Giáo Trình Điều Khiển Quá Trình Nâng Cao Nghề Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa

• Tác giả: ThS. Nguyễn Xuân Thịnh
• Trường học: Trường Cao Đẳng Dầu Khí
• Chuyên ngành: Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa
• Đề tài: Giáo Trình Nâng Cao Về Điều Khiển Quá Trình Trong Sửa Chữa Thiết Bị Tự Động Hóa
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bà Rịa - Vũng Tàu

• 1. BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ HIỆU CHUẨN VÒNG ĐIỀU KHIỂN
• 1.1. Mục đích hiệu chuẩn vòng điều khiển
• 1.2. Lý do phải hiệu chuẩn vòng điều khiển (The Reasons for Loop Tuning)
• 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của vòng điều khiển
• 1.4. Các thuật ngữ và định nghĩa chuyên ngành
• 1.4.1. Chế độ tỉ lệ (Proportional control mode – P mode)
• 1.4.2. Chế độ điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI mode)
• 1.4.3. Chế độ điều khiển PID
• 1.4.4. Các thuật ngữ và định nghĩa liên quan đến hiệu chuẩn vòng điều khiển (Terms and Definitions Associated with Loop Tuning)
• 1.4.5. Xác định loại quá trình (Process Type Identification)
• 2. BÀI 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHUẨN
• 2.1. Các phương trình cơ bản
• 2.1.1. Phương trình cân bằng năng lượng (Energy Balance)
• 2.1.2. Hằng số thời gian (Time Constant)
• 2.1.3. Phương trình đáp ứng hoàn chỉnh (Complete Response Equation)
• 2.1.4. Hệ số khuếch đại quá trình (Process Gain)
• 2.1.5. Dải tỉ lệ (Proportional Band)
• 2.1.6. Thời gian tích phân (Integral Time)
• 2.1.7. Thời gian vi phân/đạo hàm (Derivative Time)
• 2.1.8. Biểu thức vòng điều khiển PID (PID Control)
• 2.2. Hiệu chuẩn vòng điều khiển hở
• 2.2.1. Tổng quan về qui trình thực hiện (Procesure Overview)
• 2.2.2. Phương pháp hằng số thời gian (Time Constant Method)
• 2.2.3. Phương pháp xác định tốc độ đáp ứng (Reaction Rate Method)
• 2.3. Hiệu chuẩn vòng điều khiển kín (Closed Loop Tuning)
• 2.3.1. Phương pháp chu kì tới hạn (Ultimate Period Method)
• 2.3.2. Phương pháp dao động tắt dần (Dampened Oscillation Method)
• 2.4. Hiệu chuẩn vòng điều khiển trực quan
• 2.5. Sự mất ổn định rõ ràng (Apparent Instability)
• 3. BÀI 3: CÁC SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO
• 3.1. Điều khiển truyền thẳng (Feedforward control)
• 3.1.1. Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt
• 3.1.2. Cấu trúc cơ bản và bộ điều khiển lý tưởng
• 3.2. Điều tỉ lệ (Ratio control)
• 3.2.1. Ví dụ điều khiển thiết bị khuấy trộn liên tục
• 3.2.2. Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt hơi nước
• 3.2.3. Hai cấu hình điều khiển tỉ lệ
• 3.2.4. Bản chất và ý nghĩa của điều khiển tỉ lệ
• 3.3. Điều khiển tầng (Cascade control)
• 3.3.1. Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt hơi nước
• 3.3.2. Ứng dụng của điều khiển tầng
• 3.4. Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng
• 3.5. Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển tỉ lệ
• 3.6. Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng
• 4. BÀI 4: HIỆU CHUẨN VÒNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN DCS CENTUM VP
• 4.1. Hiệu chỉnh vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vòng điều khiển hở (LAB 1)
• 4.1.1. Xác định các thông số: hệ số khuếch đại (KP), thời gian chết (LP), hằng số thời gian (τP)
• 4.1.2. Xác định P, I và D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển hở
• 4.1.3. Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với các thông số P, I, D tìm được ở phần 4
• 4.1.4. Hiệu chuẩn các thông số của bộ điều khiển để đáp ứng ngõ ra tối ưu nhất
• 4.2. Hiệu chuẩn vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vòng điều khiển kín (LAB 2)
• 4.2.1. Xác định chu kỳ tới hạn (TU) và dải tỉ lệ tới hạn (PBU)
• 4.2.2. Xác định P, I và D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển kín
• 4.2.3. Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với các thông số P, I, D tìm được ở phần 4
• 4.2.4. Hiệu chuẩn các thông số của bộ điều khiển để đáp ứng ngõ ra tối ưu nhất
• 4.3. Điều khiển tỉ lệ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Giáo Trình Nâng Cao Điều Khiển Quá Trình

