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 trình độ cao đẳng cung cấp kiến thức chuyên sâu và thực tiễn cho sinh viên.

• 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: 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

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. Tài liệu này cung cấp kiến thức cơ bản về các hệ thống điều khiển, các thành phần của một kênh điều khiển và các phương pháp sửa chữa thiết bị tự động hóa. Việc nắm vững nội dung giáo trình giúp sinh viên có thể áp dụng vào thực tiễn, nâng cao hiệu quả công việc và đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp hiện đại.

1.1. Ứng dụng của giáo trình trong đào tạo kỹ thuật viên

Giáo trình này được thiết kế để phục vụ cho việc đào tạo kỹ thuật viên trong lĩnh vực sửa chữa thiết bị tự động hóa. Nội dung giáo trình bao gồm lý thuyết và thực hành, giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết.

1.2. Cấu trúc và nội dung chính của giáo trình

Giáo trình bao gồm các chương trình học về lý thuyết điều khiển quá trình, các vòng điều khiển, và các bộ điều khiển cơ bản. Mỗi chương đều có mục tiêu rõ ràng và các bài tập thực hành để củng cố kiến thức.

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, xử lý các sự cố không mong muốn và đảm bảo tính ổn định của hệ thống. Việc nắm vững kiến thức từ giáo trình sẽ giúp sinh viên vượt qua những thách thức này.

2.1. Khó khăn trong việc xác định nguyên nhân sự cố

Một trong những khó khăn lớn nhất là xác định nguyên nhân gốc rễ của sự cố trong hệ thống điều khiển. Điều này đòi hỏi kỹ thuật viên phải có kiến thức sâu rộng về các thành phần của hệ thống.

2.2. Tính phức tạp của các hệ thống điều khiển hiện đại

Các hệ thống điều khiển hiện đại thường rất phức tạp, bao gồm nhiều thành phần và yêu cầu kỹ thuật cao. Việc hiểu rõ cách thức hoạt động của từng thành phần là rất quan trọng.

III. Phương Pháp Điều Khiển Quá Trình Hiệu Quả

Để đạt được hiệu quả trong việc sửa chữa thiết bị tự động hóa, cần áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại. Các phương pháp này bao gồm điều khiển vòng kín, điều khiển tỉ lệ và điều khiển PID. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng.

3.1. Điều khiển vòng kín và ứng dụng của nó

Điều khiển vòng kín là phương pháp phổ biến trong tự động hóa, giúp duy trì các thông số trong giới hạn cho phép. Phương pháp này giúp cải thiện độ chính xác và ổn định của hệ thống.

3.2. Lợi ích của điều khiển PID trong tự động hóa

Bộ điều khiển PID là một trong những công cụ mạnh mẽ nhất trong điều khiển quá trình. Nó giúp tối ưu hóa phản hồi của hệ thống và giảm thiểu sai số.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Giáo Trình Trong Ngành Công Nghiệp

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 trong ngành công nghiệp. Các kỹ thuật viên có thể áp dụng kiến thức từ giáo trình vào thực tế để nâng cao hiệu quả công việc.

4.1. Các dự án thực tế sử dụng kiến thức từ giáo trình

Nhiều dự án trong ngành công nghiệp đã áp dụng các kiến thức từ giáo trình để cải thiện quy trình sản xuất và giảm thiểu sự cố. Điều này chứng tỏ giá trị thực tiễn của giáo trình.

4.2. Kết quả đạt được từ việc áp dụng giáo trình

Việc áp dụng kiến thức từ giáo trình đã giúp nhiều doanh nghiệp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm chi phí sản xuất.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình

Giáo trình điều khiển quá trình sửa chữa thiết bị tự động hóa sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo kỹ sư và kỹ thuật viên trong tương lai. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, giáo trình cần được cập nhật thường xuyên để đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp.

5.1. Xu hướng phát triển của ngành tự động hóa

Ngành tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ với nhiều công nghệ mới. Giáo trình cần phản ánh những xu hướng này để cung cấp kiến thức cập nhật cho sinh viên.

5.2. Tầm quan trọng của việc cập nhật giáo trình

Việc cập nhật giáo trình là cần thiết để đảm bảo rằng sinh viên được trang bị kiến thức và kỹ năng phù hợp với yêu cầu của thị trường lao động.

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.