Đề tài Xây dựng giao diện và mô hình hóa mô phỏng hệ điều khiển khói gió nhà máy nhiệt điện Na Dương

LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Xây dựng giao diện và mô hình hóa mô phỏng hệ điều khiển khói gió nhà máy nhiệt điện Na Dương” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. BÙI QUỐC KHÁNH. Các số liệu sử dụng trong quá trình thiết kế đồ án được lấy từ tài liệu tại nhà máy nhiệt điện Na Dương. Trong quá trình thiết kế đồ án, em chỉ sử dụng những tài liệu đã được liệt kê trong phần tài liệu tham khảo. Nếu phát hiện có sử dụng các nguồn tài liệu khác em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Sinh viên Trần Tuấn Anh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, kéo theo tình trạng thiếu điện ngày càng trầm trọng. Với những ưu điểm về nguồn nguyên liệu sẵn có, về thời gian xây dựng nhanh, hàng loạt các nhà máy nhiệt điện đã được xây dựng trong những năm gần đây. Các nhà máy này sử dụng các nguồn nguyên liệu đa dạng như: than, khí gas,… Hiện nay, trong các nhà máy nhiệt điện, mức độ tự động hóa ngày càng được nâng cao. Với việc sử dụng hệ DCS điều khiển cho nhà máy điện, có thể chỉ cần hơn 10 người cho một ca vận hành nhà máy. Các quá trình có thể được giám sát và điều khiển hoàn toàn từ xa tại phòng điều khiển trung tâm. Xuất phát từ thực tế đó, sau thời gian thực tập tại nhà máy Nhiệt điện Na Dương, được tiếp xúc, tìm hiểu quy trình sản xuất nhiệt điện, các quá trình công nghệ và hệ thống điều khiển DCS, em đã xin tiến hành thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài : “Xây dựng giao diện và mô hình hóa mô phỏng hệ điều khiển khói gió nhà máy nhiệt điện Na Dương”. Mục đích của đồ án là xây dựng công cụ đào tạo cho các kĩ sư làm việc trong nhà máy nhiệt điện, giúp quá trình đào tạo được rút ngắn. Các kĩ sư nhà máy có điều kiện thực tập điều khiển các quá trình công nghệ ngay trên phần mềm của hệ thống điều khiển nhà máy, giảm bớt bỡ ngỡ khi đi vào làm việc với hệ thống thực. Với mục đích đó, đồ án được thực hiện bao gồm các nội dung sau: Giới thiệu về nhà máy nhiệt điện Na Dương và công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn sử dụng tại nhà máy. Hệ thống điều khiển nhà máy. Phương pháp mô phỏng. Xây dựng giao diện và mô phỏng hệ thống khói gió. Trong thời gian thiết kế đồ án, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Bùi Quốc Khánh - Giám đốc trung tâm Hitech, KS. Phạm Hồng Sơn – Cán bộ nghiên cứu và các anh chị làm việc tại trung tâm Hitech. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cùng các anh chị ở trung tâm. Do kinh nghiệm hạn chế, giới hạn về mặt thời gian và kiến thức, đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếu thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để đồ án của em được hoàn thiện hơn. CHƯƠNG 1 NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NA DƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY Giới thiệu về nhà máy Công ty nhiệt điện Na Dương đặt tại thị trấn Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn là doanh nghiệp nhà nước hoạch toán phụ thuộc