Giáo trình nâng cao về điều khiển quá trình trong sửa chữa thiết bị tự động hóa là tài liệu quan trọng cho sinh viên ngành sửa chữa thiết bị tự động hóa. Tài liệu này cung cấp kiến thức chuyên sâu về các khái niệm, phương pháp và ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển. Nội dung giáo trình được thiết kế để giúp sinh viên nắm vững các nguyên lý cơ bản và nâng cao trong việc điều khiển các quá trình công nghiệp.

1.1. Mục tiêu của giáo trình điều khiển quá trình

Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức về hiệu chuẩn vòng điều khiển, các phương pháp điều khiển nâng cao và ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình này được thiết kế dành cho sinh viên cao đẳng nghề sửa chữa thiết bị tự động hóa, những người muốn nâng cao kỹ năng và kiến thức trong lĩnh vực điều khiển.

II. Thách thức trong Điều Khiển Quá Trình Tự Động Hóa

Trong quá trình sửa chữa thiết bị tự động hóa, việc điều khiển quá trình gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như độ ổn định của hệ thống, độ chính xác trong điều khiển và khả năng phản ứng với nhiễu là những yếu tố quan trọng cần được xem xét. Những thách thức này đòi hỏi người kỹ sư phải có kiến thức vững vàng và kỹ năng thực hành tốt.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điều khiển

Các yếu tố như cảm biến, bộ điều khiển và hệ thống điều khiển có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình điều khiển. Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp cải thiện chất lượng sản phẩm.

2.2. Tác động của nhiễu đến quá trình điều khiển

Nhiễu có thể làm giảm độ chính xác của hệ thống điều khiển. Việc phân tích và xử lý nhiễu là rất cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

III. Phương Pháp Hiệu Chuẩn Vòng Điều Khiển Trong Tự Động Hóa

Hiệu chuẩn vòng điều khiển là một trong những phương pháp quan trọng trong điều khiển quá trình. Các phương pháp này giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điều khiển, đảm bảo rằng các biến được điều khiển đạt được giá trị mong muốn một cách nhanh chóng và chính xác.

3.1. Phương pháp hiệu chuẩn vòng hở

Phương pháp này được sử dụng để xác định các thông số của bộ điều khiển trong điều kiện không có phản hồi. Nó giúp đánh giá khả năng đáp ứng của hệ thống.

3.2. Phương pháp hiệu chuẩn vòng kín

Khác với vòng hở, phương pháp này sử dụng phản hồi từ hệ thống để điều chỉnh các thông số. Điều này giúp cải thiện độ ổn định và độ chính xác của quá trình điều khiển.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Điều Khiển Quá Trình

Các ứng dụng của điều khiển quá trình trong ngành công nghiệp rất đa dạng. Từ sản xuất thực phẩm đến chế biến hóa chất, việc áp dụng các phương pháp điều khiển nâng cao giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4.1. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Trong ngành thực phẩm, việc điều khiển chính xác nhiệt độ và áp suất là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Các hệ thống điều khiển tự động hóa giúp duy trì các điều kiện này một cách ổn định.

4.2. Ứng dụng trong ngành hóa chất

Ngành hóa chất yêu cầu các quy trình điều khiển phức tạp. Việc áp dụng các phương pháp điều khiển nâng cao giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu rủi ro trong sản xuất.

V. Kết Luận Về Giáo Trình Nâng Cao Điều Khiển Quá Trình

Giáo trình nâng cao về điều khiển quá trình là tài liệu thiết yếu cho sinh viên ngành sửa chữa thiết bị tự động hóa. Nó không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp sinh viên phát triển kỹ năng thực hành cần thiết cho nghề nghiệp tương lai. Việc nắm vững các phương pháp và ứng dụng trong điều khiển quá trình sẽ giúp sinh viên tự tin hơn khi bước vào thị trường lao động.

5.1. Tầm quan trọng của việc học tập

Việc học tập và áp dụng kiến thức từ giáo trình sẽ giúp sinh viên có được nền tảng vững chắc trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa.

5.2. Hướng phát triển tương lai

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, việc cập nhật kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực điều khiển quá trình là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu của thị trường.