Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh LỜI NÓI ĐẦU Trong trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện , lò khâu quan trọng có nhiệm vụ biến đổi lượng tàng trữ nhiên liệu thành nhiệt Hơi bão hòa sau khỏi bao đưa tới nhiệt , nâng lên tới nhiệt độ cao trở thành nhiệt đưa vào tuabin quay máy phát Hơi nhiệt tiêu quan trọng lò Việc trì nhiệt độ nhiệt dải không đổi tải lò thay đổi đặt lên hàng đầu nhằm cải thiện hiệu chuyển đổi từ nhiệt thành , tránh phá hủy vật liệu kim loại , đảm bảo chất lượng trước đưa vào tuabin Điều thực hệ thống điều chỉnh nhiệt hoạt động tốt , ổn định chất lượng cao Trong trình điều chỉnh , độ trễ quán tính lớn hệ thống vòng nguyên nhân làm giảm tác động nhanh làm giảm độ xác trình điều chỉnh Do thực tế để nâng cao chất lượng điều chỉnh người ta thường áp dụng sơ đồ hai vòng với thiết bị chế tạo theo luật điều chỉnh đơn giản Mặt khác việc tổng hợp hệ thống điều chỉnh gặp khó khăn tính phức tạp đối tượng nhiệt , đối tượng nhiệt có độ trễ vận tải lớn , tính chất phi tuyến thường đối tượng bất định việc áp dụng phương pháp tổng hợp kinh điển hiệu Trong bối cảnh quan điểm tổng hợp cấu trúc bền vững cao đời sở để tổng hợp hệ thống điều chỉnh với độ ổn định cao , sai số điều chỉnh nhỏ , trình độ đảm bảo hệ số tắt dần cao trường hợp có thay đổi tải Thực tế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ nhiệt nhà máy sau thời gian làm việc biên độ dao động lớn , thời gian điều chỉnh kéo dài Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh có thay đổi đáng kể phụ tải , nhiễu …Độ điều chỉnh lớn dẫn tới nhiệt độ nhiệt vượt khoảng cho phép , gây nguy hiểm , thiệt hại kinh tế lớn phải dừng tổ máy Một nguyên nhân trình hiệu chỉnh thông số điều chỉnh không tốt Đồ án trình bày việc tổng hợp hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt nhà máy nhiệt điện Phả Lại sở quan điểm tổng hợp bền vững tối ưu chất lượng cao áp dụng với sơ đồ điều khiển hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt Đề tài “Tối ưu hóa hệ thống điều chỉnh nhiệt độ nhiệt nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2” giải vấn đề sau : - Chương : Tổng quan hệ thống điều khiển nhà máy nhiệt điện Phả Lại - Chương : Giới thiệu hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt nhà máy Phả Lại II - Chương 3: Các phương pháp mô hình hóa tổng hợp hệ thống điểu chỉnh công nghiệp - Chương : Nội dung tính toán đánh giá chất lượng Trong đồ án này, kiến thức hạn chế thời gian có hạn, nên em có điều kiện nghiên cứu nhánh hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt đầu lò Cùng với góp ý , giúp đỡ tận tình thầy môn hệ thống tự động hóa trình nhiệt , thầy giáo PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh, nên em hoàn thành đồ án Mặc dù có nhiều cố gắng trình thực đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận quan tâm bảo thầy để đồ án em hoàn thiện Sinh viên Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA NHÀ MÁY 1.