Tập đoàn than – khoáng sản Việt Nam. Nhiệm vụ của công ty là đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành nhà máy nhiệt điện Na Dương và bán điện cho Tổng công ty điện lực Việt Nam. Nhà máy nhiệt điện Na Dương được thành lập theo quyết định số 172/2003/QĐ-BCN, ngày 24 tháng 10 năm 2003 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp. Sau thời gian thi công, chạy thử nghiệm, ngày 01/11/2005, nhà máy chính thức được nghiệm thu và đưa vào vận hành thương mại vào ngày 1/11/2005. Nhà máy sử dụng than khai thác tại mỏ than Na Dương cung cấp cho 2 tổ máy với công suất phát thô mỗi tổ là 55,6MW/1 tổ. Điện sản xuất ra từ nhà máy được hòa vào lưới điện quốc gia theo 3 tuyến: Lạng Sơn 1, Lạng Sơn 2, Tiên Yên (Quảng Ninh), một phần điện sản xuất ra được sử dụng làm điện tự dùng. Thông số kĩ thuật nhà máy Nhà máy gồm 2 tổ máy, với thông số kĩ thuật chính mỗi tổ như sau: Thông số Tuabin - Kiểu Ngưng hơi một thân - Công suất định mức 55,6 MW - Áp lực hơi tại đầu vào 126 kg/cm2 - Nhiệt độ hơi tại đầu vào 5350C - Tốc độ 3000 vòng/phút - Chiều quay Theo chiều kim đồng hồ (nhìn từ phía máy phát). - Số tầng cánh 40 tầng cánh phản lực. - Lượng nước làm mát đi qua bình ngưng là 8100 m3/h với nhiệt độ đầu vào 23¸330C. Turbin gồm 5 cửa trích để gia nhiệt nước ngưng, nước cấp qua các bình gia nhiệt hạ áp, khử khí và các bình gian nhiệt cao áp. Các thông số hơi của các cửa trích: + Cửa trích số 1 27,4 kg/cm2. + Cửa trích số 2 15,4 kg/cm2. + Cửa trích số 3 6,5 kg/cm2. + Cửa trích số 4 2,8 kg/cm2. + Cửa trích số 5 1,0 kg/cm2. + Áp suất hơi thoát 0,09 kg/cm2. Thông số máy phát - Kiểu GTLRI494/58-2. - Công suất toàn phần 65420kVA - Công suất hữu công 55600kW - Điện áp đầu cực Stato 11000V ± 5% - Dòng điện Stato 3434A - Điện áp kích thích (Roto) 290V - Dòng điện kích thích (Roto) 935A - Cấp cách điện F - Số pha 3 - Hệ số công suất (cosF) 0.85 - Tần số (Hz) 50Hz - Tốc độ quay 3000 vòng/phút - Mô men bánh đà 4600kgm2 (giá trị thiết kế) - Số cực 2 - Nhiệt độ khí làm mát 480C - Nhiệt độ nước làm mát 400C - Độ tăng nhiệt độ Stato 77 K do ETD - Độ tăng nhiệt độ Roto 72 K do R - Bộ cấp nhiệt 10.8kW (400V, 3 pha, 50Hz) Thông số kĩ thuật của lò - Kiểu Tầng sôi tuần hoàn, tuần hoàn tự nhiên - Số lượng 02 - Hơi sau hệ thống quá nhiệt + Áp suất + Lưu lượng hơi + Nhiệt độ 130 kg/cm2g 540 0C 205 t/H -Nhiệt độ nước cấp đầu vào Economizer 2300C - Nhiệt độ nước phun giảm ôn 230 0C - Nhiệt ra 141.5 MWth - Áp suất thiết kế 152 kg/cm2g - Nhiệt độ khói ra 1450C - Hệ thống gió lò Cân bằng khói gió Thông số về hơi CÔNG SUẤT BMCR 55.6MW (100%) 41.7MW (75%) 33.36MW (60%) 22.24MW (40%) Lưu lượng hơi chính – t/h 205.0 201.5 151.0 123.0 87.67 Áp suất - kg/cm2G 130.0 129.9 127.7 126.8 125.9 Nhiệt độ - oC 540.0 540.0 540.0 530.0 500.0 Áp suất nước cấp - kg/cm2G 147.5 147.0 139.1 135.7 132.4 Nhiệt độ nước cấp - oC 223.5 222.7 209.5 200.0 184.3 Lưu lượng nước giảm ôn – t/h 9.23 9.10 6.82 5.56 3.95 Áp suất nước giảm ôn - kg/cm2G 150.9 150.4 142.5 139.1 135.8 Nhiệt độ nước giảm ôn - oC 223.5 222.7 209.5 200.0 184.3 Thông số về nhiệt độ CÔNG SUẤT