HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG (PID)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC o0o BÀI TẬP LỚ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

o0o

BÀI TẬP LỚN CUỐI KỲ

Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH

VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG

TPHCM, Tháng 12/2021

Mục lục

PHẦN 1: GIỚI THIỆU 3

PHẦN 2: MỤC ĐÍCH 4

PHẦN 3: NỘI DUNG 5

3.1 Sơ đồ khối 5

3.2 Khảo sát quá trình 5

3.3 Sơ đồ quá trình 6

3.4 Chọn lựa thiết bị 6

3.4.1 Cảm biến 6

3.4.2 Thiết bị thừa hành 9

3.4.3 Bộ điều khiển 10

3.5 Lưu đồ P&ID 11

3.6 Thuyết minh hệ thống tự động hóa 11

Tài liệu tham khảo 13

PHẦN 1: GIỚI THIỆU

Kiểm soát dòng chảy được ứng dụng nhiều trong công nghiệp như lò phản ứng hóa học, thiết bị trao đổi nhiệt và cột chưng cất, đặc biệt là các hệ thống đường ống dài vận chuyển chất lỏng giữa các bồn chứa Tuy nhiên, việc điều chỉnh bằng tay khó mang lại hiệu qua trong việc kiểm soát lưu lượng trong các ống dẫn và điều chỉnh chính xác mức yêu cầu cần thiết trong các bồn chứa, đồng thời kiểm soát lưu lượng chất lỏng là một trong những quy trình phức tạp nhất, lưu lượng vận chuyển thay đổi ảnh hưởng bởi một số yếu tố như sự thay đổi về

áp suất, nhiệt độ, mật độ và độ nhớt cũng như sự hiện diện của tạp chất trong chất lỏng Do đó, việc thiết kế hệ thống điều khiển dòng chảy để giải quyết những vấn đề này là cần thiết Vì thế, em đề xuất phương án điều khiển lưu lượng trong đường ống vận chuyển chất lỏng cùng các thiết bị cần thiết đảm bảo quy trình vận hành an toàn và ổn định

PHẦN 2: MỤC ĐÍCH

- Tạo hệ thống bơm và ngắt tự động

- Điều khiển lưu lượng trong các ống dẫn ổn định trước các nhiễu như tạp chất, khúc cua, …

- Kiểm soát lượng nước vào các bể chứa

3.1 Sơ đồ khối

PHẦN 3: NỘI DUNG

3.2 Khảo sát quá trình

Sách lược điều khiển: Điều khiển phản hồi

Biến điều khiển (X): độ mở van

Biến cần điều khiển (Y): lưu lượng lỏng

Nhiễu (Z): áp suất, nhiệt độ, độ nhớt, ma sát với thành ống khi vận chuyển, ma sát cục bộ (khúc cua),…

3.3 Sơ đồ quá trình

Thuyết minh: Lưu chất từ bồn dự trữ được vận chuyển đến bể chứa tiêu

chuẩn thông qua đường ống dài, có sự tác động của các yếu tố nhiễu như khúc cua, áp suất thay đổi sau bơm, nhiệt độ (ảnh hưởng đến độ nhớt chất lỏng), ma sát với thành ống,… làm thay đổi lưu lượng chất lỏng trên đường ống Van điều khiển được thêm vào nhận tín hiệu từ các vị trí khác nhau trên đường ống, từ đó

tự động điều chỉnh theo setpoint đã đưa vào hệ thống để đảm bảo lưu lượng vận chuyển được ổn định Van xả để tháo lưu chất ra khỏi bồn tiêu chuẩn và đưa vào

sử dụng

3.4 Chọn lựa thiết bị

3.4.1 Cảm biến

Cảm biến được dùng ở đây bao gồm:

- Orifice Plate:

 Đồng hồ đo lưu lượng áp suất chênh áp được sử dụng cho nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau Giống với những thành phần đo lưu lượng chính, tấm lỗ Orifice places đại diện cho giải pháp đo lưu lượng phổ biến nhất Dụng cụ này cho phép cài đặt và quản lý dễ dàng

 Áp lực chênh áp được tạo ra bởi yếu tố dòng chảy chính thường được chuyển đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy được đo bởi một máy phát áp lực chênh áp

 Orifice Plate được lắp đặt để đo lưu lượng sau bơm

Orifice Plate

- Vortex Transmitter:

 Vortex Transmitter được hoạt động dựa trên nguyên tắt Karman Vortex Street Bất kỳ chất lỏng nào khi chảy trong đường ống đều tạo ra nhiều dòng xoáy xung quanh nó,hiện tượng này gọi là hiện tượng Vortex shashing Một Vortex Transmitter bao gồm một cảm biến và một bộ chuyển đổi tín hiệu

