Ðiều khiển Feedforward tách kênh cho hệ thống bể khí DA-3201 tại nhà máy lọc dầu Dung Quất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN VĂN CẨN

ĐIỀU KHIỂN FEEDFORWARD TÁCH KÊNH
CHO HỆ THỐNG BỂ KHÍ DA-3201
TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 8520216

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Đà Nẵng – Năm 2018


Công trình đƣợc hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Nguyễn Lê Hòa

Phản biện 1: TS. Phan Văn Hiền
Phản biện 2: PGS.TS. Bùi Quốc Khánh

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc
sĩ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa họp tại Trường Đại học Bách khoa
vào ngày 29 tháng 12 năm 2108.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐH


1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Một trong những thiết bị đóng vai trò cực kỳ quan trọng tại
Nhà máy Lọc dầu Dung Quất đó là Bể khử khí. Bể khử khí DA3201,
nó được thiết kế để loại O2, CO2,...các khí không ngưng khác ra khỏi
nước cấp cho Lò hơi và các thiết bị công nghệ nhằm tránh sự ăn mòn
gây hư hỏng thiết bị. Việc kiểm soát mức nước và áp suất trong bể
chứa này là rất quan trọng, ảnh hưởng trưc tiếp đến an toàn sản xuất
của nhà máy. Tuy nhiên, hệ thống điều khiển hiện tại chưa đảm bảo
duy trì ổn định mức nước và áp suất chưa đạt được chế độ hoạt động
tối theo yêu cầu đặt ra. Do đó, việc nghiên cứu và đề xuất phương
pháp điều khiển mới cho bể khử khí đóng vai trò quan trọng trong
việc nâng cao chất lượng điều khiển góp phần nâng cao hiệu suất
hoạt động của nhà máy.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.
Thiết kế bộ điều khiển Feedforward tách kênh để điều khiển
điều khiển mức nước và áp suất của bể khử khí DA-3201 tại Nhà
máy Lọc dầu Dung Quất, nhằm cải thiện chất lượng bộ điều khiển,
tăng độ tin cậy của thiết bị so với bộ điều khiển hiện hữu.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
Đối tượng nghiên cứu là bể khử khí DA-3201 tại phân xưởng
Thu hồi và Xử lý Nước ngưng, Nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là: Nghiên cứu mô hình hệ thống
công nghệ, thiết bị và phương pháp điều khiển đang sử dụng; Thiết
kế bộ điều khiển điều khiển mức nước và áp suất, áp dụng kỹ thuật
Feedforward tách kênh để khử tương tác và nâng cao chất lượng điều

khiển cho bể khử khí DA-3201 tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất. Sử
dụng Matlab Simulink mô phỏng và đánh giá kết quả.


2
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phƣơng pháp lý thuyết: Nghiên cứu tư liệu: nghiên cứu tài liệu,
giáo trình, các bài báo khoa học và tài liệu thiết kế của nhà sản xuất;
Mô hình hóa: xây dựng mô hình toán của đối tượng dựa trên các khái
niệm, định luật vật lý và các số liệu thiết kế của nhà sản xuất thiết bị
Phƣơng pháp mô phỏng: Dùng phương pháp thực nghiệm với mô
hình trên Matlab Simulink thay thế việc thực nghiệm trên đối tượng
thực.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần hoàn thiện một
phương pháp điều khiển mới khắc phục được một số nhược điểm của
các phương pháp điều khiển kinh điển, từ đó mở ra một tiềm năng áp
dụng vào thực tiễn nhằm nâng cao chất lượng điều khiển cho các mô
hình có sự xen kênh, thông số thay đổi lớn theo thời gian.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU, PHÂN
XƢỞNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ NƢỚC NGƢNG, BỂ KHỬ KHÍ
TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƢỞNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ
NƢỚC NGƢNG TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
Nước cấp lò hơi được sử dụng tại các lò hơi để sản xuất hơi
phục vụ cho việc chạy các máy phát điện, chạy các bơm, máy nén
khí, bộ gia nhiệt và các thiết bị quan trọng trong toàn bộ Nhà máy lọc
dầu. Việc đảm bảo cung cấp liên tục, đủ về số lượng, đúng về chất
lượng và ổn định về các thông số kỹ thuật của mạng nước cấp lò hơi
đóng vai trò sống còn của sự vận hành liên tục và ổn định của Nhà

