Học liệu

TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

  • 19/08/2019
  • Học liệu

1.1.Mở đầu

Điều khiển tự động phát triển theo hai hướng là lý thuyết và ứng dụng, hướng lý thuyết phát triển theo hướng tìm ra các bộ điều khiển thông minh (mờ, nơron, thích nghi...), còn hướng ứng dụng là tìm ra các giải pháp vận hành, điều khiển các quá trình công nghệ cụ thể trong thực tiễn. Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thuật điều khiển vào trong các ngành công nghiệp chế biến (công nghệ hóa học, sinh học và thực phẩm), là sự kết nối chặt chẽ nền tảng lý thuyết điều khiển tự động với qui trình công nghệ của các quá trình sản xuất.

Để học được môn học này sinh viên cần có kiến thức của các môn học: Hóa học, Vật lý, Đo lường cảm biến và LT ĐKTĐ và thực tế quan sát được các dây chuyền công nghệ sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp khi được đi thực tập ở ngoài doanh nghiệp.

1.1.1.Khái niệm Điều khiển quá trình

Điều khiển quá trình là điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an toàn cho con người, máy móc và môi trường.

1.1.2. Mục đích và chức năng của ĐKQT

  • -  Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định trơn tru: Giữ cho hệ thống ổn định tại điểm làm việc cũng như chuyển chế độ một cách trơn tru, đảm bảo các điều kiện theo yêu cầu của chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện.

  • -  Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất và duy trì các thông số liên quan đến chất lượng sản phẩm.

  • -  Đảm bảo hệ thống vận hành an toàn: Giảm thiểu các nguy cơ xảy ra sự cố cũng như bảo vệ cho con người, máy móc, thiết bị và môi trường trong trường hợp xảy ra sự cố.

    6

  • -  Bảo vệ môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thông qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm nước sử dụng và nước thải, hạn chế lượng bụi và khói, giảm tiêu thụ nguyên nhiên liệu.

  • -  Nâng cao hiệu quả kinh tế: Đảm bảo năng suất chất lượng theo yêu cầu trong khi giảm chi phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu của thị trường.

    1.1.3.Tầm quan trọng của điều khiển quá trình

    - ĐKQT ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn và tính tin cậy của một quá trình. - ĐKQT quyết định chất lượng sản phẩm của quá trình sản xuất
    - ĐKQT ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành của quá trình.

    1.2. Nhiệm vụ của điều khiển quá trình

    Nhiệm vụ của điều khiển quá trình là can thiệp các biến vào của quá trình kỹ thuật một cách hợp lý để các biến ra của nó thỏa mãn các chỉ tiêu cho trước, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng xấu của quá trình kỹ thuật đối với con người và môi trường xung quanh. Hơn nữa, các diễn biến của quá trình kỹ thuật cũng như các tham số, trạng thái hoạt động của các thành phần trong hệ thống cần được theo dõi và giám sát chặt chẽ. Tuy nhiên, trong một quá trình kỹ thuật thì không phải biến vào nào cũng có thể can thiệp được và không phải biến ra nào cũng cần phải điều khiển.
    Đại lượng được điều khiển (controlled variable, CV) là một biến ra hoặc một biến trạng thái của quá trình được điều khiển, điều chỉnh sao cho gần với một giá trị đặt (setpoint, SP) hoặc bám theo một tín hiệu chủ đạo (reference signal). Các đại lượng được điều khiển liên quan hệ trọng tới sự vận hành ổn định, an toàn của hệ thống hoặc chất lượng sản phẩm. Các biến ra hoặc biến trạng thái còn lại của quá trình không được điều khiển, nhưng có thể được ghi chép hoặc hiển thị. Nhiệt độ, mức, áp suất và nồng độ là những đại lượng được điều khiển tiêu biểu nhất trong các hệ thống điều khiển quá trình.

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

    undefined

    Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình.

    1.3.1. Thiết bị đo

    undefined

    Hình 1.2: Hệ thống thiết bị đo quá trình

    Hệ thống thiết bị đo quá trình bao gồm: Cảm biến, điều hòa truyền phát tín hiệu và chỉ báo để biến đổi các đại lượng không điện (nhiệt độ, áp suất...) thành các đại lượng điện.

    - Measurement device: Thiết bị đo

    - Sensor: Cảm biến (ví dụ cặp nhiệt, ống venturi, siêu âm,..) 8

    - Sensor element: Cảm biến, phần tử cảm biến

    - Signal conditioning:Điều hòa tín hiệu, chuyển đổi đo

    - Transmitter: Điều hòa tín hiệu + truyền phát tín hiệu chuẩn

    - Transducer: Bộ chuyển đổi theo nghĩa rộng (ví dụ áp suất-dịch chuyển, dịch chuyển- điện áp), có thể là sensor hoặc sensor + transmitter.

    Đặc tính thiết bị đo: Đặc tính vận hành, phạm vi đo và dải đo, độ phân giải, dải chết và độ nhạy, độ tin cậy, ảnh hưởng do tác động môi trường, sai số và độ chính xác, độ tuyến tính, đặc tính động học, đáp ứng bậc thang, đáp ứng tín hiệu dốc.
    Chúng ta cần quan tâm đến các chuẩn truyền của tín hiệu như sau:

    Tín hiệu tương tự:
    Điện: 0-20 mA, 10-50 mA, 0-5V, 1-5V...
    Khí nén: 0.2-1 bar (3-15 psig)
    Tín hiệu logic:
    0-5VDC, 0-24 VDC, 110/120VAC, 220/230 VAC...
    Tín hiệu xung/số:
    Tín hiệu điều chế độ rộng xung, tần số xung
    Chuẩn bus trường: Foundation Fieldbus, Profibus –PA... Chuẩn nối tiếp thông thường: RS-485, ...
    Các loại cảm biến thông dụng trong điều khiển quá trình a. Cảm biến mức

    undefined

    Hình 1.3: Cảm biến báo mức và đo mức

     

Các tin khác