ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH GV Biên soạn: Phạm Đức Hùng, Trần Thị Thường MỞ ĐẦU Học phần Điều khiển trình giảng dạy cho sinh viên năm cuối hệ đại học cho hai chuyên ngành Tự động hóa Đo lường Điều khiển tự động trường Đại học SPKT Hưng Yên Học phần đòi hỏi có kiến thức môn Lý thuyết ĐKTĐ, ngôn ngữ lập trình, trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm Hi vọng tập đề cương cung cấp kiến thức cần thiết cho bạn môn học mẻ Mọi ý kiến trao đổi thắc mắc xin gửi hòm thư: phamduchunghp@gmail.com thuonghd12@gmail.com chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Tác giả xin TỔNG QUAN VỀ HỌC PHẦN Điều khiển trình môn khoa học nghiên cứu tĩnh động học biến đổi lý hóa trình công nghệ sản xuất công nghiệp, phục vụ cho thiết kế thiết bị công nghệ hệ điều khiển trình công nghệ Do điều khiển trình cốt lõi hệ tự đông hóa trình công nghệ Nghiên cứu ĐKQT có hai hướng tiếp cận: Hướng thứ thuộc nhà công nghệ nghiên cứu DKQT phục vụ khâu thiết kế dây chuyền thiết bị công nghệ đề xuất nhiệm vụ điều khiển trình công nghệ Hướng thứ hai nhà nghiên cứu điều khiển tự đông hóa nghiên cứu điều khiển trình để thiết kế, lắp đặt, chỉnh định vận hành điều khiển tự động hóa trình công nghệ CHƯƠNG trình bày khái niệm, định nghĩa phân loại điều khiển trình Các đặc điểm biến trình yêu cầu điều khiển mạch vòng hệ điều khiển trình Trình bày phương pháp xây dựng phương trình cân trình CHƯƠNG nói đặc tính thiết bị đo cấu chấp hành“ trình bày khía quát nguyên lý, đặc tính thiết bị đo cấu chấp hành trình phục vụ cho việc ứng dụng vào hệ điều khiển công nghiệp CHƯƠNG mô tả động học trình , tập trung nghiên cứu động học trình đường ống, mạch vòng điều khiển lưu lượng, động lực học trình sấy, động học trình cô đặc CHƯƠNG giới thiệu khái quát chung điều khiển phản hồi ứng dụng điều khiển trình Chương tóm lược lý thuyết điều khiển PID, phương pháp thiết kế chỉnh định PID phương pháp đánh giá hệ điều khiển CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.1.Mở đầu Điều khiển tự động phát triển theo hai hướng lý thuyết ứng dụng, hướng lý thuyết phát triển theo hướng tìm điều khiển thông minh (mờ, nơron, thích nghi…), hướng ứng dụng tìm giải pháp vận hành, điều khiển trình công nghệ cụ thể thực tiễn Điều khiển trình ứng dụng kỹ thuật điều khiển vào ngành công nghiệp chế biến (công nghệ hóa học, sinh học thực phẩm), kết nối chặt chẽ tảng lý thuyết điều khiển tự động với qui trình công nghệ trình sản xuất Để học môn học sinh viên cần có kiến thức môn học: Hóa học, Vật lý, Đo lường cảm biến LT ĐKTĐ thực tế quan sát dây chuyền công nghệ sản xuất nhà máy, xí nghiệp thực tập doanh nghiệp 1.1.1.Khái niệm Điều khiển trình Điều khiển trình điều khiển, vận hành giám sát trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất an toàn cho người, máy móc môi trường 1.1.2 Mục đích chức ĐKQT - Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định trơn tru: Giữ cho hệ thống ổn định điểm làm việc chuyển chế độ cách trơn tru, đảm bảo điều kiện theo yêu cầu chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện - Đảm bảo suất chất lượng sản phẩm: đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất trì thông số liên quan đến chất lượng sản phẩm - Đảm bảo hệ thống vận hành an toàn: Giảm thiểu nguy xảy cố bảo vệ cho người, máy móc, thiết bị môi trường trường hợp xảy cố - Bảo vệ môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thông qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm nước sử dụng nước thải, hạn chế lượng bụi khói, giảm tiêu thụ nguyên nhiên liệu - Nâng cao hiệu kinh tế: Đảm bảo suất chất lượng theo yêu cầu giảm chi phí nhân công, nguyên liệu nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thị trường 1.1.3.Tầm quan trọng điều khiển trình - ĐKQT ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn tính tin cậy trình - ĐKQT định chất lượng sản phẩm trình sản xuất - ĐKQT ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành trình 1.2 Nhiệm vụ điều khiển trình Nhiệm vụ điều khiển trình can thiệp biến vào trình kỹ thuật cách hợp lý để biến thỏa mãn tiêu cho trước, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng xấu trình kỹ thuật người môi trường xung quanh Hơn nữa, diễn biến trình kỹ thuật tham số, trạng thái hoạt động thành phần hệ thống cần theo dõi giám sát chặt chẽ Tuy nhiên, trình kỹ thuật biến vào can thiệp biến cần phải điều khiển Đại lượng điều khiển (controlled variable, CV) biến biến trạng thái trình điều khiển, điều chỉnh cho gần với giá trị đặt (setpoint, SP) bám theo tín hiệu chủ đạo (reference signal) Các đại lượng điều khiển liên quan hệ trọng tới vận hành ổn định, an toàn hệ thống chất lượng sản phẩm Các biến biến trạng thái lại trình không điều khiển, ghi chép hiển thị Nhiệt độ, mức, áp suất nồng độ đại lượng điều khiển tiêu biểu hệ thống điều khiển trình 1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển trình Hình 1.1: Các thành phần hệ thống điều khiển trình 1.3.1 Thiết bị đo Hình 1.2: Hệ thống thiết bị đo trình Hệ thống thiết bị đo trình bao gồm: Cảm biến, điều hòa truyền phát tín hiệu báo để biến đổi đại lượng không điện (nhiệt độ, áp suất ) thành đại lượng điện - Measurement device: Thiết bị đo - Sensor: Cảm biến (ví dụ cặp nhiệt, ống venturi, siêu âm, ) - 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 chuyểnđiện áp), sensor sensor + transmitter Đặc tính thiết bị đo: Đặc tính vận hành, phạm vi đo dải đo, độ phân giải, dải chết độ nhạy, độ tin cậy, ảnh hưởng tác động môi trường, sai số độ xác, độ tuyến tính, đặc tính động học, đáp ứng bậc thang, đáp ứng tín hiệu dốc Chúng ta cần quan tâm đến chuẩn truyền tín hiệu 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 điều khiển trình a Cảm biến mức Hình 1.3: Cảm biến báo mức đo mức Mức chất lỏng bình chứa luôn đại lượng cần điều khiển Trong nhiều trường hợp, người ta đòi hỏi vòng điều khiển mức nhanh để trì giá trị mức độ cố định nhằm giảm tương tác tới vòng điều khiển khác chậm Tuy nhiên, phép đo mức thường không đòi hỏi độ xác cao áp suất, lưu lượng nhiệt độ Các phương pháp đo mức chất lỏng thông dụng phân loại sau: - Phương pháp tiếp xúc bề mặt: Sử dụng phao, que dò phần tử cảm biến chuyển - Phương pháp điện học: Dựa tượng thay đổi điện dung điện cảm - Phương pháp chênh áp: Dựa phép đo chênh lệch áp suất hai vị trí có độ cao khác bình - Phương pháp siêu âm: Sử dụng cảm biến siêu âm đặt nắp bình chứa xác định khoảng cách bề mặt chất lỏng nắp - Phương pháp đo khối lượng: Sử dụng cảm biến trọng lượng tính toán độ cao chất lỏng Thiết bị đo cảm biến, cảm biến gồm đầu đo phận chuyển đổi đo Ví dụ: đo nhiệt độ dùng cặp nhiệt điện trở PT100 thường gọi can nhiệt Đo mức (chiều cao) chất lỏng bình kín dùng cảm biến siêu âm 1.3.2 Thiết bị chấp hành Hình 