Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình Nâng Cao Nghề Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa

1. BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ HIỆU CHUẨN VÒNG ĐIỀU KHIỂN

1.1. Mục đích hiệu chuẩn vòng điều khiển

1.2. Lý do phải hiệu chuẩn vòng điều khiển (The Reasons for Loop Tuning)

1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của vòng điều khiển

1.4. Các thuật ngữ và định nghĩa chuyên ngành

1.4.1. Chế độ tỉ lệ (Proportional control mode – P mode)

1.4.2. Chế độ điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI mode)

1.4.3. Chế độ điều khiển PID

1.4.4. Các thuật ngữ và định nghĩa liên quan đến hiệu chuẩn vòng điều khiển (Terms and Definitions Associated with Loop Tuning)

1.4.5. Xác định loại quá trình (Process Type Identification)

2. BÀI 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHUẨN

2.1. Các phương trình cơ bản

2.1.1. Phương trình cân bằng năng lượng (Energy Balance)

2.1.2. Hằng số thời gian (Time Constant)

2.1.3. Phương trình đáp ứng hoàn chỉnh (Complete Response Equation)

2.1.4. Hệ số khuếch đại quá trình (Process Gain)

2.1.5. Dải tỉ lệ (Proportional Band)

2.1.6. Thời gian tích phân (Integral Time)

2.1.7. Thời gian vi phân/đạo hàm (Derivative Time)

2.1.8. Biểu thức vòng điều khiển PID (PID Control)

2.2. Hiệu chuẩn vòng điều khiển hở

2.2.1. Tổng quan về qui trình thực hiện (Procesure Overview)

2.2.2. Phương pháp hằng số thời gian (Time Constant Method)

2.2.3. Phương pháp xác định tốc độ đáp ứng (Reaction Rate Method)

2.3. Hiệu chuẩn vòng điều khiển kín (Closed Loop Tuning)

2.3.1. Phương pháp chu kì tới hạn (Ultimate Period Method)

2.3.2. Phương pháp dao động tắt dần (Dampened Oscillation Method)

2.4. Hiệu chuẩn vòng điều khiển trực quan

2.5. Sự mất ổn định rõ ràng (Apparent Instability)

3. BÀI 3: CÁC SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO

3.1. Điều khiển truyền thẳng (Feedforward control)

3.1.1. Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt

3.1.2. Cấu trúc cơ bản và bộ điều khiển lý tưởng

3.2. Điều tỉ lệ (Ratio control)

3.2.1. Ví dụ điều khiển thiết bị khuấy trộn liên tục

3.2.2. Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt hơi nước

3.2.3. Hai cấu hình điều khiển tỉ lệ

3.2.4. Bản chất và ý nghĩa của điều khiển tỉ lệ

3.3. Điều khiên tầng (Cascade control)

3.3.1. Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt hơi nước

3.3.2. Ứng dụng của điều khiển tầng

3.4. Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng

3.5. Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển tỉ lệ

3.6. Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng

4. BÀI 4: HIỆU CHUẨN VÒNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN DCS CENTUM VP

4.1. Hiệu chỉnh vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vòng điều khiển hở (LAB 1)

4.1.1. Xác định các thông số: hệ số khuếch đại (KP), thời gian chết (LP), hằng số thời gian (τP)

4.1.2. Xác định P, I và D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển hở

4.1.3. Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với các thông số P, I, D tìm được ở phần 4

4.1.4. Hiệu chuẩn các thông số của bộ điều khiển để đáp ứng ngõ ra tối ưu nhất

4.2. Hiệu chuẩn vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vòng điều khiển kín (LAB 2)

4.2.1. Xác định chu kỳ tới hạn (TU) và dải tỉ lệ tới hạn (PBU)

4.2.2. Xác định P, I và D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển kín

4.2.3. Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với các thông số P, I, D tìm được ở phần 4

4.2.4. Hiệu chuẩn các thông số của bộ điều khiển để đáp ứng ngõ ra tối ưu nhất

4.3. Điều khiển tỉ lệ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình Nâng Cao

Giáo trình Điều khiển quá trình nâng cao là tài liệu quan trọng dành cho sinh viên ngành Sửa chữa thiết bị tự động hóa. Tài liệu này cung cấp kiến thức cơ bản và nâng cao về các phương pháp điều khiển, hiệu chuẩn vòng điều khiển và các sách lược điều khiển hiện đại. Việc nắm vững nội dung giáo trình giúp sinh viên có thể áp dụng vào thực tiễn trong ngành công nghiệp tự động hóa.

1.1. Mục tiêu của giáo trình điều khiển quá trình

Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức về hiệu chuẩn vòng điều khiển, các phương pháp điều khiển và ứng dụng thực tiễn trong ngành tự động hóa.

1.2. Đối tượng áp dụng giáo trình

Giáo trình được thiết kế cho sinh viên cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa, những người cần nắm vững kiến thức về điều khiển quá trình.

II. Vấn đề và Thách thức trong Điều Khiển Quá Trình

Trong quá trình điều khiển, nhiều thách thức có thể xảy ra như sự không ổn định của hệ thống, độ trễ trong phản hồi và các yếu tố ngoại vi ảnh hưởng đến hiệu suất. Những vấn đề này cần được nhận diện và giải quyết kịp thời để đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điều khiển

Các yếu tố như nhiễu, độ trễ và sự thay đổi trong điều kiện hoạt động có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống điều khiển.

2.2. Tầm quan trọng của việc hiệu chuẩn vòng điều khiển

Hiệu chuẩn vòng điều khiển là cần thiết để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng nhanh chóng với các thay đổi trong quá trình.

III. Phương Pháp Hiệu Chuẩn Vòng Điều Khiển Hiện Đại

Có nhiều phương pháp hiệu chuẩn vòng điều khiển được áp dụng trong thực tiễn, bao gồm phương pháp Ziegler-Nichols, phương pháp chu kỳ tới hạn và phương pháp dao động tắt dần. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại hệ thống.

3.1. Phương pháp Ziegler Nichols cho vòng hở

Phương pháp này giúp xác định các thông số điều khiển cho vòng hở, từ đó tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

3.2. Phương pháp hiệu chuẩn vòng kín

Phương pháp này tập trung vào việc điều chỉnh các thông số trong vòng kín để đạt được sự ổn định và phản hồi nhanh chóng.

IV. Các Sách Lược Điều Khiển Nâng Cao

Các sách lược điều khiển nâng cao như điều khiển truyền thẳng, điều khiển tỉ lệ và điều khiển tầng giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống điều khiển. Những sách lược này cho phép tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu sai số.

4.1. Điều khiển truyền thẳng

Điều khiển truyền thẳng giúp dự đoán và điều chỉnh các biến số trong quá trình sản xuất, từ đó nâng cao hiệu quả.

4.2. Điều khiển tỉ lệ

Điều khiển tỉ lệ cho phép điều chỉnh các thông số theo tỷ lệ nhất định, giúp duy trì sự ổn định trong quá trình.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Việc áp dụng các phương pháp và sách lược điều khiển trong thực tiễn đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Các nhà máy đã cải thiện được hiệu suất sản xuất và giảm thiểu lỗi trong quá trình vận hành.

5.1. Kết quả từ các nhà máy công nghiệp

Nhiều nhà máy đã áp dụng thành công các phương pháp hiệu chuẩn và sách lược điều khiển, dẫn đến tăng năng suất và giảm chi phí.

5.2. Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực điều khiển

Các nghiên cứu mới đang được thực hiện để cải tiến hơn nữa các phương pháp điều khiển, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp.

VI. Kết Luận và Tương Lai của Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình

Giáo trình Điều khiển quá trình nâng cao không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp sinh viên áp dụng vào thực tiễn. Tương lai của giáo trình sẽ tiếp tục được cập nhật để đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành tự động hóa.

6.1. Tầm quan trọng của giáo trình trong đào tạo

Giáo trình đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành tự động hóa.

6.2. Hướng phát triển giáo trình trong tương lai

Giáo trình sẽ được cập nhật thường xuyên để phản ánh những tiến bộ mới trong công nghệ và phương pháp điều khiển.