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống điều khiển DCS nhà máy điện Phả lại 2: 1.1.1 Tổng quan hệ DCS: DCS chữ viết tắt Distributed Control System – hệ thống điều khiển phân tán – dùng để lớp hệ thống điều khiển sử dụng phương pháp điều khiển phân tán.Khác với PLC,DCS giải pháp tổng thể kể phần cứng phần mềm cho toàn hệ thống phát triển từ ứng dụng điều khiển ngành công nghiệp hóa chất với điều khiển ban đầu sử dụng kỹ thuật tương tự.Giải pháp thiết kế hệ DCS thương phẩm hướng vào ứng dụng điều khiển phân tán nên thường thiết kế theo hệ thống mở,khả tích hợp cao kể tích hợp với PLC khác điều khiển máy công đoạn sản xuất độc lập.Mục tiêu tạo thuận lợi cao cho người kỹ sư thiết kế tích hợp hệ thống điều khiển Thế mạnh DCS khả xử lý tín hiệu tương tự thực chuỗi trình phức tạp,khả tích hợp dễ dàng.Các hệ thống DCS thương phẩm thường bao gồm điều khiển (controller) ,hệ thống mạng truyền thông phần mềm điều hành hệ thống tích hợp.Các hệ DCS quản lý từ vài nghìn điểm đến vài chục nghìn điểm vào /ra.Nhờ cấu trúc phần cứng phần mềm,hệ điều khiển thực đồng thời nhiều vòng điều chỉnh,điều khiển nhiều tầng,hay theo thuật toán điều khiển đại,nhận dạng hệ thống,điều khiển thích nghi,tối ưu,bền vững,điều khiển theo mô hình dự báo (MPC),Fuzzy,Neutral,điều khiển chất lượng (QCS) Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Để phục vụ cho việc trao đổi thông tin,các hệ DCS thương phẩm ngày hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản lý.Hiện giao thức chuẩn hóa (Profibus,Foundation FieldBus,Ethernet) Các hệ DCS thương phẩm ngày có độ tin cậy cao : nhờ có khả dự phòng kép tất thành phần hệ (controller,modul I/O,bus truyền thông),khả thay đổi chương trình (sửa chữa download) ,thay đổi cấu trúc hệ , thêm bớt thành phần mà không làm gián đoạn ,không cần khởi động lại trình (thay đổi online) Cơ sở liệu trình hệ DCS thương phẩm thiết kế sẵn sở liệu lớn có tính toàn cục thống nhất,thời gian bảo hành hỗ trợ dài Tất đặc điểm cho thấy hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu giải pháp tự động hóa tích hợp tổng thể.Thị trường DCS toàn cầu tăng trưởng 2-3%/năm Tới nay,DCS thay ứng dụng lớn như:ứng dụng nhà máy nhiệt điện… Hệ thống điều khiển phân tán DCS điều khiển trình công nghệ nhà máy (gồm lò thiết bị phụ bơm cấp, máy nghiền ), hệ thống điều khiển PLC (gồm hệ thống xử lý nước, nước thải, than, lọc bụi, khử lưu huỳnh ) hệ thống điều khiển MarkV để điều khiển Tuabin, máy phát Tất hệ thống nối với hệ thống DCS qua đường truyền liệu tốc độ cao, tạo thành mạng điều khiển phân cấp Người vận hành vận hành nhà máy thông qua giao diện vận hành Người - Máy (HIS) hệ thống DCS đặt phòng điều khiển trung tâm, thông qua hình máy tính PC hay Panel điều khiển chỗ Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Hệ thống điều khiển DCS dây chuyền nhà máy điện Phả Lại hệ thống điều khiển CS3000 hãng YOKOGAWA cung cấp Hệ thống CS3000 bao gồm: HIS (Human Interface Station) dùng để điều khiển chức vận hành giám sát, FCS (Field Control Station) thực chức điều khiển, mạng điều khiển (V net) kết nối trạm Các chức khởi tạo, định nghĩa hệ thống làm việc HIS máy tính PC sử dụng cho mục đích chung Hình 1.1: Cấu hình hệ thống CS3000 1.1.2 Chức hệ DCS Chức quan trọng DCS điều khiển toàn trình công nghệ nhà máy.Chức điều khiển điều khiển đảm nhận,được đặt phòng điều khiển trung tâm trạm điều khiển.Chức điều khiển DCS thể sơ đồ sau: Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Chức điều khiển DCS Chức điều khiển Thực thuật toán điều khiển tự động Thực thuật toán điều khiển Chức điều khiển liên động Thực thuật toán phức tạp Chức quản lí theo khối Chức truyền thông với hệ thống phụ Hình 1.2: Sơ đồ chức DCS -Chức điều khiển DCS thực tất chức điều khiển nhà máy.Các thành phần thực chức điều khiển DCS gọi “khối hàm” (Function Block).Mỗi khối hàm đại diện cho phận nhỏ toán điều khiển.Việc thực thiết kế chức điều khiển thực chất cách kết hợp khối hàm lại với cho phù hợp +Chức thực thuật toán điều chỉnh tự động Chức điều chỉnh tự động thực cho vòng điều chỉnh phản hồi trình liên tục.Thành phần tham gia vào chức điều chỉnh tự động khối PID,các khối hàm chuyển đổi định dạng liệu vào/ra khối hàm toán học +Chức thực thuật toán điều khiển Thuật toán điều khiển thực cho số công đoạn làm việc theo chuỗi kiện nối tiếp nhà máy.Chức vừa điều khiển Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh công đoạn độc lập đồng thời quản lý toàn chuỗi kiện xảy hệ thống.Có thể sử dụng chức cho toán liên động kết hợp thực công đoạn liên tục toàn nhà máy +Chức thực thuật toán phức tạp DCS hệ điều khiển ứng dụng cho nhà máy có quy mô lớn,công nghệ liên tục phức tạp,đòi hỏi phải sử dụng nhiều thuật toán tiên tiến để giải toán tối ưu tiết kiệm nhiên- nguyên liệu.Các thuật toán cấp cao thường ứng dụng cho nhà máy bao gồm thuật toán điều khiển nối tầng (cascade),thuật toán điều khiển tiền định (feedforward),các thuật toán phân ly hệ đa biến,thuật toán điều khiển mờ,thích nghi,nơ ron… -Chức truyền thông,trao đổi thông tin với hệ thống phụ Subsystem Trong nhà máy lớn,bên cạnh hệ DCS ,luôn có hệ PLC đảm nhận công việc điều khiển cho công đoạn nhỏ trạm bơm cấp nước,nước thải…và tất tham số cần phải đưa vào hệ thống DCS chung toàn nhà máy để tập trung sở liệu phục vụ giám sát quản lý Hầu hết hệ DCS không tích hợp sẵn chương trình điều khiển truyền thống module truyền thông với PLC Mà thay vào ,DCS liên kết với hệ PLC cho thiết bị chọn phù hợp đỡ tốn *Chức vận hành giám sát hệ thống (chức SCADA) -Hiện thị trạng thái hoạt động toàn nhà máy Bằng thư viện hình ảnh công cụ xây dựng đồ họa,DCS cho phép biểu diễn toàn trình,thiết bị nhà máy lên hình cách trực quan sinh động,cung cấp giao diện vận hành giám sát Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Từ ta nhận biết trạng thái hoạt động nhà máy thông qua đối tượng đồ họa giao diện điều khiển – Instrument Faceplate -Chức hiển thị biến trình dạng đồ thị Để vận hành giám sát toàn nhà máy với nhiều thiết bị,tham số trạng thái DCS phân chia,sắp xếp biểu diễn tham số,trạng thái nhiều hình thức khác nhằm tạo thuận lợi tối đa cho người vận hành -Chức cảnh báo trình Bên cạnh chức điều khiển ,giám sát trạng thái,việc đưa cảnh báo cho người vận hành gợi ý xử lý yêu cầu thiếu hệ DCS Các cảnh báo hệ thống chia thành nhiều cấp độ khác nhau: +Cảnh báo nguy +Báo động +Báo lỗi -Chức lập báo cáo Để hỗ trợ cho công tác giám sát quản lý,DCS cung cấp báo cáo cho biến trình,các khu vực quan trọng theo định kỳ theo yêu cầu nhằm: Thu thập,hiển thị in thông tin trạng thái hoạt động hệ thống Báo cáo cảnh báo,thông điệp liên quan đến thiết bị,tín hiệu vào/ra trạng thái function block Báo cáo lịch sử làm việc,các lỗi,sự kiện xảy hệ thống -Chức an toàn hệ thống Để ngăn chặn lỗi vận hành đảm bảo an toàn cho hệ thống,DCS cung cấp khả phân chia quyền quy nhập hệ thống cụ thể đến thiết bị functionblock Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Có thể đặt nhiều mức độ bảo mật an toàn khác từ cấp khu vực,đến thiết bị nhà máy Mỗi người vận hảnh có tên mật riêng có quyền truy cập hệ thống khu vực định trước phải chịu trách nhiệm hoàn toàn với khu vực Điều mặt tránh nguy cơ,ngăn chặn lỗi vận hành mặt khác để thuận lợi cho nhà quản lý việc tìm người có trách nhiệm cho kiện kiểm soát tốt tình trạng hoạt động toàn nhà máy 1.1.3 Các