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.

Nội dung chính

Giáo Trình Cơ Sở Điều Khiển Quá Trình

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cơ sở điều khiển quá trình (Mã mô đun: TĐH19MĐ10) là tài liệu đào tạo chuyên môn được ban hành theo Quyết định số 198/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Tài liệu do ThS. Phạm Thị Thu Hường làm Chủ biên cùng tác giả Nguyễn Xuân Thịnh biên soạn, với sự tham gia đóng góp chuyên môn của tập thể giảng viên Tiểu ban môn Tự động hóa.

Trong chương trình đào tạo nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa trình độ cao đẳng, mô đun này có khối lượng 60 giờ học tập định mức (tương đương 03 tín chỉ), bao gồm 28 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/thảo luận và 03 giờ kiểm tra. Học phần được bố trí giảng dạy sau các môn học nền tảng là Thiết bị đo lường (TĐH19MH05) và Bản vẽ thiết bị đo lường (TĐH19MH06), đồng thời đóng vai trò kiến thức cơ sở trực tiếp cho các mô đun chuyên sâu phía sau như PLC (TĐH19MĐ15), Hệ thống điều khiển phân tán - DCS (TĐH19MĐ17), Điều khiển quá trình nâng cao (TĐH19MĐ18) và Kiểm tra, chạy thử và xử lý lỗi vòng điều khiển (TĐH19MĐ19).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học các chuẩn đầu ra cụ thể:

• Kiến thức: Mô tả bản chất quá trình công nghiệp; xác định các thành phần của kênh đo/điều khiển; phân tích nguyên lý các dạng vòng điều khiển (hở, kín, tầng, tỉ lệ); giải thích các quy luật điều khiển (On-Off, P, PI, PID); trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển khí nén và bộ điều khiển điện tử.
• Kỹ năng: Vẽ và gán nhãn sơ đồ khối vòng điều khiển; đọc và bóc tách các thành phần chính của hệ thống điều khiển trên bản vẽ kỹ thuật P&ID thực tế; phân tích cấu tạo bộ điều khiển khí nén và giải thích chức năng từng khối trong bộ điều khiển điện tử.
• Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Thực hiện quy trình kỹ thuật nghiêm túc, chính xác và an toàn trong môi trường công nghiệp.

Giáo trình tiếp cận kiến thức từ phân tích cân bằng vật chất - năng lượng của quá trình, đi qua nguyên lý vòng lặp và kết thúc ở cấu tạo phần cứng bộ điều khiển. Điểm đặc thù của tài liệu là tích hợp dữ liệu công nghệ thực tế từ các nhà máy thuộc ngành Dầu khí, kết hợp giữa hệ thống điều khiển khí nén truyền thống và hệ thống điều khiển điện tử chuẩn công nghiệp.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được cấu trúc thành 02 bài học chính, phân bổ theo trình tự logic chặt chẽ:

[Bài 1: Lý thuyết điều khiển quá trình]
[Bài 2: Các bộ điều khiển]

• Bài 1: Lý thuyết điều khiển quá trình (Thời lượng: 40 giờ - 18 LT, 21 TH, 1 KT)

