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

Giáo trình cơ sở điều khiển quá trình nghề sửa chữa thiết bị tự động hóa 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 Trung Cấp
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2022
• 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)
• 1.5.3. Ứng dụng của các kiểu vòng điều khiển
• 1.6. CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 1.6.1. ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN
• 1.6.1.1. Điều khiển On – Off (On – Off Control)
• 1.6.1.2. Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control)
• 1.6.1.3. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân
• 1.6.1.4. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Controller)
• 1.6.1.5. Hoạt động cụ thể của một bộ điều khiển
• 1.6.1.6. Bộ điều khiển Masoneilan
• 1.6.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
• 1.6.2.1. Điều khiển On – Off
• 1.6.2.2. Bộ điều khiển tỉ lệ
• 1.6.2.3. Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân
• 1.6.2.4. 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 Trung Cấp

Giáo trình Điều Khiển Quá Trình Tự Động Hóa Trung Cấp được biên soạn nhằm cung cấp kiến thức cơ bản về điều khiển quá trình cho sinh viên. 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. Với sự phát triển của công nghệ, việc nắm vững kiến thức về tự động hóa là rất quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại.

1.1. Mục tiêu và ý nghĩa của giáo trình

Giáo trình này nhằm mục đích trang bị cho sinh viên những kiến thức về hệ thống điều khiển và các thành phần của nó. Sinh viên sẽ học cách áp dụng các lý thuyết vào thực tiễn, từ đó nâng cao khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp.

1.2. Đối tượng và phạm vi áp dụng

Đối tượng chính của giáo trình là sinh viên các trường cao đẳng và trung cấp chuyên ngành tự động hóa. Nội dung giáo trình được thiết kế phù hợp với nhu cầu thực tế của ngành công nghiệp hiện nay.

II. Các Vấn Đề và Thách Thức Trong Điều Khiển Quá Trình

Trong quá trình tự động hóa, có nhiều thách thức mà các kỹ sư phải đối mặt. Những vấn đề này không chỉ liên quan đến công nghệ mà còn đến việc thiết kế và vận hành các hệ thống điều khiển. Việc hiểu rõ các thách thức này sẽ giúp sinh viên chuẩn bị tốt hơn cho sự nghiệp của mình.

2.1. Khó khăn trong việc thiết kế hệ thống điều khiển

Thiết kế một hệ thống điều khiển hiệu quả đòi hỏi kiến thức sâu rộng về các thành phần và cách chúng tương tác với nhau. Sự phức tạp của các quá trình công nghiệp có thể gây khó khăn cho việc tối ưu hóa hệ thống.

2.2. Yêu cầu về độ chính xác và độ tin cậy

Các hệ thống điều khiển cần phải hoạt động chính xác và đáng tin cậy. Bất kỳ sai sót nào cũng có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, do đó việc đảm bảo chất lượng là rất quan trọng.

III. Phương Pháp và Giải Pháp Trong Điều Khiển Quá Trình

Để giải quyết các vấn đề trong điều khiển quá trình, nhiều phương pháp và giải pháp đã được phát triển. Những phương pháp này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

3.1. Các phương pháp điều khiển hiện đại

Các phương pháp như điều khiển PID, điều khiển tỉ lệ và điều khiển tầng đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp. Những phương pháp này giúp tối ưu hóa quá trình và giảm thiểu sai số.

3.2. Ứng dụng công nghệ mới trong điều khiển

Công nghệ mới như Internet of Things (IoT) và trí tuệ nhân tạo (AI) đang được tích hợp vào các hệ thống điều khiển, giúp nâng cao khả năng tự động hóa và quản lý quy trình sản xuất.

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

Giáo trình này không chỉ mang tính lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp. Sinh viên sẽ được trang bị kiến thức để áp dụng vào các tình huống thực tế trong công việc.

4.1. Các ứng dụng trong ngành dầu khí

Trong ngành dầu khí, việc áp dụng các hệ thống điều khiển tự động hóa giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu rủi ro. Các kỹ sư cần nắm vững kiến thức để thiết kế và vận hành các hệ thống này.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp

Các hệ thống điều khiển tự động hóa được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp, từ dây chuyền lắp ráp đến quản lý chất lượng sản phẩm. Việc hiểu rõ về công nghệ tự động là rất cần thiết cho các kỹ sư.

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

Điều khiển quá trình tự động hóa là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Tương lai của ngành này hứa hẹn sẽ có nhiều cơ hội và thách thức mới. Việc trang bị kiến thức vững chắc sẽ giúp sinh viên tự tin hơn trong sự nghiệp của mình.

5.1. Xu hướng phát triển trong ngành

Ngành điều khiển quá trình đang chuyển mình với sự phát triển của công nghệ mới. Các kỹ sư cần cập nhật kiến thức thường xuyên để không bị lạc hậu.

