Bài giảng Điều khiển quá trình nâng cao: Bài 3 - ThS. Nguyễn Thị Lan

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ 

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH
NÂNG CAO
BÀI 3: CÁC SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO

Giảng viên: ThS. Nguyễn Thị Lan
Email: 
Mobile: 098.917.5925
ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO


Bài 3: Các sách lược điều khiển nâng cao

2

MỤC TIÊU CỦA BÀI 3:
Sau khi học xong bài 3, người học có khả năng:
Về kiến thức:
Trình bày được đặc điểm và ứng dụng của sách lược điều khiển truyền
thẳng, điều khiển tỉ lệ và điều khiển tầng;
Phân biệt được đặc điểm khác nhau giữa các sách lược điều khiển;
Về kỹ năng:
Xác định được sách lược điều khiển trên bản vẽ P&ID;
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Rèn luyện tính cẩn thận, kiên nhẫn và trách nhiệm thực hiện công việc.
THỜI LƯỢNG: 21 giờ, LT: 08 giờ, TH: 12 giờ, KT: 01 (LT)

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO


NỘI DUNG BÀI 3

3.1

Điều khiển truyền thẳng

3.2

Điều khiển tỉ lệ

3.3

Điều khiển tầng

3.4

Điều khiển phản hồi kết hợp ĐK truyền thẳng

3.5

Điều khiển phản hồi kết hợp ĐK tỉ lệ

3.6
ThS. Nguyễn Thị Lan

Điều khiển tầng kết hợp ĐK truyền thẳng

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO

3


3.1 Điều khiển truyền thẳng – Feeedforward control
Cần gia nhiệt cho dịng dầu thơ từ TC1 lên TC2 bằng dịng hơi có nhiệt độ
TH1.
TH1, wH

TC1, wC

Heat exchanger

TC2

TH2

Hình 3-1: Sơ đồ khối điều khiển thiết bị gia nhiệt

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO

4

3.1 Điều khiển truyền thẳng – Feeedforward control
Nếu sử dụng sách lược phản hồi, PV được đo và truyền về BĐK..
Dịng hơi TH1
CV

TC

TT

Dịng dầu thơ TC1

Dịng dầu sau khi gia nhiệt TC2

Dòng hơi sau khi
trao đổi nhiệt TH2

Hình 3-2: P&ID điều khiển phản hồi thiết bị gia nhiệt hơi nước

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO

5


3.1 Điều khiển truyền thẳng – Feeedforward control

6

Đặc điểm của sách lược điều khiển truyền thẳng là:

1.
Nhiễu được đo và được transmitter truyền về bộ ĐK.
2.
Bộ điều khiển không điều chỉnh sai lệch giữa PV và SV.
3.
Cấu trúc tổng quát của ĐK truyền thẳng:

NHIỄU

SV

CONTROLLER

MV

PROCESS

PV

Hình 3-3: Cấu trúc tổng quát của sách lược điều khiển truyền thẳng

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO


3.1 Điều khiển truyền thẳng – Feeedforward control

Hình 3-4: P&ID điều khiển truyền thẳng cho thiết bị gia nhiệt hơi nước

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO

7


3.1 Điều khiển truyền thẳng – Feeedforward control
Ưu điểm: tác động nhanh, loại trừ được nhiễu đo được trước khi nhiễu ảnh
hưởng đến ngõ ra.
Nhược điểm: không ổn định được một quá trình mất ổn định.
Ứng dụng: Được kết hợp với các sách lược điều khiển khác như ĐK phản
hồi, ĐK tỉ lệ, ĐK tầng… để làm khâu bù nhiễu đo được.

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO

8


3.2 Điều khiển tỉ lệ – Ratio control

9

Đặc điểm:
duy trì tỉ lệ giữa hai biến tại một giá trị đặt nhằm gián tiếp điều khiển

Ø

một biến thứ ba.
Bộ điều khiển tỉ lệ - ratio controller: chỉ có hệ số tỉ lệ (R), hoàn toàn

Ø

khác với bộ ĐK PID. Ví dụ: R =0.5; 1.0; 1.5, 2.0;…
Các ứng dụng phổ biến:
1.

Trộn nhiên liệu (khí đốt) và khơng khí (đã sấy khô) để nâng cao hiệu
suất đốt cháy ở tua-bin khí tại nhà máy nhiệt điện.

2.

Sản xuất khí H2 trong công nghiệp bằng phương pháp reforming
Hydrocarbon bằng hơi nước.

3.

Kết hợp với các sách lược điều khiển khác như phản hồi, tầng…

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO


3.2 Điều khiển tỉ lệ – Ratio control

10

Ý tưởng thiết kế điều khiển tỉ lệ:
Ratio Setpoint

X

Flow 2 Setpoint = Flow 1 x Ratio Setpoint

FC2

FT1

FT2

PROCESS
Dịng khơng kiểm sốt
(Wild flow)

ThS. Nguyễn Thị Lan

Dịng kiểm sốt
(Controlled flow)

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO


3.2 Điều khiển tỉ lệ – Ratio control

11

P&ID điều khiển tỉ lệ trộn nhiên liệu và không khí:

X

RATIO SETPOINT

FC2

FT2

AIR

FT1

FURNACE
FUEL

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO


3.2 Điều khiển tỉ lệ – Ratio control

12

P&ID steam hydrocarbon reforming process
CH4 + 2H2O → 4H2 + CO2

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO

3.3 Điều khiển tầng – Cascade control

13

Đặc điểm của điều khiển tầng:
ü

Được ứng dụng với các q trình chậm – Slow processes – nơi mà một
vịng điều khiển phản hồi không đáp ứng được chất lượng điều khiển.