BMCR 55.6MW (100%) 41.7MW (75%) 33.36MW (60%) 22.24MW (40%) KHÓI Nhiệt độ khói ra khỏi lò - oC 880 880 840 805 730 Ra khỏi Cyclone - oC 865 865 815 775 690 Qua bộ quá nhiệt cấp III - oC 670 670 625 595 540 Qua bộ quá nhiệt cấp II - oC 470 470 440 420 400 Sau bộ Economizer - oC 280 275 255 240 220 Sau khi qua bộ sấy khí - oC 145 140 130 125 125 HƠI Trong nồi hơi - oC 337 337 333 331 330 Đầu ra bộ quá nhiệt sơ cấp - oC 420 420 412 405 400 Primary De-Superheater Outlet - oC 400 400 395 390 380 Đầu ra bộ quá nhiệt thứ cấp - oC 480 480 485 480 465 Secondary De-Superheater Outlet - oC 465 465 470 465 445 Đầu ra bộ quá nhiệt cấp III - oC 540 540 540 530 500 NƯỚC CẤP Trước bộ Economizer - oC 223 223 210 200 184 Sau bộ economizer - oC 290 290 275 264 255 GIÓ SƠ CẤP Sau bộ sấy khí - oC 220 215 205 195 185 GIÓ THỨ CẤP Sau bộ sấy khí - oC 220 215 205 195 185 Thông số về lưu lượng mong muốn CÔNG SUẤT BMCR 55.6MW (100%) 41.7MW (75%) 33.36MW (60%) 22.24MW (40%) Nhiên liệu t/h 36.4 35.7 27.5 22.7 16.9 Đá vôi t/h 14.8 13.9 11.2 10.5 9.7 Bụi t/h 23.3 22.5 17.7 15.4 12.6 Gió đốt kNm3/h 181.6 178.3 136.6 112.3 93.6 Thông số về quạt sơ cấp, thứ cấp, quạt khói Quạt gió sơ cấp Nhà chế tạo EBARA HAMADA BLOWER CO.,LTD. Số hiệu thiết bị 1/2HLB10AN001 Nhiệt độ khí vào 27¸37 0C. Độ ẩm 80%. Áp suất đầu vào -50mmAg. Áp suất đầu ra 2200mmAg. Lưu lượng khí vào 2350 m3/phút. Tốc độ 1480 v/phút. Hiệu suất 77,5%. Động cơ 1150kW-4P-50Hz. Dầu bôi trơn gối trục ISO VG32 Nước làm mát gối trục 20l/phút/quạt. Áp lực nước làm mát 4¸5kg/cm2 Nhiệt độ nước làm mát <35 0C Quạt gió thứ cấp Nhà chế tạo EBARA HAMADA BLOWER CO.,LTD Số hiệu thiết bị 1/2HLB20AN001 Nhiệt độ khí vào 27¸37 0C. Độ ẩm 80%. Áp suất đầu vào -50mmAg. Áp suất đầu ra 1250mmAg. Lưu lượng khí vào 1920 m3/phút. Tốc độ 1480 v/phút. Hiệu suất 79,1%. Động cơ 550kW-4P-50Hz. Dầu bôi trơn gối trục ISO VG32 Nước làm mát gối trục 20l/phút/quạt. Áp lực nước làm mát 4 ¸ 5kg/cm2 Nhiệt độ nước làm mát <35 0C Quạt khói Nhà chế tạo EBARA HAMADA BLOWER CO.,LTD. Số thiết bị 1/2HCL10AN001 Nhiệt độ khí vào 145¸1550C. Độ ẩm 0%. Áp suất đầu vào -390mmAg. Áp suất đầu ra 30mmAg. Lưu lượng khí vào 6810 m3/phút. Tốc độ 1480 v/phút. Động cơ 680kW-4P-50Hz. Dầu bôi trơn gối trục ISO VG32 Nước làm mát gối trục 20l/phút/quạt. Áp lực nước làm mát 4 ¸ 5kg/cm2 Nhiệt độ nước làm mát <35 0C QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHIỆT ĐIỆN Hiện nay, nguồn điện năng của nước ta chủ yếu được sản xuất từ 2 nguồn: Thủy điện và nhiệt điện, trong đó công suất phát của thủy điện chiếm tỷ lệ lớn hơn. Tuy nhiên, với tốc độ phát triển ngày nhanh của nền kinh tế nước ta kéo theo tình trạng thiếu điện ngày càng trầm trọng thì việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện là một giải pháp hợp lý. Thời gian xây dựng các nhà máy nhiệt điện nhanh, không ảnh hưởng nhiều tới dân cư khu vực xây dựng nhà máy và hệ thống thủy lợi như các nhà máy thủy điện. Nhà máy nhiệt điện hoạt động trên nguyên lý chuyển đổi từ nhiệt năng có được từ quá trình đốt cháy nhiên liệu sang cơ năng quay của tuabin và từ cơ năng quay chuyển thành điện năng phát lên lưới. Nhiên liệu Đối với nhà máy nhiệt điện Na Dương, sử dụng công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn, nhiên liệu không cần thiết phải nghiền nhỏ. Than sau khi được khai thác từ mỏ sẽ được nghiền thô và vận chuyển vào kho nhiên liệu của nhà máy. Than được các băng tải vận chuyển lên 4 bunker chứa than của nhà máy. Từ 4 bunker này than được cấp vào buồng đốt thông qua các trục vit có tốc độ điều khiển được. Trong trường hợp khởi động hay nhiệt độ buồng đốt quá thập, hệ thống khởi động các vòi đốt dầu sử dụng dầu nặng FO (Startup burner). Dầu FO được mua về nhà máy, cất giữ trong 2 tank dầu, từ các tank này dầu FO được đưa qua hệ thống sấy điện, hệ thống sấy hơi trước khi được cấp vào lò. Không khí Không khí được cấp vào buồng đốt thông qua 2 hệ thống: Hệ thống gió sơ cấp (PA) và hệ thống gió thứ cấp (SA). Các hệ thống gió này sử dụng quạt ly tâm đề hút gió từ môi trường cho qua 2 hệ thống sấy: Hệ thống sấy sử dụng hơi và hệ thống sấy sử dụng khói lò. Mục đích chính của gió sơ cấp là tạo tầng, của gió thứ cấp là thực hiện quá trình đốt cháy hoàn toàn. Quá trình cháy Hệ thống gió sơ cấp đưa vào hộp gió, từ đây gió sơ cấp được đưa vào phần đáy của lò nhờ các vòi phun dạng mũi tên. Gió sơ cấp từ hộp gió sẽ thổi hỗn hợp các hạt rắn trong lò bay lên, ở trạng thái lơ lửng. Hỗn hợp rắn sẽ bị đốt cháy ở trạng thái này bởi gió thứ cấp và một phần sơ cấp. Hỗn hợp này sau khi cháy được sẽ được hút ra ngoài nhờ một quạt hút đặt ở sau hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Khi ra khỏi buồng đốt, do sự đổi hướng của dòng khí, các hạt nặng (Bao gồm: than chưa cháy hết, đá vôi chưa phản ứng) sẽ bị rơi xuống, được hệ thống quạt cao áp thổi trở lại lò. Phần còn lại của luồng khói được hút qua phần đuôi lò. Trong phần đuôi lò, khói có nhiệt độ cao lần lượt đi qua, thực hiện trao đổi nhiệt với các hệ thống quá nhiệt cấp I, cấp III, qua hệ thống hâm nước, hệ thống sấy khí. Khi ra khỏi hệ thống sấy khí, khói được đưa qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện trước khi được quạt hút hút ra ngoài qua ống khói nhà máy. Chu trình nhiệt trong nhà máy Nước từ bao hơi đi xuống các đường ống được bố trí xung quanh thành lò, nước sẽ nhận nhiệt năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò và trở thành hỗn hợp hơi nước, hỗn hợp này đưa trở trở lại bao hơi. Từ bao hơi, hơi nước bão hòa được dẫn qua bộ lọc khô và bộ điều chỉnh hơi quá nhiệt để đảm bảo nhiệt độ, áp suất trước khi được đưa vào turbin cao áp để sinh công. Sau khi đã sinh công từ turbin, hơi được đưa xuống bình ngưng để ngưng trở lại thành nước. Bình ngưng có hệ thống nước làm mát tuần hoàn, và hệ thống hút chân không làm cho hơi nước được ngưng tụ nhanh chóng. Sau đó nước từ bình ngưng sẽ được một hệ thống bơm ngưng bơm tới các bình khử khí để khử hết các bọt khí có lẫn trong nước. Nước cấp được đưa qua các bình gia nhiệt hạ áp (LP Heater). Nước trong các bình này sẽ được gia nhiệt nhờ hơi trích từ turbin hạ áp. Sau khi rời khỏi hệ thống gia nhiệt hạ áp, nước tiếp tục được đưa tới các bình gia nhiệt cao áp (HP Heater) để gia nhiệt bởi hơi chích ra từ turbin cao áp. Sau đó, nước được đưa qua hệ thống hâm nước đặt tại đuôi lò trước khi đưa vào bao hơi. LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN Điểm khác biệt ở nhà máy nhiệt điện Na Dương là hệ thống buồng đốt. Do đặc điểm về nhiên liệu là than khai thác tại mỏ Na Dương có tỉ lệ lưu huỳnh cao, nhà máy bắt buộc phải sử dụng hệ thống lò hơi tầng sôi tuần hoàn. Về hoạt động, hệ thống lò hơi này có hầu như khác so với các hệ thống sử dụng than nghiền: về quá trình cháy, về quá trình xử lý nhiên liệu, các hệ thống gió,… Do đó, các vấn đề về điều khiển với nhà máy cũng thay đổi, không giống các nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam, như: Nhiệt điện Phả Lại, Nhiệt điện Uông Bí, … Giới thiệu về lò hơi Lò hơi đầu tiên được phát minh bởi Alexandria, thế kỉ đầu sau Công nguyên, tuy nhiên, lò hơi của ông chỉ được sử dụng làm trò chơi. Phải tới năm 1986, lò hơi mới được đưa vào ứng dụng bởi Thomas Savery, ông được cấp bằng sáng chế với máy bơm nước vận hành bằng hơi nước được cấp từ một lò hơi. Từ đó đến nay, lò hơi được phát triển và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, sử dụng với nhiều mục đích, như: sử dụng trong các đầu máy tàu hỏa, trong hệ thống sưởi, trong các tàu thủy, trong các nhà máy nhiệt điện … Trong mọi ứng dụng, lò hơi luôn phải đảm bảo hai nhiệm vụ: Thứ nhất, chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu như: than đá, dầu mỏ, khí đốt, v.v…trong buồng đốt thành nhiệt năng; Thứ hai, truyền nhiệt năng sinh ra cho các chất tải nhiệt hoặc môi chất (thông thường là nước) để đưa chúng từ thể lỏng có nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ sôi, biến thành hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt. Để đảm bảo thực hiện được các nhiệm vụ đó, thông thường lò hơi thường được cấu tạo gồm các hệ thống chính sau: Hệ thống cung cấp nhiên liệu Hệ thống cung cấp không khí và xử lý sản phẩm cháy Hệ thống cung cấp và xử lý nước Hệ thống đo lường điều khiển Hệ thống an toàn Hệ thống lò: tường lò, cách nhiệt, v.v… Tùy theo từng loại lò mà mỗi hệ thống trên có cấu tạo và chức năng khác nhau Phân loại lò hơi Tùy theo mục đích sử dụng mà cấu tạo lò hơi có thể rất khác nhau Theo chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa (theo phương pháp đốt) có các loại: lò ghi thủ công (ghi cố định), lò ghi nửa cơ khí và lò ghi cơ khí; lò phun đốt nhiên liệu lỏng hay khí, đốt bột than, thải xỉ lỏng hay thải xỉ khô; lò đốt có buồng xoáy; lò tầng sôi. Theo chế độ tuần hoàn của nước gồm các loại: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức có bội số tuần hoàn lớn hoặc lò trực lưu. Theo lịch sử phát triển lò hơi có các loại: kiểu bình, ống lò, ống lửa, ống nước. Theo thông số hay công suất của lò có các loại lò hơi công suất thấp, trung bình, cao, siêu cao,… Theo công dụng có lò hơi tĩnh, lò hơi nửa di động và di động, lò hơi công nghiệp, lò hơi cho phát điện. Tuy nhiên, đứng về quan điểm điều khiển ở đây sẽ phân loại theo phương pháp đốt. Lò hơi sử dụng