phần hệ thống DCS - Phần : Điều khiển khối - Phần : Điều khiển khối - Phần : Điều khiển phần chung Các phần liên kết với Bus Converter cho giao diện HIS mạng điều khiển phần chung điều khiển tổ máy, HIS tổ máy điều khiển tổ máy khác Mặt khác, BUS Converter cách ly điện mạng điều khiển tổ máy phần chung 1.1.4 Các cấp hệ thống DCS - Cấp quản lý, giám sát - Cấp giao diện vận hành - Cấp điều khiển - Cấp chấp hành Cấp quản lý giám sát: Giám sát toàn trình hoạt động nhà máy, gồm: - SUPERVISORS PC : Giám sát chung Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh - HISTORIAN : Là máy tính có dung lượng lớn dùng để lưu trữ thông tin vận hành nhà máy, sử dụng phần mềm quản lý liệu PI (Plant Information) Các HISTORIAN lấy thông tin từ FCS thông qua OPC SERVER, từ ghi SOE - OPC SERVER : máy tính quản lý truyền liệu qua giao thức mạng khác nhau, từ FCS qua VNET đến OPC SERVER qua mạng ETHERNET đưa đến HISTORIAN phần có máy OPC SERVER , cho thu nhập tín hiệu tương tự , cho tín hiệu số Giao diện OPC: Hình 1.3 : Giao diện OPC Giao diện OPC cung cấp YOKOGAWA cho phép người sử dụng truy cập liệu HIS FCS thông qua OPC SERVER chạy trạm Exaopc Giao diện OPC giao diện chuẩn cho việc điều khiển trình sử dụng kết nhúng đối tượng (OLE) Nó bao gồm SERVER mà cung cấp cho HIS FCS với giao diện dùng để truy cập tới SERVER Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Nguyên tắc 1: Tất vòng điều chỉnh tương đương BĐC hệ tầng (hình 4.18,4.19) phải có cấu trúc bền vững tối ưu, tức hệ hở tương ứng phải thỏa mãn điều kiện (4.22): z _ R1 Z2 _ Otd1 R2 O2 y2 y O1 Hình 4.18 Sơ đồ dạng tiêu chuẩn Z2 R2 _ y2 O2 _ Otd2 Z O1 y R1 Hình 4.19 Sơ đồ biến đổi tương đương R O2 O1 = + R O2 θ1 s = R2 O2 (1 + R2 O2 ) = θ2s R1Ootd = R1 (4.23) R2 Ootd (4.24) Trong θ1, θ2 số quán tính vòng điều chỉnh bền vững tương đương Giải hệ (4.23), (4.24) ta : 1+ θ2 (θ1 − θ ) sO1 θ1 − θ R1 = (1 + θ1 s )θ O2 R1 = (4.25) (4.26) Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Để thực điều chỉnh tính toán cần phải thay hàm truyền O1,O2 phân thức chúng Từ (4.25),(4.26) dễ thấy, O1, O2 khâu tự cân R1 phải có thành phần tích phân R2 điều chỉnh tĩnh Xét hệ thống hình 4.20 ( biến đổi từ hình 4.18 dạng tương đương điển hình hệ tầng ): Z2 z _ _ y2 R1R2 O2 O1 1/R1 Hình 4.20 Sơ đồ biến đổi tương đương dạng điều chỉnh & vi phân Ta có R1 = 1/V; R2 = R.V Kết hợp với (4.25), (4.26) suy ra: 1+ θ2s θ s(1 + θ s ) O1O2 (θ1 − θ ) sO V = = R1 1+ θ2s R = R1 R2 = (4.27) (4.28) Từ (4.27), (4.28) dễ thấy cấu trúc R dạng tổng quát BĐC điển hình (PID) Còn V khâu vi phân có quán tính tức dạng tổng quát khâu vi phân thực 4.2.2 Tổng hợp điều khiển ứng với đối tượng thực tế nhà máy Phả Lại Chất lượng điều chỉnh hệ hai vòng đem đến kết khả quan điều chỉnh công nghiệp đặc biệt trình nhiệt, đối Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh tượng điều khiển có quán tính lớn chịu ảnh hưởng mạnh tác động nhiễu Tuy nhiên tính phức tạp hệ thống, đặt tham số điều khiển hệ thống người ta phần lớn dựa kinh nghiệm Trong bối cảnh quan điểm tổng hợp cấu trúc bền vững cao đời sở lý luận để tổng hợp hệ thống điều chỉnh đem đến lời giải đơn giản mà có hiệu cao Xét hệ hai tầng có cấu trúc điển hình, R 1, R2 - hàm truyền điều chỉnh vòng vòng trong; O 1, O2 hàm truyền đối tượng vòng vòng z R1 O2 R2 O1 y Hình 4.21 Sơ đồ tiêu chuẩn Đặc điểm chung đáng ý hệ hai vòng xét chênh lệch hay khác biệt tốc độ tác động vòng điều khiển Càng vòng