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

Giáo trình cơ sở điều khiển quá trình nghề sửa chữa thiết bị tự động hoá trình độ trung cấp cung cấp kiến thức và kỹ năng cần thiết 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 Tự Động Hóa Trình Độ Trung Cấp
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Bà Rịa - Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. BÀI 1: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
• 1.1. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
• 1.2. Đặc trưng của quá trình
• 1.3. Hệ thống điều khiển quá trình
• 1.4. Các thành phần của một kênh thiết bị
• 1.5. CÁC VÒNG ĐIỀU KHIỂN
• 1.5.1. Vòng điều khiển hở (Open loop)
• 1.5.2. Vòng điều khiển kín (Feedback Control – Closed Loop)
• 1.5.3. Điều khiển tầng (Cascade Control)
• 1.5.4. Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control)
• 1.6. CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN
• 1.6.1. Điều khiển hai vị trí (On – Off Control)
• 1.6.2. Điều khiển điều chỉnh (Modulating Control)
• 1.7. Ứng dụng của các kiểu vòng điều khiển
• 1.8. CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 1.8.1. ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN
• 1.8.1.1. Điều khiển On – Off (On – Off Control)
• 1.8.1.2. Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control)
• 1.8.1.3. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân
• 1.8.1.4. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Controller)
• 1.8.1.5. Hoạt động cụ thể của một bộ điều khiển
• 1.8.1.6. Bộ điều khiển Masoneilan
• 1.8.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
• 1.8.2.1. Điều khiển On – Off
• 1.8.2.2. Bộ điều khiển tỉ lệ
• 1.8.2.3. Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân
• 1.8.2.4. 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 Tự Động Hóa

Giáo trình điều khiển quá trình tự động hóa trình độ trung cấp cung cấp kiến thức cơ bản về các hệ thống điều khiển. Tài liệu này được biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên ngành tự động hóa, giúp họ nắm vững các khái niệm và ứng dụng trong thực tế. Nội dung giáo trình bao gồm lý thuyết điều khiển, các loại vòng điều khiển và ứng dụng của chúng trong ngành công nghiệp.

1.1. Mục Tiêu Của Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình

Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức về điều khiển quá trình, giúp họ hiểu rõ các thành phần của hệ thống điều khiển và cách thức hoạt động của chúng.

1.2. Đối Tượng Sử Dụng Giáo Trình

Đối tượng chính của giáo trình là sinh viên trình độ trung cấp và cao đẳng chuyên ngành tự động hóa, những người cần nắm vững kiến thức về điều khiển quá trình.

II. Các Vấn Đề Thách Thức Trong Điều Khiển Quá Trình Tự Động Hóa

Điều khiển quá trình tự động hóa gặp nhiều thách thức trong việc thiết kế và triển khai hệ thống. Các vấn đề như độ chính xác, độ tin cậy và khả năng thích ứng của hệ thống là những yếu tố quan trọng cần được xem xét. Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống điều khiển.

2.1. Độ Chính Xác Trong Điều Khiển

Độ chính xác là yếu tố quan trọng trong điều khiển quá trình. Hệ thống cần phải đảm bảo rằng các thông số được điều chỉnh chính xác để đạt được hiệu quả tối ưu.

2.2. Độ Tin Cậy Của Hệ Thống

Độ tin cậy của hệ thống điều khiển ảnh hưởng lớn đến hiệu suất sản xuất. Hệ thống cần được thiết kế để hoạt động liên tục mà không gặp sự cố.

III. Phương Pháp Điều Khiển Quá Trình Tự Động Hóa Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp điều khiển quá trình khác nhau, mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả công việc.

3.1. Vòng Điều Khiển Hở Và Kín

Vòng điều khiển hở và kín là hai phương pháp cơ bản trong điều khiển quá trình. Mỗi phương pháp có cách thức hoạt động và ứng dụng khác nhau trong thực tế.

3.2. Điều Khiển Tỉ Lệ Và Điều Khiển PID

Điều khiển tỉ lệ và điều khiển PID là những phương pháp phổ biến trong ngành công nghiệp. Chúng giúp điều chỉnh các thông số một cách chính xác và hiệu quả.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình

Giáo trình điều khiển quá trình tự động hóa không chỉ cung cấp lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp. Các sinh viên có thể áp dụng kiến thức đã học vào thực tế để giải quyết các vấn đề trong sản xuất.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Dầu Khí

Ngành dầu khí là một trong những lĩnh vực ứng dụng chính của điều khiển quá trình. Các hệ thống điều khiển giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Chế Biến Thực Phẩm

Trong ngành chế biến thực phẩm, điều khiển quá trình giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn thực phẩm thông qua việc kiểm soát các thông số trong quá trình sản xuất.

