Bài tập dài Môn Điều khiển nhà máy điện

BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI
Đề tài số 6: Tìm hiểu về hệ thống điều khiển mức nƣớc bao hơi
trong nhà máy nhiệt điện. Đƣa ra 1 sơ đồ điều khiển tối ƣu ( ít nhất
có 2 mạch vòng điều chỉnh ) sử dụng PID. Mô phỏng kiểm nghiệm
bằng Matlab/Simulink.

Sinh viên thực hiện:

Phạm Huy Đức
Trần Văn Hƣng
Phạm Văn Lanh
Phạm Thị Trà My
Bùi Văn Thoại
Đào Ngọc Tú

Lớp:

D8-CNTĐ2

Hà Nội, tháng12 năm 2016

Nhóm 6

1


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Lời nói đầu.
Trong thời đại ngày nay, ngành tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong rất
nhiều lĩnh vực. Và trong điều khiển nhà máy điện cũng vậy, tự động hóa đóng góp cho
các bộ phận điều khiển vô cùng nhiều.
Hệ thống điều chỉnh nƣớc vào lò hơi đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ
thống điều chỉnh của lò hơi nhà máy. Để điều chỉnh hệ thống này thì có rất nhiều phƣơng
pháp. Đề tài của nhóm em là: ‘Tìm hiểu về hệ thống điều khiển mức nƣớc bao hơi
trong nhà máy nhiệt điện. Đƣa ra 1 sơ đồ điều khiển tối ƣu ( ít nhất có 2 mạch vòng
điều chỉnh ) sử dụng PID. Mô phỏng kiểm nghiệm bằng Matlab/Simulink.’, trên cơ
sở lý thuyết đã đƣợc học chúng em xây dựng đề tài với 3 phần: CHƢƠNG 1: TỔNG
QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC BAO HƠI; CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ ĐIỀU
KHIỂN MỨC NƢỚC BAO HƠI; CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM
MATLAB/SIMULINK để tìm hiều kỹ hơn về công nghệ cũng nhƣ mô phỏng trên

phần mềm Matlab.
Do lƣợng kiến thức còn hạn chế nên đề tài còn nhiều thiếu sót, chúng em
mong sẽ nhận đƣợc những lời nhận xét quý báu từ thầy giáo đang trực tiếp giảng
dạy chúng em – thầy Nguyễn Ngọc Khoát.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Sinh Viên Thực Hiện:
Phạm Huy Đức
Trần Văn Hƣng
Phạm Văn Lanh

Phạm Thị Trà My
Bùi Văn Thoại
Đào Ngọc Tú

Nhóm 6

2


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Mục lục
Lời nói đầu. ................................................................................................................................................... 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC BAO HƠI .................................................. 4
I. Điều chỉnh mức và các phƣơng pháp điều chỉnh ................................................................................... 4
1.1.Vai trò và nhiệm vụ của hệ thống tự động điều chỉnh nƣớc cấp lò hơi .......................................... 4
1.2.Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự thay đổi mức nƣớc bao hơi .............................................................. 4
1.3. Các sơ đồ tự động điều chỉnh mức nƣớc bao hơi ........................................................................... 8
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC BAO HƠI. ........................................................... 14
2.1. Nhận dạng đối tƣợng.................................................................................................................... 14
2.2 Tổng hợp mạch vòng điều khiển lƣu lƣợng nƣớc cấp: ................................................................. 15
2.3. Tổng hợp mạch vòng điều khiển bù nhiễu lƣu lƣợng hơi ............................................................ 16
2.4. Tổng hợp mạch vòng điều khiển mức nƣớc bao hơi .................................................................... 18
CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK ................................................. 19
3.1. Mạch vòng điều khiển lƣu lƣợng nƣớc cấp.................................................................................. 19
3.2. Mạch vòng điều khiển bù nhiễu lƣu lƣợng hơi. ........................................................................... 20
3.3. Mạch vòng điều khiển mức nƣớc bao hơi. ................................................................................... 21
3.4. Mạch mô phỏng hoàn chỉnh của cả hệ thống. ...................................................................... 22

3.5. Kết quả mô phỏng. ....................................................................................................................... 22