tốc độ tác động nhanh Do vòng có tác động điều khiển vòng chưa có tác động hay ảnh hưởng đến tác động vòng điều khiển Cho đến có tác động vòng vòng xác lập Như coi vòng điều khiển tác động ảnh hưởng lẫn Với quan điểm kết hợp với nguyên tắc quan điểm tổng hợp bền vững tối ưu cho hệ tầng phần ta bắt đầu tổng hợp cấu trúc điều khiển Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển ta sau: l z R D O2~ O1~ y Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Hình 4.22 Sơ đồ cấu trúc hệ hai vòng điều khiển nhiệt độ nhiệt Theo lý luận ta áp dụng công thức (4.27) & (4.28) từ mô hình hàm truyền O1 O2 ta xác định hàm truyền điều chỉnh R vi phân D Trong công thức (4.27) & (4.28) ta thấy phải xác định số quán tính θ θ: Hằng số quán tính hệ điều chỉnh tối ưu, thoả mãn θ>0 θ nhỏ tốt, để dảm bảo độ tắt dần hệ ψ > 0,9, số quán tính tối ưu tính theo công thức: m(π −arctgm ) m.e θmin = π ( − arctgm) m + Trong đó: m – số dao động mềm xác định tần số mà đặc tính mềm qua điểm (-1,j0) Để đảm bảo ổn định điều chỉnh vòng chọn m1 = 0,367; ψ=0,9 ta có θ1 = 1,023τ1 Đối với điều chỉnh vòng ta cần tăng tính dự trữ ổn định hệ thống đảm bảo cho ψ > 0,9 ta chọn m2 = (1,5 ÷ 2) m1 Chọn m2 = 1,5 m1 ta có θ2 = 1,34τ2 Từ tính : Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học R(s) = GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh 16,2 + 42,6s + 71,33s + 52,455s + 8,55s s(1 + 0,48s) D(s) = 0,172 s + 1,657 s + 2,79s + 0,537 s Để hệ thống có độ ổn định bền vững, ta tiến hành tối ưu hoá hệ số hệ số điều chỉnh vi phân nhờ CASCAD với dự trữ ổn định cho trước theo số dao động mềm Chỉ số dao động mềm cho trước với m0=0,367, hệ số mềm α = 0,2 Trình tự bước thực CASCAD sau: Dựng đặc tính mềm sở hệ hở với dải tần đủ rộng Dựng đặc tính sai số bình phương hệ thống sau chuyển sang chế độ tối ưu hoá Trong chế độ tối ưu hoá chọn yêu cầu tối ưu hoá tham số cho biến thiên xấu chọn tiêu chất lượng tích phân sai số bình phương Cần nhấn mạnh điều chỉnh tồn phép lấy vi phân bậc hai Vì vậy, để thực cần bổ sung lọc, ví dụ Φ(s)=1/(1+Ts)2 Hệ số T nguyên tắc tiến dần đến giới hạn thấp tham số khác có thay đổi chút ít, chất lượng hệ thống giảm không đáng kể so với trường hợp điều chỉnh tối ưu ban đầu Vì vậy, để đơn giản hóa hiệu chỉnh, bỏ lọc để lại điều chỉnh PID Khi đó, cần tiến hành tối ưu hoá lại điều chỉnh Sau vài giây tối ưu hoá CASCAD, nhận PID bền vững tối ưu: R(s) = 15,403 + 44,021s + 75,923s + 63,878s + 25,377 s s(1 + 0,48s) Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh 0,44s + 1,469 s + 3,354 s + 1,512 s Từ kết ta có đặc tính mềm hệ hở đặc tính độ hệ thống trình bày hình : D(s) = Hình 4.23 Đặc tính mềm hệ hở Hình 4.24 Đặc tính biên độ hệ kín Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Hình 4.25 Đặc tính độ hệ thống theo kênh điều khiển Z Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Hình 4.26 Đặc tính độ hệ thống theo kênh nhiễu *Đánh giá chất lượng điều chỉnh: Từ đặc tính mềm hệ hở ta thấy: qua điểm (-1;j0) đảm bảo cho hệ kín ổn định dự trữ ổn định với số dao động m = 0,367 Từ đặc tính thời gian ta có: h 1max = 1,3, h2max = 1.031 Với tiêu đánh giá chất lượng sau: ∆h1max − ∆h2max 0,3 − 0,031 = = 0.89 Độ tắt dần: Ψ = 0,3 ∆h1max - - Thời gian điều chỉnh tđc ≤ 16 phút - Độ sai lệch độ: δ = ∆h1 0,3 100% = 100% = 30% 1 Trên ta thấy cấu trúc điều chỉnh cồng kềnh áp dụng vào thực tế ,do ta đơn giản hóa cấu trúc điều chỉnh vi phân sau tối ưu hóa : R(s) = (2,047 + 1,973s + 11,117s ) s Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học D(s) = GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh − 0,064s + 0,832 s Với cấu trúc áp dụng vào PID số qua công thức biến đổi phần 3.4 chương để thực thi điều chỉnh PID Sự đơn giản hoá cấu trúc điều chỉnh bền vững tối ưu xuống thành PID làm cho chất lượng hệ thống so với điều chỉnh bền vững tối ưu với cấu trúc đầy đủ Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu , nghiên cứu , thực đề tài “Thiết kế hiệu chỉnh hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt nhà máy điện Phả Lại 2” , ta rút số kết luận sau : - Với quan điểm tổng hợp cấu trúc bền vững chất lượng cao , áp dụng vào thực tế sơ đồ hệ thống điều chỉnh nhiệt nhà máy ta tổng hợp điều chỉnh với kết khả quan , độ ổn định cao , thời gian điều chỉnh , độ tắt dần lớn ,tác động nhanh , kịp thời - Phương pháp nhận dạng đối tượng thực tế độc đáo , nhận dạng nhà máy vận hành bình thường , dừng hệ thống - Phương pháp hiệu chỉnh đồ án khắc phục tính hiệu phương pháp hiệu chỉnh áp dụng thực tế đồng thời mở giải pháp hiệu chỉnh hệ thống điều khiển đối tượng nhiệt áp dụng nhà máy điện Qua thời gian thực đề tài , với làm việc nghiêm túc , em học hỏi nhiều kiến thức điều khiển nói chung trình nhiệt nói riêng Kết đề tài hiệu chỉnh thành công hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt Với tính phức tạp đối tượng nhiệt , để áp dụng vào thực tế cần hoàn thiện nhiều vấn đề lý thuyết lẫn thực tế Do em mong góp ý giúp đỡ thầy môn , khoa để em hoàn thiện đồ án tốt Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA NHÀ MÁY 1.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống điều khiển DCS nhà máy điện Phả lại 2: 1.1.1 Tổng quan hệ DCS: Hình 1.1: Cấu hình hệ thống CS3000 1.1.2 Chức hệ DCS 1.1.3 Các phần hệ thống DCS 1.1.4 Các cấp hệ thống DCS 1.1.5 Mạng truyền thông hệ thống DCS 12 1.1.6 Các phần tử hệ thống: 13 CHƯƠNG 17 CHI TIẾT CỤ THỂ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI .17 QUÁ NHIỆT 17 2.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển nhiệt .17 2.2 Bộ nhiệt thiết bị liên quan hệ thống 18 2.2.1 Mô tả chung 18 2.2.2 Giảm ôn nhà máy điện 19 2.3 Các phương pháp điều chỉnh nhiệt đô nhiệt nhà máy 25 2.3.1 Điều chỉnh trao đổi nhiệt khói cháy 26 2.4 Chọn nguyên lý tạo lập luật điều chỉnh chương trình thuật toán 35 Hình 3.14 : Sơ đồ lắp ráp hệ thống 38 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH CÔNG NGHIỆP 39 3.1 Các phương pháp nhận dạng đối tượng: 39 3.1.1 Phương pháp xấp xỉ tuyến tính 41 3.1.2 Phương pháp phân tích cấu trúc 41 a Đối với đối tượng có tự cân đặc tính độ điểm uốn: 41 b Trường hợp đặc tính độ có điểm uốn 42 c Trường hợp đối tượng tự cân (phi tĩnh) .43 3.2 Tổng hợp điều chỉnh theo quan điểm bền vững tối ưu chất lượng cao: 49 3.2.1 Cấu trúc chất lượng cao 49 3.2.2 Cấu trúc bền vững cao 50 Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh 3.2.3 Cấu trúc bền vững chất lượng cao 52 3.3 GIỚI THIỆU TÓM TẮT BỘ CHƯƠNG TRÌNH TỔ HỢP THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN CASCAD .60 3.3.1 Mục đích ý nghĩa tổ hợp CASCAD 60 4.1 Nhận dạng đối tượng theo số liệu vận hành bình thường nhà máy .70 4.1.1 Phương pháp nhận dạng mô hình đối tượng làm việc 73 4.1.1.1 Đặt toán nhận dạng hệ nhiều tầng 75 4.1.1.2 Xác định ảnh tín hiệu hàm thời gian 76 4.1.1.3 Xác định hàm truyền đối tượng 78 4.1.1.4 Sai số mô hình hóa mô hình bất