KC-DK-QT_Nguyen Dinh Lam BKDN.ppt

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Hệ thống điều khiển quá trình Quá trình và các biến quá trình

Quá trình: - Quá trình: là một trình tự các diễn biến vật lý, hoá học hoặc sinh học, trong đó vật chất, năng lượng, thông tin được biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ. - Quá trình công nghệ: là những quá trình liên quan đến biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ vật chất và năng lượng, nằm trong dây chuyền công nghệ hoặc nhà máy sản xuất năng lượng. - Quá trình kĩ thuật: là quá trình với các đại lượng kĩ thuật được đo hoặc/và được can thiệp. QTKT=QTCN+các phương tiện kĩ thuật (thiết bị đo, thiết bị chấp hành)



Các biến quá trình:- Biến vào: là một đại lượng hoặc điều kiện phản ánh tác động từ bên ngoài vào quá trình. VD: lưu lượng dòng nguyên liệu, nhiệt độ hơi nước cấp nhiệt,…- Biến ra: là một đại lượng hoặc điều kiện thể hiện tác động của quá trình ra bên ngoài. VD: nồng độ hoặc lưu lượng sản phẩm ra.- Biến trạng thái: là biến mang thông tin về trạng thái bên trong quá trình. VD: nhiệt độ lò hơi, áp suất hơi…- Biến cần điều khiển: là một biến ra hoặc một biến trạng thái của quá trình được điều khiển, điều chỉnh sao cho gần với một giá trị mong muốn hay giá trị đặt (setpoint, SP) hoặc bám theo một biến chủ đạo/tín hiệu mẫu.



Các biến quá trình:- Nhiễu: là những biến còn lại không can thiệp được một cách trực tiếp hay gián tiếp trong phạm vi quá trình đang quan tâm. + Nhiễu quá trình: là những biến vào tác động lên quá trình kĩ thuật một cách cố hữu không can thiệp được. + Nhiễu đo: là nhiễu tác động lên phép đo, gây ra sai số trong giá trị đo được.



Các biến quá trình:- Nhiễu: là những biến còn lại không can thiệp được một cách trực tiếp hay gián tiếp trong phạm vi quá trình đang quan tâm. + Nhiễu quá trình: là những biến vào tác động lên quá trình kĩ thuật một cách cố hữu không can thiệp được. + Nhiễu đo: là nhiễu tác động lên phép đo, gây ra sai số trong giá trị đo được.



Bình chất lỏng- Lưu lượng chất lỏng vào: Fi

- Lưu lượng chất lỏng ra: Fo - Yêu cầu điều khiển: mức nước trong bình được giữ ở mức h


Hệ thống điều khiển quá trình Quá trình và các biến quá trìnhThiết bị gia nhiệt:

Lưu lượng dòng chất lỏng cần gia nhiệt: wc

Nhiệt độ dòng chất lỏng cần gia nhiệt: TC1

Lưu lượng hơi gia nhiệt: wH

Mhiệt độ hơi gia nhiệt: TH1

Nhiệt độ dòng chất lỏng qua bộ gia nhiệt: TC2

Nhiệt độ hơi gia nhiệt qua bộ gia nhiệt: TH2

Yêu cầu: Nhiệt độ dòng chất lỏng sau khi qua bộ gia nhiệt đạt giá trị mong muốn TC2.


Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình


Các nguyên tắc cơ bản của quá trình điều khiển

Điều khiển đóng hoặc mở (discrete control)

Start up, shutdown, an toàn nhà máy

Phương pháp điều khiển logic, với cổng OR, AND, NAND...

Relais & Bộ điều khiển có khả năng lập trình PLC (Programmable

Logic Control)

Điều khiển quá trình (process control)

Điều khiển liên tục, các thông số nhiệt độ (T), áp suất (P), mức chất

lỏng (L), lưu lượng (F), độ pH, nồng độ (A)...

Đầu vào: Tín hiệu tương tự chuẩn như 4-20 mA hoặc 3-15 psig (0,2

– 1 bar)

Đầu ra: van điều khiển hoặc kết nối với TB ĐK khác.


Điều khiển quá trình (process control) - Thành phần cơ bản

r(t) (reference input): tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn.

C(t) (Controlled Output): tín hiệu ra.

Cht(t) : tín hiệu hồi tiếp.

e(t) : Sai số.

u(t) : tín hiệu điều khiển.