Nhóm 6

3


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC BAO HƠI
I. Điều chỉnh mức và các phƣơng pháp điều chỉnh
1.1.Vai trò và nhiệm vụ của hệ thống tự động điều chỉnh nƣớc cấp lò hơi
Hệ thống điều chỉnh nƣớc vào lò hơi đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ
thống điều chỉnh của lò hơi. Nhiệm vụ của hệ thống tự động điều chỉnh cấp nƣớc vào lò
hơi là đảm bảo sự cân bằng vật chất giữa lƣu lƣợng hơi ra khỏi lò hơi và lƣu lƣợng nƣớc
cấp vào.
Trong quá trình hoạt động của lò hơi,sự cân bằng vật chất giữa lƣu lƣợng hơi ra
khỏi lò và lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò bị phá vỡ do nhiều nguyên nhân. Một trong những
nguyên nhân chính nhƣ sau: sự thay đổi lƣu lƣợng hơi cấp vào TuaBin; sự rhay đổi nƣớc
cấp vào lò; sự thay đổi áp suất bao hơi; sự thay đổi lƣợng nhiệt sinh ra trong buồng
lửa..v.v.Những lý do trên dẫn đến làm thay đổi mức nƣớc bao hơi. Mức nƣớc tăng hoặc
giảm quá mức quy định sẻ ảnh hƣởng đến chất lƣợng hơi hoặc sự cố lò hơi.
Khi mức nƣớc bao hơi tăng quá mức quy định sẻ ảnh hƣởng đến chất lƣợng hơi.Vì
khi đó ảnh hƣởng đến quá trình phân ly hơi trong bao hơi, các giọt ẩm sẽ theo hơi tràn
qua bộ phận quá nhiệt, làm giảm quá trình truyền nhiệt giữa hơi và khói, dẫn đến những
tầng cuối của tuabin sẽ có độ ẩm cao sẽ làm hỏng tầng cánh của tuabin. Còn khi mức
nƣớc bao hơi thấp hơn mức nƣớc yêu cầu làm mất sự tuần hoàn tự nhiên của nƣớc trong
hệ thống. Trong khi đó lƣợng nhiệt sinh ra trong buồng lửa vẫn không đổi dẩn đến có thể

làm biến dạng hoặc phình nổ các ống sinh hơi.
Chính vì vậy,hệ thống điều chỉnh tự động cấp nƣớc bao hơi có vai trò rất quan
trọng trong hệ thống điều chỉnh của lò hơi.Có nhiệm vụ đảm bảo mức nƣớc bao hơi thay
đổi trong một giới hạn cho phép hay nói cách khác là đảm bảo sự cân bằng vật chất giửa
lƣu lƣợng hơi ra khỏi lò và lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò.
1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự thay đổi mức nƣớc bao hơi
Quá trình thay đổi mức nƣớc trong lò có bao hơi là một quá trình rất phức tạp.
Không những bị thay đổi do cân bằng vật chất bị phá vỡ (ảnh hƣởng của sự thay đổi lƣu
lƣợng hơi ra khỏi lò,của sự thay đổi lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò…) mà còn bị thay đổi do
ảnh hƣởng của sự thay đổi áp suất trong bao hơi, ảnh hƣởng của hiện tƣợng sôi
bồng….Những ảnh hƣởng này lại có tác động tƣơng hỗ lẫn nhau và làm cho quá trình
thay đổi mức nƣớc càng trở nên phức tạp.

Nhóm 6

4


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Sự ảnh hƣởng đó có thể đƣợc biểu diễn bằng phƣơng tình sau:
(

*(

)

)

(

)

(

)+

(

) (1.1)

Trong đó:
W,D:lƣu lƣợng nƣớc cấp và sản lƣợng của lò,kg/s.
:thể tích phần chứa nƣớc và hơi của lò,m3.
:mật độ nƣớc và hơi trong lò.
:thể tích hơi trong hệ thống ống lò,m3.
:thể tích hơi trong bao hơi,m3.
:tổng thế tích chứa mổi chất trong lò,m3.
Fbh:diện tích mặt bốc hơi trong bao hơi,m2.
Thành phần thứ nhất vế phải phƣơng trình (1.1) thế hiện ảnh hƣởng của việc phá
hủy cân bằng vật chất; thành phần thứ hai là ảnh hƣởng của sự thay đổi áp suất còn thành
phần thứ ba kể đến ảnh hƣởng của sôi bồng mức nƣớc.
Phƣơng trình (1.1) còn có thể viết dƣới dạng sau:
(1.2)
Trong đó:
(

)

(

)

(

)

(

*

,

(

*

(

)

+

)

)

(

*

(

)

)

+-

+

Q: lƣợng nhiệt sinh ra trong buồng lửa J.