V. Kết Luận Về Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình Tự Động Hóa

Giáo trình điều khiển quá trình tự động hóa trình độ trung cấp là tài liệu quan trọng giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết. Việc áp dụng các kiến thức này vào thực tế sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và đáp ứng nhu cầu của thị trường.

5.1. Tương Lai Của Ngành Điều Khiển Quá Trình

Ngành điều khiển quá trình đang phát triển mạnh mẽ với sự tiến bộ của công nghệ. Các hệ thống điều khiển ngày càng trở nên thông minh và tự động hơn.

5.2. Khuyến Nghị Đối Với Sinh Viên

Sinh viên cần chủ động học hỏi và thực hành để nắm vững kiến thức. Việc tham gia các khóa học bổ sung và thực tập sẽ giúp nâng cao kỹ năng và cơ hội việc làm.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Giáo trình Cơ sở điều khiển quá trình (Mã mô đun: TĐH19MĐ10) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được 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). Tài liệu do ThS. Phạm Thị Thu Hường chủ biên cùng tác giả Nguyễn Xuân Thịnh thuộc Tổ bộ môn Tự động hóa biên soạn nhằm phục vụ giảng dạy cho học sinh, sinh viên trình độ trung cấp và cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa. Trong chương trình đào tạo, mô đun này có thời lượng 60 giờ (gồm 28 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/thảo luận và 3 giờ kiểm tra, tương đương 3 tín chỉ), 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).

Về chuẩn đầu ra, giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học hệ thống mục tiêu toàn diện:

• Kiến thức (A1–A5): Mô tả các thành phần cơ bản của một kênh đo lường và điều khiển; phân loại các cấu trúc vòng điều khiển hở, kín, tầng, tỉ lệ; phân tích các chế độ điều khiển hai vị trí và điều khiển liên tục; diễn giải nguyên lý hoạt động của các bộ điều khiển khí nén và bộ điều khiển điện tử.
• Kỹ năng (B1–B4): Vẽ và gán nhãn sơ đồ khối vòng điều khiển; bóc tách, xác định các thành phần hệ thống trên bản vẽ P&ID; giải thích chức năng các khối phần cứng của bộ điều khiển khí nén và điện tử.
• Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Xây dựng tác phong làm việc cẩn thận, kỷ luật và tuân thủ quy trình an toàn kỹ thuật.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo logic kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết hệ thống và ứng dụng thực tiễn công nghiệp. Điểm đặc sắc của tài liệu là việc chuẩn hóa nội dung dựa trên tài liệu quốc tế (NCCER, PAControl) kết hợp khai thác trực tiếp các bản vẽ công nghệ P&ID từ thực tế sản xuất của Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình được cấu trúc thành 2 bài học lớn với tiến trình phát triển kiến thức từ tổng quan lý thuyết đến phân tích chi tiết phần cứng điều khiển:

• Bài 1: Lý thuyết điều khiển quá trình (Thời lượng: 40 giờ - 18 giờ lý thuyết, 21 giờ thực hành/thảo luận, 1 giờ kiểm tra)