Điều khiển quá trình (process control) - Phân tích hệ thống

điều khiển Tính ổn định của hệ thống:

Kích thích hệ bằng tín hiệu u(t) bị chặn ở đầu vào, thì hệ sẽ có đáp

ứng c(t) ở đầu ra cũng bị chặn

c(t) Const (c0) khi tín hiệu vào u(t) = Const (u0).

Độ sai lệch tĩnh (sai lệch giữa giá trị đặt SP và giá trị PV):

Sau một thời gian quá độ tqđ

e(t) = u(t) - c(t) = SP - PV

: Sai lệch tĩnh của hệ thống

Thời gian quá độ tqđ và độ điều chỉnh:


Điều khiển quá trình (process control) - Phân tích hệ thống

điều khiển Thời gian quá độ tqd và độ điều chỉnh:

Giới hạn quán tính cần có của hệ thống

tqd: thời gian chuyển từ trạng thái tĩnh này sang trạng thái tĩnh khác

tqd càng nhỏ, chất lượng động học của hệ càng tốt

Độ quá điều chỉnh: miền dao động của đầu ra c(t) xung quanh giá trị

giới hạn c0 mà hệ cần phải đạt đến

Độ quá điều chỉnh được hiểu là giá trị tuyệt đối của (umax(t) - y0) = І,

giá trị này càng nhỏ, chất lượng động học của hệ càng cao

Tính bền vững của hệ thống


Một số kỹ thuật điều khiển thông dụng Feedback control

Phương pháp điều khiển truyền thống

Đo biến quá trình cần điều khiển PV (Process Variable)

So sánh với giá trị đặt SP (Setpoint)

Căn cứ vào độ sai lệch: e = SP – PV

Bộ điều khiển sẽ cho ra tín hiệu điều khiển tương ứng làm thay đổi

độ mở của van

Ưu nhược điểm:


Một số kỹ thuật điều khiển thông dụng Feedback control – Các bước cơ bản của một bộ điều khiển

1. Đo biến đầu ra, PV.2. So sánh giá trị đo PV, với giá trị đặt SP. Tính toán độ sai lệch E(t), xác dịnh bộ điều khiển là direct hay reverse.3. Cung cấp độ sai lệch E(t), xác định % độ mở OP của van.4. Giá trị của OP% được chuyển đến thiết bị điều khiển cuối để xác định input cho quá trình này U(t).5. Lặp lại quá trình.


Một số kỹ thuật điều khiển thông dụng Cascade Control – Điều khiển nối tiếp

Cải thiện được tính phản hồi Tính dễ điều khiển cho quá trìnhÁp dụng đối với những quá trình: - Thời gian trễ lớn- Bộ ĐK đáp ứng chậm


Một số kỹ thuật điều khiển thông dụng Feed forward control - Điều khiển sớm


Tổng quan bộ điều khiển PID PID là chữ viết tắt của ba thành phần gồm khâu khuếch đại P

(Proportional), khâu tích phân I (Integral) và khâu vi phân D

(Differential)


Tổng quan bộ điều khiển PID Phương trình của bộ điều khiển:

OP(t): Điều khiển Output theo thời gian e(t): Độ sai lệch theo thời gian.Kp : hệ số khuếch đại, đặt trưng cho khâu tỉ lệ.

Ti: hằng số tích phân, đặt trưng cho khâu tích phân.

Td: hằng số vi phân, đặt trưng cho khâu vi phân.

dt

tdeTKdeTKteKtOP dc

t

i

cc

0

)(


Tổng quan bộ điều khiển PID Phương trình của bộ điều khiển:

- Thành phần P (proportion): phụ thuộc vào sai lệch (error) giữa SP và PV Đặc trương bởi hệ số Kp, Khi tăng Kp sẽ làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ thống, nhưng nếu Kp quá lớn sẽ làm hệ dao động, mất ổn định và nếu tiếp tục tăng sẽ có thể dẫn đến mất điều khiển.

- Thành phần I (integrator): Tính tổng các sai số hệ thống theo thời gian, và đáp ứng của thành phần này sẽ tiếp tục tăng cho đến khi sai số bằng 0, giúp cho sai số ổn định dần đến 0 và được đặc trưng bởi tham số Ti (integrator time).