Nhóm 6

5


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Hoặc công thức (1.2) có thể viết nhƣ sau:

(

)

(1.3)

Những ảnh hƣởng của các yếu tố tới mức nƣớc bao hơi sẻ đƣợc trình bày dƣới
đây:
1.2.1. Ảnh hƣởng của sự thay đổi lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò.
Từ phƣơng trình (1.2) ta thấy, khi thay đổi lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò nhƣng vẫn
không thay đổi lƣợng nhiệt sinh ra trong lò thì lƣu lƣợng hơi ra khỏi lò không thay đổi và
các thông số của nó cũng không thay đổi mà chỉ thay đổi mức nƣớc trong bao hơi. Khi
lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò giảm thì mức nƣớc trong bao hơi tăng và ngƣợc lại, khi lƣu
lƣợng nƣớc cấp vào lò giảm thì mức nƣớc trong bao hơi giảm. Về lý thuyết thì quan hệ
này là tuyến tính nhƣng thực tế do ảnh hƣởng của chiều dài đƣờng ống từ van điều chỉnh
đến bao hơi nên bị chậm trễ một khoảng thời gian nào đó và đặc điểm của đối tƣợng
nhiệt là quán tính lớn nên đặc tính của lò hơi khi đại lƣợng điều chỉnh là mức nƣớc
thƣờng là khâu tích phân quán tính có trễ.
1.2.2. Ảnh hƣởng của lƣợng nhiệt sinh ra trong buồng lửa.
Sự thay đổi lƣợng nhiệt sinh ra trong buồng lửa trong điều kiện lƣu lƣợng nƣớc
cấp vào lò không thay đổi củng làm thay đổi mức nƣớc trong bao hơi.Thƣc vậy theo
phƣơng trình (1.2):

Ta thấy,khi lƣợng nhiệt sinh ra trong buồng lửa tăng nên thì mức nƣớc trong bao
hơi tăng lên do khi thay lƣợng nhiệt sinh ra trong buồng lửa tăng trong khi đó áp suất lò
vẩn không thay đổi tƣơng ứng nhiệt độ bảo hòa của nƣớc không thay đổi dẫn đến lƣợng
hơi sinh ra trong hệ thống tăng lên,dẫn đến việc tách tƣơng ứng một lƣợng nƣớc đƣa vào
bao hơi dẫn tới mức nƣớc bao hơi tăng.Mặt khác theo phƣơng trình tốc độ thay đổi áp
suất:
(

)

(1.4)

Tạ lại thấy khi Q tăng thì áp suất bao hơi sẽ tăng,để áp suất bao hơi không đổi thì
sản lƣợng hơi ra khỏi lò phải tăng (tức D tăng). Ta lại thấy khi D tăng trong điều kiện lƣu