máy.
1.2. GIỚI THIỆU BỂ KHỬ KHÍ, VAI TRÒ CỦA BỂ KHỬ
KHÍ TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
1.2.1. Giới thiệu chung về bể khử khí DA-3201
Bể khử khí DA-3201 là hệ thống gồm 2 bể khử khí DA-3201A và
DA-3201B giống nhau hoàn toàn được thiết kế theo nguyên tắc một


3
bể hoạt động, một bể dự phòng. Bể được lắp đặt tại Phân xưởng thu
hồi và xử lý nước nước thuộc Unit 32. Bể khử khí DA-3201 tại nhà
máy lọc dầu Dung Quất được tập đoàn TERMOCHIMICA
IMPIANTI - Italy sản xuất theo đơn đặt hàng số: 8474L-500-PO0845-001-53025 do tổ hợp Nhà thầu Technip mua sắm và cung cấp
cho dự án Nhà máy Lọc dầu Dung Quất.
Cấu tạo và thông số thiết kế của bể khử khí DA-3201.
Bể khử khí có cấu tạo gồm 2 phần chính: Phần bể chứa nước: Nước
sau khi được trao đổi nhiệt với hơi được đưa xuống bể chứa bên
dưới. Phía đáy bể là đầu ra cấp nước cho phụ tải; Phần tháp khử khí:
đặt phía trên, nước ngưng tụ đưa vào bể từ phía trên cao với hệ thống
vòi phun để phun nhỏ tia nước, hơi thấp áp được đưa vào bể ở từ
dưới đi lên.
1.2.2. Vai trò nhiệm vụ của khử khí đối với vận hành nhà máy
Bể khử khí là một trong những thiết bị đóng vai trò cực kỳ quan
trọng. Ngoài việc giữ nhiệt độ của nước trong bể khử khí ở nhiệt độ
bão hòa, bể khử khí còn là nơi cấp nước cho các phân xưởng công
nghệ, lò hơi CO (RFCC), các thiết bị sinh hơi thấp áp, trung áp và
cao áp của phân xưởng RFCC, cấp nước giảm ôn cho các dòng hơi đi
vào các thiết bị quay quan trọng, các bơm, máy nén,… .
1.2.3. Các dòng công nghệ vào ra, các điểm mức làm việc của bể.
a) Các dòng công nghệ vào ra

Đầu vào: Bể có 1 đường cấp nước vào có lưu lượng lớn nhất
275m3/h. Đầu vào hơi bão hòa 4Kg/cm2 nâng nhiệt độ và giữ áp
suất trong bể khoảng 1.5 Kg/cm2 để cho quá trình tách khí là tốt
nhất.
Đầu ra: Bể có ba đường ra Q01, Q02, Q03 cung cấp cho các
phụ tải: lò hơi CO (RFCC), các thiết bị sinh hơi của phân xưởng
RFCC và các phân xưởng công nghệ khác,....
b) Các mức nước làm việc của bể khử khí


Mức nước làm việc bình thường NL (Nomal level) =2775mm,
tương ứng 75% chiều cao bể.


4








Mức cảnh báo: cao (HL), cực cao (HHL), thấp (LL), cực thấp
(LLL).
Khi mức xuống đến mức LL (LowLow) = 740mm, tương ứng
30% chiều cao bể thì hệ thống báo động và khi thấp ở mức LLL
(low low level) = 300mm hệ thống sẽ dừng các bơm đầu ra.
Nếu mức nước tăng lên mức HL (hight level) = 2960mm, tương
ứng 80% chiều cao bể, hệ thống báo động.

