bài giảng cở sở hệ thống điều khiển quá trình

Khái niệm về quá trình và điều khiển quá trình Điều khiển quá trình Biến không cần điều khiển Vật chất Năng lượng Thông tin Vật chất Năng lượng Thông tin Quá trình Quá trình và

CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRèNH

(Process Control Fundamentals)

ThS.Bùi Tuấn Anh

Bộ môn Tự động hoá- Khoa Điện

Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên

2

Sách tham khảo

[1] Giáo trình Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình do bộ môn Tự động hoá XNCN - Khoa Điện

[2] Hoàng Minh Sơn; Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình; NXB Bách khoa Hà Nội, 2006

[3] Principles and Practice of Automatic Process Control -Smith, C A (1997) (2nd ed.)

[4]Process Control Fundamentals-PAcontrol.com

3

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1.GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.1 Khái niệm về quá trình và điều khiển quá trình

Điều khiển quá trình

Biến không cần điều khiển

Vật chất Năng lượng Thông tin

Vật chất Năng lượng Thông tin Quá trình

Quá trình và phân loại biến quá trình

Biến cần điều khiển (controller variable, CV)

Biến điều khiển (manipulated variable, MV)

4

1.1.2 Phân loại quá trình

1.1.3 Mục đích và yêu cầu của điều khiển quá trình

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.2.1.Cấu trúc cơ bản của một HT ĐKQT

6

1.2.2 Thiết bị đo:

8

1.2.3 Thiết bị điều khiển

9

1.2.4 Thiết bị chấp hành

10

1.3 MÔ TẢ CHỨC NĂNG, LƯU ĐỒ P&ID 1.3.1.Mô tả bằng đồ họa

11

1.3.2.Lưu đồ P&ID

ANSI/ISA S5.1 (American National Standards Institute, International Society of

Automation )

DIN : Deutsches Institut für Normung e.V (DIN; in English, the German

Institute for Standardization)

12

Diễn giải ý nghĩa nhãn thiết bị và ký hiệu chức năng

13

1.3.2.Lưu đồ P&ID (tiếp)

14

Ý nghĩa các chữ cái

15

Ý nghĩa các chữ cái (tiếp)

16

Ví dụ: Bộ điều khiển trao đổi nhiệt

17

SIMATIC PCS 7 process control system- Siemens

18

CHƯƠNG II: MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH

 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

 2.1.1 Mục đích của mô hình hóa quá trình

- Mô hình là một hình thức mô tả khoa học và cô đọng các khía cạnh thiết yếu của một hệ thống thực, có thể có sẵn hoặc cần phải xây dựng

- Một mô hình phản ánh hệ thống thực từ một góc nhìn nào đó phục vụ hữu ích cho mục đích sử dụng

- Phân loại mô hình:

- Mô hình vật lí

- Mô hình trừu tượng

- Mô hình đồ họa: Sơ đồ Lưu đồ P&ID

- Mô hình toán học: hàm truyền, mô hình trạng thái

- Mô hình suy luận: cơ sỏ tri thức, luật

- Mô hình máy tính: chương trình phần mềm

19

 Mô hình toán học giúp các kỹ sư công nghệ cũng như kỹ

sư điều khiển cho các mục đích sau đây:

- Hiểu rõ hơn về quá trình sẽ cần phải điều khiển và vận hành

- Tối ưu hoá thiết kế công nghệ và điều kiện vận hành hệ thống

- Thiết kế sách lực và cấu trúc điều khiển

- Lựa chọn bộ điều khiển và xác định các tham số cho bộ điều khiển

- Phân tích và kiểm chứng các kết quả thiết kế

- Mô phỏng trên máy tính phục vụ đào tạo vận hành

20

2.1.2 Nguyên tắc chung của mô hình hóa quá trình

 Các yếu tố quan trọng nhất để đánh giá chất lượng mô hình

 Mô hình tốt nhất là mô hình đơn giản nhất trong số các

mô hình đáp ứng yêu cầu về tính trung thực theo một mục đích sử dụng nhất định

21

2.1.3 Các phương pháp xây dựng của mô hình quá trình

 Mô hình hoá bằng lý thuyết ( mô hình hoá vật lý)

thông số kỹ thuật của thiết bị công nghệ,

22

2.1.3 Các phương pháp xây dựng của mô hình quá trình

Quy trình mô hình hóa

23

2.2.PHÂN LOẠI MÔ HÌNH TOÁN HỌC

 2.2.1 Mô hình tuyến tính và mô hình phi tuyến

vào/ra của nó thoả mãn nguyên lý xếp chồng( Minh họa, ưu điểm)

 2.2.2 Mô hình đơn biến và mô hình đa biến

hoặc biểu diễn quan hệ giữa nhiều biến vào và nhiều biến ra của quá trình( Minh họa)

 2.2.3 Mô hình tham số hằng/ tham số biến thiên

thời gian

thời gian

24

2.2.PHÂN LOẠI MÔ HÌNH TOÁN HỌC (tiếp)

 2.2.4 Mô hình tham số tập trung, mô hình tham số rải

thể thay đổi theo không gian( ví dụ)

 2.2.5 Mô hình liên tục và mô hình gián đoạn

thời gian Nói một cách khác, các tín hiệu sử dụng trong mô hình là các hàm liên tục theo thời gian

25

2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC BẰNG LÝ THUYẾT 2.3.1 Các bước tiến hành

 1 Phân tích bài toán mô hình hoá:

 2 Xây dựng các mô hình

phương trình vi phân

26

2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC BẰNG LÝ THUYẾT

Ví dụ bình chứa chất lỏng :

nhiễu

27

2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC BẰNG LÝ THUYẾT

28

2.3.2 Tuyến tính hóa và mô hình hàm truyền đạt

 Tại sao cần tuyến tính hóa?

dụ hàm truyền đạt)

 Biến chênh lệch và mô hình hàm truyền đạt

 Tại sao tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc?

29

 Mô phỏng là phương pháp tái tạo các hành vi của một hệ thống thực

 Mô phỏng các quá trình công nghệ phục vụ nhằm mục đích như sau:…

31

2.4.3 Sử dụng Matlab để nhận dạng

ode45, ) và hệphương trình vi phân đạo hàm riêng (PDE) => mô phỏng hệ phi tuyến

Simulink, cho phép ghép nối nhiều mô hình thành phần và lựa chọn phương pháp giải phương trình vi phân thích hợp => mô phỏng các hệ tuyến tính và phi tuyến

The Language of Technical Computing - MathWorks

Tài liệu tham khảo

khoa Hà Nội, 2006

Co, 1996

(1997) (2nd ed.)

32