Nhóm 6

6


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

lƣợng nƣớc cấp vào lò không đổi dẫn đến cân bằng vật chất bị phá vỡ làm giảm mức
nƣớc bao hơi.
Nhƣ vậy, khi lƣợng nhiệt sinh ra trong lò thay đổi đột ngột trong điều kiện giữ lƣu
lƣợng nƣớc cấp không thay đổi thì nó ảnh hƣởng đến thành phần sôi bồng làm tăng mức
nƣớc đồng thời chúng lại ảnh hƣởng tới sự phá vỡ cân bằng vật chất làm giảm mức nƣớc.
Ngƣời ta chứng minh rằng, ảnh hƣởng tổng hợp của hai hiện tƣợng nhƣ sau: lúc đầu mức
nƣớc tăng (khoảng 30 giây) sau đó giảm dần.
1.2.3. Ảnh hƣởng của sự thay đổi áp suất.
Khi áp suất thay đổi thì mức nƣớc bao hơi củng thay đổi theo. Từ phƣơng
trình(1.2) ta thấy rằng: khi áp suất bao hơi tăng lên thì mức nƣớc bao hơi giảm, vì khi ấp
suất bao hơi tăng thì đồng thời nhiệt độ bão hòa trong lò tăng trong khi đó nhiệt lƣợng
sinh ra trong buồng lửa vẫn không thay đổi dẫn đến lƣợng hơi sinh ra trong hệ thống
giảm,điều này dẫn đến mức nƣớc trong bao hơi sẽ giảm.Còn khi áp suất bao hơi giảm thì
hiện tƣợng xảy ra ngƣợc lại làm cho mức nƣớc bao hơi tăng lên.Khi ấp suất thay đổia thì
không những ngoài chính bản than nó làm tháy đổi mức nƣớc nó còn gây ra hiện tƣợng
sôi bồng làm thay đổi mức nƣớc
1.2.4. Ảnh hƣởng của sự thay đổi lƣu lƣợng hơi ra khỏi lò.

Khi thay đổi sản lƣợng hơi ra khỏi lò tốc độ quy dẩn của hơi và tốc độ tuần hoàn
trong vòng tuần hoàn (
) sẻ thay đổi dẩn đến ảnh hƣởng tới chế độ tuần hoàn của
môi chất trong hệ thống lò.
Theo phƣơng trình (1.4) ta thấy: khi tang đột ngột sản lƣợng hơi ra khỏi lò áp suất
bao hơi sẻ giảm, điều này dẩn đến xảy ra hiện tƣợng sôi bồng làm tăng mức nƣớc bao
hơi. Mặt khác theo phƣơng trình(1.2) khi tăng sản lƣợng hơi ra khỏi lò lại làm cân bằng
vật chất bị phá hủy về phía sản lƣợng hơi. Do đó làm tang mức nƣớc. Đặc tính động của
lò hơi khi sản lƣợng hơi thay đổi đột ngột đƣợc biểu diển nhƣ hình (1.1) sau:

Nhóm 6

7


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Hình 1.1:Sơ đồ biểu diễn mức trong hiện tượng sôi bồng
Trong đó: H1- đƣờng nƣớc giảm; H2- đƣờng sôi bồng; H3- đƣờng thực tế; H3=H1+H2
Ta thấy lúc đầu mức nƣớc tăng do hiện tƣợng sôi bồng (khoảng 30 giây) sau giảm
tuyến tính do ảnh hƣởng của hiện tƣợng sôi bồng tạo mức nƣớc giả.
1.3. Các sơ đồ tự động điều chỉnh mức nƣớc bao hơi
Quá trình thay đổi mức nƣớc trong bao hơi là một quá trình phức tạp. Trong thực
tế có thể sử dụng các loại sơ đồ điều chỉnh khác nhau, tùy theo năng suất lò hơi cũng nhƣ
yêu cầu công nghệ mà ngƣời sử dụng đặt ra.Ngƣời ta có thể chia các sơ đồ điều khiển
mức nƣớc bao hơi thành ba dạng cơ bản sau:
1.3.1. Hệ thống điều chỉnh một tín hiệu.
Sơ đồ nguyên lý đƣợc thể hiện ở hình 1.2 sau:

Nhóm 6

8


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

Hình 1.2:Hệ thống điều khiển 1 tín hiệu

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Hình 1.3:Đặc tính tĩnh hệ một xung

Trong đó: BH - bao hơi; BQN - bộ quá nhiệt; BĐC - bộ điều chỉnh; BHN - bộ hâm
nƣớc
Hệ thống điều khiển này có một tín hiệu vào bộ điều chỉnh,đó là mức bao hơi(H ) ,
nó phụ thuộc vào giá trị đặt và dấu của độ sai lệch mức nƣớc bao hơi, bộ điều chỉnh này
sẽ thay đổi độ mở của van cấp nƣớc để thay đổi lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò.
Từ đƣờng đặc tính tĩnh biểu diển trên hình cho ta thấy quan hệ giữa mức nƣớc bao
hơi với độ không đồng đều dƣơng của phụ tải hơi D. Phụ tải hơi D tăng thì mức nƣớc bao
hơi ở trạng thái ổn định giảm.
Ở hình dƣới đây biểu diễn các đồ thị của qúa trình quá độ quá trình điều chỉnh
đƣợc xây dựng không kể đến chậm trễ trong hệ thống và sự dao động của quá trình.
Quá trình điều chỉnh nhƣ sau:
Trƣớc thời điểm t1 là đang vận hành bình thƣờng ở phụ tải giữ không đổi, D1
tƣơng ứng lƣu lƣợng nƣớc cấp W1 và mức nƣớc ổn định trong bao hơi H1.