Nếu tiếp tục tăng lên HHL (high thight level) = 3145mm hệ
thống sẽ ngừng cấp đầu vào.

1.2.4. Yêu cầu và những vấn đề tồn tại trong điều khiển bể khử khí
DA-3201
a) Yêu cầu và mục tiêu điều khiển
Yêu cầu về điều khiển: Mức nước và áp suất cần được giữ trong
giới hạn đảm bảo an toàn sản xuất và hiệu quả cao nhất. Việc này
đòi hỏi hệ thống điều khiển luôn tin cậy và hiệu quả.
Mục tiêu điều khiển: Nâng cao độ ổn định mức nước và áp suất
trong bể, khử tương tác xen kênh để nâng cao chất lượng điều khiển
b) Hệ thống điều khiển bể khử khí DA-3201 hiện nay và những
tồn tại
Hệ thống điều khiển cho bể khử khí DA-3201 gồm điều khiển
mức nước và áp suất trong bể.
Điều khiển áp suất: Áp suất hơi đo bởi cảm biến PT-027 đưa
về bộ điều khiển PIC-027 để so sánh với giá trị cài đặt để xuất tín
hiệu đầu ra điều khiển PV-027 nhằm ổn định áp suất trong bể.
Điều khiển mức: Mức nước được đo bởi cảm biến LT-011 đưa
về điều khiển LIC-011 để so sánh với giá trị cài đặt để xuất tín hiệu
đầu ra điều khiển van LV-011 nhằm ổn định mức trong bể.
Những tồn tại: Bộ điều khiển mức LIC-011 chỉ làm việc tốt khi
các thông số mô hình bể nước ổn định. Khi các đầu ra phụ tải Q01,
Q02 và Q03 vì một lý do nào đó đóng hoặc mở đột ngột thì mức
nước có sự thay đổi đột ngột và bộ điều khiển này không đáp ứng kịp
để giữ mức nước bể ổn định với điều kiện làm việc mới của bể.


5
CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH TOÁN BỂ KHỬ KHÍ VÀ TỔNG

QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỂ KHỬ KHÍ
2.1. MÔ HÌNH TỔNG QUÁT BỂ KHỬ KHÍ
 Đầu vào: gồm nước ngưng cấp và hơi bão hòa cấp vào bể
 Đầu ra: Nước khử khí cấp cho các lò hơi và hệ thống công nghệ
 Yêu cầu công nghệ: Mức nước và áp suất trong bể là hai yếu tố
được yêu cầu đảm bảo ổn định. Mô hình bể khử khí Hình 2.1

Hình 2.1. Mô hình 2 đầu vào và 2 đầu ra của bể khử khí DA-3201
2.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN BỂ KHỬ KHÍ
2.2.1. Xây dựng mô hình toán cho bể khử khí DA-3201
Bể khử khí tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất có mô hình công
nghệ và cấu trúc điều khiển như Hình 2.2.

Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ và cấu trúc điều khiển bể khử khí DA3201


6
Phƣơng trình cân bằng khối lƣợng hơi.
d[(Vd Vdw) s]
= Dis1 Dv
Dn Dso
d
Phƣơng trình cân bằng khối lƣợng nƣớc
d(Vdw
d

w)

= Vdw

d
d

w

w

dVdw
=
d

Dwi

Dsi2

Dn

Phƣơng trình cân bằng năng lƣợng:
d[(Vd Vdw) sHs
dw w w
d
d
Dwi wi DsoHs DwoHw

Dv

Dwo
d d]

d s

(

)

(

)

= Dsi

si

(

)

 Hơi nung nóng đi vào bể tác động với nước phun ra từ các hệ
thống vòi phun trên tháp khử khí, chúng sẽ giảm nhiệt độ và
ngưng tụ thành nước với lượng ngưng tụ là:
Dn(Hs

Hw)=Dwi(Hw

Hwi)

si1 (

si

Hs)

(2.4)

