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

Giáo trình cơ sở điều khiển quá trình cho nghề sửa chữa thiết bị tự động hóa tại trường cao đẳng dầu khí năm 2020, cung cấp kiến thức chuyên sâu.

• 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 2020
• Loại tài liệu: giáo trình
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Bà Rịa - Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 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)
• 1.6. Ứng dụng của các kiểu vòng điều khiển
• 1.7. CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 1.7.1. ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN
• 1.7.1.1. Điều khiển On – Off (On – Off Control)
• 1.7.1.2. Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control)
• 1.7.1.3. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân
• 1.7.1.4. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Controller)
• 1.7.1.5. Hoạt động cụ thể của một bộ điều khiển
• 1.7.1.6. Bộ điều khiển Masoneilan
• 1.7.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
• 1.7.2.1. Điều khiển On – Off
• 1.7.2.2. Bộ điều khiển tỉ lệ
• 1.7.2.3. Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân
• 1.7.2.4. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Controller)
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa 2020

Giáo trình "Điều Khiển Quá Trình Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa 2020" được biên soạn nhằm cung cấp kiến thức cơ bản về điều khiển quá trình cho sinh viên ngành tự động hóa. Tài liệu này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ về các khái niệm cơ bản mà còn trang bị cho họ những kỹ năng cần thiết để áp dụng trong thực tế. Nội dung giáo trình bao gồm lý thuyết điều khiển, các vòng điều khiển, và ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp.

1.1. Mục tiêu và ý nghĩa của giáo trình

Giáo trình này nhằm mục đích trang bị cho sinh viên những kiến thức và kỹ năng cần thiết trong lĩnh vực điều khiển quá trình. Nó giúp sinh viên nhận thức rõ về vai trò của công nghệ tự động hóa trong sản xuất và sửa chữa thiết bị.

1.2. Cấu trúc và nội dung chính của giáo trình

Nội dung giáo trình được chia thành nhiều chương, bao gồm các khái niệm cơ bản về hệ thống điều khiển, các loại vòng điều khiển, và các chế độ điều khiển khác nhau. Mỗi chương đều có phần thực hành để sinh viên có thể áp dụng lý thuyết vào thực tế.

II. Những Thách Thức Trong Điều Khiển Quá Trình Tự Động Hóa

Trong quá trình học và áp dụng điều khiển quá trình, sinh viên sẽ gặp phải nhiều thách thức. Những thách thức này không chỉ đến từ lý thuyết mà còn từ thực tiễn trong ngành công nghiệp. Việc hiểu rõ các vấn đề này sẽ giúp sinh viên chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau này.

2.1. Khó khăn trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn

Một trong những khó khăn lớn nhất là việc chuyển đổi lý thuyết thành thực hành. Sinh viên cần phải nắm vững các khái niệm như vòng điều khiển kín và vòng điều khiển hở để có thể áp dụng chúng vào các hệ thống thực tế.

2.2. Yêu cầu cao về kỹ năng và kiến thức

Ngành tự động hóa yêu cầu sinh viên không chỉ có kiến thức lý thuyết mà còn phải có kỹ năng thực hành vững vàng. Điều này đòi hỏi sinh viên phải thường xuyên thực hành và cập nhật kiến thức mới.

III. Phương Pháp Giải Quyết Vấn Đề Trong Điều Khiển Quá Trình

Để giải quyết các vấn đề trong điều khiển quá trình, sinh viên cần áp dụng các phương pháp và kỹ thuật hiện đại. Việc nắm vững các phương pháp này sẽ giúp sinh viên có thể xử lý các tình huống phức tạp trong thực tế.

3.1. Sử dụng công nghệ mới trong điều khiển

Công nghệ mới như hệ thống điều khiển thông minh và cảm biến hiện đại đang được áp dụng rộng rãi trong ngành tự động hóa. Việc hiểu và áp dụng các công nghệ này sẽ giúp sinh viên nâng cao hiệu quả công việc.

3.2. Phân tích và đánh giá hệ thống điều khiển

Phân tích và đánh giá hiệu suất của hệ thống điều khiển là rất quan trọng. Sinh viên cần biết cách sử dụng các công cụ phân tích để đánh giá hiệu quả của các vòng điều khiển và đưa ra các giải pháp cải tiến.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Giáo Trình Trong Ngành Tự Động Hóa

Giáo trình không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành sửa chữa thiết bị tự động hóa. Những kiến thức và kỹ năng được trang bị sẽ giúp sinh viên có thể làm việc hiệu quả trong môi trường công nghiệp.

4.1. Các dự án thực tế trong ngành

Sinh viên có thể tham gia vào các dự án thực tế như lắp đặt và bảo trì hệ thống điều khiển tự động trong các nhà máy. Những trải nghiệm này sẽ giúp họ hiểu rõ hơn về quy trình làm việc trong ngành.

4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại có thể nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Sinh viên cần nắm vững các kết quả này để áp dụng vào công việc sau này.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Điều Khiển Quá Trình Tự Động Hóa

Tương lai của điều khiển quá trình trong ngành tự động hóa rất hứa hẹn. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, sinh viên cần chuẩn bị tốt để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của ngành.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ

Công nghệ trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT) đang dần trở thành xu hướng trong ngành tự động hóa. Việc nắm bắt các xu hướng này sẽ giúp sinh viên có lợi thế cạnh tranh trong thị trường lao động.

