HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

GVHD:HOÀNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
LỜI MỞ ĐẦU
Hệ thống điều khiển và giám sát là thành phần không thể thiếu trong mỗi nhà máy công
nghiệp hiện đại. từ những năm của nửa đầu thế kỉ trước tới nay, điều khiển tự động chiếm
vai trò ngày càng quan trọng trong các ngành công nghiệp khai thác, chế biến và năng
lượng như dầu khí, lọc dầu, hóa dầu, hóa chất, dược phẩm, thực phẩm, nhà máy điện. các
hệ thống điều khiển quá trình chứa đựng trong đó có một số đặc thù chung, được sắp xếp
vào phạm trù các hệ thống điều khiển quá trình. Một hệ thống điều khiển quá trình chứa
đựng trong đó toàn bộ các giải pháp đo lường, điều khiển, vận hành và giám sát nhằm đảm
bảo các yêu cầu của quá trình và cộng nghệ thiết bị như chất lượng sản phẩm, sản lượng,
hiệu suất, an toàn cho con người, máy móc và môi trường.
SƠ LƯỢC VỀ ĐIỀU KHIỂN
Định nghĩa về điều khiển: điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và
tác động lên hệ thống để đáp ứng của thống “ gần” với mục đích định trước. điều khiển tự
động là không có sự tác động của con người.
Chúng ta cần phải điều khiển nhằm:
Để nhằm đáp ứng hệ thống không đạt yêu cầu.
Tăng độ chính xác.
Tăng hiệu quả kinh tế.
Một hệ thống điều khiển gồm 3 thành phần cơ bản: đối tượng, bộ điều khiển, cảm biến.
Các kí hiệu viết tắt:
r(t) : tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn
c(t): tín hiệu ra
c
ht
(t): tín hiệu hồi tiếp
u(t): tín hiệu điều khiển
Các bài toán điều khiển ở đậy ta xét đến có 3 loại đặc trưng:
1. phân tích hệ thống : cho hệ thống tự động đã biết thông số và cấu trúc. Bài toán đặt
ra là tìm đáp ứng của hệ thống và đánh giá chất lượng.
2. thiết kế hệ thống : biết cấu trúc và thông số của đối tượng điều khiển. bài toán đặt

ra là thiết kế bộ điều khiển để được hệ thống thỏa mãn yêu cầu về chất lượng.
3. nhận dạng hệ thống : chưa biết cấu trúc và thông số của hệ thống. vấn đề đặt ra là
xác định cấu trúc và thông số của hệ thống.
Trong đồ án này ta sẽ thiết lập bài toán thiết kế hệ thống nhằm đạt được yêu cầu về
chất lượng.
Các nguyên tắc trong điều khiển
a. nguyên tắc phản hồi thông tin: muốn có một hệ thống đạt được chất lượng cao
thì bắt buộc phải có phản hồi thông tin, tức là phải có đo lường từ các đối tượng
Các sơ đồ điều khiển dựa trên nguyên tắc phản hồi thông tin:
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
1
GVHD:HOÀNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
Điều khiển san bằng sai lệch ( điều khiển vòng kín)
Bộ điều chỉnh sẽ tự động so sánh giá trị vào và giá trị ra, khi chúng có sự sai lệch thì bộ
điều chỉnh sẽ tác động để loại bỏ sai lệch.
Tuy điều khiển phản hồi cho nhiều đặc tính ưu việt nhưng nó cũng có một số những
hạn chế:- chỉ thực hiện tác động khi có sự sai lệch, đây là hạn chế lớn của hệ thống, - ổn
định hệ thống là vấn đề riêng của điều khiển phản hồi, một bộ điều khiển phản hồi có thể
ổn định một đối đối tượng không ổn định, song một vòng điều khiển kín chứa một đối
tượng ổn định cũng có thể trở nên mất ổn định. – để đạt được chất lượng điều khiển phản
hồi thì phép đo phải có độ chính xác cần thiết. – cần phải có một mô hình tốt, nhưng trong
thực tế thì khó có thể đạt được một mô hình như mong muốn vì các quá trình diễn ra rất
phức tạp.
b. Nguyên tắc điều khiển truyền thẳng: tức là tín hiệu ra (biến cần được điều khiển)
đã được biến điều khiển điều chỉnh nhưng không phản hồi về cho bộ điều khiển biết.
Các sơ đồ điều khiển truyền thẳng:
Điều khiển bù nhiễu
Ưu điểm lớn nhất của điều khiển bù nhiễu là loại bỏ nhiễu trước khi nó kịp ảnh hưởng
xấu đến quá trình. Song nhược điểm lớn nhất là cần phải biết rõ thông tin về quá trình và
ảnh hưởng của nhiễu, và nó không có khả năng ổn định cho một quá trình không ổn định.

