Điều khiển dự báo đã ra đời cách đây vài thập niên nhưng trong những năm gần đây phát triển mạnh mẽ và có nhiều thành công trong công nghiệp. Điều khiển dự báo theo mô hình (Model Predictive Control MPC) là một trong những kỹ thuật điều khiển tiên tiến được nhiều người ưa chuộng nhất trong công nghiệp, có được điều này là do khả năng triển khai các điều kiện ràng buộc vào thuật toán điều khiển một cách dễ dàng mà ở các phương pháp điều khiển kinh điển khác không có được.
123 trang |
Chia sẻ: vietpd | Lượt xem: 1421 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG CÁN THÉP
LIÊN TỤC
ĐỖ THỊ HƢƠNG
THÁI NGUYÊN 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG CÁN THÉP
LIÊN TỤC
Học viên: Đỗ Thị Hương
Người HD Khoa Học: PGS.TS Lại Khắc Lãi
THÁI NGUYÊN 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG CÁN THÉP
LIÊN TỤC
Học viên: Đỗ Thị Hương
Lớp: CHK10
Chuyên ngành: Tự động hoá
Ngƣời HD Khoa học: PGS.TS Lại Khắc Lãi
Ngày giao đề tài: 05/02/2009
Ngày hoàn thành: 30/07/2009
KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
PGS.TS Lại Khắc Lãi
HỌC VIÊN
Đỗ Thị Hƣơng
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
***
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
---------------o0o---------------
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1-1: Hệ thống điều khiển quá trình
Hình 1-2: Quá trình và phân loại biến quá trình
Hình 1-3: Bình chứa chất lỏng và các biến quá trình
Hình 1.4: Ví dụ thiết bị khuấy trộn đơn giản
Hình 1.5. Phân cấp chức năng điều khiển quá trình
Hình 1.6: Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình
Hình 2.1. Sơ đồ cung cấp khí nén vào lò
Hình 1.7: Các thành phần trong hệ thống điều khiển nhiệt độ
Hình 1.8. Các nhiệm vụ phát triển hệ thống
Hình 1. 9: Diễn dải ý nghĩa nhãn thiết bị và ký hiệu chức năng
Hình 1.10: Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức bình chứa
Hình 1.11: Lưu đồ P&ID cho hệ thống trao đổi nhiệt
Hình 1.12: (a) Sơ đồ khối hệ thống điều khiển dự báo
(b) Chiến lược điều khiển dự báo
Hình 1.13. Thuật toán
Hình 1.14. Cấu trúc cơ bản của MPC
Hình 1.15: Mô hình tổng quát bộ điều khiển dự báo
Hình 1.16: Chiến lược điều khiển RHC
Hình 1.17: Mô hình vào ra (IO)
Hình 1.19: Mô hình đa thức
Hình 1.18: Mô hình IO sử dụng biến trạng thái
Hình 1.20.a
Hình 1.20.b
Hình 1.21: Bộ ước lượng không lệch trong mô hình có nhiễu
Hình 1.22. Điều khiển nhiệt độ của bình
Hình 1.23. Mô hình dự báo Smith dựa trên cấu trúc bộ điều khiển
Hình 1.24. Phạm vi dự báo
Hình 2.2. Sơ đồ cấp dầu FO vào lò
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7
Hình 2.3. Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt
Hình 3.1. Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép
Hình 3.2. Sơ đồ điều khiển nhiệt độ
Hình 3.3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống khi chưa có tín hiệu
Hình 3.4. Sơ đồ mô phỏng điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục dùng bộ
điều khiển dự báo
Hình 3.5. Dữ liệu đầu vào và đầu ra của đối tượng khi nhận dạng
Hình 3.6. Dữ liệu huấn luyện vào / ra của đối tượng, dữ liệu huấn luyện đầu ra của
mạng và sai số
Hình 3.7. Tập dữ liệu kiểm tra
Hình 3.8. Tập dữ liệu chấp nhận
Hình 3.9. Tín hiệu ra của hệ thống khi chưa có nhiễu và điện áp đặt đầu vào là 2v
Hình 3.10. Tín hiệu ra của hệ thống khi chưa có nhiễu và điện áp đặt đầu vào là 4v
Hình 3.11. Tín hiệu ra của hệ thống khi có 1 nhiễu đầu vào và điện áp đặt đầu vào là
2v
Hình 3.12. Tín hiệu ra của hệ thống khi có 1 nhiễu đầu vào và điện áp đặt đầu vào là
4v
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
I. Danh mục các ký hiệu
- e(k) là nhiễu trắng có trung bình bằng zero
- Fi là lưu lượng vào
- Fo là lưu lượng ra
- Go(q): mô hình hệ thống.