5.2. Tầm quan trọng của việc học tập liên tục

Việc học tập không ngừng là rất quan trọng trong ngành công nghiệp. Các kỹ sư cần tham gia các khóa đào tạo và hội thảo để nâng cao kỹ năng và kiến thức của mình.

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:216/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022 (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 2022 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) .61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Quá trình trao đổi nhiệt .17 Hình 1-2: Hệ thống điều khiển quá trình trao đổi nhiệt độ .19 Hình 1-3: Cấu trúc của bộ chuyển đổi áp suất .23 Hình 1-4: Đặc tính mở van .25 Hình 1-5: Cấu tạo van điện từ .26 Hình 1-6: Van điều khiển có bộ truyền động dạng màng .26 Hình 1-7: Van điều khiển có bộ truyền động dạng piston.27 Hình 1-8: Van điều khiển sử dụng bộ truyền động bằng động cơ .28 Hình 1-9: Điều khiển nhiệt độ bằng vòng hở .30 Hình 1-10: Điều khiển nhiệt độ bằng vòng kín .31 Hình 1-11: Hệ thống điều khiển tầng .33 Hình 1-12: Mô hình tổng quát của vòng điều khiển tầng .34 Hình 1-13: Vòng điều khiển tỉ lệ .35 Hình 1-14: Điều khiển mức bằng bộ điều khiển On - Off.36 Hình 1-15: Đáp ứng của bộ điều khiển On - Off.37 Hình 1-16: Hệ thống điều khiển hai vị trí với vùng trung lập .37 Hình 1-17: Hệ thống điều khiển tỉ lệ .38 Hình 1-18: Vị trí tương ứng của van và phao khi Gain =1 .39 Hình 1-19: Thuật toán tích phân đầu ra với đầu vào cố định .41 Hình 1-20: Phản hổi của cấu trúc vi phân khi có tín hiệu vào .42 Hình 1-21: Vòng điều khiển nhiệt độ khí nén .43 Hình 1-22: Vòng điều khiển nhiệt độ điện tử .44 Hình 2-1: Thành phần của bộ điều khiển khí nén .49 Hình 2-2: Tín hiệu vào phần tử cuối khi dùng bộ điều khiển On-Off .50 Hình 2-3: Bộ điều khiển khí nén On-Off ở trạng thái mất tín hiệu .51 Hình 2-4: chuyển động của Nozzle ra khỏ tấm chắn .52 Hình 2-5: chuyển động của bộ điều khiển khí nén khi sụt giảm áp suất .52 Hình 2-6: Bộ điều khiển khí nén khi có áp suất đầu ra tăng .53 Hình 2-7: Biểu đồ của dải tỉ lệ bằng 5% .53 Hình 2-8: Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân .55 Hình 2-9: Bộ điều khiển PID .55 Hình 2-10: Cấu hình điều khiển truyền thẳng và phản hổi .56 Hình 2-11: Bộ điều khiển Masoneilan.58 Hình 2-12: Bộ điều khiển On-Off .60 Hình 2-13: Thành phần bộ điều khiển tỉ lệ .61 Hình 2-14: Thành phần bộ điều khiển tỉ lệ tích phân .61 Hình 2-15: Thành phần của bộ điều khiển PID .62 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: AUTM53110 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 Số Mã Thực hành/ Kiểm tra Tên môn học, mô đun tín Tổng MH/MĐ/HP thực tập/ chỉ số Lý thí nghiệm/ thuyết TH bài tập/ LT thảo luận Các môn học I 14 285 117 153 10 5 chung/đại cương COMP52001 Giáo dục chính trị 2 30 15 13 2 COMP51003 Pháp luật 1 15 9 5 1 COMP51007 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 2 Giáo dục quốc phòng và COMP52009 2 45 21 21 1 2 An ninh COMP52005 Tin học 2 45 15 29 1 FORL54002 Tiếng Anh 4 90 30 56 4 An toàn vệ sinh lao SAEN52001 2 30 23 5 2 động Các môn học, mô đun II chuyên môn ngành, 56 1275 421 801 32 21 nghề II.1 Môn học, mô đun cơ sở 19 345 169 157 15 4 AUTM52023 Toán kĩ thuật 2 30 14 14 2 0 Thời gian học tập (giờ) Trong đó Số Mã Thực hành/ Kiểm tra Tên môn học, mô đun tín Tổng MH/MĐ/HP thực tập/ chỉ số Lý thí nghiệm/ thuyết TH bài tập/ LT thảo luận AUTM53024 Hình học lắp đặt 3 45 15 27 3 0 Bản vẽ thiết bị đo AUTM53006 3 45 42 0 3 0 lường AUTM52101 An toàn TĐH 2 45 14 29 1 1 ELEI53154 Điện kỹ thuật 1 3 60 28 29 2 1 AUTM53102 Điện tử cơ bản 3 60 28 29 2 1 AUTM53104 Mạch logic số 3 60 28 29 2 1 Môn học, mô đun II.