Nghiên cứu sử dụng hệ thống điều khiển quá trình để điều khiển nhiệt độ, thông gió và điều hòa không khí trong tòa nhà HVAC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




ĐOÀN XUÂN THỰC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ
TRÌNH ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ, THÔNG GIÓ VÀ
ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRONG TÒA NHÀ




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa





THÁI NGUYÊN, 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



ĐOÀN XUÂN THỰC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ
TRÌNH ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ, THÔNG GIÓ VÀ ĐIỀU
HÒA KHÔNG KHÍ TRONG TÒA NHÀ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 60520216


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC


TS. NGUYỄN QUÂN NHU



THÁI NGUYÊN, 2015
i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Đoàn Xuân Thực
Học viên lớp cao học khóa K15 – Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa- Trƣờng
Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Trƣờng Cao đẳng Mỏ Hữu nghị - Vinacomin
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nêu
trong luận văn là trung thực. Những kết luận khoa học của luận văn chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc.

Ngƣời thực hiện


Đoàn Xuân Thực
ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn của nhà
trƣờng, các khoa, phòng ban chức năng, các thầy cô giáo và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo, các giảng viên đã tạo
điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Nguyễn Quân Nhu, Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình hƣớng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo ở phòng thí nghiệm đã
giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất.

Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể luận
văn còn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ các thầy cô
giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý nghĩa ứng dụng trong
thực tế.
Xin chân thành cảm ơn!
NGƢỜI THỰC HIỆN


Đoàn Xuân Thực
iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỞ ĐẦU 1
1. Lý do chọn đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Đối tƣợng nghiên cứu 2
4. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3
5. Nội dung thực hiện 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 4
1.1 Khái niệm về điều khiển quá trình? 4
1.1.1 Quá trình và các biến quá trình 4
Hình 1.1 Quá trình và phân loại biến quá trình 5
1.1.2 Phân loại quá trình 7
1.2 Mục đích và chức năng điều khiển quá trình 8
1.2.1. Vận hành ổn định 8

1.2.2. Năng xuất và chất lƣợng sản phẩm 9
1.2.3. Vận hành an toàn 9
1.2.4. Bảo vệ môi trƣờng 9
1.2.5. Hiệu quả kinh tế 10
1.3 Phân cấp chức năng điều khiển quá trình 10
1.3.1 Giao diện quá trình 10
1.3.2 Điều khiển cơ sở 10
1.3.3 Điều khiển vận hành và giám sát 11
1.3.4 Điều khiển cao cấp 11
1.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống 11
1.4.1 Thiết bị đo 12
1.4.2 Thiết bị điều khiển 12
1.4.3 Thiết bị chấp hành 13
1.5 Các nhiệm vụ phát triển hệ thống 13
1.5.1 Phân tích chức năng hệ thống 13
1.5.2 Xây dựng mô hình quá trình 13
1.5.3 Thiết kế cấu trúc điều khiển 14
iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.5.4 Thiết kế thuật toán điều khiển 14
1.5.5 Lựa chọn giải pháp hệ thống 15
1.5.6 Phát triển phần mềm ứng dụng 15
1.5.7 Chỉnh định và đƣa vào vận hành 15
1.6 Mô tả chức năng hệ thống 15
1.6.1 Các tài liệu mô tả đồ họa 16
CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC HVAC 17
2.1 Giới thiệu hệ thống HVAC 17
2.1.1: Hệ thống điều hòa không khí 17

2.1.2 Hệ thống điều khiển nhiệt độ 22
2.2 Xây dựng mô hình toán hệ thống HVAC 26
2.2.1 Mô hình buồng không gian HVAC 28
Hình 2.6: Mô hình không gian HVAC 30
2.2.2 Mô hình dàn lạnh 30
Hình 2.7 Cuộn làm mát 31
2.2.3 Mô hình dàn nóng 33
2.2.4 Mô hình làm ẩm 34
2.25 Mô hình hộp trộn 34
2.2.6 Mô hình ống dẫn 34
2.2.7 Mô hình quạt 35
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CẤU TRÚC, THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ
PHỎNG 36
3.1. Các phƣơng pháp điều khiển cơ sở 36
3.1.1 Điều khiển phản hồi 36
3.1.2 Điều khiển truyền thẳng (Feed Forward) 39
3.1.3 Điều khiển tỉ lệ 42
3.1.4 Điều khiển tầng (cascade control) 47
3.1.5 Điều khiển suy diễn 49
3.1.6. Điều khiển lựa chọn 49
3.2. Lựa chọn cấu trúc điều khiển hệ thống [8] 50
3.3. Xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ thống điều khiển nhiệt độ, độ ẩm và mô
phỏng 51
3.3.1 Mô hình toán học cho hệ thống 51
CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH HVAC TẠI TRUNG TÂM THÍ
NGHIỆM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 57
v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4.1. Giới thiệu mô hình 57
4.2. Khảo sát đáp ứng của hệ thống với bài toán điều khiển nhiệt độ, độ ẩm trong hệ
thống thông gió, điều hòa không khí 61
4.3. Kết luận 63
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO 65



vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quá trình và phân loại biến quá trình 5
Hình 1.2 Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình 12
Hình 2.1: Cấu trúc đảm bảo cơ bản 17
Hình 2.2 Cấu tạo của cặp đo nhiệt 23
Hình 2.3 Cấu tạo thermistor 24
Hình 2.4 Cấu tạo bán dẫn 25
Hình 2.5: Cấu tạo hỏa kế 26
Hình 2.6: Mô hình không gian HVAC 30
Hình 2.7 Cuộn làm mát 31
Hình 3.1 Cấu trúc tổng quát của điều khiển phản hồi 36
Hình 3.2 Cấu hình điều khiển phản hồi thông dụng (một bậc tự do) 37
Hình 3.3 Cấu trúc bộ điều khiển truyền thẳng 39
Hình 3.4 Cấu trúc tổng quát của điều khiển truyền thẳng 40
Hình 3.5 Hai cấu hình điều khiển tỉ lệ 44
Hình 3.6 Hệ thống trao đổi nhiệt trực lưu 45

Hình 3.7 Hai cấu trúc điều khiển tầng 48
Hình 3.8: Mô hình buồng không gian HVAC 51
Hình 3.9: Mô hình cuộn nóng 52
Hình 3.10: Mô hình bộ tạo ẩm 52
vii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Hình 3.11: Mô hình hộp trộn 53
Hình 3.12: Mô hình ống dẫn 53
Hình 3.13: Mô hình quạt 53
Hình 3.14: Mô hình toàn bộ hệ thống 54
Hình 3.15: Nhiệt độ đầu ra hệ thống HVAC 56
Hình 3.16: Độ ẩm tương đối hệ thống HVAC 56
Hình 4.1: Mô hình hệ thống 58
Hình 4.2: Bàn điều khiển của hệ thống 59
Hình 4.3: Hệ thống HVAC 60
Hình 4.4: Màn hình giám sát và điều khiển 61
Hình 4.5: Hiển thị thông số 62
Hình 4.6: Đặc tính của động cơ quạt trong mô hình HVAC 63




1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Ở các nƣớc phát triển việc sử dụng hệ thống quản lý tòa nhà BMS
(Building Management System) rất phổ biến, nhƣng ở Việt Nam việc sử dụng hệ
thống này còn rất hạn chế. BMS là hệ thống tích hợp điều khiển và giám sát các
hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà nhằm phối hợp vận hành các hệ thống con một
cách thống nhất và linh hoạt. Hệ thống BMS ra đời trợ giúp cho việc quản lý các
tòa nhà một cách hiệu quả và kinh tế.



Hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Management System)
HVAC (Heating Ventilation and Air Conditioning) là một phần không thể
thiếu đƣợc của BMS, đây là hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí,
có tác dụng điều chỉnh, cải thiện môi trƣờng không khí, môi trƣờng làm việc của
con ngƣời trong tòa nhà. Do nhu cầu nâng cao chất lƣợng môi trƣờng nói chung,
đặc biệt là môi trƣờng sống và làm việc. Vì vậy việc tìm hiểu và áp dụng dịch vụ
HVAC và hệ thống BMS là rất cần thiêt.
2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Hiện nay tại Trung tâm thí nghiệm -Trƣờng ĐHKTCN đƣợc trang bị mô
hình quá trình dịch vụ trong tòa nhà HVAC phục vụ cho công tác thí nghiệm và
NCKH. Để nâng cao hiểu biết, khả năng khai thác và vận dụng vào thực tế công
tác, đƣợc sự giúp đỡ của Thày giáo hƣớng dẫn tôi quyết định chọn đề tài:
"Nghiên cứu sử dụng hệ thống điều khiển quá trình để điều khiển nhiệt độ, thông
gió và điều hòa không khí trong tòa nhà HVAC"
2. Mục đích nghiên cứu
* Mục tiêu chung:
Nghiên cứu lý thuyết về kỹ thuật thông gió, điều khiển nhiệt độ, điều hòa
không khí trong các tòa nhà và việc điều khiển các yếu tố này bằng hệ thống

điều khiển quá trình.
Các mục tiêu cụ thể là:
* Về lý thuyết:
- Nghiên cứu lý thuyết về kỹ thuật thông gió, điều khiển nhiệt độ và điều
hòa không khí trong các tòa nhà.
- Nghiên cứu lý thuyết về điều khiển quá trình và việc điều khiển thông gió,
nhiệt độ và điều hòa không khí trong các tòa nhà bằng hệ thống điều khiển quá trình.
* Về thực tế:
- Nghiên cứu việc áp dụng lý thuyết điều khiển quá trình vào việc điều
khiển thông gió, nhiệt độ và điều hòa không khí trong các tòa nhà, thông qua
việc tìm hiểu “mô hình quá trình dịch vụ trong tòa nhà HVAC” đƣợc trang bị tại
Trung tâm thí nghiệm Trƣờng ĐHKTCN.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
- Nghiên cứu xây dựng cấu trúc, thuật toán điều khiển trong điều khiển
quá trình
- Nghiên cứu bộ điều khiển phản hồi cho hai bài toán gia nhiệt và thông
gió, điều hòa không khí.
- Thực hiện mô phỏng để kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu
3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

- Thực nghiệm trên mô hình HVAC tại Phòng 509 - Trung tâm thí nghiệm
Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
4. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Trong nhiều năm qua nền kinh tế nƣớc ta từng bƣớc phát triển và đạt đƣợc
nhiều thành tựu to lớn. Kinh tế phát triển nên mức sống tăng lên và các công trình xây
dựng nhƣ nhà cửa, khách sạn, văn phòng … mọc lên nhanh chóng. Khi mức sống tăng
lên thì con ngƣời sẽ nghĩ đến việc chăm sóc sức khỏe. Một trong những yếu tố quan
trọng ảnh hƣởng tới sức khỏe là môi trƣờng không khí xung quanh. Môi trƣờng không

khí xung quanh hầu nhƣ không đáp ứng đƣợc các điều kiện. Chính từ mục tiêu đảm
bảo sức khỏe này mà chúng ta cần xậy dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ, thông gió và
điều hòa không khí
Tuy nhiên đo chƣa hoàn thiện về mặt kỹ thuật nên hệ thống này cần đƣợc
nghiên cứu kỹ và tìm kiếm các bộ điều khiển khác nhau để tìm ra phƣơng án kỹ thuật
tối ƣu nhất. Ý nghĩa khoa học ở trọng luận vân này là góp phần hoàn thiện thêm về
chất lƣợng cho hệ thống HVAC.
5. Nội dung thực hiện
Chƣơng 1: Tổng quan về lý thuyết điều khiển quá trình
Chƣơng 2: Giới thiệu và xây dựng mô hình toán học hệ thống HVAC
Chƣơng 3: Thiết kế cấu trúc, thuật toán điều khiển và mô phỏng
Chƣơng 4: Thực nghiệm trên mô hình HVAC tại phòng thí nghiệm Trƣờng Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên


4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

Hệ thống điều khiển và giám sát là thành phần không thể thiếu trong mỗi nhà
máy công nghiệp hiện đại. Từ những năm đầu của nửa đầu thế kỷ trƣớc cho tới nay,
điều khiển tự động chiếm vai trò ngày càng quan trọng trong công nghiệp khai thác,
chế biến và năng lƣợng (gọi chung là công nghiệp chế biến) nhƣ công nghiệp dầu khí,
lọc dầu, hóa dầu, hóa chất, dƣợc phẩm, thực phẩm, nhà máy điện. Các hệ thống điều
khiển và giám sát đƣợc sử dụng trong những lĩnh vực đó có một số đặc thù chung,
đƣợc xếp vào phạm trù các hệ thống điều khiển quá trình (process control system).
Một hệ thống điều khiển quá trình chứa đựng trong đó toàn bộ các giải pháp đo lƣờng,
điều khiển, vận hành và giám sát nhằm đảm bảo các yêu cầu của quá trình và thiết bị

công nghệ nhƣ chất lƣợng sản phẩm, sản lƣợng, hiệu quả sản xuất, an toàn cho con
ngƣời, máy móc và môi trƣờng.
1.1 Khái niệm về điều khiển quá trình?
Khái niệm điều khiển quá trình đƣợc hiểu là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động
trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ nhằm đảm bảo chất lƣợng
sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an toàn cho con ngƣời, máy móc và môi trƣờng.
1.1.1 Quá trình và các biến quá trình
Quá trình đƣợc định nghĩa là một trình tự các diễn biến vật lý, hóa học hoặc sinh
học, trong đó vật chất, năng lƣợng hoặc thong tin đƣợc biến đổi, vận chuyển hoặc lƣu
trữ. Quá trình công nghệ là những quá trình liên quan đến biến đổi, vận chuyển hoặc
lƣu trữ vật chất và năng lƣợng, nằm trong một dây chuyền công nghệ hoặc một nhà
máy sản xuất năng lƣợng. Một quá trình công nghệ có thể chỉ đơn giản nhƣ quá trình
cấp liệu, trao đổi nhiệt, pha chế hỗn hợp cũng có thể phức tạp hơn nhƣ một tổ hợp lò
phản ứng – tháp chƣng luyện hoặc một tổ hợp lò hơi, tua bin. Quá trình kỹ thuật là một
quá trình với các đại lƣợng kỹ thuật đƣợc đo hoặc/và đƣợc can thiệp. Khi nói tới một
quá trình kỹ thuật, ta hiểu là quá trình công nghệ cùng với các phƣơng tiện kỹ thuật
nhƣ thiết bị đo và thiết bị chấp hành.
Trạng thái hoạt động và diễn biến của một quá trình thể hiện qua các biến quá trình.
Khái niệm quá trình cùng với sự phân loại các biến quá trình đƣợc minh họa nhƣ hình sau:
5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Hình 1.1 Quá trình và phân loại biến quá trình
Một biến vào là một đại lƣợng hoặc một điều kiện phản ánh tác động từ bên ngoài
vào quá trình, ví dụ lƣu lƣợng dòng nguyên liệu, nhiệt độ hơi nƣớc cấp nhiệt, trạng thái
đóng/mở của rơ le… Một biến ra là một đại lƣợng hoặc một điều kiện thể hiện tác động
của tác động của quá trình ra bên ngoài, ví dụ nồng độ hoặc lƣu lƣợng sản phẩm ra, nồng
độ khí thải ở mức bình thƣờng hay quá cao… Nhìn từ quan điểm lý thuyết hệ thống, các

biến vào thể hiện nguyên nhân trong khi các biến ra thể hiện kết quả (quan hệ nhân – quả).
Bên cạnh các biến vào, ra, nhiều khi ta cũng quan tâm tới các biến trạng thái. Các biến
trạng thái mang thông tin về trạng thái bên trong quá trình, ví dụ nhiệt độ lò, áp suất hơi
hoặc mức chất lỏng hoặc cũng có thể là dẫn xuất từ các đại lƣợng đặc trƣng khác, ví dụ
nhƣ tốc độ biến thiên nhiệt độ, áp suất hoặc mức. Trong nhiều trƣờng hợp, một biến trạng
thái cũng có thể coi là một biến ra. Ví dụ, mức nƣớc của một bình chứa vừa có thể coi là
một biến trạng thái, vừa có thể coi là một biến ra.
Một cách tổng quát, nhiệm vụ của hệ thống điều khiển quá trình là can thiệp các
biến vào của quá trình một cách hợp lý để các biến ra của nó thỏa mãn các chỉ tiêu cho
trƣớc, đồng thời giảm thiểu ảnh hƣởng xấu của quá trình kỹ thuật với con ngƣời và
6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

môi trƣờng xung quanh. Hơn nữa, các diễn biến của quá trình cũng nhƣ các tham số,
trạng thái hoạt động của các thành phần trong hệ thống cần đƣợc theo dõi và giám sát
chặt chẽ. Tuy nhiên, trong một quá trình công nghệ thì không phải biến nào cũng có
thể can thiệp đƣợc và không phải biến ra nào cũng cần phải điều khiển.
Biến cần điều khiển là một biến ra hoặc biến trạng thái của một quá trình đƣợc
điều khiển, điều chỉnh sao cho gần với một giá trị mong muốn hay giá trị đặt hoặc bám
theo một biến chủ đạo/tín hiệu mẫu. Các biến cần điều khiển liên quan hệ trọng tới sự
vận hành ổn định, an toàn của hệ thống hoặc chất lƣợng sản phẩm. Nhiệt độ, mức, lƣu
lƣợng, áp suất và nồng độ là những biến cần điều khiển tiêu biểu nhất trong các hệ
thống điều khiển quá trình. Các biến ra hoặc biến trạng thái còn lại của quá trình có thể
đƣợc đo, ghi chép hoặc hiển thị.
Biến điều khiển là một biến vào của quá trình có thể can thiệp trực tiếp từ bên
ngoài qua đó tác động tới biến ra theo ý muốn. Trong điều khiển quá trình thì điều
khiển lƣu lƣợng là tiêu biểu nhất.
Những biến vào còn lại không can thiệp đƣợc một cách trực tiếp hay gián tiếp
trong phạm vi quá trình đang quan tâm đƣợc gọi là nhiễu. Nhiễu tác động tới quá trình

một cách không mong muốn, vì thế cần có biện pháp nhằm loại bỏ hoặc ít nhất là làm
giảm thiểu ảnh hƣởng của nó. Có thể phân biệt hai loại nhiễu có đặc trƣng khác hẳn
nhau là nhiễu quá trình và nhiễu đo. Nhiễu quá trình là những biến vào tác động lên
quá trình kỹ thuật một cách cố hữu nhƣng không can thiệp đƣợc, ví dụ trọng lƣợng
hàng cần nâng, lƣu lƣợng chất lỏng ra, thành phần nhiên liệu… Còn nhiễu đo hay
nhiễu tạp là nhiễu tác động lên phép đo gây sai số trong giá trị đo đƣợc.
Các biến quá trình có thể đo đƣợc hoặc không đo đƣợc. Trong đa số các trƣờng
hợp, biến cần điều khiển cũng là một đại lƣợng đo đƣợc. Tuy nhiên nếu phép đo một
đai lƣợng quá chậm, quá thiếu chính xác hoặc quá tốn kém, nó có thể quan sát đƣợc,
tính toán hoặc điều khiển gián tiếp thông qua một đại lƣợng khác thay vì đo hoặc điều
khiển trực tiếp. Vì thế một biến cần điều khiển trong nhiều trƣờng hợp chƣa chắc đã là
một biến đƣợc điều khiển.
7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Trong nhiều bài toán, việc nhận biết quá trình cũng nhƣ lựa chọn các biến đƣợc
điều khiển và các biến điều khiển không phải bao giờ cũng dễ dàng. Đây là một trong
những nhiệm vụ quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống điều khiển.
1.1.2 Phân loại quá trình
Các quá trình công nghệ có thể đƣợc phân loại theo nhiều quan điểm khác nhau. Các
phân biệt thứ nhất là dựa trên số lƣợng biến vào và biến ra. Một quá trình chỉ có một biến
ra đƣợc gọi là quá trình đơn biến, còn nếu có nhiều biến ra thì đƣợc gọi là quá trình đa
biến. Một quá trình một vào – một ra đƣợc gọi tắt là SISO, quá trình nhiều vào – nhiều ra
đƣợc gọi tắt là MIMO. Có thể nói hầu hết quá trình công nghệ đều là đa biến.
Dựa trên đặc tính của những đại lƣợng đặc trƣng (biến đầu ra hoặc biến trạng thái
tiêu biểu) ta cũng có thể phân loại các quá trình thành quá trình liên tục, quá trình gián
đoạn, quá trình rời rạc và quá trình mẻ. Trong một quá trình liên tục, các nguyên liệu
hoặc năng lƣợng đầu vào đƣợc vận chuyển hoặc biến đổi một cách liên tục (hoặc gần
nhƣ liên tục). Một khi đã đạt đƣợc trạng thái xác lập, bản chất của quá trình không phụ

thuộc vào thời gian vận hành. Các đại lƣợng đặc trƣng của quá trình liên tục là các
biến tƣơng tự, tức chúng có thể lấy một giá trị bất kỳ trong phạm vi giới hạn. Quá trình
trao đổi nhiệt, quá trình bay hơi, quá trình vận chuyển chất lỏng và chất khí là các ví
dụ quá trình liên tục tiêu biểu. Một quá trình gián đoạn (hay còn gọi là quá trình không
liên tục) có bản chất giống nhƣ quá trình liên tục, tuy nhiên các biến vào ra chỉ đƣợc
quan sát tại những thời điểm gián đoạn nhất định.
Trong một quá trình rời rạc, các đại lƣợng đặc trƣng chỉ thay đổi giá trị tại một số
thời điểm nhất định và chỉ có thể lấy giá trị rời rạc trong một tập hữu hạn cho trƣớc,
tạo nên giá trị rời rạc của quá trình. Cũng vì vậy các đại lƣợng đặc trƣng của một quá
trình rời rạc thƣờng đƣợc biểu diễn bằng các biến số nguyên, trong trƣờng hợp đặc biệt
là các ký tự (cho các sự kiện) hoặc biến logic (cho các trạng thái logic). Quá trình đóng
bao, đóng chai, quá trình phục vụ, quá trình phục vụ, quá trình chế tạo, quá trình chế
tạo, quá trình lắp ráp là các ví dụ quá trình rời rạc tiêu biểu.
Một quá trình mẻ là một quá trình hỗn hợp, có đặc trƣng của cả quá trình liên tục
và quá trình rời rạc. Quá trình mẻ hoạt động theo một quy trình thao tác cho trƣớc và
tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn hữu hạn tƣơng ứng với một mẻ. Các đại lƣợng
8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

đặc trƣng của một quá trình mẻ bao gồm các biến tƣơng tự và biến rời rạc. Đặc biệt
yếu tố thời gian và yếu tố sự kiện đóng một vai trò quan trọng trong một quá trình mẻ.
Các quá trình phản ứng hóa học, quá trình pha chế, quá trình lên men là những ví dụ
tiêu biểu cho quá trình mẻ.
Quá trình liên tục và quá trình mẻ là đặc trƣng của các ngành công nghiệp chế
biến, trong quá trình rời rạc là đặc trƣng của các ngành công nghiệp chế tạo và lắp ráp.
Do vậy trong lĩnh vực điều khiển quá trình ta quan tâm trƣớc hết tới quá trình liên tục
và quá trình mẻ. Tuy nhiên, ngay cả trong những nhà máy chế biến cũng tồn tại một số
quá trình rời rạc, ví dụ quá trình nhập xuất hàng, vận chuyển, đóng bao, đóng chai,
khởi động/dừng thiết bị…

1.2 Mục đích và chức năng điều khiển quá trình
Nhiệm vụ của điều khiển quá trình là đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, hiệu
quả và kinh tế cho quá trình công nghệ. Trƣớc khi tìm hiểu hoặc xây dựng một hệ
thống điều khiển quá trình, ngƣời kỹ sƣ cần làm rõ các mục đích điều khiển và chức
năng hệ thống cần thực hiện nhằm đạt đƣợc các mục đích đó. Việc đặt bài toán và đi
đến xây dựng một giải pháp điều khiển quá trình bao giờ cũng bắt đầu với việc tiến
hành phân tích và cụ thể hóa các mục đích điều khiển. Phân tích mục đích điều khiển
là cơ sở quan trọng cho việc đặc tả các chức năng cần thực hiện của hệ thống điều
khiển quá trình.
Toàn bộ các chức năng của một hệ thống điều khiển quá trình có thể phân loại và
sắp xếp nhằm phục vụ các mục đích cơ bản sau đây:
1.2.1. Vận hành ổn định
Để đảm bảo một nhà máy vận hành ổn định và trơn tru, yêu cầu trƣớc tiên là từng
tổ hợp công nghệ và từng quá trình phải vận hành ổn định cũng nhƣ sự phối hợp giữa
chúng phải nhịp nhàng, trơn tru. Trong lý thuyết điều khiển tự động, chúng ta đã có
những định nghĩa chặt chẽ tính ổn định của hệ thống và cách xác định tính ổn định
bằng các công cụ toán học và đồ hoạ. Ở đây tính ổn định sẽ đƣợc diễn giải một cách
thực tế, theo yêu cầu vận hành của quy trình công nghệ.
9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2.2. Năng xuất và chất lượng sản phẩm
Trong

l
ĩnh vực công nghệ hoá học và thực phẩm, chất lƣợng sản phẩm hầu hết
đƣợc thể hiện trực tiếp qua thành phần
hoá

h
ọc, nồng độ, mật độ và một số tính chất
hoá

h
ọc hoặc vật lý khác. Trong khi đó, năng xuất thƣờng đƣợc thể hiện qua lƣu lƣợng
s
ản
phẩm. Nhiệm vụ đảm bảo chất lƣợng sản phẩm và năng xuất cũng thuộc về chức năng
điều chỉnh.
Tính
ổn định liên quan
nhi
ều nhƣng chƣa quyết định tới chất lƣợng sản phẩm.
Yêu

c
ầu đặt ra cho bài toán điều chỉnh ở đây cao h ơn. Để đảm bảo chất lƣợng sản
ph
ẩm,
không phải là duy trì các biến quá trình
liên

quan
ổn định tại một giá trị bất kỳ,
mà

ph
ải
điều chỉnh sao cho chúng nhanh chóng tiến tới và nằm trong phạm vi

cho
trƣớc. Trong
ví dụ thiết bị khuấy trộn, chất lƣợng sản phẩm đ
òi

h
ỏi thành phần ra
không

nh
ững ổn
định mà còn phải đảm bảo đúng theo một giá trị đặt trƣớc, hoặc ít ra
là

v
ới một sai lệch
nằm trong một phạm vi cho phép. Nhƣ vậy sai lệch điều khiển hay nói đúng hơn diễn
biến của sai lệch điều khiển theo thời gian là
m
ột trong những chỉ tiêu đánh giá chất
lƣợng quan trọng.
1.2.3. Vận hành an toàn
B
ất cứ một giải pháp điều khiển quá trình công nghiệp nào cũng phải đảm bảo
v
ận
hành một hệ thống một cách an toàn và để bảo vệ mọi ngƣời
,

các

thi
ết bị máy móc va môi
trƣờng xung quanh trong các trƣờng hợp xảy ra sự cố. Chính vì tầm quan trọng
c
ủa vấn đề
an toàn cho máy móc, con ngƣời và môi trƣờng xung quanh chi phí cho đảm bảo chức
năng này đối với một hệ thống có thể vƣợt xa chi phí cho thực hiện các
ch
ức năng điều
khiển t
hu
ần tuý
.

1.2.4. Bảo vệ môi trường
M
ột hệ thống vận hành an toàn không thể xảy ra sự cố cũng đã góp phần bảo vệ môi
trƣờng. Tuy nhiên vấn đề bảo vệ môi trƣờng cần đƣợc chú trọng hơn thông qua
gi
ảm
nồng độ khí thải độc hại
,

gi
ảm lƣợng nƣớc sử dụng và nƣớc tải, hạn chế lƣợng
b
ụi và
khói. Dễ thấy mức độ ô nhiễm môi trƣờng của một nhà máy một phần liên
quan

t
ới
các

thi
ết bị quá trình và công nghệ áp dụng, nhƣ một phần không nhỏ thuộc
trách

nhi
ệm của
hệ thống điều khi ển. Việc giảm thiểu hoặc ít nhất là duy trì các đại lƣợng liên quan tới ô
nhiễm môi trƣờng ở mức cho phép phụ thuộc vào chức năng điều
ch
ỉnh đặt ra duy trì
t
ỷ
10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

lệ giữa lƣợng nhiên liệu (bột than) và không khí ở một giá trị
thích

h
ợp tuỳ theo nồng độ
ôxy tro
ng

không

khí

và

ch
ất lƣợng than
.

Vi
ệc giảm tiêu thụ nguyên liệu và nhiên liệu sử dụng một mặt nâng cao chất lƣợng
và nâng cao hiệu quả kinh tế, mặt khác góp phần bảo vệ t
ài

nguyên

thiên

nhiên
và môi
trƣờng. Đây cũng là vấn đề thuộc trách nhiệm chung của nh ững nhà thiết kế
công

ngh
ệ
cùng những ngƣời thiết kế sách lƣợc và thuật toán điều khiển
.

C
ần lƣu ý

r
ằng những dây
chuyền công nghệ mới cho phép vận hành với hiệu quả cao, tiêu ít
nhiên

nguyên

v
ật liệu
thông qua chu trình kết hợp
,

chu

trình

khép

kín

và

tái

s
ử dụng năng lƣợng, nhƣng lại là
những quá trình rất khó điều khiển, điều kiện vận hành bị
ràng

bu

ộc, đặt ra yêu cầu ngày
càng cao hơn cho các chức năng điều khiển quá trình.
1.2.5. Hiệu quả kinh tế
Để đạt đƣợc hiệu quả kinh tế, hệ thống điều khiển quá tr
ình

không

nh
ững phải đảm
bảo chất lƣợng theo yêu cầu, mà năng xuất phải thích ứng đƣợc với yêu cầu thị trƣờng
(trong hầu hết các trƣờng hợp liên quan tới lƣu lƣợng sản phẩm ra) cũng nhƣ
tiêu

hao

ít

nguyên

nhiên

li
ệu
.

Rõ

ràng

bài

toán
đặt ra là ta phải cân
nh
ắc giữa chi phí cho tác động
điều khiển (năng lƣợng, độ hao mòn thiết bị) với chất lƣợng sản phẩm
.

1.3 Phân cấp chức năng điều khiển quá trình
Các chức năng điều khiển quá trình có thể đƣợc phân cấp theo nhiều cách khác
nhau, ví dụ theo thiết bị thực hiện, theo mức độ tự động hóa hoặc theo tính chất nhiệm
vụ. Trong thực tế, các chức năng cũng có thể đƣợc xếp vào một trong 4 nhóm chính
dựa theo tính chất nhiệm là: Giao diện quá trính, điều khiển cơ sở, điều khiển cao cấp
và vận hanh – giám sát.
1.3.1 Giao diện quá trình
Cấp giao diện quá trình bao gốm các chức năng đo lƣờng, chuyển đổi/ truyền tín
hiệu cấp trƣờng, hiển thị, ghi chép giá trị tại chỗ, đóng/cắt, truyền động và bảo vệ. Nếu
so sánh với mô hình phân cấp tự động hóa thì giao diện quá trình tƣơng ứng với cấp
cảm biến – chấp hành hoặc một phần của cấp trƣờng.
1.3.2 Điều khiển cơ sở
Theo tiêu chuẩn ANSI/ISA 88.01-1995, điều khiển cơ sở đƣợc định nghĩa là
“điều khiển chuyên dụng cho thiết lập và duy trì một trạng thái cụ thể của thiết bị hoặc
11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

quá trình” Chức năng điều khiển cơ sở có thể do các bộ điều khiển thực hiện một cách
tự động hoặc do ngƣời vận hành trực tiếp đảm nhiệm. Các chức năng điều khiển cơ sở
tiêu biểu trong một hệ thống điều khiển quá trình bao gồm điều chỉnh, điều khiển rời

rạc và điều khiển trình tự.
1.3.3 Điều khiển vận hành và giám sát
Một hệ thống điều khiển hiện đại không chỉ dừng lại ở mức điều khiển tự động,
mà còn phải chứa các thành phần vận hành và giám sát. Ví dụ, ngƣời vận hành cần
phải có khả năng khởi động hệ thống, dừng hệ thống, quan sát các đại lƣợng quá trình
cần điều khiển và thay đổi giá trị đặt cho chúng, thay đổi chế độ vận hành, chỉnh định
lại tham số cho các bộ điều khiển…
1.3.4 Điều khiển cao cấp
Chức năng điều khiển cao cấp đƣợc hiểu là một chức năng điều khiển tự động
nhƣng nằm phía trên điều khiển cơ sở, không làm việc trực tiếp với các tín hiệu vào/ra
quá trình. Chức năng điều khiển cao cấp có thể tự động tạo giá trị đặt hoặc can thiệp
vào các thông số điều khiển cơ sở. Thông thƣờng chức năng điều khiển cao cấp đƣợc
đặt ở phía trên hoặc cùng cấp với vận hành và giám sát. Một hệ thống điều khiển quá
trình có thể cung cấp các chức năng điều khiển cao cấp nhƣ điều khiển công thức và
quản lý mẻ, điều khiển chuyên gia, điều khiển chất lƣợng và tối ƣu hóa thời gian thực.
1.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống
Tùy theo quy mô ứng dụng và mức độ tự động hóa, các hệ thống điều khiển quá
trình công nghiệp có thể đơn giản đến phức tạp nhƣng chúng đều dựa trên 3 thành
phần cơ bản là thiết bị đo, thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành. Chức năng của mỗi
thành phần hệ thống và quan hệ của chúng đƣợc thể hiện bằng sơ đồ sau:
12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



Hình 1.2 Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình
1.4.1 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 lƣợng đo. Một thiết bị đo gồm 2 thành phần là cảm biến và chuyển đổi

đo. Một cảm biến thực hiện chức năng tự động cảm nhận đại lƣợng quan tâm của quá
trình kỹ thuật và biến đổi thành một tín hiệu. Để có thể truyền đi xa và sử dụng đƣợc
trong thiết bị điều khiển hoặc dụng cụ chỉ báo, tín hiệu ra từ cảm biến cần đƣợc
khuếch đại, điều hòa và chuyển đổi sang một dạng thích hợp.
1.4.2 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 công nghiệp.
Trên cơ sở các tín hiệu đo và một cấu trúc điều khiển/sách lƣợc điều khiển đƣợc
lựa chọn, bộ điều khiển thực hiện thuật toán điều khiển và đƣa ra các tín hiệu điều
khiển để can thiệp trở lại quá trình kỹ thuật thông qua các thiết bị chấp hành. Tùy theo
dạng tín hiệu vào ra và phƣơng pháp thể hiện luật điều khiển, một thiết bị điều khiển
đƣợc xếp loại là thiết bị điều khiển tƣơng tự, thiết bị điều khiển logic hoặc thiết bị điều
khiển số.
Có thể nói rằng, tất cả các giải pháp điều khiển hiện đại (PLC, DCS, PAS) đều là
các hệ điều khiển số. Một thiết bị điều khiển số thực chất là một máy tính số đƣợc
trang bị các thiết bị ngoại vi để thực hiện chức năng điều khiển.
13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.4.3 Thiết bị chấp hành
Một hệ thống/thiết bị chấp hành nhận tín hiệu ra từ bộ điều khiển và thực hiện tác
động can thiệp tới biến điều khiển. Các thiết bị chấp hành tiêu biểu trong công nghiệp
là van điều khiển, động cơ, máy bơm và quạt gió. Thông qua các thiết bị chấp hành mà
thiết bị điều khiển có thể can thiệp vào diễn biến của quá trình kỹ thuật.
Một thiết bị chấp hành công nghiệp bao gồm 2 thành phần cơ bản là cơ cấu chấp
hành hay cơ cấu dẫn động va phần tử điều khiển. Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ
chuyển tín hiệu điều khiển thành năng lƣợng, trong khi phần tử tác động can thiệp trực
tiếp vào biến điều khiển.
1.5 Các nhiệm vụ phát triển hệ thống

Việc xây dựng một hệ thống điều khiển bao gồm nhiều bƣớc nhƣ phân tích, thiết
kế, lập trình, chỉnh định và đƣa vào vận hành, ta gọi chung là các nhiệm vụ phát triển
hệ thống.
1.5.1 Phân tích chức năng hệ thống
Quá trình thiết kế một hệ thống điều khiển bao giờ cũng bắt đầu với bƣớc tìm
hiểu các yêu cầu công nghệ để đƣa ra đặc tả các chức năng cụ thể của hệ thống dựa
trên cơ sở phân tích các mục đích điều khiển cơ bản. Đây là nhiệm vụ hết sức quan
trọng, cần có sự hợp tác hết sức chặt chẽ giữa những ngƣời làm điều khiển với các nhà
công nghệ. Ngƣời kỹ sƣ thiết kế điều khiển đƣợc cung cấp các bản vẽ và tài liệu liên
quan mô tả quy trình công nghệ, trong đó bản vẽ lƣu đồ công nghệ là quan trong nhất.
Công việc của ngƣời kỹ sƣ thiết kế điều khiển trƣớc hết là nghiên cứu các bài toán
điều khiển, bổ sung các chức năng điều khiển quá trình cụ thể và thể hiện chúng trên
các lƣu đồ chức năng hay lƣu đồ P&ID sơ lƣợc. Tiếp theo, các yêu cầu về mặt công
nghệ cho mỗi bài toán điều khiển cần đƣợc cụ thể hóa thông qua các chỉ tiêu chất
lƣợng, ví dụ sai số điều khiển cho phép, thời gian quá độ, mức độ dao động…
1.5.2 Xây dựng mô hình quá trình
Thiết kế hệ thống trên cơ sở mô hình quá trình là phƣơng pháp không thể thiếu
của ngƣời kỹ sƣ. Mô hình giúp ta hiểu rõ hơn về quá trình công nghệ, giúp ta trừu
tƣợng hóa vấn đề và vì thế đơn giản hóa cách giải quyết. Hơn nƣa, mô hình quá trình
không chỉ quan trọng đối với công việc thiết kế mà còn phục vụ việc mô phỏng và đào
14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tạo vận hành. Việc xây dựng mô hình đƣợc gọi là mô hình hóa. Mô hình hóa có thể
tiến hành ở nhiều mức và nhiều phƣơng pháp khác nhau.
Dựa trên các định luật vật lý và hóa học cơ bản hoặc dựa trên các số liệu vận
hành thực nghiệm, ta tiến hành xây dựng mô hình quá trình để có đƣợc phƣơng trình
toán học mô tả đặc tính động và tĩnh của quá trình. Với mô hình toán học nhận đƣợc,
ta cần sử dụng các công cụ phân tích và mô phỏng để tìm ra các tính chất quan trọng

của quá trình nhƣ mức độ tƣơng tác nội, tính ổn định và tính điều khiển đƣợc.
1.5.3 Thiết kế cấu trúc điều khiển
Sau khi đã làm rõ các chức năng điều khiển và hiểu rõ mô hình toán học của quá
trình, bƣớc tiếp theo là xác dịnh cấu trúc điều khiển (hay sách lƣợc điều khiển). Thiết
kế cấu trúc điều khiển chƣa đi cụ thể và thuật toán điều khiển mà nhằm làm rõ về mặt
cấu trúc liên kết giữa các phần tử trong hệ thống.
Về mặt cấu trúc điều khiển, cần cân nhắc lựa chọn giữa cấu trúc tập trung, cấu
trúc phi tập trung hoặc cấu trúc hỗn hợp (phân tán, phân cấp). Tiếp theo ta cần lựa
chọn các biến đƣợc điều khiển, các biến điều khiển tƣơng ứng và các biến nhiễu và các
liên kết chúng với nhau dựa trên các phần tử cấu hình để xây dựng các sách lƣợc điều
khiển cụ thể.
1.5.4 Thiết kế thuật toán điều khiển
Thiết kế thuật toán điều khiển hay thiết kế bộ điều khiển là việc xác định rõ ràng
các bƣớc tính toán và các công thức tính toán cụ thể để có thể cài đặt trên máy tính
điều khiển. Công việc thiết kế bộ điều khiển gồm 2 bƣớc: Lựa chọn bộ điều khiển hay
cấu trúc bộ điều khiển thích hợp và xác định các tham số của bộ điều khiển. Công việc
thiết kế bộ điều khiển bao giờ cũng không tách rời bài toán phân tích hệ thống. Đặc
biệt ở đây, các phƣơng pháp hiện đại của lý thuyết điều khiển tự động cùng các công
cụ máy tính có vai trò hết sức quan trọng. Song, để có thể đƣa mỗi bài toán thiết kế cụ
thể về dạng chuẩn quen thuộc, ngƣời kỹ sƣ hiểu rõ mối quan hệ giữa bộ điều khiển với
các thiết bị đo, thiết bị chấp hành cũng nhƣ đặt tính cơ bản của chúng.
Bên cạnh thuật toán điều khiển cho chức năng điều chỉnh, ta cũng phải đặc biệt
quan tâm tới các thuật toán logic cho điều khiển liên động và điều khiển trình tự. Kết
quả của thiết kế thuật toán điều khiển liên động là các biểu đồ chức năng logic hoặc
15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