- h là mức chất lỏng
- Hp là tầm dự báo
- Hc là tầm điều khiển
- r(k) là tín hiệu tham chiếu của mô hình tại thời điểm k và chính là trạng thái ngõ ra
mong muốn của đối tượng điều khiển
- xss là trạng thái xác lập của hệ thống
- x (k) là trạng thái của hệ thống
-
npnp
1
1 qp...qp1qP
là một đa thức với các cực vòng kín mong muốn.
- q: toán tử dịch chuyển, q-1y(k) = y(k-1)
- y(k) là tín hiệu ngõ ra của hệ thống thực
- yM(k) là ngõ ra của mô hình
- u(k) là tín hiệu điều khiển đối tượng tại thời điểm k
-
xˆ
là trạng thái dự báo
-
yˆ,uˆ
là tín hiệu điều khiển dự báo và ngõ ra dự báo tương lai tương ứng của hệ
thống dựa trên cơ sở mô hình.
-
k
là các thông tin biết trước về hệ thống trong đó bao gồm phân bố nhiễu
- v(k) là các tín hiệu ngõ vào hệ thống
-
kJ ,
Hàm mục tiêu
-
:kzˆ
vector các tín hiệu có thể xác định trong hệ thống
-
:j
ma trận lựa chọn chéo (diagonal selection matrix) với các giá tri zero và 1
trên đường chéo.
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
-
là trọng số trên tín hiệu điều khiển
- Fo(q): mô hình phân bố nhiễu (disturbance).
- Ho(q): mô hình nhiễu (noise).
- u(k): tín hiệu vào.
- do(k): tín hiệu phân bố nhiễu đã biết.
II. Danh mục các chữ viết tắt
1. DCS: hệ thống điều khiển phân tán
2. PCS: ( Process Control System)
3. Model Prediction Control (MPC)
4. Thuật toán MPC (MPC stragegy)
5. Receding horizon control (RHC)
6. Input Output Models (IOM)
7. Direct Input Output models (IO)
8. Increment Input Output models (IIO)
9. Dynamical Matrix Control (DMC)
10. Generalized Predictive Control (GPC)
11. Neural Network (NN)
12. Điều khiển dự báo (ĐKDB)
13. Tagaki-Sugeno (TS)
14. Quadratic Programing (QP)
15. Long-Range Predictive Control (LRPC)
16. Linear programming (LP)
17. Branch and Bound (BB)
18. MIMO
19. SISO
20. Universal Dynamic Approximator_UDA
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI NÓI ĐẦU
Điều khiển dự báo đã ra đời cách đây vài thập niên nhưng trong những năm gần
đây phát triển mạnh mẽ và có nhiều thành công trong công nghiệp. Điều khiển dự
báo theo mô hình (Model Predictive Control MPC) là một trong những kỹ thuật
điều khiển tiên tiến được nhiều người ưa chuộng nhất trong công nghiệp, có được
điều này là do khả năng triển khai các điều kiện ràng buộc vào thuật toán điều khiển
một cách dễ dàng mà ở các phương pháp điều khiển kinh điển khác không có được.
Điều khiển dự báo là chiến lược điều khiển được sử dụng phổ biến nhất trong điều
khiển quá trình vì công thức MPC bao gồm cả điều khiển tối ưu, điều khiển các quá
trình ngẫu nhiên, điều khiển các quá trình có thời gian trễ, điều khiển khi biết trước
quỹ đạo đặt. Một ưu điểm khác của MPC là có thể điều khiển các quá trình có tín
hiệu điều khiển bị chặn, có các điều kiện ràng buộc, nói chung là các quá trình phi
tuyến mà ta thường gặp trong công nghiệp, đặc biệt là quá trình phi tuyến phức tạp.
Việc nghiên cứu và ứng dụng điều khiển dự báo trong công nghiệp luyện kim là
một giải pháp quan trọng, có ý nghĩa thực tiễn, kỹ thuật và kinh tế.
Cùng với sự phát triển của các lĩnh vực khoa học kỹ thuật như điện tử, công
nghệ tin học, công nghệ vật liệu cho phép tạo ra các thiết bị điều khiển có độ chính
xác cao, đáp ứng được các luật điều khiển yêu cầu. Tuy nhiên ngoài thiết bị điều
khiển thì luật điều khiển là một phần rất quan trọng để hệ thống đáp ứng các chỉ tiêu
chất lượng đề ra. Vì thế việc nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết điều khiển thông
minh vào thực tế với mục đích giải phóng sức lao động, tăng năng suất và hạ giá
thành sản phẩm là việc làm cần thiết của mỗi quốc gia trên thế giới.
Một trong những lý thuyết mà các nhà khoa học trên thế giới đang quan tâm
nghiên cứu và ứng dụng vào trong thực tế đó là mạng nơron. Đây là vấn đề khoa
học đã có từ vài thập niên nhưng việc ứng dụng nó vào các ngành khoa học khác
nhau vẫn đang là lĩnh vực khoa học cần quan tâm và nghiên cứu trên thế giới cũng
như ở nước ta.
Với những ý nghĩa trên đây và được sự định hướng của thầy giáo PGS.TS Lại
Khắc Lãi em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục” trong đó sử dụng mạng nơron để
nhận dạng đối tượng .
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình của Thầy giáo PGS.TS Lại Khắc
Lãi và một số đồng nghiệp, đến nay em đã hoàn thành luận văn của mình. Mặc dù
đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian có hạn nên không tránh khỏi một số thiếu
sót nhất định. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn
đồng nghiệp để cho luận văn hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
Trang 1
Lời nói đầu
Lời cam đoan 1
Mục lục 2
Danh sách các kí hiệu, các chữ viết tắt 4
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 6
Mở đầu 8
1.Tính cấp thiết của đề tài 8
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 8
3. Phương pháp nghiên cứu 9
4. Nội dung nghiên cứu 9
Chương 1. Tổng quan về điều khiển quá trình và điều khiển dự báo 10
1.1. Điều khiển quá trình 10
1.1.1. Khái niệm điều khiển quá trình 11
1.1.2. Mục đích và chức năng điều khiển quá trình 16
1.1.3. Phân cấp chức năng điều khiển quá trình 21
1.1.4. Các thành phần cơ bản của hệ thống 25
1.1.5. Các nhiệm vụ phát triển hệ thống 28
1.1.6. Mô tả chức năng hệ thống 32
1.2. Điều khiển dự báo 36
1.2.1. Tổng quan về điều khiển dự báo 38
1.2.2. Mô hình trong điều khiển dự báo 48
1.2.3. Giải bài toán điều khiển dự báo 72
1.2.4. Kết luận 78
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
Chương 2. Tìm hiểu công nghệ nung phôi trong dây truyền cán
thép liên tục
82
2.1. Giới thiệu chung về nhà máy cán thép Lưu Xá 82
2. 2. Công nghệ lò nung cán thép liên tục 83
2.2.1. Sơ lược về lò nung 83
2.2.2. Cấu tạo của lò nung 88
2.2.3. Thiết bị của lò nung 90
2.2.4. Nguyên lý hoạt động của lò nung 97
2.2.5. Hệ thống cung cấp điện và đo lường điều khiển 98
Chương 3. Xây dựng hệ điều khiển dự báo điều khiển nhiệt độ lò
nung .
104
3.1. Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nung 104
3.1.1. Hàm truyền đạt của thiết bị đo nhiệt độ 105
3.1.2. Hàm truyền đạt của bộ chuyển đổi điện áp / dòng điện 106
3.1.3. Hàm truyền đạt của bộ chuyển đổi dòng điện / khí nén 106
3.1.4. Hàm truyền đạt của van dầu 106
3.1.5. Hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh 107
3.2. Xây dựng hệ thống điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò
nung cán thép liên tục.
108
3.3. Mạng nơ ron trong bài toán nhận dạng 108
3.4. Kết quả mô phỏng 109
3.5. Kết luận 115
Tóm tắt luận văn 116
Tài liệu tham khảo 117
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Điều khiển dự báo đã ra đời cách đây vài thập niên nhưng trong những năm gần
đây phát triển mạnh mẽ và có nhiều thành công trong công nghiệp. Điều khiển dự
báo theo mô hình (Model Predictive Control MPC) là một trong những kỹ thuật
điều khiển tiên tiến được nhiều người ưa chuộng nhất trong công nghiệp, có được
điều này là do khả năng triển khai các điều kiện ràng buộc vào thuật toán điều khiển
một cách dễ dàng mà ở các phương pháp điều khiển kinh điển khác không có được.
Điều khiển dự báo là chiến lược điều khiển được sử dụng phổ biến nhất trong điều
khiển quá trình vì công thức MPC bao gồm cả điều khiển tối ưu, điều khiển các quá
trình ngẫu nhiên, điều khiển các quá trình có thời gian trễ, điều khiển khi biết trước
quỹ đạo đặt. Một ưu điểm khác của MPC là có thể điều khiển các quá trình có tín
hiệu điều khiển bị chặn, có các điều kiện ràng buộc, nói chung là các quá trình phi
tuyến mà ta thường gặp trong công nghiệp, đặc biệt là quá trình phi tuyến phức tạp.
Việc nghiên cứu và ứng dụng điều khiển dự báo trong công nghiệp luyện kim là
một giải pháp quan trọng, có ý nghĩa thực tiễn, kỹ thuật và kinh tế.
Xuất phát từ tình hình thực tế trên và nhằm góp phần thiết thực vào công cuộc
CNH - HĐH đất nước nói chung và phát triển ngành tự động hoá nói riêng, trong
khuôn khổ của khoá học Cao học, chuyên ngành Tự động hóa tại trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp Thái Nguyên, được sự tạo điều kiện giúp đỡ của nhà trường,
Khoa Sau Đại học và Phó Giáo Sư - Tiến sĩ Lại Khắc Lãi, tác giả đã lựa chọn đề
tài tốt nghiệp của mình là “Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều
khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục”
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Đề tài có ý nghĩa quan trọng cả về khoa học và thực tiễn
Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, hiện nay nước ta đã và đang xây
dựng nhiều nhà máy cán thép dây truyền công nghệ hiện đại.Tuy nhiên các bộ điều
khiển nhiệt độ trong các lò nung cán liên tục vẫn sử dụng các bộ điều khiển kinh
điển nên chưa kể hết được các yếu tố tác động từ bên ngoài.
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9
Xuất phát từ thực tiễn đó, việc áp dụng bộ điều khiển dự báo để điều khiển
nhiệt độ lò nung liên tục sẽ tiết kiệm được nhiên liệu, nâng cao chất lượng điều
khiển từ đó góp phần nâng cao hiệu suất sản phẩm.
3. Phương pháp nghiên cứu
+ Nghiên cứu lý thuyết để đưa ra các thuật toán điều khiển.
+ Mô hình hoá và mô phỏng để kiệm nghiệm kết quả nghiên cứu.
4. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan lý thuyết điều khiển quá trình và điều khiển dự báo
Chương 2: Tìm hiểu công nghệ nung phôi trong dây chuyền cán thép liên tục .
Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò nung .
Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã cố gắng hạn chế tối đa các khiếm
khuyết, song do trình độ và thời gian còn hạn chế nên luận văn hoàn thành chắc
chắn còn thiếu sót. Tác giả kính mong Hội đồng Khoa học và độc giả bổ sung đóng
góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn!