  • 1.1 Điều khiển quá trình: Phân tích khái niệm, nhiệm vụ đo lường - so sánh - tính toán - điều chỉnh; thiết lập phương trình cân bằng năng lượng tổng quát: $E_{out} = E_{in} - (E_{lost} + E_{store})$ qua mô hình thiết bị trao đổi nhiệt; định nghĩa biến quá trình/biến được điều khiển (PV/CV), giá trị đặt (SV), biến thao tác (MV), biến được đo và phân loại nhiễu nguồn cung (supply disturbance) cùng nhiễu nhu cầu (demand disturbance).
  • 1.2 Các thành phần của kênh thiết bị: Cấu tạo và chức năng của Cảm biến (đo nhiệt độ RTD, cặp nhiệt TC; đo áp suất Manometer, ống Bourdon, màng điện dung); Bộ chuyển đổi (Transducer - Bảng 1-1); Bộ khuếch đại và điều hòa tín hiệu (Amplifiers/Signal Conditioners); Bộ truyền tín hiệu (Transmitter áp suất với quy trình xử lý 4 bước); Bộ điều khiển (Controller); Phần tử điều khiển cuối (Final Control Elements) tập trung vào van cổng, van cầu cùng 3 đường đặc tính lưu lượng tiêu chuẩn (tuyến tính, mở nhanh, tỉ lệ phần trăm); các dạng cơ cấu truyền động (vô lăng tay, điện từ solenoid, màng khí nén, piston khí nén, động cơ điện) và Bộ định vị van (Valve Positioner).
  • 1.3 Các vòng điều khiển: Phân tích nguyên lý, cấu trúc và đáp ứng của Vòng điều khiển hở (Open loop), Vòng điều khiển kín/phản hồi (Closed loop / Feedback control), Vòng điều khiển tầng (Cascade control - kết hợp bộ điều khiển sơ cấp/chủ Primary và thứ cấp/tớ Secondary để triệt tiêu nhiễu cục bộ, chống hiện tượng sụt áp gây ngắt bơm), và Vòng điều khiển tỉ lệ (Ratio control - ứng dụng kiểm soát tỉ lệ nhiên liệu/không khí buồng đốt).
  • 1.4 Các chế độ điều khiển: Phân tích chế độ điều khiển hai vị trí (On - Off) có vùng trung lập (deadband) nhằm giảm tần số đóng cắt; chế độ điều khiển điều chỉnh liên tục gồm luật Tỉ lệ (P - Gain/Proportional Band), luật Tích phân (I - Reset/loại bỏ offset, hiện tượng Integral Windup), và luật Vi phân (D - Rate/Differentiator nâng cao tốc độ đáp ứng).
  • 1.5 Ứng dụng vòng điều khiển: Khảo sát hai mô hình thực tế là Vòng điều khiển nhiệt độ khí nén và Vòng điều khiển nhiệt độ điện tử.

• Bài 2: Các bộ điều khiển (Thời lượng: 20 giờ - 10 giờ lý thuyết, 8 giờ thực hành/thảo luận, 2 giờ kiểm tra)

  • 2.1 Chế độ hoạt động cơ bản: Phân định 4 chế độ vận hành: Tự động (Auto), Thủ công (Manual), Cục bộ (Local), và Từ xa (Remote/Cascade).
  • 2.2 Bộ điều khiển khí nén: Hoạt động dựa trên chuẩn tín hiệu áp suất $3 \div 15\text{ psi}$; cấu tạo gồm nguồn cấp khí (Air supply), cơ cấu vòi phun - tấm chắn (Flapper-nozzle), hộp xếp (Bellows), lò xo đối kháng (Opposing Spring), thanh liên kết định vị và dòng phản hồi; phân tích cấu hình On-Off, P, PI, PID và cấu trúc bộ điều khiển khí nén Masoneilan.
  • 2.3 Bộ điều khiển điện tử: Hoạt động dựa trên chuẩn tín hiệu dòng điện $4 \div 20\text{ mA DC}$ (hoặc điện áp $1 \div 5\text{ VDC}$, $0 \div 10\text{ VDC}$); cấu tạo mạch phản hồi, mạch so sánh sai lệch và các sơ đồ mạch chức năng thực hiện thuật toán On-Off, P, PI, PID.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Cơ sở cân bằng vật chất và năng lượng: Nền tảng nhiệt động học ứng dụng trong quá trình trao đổi nhiệt và truyền khối công nghiệp.
• Nguyên lý chuyển đổi và chuẩn hóa tín hiệu: Cơ chế biến đổi tín hiệu không điện sang tín hiệu điện ($4 \div 20\text{ mA DC}$) và khí nén ($3 \div 15\text{ psi}$) phục vụ điều khiển và truyền dữ liệu tầm xa.
• Động học thuật toán điều khiển tuyến tính: Mô hình toán học của các khâu P, I, D, khái niệm dải tỉ lệ ($PB% = \frac{100%}{\text{Gain}}$), thời gian reset tích phân và bù tốc độ vi phân.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Bóc tách và giải thích lưu đồ công nghệ P&ID; thiết lập thông số vận hành cho các bộ điều khiển khí nén và điện tử.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Nhận diện nguyên nhân gây mất ổn định vòng điều khiển; phân tích các dạng nhiễu tải (supply/demand disturbance) và đánh giá đáp ứng quá độ của hệ thống.
• Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Kiểm tra, định vị van, hiệu chỉnh cơ cấu chấp hành khí nén/điện từ và xử lý sự cố trong hệ thống phân tán (DCS).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Giáo trình định hướng áp dụng phương pháp sư phạm tích cực, lấy người học làm trung tâm thông qua các hình thức:

• Phương pháp giảng dạy của giảng viên:

  • Kết hợp diễn giảng lý thuyết chuyên sâu, đàm thoại gợi mở, nêu vấn đề và giải quyết vấn đề kỹ thuật.
  • Thiết kế giáo án linh hoạt theo ba thể loại: giáo án lý thuyết, giáo án thực hành và giáo án tích hợp.
  • Phân chia lớp học thành các ca thực hành chuyên biệt tại phòng mô hình hệ thống điều khiển phân tán (DCS), xưởng thiết bị tĩnh - thiết bị động và trạm điện.

• Nghiên cứu tình huống và bài tập thực hành:

  • Case study điều khiển quá trình trao đổi nhiệt dòng chất lưu (dầu lạnh - nước nóng) qua phương trình cân bằng nhiệt lượng.
  • Tình huống kiểm soát mức chất lỏng trong bồn chứa kích thước lớn bằng cấu hình Cascade nhằm triệt tiêu biến động áp suất trước van và ngăn chặn hiện tượng quá suy giảm gây ngắt bơm (trip pump).
  • Bài tập thiết kế vòng điều khiển tỉ lệ lưu lượng không khí/nhiên liệu trong buồng đốt công nghiệp.

• Phương pháp tự học và thảo luận nhóm của người học:

  • Người học được tổ chức thành các nhóm từ 6 đến 8 thành viên, nhận chủ đề kỹ thuật trước buổi học để phân công nghiên cứu, thu thập tài liệu và chuẩn bị bài thuyết trình/thảo luận.
  • Quy định điều kiện học tập nghiêm ngặt: người học phải tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết; trường hợp vắng quá 30% tổng số tiết lý thuyết bắt buộc phải học lại mô đun.

• Phương thức kiểm tra và đánh giá kết quả học tập:

  • Đánh giá thường xuyên: 01 bài kiểm tra vấn đáp hoặc kiểm tra viết với thời lượng $\le 30$ phút.
  • Đánh giá định kỳ: 03 bài kiểm tra bao gồm 02 bài lý thuyết (Bài 1: 45–60 phút đánh giá chuẩn đầu ra A1, A2, C1; Bài 2: 45–60 phút đánh giá A3, A4, A5, C1) và 01 bài thực hành (Bài 3: 60 phút đánh giá chuẩn B1, B2, C1).
  • Đánh giá kết thúc mô đun: Tổ chức thi trắc nghiệm lý thuyết (45–60 phút) kết hợp thi thực hành thao tác trên thiết bị (60 phút).

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

• Căn cứ pháp lý và tính chuẩn hóa chương trình: Giáo trình được ban hành năm 2020 theo Quyết định số 198/QĐ-CĐDK của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí, được thiết kế theo chuẩn module nghề hiện đại, tích hợp cấu trúc 60 giờ học tập cân bằng giữa lý thuyết và thực hành.
• Khai thác tư liệu thực tế ngành Dầu khí: Điểm đặc biệt của giáo trình là việc đưa trực tiếp các sơ đồ công nghệ, ký hiệu thiết bị và bản vẽ P&ID đang áp dụng thực tế tại các công trình dầu khí của Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro vào nội dung bài giảng và hệ thống câu hỏi đánh giá.
• Tiếp cận song song hai nền tảng công nghệ điều khiển: Tài liệu không chỉ trình bày các bộ điều khiển điện tử hiện đại sử dụng tín hiệu $4 \div 20\text{ mA DC}$ và kết nối DCS, mà còn phân tích sâu nguyên lý cơ học - khí động học của các bộ điều khiển khí nén truyền thống ($3 \div 15\text{ psi}$) như cơ cấu Flapper-nozzle hay bộ điều khiển Masoneilan. Đây là mảng kiến thức đặc thù vẫn đang vận hành phổ biến tại các giàn khoan và trạm xử lý khí ngoài khơi.
• Hệ thống hóa từ các tài liệu tham khảo chuẩn mực: Nội dung được biên soạn đối chiếu từ các nguồn học thuật uy tín trong và ngoài nước:
  • Tài liệu tiếng Việt: Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình (TS. Hoàng Minh Sơn, NXB Bách khoa Hà Nội, 2016).
  • Tài liệu tiếng Anh: Module Process Control Theory - Instrumentation Level 3 (NCCER, 3rd edition, Pearson, 2016) và Fundamentals of Process Control (PAControl, 2006).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

• Người học chính: Sinh viên, học sinh theo học trình độ Trung cấp và Cao đẳng thuộc nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (ngành Đo lường - Tự động hóa công nghiệp / Instrumentation).
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi tiếp cận mô đun TĐH19MĐ10, người học phải hoàn thành các môn học/mô đun cơ sở và chuyên ngành trong khung đào tạo:
  • Toán kỹ thuật (TĐH19MH23) và Hình học lắp đặt (TĐH19MH24).
  • Điện kỹ thuật 1 (KTĐ19MĐ05) và Kỹ thuật số (TĐH19MĐ04).
  • Thiết bị đo lường (TĐH19MH05) và Bản vẽ thiết bị đo lường (TĐH19MH06).
• Ứng dụng đối với giảng viên: Tài liệu cung cấp căn cứ chuẩn để xây dựng đề cương bài giảng, phân bổ thời lượng 28 giờ lý thuyết - 29 giờ thực hành, lập kế hoạch bài tập thảo luận nhóm và thiết kế phiếu đánh giá thực hành kỹ năng.
• Sử dụng trong tự học và tra cứu thực tế: Kỹ thuật viên bảo dưỡng, công nhân kỹ thuật vận hành hệ thống đo lường - điều khiển tại các nhà máy lọc hóa dầu, xí nghiệp công nghiệp có thể sử dụng làm tài liệu tra cứu về nguyên lý van điều khiển, bộ định vị và sơ đồ vòng lặp quá trình.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?
Tài liệu được biên soạn phục vụ học sinh, sinh viên trình độ trung cấp và cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa, đồng thời dùng làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên đo lường - điều khiển trong các nhà máy công nghiệp.

2. Cần trang bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?
Người học cần hoàn thành các môn học tiên quyết bao gồm: Thiết bị đo lường (TĐH19MH05), Bản vẽ thiết bị đo lường (TĐH19MH06), Điện kỹ thuật 1 (KTĐ19MĐ05) và Kỹ thuật số (TĐH19MĐ04).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các giáo trình lý thuyết điều khiển tự động thông thường là gì?
Giáo trình tập trung vào khía cạnh thực hành công nghệ quá trình (Process Control), chú trọng phân tích cấu tạo vật lý, phần cứng van điều khiển, bộ định vị, thiết bị chuyển đổi và bộ điều khiển khí nén ($3 \div 15\text{ psi}$) bên cạnh bộ điều khiển điện tử ($4 \div 20\text{ mA}$), đồng thời sử dụng bản vẽ P&ID thực tế từ ngành Dầu khí thay vì các mô hình toán học giải tích trừu tượng.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?
Người học cần nghiên cứu trước nội dung lý thuyết từng bài, thực hiện bài tập thảo luận theo nhóm 6–8 người, đối chiếu các sơ đồ khối với bản vẽ P&ID mẫu và rèn luyện kỹ năng nhận diện phần cứng trên mô hình phòng DCS.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ và tham chiếu nào?
Giáo trình tham chiếu trực tiếp đến cuốn Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình (TS. Hoàng Minh Sơn, 2016), bộ tài liệu Process Control Theory - Instrumentation Level 3 (NCCER/Pearson, 2016), tài liệu PAControl (2006) và hệ thống bản vẽ công nghệ của Vietsovpetro.

---

Kết luận (150 từ)

Giáo trình Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ10) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp hệ thống kiến thức nền tảng về cấu trúc vòng điều khiển quá trình, thiết bị đo lường, phần tử điều khiển cuối và nguyên lý hoạt động của các bộ điều khiển khí nén cũng như điện tử. Tài liệu định hình rõ nét lộ trình học tập chuyên môn, tạo bước đệm trực tiếp để người học tiếp tục hoàn thành các mô đun nâng cao tiếp theo trong chương trình đào tạo gồm: Hiệu chuẩn thiết bị đo lường (TĐH19MĐ07), Lắp đặt hệ thống TĐH 2 (TĐH19MĐ09) và tham gia học phần Thực tập sản xuất (TĐH19MH22) tại doanh nghiệp. Để mở rộng năng lực chuyên môn, người học được khuyến nghị nghiên cứu bổ trợ các giáo trình chuyên sâu của TS. Hoàng Minh Sơn và tài liệu chuẩn quốc tế NCCER.

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: 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.