định .79 4.1.2 Nhận dạng đối tượng .81 a Nhận dạng đối tượng vòng 83 4.2 Tổng hợp điều khiển 92 4.2.1 Nội dung phương pháp tổng hợp hệ điều khiển bền vững tối ưu 92 4.2.2 Tổng hợp điều khiển ứng với đối tượng thực tế nhà máy Phả Lại 94 KẾT LUẬN 102 Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh TÀI LIỆU THAM KHẢO N.V.Mạnh Phương pháp tối ưu hoá hệ thống điều khiển bất định Luận án tiến sĩ khoa học Trường lượng Moscow 1999 300 tr N.V.Mạnh Lý thuyết điều chỉnh trình nhiệt NXB Đại Học Bách Khoa Hà Nội 1993 N.V.Mạnh Tổng hợp bền vững hệ điều khiển đối tượng bất định // Thông báo khoa học Hội nghị toàn quốc lần thứ tự động hoá Hà Nội 2002 Tr.155 – 161 N.V.Mạnh Nhận dạng đối tượng hệ điều khiển nhiều vòng Tạp chí KHCN nhiệt, 3/2006 Số 3, tr 19 – 22 N.V.Mạnh, N.V.Dũng Quan điểm tổng hợp bền vững tối ưu áp dụng cho hệ điều chỉnh đối tượng nhiệt hai tầng Tạp chí KHCN nhiệt, 5/2004 Số 57, tr.23 – 27 Nguyễn Doãn Phước Lý thuyết điều khiển tuyến tính NXB KH & KT năm 2002 Phần mềm CASCAD Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ, mã số B– 2001-28-34(2001 – 2002) N.V.Mạnh nhóm nghiên cứu môn HT&TĐH trình nhiệt Bùi Quốc Khánh.Nguyễn Duy Bình Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng.Tập 1,2006 Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh N.V.Mạnh The Affine projection method for solving non-linear optimization problems //Proceedings of NCST of Vietnam, 1992 No P 5310 Lê Phấn Dũng “Phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển mức nước bao nhà máy nhiệt điện”.Đồ án tốt nghiệp 2006 Kỹ thuật lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Kỹ thuật lượng _K 51 [...]... Bộ quá nhiệt của lò hơi thuộc loại nửa bức xạ, nửa đối lưu Theo đường hơi ra, bộ quá nhiệt bao gồm các bề mặt chịu nhiệt sau đây: • Dàn quá nhiệt trần • Bộ quá nhiệt hộp • Vách phân cách đầu vào bộ quá nhiệt cấp 1 • Bộ quá nhiệt cấp 1 • Bộ quá nhiệt cấp 2 (quá nhiệt mành) • Bộ quá nhiệt cuối cùng 2. 2 .2 Giảm ôn ở nhà máy điện Thực tế nếu không có sự điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt thì nhiệt độ hơi quá. .. cấp).Lưu lượng nước giảm ôn lớn nhất cho mỗi bộ giảm ôn là 20 ,55 t/h ,nhiệt độ nước giảm ôn khoảng 25 9 oC bằng nhiệt độ nước cấp Trong hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt, đại lượng ra là nhiệt độ hơi quá nhiệt. Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi,bộ điều chỉnh nhận tín hiệu đó và tác động lên van điều chỉnh thay đổi lượng nước làm mát đi vào bình giảm ôn.Tác động điều chỉnh là độ đóng mở van điều chỉnh. .. nước vào hơi quá nhiệt do vậy nhiệt độ hơi sẽ giảm.Ngược lại khi nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm,van khép bớt lại làm giảm lượng nước phun vào hơi quá nhiệt nhiệt độ hơi sẽ tăng Hình 2. 8 : Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh góc phun nhiên liệu Kỹ thuật năng lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Hình 2. 9 : Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh lưu lượng... tác động , đầu ra của nó sẽ bám theo tín hiệu nhiệt độ hơi quá nhiệt ở ngay van phun Điều đó giữ cho bộ điều khiển (a,b,c) luôn sẵn sàng điều khiển khi tải lò nằm ngay trong dải điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt , van phun giảm ôn cần tiếp tục hoạt động Hình 2. 