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐIỂU KHIỂN QUÁ TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO
1.1. Điều khiển quá trình
Hệ thống điều khiển và giám sát là thành phần không thể thiếu trong mỗi nhà
máy công nghiệp hiện đại. Từ những năm nửa đầu thế kỷ trước cho tới nay điều
khiển tự động chiếm vai trò ngày càng quan trọng trong các nghành công nghiệp
khai thác, chế biến và năng lượng (gọi chung là công nghiệp chế biến, process
industry) như dầu khí, lọc dầu, hoá chất, dược phẩm, thực phẩm, nhà máy điện. Các
hệ thống điều khiển và giám sát được sử dụng trong những lĩnh vực đó có một số
đặc thù chung, được xếp vào phạm trù các hệ thống điều khiển quá trình (process
control system, PCS). Một hệ thống điều khiển quá trình chứa đựng trong đó toàn
bộ các giải pháp đo lường, điều khiển, vận hành và giám sát nhằm đảm bảo các yêu
cầu của quá trình và thiết bị công nghệ như chất lượng sản phẩm, sản lượng, hiệu
quả sản xuất, an toàn cho con người, máy móc và môi trường. Hình 1.1 minh hoạ sơ
lược cấu trúc và các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình.
Thiết bị
điều khiển
Đầu vào Đầu ra
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Quá trình công nghệ
Thiết bị
điều khiển Thiết bị đo
Hệ thống vận hành
và giám sát
Tham số Trạng thái
Hình 1-1: Hệ thống điều khiển quá trình
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
Mục đích của chương mở đầu là cung cấp cho người đọc cái nhìn sơ lược về
bản chất và mục đích của điều khiển quá trình, tổng quan và các chức năng và thành
phần cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình.
1.1.1. Khái niệm điều khiển quá trình
Trong nội dung luận văn này, khái niệm điều khiển quá trình được hiểu là ứng
dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá
trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an toàn
cho người, máy móc và môi trường.
Để làm rõ định nghĩa này, những mục tiêu tiếp theo sẽ lần lượt cung cấp một
số khái niệm cơ bản và phân tích những vấn đề đặc thù của điều khiển quá trình.
1.1.1.1. Quá trình và các biến quá trình
Quá trình được định nghĩa là một trình tự các diễn biến vật lý, hoá học hoặc
sinh học, trong đó vật chất, năng lượng được biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ.
Quá trình công nghệ là những quá trình liên quan đến biến đổi, vận chuyển hoặc
lưu trữ vật chất và năng lượng, nằm trong một dây chuyền công nghệ hoặc một nhà
máy sản xuất năng lượng. Một quá trình công nghệ có thể chỉ đơn giản như quá
trình cấp liệu, trao đổi nhiệt, pha chế hỗn hợp nhưng có thể phức tạp hơn như một tổ
hợp lò phản ứng-tháp chưng luyện hoặc một tổ hợp lò hơi-turbin. Quá trình kỹ
thuật là một quá trình với các đại lượng kỹ thuật được đo hoặc được can thiệp. Khi
nói tới một quá trình kỹ thuật, ta hiểu là quá trình công nghệ cùng với các phương
tiện kỹ thuật như thiết bị đo và thiết bị chấp hành. Sự phân biệt giữa hai khái niệm
„quá trình kỹ thuật‟ và „quá trình công nghệ‟ ở đây không phải là vấn đề từ ngữ, mà
chỉ nhằm mục đích thuận tiện cho các nội dung trình bày sau này. Từ nay về sau,
nếu không nhấn mạnh thì khái niệm „„quá trình‟‟ có thể hiểu là „„quá trình công
nghệ ‟ hoặc „quá trình kỹ thuật‟ tuỳ theo ngữ cảnh của người sử dụng.
Trạng thái hoạt động và diễn biến của một quá trình thể hiện qua các biến quá
trình. Khái niệm quá trình cùng với sự phân loại các biến quá trình được minh hoạ
trên hình 1-2. Một biến vào là một đại lượng hoặc điều kiện phản ánh tác động từ
bên ngoài vào quá trình, ví dụ lưu lượng dòng nguyên liệu, nhiệt độ hơi nước cấp
LuËn v¶n th¹c sÜ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
nhiệt, trạng thái đóng mở của