Thiết kế bộ điều khiển DCS cho nhà máy Đạm Cà Mau

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

ABSTRACT

LỜI CAM ĐOAN

1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC

4. MÔ TẢ QUÁ TRÌNH THU THẬP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU

5. MỤC TIÊU CHÍNH

6. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

6.1. Đối tượng nghiên cứu

6.2. Phạm vi nghiên cứu

7. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

8. TIÊU CHI ĐÁNH GIÁ

9. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS YOKOGAWA CENTUM VP

9.1. Mô tả hệ thống

9.2. Kiến trúc hệ thống

9.3. Giao thức OPC và Exa OPC Server Yokogawa

10. NHẬN DẠNG HỆ THỐNG VÀ ƯỚC LƯỢNG THAM SỐ

10.1. Nhận dạng mô hình hệ thống

10.2. Mô hình quá trình (Process Model)

11. GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN PID

11.1. Nguyên lý bộ điều khiển PID

11.2. Giới thiệu tổng quan bộ điều khiển PID trên hệ thống DCS Yokogawa

12. PHƯƠNG PHÁP TINH CHỈNH THÔNG SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID SỬ DỤNG GIẢI THUẬT FUZZY

12.1. Nguyên tắc tự điều chỉnh của bộ điều khiển PID mờ

12.2. Cấu trúc của bộ điều khiển PID mờ tự điều chỉnh

13. NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG

13.1. ĐỐI TƯỢNG NHẬN DẠNG

13.1.1. Hệ quá trình điều khiển lưu lượng 04FIC2047

13.1.2. Thu thập dữ liệu quá trình từ hệ thống DCS

13.1.3. Chọn lọc và xử lý dữ liệu

13.1.4. Nhận dạng mô hình lưu lượng 04FIC2047

13.2. ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG HỆ QUÁ TRÌNH LƯU LƯỢNG 04FIC2047 ĐƯỢC NHẬN DẠNG

13.2.1. Tiêu chí thiết kế bộ điều khiển

13.2.2. Điều khiển hệ lưu lượng 04FIC2047 bằng giải thuật PID

13.2.3. Điều khiển hệ lưu lượng 04FIC2047 bằng giải thuật FuzzyPID

13.2.4. Kết quả điều khiển mô phỏng

14. ĐIỀU KHIỂN THỰC TẾ TRÊN DÂY CHUYỀN XỬ LÝ NƯỚC

14.1. GIỚI THIỆU KIT THỰC NGHIỆM DCS YOKOGAWA

14.1.1. Thiết kế kiến trúc tổng quan hệ thống

14.1.2. Thiết kế giao tiếp Matlab với hệ thống DCS qua OPC server

14.2. ÁP DỤNG GIẢI THUẬT FUZZY-PID VÀO HỆ THỐNG THỰC TẾ

14.2.1. Mô tả đối tượng điều khiển (trên hệ thống DCS)

14.2.2. Khái quát sơ đồ cấu trúc kết nối hệ thống cho các phương án khác nhau và mô tả thí nghiệm

14.3. ÁP DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THỰC TẾ TẠI NHÀ MÁY

14.3.1. Kết quả thử nghiệm bộ điều khiển PID trước khi sử dụng Fuzzy tinh chỉnh

14.3.2. Thực nghiệm phương án 1

14.3.3. Thực nghiệm phương án 2

14.3.4. Tổng hợp và đánh giá các kết quả thực nghiệm

15. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

15.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về hệ thống DCS

Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) là một hệ thống mà quyền điều khiển không tập trung tại một nơi, mà được phân tán đến từng nhánh trong hệ thống. Hệ thống này thường bao gồm phần cứng, phần mềm và truyền thông cho toàn bộ quy trình. Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống DCS là khả năng xử lý các tín hiệu Analog và thực hiện chuỗi xử lý tính toán phức tạp. Hệ thống điều khiển phân tán của Yokogawa, cụ thể là CENTUM VP, được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như dầu khí, hóa chất, và thực phẩm. Bộ điều khiển PID, một phần quan trọng trong hệ thống DCS, thường được thiết kế và tinh chỉnh thủ công, điều này có thể dẫn đến hiệu suất không tối ưu. Do đó, việc phát triển các phương pháp tự động hóa trong điều chỉnh PID là cần thiết để nâng cao hiệu suất của hệ thống.