  • Khái niệm và đặc trưng quá trình: Phân tích cơ chế cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị trao đổi nhiệt vỏ - ống thông qua phương trình: $$E_{out} = E_{in} - (E_{lost} + E_{store})$$ Định nghĩa biến quá trình/biến được điều khiển (PV/CV), giá trị đặt (SV), biến thao tác (MV), tín hiệu sai lệch (error) cùng hai nhóm nhiễu: nhiễu nguồn cung (supply disturbance) và nhiễu phụ tải (demand disturbance).
  • Các thành phần của một kênh thiết bị: Cấu tạo và chức năng của cảm biến (RTD, cặp nhiệt ngẫu TC, ống Bourdon, màng áp suất); bộ chuyển đổi (Transducer); bộ khuếch đại/điều hòa tín hiệu; bộ truyền tín hiệu (Transmitter) với quy trình xử lý 4 bước; bộ điều khiển (Controller); phần tử điều khiển cuối (Final Control Element - FCE) gồm van cổng, van cầu, các loại cơ cấu truyền động (tay gạt, cuộn điện từ solenoid, màng khí nén, piston khí nén, động cơ điện) và bộ định vị van (Valve Positioner). Phân tích 3 đường đặc tính lưu lượng van: tuyến tính (linear), mở nhanh (quick opening) và phần trăm tương đương (equal percentage).
  • Các kiểu vòng điều khiển: Vòng điều khiển hở (Open loop); vòng điều khiển kín phản hồi (Feedback/Closed loop); vòng điều khiển tầng (Cascade control) phối hợp bộ điều khiển chủ (Primary) và bộ điều khiển tớ (Secondary) nhằm triệt tiêu nhiễu áp suất và chống suy giảm quá lố (excessive undershoot); vòng điều khiển tỉ lệ (Ratio control) ứng dụng duy trì tỉ lệ nhiên liệu/không khí (Fuel/Air) ở buồng đốt.
  • Các chế độ điều khiển: Điều khiển hai vị trí On-Off và khái niệm vùng trung lập/thời gian chết (deadband); điều khiển điều chỉnh (Modulating control) gồm tác động tỉ lệ $P$ với mối quan hệ giữa hệ số khuếch đại $Gain$ và băng tỉ lệ $PB(%)$; tác động tích phân $I$ (Reset) giúp loại bỏ sai số tĩnh (offset) cùng cảnh báo hiện tượng bão hòa tích phân (Integral/Reset Windup); tác động vi phân $D$ (Rate) phản ứng theo tốc độ biến thiên của sai số.
  • Mô hình ứng dụng thực tế: Khảo sát chi tiết sơ đồ P&ID của vòng điều khiển nhiệt độ khí nén (dùng van thường mở/thất thoát khí thì mở để an toàn quá nhiệt) và vòng điều khiển nhiệt độ điện tử (tín hiệu dòng 4÷20 mA DC).

• Bài 2: Các bộ điều khiển (Thời lượng: 20 giờ - 10 LT, 8 TH, 2 KT)

  • Chế độ hoạt động cơ bản: Phân biệt 4 chế độ vận hành gồm Tự động (Auto), Thủ công (Manual), Cục bộ (Local) và Từ xa (Remote/Cascade).
  • Bộ điều khiển khí nén: Nguyên lý làm việc với tín hiệu áp suất chuẩn 3÷15 psi; cấu tạo cơ cấu lá chắn - vòi phun (flapper-nozzle), hộp xếp tỉ lệ (proportioning bellows), lò xo đối kháng (opposing spring), đòn bẩy liên kết và cấu tạo thực tế của bộ điều khiển Masoneilan.
  • Bộ điều khiển điện tử: Nguyên lý xử lý tín hiệu tương tự chuẩn dòng 4÷20 mA DC và điện áp 1÷5 VDC / 0÷10 VDC trên các khối mạch chức năng On-Off, P, PI và PID.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp nền tảng lý thuyết điều khiển tự động ứng dụng trong công nghiệp:

• Lý thuyết cân bằng động: Nguyên lý duy trì trạng thái xác lập thông qua can thiệp biến thao tác khi xuất hiện mất cân bằng cung - cầu vật chất hoặc năng lượng.
• Chuẩn hóa tín hiệu điều khiển: Hệ thống tín hiệu đo lường công nghiệp tiêu chuẩn gồm tín hiệu khí nén (3÷15 psi) và tín hiệu điện tử tương tự (4÷20 mA DC, 1÷5 VDC, 0÷10 VDC).
• Nguyên lý phối hợp sách lược điều khiển: Cơ chế loại trừ sai số tĩnh bằng khâu tích phân, rút ngắn thời gian quá độ bằng khâu vi phân, và nguyên lý lồng ghép hai vòng lặp trong cấu trúc điều khiển tầng.
• Đặc tính cơ khí - thủy lực của thiết bị chấp hành: Cơ chế lưu chất qua thân van, quan hệ hành trình đĩa van với lưu lượng tức thời và chức năng cân chỉnh áp lực của bộ định vị van.

