LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn phát triển ngày nay, điều khiển quá trình đã và đang giữ một vị trí quan trọng trong các ngành công nghiệp dầu khí, hóa chất, công nghệ thực phẩm… quyết định đến việc đảm bảo cho các dây chuyền sản xuất đạt được năng suất và chất lượng mong muốn. Một hệ thống điều khiển quá trình chứa đựng trong đó toàn bộ các giải pháp đo lường, điều khiển, vận hành và giám sát nhằm bảo đảm các yêu cầu của quá trình và thiết bị công nghệ như chất lượng sản phẩm, sản lượng, hiệu suất sản xuất, an toàn cho con người, máy móc và môi trường. Như vậy việc nghiên cứu và thực nghiệm về điều khiển quá trình là rất cần thiết. . Trong phạm vi nghiên cứu các vấn đề cơ bản của quá trình đa biến điều khiển mức và nhiệt độ. Chương 1 LÝ THUYẾT CHUNG CỦA HỆ ĐA BIẾN 1.1. Điều khiển quá trình là gì? Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ con người, máy móc và môi trường. Hình 1.1: Quá trình và phân loại các biến quá trình. 1.2. Mục đích của điều khiển quá trình Nhiệm vụ của điều khiển quá trình là đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, hiệu quả và kinh tế quá trình công nghệ. - Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: - Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: - Bảo vệ môi trường: - Nâng cao hiệu quả kinh tế: Chương 2 XÂY DỰNG CẤU TRÚC CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN 2.1. Cấu trúc cơ bản của một hệ điều khiển quá trình: Cấu trúc cơ bản của một hệ điều khiển quá trình được trình bầy như sau: Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển quá trình Tùy theo quy mô ứng dụng và mức độ Tự động hóa, các hệ thống điều khiển quá trình công nghiệp có thể đơn giản đến tương đối phức tạp, nhưng chúng đều phải dựa trên các thành phần cơ bản là: thiết bị đo, thiết bị chấp hành và thiết bị điều khiển. Hình 2.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình. 2.2. Thiết bị đo 2.3. Thiết bị chấp hành 2.4. Thiết bị điều khiển 2.5 .Mô hình toán học các đối tượng - Đối tượng bình trộn Hình 2.6: Xác định biến quá trình của đối tượng bình trộn. - Các đối tượng khác Hàm truyền van điều khiển - Hàm truyền ống: - Hàm truyền thiết bị đo mức: - Hàm truyền thiết bị đo nhiệt: 2.6. Các vòng điều khiển Từ mô hình thí nghiệm đã được xây dựng và yêu cầu của bài toán điều khiển, ta có thể thấy rằng trong mô hình có 2 vòng điều khiển đơn: - Vòng điều khiển nhiệt độ T3: - Vòng điều khiển mức L: 2.7. Lý thuyết bộ tách kênh Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý bộ tách kênh. Chương 3 GIỚI THIỆU BÀN THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 3.1. Cấu trúc phần cứng 3.1.1. Cấu trúc mô hình Trước khi đi xây dựng, ta phải xác định được cấu trúc tổng quan của mô hình từ đó xác định được số lượng thiết bị cần sử dụng và lựa chọn các thiết bị: Hình 3.1. Cấu trúc tổng quan mô hình Từ cấu trúc tổng quan của hệ thống ta thấy sơ đồ sử dụng 1 bình nước nóng, 1thùng chứa nước lạnh, 1 bình trộn, 1 cảm biến đo mức, 4 van tay, 3 van từ, 3 van điều khiển, 3 cảm biến đo mức và 3 cảm biến đo nhiệt độ. 3.1.7. Hình ảnh tổng quan mô hình thí nghiệm Hình 3.2. Tổng quan mô hình thí nghiệm thực tế. 3.2. Phần mềm và thiết kế giao diện 