Nhóm 6

9


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Hình 1.4:đặc tính động quá trình điều chỉnh hệ 1 xung
Tại thời điểm t1 vì một lý do nào đó phụ tải hơi giảm đột ngột tới giá trị D2 , điều
này dẩn đến giảm mức nƣớc bao hơi từ H1 xuống Ha do giảm thể tích hổn hợp hơi và
nƣớc chứa trong bao hơi và hệ thống dàn ống sinh hơi trong buồng lửa của lò.Nhận đƣợc
tín hiệu về sự giảm mức nƣớc bao hơi, bộ điều chỉnh bắt đầu tác động tăng độ mở của
van nƣớc cấp và từ đó tăng lƣu lƣợng nƣớc cấp từ W1 đến Wa.
Sự tăng lƣu lƣợng nƣớc cấp vƣợt hơn sự tăng lƣu lƣợng hơi dẫn đến cân bằng vật
chất bị phá vỡ và từ đó làm tăng mức nƣớc .Theo độ tăng dần của mức nƣớc mà bộ điều
chỉnh giảm dần độ mở của van nƣớc cấp tƣơng ứng giảm lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò giảm
từ Wa xuống W2 , tƣơng ứng với phụ tải hơi mới ra D2 .Khi này phƣơng trình cân bằng
vật chất lại đƣợc xác lập và từ đó mức nƣớc bao hơi lại ổn định tại vị trí mới là H2 . Gía
trị H2 này thƣờng lớn hơn giá trị mức nƣớc ổn định ở chế độ xác lập trƣớc H1..
Và ngƣợc lại,giả sử khi lò đang làm việc ổn định ở chế độ xác lập mới ứng với
phụ tải hơi không đổi D2, tƣơng ứng với lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò W2 và mức nƣớc ổn
định H2.Thì ở thời điểm t2 vì một lý do nào đó phụ tải hơi lại tăng đột ngột từ giá trị D2
lên giá trị D3. Do đó dẫn đên sự giảm áp suất bao hơi, làm tăng thể tích hổn hợp hơi và
nƣớc trong bao hơi và hệ thống giàn ống sinh hơi ,làm tăng mức nƣớc trong bao hơi từ H2
lên H3. Tín hiệu thay đổi mức nƣớc này đƣợc đƣa đên bộ điều chỉnh, từ đó bộ điều chỉnh
cho tín hiệu đóng bớt độ mở van nƣơc cấp vào lò từ giá trị W3 xuống Wb
Nhóm 6

10

BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Sự không tƣơng ứng giửa lƣu lƣợng nƣơc cấp vào lò và lƣu lƣợng hơi ra khỏi lò sẽ dẫn
đên làm giảm mức nƣơc trong bao hơi . Tín hiệu giảm mƣc nƣơc trong bao hơi này lại
đƣợc truyền đến bộ điều chỉnh và từ đó bộ điều chỉnh cho tín hiệu ra tăng dần mở dần độ
mở của van nƣớc cấp và tƣơng ứng tăng lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò cân bằng với lƣu
lƣợng hơi lấy ra.Kết quả của quá trình điều chỉnh là:lò lại làm việc ổn định ở chế độ làm
việc mới ứng với phụ tải hơi đƣợc gử không đổi D3 ứng với lƣu lƣợng nƣơc cấp W3 và
mƣc nƣớc ổn định H3. Gía trị H3 này thƣờng khác với H1 và H2.
Nhƣ vậy, quá trình phân tích ở trên ta có thể kết luận rằng : quá trình điều chỉnh
của một tín hiệu luôn kém theo dao động rất lớn của mức nƣớc bao hơi khi phụ tải hơi ra
khỏi lò thay đổi đột ngột, do đó hệ thống điều chỉnh một tín hiệu chỉ đƣợc sử dụng với
các lò hơi có sản lƣợng hơi nhỏ.Thƣờng dùng cho các lò trung áp và hạ áp.
1.3.2. Hệ thống điều khiển 2 tín hiệu: H, D.
Sơ đồ nguyên lý đƣợc thể hiện ở hình 1.5. Đặc tính tĩnh hệ điều chỉnh hai tín hiệu
thể hiện ở hình 1.6