- Thành phần D (derivate) : Thành phần vi phân làm cho đầu ra giảm khi biến quá trình thay đổi quá nhanh. Đáp ứng của thành phần D tỷ lệ với tốc độ thay đổi của biến quá trình, và được đặc trưng bởi tham số Td (derivate time). Khi tăng Td sẽ làm tăng khả năng chống lại sự thay đổi của sai số và làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ thống. Trong thực tế hệ số Td rất nhỏ vì đáp ứng của thành phần D rất nhạy cảm với các nhiễu của biến quá trình.

Cần thiết phải chọn các thông số Kp, Ti, Td phù hợp


Tổng quan bộ điều khiển PID Hoạt động của P-only Control So sánh hoạt động của P-control và PI

deTKteKtOP

t

i

cc

0

)( )(teKtOP c


Tổng quan bộ điều khiển PID So sánh hoạt động của bộ điều khiển PI và PID

dt

tdeTKdeTKteKtOP dc

t

i

cc

0

)(


Tổng quan bộ điều khiển PID Các giá trị Kp, Ti, Td thường gặp

Kp Ti (phút) Td (phút)

Flow Control 0,4 - 0,65 0,05 - 0,25

Liquid Pressure Control 0,5 - 2 0,1 - 0,25

Liquid Level Control 2 - 10 1 - 5

Gas Pressure Control 2 -10 2 và 10

Temperature Control 2 - 10 2 - 10 0 - 5


Hệ thống điều khiển phân tán - Distributed Control System (DSC)

• Đảm bảo an toàn cao• Lưu trữ các thông tin trong quá trình hoạt động• Cung cấp cái nhìn tổng quát nhất về hoạt động của nhà máy.• Các module tính toán cho phép tối ưu hiệu quả công nghệ và hiệu quả kinh tế.• Giao diện thân thiện với người vận hành bằng ngôn ngữ và hình ảnh...

23

Chữ cái đầu tiên: Đại lượng vật lý

cần đo

Chữ cái tiếp theo: Kiểu dụng cụ

hoặc chức năng

P: Áp suất (Pressure)

L: Mức (Level)

F: Lưu lượng (Flow)

T: Nhiệt độ (Temperature)

W: Khối lượng (Weight)

I: Hiển thị (Indicator)

C: Điều khiển (Controller)

R: Lưu trữ (Recorder)

T: Chuyển thông tin (Transmitter)

V: Vanne

Y: Bộ chuyển đổi (Converter) hoặc

các phép tính toán (Calculation

operator)

E: Phần tử đầu tiên (Primary

element)

Q: Tích phân (Integration)

Tín hiệu Ký hiệu

Điện

Áp suất

Số

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

24

Ký hiệu Giải thích

Dụng cụ đơn lẻ được lắp đặt tại khu vực

VD: Bộ chuyển tải giá trị đo

Dụng cụ đơn lẻ mà người thao tác có thể tiếp cận được, được lắp đặt tại phòng chính

VD: Bảng thiết bị điều khiển

Dụng cụ đơn lẻ mà người thao tác không thể tiếp cận được, được lắp đặt tại phòng chính

Dụng cụ mà người thao tác có thể tiếp cận được (1) hoặc không thể tiếp cận được (2) và được thực hiện trong một hệ thống lệnh điều khiển số (Système numérique de controle commande).

VD: Thiết bị điều khiển

(1)

(2)

Bộ chuyển đổi hoặc thao tác tính toán:


25


Vanne tay

Vanne điều khiển trang bị kích hoạt bằng áp suất (pneumatique)

..V

Vanne điều khiển trang bị bộ phận định vị độ mở bằng áp suất (pneumatique)

..V

Vanne điều khiển trang bị bộ phận định vị độ mở bằng điện-áp suất (électro-pneumatique)

..V

M Moteur điện

Vanne điều khiển trang bị servomoteurr điện

M


26


Electrovanne

Bơm thể tích

Bơm ly tâm

M

Máy khuấy

Thiết bị trao đổi nhiệt

Bể chứa mở với chất lỏng


27

Bộ chuyển tải áp suất tương đối

FIC 860

FT 860

FE 860

FY 860.1

FY 860.2

I P

Capteur lưu lượng (Diaphragme)

Thao tác tính toán

Tín hiệu sốLiên kết logic

Thiết bị điều khiển

Bộ chuyển đổi tín hiệu cường độ dòng điện sang tín

hiệu áp suất (I/P)

FV 860

Tín hiệu áp suất 0.2 - 1 bar

Tín hiệu điện4 - 20 mA

P&ID

28

29

LRC

FR

FRC

TI

PRC

LRC

FRC

TR

TI

TI

TI

TI

TITI

AR

AR

TI

TI

Thiết bị đo và điều hoà đơn giản của tháp chưng cất hai sản phẩm

30

PRCPRC

Ngưng tụ đỉnh với hệ thống điều khiển áp suất đỉnh tháp

Biến thiên P trong tháp:

-Tổn thất P đường đỉnh (200-700 mbar)

-Tổn thất P qua mỗi đĩa (3-20 mbar) « design »

Tác động lên hoạt động của thiết bị ngưng tụ:

- Lưu lượng lưu chất làm lạnh, công suất thiết bị làm lạnh bằng không khí.