bộ cấp liệu Lò hơi sử dụng bộ phận cấp liệu cấp nhiên liệu rắn vào ghi cố định, gió được cấp vào ở tốc độ thấp để thực hiện quá trình cháy Ưu điểm của lò hơi sử dụng bộ cấp liệu là khả năng đáp ứng nhanh sự thay đổi của tải và sử dụng nhiều loại nhiên liệu rắn, không yêu cầu cao về mặt chất lượng. Nhược điểm của lò hơi loại này là sự hạn chế về công suất do phải đáp ứng quá trình điều khiển không khí và hòa trộn kim loại trên một ghi cố định sao cho thực hiện tối ưu quá trình cháy. Bên cạnh đó lò sử dụng một bộ cấp than bằng kim loại hoạt động ở điều kiện nhiệt độ cao nên vấn đề vận hành và bảo dưỡng rất phức tạp. Lò hơi có buồng đốt kiểu than phun Trong hoạt động của buồng đốt kiểu này, nhiên liệu được nghiền thành các hạt nhỏ mịn, sau đó được hòa trộn với gió sơ cấp và thổi vào trong buồng đốt, quá trình đốt xảy ra trạng thái lơ lửng. Đứng về quan điểm điều khiển, quá trình cháy của của lò hơi loại này tương tự như khi đốt nhiên liệu lỏng hoặc khí gas. Ưu điểm của lò hơi loại này là đáp ứng nhanh sự thay đổi của tải; hiệu suất nhiệt cao; có khả năng đốt một nhiệt năng lớn trong một không giản nhỏ và yêu cầu ít công nhân vận hành Nhược điểm của lò hơi sử dụng than phun là tỉ lệ khí/nhiên liệu phải được kiểm soát chặt chẽ để tránh xảy ra thừa nhiên liệu dễ dẫn đến phá hủy lò; có yêu cầu cao về mặt nguyên liệu, nếu than có hàm lượng chất dễ bay hơi thấp, hàm lượng tro và độ ẩm cao thì việc sử dụng loại lò hơi này là không kinh tế; lò hơi loại này tiêu tốn nhiều năng lượng vì phải sử dụng bộ phận nghiền than. Lò hơi có buồng lửa xoáy Nhiên liệu được nghiền và hòa trộn với không khí tạo ra hỗn hợp cháy có khả năng phát nhiệt rất cao. Với nhiên liệu như vậy trong buồng đốt sẽ xảy ra quá trình cháy ở nhiệt độ cao lên tới 14000C, hiệu suất nhiệt lớn. Tro bị nóng cháy và liên tục đưa ra ngoài ở trạng thái lỏng. Ưu điểm của buồng lửa kiểu xoáy là giảm lượng tro bay trong khói thải; giảm điện năng tiêu thụ cho máy nghiền vì không yêu cầu cao về chất lượng nghiền; giảm kích thước buồng đốt; tăng hiệu suất cháy do nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn. Nhược điểm của buồng đốt kiểu này là khi thay đổi phụ tải sẽ phải khởi động hoặc dừng một hoặc một số vòi phun; yêu cầu cao về hàm lượng hóa học và điểm nóng chảy của tro; chi phí bảo trì cao; hàm lượng oxit nitro trong khí thải lớn do lò hoạt động ở nhiệt độ cao. Lò sôi tầng sôi tuần hoàn Nhiên liệu đã nghiền và đá vôi được đưa vào trong buồng đốt. Gió sơ cấp từ đáy của buồng đốt qua các vòi phun vào trong buồng đốt, với vận tốc gió sơ cấp nhất định các hạt rắn này sẽ bị thổi bay lên, ở trạng thái lơ lửng và sẽ thực hiện quá trình cháy ở trạng thái này. Gió thứ cấp được đưa vào để quá trình cháy diễn ra hoàn toàn. Sản phẩm cháy sẽ bay khỏi buồng đốt sang buồng phân ly. Tại đây các hạt nhỏ (tro bay) sẽ được hút ra ngoài qua đường ống khói, các hạt to sẽ được đưa lại buồng đốt tiếp tục thực hiện quá trình cháy. Xỉ được thải ra ngoài qua hệ thống thải xỉ ở đáy của buồng đốt. Trong quá trình đốt cháy này có sự tuần hoàn của nhiên liệu, sự tuần hoàn