TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NGHỀ: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2020 (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 như ngành vận hành thiết bị chế biến dầu khí, ngành sửa chữa thiết bị tự động hóa. Giáo trình Cơ sở điều khiển quá trình được biên soạn để làm tài liệu cho đối tượng là học sinh, sinh viên trình độ trung cấp, cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, Vận hành thiết bị khoan khai thác dầu khí, Khoan khai thác dầu khí. Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn 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 nên không tránh khỏi một số sai sót về sự phù hợp và phát triển công nghệ.
Chúng 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 06 năm 2019 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: ThS.
Phạm Thị Thu Hường 2. Nguyễn Xuân Thịnh MỤC LỤC 1.1 QUÁ TRÌNH LÀ GÌ .2 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH .3 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH .1 SƠ ĐỒ CỦA MỘT VÒNG ĐIỀU KHIỂN .2 Ba nhiệm vụ của một vòng điều khiển .1 Nhiệm vụ của thiết bị đo: .2 Nhiệm vụ thiết bị điều khiển: .3 Nhiệm vụ của thiết bị chấp hành: .4 CÁC LOẠI ĐIỀU KHIỂN .1 Điều khiển bằng tay (Manual Control).2 Điều khiển tự động (Automatic control) .3 Điều khiển tầng (Cascade control) .4 Điều khiển vòng hở .5 Điều khiển vòng kín .5 BẢN VẼ P&ID .1 Các biểu tượng thiết bị đo .2 Đường liên kết .3 Số thẻ thiết bị và nhận dạng chữ cái viết tắt .1 ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG Ở CHẾ ĐỘ BẰNG TAY (MANUAL CONTROL) .2 Điều khiển lưu lượng ở chế độ tự động (AUT) .3 Điều khiển lưu lượng ở chế độ tầng (Cascade) .1 Dò tìm PID bằng phương pháp dao động vòng kín-tận cùng: .2 Quy trình dò tìm PID .4 Quy trình thực tập. 15 Trang 2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Quá trình và các biến quá trình .9 Hình 2-1: Sơ đồ khối của một vòng điều khiển. 5 Hình 2-2: Ví dụ hệ thống điều khiển nhiệt độ .6 Hình 2-3: Sơ đồ cấu trúc của thiết bị đo .7 Hình 2-4: Sơ đồ khối thiết bị điều khiển .7 Hình 2-5: Sơ đồ khối thiết bị chấp hành .8 Hình 2-6: Ký hiệu các thuật ngữ sử dụng trong một vòng điều khiển quá trình .8 Hình 2-7: Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp thủ công .10 Hình 2-8: Điều khiển nhiệt độ tự động .11 Hình 2-9: Điều khiển tầng cho thiết bị gia nhiệt hơi nước .12 Hình 2-10: Sơ hệ thống điều khiển vòng hở .13 Hình 2-11: Ví dụ về điều khiển nhiệt độ bằng vòng hở .14 Hình 2-12: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín.
15 Hình 2-13: Ví dụ điều khiển nhiệt độ bằng vòng kín .15 Hình 2-14: Biểu tượng thiết bị đo .16 Hình 2-15: Kí hiệu các đường liên kết .17 Hình 2-16: Ký hiệu khu vực trong thẻ thiết bị. 18 Hình 2-17: Ký hiệu chữ cái đầu tiên trong thẻ thiết bị .18 Hình 3-1: Sơ đồ P&ID của hệ thống điều khiển lưu lượng.6 Hình 3-2: Xác định PID sử dụng đường phản ứng với luật Ziegler & Nichols.8 Hình 3-3: Bảng tính thông số P, I, D .8 Hình 3-4: Ví dụ về điều khiển tỉ số cho quá trình dòng .9 Hình 3-5: Đáp ứng PV từ phương pháp tận cùng Zigler Nichol .10 Hình 3-6: Dao động của điều khiển vòng kín. 10 Hình 3-7: Sơ đồ P&ID và độ mở van .11 Hình 3-8: Bản vẽ điều khiển của điều khiển theo tỷ số .12 Hình 3-9: Tổng quan của phòng thực hành.13 Hình 3-10: LAB2; điều khiển dòng theo tỷ số. 13 Hình 3-11: Mẫu của độ mở van .14 Hình 3-12: Cửa sổ Tuning của FIC021 .16 Trang 3 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Bảng chữ cái la-tinh thường dùng cho các kí hiệu của thiết bị đo lường .1: Tính PID bằng phương pháp tận cùng Zigler Nichol .10 Trang 4 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 1.