Tuy nhiên điều khiển truyền thẳng cũng được ứng dụng trong phạp vi cho phép với 2
lý do: - nó tác động nhanh, cho phép loại bỏ đáng kể ảnh hưởng của nhiễu, cũng như giúp
hệ thống đáp ứng nhanh với giá trị đặt. – tuy nó không có khả năng ổn định một quá trình
không ổn định, nhưng nó không làm mất tính ổn định của một quá trình ổn định.
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
2
T
ε
Thôøi gian
U
x
max
x
min
A
Ñieàu chænh ON-OFF
GVHD:HOÀNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
Điều khiển phối hợp ( kết hợp 2 phương pháp trên)


Đây là sự kết hợp giữa phản hồi và truyền thẳng để khắc phục những ưu nhược điểm
của nhau.
Ngoài ra, còn có nhiều cách điều khiển khác nữa như là :
Điều khiển tỉ lệ:nó là trường hợp đặc biệt của điều khiển truyền thẳng, trong đó biến
được đo và bù theo nguyên tắc tỉ lệ.
Điều khiển tầng: là cấu trúc mở rộng của điều khiển phản hồi. điều khiển tầng giúp loại
bỏ một số ảnh hưởng của một số dạng nhiễu và cải thiện rõ rệt đặc tính động học của hệ
thống. và còn nhiều phương pháp điều khiển khác không đề cập tới.
Một số đặc tính của điều chỉnh
Điều chỉnh không liên tục hay còn gọi là điều chỉnh ON- OFF.

Hệ thống điều chỉnh 2 vị trí có trong thành phần bộ điều chỉnh hai vị trí với thông số
đầu ra chỉ có hai giá trị tương ứng là giá trị cực đại và giá trị cực tiểu.
Ví dụ: như khi ta duy trì nhiệt độ sấy dược dốt nóng bằng carirofe ở 60
0
C, ta giả sử
max = 65
0
C , min = 55
0
C .Vì thế khi nhiệt độ tăng lên 65
0
C thì carirofe tự ngắt, nhưng
khi nhiệt độ tới 55
0
C thì carirofe se hoạt động trở lại.
Như vậy, khi sử dụng bộ điều chỉnh vị trí, đại lượng công nghệ dao động quanh vị trí
chủ đạo. Dao động này có biên độ và chu kì T và được gọi là tự dao động
Bộ điều chỉnh vị trí có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, không phức tạp trong hiệu
chỉnh và bảo trì. Do đó nếu bộ điều chỉnh vị trí đảm bảo chất lượng tin cậy thì sử dụng nó.
Bộ điều chỉnh vị trí sử dụng cho đối tượng có tính trễ nhỏ và dung lượng lớn.
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
3
GVHD:HOÀNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
Điều chỉnh liên tục
Hệ thống điều chỉnh liên tục luôn bám giá trị đặt ở mức sai lệch cho phép. Được sử
dụng khi cần giá trị chủ đạo nghiêm ngặt hơn.
Trong lĩnh vực điều khiển tự động quá trình sấy mục tiêu chung và hướng phát triển
của các ngành công nghiệp là nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và giảm sức lao
động của con người. tuy nhiên việc tự động hóa phải xuất phát từ những điều kiện kinh tế
kỹ thuật cụ thể để lựa chọn hình thức và mức độ thực hiện tự động hóa.