1.3: Cấu trúc thiết bị chấp hành Thiết bị chấp hành (actuator) thay đổi đại lượng điều khiển theo tín hiệu điều khiển, ví dụ van điều khiển, máy bơm, quạt gió, hệ thống băng tải Phần tử điều khiển (control element): Can thiệp trực tiếp tới đại lượng điều khiển, ví dụ van tỉ lệ, van on/off, tiếp điểm, sợi đốt, băng tải Cơ cấu tác động, cấu chấp hành (actuator, actuating element) như: Cơ cấu truyền động, truyền cho phần tử chấp hành, ví dụ động (điện), cuộn hút, cấu khí nén 1.3.3 Các điều khiển phản hồi Các điều khiển phản hồi thành phần cốt lõi hệ thống điều khiển Bộ điều khiển có chức nhận tín hiệu đo, so sánh với tín hiệu đặt, thực thuật toán điều khiển đưa tín hiệu điều khiển để can thiệp vào biến điều khiển thông qua thiết bị chấp hành Thiết bị điều khiển (control equipment) thiết bị tự động thực chức điều khiển, thành phần cốt lõi hệ thống điều khiển công nghiệp Trong văn phạm khoa học thiết bị điều khiển gọi điều khiển (controller) Tùy theo ngữ cảnh, điều khiển hiểu thiết bị điều khiển đơn lẻ (ví dụ điều khiển nhiệt độ), thành phần cài đặt thiết bị điều khiển chia sẻ (ví dụ khối PID trạm PLC/DCS) thiết bị điều khiển chia sẻ (ví dụ trạm PLC/DCS) Trên sở tín hiệu đo Cấu trúc điều khiển lựa chọn, điều khiển thực thuật toán điều khiển đưa tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại trình kỹ thuật thông qua thiết bị chấp hành Một hệ thống/thiết bị chấp hành (actuator system) nhận tín hiệu từ điều khiển thực can thiệp tới biến điều khiển Các thiết bị chấp hành tiêu biểu công nghiệp van điều khiển, động máy bơm Thông qua thiết bị chấp hành mà hệ thống điều khiển can thiệp vào diễn biến trình kỹ thuật Ví dụ tùy theo tín hiệu điều khiển mà máy bơm tăng giảm tốc độ hút chất lỏng để thay đổi lưu lượng chất lỏng đường ống hay làm thay đổi mức bình chứa Một tín hiệu điều khiển làm thay đổi nhiệt độ bình gia nhiệt qua làm thay đổi nhiệt độ đầu 1.4 Trình tự phát triển hệ thống Có bước phát triển hệ thống hệ thống ĐKQT: 1.4.1 Phân tích chức hệ thống Đây bước vô quan trọng, muốn điều khiển ta cần hiểu kỹ đối tượng trạng thái tĩnh trạng thái động, phân tích kỹ thành phần cụ thể cụ hệ thống ta hình dung sơ đồ khối hệ thống gồm đầu vào, đầu nhiễu, tương tác đại lượng tham số hệ thống để mô tả xác hệ thống 1.4.2 Xây dựng mô hình toán học Xây dựng mô hình toán học cho trình có hai phương pháp: Mô hình hóa lý thuyết hay gọi mô hình vật lý từ định luật vật lý hóa học kết hợp với thông số kỹ thuật thiết bị công nghệ, kết nhận phương trình vi phân phương trình đại số 10 Thiết bị (9) bao gồm đặt thẳng đứng, song song với nhau, dịch thực phẩm từ thùng chứa nguyên liệu (13) cấp vào khoang chứa nguyên liệu (10) phần tháp Đáy khoang chứa nguyên liệu có cấu tạo khe hở để dịch tác động lực trọng trường chảy thành màng theo dẫn hướng xuống khoang trao đổi ẩm phía Tác nhân lấy ẩm không khí khô nóng chuyển động ngược chiều với màng dịch Có thể dùng công nghệ bơm nhiệt để tạo không khí khô nóng cho trình Do màng dịch có tốc độ chuyển dịch chậm nhiều so với trạng thái rơi tự làm tăng thời gian tiếp xúc pha, điều làm tăng khả lấy ẩm khí khô trình tiếp xúc pha Độ ẩm tác nhân lấy ẩm cửa sau chu trình lấy ẩm từ màng dịch tùy thuộc độ cao khoang làm khô tách nước, đạt từ 70 đến 95% Từ khoang trao đổi ẩm, dịch tách ẩm tự chảy xuống khoang chứa sản phẩm phía chảy thùng chứa sản phẩm (7) Không khí khô quạt hút (2) qua lọc xử lý không khí (1) qua calorifer (3) tạo thành không khí khô nóng sau qua cửa cấp gió dọc theo bề mặt ngược chiều với dòng chảy màng pha lỏng, trao đổi ẩm với màng dịch thoát Thông số nhiệt độ độ ẩm tác nhân khí cửa vào khoang trao đổi ẩm tự động đo cảm biến truyền xa (5) (6) Tương tự cửa khí nhiệt độ độ ẩm khí đo tự động cảm biến truyền xa (11) (12) Khi nồng độ dịch thùng (7) thấp yêu cầu, ta dùng bơm (8) bơm dịch bán thành phẩm từ thùng (7) lên thùng cao vị (13) để lặp lại chu trình tách nước Thiết bị thí nghiệm lắp hệ tự động điều khiển dùng PLC (15) hãng Rockwell Automation USA Các biến đổi truyền xa nhiệt độ độ ẩm tác nhân lấy ẩm cửa vào cửa thiết bị tách nước kết 74 nối với PLC PLC (15) kết nối với máy tính PC (14), cho phép thu thập xử lý liệu thí nghiệm Lưu lượng không khí vào thiết bị điều chỉnh tay giá trị lưu lương đo cảm biến đo vận tốc (4) 5.1.2 Các thiết bị linh kiện điều khiển hệ thông cô đặc * Calorifer Ta chọn calorifer điện, vỏ hộp làm vật liệu inox, bên có nhiệt Không khí vào hộp calorifer, qua nhiệt trở thành không khí khô nóng Thanh gia nhiệt điều khiển PLC để trì giá trị nhiệt độ đặt *Quạt gió Để vận chuyển tác nhân hệ thống thường dùng hai loại quạt: quạt ly tâm quạt hướng trục Chọn loại quạt nào, số hiệu phụ thuộc vào đặc trưng hệ thống sấy, trở lực mà quạt phải khắc phục ∆p, suất mà quạt cần tải V nhiệt độ độ ẩm tác nhân Khi chọn quạt, giá trị cần phải xác định hiệu suất quạt, số vòng quay quạt Quạt ly tâm chia làm ba loại theo tổng cột áp mà tạo ∆p: • Quạt hạ áp: • Quạt trung áp: • Quạt cao áp: ∆p < 100 mmH2O ∆p = (100 ÷ 300) mmH2O ∆p > (300 ÷ 1500) mmH2O Căn vào vòng quay riêng nN ta chia chúng thành nhóm sau: • • • • Quạt quay chậm : nN = 100 ÷ 200 Quạt quay vừa : nN = 200 ÷ 600 Quạt quay nhanh : nN = 600 ÷ 1200 Quạt quay đặc biệt nhanh : nN = 1200 ÷ 4000 75 Để tiện cho công việc lắp đặt theo yêu cầu sử dụng, người ta dùng quạt ly tâm có hai chiều quay với giá trị gá đỡ khác Nếu roto quạt quay theo chiều kim đồng hồ có loại quạt quay phải ngược lại ta có quạt quay trái Quạt ly tâm gắn trực tiếp với động điện qua bánh đai *Bơm tuần hoàn Do yêu cầu công nghệ mà ta phải bơm tuần hoàn dịch Mật từ thùng chứa sản phẩm lên thùng chứa liệu đến Mật đạt nồng độ yêu cầu Người ta chia máy bơm nhiều loại dựa vào đặc điểm như: nguyên lý tác động cánh bơm vào dòng nước, dạng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, mục đích bơm, loại chất lỏng cần bơm Trong thường dùng đặc điểm thứ để phân loại máy bơm Theo đặc điểm máy bơm chia làm hai nhóm: bơm động học bơm thể tích Do Thực phẩm loại dịch có độ nhớt cao nên ta sử dụng loại bơm bơm bánh Bơm bánh chia làm hai loại: kiểu bánh ăn khớp kiểu bánh ăn khớp Sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động hai kiểu bánh ăn khớp kiểu bánh ăn khớp thể Hình 5.2: Bơm bánh ăn khớp Bánh chủ động nối với trục bơm quay kéo theo bánh bị động quay Chất lỏng rãnh theo chiều quay bánh vận 76 chuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vòng theo vỏ bơm Khoang hút khoang đẩy ngăn cách với mặt tiếp xúc bánh ăn khớp xem kín Hình 5.3: Bánh ăn khớp Bánh chủ động bánh bị động đặt lệch tâm Khi bánh chủ động quay kéo theo bánh bị động quay chiều Stato Chất lỏng rãnh theo chiều quay bánh vận chuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vòng theo vỏ bơm Khoang hút khoang đẩy ngăn cách với lưới chắn *Lọc không khí Trong công nghiệp, thiết bị cần thiết thiết bị lọc không khí trước vào hệ thống hạ thủy phần quy mô phòng thí nghiệm ta không đưa thiết bị lọc vào Do không khí trời có nhiều bụi có số chất khí độc hại, không lọc khí tiếp xúc trực tiếp với màng dịch gây ảnh hưởng đến chất lượng Mật Ong Lọc khí chia làm ba cấp độ lọc lọc thô, lọc tinh đến lọc HEPA Mỗi cấp độ lọc có kích thước, cấp độ lọc hiệu suất khác nên tùy nhu cầu điều kiện kinh tế mà chọn loại cấp độ lọc phù hợp  Lọc thô: vật liệu lọc thường làm sợi tổng hợp, phân chia bốn cấp độ lọc từ G1 – G4 • G1: đạt hiệu suất lọc 65% hạt bụi thô 77 • G2: đạt hiệu suất lọc từ 65 – 80% • G3: đạt hiệu suất lọc từ 80 – 90% • G4: đạt hiệu suất lọc 90% Ngoài sử dụng lọc cacbon với vật liệu lọc làm từ giấy than hoạt tính để loại bỏ chất gây ô nhiễm, mùi khói, mùi sơn, loại khí độc hại hay khí mùi hôi thối  Lọc tinh: dây chuyền lọc thường dùng túi lọc khí, loại chia nhiều cấp độ lọc từ F5 – F8 • F5: có khả lọc từ 40 – 60% hạt bụi (với phổ bụơi từ - 10μm) • F6: có khả lọc từ 60 – 80% • F7: có khả lọc từ 80 – 90% • F8: có khả lọc từ 90 – 95%  Lọc HEPA: lọc không khí hiệu cao công nghệ phát triển Ủy ban lượng nguyên tử Mỹ suốt năm 1940 với mục đích tạo phương pháp lọc hiệu hạt phóng xạ gây ô nhiễm HEPA phương pháp lọc hiệu quả, mà hạt lấy kính hiển vi từ không khí xung quanh qua lọc HEPA Vùng lọc HEPA với nhiều hiệu phụ thuộc vào kích thước hạt Lọc HEPA phân chia từ cấp độ lọc H10 – H14 U15 – U17 • H10: có khả lọc 95% hạt bụi (với hạt bụi 0,3 μm) • H11: có khả lọc ≥ 98% • H12: có khả lọc ≥ 99,97% • H13: có khả lọc ≥ 99,99% • H14: có khả lọc ≥ 99,999% • U15: có khả lọc ≥ 99,9995% hạt bụi (với hạt bụi 0,12μm) • U16: có khả lọc ≥ 99,99995% • U17: có khả lọc ≥ 99,999995% 78 *Bộ điều khiển lập trình PLC dụng cụ đo PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controller điều khiển Logic lập trình cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình PLC dụng để thay mạch relay thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC Siemens, Allen – Bradley, Mitsubishi Electric, Delta, Omron đặc biệt thiết bị đo lường điều khiển National Instrument (NI), thiết bị NI nhỏ gọn, giá thành vừa phải tiện lợi sử dụng qui mô phòng thí nghiệm, thiết bị kết nối với máy tinh qua phân mềm dễ sử dụng LabView LabVIEW phần mềm lập trình theo hình ảnh nên thân thiện với người dùng dễ dàng thay đổi theo ý người sử dụng PLC sử dụng rộng rãi công nghiệp khả mở rộng chống nhiễu cao *Cảm biến nhiệt ẩm Để đo nhiệt độ độ ẩm không khí vào khỏi thiết bị ta sử dụng cảm biến JUMO 907021/40 sản xuất Đức Cảm biến tích hợp đo nhiệt độ độ ẩm không khí Cảm biến nhiệt ẩm có dây gồm: dây trắng, nâu, vàng, xanh ứng với dây dương, dây âm, dây tín hiệu nhiệt độ dây tín hiệu độ ẩm 79 Hình 5.4: Cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm Cảm biến nhiệt ẩm JUMO 907021/40 có thông số kỹ thuật sau: Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cảm biến JUMO 907021/40 -40oC ≤ t ≤ 60oC 0% ≤ φ ≤ 100% – 10V 12 mm 84 mm PT1000 Nhiệt độ Độ ẩm Dạng tín hiệu Đường kính đầu đo Chiều dài cam biến Loại cảm biến *Cảm biến đo vận tốc gió Sử dụng cảm biến đo tốc độ gió FST 200 – 2012111 Đặc tính:     Chống lại tác động, tình trạng tải, bị sốc xói mòn Nhỏ gọn tinh tế, dễ dàng mang theo dễ lắp đặt Làm chất liệu hợp kim, thiết kế cấu trúc hợp lý chất lượng tốt Cốc