ü

Có 2 bộ ĐK: bộ điều khiển chủ hay bộ điều khiển sơ cấp (master/primary
controller) và bộ điều khiển tớ hay bộ điều khiển thứ cấp
(Slave/Secondary controller).

ü

Chỉ tín hiệu ra từ bộ ĐK thứ cấp mới được hiệu truyền đến FCE (thơng
thường là van điều khiển).

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO


3.3 Điều khiển tầng – Cascade control

14

Cấu trúc của ĐK tầng:
FCE

SVBĐK PHỤ = MVBĐK
CHÍNH

SV

BỘ ĐK CHÍNH

BỘ ĐK PHỤ

Process

BIẾN ĐO PHỤ

PV

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO


3.3 Điều khiển tầng – Cascade control

15

P&ID điều khiển tầng cho thiết bị gia hơi nước

FC

FT
FT
TC

Dòng hơi TH 1

CV
TT

Dịng dầu thơ TC 1

Dịng dầu sau khi gia nhiệt TC 2

Dòng hơi sau khi
trao đổi nhiệt TH 2
ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO


3.4 Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển 
truyền thẳng

Ideas

Khâu phản hồi:

Khâu truyền thẳng:

Ø
Khử nhiễu
Ø
Dùng thiết bị đo để đo
nhiễu

Ø

PV được đo và phản
hồi về bộ điều khiển
bằng vòng ĐK phản
hồi

Khâu kết hợp:
Ø

ThS. Nguyễn Thị Lan

Ngõ ra của khâu phản
hồi kết hợp với ngõ ra
của khâu truyền thẳng
bằng bộ cộng tín hiệu
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO

16


3.4 Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển 
truyền thẳng
Feedforward Signals

Feedback signal
+

Dịng hơi TH1

TT

TC

CV

FT
FT

TT

Dịng dầu thơ TC1

Dịng dầu sau khi gia nhiệt TC2

Dịng hơi sau khi
trao đổi nhiệt TH2

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO

17

3.5 Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển tỉ lệ
v

Sản xuất U-rê từ NH3 và CO2

Kiểm sốt
ngun
liệu

Điều
khiển
ngun
liệu

Kiểm sốt SP

§

§

§

Trộn NH3 và
CO2 theo đúng tỉ
lệ phản ứng.
Chọn NH3 là
dòng kiểm sốt.

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐK tỉ lệ để kiểm
sốt khâu trộn
ngun liệu

§

Đạm u-rê được
kiểm sốt chất
lượng
bằng
vịng ĐK phản
hồi.
Ngõ ra của
BĐK chất lượng
U-rê được đưa
đến BĐK dịng
kiểm sốt.

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO

18


3.5 Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển tỉ lệ

19

FC2

Ratio Setpoint

AC

X

SV do người vận
hành nhập vào

FT2
Dòng NH3
(Controlled flow)

REACTOR

AT

FT1
Dòng U-rê (Sản phẩm)

Dịng CO2 (Wild flow)

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO


3.6 Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng
Người ta muốn điều khiển nhiệt độ lò phản ứng – Reactor bằng sách lược
phản hồi kết hợp truyền thẳng với các thơng tin như hình sau:

Chất xử lý vào CH4
Chất xử lý ra H2 và CO2

REACTOR
Hơi nước sôi vào

Hơi nước sôi ra

Các em hãy vẽ sơ đồ P&ID điều khiển lị phản ứng bằng sách lược u cầu?

ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO

20


3.6 Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng

21

TIC-1

FIC-1

∑
Chất xử lý vào

Chất xử lý ra

FT-2

REACTOR
FT-1

TT-1

Hơi nước sôi vào
Hơi nước sơi ra
ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO


3.6 Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng

22

Hơi ra

Điều khiển mức nước trong nồi hơi – Boiler Drum

Hơi

Nước

Nước vào
ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO

3.6 Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng

23

Điều khiển mức nước trong nồi hơi – Boiler Drum
Hơi ra

v

+
FT-2

LIC-1

FIC-1

Hơi

Nước
LT-1
CV-1

ThS. Nguyễn Thị Lan

FT-1
Nước vào

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO

3.6 Điều khiển thiết bị gia nhiệt kiểu 3 tầng
RC

24
TC

QC

TT

FT
FT

Dịng hơi TH1

CV

FT
FT

TT

Dịng dầu thơ TC1

Dịng dầu sau khi gia nhiệt TC2

Dịng hơi ra TH2

ThS. Nguyễn Thị Lan

TT

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH NÂNG CAO


3.6 Điều khiển sản phẩm nồng độ chưng luyện

25

Hơi đỉnh

AC

AT

PT

Nước làm lạnh

TC

TT

FC

FT

Sản phẩm đỉnh

Hồi lưu
ThS. Nguyễn Thị Lan

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO