Giáo Trình Cơ Sở Điều Khiển Quá Trình Nghề Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa

Giáo trình cơ sở điều khiển quá trình nghề sửa chữa thiết bị tự động hóa tại trường cao đẳng dầu khí cung cấp kiến thức chuyên sâu và thực tiễn.

• Tác giả: ThS. Phạm Thị Thu Hường
• Trường học: Trường Cao Đẳng Dầu Khí
• Chuyên ngành: Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa
• Đề tài: Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bà Rịa - Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
• 1.1. Đặc trưng của quá trình
• 1.2. Hệ thống điều khiển quá trình
• 1.3. Các thành phần của một kênh thiết bị
• 1.4. CÁC VÒNG ĐIỀU KHIỂN
• 1.4.1. Vòng điều khiển hở (Open loop)
• 1.4.2. Vòng điều khiển kín (Feedback Control – Closed Loop)
• 1.4.3. Điều khiển tầng (Cascade Control)
• 1.4.4. Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control)
• 1.5. CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN
• 1.5.1. Điều khiển hai vị trí (On – Off Control)
• 1.5.2. Điều khiển điều chỉnh (Modulating Control)
• 1.5.3. Ứng dụng của các kiểu vòng điều khiển
• 1.6. CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 1.6.1. ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN
• 1.6.1.1. Điều khiển On – Off (On – Off Control)
• 1.6.1.2. Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control)
• 1.6.1.3. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân
• 1.6.1.4. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Controller)
• 1.6.1.5. Hoạt động cụ thể của một bộ điều khiển
• 1.6.1.6. Bộ điều khiển Masoneilan
• 1.6.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
• 1.6.2.1. Điều khiển On – Off
• 1.6.2.2. Bộ điều khiển tỉ lệ
• 1.6.2.3. Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân
• 1.6.2.4. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Controller)

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa

Giáo trình điều khiển quá trình sửa chữa thiết bị tự động hóa là tài liệu quan trọng trong việc đào tạo kỹ sư và kỹ thuật viên trong lĩnh vực tự động hóa. Tài liệu này cung cấp kiến thức cơ bản về các hệ thống điều khiển, các thành phần của thiết bị và quy trình sửa chữa. Đặc biệt, giáo trình giúp người học nắm vững các khái niệm và thuật ngữ chuyên ngành, từ đó áp dụng vào thực tiễn công việc.

1.1. Mục tiêu của giáo trình điều khiển quá trình

Mục tiêu chính của giáo trình là trang bị cho sinh viên kiến thức về điều khiển quá trình, từ lý thuyết đến thực hành. Sinh viên sẽ học cách xác định các thành phần trong hệ thống điều khiển và ứng dụng chúng vào thực tế.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình này được thiết kế cho sinh viên các trường cao đẳng và đại học chuyên ngành tự động hóa, cũng như các kỹ thuật viên trong ngành sửa chữa thiết bị tự động hóa.

II. Những thách thức trong điều khiển quá trình tự động hóa

Trong quá trình sửa chữa thiết bị tự động hóa, có nhiều thách thức mà kỹ sư phải đối mặt. Những thách thức này bao gồm việc hiểu rõ các hệ thống điều khiển phức tạp, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của thiết bị. Ngoài ra, việc cập nhật công nghệ mới cũng là một yếu tố quan trọng.

2.1. Khó khăn trong việc áp dụng công nghệ mới

Công nghệ tự động hóa luôn thay đổi, đòi hỏi kỹ sư phải liên tục cập nhật kiến thức và kỹ năng. Việc này có thể gây khó khăn trong quá trình sửa chữa và bảo trì thiết bị.

2.2. Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống

Độ tin cậy của hệ thống điều khiển là rất quan trọng. Kỹ sư cần phải thực hiện các biện pháp kiểm tra và bảo trì định kỳ để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định.

III. Phương pháp điều khiển quá trình hiệu quả

Để đạt được hiệu quả trong điều khiển quá trình, cần áp dụng các phương pháp hiện đại và phù hợp. Các phương pháp này bao gồm điều khiển PID, điều khiển tỉ lệ và điều khiển tầng. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, cần được lựa chọn dựa trên yêu cầu cụ thể của hệ thống.

3.1. Điều khiển PID trong tự động hóa

Điều khiển PID là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong điều khiển quá trình. Nó giúp duy trì các thông số trong giới hạn cho phép, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

3.2. Lợi ích của điều khiển tỉ lệ

Điều khiển tỉ lệ giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm thiểu lãng phí và tăng năng suất. Phương pháp này rất hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giáo trình trong ngành tự động hóa

Giáo trình điều khiển quá trình sửa chữa thiết bị tự động hóa không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kỹ sư có thể áp dụng kiến thức từ giáo trình vào các dự án thực tế, từ việc thiết kế hệ thống đến bảo trì và sửa chữa thiết bị.

4.1. Các dự án thực tế trong ngành dầu khí

Trong ngành dầu khí, việc áp dụng giáo trình vào thực tế giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu rủi ro. Các kỹ sư có thể sử dụng kiến thức để tối ưu hóa quy trình điều khiển.

4.2. Kết quả nghiên cứu từ ứng dụng thực tiễn

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống tự động hóa trong các nhà máy.

V. Kết luận và tương lai của giáo trình điều khiển quá trình

Giáo trình điều khiển quá trình sửa chữa thiết bị tự động hóa là một tài liệu quý giá cho sinh viên và kỹ sư trong ngành. Tương lai của giáo trình sẽ tiếp tục được cập nhật và cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp tự động hóa.

5.1. Xu hướng phát triển trong giáo dục tự động hóa

Giáo dục trong lĩnh vực tự động hóa đang ngày càng phát triển, với nhiều chương trình đào tạo mới và hiện đại. Điều này giúp sinh viên nắm bắt được công nghệ mới và áp dụng vào thực tiễn.

5.2. Tầm quan trọng của việc cập nhật kiến thức

Việc cập nhật kiến thức và kỹ năng là rất quan trọng trong ngành tự động hóa. Kỹ sư cần thường xuyên tham gia các khóa học và hội thảo để nâng cao trình độ chuyên môn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số:216/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Trang 2 LỜI GIỚI THIỆU Tài liệu này thuộc giáo trình biên soạn theo chương trình đào tạo được lưu hành trong trường Cao đẳng Dầu khí; các nguồn thông tin được sử dụng để tham khảo biên soạn/hiệu chỉnh giáo trình có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích đào tạo. Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, quá trình hiện đại hóa góp phần đưa các quá trình sản xuất tại các nhà máy, xí nghiệp… ngày càng hiện đại với mức độ tự động hóa ngày càng cao.

Các giải pháp điều khiển hiện đại góp phần nâng cao mức độ tự động hóa của các dây chuyển sản xuất để tăng năng suất, tăng chất lượng sản phẩm, hạ giá thành sản xuất, tăng sức cạnh tranh trên thị trường, nhưng đồng thời cũng đặt ra những yêu cầu cao hơn cho các hệ thống điều khiển tự động và cho những người kỹ sư thiết kế điều khiển quá trình. Vì vậy, điều khiển quá trình là một lĩnh vực ứng dụng rất quan trọng trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp và việc trang bị các kiến thức về điều khiển quá trình là vấn đề cốt lõi đối với học sinh, sinh viên các trường thuộc khối kỹ thuật chuyên ngành điều khiển tự động hóa. Giáo trình Cơ sở điều khiển quá trình được biên soạn để giảng dạy cho đối tượng là học sinh sinh viên trình độ trung cấp, cao đẳng chuyên về lĩnh vực điều khiển tự động hóa. Tác giả xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp Trường Cao Đẳng Dầu khí, đặc biệt là giáo viên TBM Tự động hóa.

Giáo trình biên soạn dựa trên tài liệu từ nhiều nguồn giáo trình và tham khảo từ thực tế các nhà máy trong ngành Dầu khí và trong quá trình biên soạn sẽ không tránh khỏi một số sai sót. Vì thế, tôi rất mong nhận được sự góp ý, xây dựng của bạn đọc để cuốn sách ngày càng hoàn thiện hơn. Chân thành cảm ơn. Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2022 Tham gia biên soạn 1.

Chủ biên: ThS. Phạm Thị Thu Hường 2. Nguyễn Xuân Thịnh 4. Nguyễn Kim Ngọc Trang 3 MỤC LỤC 1.

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH. Đặc trưng của quá trình. Hệ thống điều khiển quá trình. Các thành phần của một kênh thiết bị.

CÁC VÒNG ĐIỀU KHIỂN. Vòng điều khiển hở (Open loop). Vòng điều khiển kín (Feedback Control – Closed Loop). Điều khiển tầng (Cascade Control).

Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control). CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN. Điều khiển hai vị trí (On – Off Control). Điều khiển điều chỉnh (Modulating Control).

Ứng dụng của các kiểu vòng điều khiển. CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN. ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN. Điều khiển On – Off (On – Off Control).

Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control). Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Contrller). Hoạt động cụ thể của một bộ điều khiển.

Bộ điều khiển Masoneilan. BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ. Điều khiển On – Off. Bộ điều khiển tỉ lệ.

Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Contrller) .61 Trang 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Quá trình trao đổi nhiệt .17 Hình 1-2: Hệ thống điều khiển quá trình trao đổi nhiệt độ .19 Hình 1-3: Cấu trúc của bộ chuyển đổi áp suất .23 Hình 1-4: Đặc tính mở van .25 Hình 1-5: Cấu tạo van điện từ .26 Hình 1-6: Van điều khiển có bộ truyền động dạng màng .26 Hình 1-7: Van điều khiển có bộ truyền động dạng piston.27 Hình 1-8: Van điều khiển sử dụng bộ truyền động bằng động cơ .28 Hình 1-9: Điều khiển nhiệt độ bằng vòng hở .30 Hình 1-10: Điều khiển nhiệt độ bằng vòng kín .31 Hình 1-11: Hệ thống điều khiển tầng .33 Hình 1-12: Mô hình tổng quát của vòng điều khiển tầng .34 Hình 1-13: Vòng điều khiển tỉ lệ .35 Hình 1-14: Điều khiển mức bằng bộ điều khiển On - Off.36 Hình 1-15: Đáp ứng của bộ điều khiển On - Off.37 Hình 1-16: Hệ thống điều khiển hai vị trí với vùng trung lập .37 Hình 1-17: Hệ thống điều khiển tỉ lệ .38 Hình 1-18: Vị trí tương ứng của van và phao khi Gain =1 .39 Hình 1-19: Thuật toán tích phân đầu ra với đầu vào cố định .41 Hình 1-20: Phản hổi của cấu trúc vi phân khi có tín hiệu vào .42 Hình 1-21: Vòng điều khiển nhiệt độ khí nén .43 Hình 1-22: Vòng điều khiển nhiệt độ điện tử .44 Hình 2-1: Thành phần của bộ điều khiển khí nén .49 Hình 2-2: Tín hiệu vào phần tử cuối khi dùng bộ điều khiển On-Off .50 Hình 2-3: Bộ điều khiển khí nén On-Off ở trạng thái mất tín hiệu .51 Hình 2-4: chuyển động của Nozzle ra khỏ tấm chắn .52 Hình 2-5: chuyển động của bộ điều khiển khí nén khi sụt giảm áp suất .52 Hình 2-6: Bộ điều khiển khí nén khi có áp suất đầu ra tăng .53 Hình 2-7: Biểu đồ của dải tỉ lệ bằng 5% .53 Hình 2-8: Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân .55 Hình 2-9: Bộ điều khiển PID .55 Trang 5 Hình 2-10: Cấu hình điều khiển truyền thẳng và phản hổi .56 Hình 2-11: Bộ điều khiển Masoneilan.58 Hình 2-12: Bộ điều khiển On-Off .60 Hình 2-13: Thành phần bộ điều khiển tỉ lệ .61 Hình 2-14: Thành phần bộ điều khiển tỉ lệ tích phân .61 Hình 2-15: Thành phần của bộ điều khiển PID .62 Trang 6 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1: Một số bộ chuyển đổi. Error! Bookmark not defined. Trang 7 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 1.