.
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.6: Đặc tính tĩnh

Bộ điều chỉnh nƣớc cấp có hai tín hiệu có tín hiệu vào đó là tín hiệu mức nƣớc H
và tín hiệu hơi ra khỏi lò D.
Đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh hai tín hiệu đƣợc biểu diễn trên hình 1.6
nhận đƣợc bằng cách cộng tổng các đặc tính điều chỉnh tĩnh của bộ điều chỉnh có độ
không đồng đều với đặc tính của tín hiệu theo lƣu lƣợng hơi. Tín hiệu theo mức nƣớc bao

Nhóm 6

11


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

hơi có quan hệ bậc 2 với phụ tải hơi của lò do đó đặc tính tĩnh của quá trình điều chỉnh có
dạng nhƣ trên.
Bộ điều chỉnh hai tín hiệu nhận đƣợc sự thay đổi về mức nƣớc trong bao hơi, vị trí
mức nƣớc trong bao hơi chủ yếu phụ thuộc vào phụ tải, nhƣng nó còn chịu ảnh hƣởng
của lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò đƣợc xác định bằng độ chênh lệch áp suất trên van điều
chỉnh nƣớc cấp.
Do đó, trong những điều kiện nhƣ sau vị trí của mức nƣớc phụ thuộc vào giáng áp
trên van điều chỉnh trên hình 1.6 biểu thị 2 đƣờng đặc tính ứng với giáng áp ∆Pmax và
∆Pmin. Vùng mà vị trí mức nƣớc có thể rơi vào nằm giữa 2 đƣờng đặc tính này.
Nhƣ vậy, khi lƣu lƣợng hơi từ lò thay đổi bộ điều chỉnh trên sẽ tác động trƣớc khi
mức nƣớc trong bao hơi thay đổi, vì vậy nâng cao đƣợc chất lƣợng của quá trình điều
chỉnh.
Đặc tính động của hệ thống điều chỉnh hai tín hiệu đƣợc biểu diễn nhƣ hình 1.7
sau:

Hình 1.7: Đặc tính động
Quá trình điều chỉnh nhƣ sau: Khi phụ tải của lò hơi thay đổi tăng đột ngột, tín
hiệu thay đổi lƣu lƣợng hơi đƣợc truyền đến bộ điều chỉnh và từ đó tín hiệu ra tăng độ mở
của van nƣớc cấp, tăng lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò. Điều này dẫn đến làm tăng mức nƣớc
bao hơi vì ảnh hƣởng của hiện tƣợng sôi bồng mức nƣớc (khi lƣu lƣợng hơi tăng thì áp

suất bao hơi giảm) và do lƣu lƣợng nƣớc cấp tăng. Mặt khác khi tín hiệu mức nƣớc tăng
Nhóm 6