1.1. Công nghệ DCS hiện đại

Công nghệ DCS hiện đại cho phép quản lý và điều khiển nhiều thông số như áp suất, lưu lượng, và nhiệt độ. Việc sử dụng bộ điều khiển PID trong hệ thống này giúp điều chỉnh các tham số theo thời gian thực, tuy nhiên, việc thiết kế và tinh chỉnh vẫn thường gặp khó khăn do tính chất phức tạp của các quy trình công nghiệp. Các bộ điều khiển PID hiện tại tại Nhà máy Đạm Cà Mau đã được thiết kế từ lâu và cần được hiệu chỉnh để đáp ứng yêu cầu sản xuất ngày càng cao. Hệ thống DCS của Yokogawa chưa có phương pháp hiệu quả để tự động điều chỉnh tham số, điều này tạo ra cơ hội cho nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới.

II. Nghiên cứu và đề xuất giải pháp tự động hóa

Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống DCS tại Nhà máy Đạm Cà Mau, nhằm nâng cao hiệu suất điều khiển. Đề tài sử dụng giải thuật Fuzzy để tự động hiệu chỉnh các tham số P, I và D của bộ điều khiển PID. Việc áp dụng giải thuật này giúp cải thiện thời gian đáp ứng và độ chính xác của hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng với việc sử dụng Fuzzy PID, thời gian tăng đã được cải thiện lên đến 32% so với bộ điều khiển PID truyền thống. Điều này chứng tỏ rằng giải pháp tự động hóa không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu suất vận hành của nhà máy.

2.1. Phân tích hiệu suất hệ thống

Việc phân tích hiệu suất của hệ thống DCS hiện tại cho thấy rằng các bộ điều khiển PID đang hoạt động không tối ưu, dẫn đến sai số lớn và thời gian xác lập kéo dài. Đề xuất giải pháp tự động hóa thông qua giải thuật Fuzzy không chỉ giúp cải thiện các tham số điều khiển mà còn tạo ra một hệ thống linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh theo yêu cầu sản xuất. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng sai số xác lập giảm xuống còn 5% và thời gian xác lập dưới 60 giây, đáp ứng được tiêu chuẩn của nhà máy. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của việc áp dụng giải pháp Fuzzy trong quản lý quy trình sản xuất.

III. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu về việc thiết kế bộ điều khiển DCS cho Nhà máy Đạm Cà Mau đã chứng minh rằng việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong điều chỉnh PID là rất cần thiết. Giải pháp Fuzzy không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu thời gian và công sức cho việc tinh chỉnh bộ điều khiển. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc mở rộng ứng dụng của giải thuật này cho các hệ thống khác trong ngành công nghiệp, từ đó tạo ra một môi trường sản xuất thông minh hơn. Cùng với sự phát triển của công nghệ, việc tích hợp các giải pháp tự động hóa sẽ ngày càng trở nên quan trọng, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp hóa chất.

3.1. Triển vọng ứng dụng công nghệ

Triển vọng ứng dụng công nghệ DCS và giải thuật Fuzzy trong các nhà máy sản xuất khác là rất lớn. Việc áp dụng các công nghệ mới không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Các nhà máy có thể tận dụng dữ liệu lớn và phân tích để tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó tạo ra giá trị gia tăng cho sản phẩm. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp tự động hóa sẽ tiếp tục là xu hướng chính trong ngành công nghiệp, giúp cải thiện hiệu quả và giảm thiểu rủi ro trong sản xuất.

Luận văn thạc sĩ về thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống DCS tại nhà máy Đạm Cà Mau