Trong các thiết bị sấy tự động nhằm các yêu cầu văn minh công nghiệp. về kỹ thuật tự
động hóa góp phần nâng cao hiệu suất thiết bị và tăng sản lượng sản phẩm vì tự động hóa
có thể duy trì thiết bị làm việc ở chế độ tối ưu theo các điều kiện thay đổi nhanh của chế độ
vận hành. Nhiều quá trình sấy không thể thiếu tự động hóa, ví dụ, sấy với tốc độ cao, khi
cần duy trì cường độ bức xạ lớn. khi sấy bằng dòng điện tần số cao, nhất thiết phải tự động
hóa. Để đảm bảo cho thiết bị làm viec65an toàn trong quá trình sấy tự động hóa nhằm vào
các đối tượng sau
1. đối với thiết bị sấy làm việc liên tục tự động điều chỉnh nhằm giữ chế độ sấy phù
hợp yêu cầu về chất lượng và năng suất sấy. Ví dụ, để duy trì nhiệt độ và độ ẩm môi
chất sấy trong các vùng sấy khác nhau của buồng sấy.
2. Tự động hóa theo chương trình để điều chỉnh các thiết bị sấy làm việc theo chu kỳ
nhằm điều khiển duy trì nhiệt độ và độ ẩm của mội chất trong buồng sấy thay đổi
phù hợp với các giai đoạn của chế độ sấy.
3. Tự động hóa bảo vệ tín hiệu. Ví dụ, báo hiệu nhiệt độ sấy vượt quá giá trị cho phép;
báo hiệu sự cố; bảo vệ các thiết bị điện…,các tín hiệu báo hiệu nồng dộ độc hại
trong môi trường….
Các phương pháp điều chỉnh liên tục đặc thù
Bộ điều chỉnh tích phân: (I)
∫
=
t
0
I
ydt
T
1
x
T
I
– thời gian tích phân.

SVTH: NGUYỄN CAO MINH
4
U
Thời gian
Y
Tín hiệu không được
điều chỉnh
PPIPID
Điều chỉnh liên tục
GVHD:HỒNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
Bộ điều chỉnh tỷ lệ: (D)
yKx
P
=
K
p
– hệ số truyền (hệ số tỷ lệ)
Bộ điều chỉnh tỷ lệ - tích phân(PI)
∫
+=
t
0
I
P
ydt
T
1
yKx
Bộ điều chỉnh tỷ lệ - vi phân: (PD)
dt

dy
TyKx
DP
+=
Bộ điều chỉnh tỷ lệ - vi tích phân (PID)
dt
dy
Tydt
T
1
yKx
D
t
0
I
P
++=
∫
T
D
– thời gian vi phân
Bộ điều chỉnh tỷ lệ tuy phức tạp xong nó rất nhạy với sai lệch nên dễ dàng phát ra tín
hiệu điều chỉnh để loại bỏ sai lệch
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
5
GVHD:HỒNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
Trong q trình làm đồ án q trình và thiết bị em được giao thiết kế thiết bị sấy
thùng quay sấy muối tinh 2000kg/h, và trong đồ án chun ngành này em thiết kế hệ thống
điều khiển tự động sấy thùng quay.

1.Mơ tả quy trình cơng nghệ
1.1 Qui trình cơng nghệ

thi?t k? thi?t b? s?y mu?i tinh b?ng
thùng quay v?i nang su?t 2000 kg/h
5
Bom
Ơ ch?a nu ?c bi?n
Ơ bay hoi
Ơ k?t tinh
Kho ch?a mu?i thơ
Gàu
Thi?t b? hòa tan
Thi?t b? tinh ch? mu?i
Thi?t b? l?c ly tâm
thi?t b? cơ d?c
thi?t b? k?t tinh ly tâm
thi?t b? s?y thùng quay
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