12


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

lên sẽ truyền đến bộ điều chỉnh, từ đó cho tín hiệu ra giảm lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò. Sự
giảm lƣu lƣợng nƣớc cấp so với lƣu lƣợng hơi ra khỏi lò sẽ làm phá vỡ cân bằng vật chất
càng làm giảm mức nƣớc, tín hiệu giảm mức nƣớc này lại đƣợc truyền đến bộ ddieuf
chỉnh tăng lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò tƣơng ứng với sàn lƣợng hơi ra khởi lò và mức
nƣớc trong bao hơi lại ổn định ở vị trí ban đầu. Quá trình điều chỉnh kết thúc.
Hệ thống điều chỉnh hai tín hiệu có nhƣợc điểm là: nó chỉ có thể nhận biết đƣợc sự
thay đổi lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò thông qua sự thay đổi mức nƣớc trong bao hơi nen
quá tình điều chỉnh có sự dao động mức nƣớc. Nhƣng hệ thống này lại khắc phục đƣợc sự
dao động mức nƣớc về phía thay đổi phụ tải hơi.
Bộ điều chỉnh 2 tín hiệu này đƣợc sử dụng với các lò hơi mà trong đó sự thay đổi
mức nƣớc xảy ra rõ rệt, còn dao động áp suất trong đƣờng ống cấp nƣớc là không lớn (ít
sử dụng trong các lò có bộ giảm ồn bề mặt).
1.3.3. Hệ thống điều khiển 3 tín hiệu.
Sơ đồ nguyên lý đƣợc thể hiện ở hình 1.8 sau:

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý
Trong đó: BH – Bao hơi; BQN – Bộ quá nhiệt; BĐC – Bộ điều chỉnh; BHN – Bộ hâm
nƣớc.
Bộ điều chỉnh 3 tín hiệu có 3 tín hiệu đó là: tín hiệu mức nƣớc bao hơi H, tín hiệu
lƣu lƣợng hơi D, tín hiệu lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò W.

Nhóm 6

13


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Đây là bộ điều chỉnh tổng hợp có 3 tín hiệu đƣa đến bộ điều chỉnh đó là mức
nƣớc trong bao hơi (H), lƣu lƣợng hơi ra khỏi lò (D), lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò hơi (W).
Sơ đồ này khác với sơ đồ 2 tín hiệu ở chỗ nó có thêm tín hiệu lƣu lƣợng nƣớc cấp
đƣa trực tiếp vào bộ điều chỉnh, do đó khi lƣu lƣợng nƣớc cấp vào lò thay đổi nó sẽ
truyền tới bộ điều chỉnh 3 tín hiệu đã khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của sơ đồ 2 tín hiệu.
Bộ điều chỉnh đƣợc hiệu chỉnh sao cho khi lƣu lƣợng nƣớc cấp và lƣu lƣợng hơi ra
khỏi lò thay đổi 1 lƣợng cũng nhƣ nhau thì chũng làm cho van điều chỉnh di chuyển đi
một lƣợng cũng nhƣ nhau nhƣng ngƣợc chiều nhau. Khi hiệu chỉnh nhƣ vậy, sự thay đổi
lƣu lƣợng hơi sẽ dẫn đến sự thay đổi tƣơng ứng một lƣợng nƣớc cấp và mức nƣớc bao
hơi sẽ không thay đổi cho tới khi quá trình ddieuf chỉnh kết thúc, trong trạng thái ổn định
bộ điều chỉnh sẽ giữ mức nƣớc không thay đổi và không phụ thuộc vào phụ tải hơi của lò.
Đó là ƣu điểm của bộ điều chỉnh này. Với hệ thống điều chỉnh 3 tín hieuj đảm bảo chất
lƣợng cao, chính xác trong quá trình điều chỉnh.
Nhƣ vậy, từ đặc tính quá độ ta thấy: quá trình điều chỉnh mức nƣớc bao hơi bằng
hệ thống 3 tín hiệu luôn giữ mức nƣớc trong bao hơi ổn định. Vì vậy trong các lò bao hơi
nó đƣợc sử dụng rất phổ biến.

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC BAO HƠI.
2.1. Nhận dạng đối tƣợng
Nhận dạng đối tƣợng giúp chúng ta xác định mô hình toán học, hàm truyền đạt

thích hợp mô tả gần đúng đối tƣợng

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển hai tầng
Nhóm 6

14


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Ta có:
O1 

Y1 ( s )
Y (s)
: O2  2
Y3 ( s)
Y2 ( s )

Giả thiết ta tìm đƣợc các hàm truyền:
e 24,926t
4, 604
.
s
1  12, 627 s  40, 043s 2

O1 ( s ) 

O2 ( s )  e 9,638.S .