 Theo tính chất động lực học của nước và hơi, tại trạng thái bão
hòa ta có các phương trình trạng thái tham số bão hòa là [8]:

Thay (2.5) vào (2.3), ta được:
[(Vd
=

Vdw)

si1 (

Dv(Hs

si

s fx1

Hs)
Hw)

d

Dsi2(

si

d

fx4

(Vd

Hw)

Dn(Hs

Vdw)

s

Hw)

fx2

d

d s
d
Hwi)

fx5]

Dwi( Hw

(2.6)

7
Đặt:
(Vd

Vdw) s fx2
d
d fx4
d fx5
Hs Hw
Ta có được lượng nước bốc hơi khỏi mặt thoáng bể chứa là:
Dsi2( si Hw)
d s
Dv
Fx0
( )
Hs Hw
d
Fx0

dVdw
d

=

1
w

[Dwi

Vdw)

(Vd

s fx1

Dsi2 Dn

Dwo

Dsi2( si Hw)
Hs Hw

Fx0

d
d

s

w

fx3

d
d

]

s

(
d
d

)

s

[Dis1

Dn

Dso

w

s
w

Vd

Dsi2(Hsi Hw)
Hs Hw

Vdw Fx0

s
w

s
w

(Vdw fx3

(Dwi

Dsi2 Dn

Dwo )

Fx0 )
(

2.3. TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ LÀM VIỆC CỦA BỂ
2.3.1. Tính các tham số bảo hòa
Bảng 2.1. Các tham số hơi, nước ở trạng thái bão hòa [11]

Bảng 2.1. Tính fx1 đến fx5 theo phương trình tham số hơi bão hòa (2.5)

)


8
2.3.2. Các tham số công nghệ của bể khử khí
Các tham số công nghệ của bể khử khí như Bảng 2.3
Bảng 2.3. Các tham số chế tạo và công nghệ của bể khử khí DA-3201

2.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỂ
KHỬ KHÍ

Áp suất và mức nước trong bể khử khí là 2 đại lượng cần được điều
khiển đối với bể khử khí. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp điều
khiển bể khử khí đã được các nhà nghiên cứu tiến hành và công bố
trên một số các tạp chí. Một số phương pháp điều khiển điển hình
gồm: Phương pháp sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển độc lập
mức nước và áp suất [8 . Phương pháp này thường được áp dụng
cho các bể khử khí của các nhà máy có quy mô nhỏ. Bộ điều khiển
PID-Nơ ron tách kênh khử được tương tác giữa áp suất và mức nên
có đáp ứng tốt hơn điều khiển tốt hơn PID thông thường khá nhiều,
ngoài ra vấn đề khử tương tác xen kênh giữa áp suất và mức trong
bể cũng được mang lại hiệu quả nhất định [8 . Một phương pháp
điều khiển tách kênh sử dụng kỹ thuật soft computing cũng được đề
xuất ở [9 . Ngoài ra, trong bài báo này, tác giả cũng giới thiệu
phương pháp điều khiển kết hợp PID mờ thích nghi nhằm nâng cao
mức độ ổn định của mức nước và áp suất trong bể.


9
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN FEEDFORWARD
ĐIỀU KHIỂN MỨC VÀ ÁP SUẤT BỂ KHỬ KHÍ
3.1. HIỆN TRẠNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC VÀ ÁP SUẤT
BỂ KHỬ KHÍ DA-3201 TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU
3.1.1. Vấn đề xen kênh, sự thay đổi phụ tải trong điều khiển bể
khử khí
a) Vấn đề xen kênh, tương tác trong điều khiển.
Trong thực tế, áp suất và mức nước trong bể khử khí DA-3201
có sự tương tác, ảnh hưởng xen kênh với nhau. Sự xen kênh này ảnh
hưởng đến quá trình điều khiển như sau:









Khi lưu lượng nước đưa vào bể lớn hơn lưu lượng nước đầu ra
của bể tại một thời điểm sẽ làm mức nước tăng đồng thời áp suất
trong bể cũng tăng theo.
Ngược lại khi lưu lượng nước đầu ra lớn hơn lượng nước cấp vào
bể sẽ làm mức nước trong bể giảm, đồng thời áp suất trong bể
cũng giảm theo.
Khi đưa lượng hơi nhiều vào bể để bù sự giảm áp suất trong bể
thì lượng hơi nước đó hầu hết ngưng tụ (chiếm 10% lưu lượng
nước đầu ra bể cấp cho phụ tải) nên làm tăng mức nước của bể.
Ngoài ra, áp suất và nhiệt độ thay đổi sẽ làm thay đổi tỷ trọng
của nước nên sẽ ảnh hưởng đến mức nước trong bể.
Khi lưu lượng nước vào bể tăng lên nghĩa là cần thêm một lượng
hơi nung nóng để giữ cho nhiệt độ và áp suất luôn ở giá trị bảo
hòa.

b) Vấn đề thay đổi phụ tải
Do đặt thù công nghệ, nước khử khí cấp cho phụ tải có sự tăng
tăng hoặc giảm do một vài phụ tải lớn đưa vào sử dụng như: Mở hệ
thống phun sương giảm ôn đường ống hơi quá nhiệt hoặc một sự đột
biến tăng/giảm phụ tải thì xãy ra hiện tượng dao động mức nước và
áp suất trong giai đoạn xác lập. Quá trình dao động này có lúc 2 bộ
điều khiển mức nước và áp suất chưa đáp ứng tốt.

10
3.2. Ý TƢỞNG THIẾT KẾ
Quá trình phân tích động học của hệ thống, ta nhận thấy rằng hệ
thống luôn tồn tại sự tương tác, xen kênh trong điều khiển áp suất và
mức nước của đối tượng này. Từ đó tác giả đề xuất phương pháp
thiết kế hệ thống điều khiển cho bể khử khí gồm có các thành phần
sau:




Thiết kế 2 bộ điều khiển tích phân-tỉ lệ PI1 điều khiển mức nước
và PI2 để điều khiển áp suất trong bể, giữ ổn định mức và áp suất
trong quá trình làm việc bình thường.
Thiết kế thêm 2 bộ Feedforward với nhiệm vụ khử sự xen kênh,
tương tác giữa mức và áp suất trong bể khí có sự dao động phụ
tải nhằm nâng chất lượng điều khiển là vấn đề cần thiết.

3.2.1. Cấu trúc hệ thống với 2 bộ điều khiển PI1 và PI2.
Ta chọn cấu trúc chung của hệ thống với 2 bộ điều khiển PI1,
PI2 điều khiển 2 kênh song song như Hình 3.2.

Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc điều khiển bể khử khí với 2 bộ PI
3.2.2. Phương án thiết kế


Bộ điều khiển PI1 và PI2: Hai bộ này được thiết kế, chọn các
tham số điều khiển dựa trên cơ sở lý thiết về điều khiển PID kết

11
hợp với quá trình thực nghiệm tại nhà máy Lọc dầu Dung Quất
cũng như kết hợp với công cụ Matlab khi mô phỏng.
 Bộ điều khiển Feedforward: Hai bộ này được thiết kế dựa trên
quá trình động học, nguyên lý cân bằng năng lượng cũng như
cân bằng lưu lượng vào ra của hệ thống bể khử khí
3.3. THIẾT KẾ 2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PI1 VÀ PI2.
3.3.1. Chọn tác hướng tác động của bộ điều khiển mức nước PI1
Để mức nước trong bể ổn định thì:




Khi mức nước trong bể giảm xuống nhỏ hơn mức nước yêu cầu,
bộ điều khiển phải điều tiết tăng tín hiệu dòng điện đầu ra van
điều khiển nước vào để mở đưa mức nước về giá trị yêu cầu.
Khi mức nước trong bể tăng lên lớn hơn mức yêu cầu thì bộ điều
khiển phải điều tiết dòng ra van điều khiển giảm để đóng bớt van
nước vào nhằm đưa mức nước về giá trị yêu cầu