Ghi chú
Số lượng
Ngày BV
Ngày HT
Bản vẽ số
Tỷ lệ
Vật liệu
Tên gọiSTT
Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Công Nghệ Hoá Học
BỘ MÔN MÁY THIẾT BỊ
Đ? ÁN MƠN H? C
QUI TRÌNH S?N XU?T
MU? I TINH
Chữ ký
Họ & tên
Phan Đình Tu?n
Vũ Bá Minh
Chức năng
CNBM
GVHD
SVTT
Nguy?n Cao Minh
2
1
1
1
1
1
1

1.2 sơ đồ khối
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
6
Ngun liệu
nước biển
GVHD:HOÀNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
Nước
Nước ngưng tụ (nhiệt độ cao)

1.a Công đoạn lấy nước biển, và kết tinh
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
7
Ô chứa nước Ô bốc hơi Ô kết tinh
Tinh chế nước
muối
Thiết bị hòa tan
và lọc bỏ cặn
Nhà kho chứa
sp thô
Thiết bị cô đặc
và kết tinh
Thiết bị phân ly
Thiết bị sấy
thùng quay
Sản
phầm
tinh
Thiết bị phân ly
GVHD:HOÀNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
Công đoạn lấy nước biển

Việc lấy nước biển sao cho phù hợp cũng một yếu tố quan trọng ảnh
hưởng tời sản lượng của muối, ví dụ như để có được 2,7 m
3
nước chạt 2,5
0
Be cần
100 m
3
nước biển 1
0
be, nhưng nếu nước biển 3
0
Be thì cần 23,28m
3
, để cô đặc 1
lượng nước chạt 25
0
Be cần ùng nước biển 1
0
Be sẽ phải làm bay hơi 3,7 lần so với
nước 3
0
Be.
Vì vậy yêu cầu kỹ thuật cần đặt ra là phải lấy nước biển kịp thời, lấy
nước biển nồng độ cao, phải lấy đủ số lượng nước biển cung cấp cho sản xuất muối
ăn.
Công đoạn bay hơi và kết tinh
Cũng cần phải chuẩn bị kĩ lưỡng các ô phơi, cần tu sửa định kì, tránh
thẩm lậu và gây nhiễm quá nhiều chất bẩn như bùn cát.
Nước biển khi vào các ô phơi(ô bốc hơi) sẽ tách nước do sự bay hơi

nước nhờ vào sức gió, nắng, nhiệt độ không khí....dùng để chế nước chạt( nước
chạt là nước chứa trên 50% muối NaCl). Sau đó nước chạt được chuyển vào ô kết
tinh đề kết tinh ra muối ở dạng thô.
Cấu tạo ô phơi
Mương dẫn
Ô kết tinh
Ô bay hơi ô điều tiết
Sơ đồ bố trí một đơn vị đồng muối phơi nước
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
8
GVHD:HOÀNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
1.b Thiết bị hòa tan lọc cặn
Sau khi có muối thô, muối này chưa đảm bảo dộ sạch vì thế ta cần sử
lý.Cho muối thô vào thiết bị hòa tan, và hóa tan tới nồng độ muối đạt được bão
hòa. Ta tận dụng lượng nươc ngưng ở thiết bị cô đặc có nhiệt độ khoảng 40
0
C để
hòa tan muối. Tại thiết bị này rác và bùn , cát sẽ được loại bỏ.
Cấu tạo thiết bị

1. cửa nhập liệu
2. cửa tháo nước muối bão hòa
3. song giữ cặn , bùn cát
4. ống dẫn nước hòa tan muối
5. ống dẫn nước muối bão hòa
6. động cơ
Nguyên lý hoạt động
Muối thô được đưa vào cửa nhập liệu, nước theo ống 4 vào thiết bị và
đi từ dưới lên. Nước muối bão hòa sẽ theo ống 2 đi ra ngoài, tại cửa số 2 có hệ
thống lọc cặn không cho cặn theo ống 2 di ra ngoài. Tất cả cặn bẩn được giữ lại ở