phƣơng trình logic, trong khi kết quả của thiết kế điều khiển trình tự là các bản vẽ biểu
đồ chức năng trình tự chi tiết.

1.5.5 Lựa chọn giải pháp hệ thống
Lựa chọn giải pháp hệ thống bao gồm lựa chọn kiến trúc giải pháp hệ thống điều
khiển và giám sát, lựa chọn thiết bị đo và thiết bị chấp hành sao cho phù hợp với các
yêu cầu của quá trình công nghệ. Công việc này đòi hỏi ngƣời kỹ sƣ có một cái nhìn
tổng quan về công nghệ hệ thống điều khiển và cũng nhƣ nắm đƣợc các vấn đề cơ bản
trong phƣơng pháp đánh giá tính năng của các giải pháp khác nhau.
1.5.6 Phát triển phần mềm ứng dụng
Trong hệ thống điều khiển quá trình hiện đại thì phần mềm chính là chất xám, là
phần hồn của hệ thống. Trên cơ sở thiết kế điều khiển chi tiết, các chuyên viên phần
mềm có thể bắt đầu với thiết kế các chƣơng trình điều khiển, thiết kế hệ thống cơ sở
dữ liệu và thiết kế giao diện ngƣời – máy. Sau khi lựa chọn giải pháp hệ thống điều
khiển và giám sát, công việc lập trình điều khiển thời gian thực và soạn thảo các màn
hình vận hành – giám sát mƣới đƣợc tiến hành. Các chƣơng trình ứng dụng đƣợc thử
nghiệm từng phần trên cấu hình phần cứng thực với các đối tƣợng mô phỏng và sau đó
đƣợc thử nghiệm ghép nối.
1.5.7 Chỉnh định và đưa vào vận hành
Bƣớc cuối cùng trong công việc phát triển hệ thống đƣợc thực hiện tại hiện
trƣờng, bao gồm hiệu chuẩn các thiết bị đo, chỉnh định lại tham số của các bộ điều
khiển, thử nghiệm từng vòng điều khiển, thử nghiệm từng tổ hợp công nghệ, chạy thử
từng phân đoạn và đƣa vào vận hành toàn bộ nhà máy. Đây cũng là nhiệm vụ hết sức
phức tạp, đòi hỏi kiến thức tƣơng đối toàn diện, kinh nghiệm dự án và sự hợp tác hết
sức chặt chẽ giữa các kỹ sƣ công nghệ, kỹ sƣ đo lƣờng, kỹ sƣ điều khiển và tự động
hóa tỏng nhóm chuyên gia hiện trƣờng.
1.6 Mô tả chức năng hệ thống
Mô tả chức năng hệ thống là công việc không thể thiếu trong thiết kế, xây dựng
và phát triển một hệ thống điều khiển quá trình. Qua các tài liệu mô tả chắc năng hệ
thống, các kỹ sƣ điều khiển và các nhà công nghệ có một ngôn ngữ chung để bàn bạc
trƣớc khi tiến hành triển khai một dự án. Cũng qua việc mô tả hệ thống, bản thân các
16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

kỹ sƣ điều khiển cũng đã xây dựng đƣợc các tài liệu chi tiết cho việc thiết kế cấu hình
phần cứng, phát triển ứng dụng điều khiển và giao diện ngƣời – máy.
1.6.1 Các tài liệu mô tả đồ họa
Các tài liệu mô tả đồ họa sau đây đƣợc xem nhƣ quan trọng nhất trong mỗi tập
thiết kế hệ thống điều khiển quá trình:
- Lƣu đồ công nghệ miêu tả quá trình công nghệ, không chứa thông tin chi tiết về
các thiết bị đo lƣờng và điều khiển. Thông thƣờng, lƣu đồ công nghệ do các nhà công
nghệ xây dựng.
- Lƣu đồ ống dẫn và thiết bị (P & ID) miêu tả chi tiết quá trình công nghệ kèm
theo các chức năng tiêu biểu của một hệ thống điều khiển các quá trình cùng các
đƣờng liên hệ giữa các thành phần. Đây là tài liệu quan trọng nhất đối với việc thiết kế
toàn bộ hệ thống điều khiển. Một số chuẩn quan trọng liên quan tới các biểu tƣợng lƣu
đồ P&ID là ANSI/ISA S5.1 và ANSI/ISA S5.3 cũng nhƣ DIN 19227-3.
- Sơ đồ khóa liên động, ví dụ sử dụng biểu đồ logic để miêu tả các thuật toán
điều khiển logic phục vụ điều khiền khóa liên động.
- Biểu đồ trình tự biểu diễn các bƣớc thực hiện chức năng của quy trình công
nghệ. Tài liệu hình thành phục vụ bài toán điều khiển trình tự cũng nhƣ hƣớng dẫn quy
trình vận hành.