31

PRC

PRC

Tác động lên hoạt động của thiết bị ngưng tụ:

- Bề mặt trao đổi nhiệt

32

PRC

PRC

PC

Thay đổi điều kiện làm việc của bình hồi lưu

Nạp khí nhờ bipasse của dòng hơi đỉnh

Xả hơi ra ngoài

Cùng hệ thống vanne

PC trên bình hồi lưu

33

PRC

PDRC

PC

PRC

PDRC

PC trên bình hồi lưu

Trực tiếp tác động len vannes xả hoặc nạp khí từ bên ngoài

34

TT

FT

TT

L=Lo( 1+kt)

XC

Trạng thái quá lạnh của hồi lưu

P

Pb

P’b

T’b Tb

T

35

Thiết bị đun sôi lại đáy tháp

Thermosiphon đứng

Once through

36

Thiết bị đun sôi lại kiểu Kettle

Thiết bị đun sôi lại sử dụng lò đốt

37

FT TT

TT

QR=MCT

XC

Điều khiển công suất của thiết bị đun sôi lại

38

LRC

PRC

LRC

FRC

TRC

FRC

Sơ đồ hệ thống điều hoà với TRC/Đĩa nhạy cảm dành cho tháp 2 sản phẩm Tác động lên công suất thiết bị đun sôi lại

39

LRC

PRC

LRC

FRCTRC

FRC

Sơ đồ hệ thống điều hoà với TRC/Đĩa nhạy cảm dành cho tháp 2 sản phẩm Tác động lên lưu lượng hồi lưu

40

LRC

PRC

LRC

FRCTRC

FT

TT

TT

QRFT

QR/A

XC

Sơ đồ hệ thống điều hoà với TRC/Đĩa nhạy cảm dành cho tháp 2 sản phẩm Tác động lên lưu lượng hồi lưu – Lưu lượng nguyên liệu thay đổi

Feed forward control

41

LRC

PRC

LRC

FRT

TRC

FRC

FT

Lo/A

XC

Sơ đồ hệ thống điều hoà với TRC/Đĩa nhạy cảm dành cho tháp 2 sản phẩm Tác động lên công suất thiết bị đun sôi lại – Lưu lượng nguyên liệu thay đổi

Feed forward control

42

LRC

PRC

LRC

FRCTRC

FRC

ARC

ARC

Sơ đồ hệ thống điều hoà với TRC/Đĩa nhạy cảm và hệ thống khống chế chất lượng sản phẩm 1

43

LRC

PRC

LRC

FT

TRC

FRC

FT ARC

ARC

ARC

Sơ đồ hệ thống điều hoà với TRC/Đĩa nhạy cảm và hệ thống khống chế chất lượng sản phẩm 2

44

Nhiệt độ sôi (oC)

Lưu lượng Naphta (Gas + xăng)