12 : Sơ đồ điều khiển hơi quá nhiệt với 2 vòng điều chỉnh nhiệt độ Trong quá trình điều khiển (giống như mọi hệ thống điều khiển với 2 vòng điều. .. ôn (nhiệt độ hơi quá nhiệt trước bộ quá nhiệt trước bộ quá nhiệt cấp 1 và bộ quá nhiệt cấp 2) Bộ điều khiển sơ cấp thực hiện chức năng điều chỉnh thô nhiệt độ hơi quá nhiệt còn bộ điều chỉnh thứ cấp làm nhiệm vụ điều chỉnh tinh , nhanh chóng đưa giá trị nhiệt độ hơi quá nhiệt đạt tới giá trị ổn định Bộ điều khiển thứ cấp có đáp ứng nhanh hơn ít nhất 3 lần so với bộ điều khiển sơ cấp Khi nhiệt độ hơi. .. hưởng của nhiệt độ nước cấp Nhiệt độ nước cấp giảm thì D giảm nếu cường độ hấp thụ bộ quá nhiệt không đổi thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm * Ảnh hưởng của hệ số không khí thừa Giống phụ tải tùy thuộc vào bộ quá nhiệt là đối lưu hay bức xạ * Ảnh hưởng của than Mịn suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt nhỏ Thô ngọn lửa cao nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng * Ảnh hưởng của phân ly hơi Làm việc kém suy ra nhiệt độ hơi. .. liệu 2. 3 .2 Điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt dùng phương pháp điều khiển van phun nước giảm ôn Trước khi hơi được đưa vào tuabin ,hơi quá nhiệt sẽ được điều chỉnh để giữ ổn định ở một giá trị mong muốn.Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt là van phun nước giảm ôn Tùy vào từng hệ thống lò hơi khác nhau mà người thiết kế đưa ra các chiến lược điều khiển nhiệt độ hơi cho phù hợp.Nếu lưu lượng hơi. .. nhiệt sẽ lớn hơn nhiệt độ yêu cầu do đó quá trình điều chỉnh thực chất là giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt xuống.Vì vậy người ta dùng các bộ giảm ôn để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt * Phương pháp bố trí -Khi đặt bộ giảm ôn ở cuối thì thời gian điều chỉnh nhanh chóng nhưng có 1 đoạn ống phải chịu nhiệt độ > nhiệt độ yêu cầu làm ảnh hưởng đến sự làm việc của bộ quá nhiệt Hình 2. 2 : Bố trí bộ giảm ôn ở. .. (tăng) dẫn tới nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm Vậy ra kết hợp khéo léo giữa bộ quá nhiệt bức xạ và đối lưu thì ra khử được ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt Hình 2. 6 : Ảnh hưởng phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt Kỹ thuật năng lượng _K 51 Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh * Ảnh hưởng của sự bám cáu xỉ đến nhiệt độ hơi quá nhiệt Có đóng xỉ thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng... nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm Vậy khi thay đổi: +Nhiệt hàm của hơi +Lượng nhiệt của nó hấp thụ +Lưu lượng hơi Thì nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi - Đặc tính động: Tức là sự thay đổi nhiệt hàm của hơi và nhiệt độ hơi quá nhiệt theo thời gian.Suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi theo hình vẽ bên.Khi chấn động đầu vào là lượng nhiệt mà bộ quá nhiệt hấp thụ được đặc tính có dạng sau: Tô giảm nhiệt =10 đến ... Tối ưu hóa hệ thống điều chỉnh nhiệt độ nhiệt nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 giải vấn đề sau : - Chương : Tổng quan hệ thống điều khiển nhà máy nhiệt điện Phả Lại - Chương : Giới thiệu hệ thống điều. .. CỤ THỂ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI QUÁ NHIỆT 2. 1 Giới thiệu hệ thống điều khiển nhiệt Nhà máy nhiệt điện Phả Lại nhà máy bố trí theo sơ đồ khối : lò tương ứng máy. Bộ nhiệt lò Phả Lại chia... nhiệt cấp (quá nhiệt mành) • Bộ nhiệt cuối 2. 2 .2 Giảm ôn nhà máy điện Thực tế điều chỉnh nhiệt độ nhiệt nhiệt độ nhiệt lớn nhiệt độ yêu cầu trình điều chỉnh thực chất giảm nhiệt độ nhiệt xuống.Vì