Tên mô đun: Cơ sở điều khiển quá trình 2. Mã mô đun: AUTM53110 Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành: 30 giờ) Số tín chỉ: 03 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô-đun: 3.1 Vị trí: Là mô đun thuộc các mô đun chuyên ngành của chương trình đào tạo. Môn đun này được dạy sau các môn học thiết bị đo lường và tài liệu và bản vẽ thiết bị đo lường.2 Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức về cơ bản về chức năng, nhiệm vụ của một vòng điều khiển cũng như chức năng của từng thành phần trong một vòng điều khiển.

Ngoài ra người học sẽ lĩnh hội được các thuật ngữ chuyên ngành về điều khiển quá trình, các chế độ điều khiển của bộ điều khiển.3 Ý nghĩa và vai trò của môn học/mô-đun: là môn học khoa học mang tính thực tế và ứng dụng thực tiễn dành cho đối tượng là người học chuyên ngành đo lường tự động hóa (Instrumentation). Mô-đun này đã được đưa vào giảng dạy tại trường Cao Đẳng Dầu Khí từ năm 2019 đến nay. Nội dung chủ yếu của mô-đun này nhằm cung cấp các kiến thức và kỹ năng cơ bản thuộc lĩnh vực công nghiệp quá trình: (1) lý thuyết điều khiển quá trình: vòng điều khiển, các thành phần cơ bản trong một vòng điều khiển và các thuật ngữ thông dụng; (2) Các bộ điều khiển PID khí nén, tương tự, on-off và tỉ lệ. Qua đó, giáo trình cung cấp các kiến thức và kỹ năng cơ bản về vòng điều khiển, và các chế độ hoạt động của bộ điều khiển.

Mục tiêu của môn học/mô-đun: Về kiến thức: + A1. Mô tả được điều khiển quá trình và xác định được các thành phần cơ bản của một kênh điều khiển; + A2. Mô tả được và xác định được các kiểu vòng điều khiển cơ bản như vòng điều khiển hở/kín, vòng điều khiển tỉ lệ, vòng điều khiển tầng; + A3. Nhận dạng được và mô tả được các chế độ điều khiển on-off và chế độ điều khiển liên tục; + A4.

Mô tả được ứng dụng các kiểu vòng điều khiển và diễn giải được sách lược điều khiển cơ bản của các kiểu điều khiển này; + A5. Xác định và mô tả được nguyên lý hoạt động của các bộ điều khiển kiểu khí nén và kiểu điện tử. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trang 8 + B1. Vẽ và gán nhãn được cho các sơ đồ điều khiển khối của các vòng điều khiển cơ bản ; + B4.

Từ bản vẽ P&ID xác định được các thành phần chính của vòng điều khiển truyền thẳng, vòng điều khiển phản hồi, vòng điều khiển tầng và vòng điều khiển tỉ lệ. Giải thích được mục đích và chức năng các thành phần chính của bộ điều khiển khí nén trên một lược đồ cho sẵn; + B4. Giải thích được chức năng từng khối của bộ điều khiển điện tử trên lược đồ cho sẵn. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + C1.

Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc; 5. Nội dung của môn học/mô đun: 5.1 Chương trình khung: Thời gian học tập (giờ) Trong đó Số Thực Kiểm tra Tên môn học, mô hành/ STT Mã MH/MĐ tín đun Tổng thực tập/ chỉ Lý số thí thuyết LT TH nghiệm/ bài tập/ thảo luận Các môn học I chung bắt buộc 23 465 180 260 17 8 1 COMP64002 Chính trị 4 75 41 29 5 0 2 COMP62004 Pháp luật 2 30 18 10 2 0 3 COMP62008 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 0 4 Giáo dục quốc 4 COMP62010 4 75 36 35 2 2 phòng và An ninh 5 COMP63006 Tin học 3 75 15 58 0 2 6 FORL66001 Tiếng Anh 6 120 42 72 6 0 An toàn vệ sinh 7 SAEN52001 2 30 23 5 2 0 lao động Các môn học, mô II đun chuyên môn 79 1845 602 1170 43 30 ngành, nghề Môn học, mô đun II.