Từ hai đặc điểm trên ta chọn PI1 là bộ điều khiển tác động ngược.
3.3.2. Chọn tác hướng tác động của bộ điều khiển áp suất PI2
Khi áp suất trong bể giảm xuống nhỏ hơn áp suất yêu cầu, bộ điều
khiển phải điều tiết tăng dòng điện ra van điều khiển hơi vào để mở
bổ sung hơi nước vào để tăng áp suất đến giá trị yêu cầu.
Khi áp suất trong bể tăng lên lớn hơn áp suất yêu cầu thì bộ điều
khiển phải điều tiết dòng ra van điều khiển hơi vào giảm để đóng bớt
van nhằm đưa áp suất về giá trị yêu cầu
Từ hai đặc điểm trên ta chọn PI2 là bộ điều khiển tác động ngược

3.3.3. Xác định số Kp, Ki cho các bộ điều khiển
Bảng 3.1. Tham số Kp, Ki của bộ điều khiển mức và áp suất bể khử khí


12
3.4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN FEEDFORWARD
3.4.1. Phân tích các lượng vào ra và xen kênh trong bể khử khí

Hình 3.8: Sơ đồ cân bằng các dòng công nghệ vào ra của bể khử khí
 Nước khử khí đi ra khỏi bể cấp cho phụ tải có lưu lượng là Dwo,
Entanpi là Hwo. Lượng nước này thay đổi theo yêu cầu phụ tải
 Nước ngưng đi vào bể có lưu lượng là Dwi , Entanpi là Hwi. Bình
thường nước ngưng chiếm xấp xỉ 90% lượng đầu ra cấp cho tải
 Lưu lượng hơi nước đi vào bể là Dsi, Entanpi là Hsi. Trong vận hành
bình thường hơi nước này chiếm xấp xỉ 10% lượng đầu ra.
 Lượng khí không ngưng thoát ra ngoài là Dso, Entanpi là Hs. Lượng
thoát này hầu như không đán kể, chiếm 0.1% lượng đầu ra
 Có 2 yếu tố xen kênh đó là: Lưu lượng nước ngưng tụ từ hơi ra
nước (Dn) và lượng nước tự bốc hơi (DV)
3.4.2. Thiết kế bộ điều khiển Feedforward
Phương trình cân bằng năng lượng:
d
[ s(Vd Vdw)Hs
Dsi Hsi
Dwo Hw
wVwHw ]= DwiHwi
dt
Dso Hs
(
Phương trình cân bằng lưu lượng:

d
[ s(Vd Vdw)
Dsi
Dwo Dso
(
wVw ]= Dwi
dt
d
Xét hệ ở trạng thái xác lập (dt tiến về 0) ta có:
DwiHwi

Dsi Hsi

Dwo Hw

Dso Hs = 0

(

)
)
)


13
Dwi

Dwo – Dso = 0

Dsi

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

Từ (3.4) ta suy ra:
Dwi

Dwo

Dso

Dsi

Thay (3.5) vào (3.3) ta có:
(Dwo

Dso

Dsi)Hwi

Dsi Hsi

Dwo Hw

Dso Hs

Dso Hs
(Dwo Dso) Hwi
Hsi Hwi
Tín hiệu Feedforward tương ứng sẽ là:
DwoHw

Dsi

Bộ Feedforward cho điều khiển mức nước (FFC1) là:
DwiFF

Dwo

Dso

Dsi

Bộ Feedforward cho điều khiển áp suất (FFC2) là:
(Dwo Dso) Hwi
DwoHw Dso Hs
DsiFF
( )
Hsi Hwi
Từ các phương trình (3.8) và (3.9), ta xây dựng các cấu trúc
Feedforward như Hình 3.9

Hình 3.9: Cấu trúc feedforward điều khiển mức nước và áp suất bể


14
CHƢƠNG 4. MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT
QUẢ
4.1. MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DÙNG CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN
PID
4.1.1. Mô hình hóa đối tượng bể khử khí
Từ các phương trình mô tả bể khử khí trong Chương 2, ta xây
dựng mô hình mô phỏng cho đối tượng là bể khử khí như Hình 4.3.

