2.2 Hiệu chuẩn vịng điều khiển hở Open loop tuning
2.2.2
Phương pháp hằng số thời gian – Time constant method
Ví dụ: Đồ thị đáp ứng của một vòng điều khiển hở thu được ở hình 2-4. Hãy
xác định các thơng số td , t và K để sau đó tính P, I và D cho bộ ĐK? Cho
biết input range 3÷15 psi.
Hình 24 : Đồ thị đáp ứng của biến q trình đối với nhiễu bước
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
23
2.2 Hiệu chuẩn vòng điều khiển hở Open loop tuning
2.2.2
24
Phương pháp hằng số thời gian – Time constant method
Chế độ
ĐK
KP
PB (%)
I (phút)
D (phút)
P
1.7
60%
9999
0
PI
1.5
67%
0.7
0
PID
2.0
50%
0.4
0.1
Bảng 21: Bảng tính thơng số PID bằng phương pháp hằng số thời gian
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
2.2 Hiệu chuẩn vịng điều khiển hở Open loop tuning
ThS. Nguyễn Thị Lan
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO
25