song giữ cặn 3 và được vệ sinh định kì.
1.c Tinh chế nước muối
Mục đích của việc tinh chế nước muối là khử tạp chất trong nước muối,
đảm bảo chất lượng muối thu được sau khi cô đặc kết tinh, đồng thời chống hiện
tượng kết cặn trên bề mặt thiết bị cô đặc, nậng cao năng suất của thiết bị cô đặc.
Có 2 phương pháp tinh cế nước muối: tinh chế bằng phương pháp hóa
học và bằng phương pháp hóa lý.
Ở đây ta sử dụng phương pháp hóa hoc:
Phương pháp vôi- natri sunfat- natri cacbonat:
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
9
GVHD:HOÀNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
Khi sản xuất muối ăn chất lượng cao, để khử tương đối triệt để tạp chất
có tính tan chứa Mg
2+
, Ca
2+
, muối kim loại nặng, tạp chất chứa SO
4
2-
... người ta sử
dụng phương pháp trên.
Theo phương pháp này quá trình diễn ra theo 2 bước:
- Bước 1: cho vào nước muối một lượng thích hợp sữa vôi
và natri sunfat, khuấy trộn để tách các tạp chất có tính tan chứa Mg
2+
,
Ca
2+
.

- Bước 2: cho Natri cacbonat vào trong nước muối để tiến hành tách
muối canxi.
Phản ứng tinh chế xảy ra như sau;
Bước 1:
Na
2
SO
4
+ Ca(OH)
2
= CaSO
4
+ 2NaOH
MgCl
2
+ 2NaOH = Mg(OH)
2
+ 2NaCl
MgSO
4
+ 2NaOH = Mg(OH)
2
+ Na
2
SO
4
CaCl
2
+ 2NaOH = Ca(OH)
2

+ 2NaCl
Ca(HCO
3
)
2
+ 2NaOH = CaCO
3
+ Na2CO
3
+ 2H
2
O
CaCl2 còn dư sau khi phản ứng với NaOH sẽ phản ứng với Na
2
SO
4
:
CaCl
2
+ Na
2
SO
4
= CaCO
3
+ 2 NaCl
Bước 2:
CaSO
4
+ Na

2
CO
3
= CaCO
3
+ Na
2
SO
4
Lượng Na
2
SO
4
cho vào nước muối tinh chế có quan hệ rất lớn tới quá
trình tinh chế nước muối bởi quan hệ tới lượng NaOH tạo thành khi Na
2
SO
4
tác
dụng với Ca(OH)
2
. nâng lượng dùng Na
2
SO
4
sẽ làm giảm lượng Na
2
CO
3
nhưng sẽ

làm tăng hàm lượng Na
2
SO
4
trong nước muối. khi dùng nước muối tinh chế này độ
kết tinh muối ăn thì khi nồng độ Na
2
SO
4
trong nước đạt 6% đã phải thay nước muối
đi dẫn đến tổn thất NaCl.
Thời gian từ lúc cho Na
2
SO
4
, Ca(OH)
2
vào nước muối và khuấy trộn
tới lúc tạo kiềm hoàn thành, cần 4 giờ , và chừng 15 % Na
2
SO
4
cho vào được
chuyển hóa thành NaOH.
Cấu tạo thiết bị
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
10
GVHD:HOÀNG MINH NAM ĐIỂU KHIỂN TỰ ĐỘNG SẤY THÙNG QUAY
1
4

2

1. cửa tháo sản phẩm
2.ống tháo khí
3. động cơ
4 cửa nhập liệu.
Nguyên lý hoạt động
Nước muối được đưa vào cừa nhập liệu 4 cùng với các tác chất. trong
thiết bị xảy ra quá trình khuấy trộn, sau thời gian lưu khoàng 4 giờ . sàn phẩm được
tháo ra ở cửa số 1.
1.d Thiết bị cô đặc kết tinh
Sau khi đã có nước muối được tinh chế tiếp theo là quá trình cộ đặc
nước muối để kết tinh muối. nhiệt độ cần thiết cho quá trình cộ đặc là 116
0
C. ta
dùng hơi nước bão hòa ngưng tụ để cộ đặc và dùng than bùn để dun nóng hơi nước
bão hòa. Ta dùng thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trong.
Cấu tạo thiết bị
SVTH: NGUYỄN CAO MINH
11