Hình 4.3: Cấu trúc mô phỏng đối tượng bể khử khí DA-3201


15
4.1.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển gồm 2 bộ PI cho bể khử
khí
Từ Hình 3.2, ta xây dựng cấu trúc trên Matlab Simulink gồm 2
bộ PI để điều khiển để điều khiển bể khử khí như Hình 4.6

Hình 4.6: Cấu trúc điều khiển cho đối tượng bể khử khí
4.1.3. Kết quả mô phỏng khi sử dụng 2 bộ điều khiển PI
a) Mô phỏng điều khiển mức nước trong bể
Đáp ứng mức nước trong bể khử khí được thể hiện như Hình 4.7

Hình 4.7: Đáp ứng mức nước bể khử khí khi sử dụng bộ điều khiển PI

b) Mô phỏng điều khiển áp suất.
Đáp ứng áp suất bể khử khí được mô phỏng như biểu đồ Hình 4.8

Hình 4.8: Đáp ứng áp suất bể khử khí khi sử dụng bộ điều khiển PI


16
4.1.4. Khảo sát sự xen kênh giữa mức và áp suất trong bể khử khí
a) Tăng lưu lượng đầu ra
Tại thời điểm 2000s, tăng phụ tải nước từ 100m3/h lên
150m3/h. Mức nước biến thiên giảm, kéo theo giảm áp suất trong bể.
Tác động xen kênh của mức nước lên áp suất trong bể như trong
Hình 4.9a.

Hình 4.9a: Ảnh hưởng xen kênh mức nước lên áp suất trong bể khi
tăng lưu lượng nước đầu ra cấp cho phụ tải
b) Giảm lưu lượng đầu ra
Tại thời điểm 2000s, giảm lưu lượng 150m3/h xuống 100m3/h.

Hình 4.9b: Ảnh hưởng xen kênh mức nước lên áp suất trong bể khi
giảm lưu lượng nước đầu ra cấp cho phụ tải

17
4.2. SƠ ĐỒ BỘ ĐIỀU KHIỂN FEEDFORWARD
4.2.1. Mô phỏng cấu trúc điều khiển khi có Feedforward
Trên cơ sở Cấu trúc điều khiển Feedforward ở Hình 3.9 và cấu trúc
các bộ điều khiển Feedforward FFC1 và FFC2 ở Mục 4.2.1, hệ thống
điều khiển bể khử khí với 2 bộ điều khiển PI1, PI2 kết hợp với 2 bộ
Feedforward khử tương tác xen kênh FFC1, FFC2 như Hình 4.13.

Hình 4.13: Cấu trúc điều khiển PI và Feedforward cho bể khử khí
Đáp ứng mức nước và áp suất khi tăng hoặc giảm lưu lương đầu ra
tương ứng như Hình 4.14a và Hình 4.14b

Hình 4.14a: Đáp ứng mức nước và áp suất bể khử khí khi tăng lưu
lượng có sự tham gia của feedforward.


18

Hình 4.14b: Đáp ứng mức nước và áp suất bể khử khí khi giảm lưu
lượng có sự tham gia của feedforward.
4.2.2. Mô phỏng cấu trúc điều khiển Feedforward khi xét đến độ
trể của Van điều khiển
Ta thêm khâu trể của các Van điều khiển, cấu trúc như Hình 4.15

Hình 4.15: Cấu trúc điều khiển PI và Feedforward cho bể khử khí có
xét đến ảnh hưởng của thiết bị chấp hành.


19

Hình 4.16b: Đáp ứng mức nước và áp suất có feedforward khi giảm
lưu lượng có xét đến ảnh hưởng của cơ cấu chấp hành.