Kỹ năng phát triển

Thông qua các bài tập và thực hành, giáo trình rèn luyện các kỹ năng kỹ thuật cụ thể:

• Kỹ năng kỹ thuật: Bóc tách và định danh các ký hiệu thiết bị đo lường, chuyển đổi và van điều khiển trên bản vẽ lưu trình P&ID; thiết lập thông số dải đo cho Transmitter và cấu hình chiều tác động của cơ cấu chấp hành (cấp khí mở/cấp khí đóng).
• Kỹ năng phân tích: Nhận diện loại nhiễu tác động lên quá trình; phân tích nguyên nhân gây mất ổn định vòng lặp (như hiện tượng dao động tần số cao ở bộ điều khiển On-Off hoặc hiện tượng trôi điểm do thiếu khâu tích phân); xác định nguyên nhân gây bão hòa tích phân khi hệ thống vận hành vòng hở.
• Kỹ năng thực hành nghề nghiệp: Đọc hiểu lược đồ nguyên lý bộ điều khiển khí nén (cơ cấu flapper-nozzle); thao tác chuyển đổi an toàn giữa các chế độ vận hành Manual - Auto - Local - Remote; đấu nối và kiểm tra tính toàn vẹn của mạch vòng dòng điện 4÷20 mA.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Mô đun được thiết kế kết hợp giữa giảng dạy lý thuyết chuyên môn và thực hành ứng dụng trên thiết bị:

• Phương pháp tiếp cận sư phạm: Giảng viên áp dụng phương pháp dạy học tích cực, bao gồm diễn giảng kết hợp trình chiếu mô hình, phương pháp nêu vấn đề (Problem-based learning) và phương pháp đàm thoại gợi mở. Các tình huống công nghệ thực tế (như dao động mức bồn chứa do áp suất cấp không ổn định) được sử dụng làm trung tâm bài học.
• Tổ chức thảo luận và tự học: Sinh viên được chia thành các nhóm học tập từ 6 đến 8 người. Chủ đề thảo luận và bài tập tình huống được giao trước buổi học. Mỗi cá nhân tự nghiên cứu giáo trình, tài liệu tham khảo và chịu trách nhiệm hoàn thiện nội dung được phân công trong nhóm.
• Môi trường và điều kiện thực hành:
  • Phòng học lý thuyết: Đầy đủ máy tính, máy chiếu và phương tiện trực quan.
  • Cơ sở thực hành: Phòng mô hình tự động hóa (phòng DCS), trạm điện và xưởng thiết bị tĩnh - thiết bị động.
  • Học liệu và trang bị an toàn: Bản vẽ P&ID kỹ thuật của Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro, giáo trình, phiếu hướng dẫn thực hành và trang bị bảo hộ cá nhân (giày cách điện, găng tay cách điện, nón bảo hộ).
• Phương pháp kiểm tra và đánh giá:
  • Đánh giá thường xuyên: 01 điểm kiểm tra dưới hình thức vấn đáp trên lớp, kiểm tra viết thời lượng $\le 30$ phút hoặc chấm điểm bài tập tình huống.
  • Đánh giá định kỳ: 03 bài kiểm tra, gồm 02 bài lý thuyết (45÷60 phút/bài theo dạng trắc nghiệm/tự luận/điền khuyết) và 01 bài thực hành (60 phút thao tác trên sơ đồ/mô hình).
  • Thi kết thúc mô đun: Kết hợp 01 bài thi trắc nghiệm lý thuyết (45÷60 phút) và 01 bài thi thực hành thao tác (60 phút).