gió làm thép không gỉ, tải trọng chống gió đạt tới 70m/s  Bắt đầu với vận tốc gió thấp  Thiết kế bảo vệ biến động Phạm vi áp dụng: 80      Làm việc cao để kiểm tra kiểm soát Kỹ thuật kiểm tra máy kiểm soát Trạm khí tượng kiểm tra bảo vệ môi trường kiểm soát Cảng bến kiểm tra môi trường kiểm soát Tự động hóa ngành công nghiệp khác tốc độ gió thử nghiệm hướng kiểm soát Thông số kỹ thuật cảm biến đo tốc độ gió thể bảng 2.2 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật cảm biến đo tốc độ gió FST 200 – 2012111 Tham số Đầu Điện áp làm việc Phạm vi thử nghiệm Tốc độ gió bắt đầu Tính xác Môi trường làm việc Giới giạn tốc độ gió Thông số Tín hiệu xung (hz), – 5VDC, – 20mA 5VDC, 24VDC, 12 ~ 36VDC (phổ biến 24VDC) 0,5m/s – 50 m/s ≤ 0,5 m/s ± 0,1 m/s o Nhiệt độ -20 C ~ +85oC, độ ẩm ≤ 95% Max: 70m/s 30 phút Hình 5.5: Cảm biến đo tốc độ gió 81 5.2 Kiểm soát điều khiển trình cô đặc dịch thực phẩm chịu nhiệt Thiết bị tách ẩm có đầu vào (tác nhân không khí nguyên liệu cần cần hạ thủy phần) đầu (không khí khỏi thiết bị dịch bán thành phẩm bình chứa) Để điều khiển kiểm soát trình ta chuyển sơ đồ hệ thống hình 1.5 thành lưu đồ P&ID theo chuẩn ISA Hìn h 5.6: Sơ đồ P&ID thiết bị tách ẩm dạng màng mỏng 5.2.1 yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi ẩm Quá trình hạ thủy phần chất trình trao đổi nhiệt ẩm trực tiếp hai dòng lưu thể không khí khô màng mỏng dịch Hai dòng lưu thể 82 chuyển động ngược chiều xuôi chiều Sau ta phân tích ưu nhược điểm hai phương án trên:  Hai dòng lưu thể ngược chiều (tức không khí khô nóng vào thiết bị cửa gió di chuyển từ lên thiết bị thoát cửa gió trên, dòng dịch chảy màng từ xuống dưới): không khí nóng ban đầu có nhiệt độ cao độ ẩm thấp tiếp xúc với dịch Mật có độ ẩm nhỏ nhất, dọc theo chiều cao thiết bị không khí nóng giảm dần nhiệt độ độ ẩm tăng dần di chuyển lên phía cửa tiếp xúc với dịch có độ ẩm cao Ưu điểm : dịch lúc khỏi thiết bị có độ ẩm thấp hơn, trình thoát ẩm môi trường nhanh không khí có xu hướng bay lên nên phương án trình thải ẩm gặp trở lực  Hai dòng lưu thể chuyển động xuôi chiều (tức dòng không khí khô nóng dòng dịch di chuyển từ xuống): dịch ban đầu có độ ẩm lớn tiếp xúc với không khí khô ban đầu có nhiệt độ cao độ ẩm nhỏ nên bốc nhanh, không khí xuống thiết bị lúc chứa nhiều ẩm nên khả lấy ẩm từ dịch khó khăn, lấy ẩm -Nhược điểm: độ ẩm cuối dịch cao so với trường hợp hai dòng lưu thể ngược chiều, lực cản xu hướng bay lên không khí gây nên trình thoát ẩm môi trường chậm Qua phân tích ta thấy rõ ràng phương án hai dòng lưu thể chuyển động ngược chiều hiệu so với chuyển động xuôi chiều Do ta chọn phương án cho hai dòng lưu thể chuyển động ngược chiều Quá trình trao đổi ẩm hai dòng lưu thể diễn sau: Không khí khô nóng cấp vào thiết bị qua cửa gió vào bên thiết bị chuyển động ngược chiều với dòng dịch chảy màng từ xuống Không khí khô nóng lướt qua bề mặt màng dịch, trình không khí truyền nhiệt cho màng dịch, màng 83 dịch nhận nhiệt sau bay Do chênh lệch áp suất pha lỏng khí nên ẩm dịch có xu hướng thoát khỏi bề mặt dịch, mà cường độ bay nước dịch cao Không khí vào thiết bị liên tục lấy ẩm từ dịch bão hòa không chứa thêm ẩm thoát môi trường Trong trình tách nước điều ta quan tâm lượng ẩm mà không khí lấy từ dịch Để biết lượng ẩm mà không khí lấy dựa vào hàm lượng ẩm không khí vào khỏi thiết bị, hàm lượng ẩm không khí khỏi thiết bị cao nhiều