3.2.1. Giới thiệu chung Để lập trình cho bộ điều khiển, thiết kế giao diện cho người vận hành, kết nối bộ điều khiển với máy tính… ta cần sử dụng tới những phần mềm đi kèm với bộ điều khiển AC800M. Các phần mềm đó bao gồm: - Control builder M - Eplant và Visual Basic - Softcontroller - OPC Server - SFC Viewer 3.2.2. Thiết kế giao diện Trong luận văn này, việc thiết kế giao diện cho người sử dụng là một vấn đề rất quan trọng. Giao diện được thiết kế và xây dựng cho những người sử dụng nên cần phải đơn giản hóa, hiệu quả và dễ sử dụng. Việc thiết kế giao diện điều khiển giúp cho người sử dụng có thể giao tiếp và điều khiển bộ điều khiển một cách dễ dàng. Đồng thời, cũng cho phép người vận hành có thể theo dõi và giám sát hệ thống một cách thuận tiện. 3.3. Nhận dạng đối tượng của điều khiển quá trình - Nhận dạng tác động của dòng nóng đến mức (G21) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nhan dang tac dong cua dong nong den muc L (G21) Time (sec) Delta Level (%) Ly thuyet Thuc te Thoi gian chet Khuech dai - Nhận dạng tác động của dòng lạnh đến mức L(G22) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nhan dang tac dong cua dong lanh den muc L (G22) Time (sec) Delta Level (%) Thuc te Ly thuyetThoi gian chet Khuech dai - Nhận dạng tác động của dòng lạnh tới nhiệt độ T3 (G12) Nhan dang tac dong cua dong lanh den nhiet do T3 (G12) Time (sec) Delta T3 (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150158.5 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 Ly thuyet Thuc te Thoi gian chet - Nhận dạng tác động của dòng nóng đến nhiệt độ T3 (G11) 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Nhan dang tac dong cua dong nong den nhiet do T3 (G11) Time (sec) Delta T3 (%) Ly thuyet Thuc te Thoi gian chet Chương 4 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ ĐIỀU KHIỀN BẰNG PHẦN MỀM MATLAP 4.1. Tính toán bộ điều khiển cho các vòng điều khiển đa biến 4.1.1. Mô phỏng hệ thống khi chưa có bộ tách kênh Để thấy được ảnh hưởng của các tác động xen kênh, ta tiến hành mô phỏng hệ với các vòng điều khiển đa biến khi chưa có bộ tách kênh. a) Mô phỏng quá trình điều khiển đa biến với bộ điều khiển tính toán theo phương pháp sử dụng các tiêu chuẩn tối ưu [...]... đơn biến thì bộ điều khiển thiết lập cho các vòng điều khiển đơn biến không còn chính xác Trong trường hợp này có thể thấy rằng đáp ứng nhiệt độ khi có tác động xen kênh có độ quá điều chỉnh rất lớn (khoảng 34,4%), thời gian quá độ của đáp ứng nhiệt là khoảng 700s và thời gian quá độ của đáp ứng mức L là khoảng 500s Điều này là không thể chấp nhận được b) Mô phỏng quá trình điều khiển đa biến với bộ điều. .. nhận được c) Mô phỏng quá trình điều khiển đa biến với bộ điều khiển tính toán theo phương pháp IMC Hình 4.7 Mô phỏng quá trình đa biến chưa có bộ tách kênh sử dụng phương pháp IMC - Kết quả mô phỏng: Đáp ứng nhiệt độ T3: Hình 4.8 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách kênh sử dụng phương pháp IMC - Đáp ứng mức L: Hình 4.9 Đáp ứng mức L của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách... này là do sự xấp xỉ trong các khâu tính toán và trong quá trình nhận dạng các đối tượng của quá trình KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN: Trong quá trình làm luận văn với đề tài: “Nghiên cứu phân tích hệ điều khiển quá trình đa biến tôi đã tìm hiểu và tiếp thu được nhiều kinh nghiệm thực tế trong một bài toán điều khiển nói chung và trong bài toán điều khiển quá trình nói riêng Cùng với đó, tôi đã tổng hợp... này đáp ứng nhiệt độ khi có tác động xen kênh có độ quá điều chỉnh lớn (khoảng 17,9%), thời gian quá độ của đáp ứng nhiệt là khoảng 600s Trong khi đó đáp ứng mức có sự dao động lớn và thời gian quá độ là khoảng 400s Điều này là cũng không thể chấp nhận được Kết luận: Có thể thấy rằng, khi có tác động của ảnh hưởng xen kênh thì việc điều khiển trở nên rất khó khăn, đáp ứng đầu ra của quá trình là không... phỏng quá trình đa biến chưa có bộ tách kênh sử dụng phương pháp tối ưu Kết quả mô phỏng: - Đáp ứng nhiệt độ T3: Hình 4.2 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách kênh sử dụng phương pháp tối ưu - Đáp ứng mức L: Hình 4.3 Đáp ứng mức L của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách kênh sử dụng phương pháp tối ưu Nhận xét: Có thể thấy rằng, khi có tác động xen kênh giữa các vòng điều khiển. .. luận văn này, tôi đã thu được những kết quả như sau: - Nghiên cứu và phân tích được hệ điều khiển quá trình đa biến - Khảo sát được đối tượng thực nghiệm, kiểm chứng các tính toán trên mô hình thực - Thiết kế được điều khiển tách kênh để nâng cao chất lượng hệ điều khiển quá trình đa biến KIẾN NGHỊ: Trên mô hình thí nghiệm có thể mở rộng cho các thuật điều khiển khác như điều khiển mô hình dự báo đa. .. biến với bộ điều khiển tính toán theo phương pháp tổng hợp trực tiếp DS Hình 4.4 Mô phỏng quá trình đa biến chưa có bộ tách kênh sử dụng phương pháp tổng hợp trực tiếp - Kết quả mô phỏng: Đáp ứng nhiệt độ T3: Hình 4.5 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách kênh sử dụng phương pháp tổng hợp trực tiếp DS - Đáp ứng mức L: Hình 4.6 Đáp ứng mức L của quá trình đa biến khi chưa có... khi có tác động xen kênh giữa các vòng điều khiển đơn biến thì bộ điều khiển thiết lập cho các vòng điều khiển đơn biến không còn chính xác Trong trường hợp này có thể thấy rằng đáp ứng nhiệt độ khi có tác động xen kênh có độ quá điều chỉnh lớn (khoảng 14,3%), thời gian quá độ của đáp ứng nhiệt là khoảng 600s Trong khi đó đáp ứng mức thì không bám theo lượng đặt, có sai lệch tĩnh lớn (cỡ 10%) Điều này... quá trình điều khiển đa biến với bộ điều khiển tính toán theo phương pháp sử dụng các tiêu chuẩn tối ưu Hình 4.7 Mô phỏng quá trình đa biến khi có bộ tách kênh sử dụng phương pháp tối ưu T 0C Hình 4.8 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi có bộ tách kênh sử dụng phương pháp tối ưu CHƯƠNG 5 THÍ NGHIỆM TRÊN THIẾT BỊ ĐỂ KIỂM CHỨNG Sau khi có kết quả mô phỏng, ta có thể áp dụng các bộ điều khiển đã... gian quá độ lớn Do đó, việc thiết lập một bộ tách kênh để phân quá trình thành các vòng điều khiển đơn biến là một yêu cầu cần thiết Phần tiếp theo, chúng ta sẽ tiến hành tính toán bộ tách kênh và mô phỏng hệ thống khi đã thêm bộ tách kênh Hình 4.2 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách kênh sử dụng phương pháp tối ưu 4.1.3 Mô phỏng hệ thống khi đã có bộ tách kênh Mô phỏng quá trình