Lưu lượng Kérosène

Lưu lượng GO nhẹ

Lưu lượng GO nặng

Lưu lượng Cặn khí quyển

Phân đoạn đỉnh

Kérosène

GO nhẹ

GO nặng

Cặn khí quyển

T1 : 145 - 185oC

T2 : 220 - 230oC

T2 : ~ 300oC

T2 : ~ 380oC Lưu

lượn

g dầ

u th

ô

Chưng cất dầu thôĐiểm cắt và tiêu chuẩn sản phẩm

PF ASTM xăng - Điểm chớp cháy Kero

PF ASTM Kero - Đặc trưng T° thấp GO

PF ASTM GO - Đặc trưng T° thấp GO nặng và GO nhẹ

PF ASTM GO nặng, Đặc trưng T° thấp GO nặng – d và độ nhớt cặn KQ

45

PRCTRC

LRC

LRC

Lưu lượng đỉnh: Điểm cắt xăng-Kero: Hệ thống điều hoà nhiệt độ đỉnh tháp

Ngưng tụ một giai đoạn – Tác động: Hồi lưu ngoài

46

PRC

TRC

LRC

LRC

Ngưng tụ một giai đoạn – Tác động: Hồi lưu tuần hoàn đỉnh tháp

47

PRC

TRC

LRC

LRC

LRC

Ngưng tụ hai giai đoạn – Tác động: Ngưng tụ hồi lưu nóng

48

PRC

TRC

LRC

LRC

FRC

Ngưng tụ một giai đoạn – Tác động: Hồi lưu tuần hoàn đỉnh

49

PRC

LRC

LRC

LRC

FRC

FRC

Ngưng tụ hai giai đoạn – Khống chế trực tiếp điểm cắt

50

LRC FRC

LRC

FRC

Khống chế lưu lượng các sản phẩm trích ngang

51

T1

T2

T3

T4

GO nhẹ

GO nặng

Cặn khí quyển

Kérosène


Điểm cắt và chất lượng của quá trình tách

52

LRC

FR

TRCPRC

TRC

FRC

TCFRC

TC

FRC

FRC

FRC

LRC

LRC

LRC

LRC

Tháp chưng cất khí quyển với hệ thống điều hoà

53Nhiệt độ sôi

(oC)

TRC

FRC Kérosène

FRC GO nhẹ

FRC GO nặng

Cặn khí quyển

T1 : 145 - 185oC

T2 : 220 - 230oC

T2 : ~ 300oC

T2 : ~ 380oC

FRC Kérosène =

FRC GO nhẹ =

FRC GO nặng =

TRC

Cặn khí quyển


Thay đổi lưu lượng sản phẩm đỉnh

54


TRC

FRC Kérosène

FRC GO nhẹ

FRC GO nặng

Cặn khí quyển

T1 : 145 - 185oC

T2 : 220 - 230oC

T2 : ~ 300oC

T2 : ~ 380oC

FRC GO nhẹ =

FRC GO nặng =

TRC =


FRC Kérosène

Cặn khí quyển

Thay đổi lưu lượng Kerosène

55


TRC

FRC Kérosène

FRC GO nhẹ

FRC GO nặng

Cặn khí quyển

T1 : 145 - 185oC

T2 : 220 - 230oC

T2 : ~ 300oC

T2 : ~ 380oC

FRC GO nhẹ =

TRC =


FRC Kérosène =

Cặn khí quyển

FRC GO nặng

Thay đổi lưu lượng GO nặng

56


TRC

FRC Kérosène

FRC GO nhẹ

FRC GO nặng

Cặn khí quyển

T1 : 145 - 185oC

T2 : 220 - 230oC

T2 : ~ 300oC

T2 : ~ 380oC

FRC GO nhẹ =

TRC


FRC Kérosène

Cặn khí quyển =

FRC GO nặng =

Thay đổi điểm cắt của phân đoạn xăng và Kerosène

57


TRC

FRC Kérosène

FRC GO nhẹ

FRC GO nặng

Cặn khí quyển

T1 : 145 - 185oC

T2 : 220 - 230oC

T2 : ~ 300oC

T2 : ~ 380oC

TRC =


FRC Kérosène =

Cặn khí quyển =

FRC GO nhẹ

FRC GO nặng

Thay đổi điểm cắt của phân đoạn GO nặng và GO nhẹ

58


Kérosène

GO nhẹ

GO nặng

Cặn khí quyển

Vùng tách phân đoạn Kérosène và GO nhẹ V L


TRC

FRC Kérosène

FRC GO nhẹ

FRC GO nặng

Cặn khí quyển

T1 : 145 - 185oC

T2 : 220 - 230oC

T2 : ~ 300oC

T2 : ~ 380oC

59



Kérosène


Kérosène


Kérosène

Điểm chớp cháy của phân đoạn Kéro khi SX tổi thiểu Xăng

60

T3

T4

GO nhẹ

GO nặng

Cặn khí quyển

GO nhẹ

GO nặng

Cặn khí quyển

GO nhẹ

GO nặng

Cặn khí quyển

Tối đa sản xuất nhiên liệu diesel với điểm vẩn đục không đổi

61

T1

T2

T3

T4

GO nhẹ

GO nặng

Cặn khí quyển

Kérosène


GO nhẹ

GO nặng

Cặn khí quyển

Kérosène


T1

T2

T3

T4

Thay đổi thành phần dầu thô

Documents

KC-DK-QT_Nguyen Dinh Lam BKDN.ppt