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: TRUNG CẤP (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 Kiểm tra Số Mã Tên môn học, mô hành/ tín Tổng MH/MĐ/HP đun thực tập/ chỉ số Lý thí thuyết TH nghiệm/ LT bài tập/ thảo luận Các môn học I 12 255 94 148 8 5 chung/đại cương MHCB19MH01 Giáo dục chính trị 2 30 15 13 2 MHCB19MH03 Pháp luật 1 15 9 5 1 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 2 MHCB19MH07 Giáo dục quốc phòng 2 45 21 21 1 2 và An ninh MHCB19MH09 Tin học 2 45 15 29 1 TA19MH01 Tiếng Anh 4 90 30 56 4 Các môn học, mô II đun chuyên môn 45 1020 346 632 27 15 ngành, nghề Môn học, mô đun II.1 18 315 164 133 15 3 cơ sở Thời gian học tập (giờ) Trong đó Thực Kiểm tra Số Mã Tên môn học, mô hành/ tín Tổng MH/MĐ/HP đun thực tập/ chỉ số Lý thí thuyết TH nghiệm/ LT bài tập/ thảo luận ATMT19MH01 An toàn vệ sinh lao 2 30 23 5 2 động TĐH19MH23 Toán kĩ thuật 2 30 14 14 2 TĐH19MH24 Hình học lắp đặt 3 45 15 27 3 Bản vẽ thiết bị đo TĐH19MH06 3 45 42 0 3 lường KTĐ19MĐ05 Điện kỹ thuật 1 3 60 28 29 2 1 TĐH19MH01 An toàn TĐH 2 45 14 29 1 1 TĐH19MĐ04 Kĩ thuật số 3 60 28 29 2 1 Môn học, mô đun II.