B(s) 

3, 006
1  0,304 s

1,58.e 2,417.S
s (1  0, 069 s )

2.2 Tổng hợp mạch vòng điều khiển lƣu lƣợng nƣớc cấp:

Hàm truyền của hệ kín của mạch vòng
W( s) 

R2 W2 .O2
1  R2 .W2 .O2

Áp dụng tiêu chuẩn tối ƣu module:

( )

(

)
(

Chọn
R2 ( s) 

Nhóm 6

(
)(

)
)

=

T21.s  1
1
 K P1 
2.T22 .s.W2 .K 2
Ti .s

15


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Ta tìm đƣợc khâu PI để điều chỉnh mạch vòng trong và mạch vòng tìm đƣợc là

2.3. Tổng hợp mạch vòng điều khiển bù nhiễu lƣu lƣợng hơi
Từ 2.1 ta có

Wk 2 ( s) 

W2 .R2 .O2
=
1  W2 .R2 .O2

Wk 2 ( s) 

WMD 2 ( s)
W2

Ta có:

Sơ đồ thay thế:

Nhóm 6

16


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Chuyển đổi sơ đồ ta đƣợc:

Sử dụng phƣơng pháp xếp chồng tín hiệu:
TH1: Yu(t)khi U(t) 0 và L(t)=0

Yu(s)=

(s).U(s)

TH2:Yu(t) khi U(t)=0 và L(t) 0



W
YL ( s )   B  3 .WMD 2 .O1 ( s ).WB ( s )  .L( s)
W2



Nhóm 6

17


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Do đó:
Y(s)=Yu(s)+ YL ( s )


(s).U(s) +  B 

=




W3
.WMD 2 .O1 ( s).WB ( s)  .L( s)
W2


Muốn Y(t) không phụ thuộc vào L(t) mà chỉ phụ thuộc vào U(t) thì


W3
.WMD 2 .O1 ( s).WB ( s)  .L( s) =0
B 
W2


WB( s) 

W2 .B
W3 .WMD 2 .O1

2.4. Tổng hợp mạch vòng điều khiển mức nƣớc bao hơi

Sơ đồ tƣơng đƣờng:

W1
.WMD 2 .O1
W2
Wtd 
W
1  R1. 1 .WMD 2 .O1

W2
R1.

Nhóm 6

18


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Áp dụng module tối ƣu:
( )

Chọn

=

(

)

(

)

Ta tìm đƣợc khâu PD để điều khiển mạch vòng ngoài.

CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK

3.1. Mạch vòng điều khiển lƣu lƣợng nƣớc cấp
Sơ đồ khối tìm đƣợc theo phần thiết kế:

Thực hiện trên Simulink:

Nhóm 6

19


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Trong đó:
 Khối mức nƣớc cấp có hàm truyền là:

 Thông số khâu PI
Chọn
Kp = 0.0628;
Ki = 0.0017
3.2. Mạch vòng điều khiển bù nhiễu lƣu lƣợng hơi.
Sơ đồ khối tìm đƣợc theo phần thiết kế:

Thực hiện trên Simulink:

Nhóm 6

20

BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Trong đó:
Khối Sub 4 có hàm truyền là:

Khối Sub 5 có hàm truyền là:

3.3. Mạch vòng điều khiển mức nƣớc bao hơi.
Sơ đồ khối tìm đƣợc theo phần thiết kế:

R1 tìm đƣợc là khâu PD.
Nhóm 6

21


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Thực hiện trên Simulink:

Trong đó:
Chọn thông số cho khâu PD là:
Kp = 2.2238;
Kd = 29.770
3.4. Mạch mô phỏng hoàn chỉnh của cả hệ thống.

3.5. Kết quả mô phỏng.

Nhóm 6

22


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Chọn thời gian mô phỏng là t = 100s

Nhận xét:
 Từ kết quả mô phỏng của hệ thống ta thấy rằng đáp ứng đầu ra của hệ thống tƣơng
đối ổn định, với thời gian xác lập của hệ thống là 18s.
 Do có sự ảnh hƣởng của nhiễu nên quá trình xác định hàm truyền của hệ thống
phức tạp dẫn đến quá trình hiệu chỉnh nâu nên đáp ứng đầu ra chƣa đƣợcc nhƣ
mong muốn với độ vọt lố lớn và thời gian đáp ứng chƣa đủ nhanh.

Nhóm 6

23


BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

Nhóm 6

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

24