5.2. Cơ hội nghề nghiệp trong tương lai

Ngành tự động hóa đang mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp cho sinh viên. Những người có kiến thức vững vàng về điều khiển quá trình sẽ có nhiều cơ hội việc làm hấp dẫn trong tương lai.

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: 198/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 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 2020 Tham gia biên soạn 1.

Chủ biên: ThS. Phạm Thị Thu Hường 2. Nguyễn Xuân Thịnh 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) .60 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Quá trình trao đổi nhiệt .16 Hình 1-2: Hệ thống điều khiển quá trình trao đổi nhiệt độ .18 Hình 1-3: Cấu trúc của bộ chuyển đổi áp suất .22 Hình 1-4: Đặc tính mở van .24 Hình 1-5: Cấu tạo van điện từ .25 Hình 1-6: Van điều khiển có bộ truyền động dạng màng .25 Hình 1-7: Van điều khiển có bộ truyền động dạng piston.26 Hình 1-8: Van điều khiển sử dụng bộ truyền động bằng động cơ .27 Hình 1-9: Điều khiển nhiệt độ bằng vòng hở .29 Hình 1-10: Điều khiển nhiệt độ bằng vòng kín .30 Hình 1-11: Hệ thống điều khiển tầng .32 Hình 1-12: Mô hình tổng quát của vòng điều khiển tầng .33 Hình 1-13: Vòng điều khiển tỉ lệ .34 Hình 1-14: Điều khiển mức bằng bộ điều khiển On - Off.35 Hình 1-15: Đáp ứng của bộ điều khiển On - Off.36 Hình 1-16: Hệ thống điều khiển hai vị trí với vùng trung lập .36 Hình 1-17: Hệ thống điều khiển tỉ lệ .37 Hình 1-18: Vị trí tương ứng của van và phao khi Gain =1 .38 Hình 1-19: Thuật toán tích phân đầu ra với đầu vào cố định .40 Hình 1-20: Phản hổi của cấu trúc vi phân khi có tín hiệu vào .41 Hình 1-21: Vòng điều khiển nhiệt độ khí nén .42 Hình 1-22: Vòng điều khiển nhiệt độ điện tử .43 Hình 2-1: Thành phần của bộ điều khiển khí nén .48 Hình 2-2: Tín hiệu vào phần tử cuối khi dùng bộ điều khiển On-Off .49 Hình 2-3: Bộ điều khiển khí nén On-Off ở trạng thái mất tín hiệu .50 Hình 2-4: chuyển động của Nozzle ra khỏ tấm chắn .51 Hình 2-5: chuyển động của bộ điều khiển khí nén khi sụt giảm áp suất .51 Hình 2-6: Bộ điều khiển khí nén khi có áp suất đầu ra tăng .52 Hình 2-7: Biểu đồ của dải tỉ lệ bằng 5% .52 Hình 2-8: Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân .54 Hình 2-9: Bộ điều khiển PID .54 Hình 2-10: Cấu hình điều khiển truyền thẳng và phản hổi .55 Hình 2-11: Bộ điều khiển Masoneilan.57 Hình 2-12: Bộ điều khiển On-Off .59 Hình 2-13: Thành phần bộ điều khiển tỉ lệ .60 Hình 2-14: Thành phần bộ điều khiển tỉ lệ tích phân .60 Hình 2-15: Thành phần của bộ điều khiển PID .61 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1: Một số bộ chuyển đổi. Error! Bookmark not defined. GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 1. Tên mô đun: Cơ sở điều khiển quá trình 2.

Mã mô đun: TĐH19MĐ10 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: + 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 Thực Số Kiểm Tên môn học, mô hành/ Mã MH/MĐ/HP tín tra Tổng Lý thực tập/ đun chỉ số thuyế thí t nghiệm/ L T bài tập/ T H thảo luận Các môn học I 21 435 157 255 15 8 chung/đại cương MHCB19MH02 Giáo dục chính trị 4 75 41 29 5 MHCB19MH04 Pháp luật 2 30 18 10 2 MHCB19MH06 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 4 Giáo dục quốc phòng MHCB19MH08 4 75 36 35 2 2 và an ninh MHCB19MH10 Tin học 3 75 15 58 2 TA19MH02 Tiếng Anh 6 120 42 72 6 Các môn học, mô II đun chuyên môn 76 1755 613 1069 43 30 ngành, nghề Môn học, mô đun cơ II.1 16 300 152 132 12 4 sở An toàn vệ sinh lao ATMT19MH01 2 30 26 2 2 động TĐH19MĐ01 An toàn Tự động hóa 2 45 14 29 1 1 Thời gian học tập (giờ) Trong đó Thực Số Kiểm Tên môn học, mô hành/ Mã MH/MĐ/HP tín tra Tổng Lý thực tập/ đun chỉ số thuyế thí t nghiệm/ L T bài tập/ T H thảo luận KTĐ19MĐ05 Điện kỹ thuật 1 3 60 28 29 2 1 TĐH19MĐ02 Điện tử cơ bản 3 60 28 29 2 1 KTĐ19MĐ13 Khí cụ điện 3 45 28 14 3 KTĐ19MĐ08 Đo lường điện 3 60 28 29 2 1 Môn học, mô đun II.