Tên mô đun: Cơ sở điều khiển quá trình 2. Mã mô đun: TĐH19MĐ11 Thời gian thực hiện mô đun: 45 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành: 30 giờ). Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: 3.1 Vị trí: Là mô đun thuộc các mô đun/môn học cơ sở của chương trình đào tạo. Môn đun này được dạy sau các môn học chung.2 Tính chất: Mô đun Cơ sở điều khiển quá trình (CSĐKQT) 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 ký hiệu, biểu tượng và đường liên kết thiết bị trên bản vẽ thiết bị đo lường tự động hoá (P&ID) và bản vẽ dòng công nghệ (PFD) đồng thời vận hành được hệ thống điều khiển lưu lượng ở chế độ điều khiển bằng tay và chế độ điều khiển tự động.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 vận hành thiết bị chế biến dầu khí, vận hành thiết bị khoan khai thác dầu khí và khoan khai thác dầu khí. 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) tầm quan trọng của điều khiển quá trình; (2) Cơ sở 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; (3) Điều khiển lưu lượng vòng phản hồi đơn và tỉ lệ. Qua đó, giáo trình cung cấp các kiến thức và kỹ năng cơ bản về điều khiển quá trình và qui trình vận hành hệ thống điều khiển ở chế độ Manual, Automatic và Cascade.
Mục tiêu mô đun: Sau khi học xong mô-đun này, người học có khả năng: 4.1 Về kiến thức: A1 Trình bày được định nghĩa về quá trình, điều khiển quá trình, vòng điều khiển; A2 Mô tả được tầm quan trọng của điều khiển quá trình về mặt biến thiên, hiệu quả và an toàn. A3 Mô tả được 3 nhiệm vụ chính để tạo thành một vòng điều khiển quá trình: đo lường, so sánh và điều chỉnh; A4 Nhận biết và thuyết minh được các thông số công nghệ của thiết bị công nghệ và trên bản vẽ P&ID; Trang 5 4.2 Về kỹ năng: B1 Vận hành và điều khiển được vòng điều khiển lưu lượng ở chế độ điều khiển bằng tay và chế độ tự động 4.3 Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1 Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc; C2 Tuân thủ nghiêm túc các quy định an toàn trong phòng điều khiển và khi vận hành hệ thống điều khiển; C3 Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau khi thực hiện công việc. Nội dung mô đun: 5.1 Chương trình khung: Thời gian đào tạo (giờ) Trong đó Số Thực Thi/ Mã STT Tên môn học, mô đun tín Tổng hành/ Kiểm MH/MĐ/HP Lý chỉ số thí nghiệm/ tra thuyết bài tập/ thảo luận LT TH Các môn học chung/ đại I 12 255 94 148 8 5 cương 1 MHCB19MH01 Giáo dục chính trị 2 30 15 13 2 0 2 MHCB19MH03 Pháp luật 1 15 9 5 1 0 3 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 0 2 Giáo dục quốc phòng và 4 MHCB19MH07 2 45 21 21 1 2 An ninh 5 MHCB19MH09 Tin học 2 45 15 29 0 1 6 TA19MH01 Tiếng Anh 4 90 30 56 4 0 Các môn học, mô đun II. chuyên môn ngành, 44 1125 243 832 16 34 nghề Môn học, mô đun kỹ II.
12 240 102 126 7 5 thuật cơ sở 7 ATMT19MH01 An toàn vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 0 8 CK19MH01 Vẽ kỹ thuật - 1 2 45 15 28 0 2 9 KTĐ19MH11 Điện kỹ thuật cơ bản 3 45 36 6 3 0 Cơ sở điều khiển quá 10 TĐH19MĐ11 2 45 14 29 1 1 trình 11 KKT19MH31 Địa chất cơ sở 3 75 14 58 1 2 Môn học, mô đun II.