20
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Có nhiều phương pháp điều khiển để giữ ổn định mức nước và
áp suất cho bể khử khí được áp dụng như đã giới thiệu ở chương 2.
Qua quá trình nghiên cứu công nghệ, phân tích hoạt động của bể khử
khí tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, tác giả thấy rõ ràng rằng: Bể
khử khí là một đối tượng có tương tác xen kênh giữa áp suất và mức,
khi điều khiển mức nước sẽ làm thay đổi áp suất và ngược lại.
Quá trình xen kênh luôn tồn tại trong vận hành bể khử khí nên
khi thiết kế điều khiển cho hệ thống này, để đạt chất lượng cao cần
hết sức lưu ý đến ảnh hưởng xen kênh để có biện pháp triệt tiêu
chúng. Chính vì vậy, tác giả đã đề xuất một giải pháp khử tương tác
xen kênh đã nêu ở trên gọi là feedforward tách kênh. Kết quả cho
thấy rằng vấn đề tương tác, xen kênh đã được giải quyết gần như triệt
để, chất lượng điều khiển được nâng lên rõ rệt so với các phương
pháp đã được công bố.
Kiến nghị
Từ kết quả nghiên cứu trong luận văn, tác giả đề nghị Lãnh đạo
Công ty cổ phần Lọc-Hóa dầu Bình Sơn cho triển khai thiết kế và cài
đặt 2 bộ điều khiển feedforward để khử tương tác xen kênh giữa mức
và áp suất trong bể, nâng cao chất lượng điều khiển, khắc phục được
vấn đề tồn tại về điều khiển bể khử khí trong thời gian vừa qua.


21

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]
[2]

[3]
[4]
[5]
[6]
[7]

Phạm Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Khoa
học và kỹ thuật, Hà Nội năm 2006.
Bùi Quốc Khánh-Phạm Quang Đăng-Nguyễn Huy Phương-Vũ
Thụy Nguyên, Điều khiển quá trình, NXB Khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội 2014
Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB
Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2009.
Nguyễn Doãn Phước, Phân tích và điều khiển Hệ phi tuyến,
NXB Bách Khoa Hà Nội 2016.
Nguyễn Phùng Quang, Matlab &Simulink, Nhà xuất bản khoa
học và kỹ thuật, Hà Nội 2005, trang 6-65.
Nguyễn Bốn, Các phương pháp tính truyền nhiệt, Giáo trình
cao học, Đại học Đà Nẵng 2001.
Đàm Xuân Hiệp và đồng tác giả, Lò hơi công nghiệp, Nhà
xuất bản khoa học kỹ thuật 2007.

Tiếng Anh
[8]

[9]

Peng Wang, Hao Meng and Qingzhou Ji, “PID Neural
Network Decoupling Control of Deaerator Pressure and
Water Level Control System,” Proceedings of the 2014 IEEE
International Conference on Robotics and Biomimetics
December 5-10, 2014, Bali, Indonesia
S.Gomathy1, Mrs.T.Anitha2, “Deaerator Storage Tank Level &
Deaerator Pressure Control Using Soft Computing,” 1,2De
partment of Control and Instrumentation Engineering, 1,2Sri
Ramakrishna Engineering College, IJSART-Volume 1 Issue 5
–MAY 2015


22
[10] Jianwen Zhao, Zhu Yao, Lei Sun, “New Type Of Parallel
Deaerator’s Water Level And Pressure Control,” 2014
International Symposium on Computer, Consumer and
Control.
[11] IAPWS 2007, “Revised Release on the IAPWS Industrial
Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water
and Steam,’’ International Association for the Properties of
Water and Steam 2007
[12] TPC, “8474L-032-A5016-0000-001-016-0, Boiler feed water
& Condensate system Unit 32” Module training DQR Project
2008
[13] Termochimica Impianti, “Vendor data book for Deaerator DA
3201A/B,” EPC Contract for DQR Project
[14 TPC, “8474L-500-SP-1511-102-4, Unit 032– Steam and
Condensate system” DQR Project 2008