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tích hợp dữ liệu công nghệ thực tế ngành Dầu khí: Giáo trình sử dụng trực tiếp các sơ đồ công nghệ, ví dụ thực tế và bản vẽ lưu trình P&ID từ các công trình khai thác, chế biến dầu khí của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam và Liên doanh Vietsovpetro, giúp nội dung sát với môi trường làm việc thực tế của kỹ thuật viên tự động hóa.
• Cân đối giữa kỹ thuật khí nén và điện tử: Khác với các tài liệu thuần lý thuyết điều khiển tự động, giáo trình phân tích sâu cấu tạo cơ khí - khí nén (áp suất 3÷15 psi, cơ cấu nozzle, bellows, bộ điều khiển Masoneilan). Đây là mảng kiến thức đặc thù, giữ vai trò an toàn phòng chống cháy nổ trong các phân xưởng xử lý khí và giàn khoan ngoài khơi.
• Hệ thống hóa thuật toán PID từ góc độ vận hành: Khái niệm tích phân (Reset) và vi phân (Rate) được diễn giải từ bản chất kỹ thuật thay vì nặng về biến đổi toán học phức tạp. Hiện tượng bão hòa tích phân (Windup) và cách khắc phục được phân tích gắn liền với cơ chế dịch chuyển của phần tử điều khiển cuối.
• Tham chiếu chuẩn mực học thuật và nghề nghiệp: Nội dung được biên soạn đối chiếu từ các tài liệu tiêu chuẩn:
  • Tài liệu trong nước: Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình của TS. Hoàng Minh Sơn (NXB Bách khoa Hà Nội, 2016).
  • Tài liệu quốc tế: Module Process Control Theory - Instrumentation Level 3 (NCCER, Pearson xuất bản năm 2016, tái bản lần 3) và Fundamentals of Process Control (PAControl, 2006).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên và học viên: Học sinh, sinh viên trình độ cao đẳng và trung cấp chuyên ngành Sửa chữa thiết bị tự động hóa, Điện tự động hóa, Đo lường và Điều khiển (Instrumentation).
• Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu tốt môn học, người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở và chuyên môn gồm:
  • An toàn Tự động hóa (TĐH19MĐ01)
  • Điện kỹ thuật 1 (KTĐ19MĐ05) và Điện tử cơ bản (TĐH19MĐ02)
  • Khí cụ điện (KTĐ19MĐ13) và Đo lường điện (KTĐ19MĐ08)
  • Thiết bị đo lường (TĐH19MH05) và Bản vẽ thiết bị đo lường (TĐH19MH06)
• Giảng viên và cán bộ đào tạo: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn để thiết kế giáo án tích hợp, phân bổ thời lượng 60 giờ lý thuyết/thực hành và xây dựng ngân hàng đề kiểm tra theo chuẩn đầu ra A1-A5 và B1-B4.
• Kỹ thuật viên tại doanh nghiệp: Dùng làm tài liệu tra cứu kỹ thuật về nguyên lý các vòng điều khiển, đặc tính van công nghiệp và cơ chế hiệu chỉnh các bộ điều khiển khí nén/điện tử tại các nhà máy công nghiệp.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho học sinh, sinh viên bậc cao đẳng và trung cấp chuyên ngành Sửa chữa thiết bị tự động hóa, kỹ thuật đo lường điều khiển, cùng kỹ thuật viên bảo dưỡng thiết bị tại các nhà máy công nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học môn này?

Người học cần có kiến thức nền tảng về an toàn điện/tự động hóa, mạch điện tử cơ bản, thiết bị đo lường công nghiệp (cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, mức) và khả năng đọc hiểu bản vẽ thiết bị đo lường trước khi tiếp cận học phần.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết điều khiển tự động chung?

Giáo trình tập trung vào khía cạnh thực hành và phần cứng công nghiệp: cung cấp chi tiết về cấu tạo các bộ điều khiển khí nén (3÷15 psi), bộ điều khiển Masoneilan, phân tích cấu tạo cơ khí các loại van điều khiển và sử dụng bản vẽ P&ID thực tế ngành dầu khí, thay vì chỉ tập trung vào lý thuyết toán học không gian trạng thái.

4. Làm sao để tự học và nắm vững nội dung hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu trước tài liệu theo đề cương bài giảng, tham gia đầy đủ tối thiểu 70% số tiết trên lớp, tích cực làm việc nhóm (6–8 người) để xử lý các bài tập tình huống, đồng thời kết hợp quan sát và thao tác trực tiếp trên các sơ đồ, mô hình tại phòng thực hành DCS.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Học viên được cung cấp hệ thống bản vẽ P&ID thực tế từ Vietsovpetro, giáo án giảng dạy, phiếu đánh giá thực hành, cùng danh mục sách tham khảo của TS. Hoàng Minh Sơn (2016) và tài liệu quốc tế của NCCER Pearson (2016).

---

Kết luận

Giáo trình Cơ sở điều khiển quá trình cung cấp hệ thống tri thức hoàn chỉnh về cấu trúc vòng điều khiển, giải thuật vận hành và cấu tạo phần cứng điều khiển khí nén - điện tử trong công nghiệp. Sau khi hoàn thành mô đun TĐH19MĐ10, người học có đủ nền tảng để tiến tới các học phần chuyên sâu trong lộ trình đào tạo như PLC, Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) và Điều khiển quá trình nâng cao.

Người học được khuyến nghị tiếp tục mở rộng kiến thức thông qua tài liệu Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình (TS. Hoàng Minh Sơn, 2016) và giáo trình tiêu chuẩn nghề quốc tế Module Process Control Theory - Instrumentation Level 3 (NCCER/Pearson) để hoàn thiện năng lực 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: 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.