Luận văn: Nghiên cứu thiết kế hệ thống DCS cho nhà máy nhiệt điện Na Dương

Đề tài nghiên cứu Thiết kế hệ thống DCS nhà máy nhiệt điện Na Dương với phương pháp khoa học, ứng dụng thực tiễn hiệu quả ứng dụng trong giảng dạy

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Luận Văn Thạc Sĩ

2017

75
2
0

Phí lưu trữ

30 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về nhà máy nhiệt điện Na Dương và công nghệ DCS

Nhà máy nhiệt điện Na Dương là một trong những cơ sở sản xuất điện lớp A của khu vực, sử dụng công nghệ hệ thống điều khiển phân tán DCS hiện đại để quản lý quy trình sản xuất. Hệ thống DCS (Distributed Control System) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của nhà máy. Công nghệ này cho phép giám sát và điều chỉnh tự động các thông số kỹ thuật như áp suất hơi, nhiệt độ, lưu lượng chất lỏng và tốc độ tuabin. Việc áp dụng thiết kế hệ thống DCS tại Na Dương giúp nâng cao độ an toàn, cải thiện hiệu suất năng lượng và giảm chi phí vận hành. Hệ thống này được thiết kế dựa trên nền tảng công nghệ Yokogawa CS 3000, một giải pháp điều khiển phân tán hàng đầu thế giới.

1.1. Giới thiệu về hệ thống DCS trong công nghiệp nhiệt điện

DCS (Distributed Control System) là hệ thống điều khiển phân tán được thiết kế để quản lý các quy trình phức tạp trong nhà máy điện. Hệ thống này tích hợp các cảm biến, bộ điều khiển và thiết bị truyền động thành một mạng lưới thống nhất. Với kiến trúc phân tán, DCS cho phép xử lý dữ liệu tại nhiều điểm khác nhau, tăng độ tin cậy và linh hoạt. Trong công nghiệp nhiệt điện, DCS giám sát tất cả các thông số quan trọng từ lò hơi đến tuabin.

1.2. Vai trò của hệ thống DCS tại nhà máy Na Dương

Tại nhà máy nhiệt điện Na Dương, hệ thống DCS thực hiện nhiều chức năng quan trọng bao gồm điều khiển mực nước bình, quản lý áp suất hơi, điều khiển nhiệt độ, và giám sát hiệu suất tuabin. Hệ thống này cung cấp giao diện quản lý trung tâm cho các kỹ sư vận hành, cho phép họ theo dõi thời gian thực và điều chỉnh các thông số một cách chính xác, nâng cao hiệu suất hoạt động và đảm bảo an toàn cho toàn bộ nhà máy.

II. Cấu trúc và kiến trúc hệ thống DCS Yokogawa CS 3000

Hệ thống DCS Yokogawa CS 3000 được lựa chọn cho nhà máy nhiệt điện Na Dương nhờ vào khả năng xử lý dữ liệu mạnh mẽ và tính linh hoạt cao. Hệ thống này được chia thành ba cấp chính: cấp quản lý nhà máy (Management Layer), cấp gián sát chỉ huy (Supervision Layer) và cấp điều khiển (Control Layer). Kiến trúc phân tán của CS 3000 cho phép các bộ điều khiển có tính độc lập, giảm nguy cơ lỗi toàn hệ thống. Mỗi cấp có nhiệm vụ riêng biệt nhưng hoạt động liên kết chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả tối đa. Phần mềm System View cung cấp giao diện thân thiện cho lập trình và giám sát hệ thống. Việc sử dụng mạng truyền thông độ tin cậy cao cho phép truyền tải dữ liệu nhanh chóng và chính xác giữa các thành phần.

2.1. Các cấp của hệ thống DCS Yokogawa

Cấp quản lý (Management Layer) chịu trách nhiệm lưu trữ dữ liệu lịch sử và báo cáo. Cấp gián sát (Supervision Layer) cung cấp giao diện giám sát thời gian thực cho các điều khiển viên. Cấp điều khiển (Control Layer) chứa các bộ điều khiển lập trình được (PLC) và các module nhập/xuất tín hiệu. Ba cấp này kết nối thông qua mạng Ethernet chuẩn, đảm bảo tính tương thích và khả năng mở rộng của hệ thống.

2.2. Phần mềm System View và khởi động dự án

Phần mềm System View là công cụ lập trình chính cho CS 3000, cho phép kỹ sư tạo các khối điều khiển chức năng (Function Blocks). Giao diện trực quan của System View hỗ trợ lập trình bằng sơ đồ khối, giảm thiểu lỗi lập trình. Quá trình khởi tạo dự án bao gồm định nghĩa cấu trúc phần cứng, thiết lập các tín hiệu nhập/xuất, và lập trình các hàm điều khiển. Công cụ này cung cấp mô phỏng trước triển khai, giúp xác thực logic điều khiển trước khi chạy thực tế.

III. Thiết kế chương trình điều khiển cho các quá trình chính

Chương trình điều khiển cho hệ thống DCS tại nhà máy Na Dương được thiết kế để xử lý các quá trình phức tạp như điều khiển mực nước bình, áp suất hơi, và nhiệt độ. Mỗi quá trình có các đặc trưng riêng biệt như thời gian trễ, độ tắt dần, và độ nhạy cảm. Việc sử dụng chiến lược điều khiển phản hồi (Feedback Control) giúp duy trì các thông số ở mức đặt định. Ngoài ra, chiến lược điều khiển truyền thẳng (Feedforward Control) được áp dụng để đối phó với các nhiễu có thể dự báo. Bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) là thành phần cốt lõi, cung cấp khả năng điều chỉnh mịn để đạt được ổn định hệ thống. Mô phỏng (Simulation) các chương trình trước khi triển khai giúp xác minh tính chính xác của thuật toán.

3.1. Phương pháp nhận dạng đối tượng và lựa chọn chiến lược điều khiển

Nhận dạng đối tượng (System Identification) là bước quan trọng để hiểu đặc tính động của quá trình. Phương pháp này xác định các tham số như hằng số thời gian, độ trễ vận chuyển, và độ lợi của quá trình. Dựa trên các đặc tính này, kỹ sư lựa chọn chiến lược điều khiển phù hợp: feedback đơn giản cho quá trình đơn biến, hoặc cascade/feedforward cho các quá trình phức tạp hơn. Quá trình nhận dạng sử dụng dữ liệu thực từ nhà máy hoặc kết quả mô phỏng.

3.2. Bộ điều khiển PID và mô phỏng quá trình

Bộ điều khiển PID kết hợp ba thành phần: tỷ lệ (P), tích phân (I), và đạo hàm (D). Thành phần P cung cấp phản ứng ngay lập tức, I loại bỏ sai lệch tĩnh, còn D cảnh báo các thay đổi nhanh. Mô phỏng (Simulation) các chương trình sử dụng các Function Block giả lập quá trình thực, cho phép kiểm tra hiệu suất điều khiển trước triển khai. Kết quả mô phỏng cho thấy đáp ứng hệ thống trong các tình huống khác nhau như thay đổi tải hoặc nhiễu.

IV. Ứng dụng điều khiển gió cấp và quản lý nhiệt độ tại Na Dương

Hệ thống điều khiển gió là một trong những hệ thống quan trọng nhất tại nhà máy nhiệt điện Na Dương, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất đốt cháy và an toàn lò hơi. Hệ thống này bao gồm gió cấp 1 (gió một lần) và gió cấp 2 (gió tuần hoàn), được điều khiển bởi các van cổng (Damper) và tốc độ quạt. Chiến lược điều khiển phối hợp giữa Damper và tốc độ quạt đảm bảo duy trì tỷ lệ than/gió tối ưu. Hệ thống giám sát nhiệt độ của hỗn hợp gió-than tại các giai đoạn khác nhau giúp ngăn ngừa tình trạng đốt cháy không hoàn toàn hoặc quá nóng. Bộ điều khiển trung tâm nhận dữ liệu từ các cảm biến và điều chỉnh tự động các thiết bị thực hiện (Actuator) để duy trì các thông số lưu lượng và nhiệt độ theo mục tiêu.

4.1. Điều khiển hệ thống gió cấp 1 và đặc tính của Damper

Gió cấp 1 cung cấp không khí tươi cho quá trình đốt cháy, lưu lượng được điều khiển bằng Damper có đặc tính phi tuyến. Đặc tính của Damper biểu hiện mối quan hệ giữa độ mở van và lưu lượng gió, thường có dạng phi tuyến với độ nhạy cao ở phần đầu khoảng mở. Để kiểm soát lưu lượng gió một cách chính xác, hệ thống kết hợp điều chỉnh Damper với điều chỉnh tốc độ quạt. Cấu trúc điều khiển song song cho phép các thiết bị hoạt động cùng lúc, cải thiện tính ổn định và giảm thời gian đáp ứng.

4.2. Quản lý tỷ lệ than gió và giám sát nhiệt độ

Tỷ lệ than/gió là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất đốt cháy và phát thải ô nhiễm. Hệ thống DCS điều khiển tỷ lệ bằng cách đo lưu lượng than và lưu lượng gió, sau đó điều chỉnh tốc độ quạt hoặc vị trí Damper. Giám sát nhiệt độ tại bốn giai đoạn (gió sơ cấp, gió quay, hỗn hợp cuối cùng) cung cấp thông tin để phát hiện bất thường. Nếu nhiệt độ vượt ngưỡng, hệ thống tự động giảm lưu lượng gió để tránh quá nóng hoặc tăng gió để cải thiện đốt cháy.

28/12/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HA NOL Lã Xuân Hiệu NGIIIÊN CỨU TIHÉT KÉ HỆ THIÓNG DIÊU KIIÊN PILAN TAN (DCS) CHO NHA MAY NHIET DLEN NA DUGNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KY THUAT DIEU KHIEN VA TU DONG HOA Ha N6i - Nim 2017 HỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HA NOI La Xuan Hiệu NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THÓNG DIEU KHIEN PHAN TAN (DC8) CHO NHÀ MÁY NIHỆT DIỆN NA DƯƠNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiến và tự động hóa LUAN VAN THAC SI KY THUAT KY TITUAT DIEU KITIEN VA TU DONG TIOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HOC TS. ĐỒ MẠNH CƯỜNG Hà Nội - Năm 2017 LOT CAM BOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế hệ thông điều khiển phân tán (CS) cho nhà máy nhiệt điện Na Dương” đô tôi tự thiết kế dưới sự hưởng dẫn của thấy giáo 15. Cac số liệu sử dụng, trong quá trình thiết kế luận văn được lẫy từ tải liệu tại nhà máy nhiệt điện Ka Duong. Trong quá trình thiết kế luận văn, tỏi chỉ sử dụng những tải liệu đã được liệt ké trong phần tài hiệu tham khảo.

Nếu phát tiện cỏ sử đụng các nguồn lài Hiệu khác tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Diễu khiển mức mước binh thứ khi. Điều khiển bộ hâm nước cấp thấp áp 1. Điển khiến bộ hâm nước cắp cao áp HP.

Vong diéu khiển hệ thông phụ cho Tuabin. Điều khiển mực nước bao hơi 34 CHƯƠNG 2: LUA CIIGN GIAI PITAP, CAU INI II TIONG DCS 36 2. Câu trúc hệ thống, điều khiển phân tân. Chức năng của hệ DCS - 38 2.

Tiệ thông DCS C'S 3000 otia Yokogawa - - 38 2. Cấp quản lý nhà mảy,. Cấp gián sát - chỉ huy - - 39 2.3, Cấp điều khiển. Hệ thống mang eda CS 3000.

Tim hiéu vé phan mém CS3000 - Yokogawa - 43 2. Tổng quan về System VieW. Khởi dộng System ViewW. Khởi tao Project - - 45 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG, MÔ PHÒNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIÖU KIIỂN CHO HỆ DC§ 49 3.

Diễu khiến quả trình - - 49 3. Diéu khién quả trinh. Các đặc trưng của quá trình. Phương pháp nhận dang đối tong.

Sách lược diễu chỉnh. Khải miệm vẻ sách lược điêu chỉnh - - 34 3.2, Diễu khiển phãn hỏi - Ifeeđbaok. Điều khiển truyền thẳng - Feedforward,. Phương pháp chinh định.

- - 60 MUC LUC LOI CAM DOAN - 1 DANH MỤC CÁC BANG. 25 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6 LOI NOI DAU. 29 CHUONG 1: TONG QUAN VE CONG NGHE NHIBT DIEN DOT THAN, BAC TRUNG CUA NHA MAY NHIET DIEN NA DƯƠNG - 10 1. Giới thiệu chung vé nha may nhiệt điện.

Giới thiệu về nhà máy, 10 1. Thông số kĩ thuật nhà máy, 10 1. Quy trình sắn xuất nhiệt điện. Điều khiển công nghệ cho phần chính nhà mảy - 18 1.

Diễu khiến kết hợp giỏ, nhiên liện và máy phát - - 1R 1. Điều khiển giỏ chính. Điền khiển dòng nhiên liệu và điều chỉnh lượng than cấp 21 1. Diễu khiển áp suất hơi chính.

Điều khiển nhiệt độ dầu ra của máy nghiền FE. Điển khiến lưu lượng máy nghiên PE, - - 34 1. Diễu khiển áp suất buông đốt. Điều khiển gió sơ cáp.

Điều khiến nhiệt đô nóng và lạnh. Diểu khiển nhiệt độ nông, sơ cấp. Điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt - 28 1. Điều khiển nhiệt độ bộ gia nhiệt bả sung, 29 1.

Điều khiển các van cánh hưởng. Điều khiển áp suất đầu cháy - - 31 1. Điền khiển têo độ tuabin. Điều khiển binh ngưng /zrớc bình ng¿ng,.3: Quả trình xấy ra thời gian trễ vận chuyên Hình 3.4: Hệ có yếu tố đụng tích Hình 3.5: Đáp ứng của hệ có yêu tá đụng tích.6: Đáp ừng của hệ tự điều chính (Self - regulation).7: Quá trình địm nước Tĩnh 3.8: Đáp ứng quá trình đun nước Hinh 3.9: Cầu trúc điều khiển phan héi.10: Vĩ dụ về điều khiến phân hải Tĩnh 3.11: Diêu khiển FeedForward - Câu trúc song song Hinh 3.12: Điểu khiển FeedForward - Câu trúc nói tiếp.13: Điền khiển bộ hâm đầu sử dụng hơi - Cau tric Feedforward.14: C4u tric Feedforward két hop điều khiển phản hỏi Hình 3.15: Hệ thông hâm dâu bằng hơi - Cấu trúc điều khiển phan hdi.16: Điển khiển tầng - Câu trúc nối tiếp linh 3.17: Diễu khiển tầng - Câu trúc song song.18: Hệ thông hâm dâu bằng hơi sử dụng diều khiển tang Hình 3.19: Đặc tính quán tính.20: Céu trac mét Function Block .21: Céu trac Function Block PID.32: Đáp ứng khâu trễ bậc 1 Tlinh 3.23: Câu trúc khâu trễ bậc 1 Hinh 3.24: Cầu trúc khâu DUAY.35: Đáp ứng khâu DTI.26: Function Block - INTEG Hinh 3.27: Cấu trủe mô phỏng một Actuator.29: C4u tric mé phéng duang éng.1: 118 théng khỏi giỏ trong lỏ hơi.ì co Server, TÍ Hình 4.2: Hệ thống giỏ cấp 1 - 72 Hình 4.3: Hệ thống giá cấp 2 - - 73 Hinh 4.4: Sơ để tổng quan về hệ thông gió trong nhả máy nhiệt điện.5: Sơ đồ Lỗng quan hệ thống điều khiến gió chính 75 11ình 4.6: Dặc tính của các loại Damper 16 Hinh 4.?: Quan hệ gia tốc độ quạt so với lưu lượng đầu ra T77 Hình 4.8: Điều khiển phối hợp Damper và tốc độ quạt 77 11ình 4.9: Sơ để điều khiến gió cấp 1 - 78 Hinh 4.10; So dễ khỏi bộ diều khiển nhiệt dộ gió cấp 1.11: Sơ đỗ hệ thống điều khiển tỷ lệ than /giô.12: Khối điều khiển lưu lượng gid cap 1 82 Hình 4.13: Giao dién cia bé diéu khiến trung tam 84 Hình 4.15: Dễ thị nhiệt độ thục tế của hỗn hợp qua 4 giai đoạn điều khiển.16: Đẻ thị lưu lượng nhiền liệu và lưu lượng gió qua 4 giai doạn điều khiên 86 DANII MUC CAC BANG Bang 1.

Thông số Tuabin.2: Thông số hơi của các cửa trích:.3 : Thông số máy phát Bang 1.4: Thông số kĩ thuật côa lỏ Bang 1.5: 'thông số về hơi.6: Thông số về nhiệt độ Bang 1.7: Thông số về lưu lượng mong muốn Bang 1.8: Quạt giỏ sơ cấp.9 Quại giỏ thứ cấp Bảng 1.10: Quạt khói Bang 3.1: Xác định các tham s6 PID .2 Lua chọn kiêu bộ điều khiển Bang 4.1: Cáo đài tín hiệu trong vòng điều chỉnh Bang 4. Các thông số của bộ diều khiển (ta chọn mặc định) Ilinh 4.1: 118 théng khỏi giỏ trong lỏ hơi.ì co Server, TÍ Hình 4.2: Hệ thống giỏ cấp 1 - 72 Hình 4.3: Hệ thống giá cấp 2 - - 73 Hinh 4.4: Sơ để tổng quan về hệ thông gió trong nhả máy nhiệt điện.5: Sơ đồ Lỗng quan hệ thống điều khiến gió chính 75 11ình 4.6: Dặc tính của các loại Damper 16 Hinh 4.?: Quan hệ gia tốc độ quạt so với lưu lượng đầu ra T77 Hình 4.8: Điều khiển phối hợp Damper và tốc độ quạt 77 11ình 4.9: Sơ để điều khiến gió cấp 1 - 78 Hinh 4.10; So dễ khỏi bộ diều khiển nhiệt dộ gió cấp 1.11: Sơ đỗ hệ thống điều khiển tỷ lệ than /giô.12: Khối điều khiển lưu lượng gid cap 1 82 Hình 4.13: Giao dién cia bé diéu khiến trung tam 84 Hình 4.15: Dễ thị nhiệt độ thục tế của hỗn hợp qua 4 giai đoạn điều khiển.16: Đẻ thị lưu lượng nhiền liệu và lưu lượng gió qua 4 giai doạn điều khiên 86 DANII MUC CAC BANG Bang 1. Thông số Tuabin.2: Thông số hơi của các cửa trích:.3 : Thông số máy phát Bang 1.4: Thông số kĩ thuật côa lỏ Bang 1.5: 'thông số về hơi.6: Thông số về nhiệt độ Bang 1.7: Thông số về lưu lượng mong muốn Bang 1.8: Quạt giỏ sơ cấp.9 Quại giỏ thứ cấp Bảng 1.10: Quạt khói Bang 3.1: Xác định các tham s6 PID .2 Lua chọn kiêu bộ điều khiển Bang 4.1: Cáo đài tín hiệu trong vòng điều chỉnh Bang 4. Các thông số của bộ diều khiển (ta chọn mặc định) 3.

Phương pháp đáp ứng bậc thang,. Phương pháp dựa trên đặc tinh dạo động lới hạn 3. Công cụ thực hiện - phần mềm C5 3000. Phần mềm Œraphics Builder.àà- co sec 3.

Phan mém Control Drawing 64 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG GIAO DIGN VA MO PIIONG II TIONG KIIOL GIÓ 4.Tìm hiểu chung về công nghệ đổi với hệ thông gió 4. Nghiên cứu tổng quan hệ thông, khỏi gi6. Vai trò của giỏ rong hệ thống điều khiển phụ tài nhiệt 2, Các phương pháp điều khiển lưu lượng giỏ. Diễu khiển lưa lương gió bằng độ mớ cánh hưởng I2amper.2, Điền khiển bằng cách thay đổi tốc độ quạt.

Điều khiến phải hợp cả hai phương pháp trên.3, 'thiết kế vòng, điều chính cho hệ thông khỏi gió. Điền khiển nhiệt độ giỏ cấp T 4. Điều khiến lưa lượng giỏ cắp l 81 4. Tiên hành chạy mô phỏng phản mm.

2 2 222220202 0c 83, KẾT [LUẬN TẢI LIỆU TIFAM KIIÁO.1: 118 théng khỏi giỏ trong lỏ hơi.ì co Server, TÍ Hình 4.2: Hệ thống giỏ cấp 1 - 72 Hình 4.3: Hệ thống giá cấp 2 - - 73 Hinh 4.4: Sơ để tổng quan về hệ thông gió trong nhả máy nhiệt điện.5: Sơ đồ Lỗng quan hệ thống điều khiến gió chính 75 11ình 4.6: Dặc tính của các loại Damper 16 Hinh 4.?: Quan hệ gia tốc độ quạt so với lưu lượng đầu ra T77 Hình 4.8: Điều khiển phối hợp Damper và tốc độ quạt 77 11ình 4.9: Sơ để điều khiến gió cấp 1 - 78 Hinh 4.10; So dễ khỏi bộ diều khiển nhiệt dộ gió cấp 1.11: Sơ đỗ hệ thống điều khiển tỷ lệ than /giô.12: Khối điều khiển lưu lượng gid cap 1 82 Hình 4.13: Giao dién cia bé diéu khiến trung tam 84 Hình 4.15: Dễ thị nhiệt độ thục tế của hỗn hợp qua 4 giai đoạn điều khiển.16: Đẻ thị lưu lượng nhiền liệu và lưu lượng gió qua 4 giai doạn điều khiên 86 Ilinh 3.3: Quả trình xấy ra thời gian trễ vận chuyên Hình 3.4: Hệ có yếu tố đụng tích Hình 3.5: Đáp ứng của hệ có yêu tá đụng tích.6: Đáp ừng của hệ tự điều chính (Self - regulation).7: Quá trình địm nước Tĩnh 3.8: Đáp ứng quá trình đun nước Hinh 3.9: Cầu trúc điều khiển phan héi.10: Vĩ dụ về điều khiến phân hải Tĩnh 3.11: Diêu khiển FeedForward - Câu trúc song song Hinh 3.12: Điểu khiển FeedForward - Câu trúc nói tiếp.13: Điền khiển bộ hâm đầu sử dụng hơi - Cau tric Feedforward.14: C4u tric Feedforward két hop điều khiển phản hỏi Hình 3.15: Hệ thông hâm dâu bằng hơi - Cấu trúc điều khiển phan hdi.16: Điển khiển tầng - Câu trúc nối tiếp linh 3.17: Diễu khiển tầng - Câu trúc song song.18: Hệ thông hâm dâu bằng hơi sử dụng diều khiển tang Hình 3.19: Đặc tính quán tính.20: Céu trac mét Function Block .21: Céu trac Function Block PID.32: Đáp ứng khâu trễ bậc 1 Tlinh 3.23: Câu trúc khâu trễ bậc 1 Hinh 3.24: Cầu trúc khâu DUAY.35: Đáp ứng khâu DTI.26: Function Block - INTEG Hinh 3.27: Cấu trủe mô phỏng một Actuator.29: C4u tric mé phéng duang éng. Diễu khiển mức mước binh thứ khi. Điều khiển bộ hâm nước cấp thấp áp 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