so với vào thiết bị chứng tỏ trình tách nước đạt hiệu suất cao ngược lại hàm lượng ẩm không khí cao so với vào trình tách nước đạt hiệu suất thấp Ngoài yếu tố dịch khí yếu tố thiết bị ảnh hưởng đến hiệu suất tách ẩm trình Các yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi ẩm thể hình 13 84 Hình 5.7: Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ tách ẩm Trong quy trình công nghệ vậy, để đạt hiệu cao cần tối ưu Ở ta cần giải hai toán tối ưu tối ưu thiết bị tối ưu công nghệ Nhìn vào hình 13 ta thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới cường độ tách ẩm dịch, ta khảo sát tất yếu tố ảnh hưởng để tìm tối ưu khảo sát tất yếu tố nhiều thí nghiệm Trong yếu tố ảnh hưởng có yếu tố ảnh hưởng nhiều có yếu tố ảnh hưởng Nên trước tiên ta phân tích xem yếu tố ảnh hưởng nhiều, yếu tố ảnh hưởng đến cường độ tách ẩm Những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến cường độ tách ẩm khảo sát để giải toán tối ưu Sau ta phân tích khảo sát yếu tố ảnh hưởng thiết bị trình công nghệ ảnh hưởng đến cường độ bốc ẩm 85 5.2.2 Kiểm soát dòng không khí vào Dòng không khí trước vào hệ thống qua thiết bị xử lý không khí (1) thiết bị lọc không khí sử dụng phổ biến nhà máy thực phẩm, đặc biệt bệnh viện Calorife dùng để tạo không khí khô tác nhân trình tách ẩm Tuy nhiên để có tác nhân tiết kiệm nên chọn giải pháp tuần hoàn khí thiết bị tạo thành vòng cung cấp khí kín Để có điều ta chọn bơm nhiệt thay cho calorife để công đoạn tách ẩm khỏi không khí hiệu Bơm nhiệt tách ẩm cung cấp khống khí khô, nóng cho chu trình tách ẩm mà ta cần lấy không khí lần lúc ban đầu, sau tuần hoàn thiết bị Phần không khí ban đầu lọc trước đưa vào bơm nhiệt Tuy nhiên cô đặc mật ong không khí qua bơm nhiệt bị bết, nên ta cần thu phần mật xót lại không khí trước đưa trở lại bơm nhiệt để làm nóng Không khí hút vào quạt hút gió (2) thay đổi theo độ mở van bơm thiết bị gia nhiệt 5.2.3 Kiểm soát sản phẩm sau cô đặc Để kiểm tra chất lượng sản phẩm thường xuyên, nhằm xem sản phẩm có bị đổi màu biến tính không để điều chỉnh thông số điều khiển cho chất lượng đạt yêu cầu Công việc cần thực thường xuyên có giám sát chặt chẽ khâu chất lượng 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Sơn : Cơ sở hệ thống Điều khiển trình , Hà Nội, 2009 [2] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh: Nhận dạng hệ thống điều khiển, 2007 [3] Hoàng Minh Sơn : Mạng truyền thông công nghiệp, Hà Nội, 2009 [4] Springer-Verlag Multivariable Control Systems An Engineering Approach 87 88 [...]... năng hóa học của mỗi cấu tử ở hai pha bằng nhau: mi I = mi II Các bài toán tiêu biểu đặt ra liên quan tới điểm cân bằng pha là tính toán điểm sôi, điểm sương hoặc điểm bốc cháy Quan hệ mấu chốt ở đây là quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất và cấu tử hỗn hợp trong các pha Trong thực tế người ta sử dụng phần mềm quan hệ đơn giản hoặc phức tạp khác nhau phục vụ các tính toán này Độ bay hơi tương đối: Trong một... trọng trong các quá trình công nghệ Công suất truyền nhiệt qua một bề mặt theo công thức Newton: 27 q = k (Ts - T f ) A Ts: nhiệt độ lớp bề mặt Tf: nhiệt độ trung bình của dòng chảy K: hệ số truyền nhiệt đối lưu (phụ thuộc vào đặc tính dòng chảy và đặc tính nhiệt của lưu chất) Bức xạ Bức xạ là hiện tượng truyền năng lượng qua không gian thông qua sóng điện từ Tới một bề mặt, năng lượng đó có thể