 Một thanh lá đứng được đặt tại giữa và vuông góc với đường ống Số dòng xoáy tạo ra trong 1 giây được gọi là tần số của dòng xoáy Tần số này tỉ lệ thuận với lưu lượng chất lỏng chảy trong đường ống

 Vortex Transmitter được đặt sau van điều khiển

Vortex Transmitter

- Coriolis Transmitter:

 Coriolis Transmitter hoạt động theo nguyên tắc quán tính được tạo ra bởi chất lỏng chảy qua một ống dao động làm cho ống bị xoắn theo tỷ lệ lưu lượng khối

 Coriolis Transmitter có cấu tạo gồm hai ống Chúng được tạo ra để rung đối lập với nhau bằng một cuộn dây từ tính Các cảm biến ở dạng nam châm và cụm cuộn dây được gắn trên đầu vào và đầu ra của cả hai ống dòng Khi các cuộn dây di chuyển qua từ trường do nam châm tạo ra, chúng tạo ra một điện áp dưới dạng sóng hình sin Những sóng hình sin này là chìa khóa để đo lưu lượng khối

 Coriolis Transmitter được lắp đặt ngay sau khúc cua.

Coriolis Transmitter

3.4.2 Thiết bị thừa hành

Van điều khiển sử dụng ở đây là van điều khiển tuyến tính, là dòng van điều khiển được điều khiển hoàn toàn tự động bằng việc nhận tín hiệu điều khiển dạng 4-20mA hoặc tín hiệu điện áp 0-10v nhằm điều khiển lưu lượng khí nén hoặc dòng chảy chảy lòng theo một lượng nhất định Việc sử dụng van tuyến tính giúp cho chúng ta có thể kiểm soát được lưu lượng đầu ra theo ý mình mong muốn

Van điều khiển tuyến tính

3.4.3 Bộ điều khiển

Bộ điều khiển PID và các biến thể của nó PI và PD được sử dụng rộng rãi nhất trong quá trình các ngành công nghiệp do cấu trúc đơn giản, dễ thực hiện

và hoạt động tốt

Phương trình trong bộ điều khiển PID:

Trong đó:

 u là đầu ra của bộ điều khiển,

 e là sai số giữa setpoint (SP) và giá trị quá trình (PV)

 Kp, Ki và Kd là vi phân, tích phân và tỷ lệ

3.5 Lưu đồ P&ID

3.6 Thuyết minh hệ thống tự động hóa

Quy trình vận chuyển chất lỏng ở đây là hệ thống hai bể nối tiếp với mục tiêu chuyển nước từ bồn trữ VE-100 đến bể tiêu chuẩn VE-200, hệ thống tự động hóa được thiết kế để kiểm soát lưu lượng chất lỏng trong ống vận chuyển giữa hai bể Các bơm P-101 và P-201 được sử dụng để bơm chất lỏng giữa hai

bể Bộ điều khiển phản hồi chính trong nhà máy này là FIC – 110 kiểm soát lưu lượng dòng chảy bằng cách nhận tín hiệu từ ba cảm biến lưu lượng bao gồm: FT-110A được lắp ở sau bơm, FT-110B được lắp sau hệ thống van điều khiển

và FT-110C được lắp sau khúc cua Bộ điều khiển gửi một tín hiệu đầu ra thích hợp để điều khiển mở van điều khiển (CV-110) theo setpoint đã cài đặt Để ngăn chặn sự tràn chất lỏng trong bồn chứa, hai công tắc cấp (LS-101 và LS-201) được kết nối với máy bơm (P-101 và P-201) tương ứng để tắt máy bơm bất cứ khi nào mức nước trong các bồn chứa quá cao để ngăn tràn ra ngoài hoặc quá thấp để bảo vệ máy bơm khỏi hư hỏng Bộ cảm biến áp suất (PT-101 và PT-102) được sử dụng để xác định áp suất trước và sau Van điều khiển CV-110 (chênh

lệch áp suất) Các van HV-111 và HV-110 được lắp đặc nhằm cô lập van điều khiển, van HV-113 để vận chuyển chất lỏng khi hệ thống van điều khiển cần bảo trì và sửa chữa Van HV-101, HV-111, HV-113 và bộ van HV-201, HV-202 nhằm cô lập máy bơm P-101, P-201 khi cần thiết bảo dưỡng và sửa chữa Ngoài

ra còn một số van tay đã được lắp đặt như van HV-211 để xả nước từ bồn tiêu chuẩn ra sử dụng, van HV-211 để kiểm soát dòng chảy vào bể tiêu chuẩn

Tài liệu tham khảo

1 Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, Nhà xuất bản Bách

Khoa Hà Nội, 2017

2 Pathmanathan, E., & Ibrahim, R (2010) Development and implementation

of Fuzzy Logic Controller for Flow Control Application 2010 International

Conference on Intelligent and Advanced Systems