được... vì thế có thể bỏ qua Khi đó phương trình có thể viết đơn giản thành n dU I = å wvào hvào dt i=1 UI wvào wra hvào hra n å wra hra + q i=1 nội năng hệ thống lưu lượng khối lượng dòng vào hệ thống (kg/s) lưu lượng khối lượng dòng ra hệ thống (kg/s) entanpy của dòng vào (J/kg) entanpy của dòng ra (J/kg)bổ sung cho hệ thống Q tổng lưu lượng nhiệt thông qua dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt thông qua dẫn nhiệt, bức... trộn chất lỏng là hệ thống điển hình ứng dụng điều khiển quá trình, qua hệ thống thiết bị khuấy trộn , bài toán điều khiển đặt ra là lưu lượng vào dòng thứ hai phụ thuộc vào quá trình dòng đứng trước, trong khi lưu lượng ra là đại lượng có thể can thiệp được Đối với các quá trình liên quan tới điều khiển thành phần hoặc các quá trình liên quan tới chất khí, phương trình cân bằng vật chất tốt nhất được... ổn định, do thiết bị đo có sai số hoặc căn chỉnh chưa đúng 18 Ví dụ bình chứa chất lỏng: Bình chứa là một đối tượng rất quan trọng và thông dụng trong các hệ thống ĐKQT Bài toán đặt ra là duy trì trữ lượng chất lỏng trong bình tại một giá trị hoặc một phạm vi mong muốn Đại lượng cần quan tâm đối với hệ thống bình chứa chất lỏng (tank) là giá trị mức hoặc thể tích Trong thực tế bình chứa có những chức... tinh khiết nghĩa lý tưởng có khối lượng riêng =1 (g/cm3) Chúng ta đơn giản hệ thống theo cách biểu diễn quan hệ giữa các biến vào là lưu lượng chất lỏng vào F1 thay đổi tốc độ theo độ mở của van bằng tay V 1 đóng vai trò biến được điều khiển Lưu lượng chất lỏng ra từ bình thí nghiệm xuống bình chứa qua van điều khiển bằng tay V2 là biến nhiễu Ngoài ra độ mở van phần trăm (0 ÷ 100%) của van V 1 nên F1... trúc điều khiển nhằm làm rõ cấu trúc liên kết giữa các phần tử trong hệ thống Đây là công việc quan trong đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và kinh nghiệm thực tế để tránh nhầm lẫn Tiếp theo là lựa chọn biến được điều khiển, các biến điều khiển tương ứng và các biến nhiễu và liên kết chúng thông qua sơ đồ để xây dựng các Cấu trúc điều khiển cụ thể Các cấu trúc điều khiển chia thành hai phần... điểm quy chiếu Tref , href h- href= Cp(T- Tref) trường hợp áp suất không thay đổi quá lớn, ta có mối quan hệ đơn giản sau h = CpT Ví dụ thiết bị gia nhiệt ở trạng thái xác lập, nhiệt lượng dòng gia nhiệt tỏa ra đúng bằng nhiệt lượng dòng quá trình hấp thụ: wH (hH 1 - hH 2 ) = wC (hC 2 - hC1 ) sử dụng quan hệ giữa entanpy và nhiệt độ coi nhiệt dung riêng của từng dòng không đổi, phương trình cân bằng... ổn định trở thành wH C pH (TH 1 - TH 2 ) = wC C pC (TC 2 - TC1 ) c.Phương trình truyền nhiệt Hầu hết các quá trình công nghệ liên quan tới quá trình truyền nhiệt Vì vậy bên cạnh các phương trình cân bằng nhiệt lượng thì các phương trình mô tả truyền nhiệt có vai trò hết sức quan trọng trong mô hình hóa quá trình Hiện tượng truyền nhiệt được chia làm 3 loại dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ Dẫn nhiệt Khi tồn... hình thức truyền nhiệt thông qua chuyển động của các dòng chảy vĩ mô (một chiều hoặc luân chuyển), ví dụ từ bề mặt nóng tới một dòng chảy vĩ mô (một chiều hoặc luân chuyển), ví dụ từ một bề mặt nóng tới một dòng chảy hoặc giữa hai dòng chảy ngược chiều Trường hợp truyền nhiệt đối lưu giữa một bề mặt (tường, lớp chất lỏng, hạt rắn) với một dòng chảy đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong các quá trình