này giúp thời gian lưu lại của các hạt được kéo dài tùy theo kích thước hạt, kết quả sẽ làm hiệu suất của lò tăng. Ưu điểm hiệu suất của lò cao hơn các loại lò khác: Nhờ quá trình tuần hoàn nhiên liệu cháy trở lại buồng đốt, nhiên liệu sẽ bị đốt cháy hoàn toàn. Lò cho phép hoạt động với phạm vi điều chỉnh tải lớn mà không cần phải khởi động hay dừng các vòi đốt, các thiết bị phụ. Hệ thống lò hơi tầng sôi tuân hoàn Khái niệm tầng sôi Công nghệ tầng sôi là một công nghệ đốt được phát triển từ công nghệ đốt trên ghi cố định. Gió sơ cấp được thổi từ dưới ghi lên. Khi tốc độ gió đủ lớn sẽ tạo ra một lực cuốn thắng được trọng lực của hạt và khi đó các hạt sẽ bắt đầu dịch chuyển lên trên tạo ra một lớp hạt lơ lửng giống như một lớp chất lỏng. Các chế độ tương tác giữa khí và hạt phụ thuộc vào tốc độ gió cấp vào bao gồm: lớp cố định, giả lỏng đồng đều, sôi bọt, sôi dạng pittông (slugging), sôi rối, sôi chèn (choking) và sôi tuần hoàn (circulating). Hiện nay có 2 loại lò hơi tầng sôi, là: lò hơi tầng sôi bọt (Bubbing Bed Fuidized Boiler – BBFB) và lò hơi tầng sôi tuần hoàn (Circulating Bed Fuildized Boiler – CFBB). Hoạt động của lò hơi tầng sôi tuần hoàn Hệ thống lò hơi này bao gồm một buồng đốt trong đó nhiên liệu, đá vôi và tro được gió sơ cấp thổi lên ở trạng thái lơ lửng tạo thành lớp đệm giống như đang sôi. Dòng không khí chảy rối này mang các hạt rắn (nhiên liệu, đá vôi và tro) bay theo trong khi đang cháy cho tới trần của buồng lửa. Nhiên liệu được cấp vào và thực hiện quá trình cháy, cấp nhiệt cho lớp sôi. Quá trình cháy được phân đoạn theo các chiều cao khác nhau trong buồng lửa tuỳ theo vị trí đưa gió sơ cấp và thứ cấp vào buồng đốt. Nhiệt từ lớp đệm đang cháy được truyền tới nước bên trong các ống nước lên được bố trí thành một màng xung quanh tường, trần và đáy buồng lửa. Khói nóng mang theo các hạt rắn, nhiên liệu và tro bay rời khỏi buồng đốt ở phía trên đỉnh buồng đốt và đi vào một thiết bị phân tách. Thiết bị phân tách này phân tách các hạt có kích thước lớn ra khỏi dòng khói. Các tấm chắn làm nhiệm vụ hướng các hạt rắn gồm các hạt nhiên liệu chưa cháy hết và các hạt đá vôi chưa phản ứng quay trở lại buồng đốt và hỗn hợp với nhiên liệu và đá vôi mới được cấp vào lò. Phần dưới của buồng đốt gồm một mạng lưới phân phối không khí được làm mát bằng nước và một hệ thống thải xỉ đáy lò. Các ống phun không khí của sàn lò lấy không khí từ một hộp gió đặt ở dưới sàn và phun không khí vào trong buồng đốt. Trong khu vực xảy ra sự thay đổi hướng dòng khói của vòng tuần hoàn nóng, các ống nhận nhiệt được bảo vệ bởi một lớp vật liệu chống mài mòn. Các ống phun không khí thứ cấp được bố trí ở các độ cao khác nhau để phù hợp với sự phân vùng quá trình cháy theo chiều cao buồng lửa. Không khí sơ cấp đi vào hộp gió ở dưới sàn lò và cung cấp dòng không khí cho việc tạo lớp sôi và cho chính quá trình cháy nhiên liệu. Bao hơi Bộ phân ly bụi Vùng đối lưu Các bộ quá nhiệt Bộ hâm nước Các bộ sấy không khí Buồng đốt Ống xuống Buồng thải xỉ được làm mát Hình 1.3: Hệ thống lò hơi tầng sôi tuần hoàn Dòng không khí sơ cấp, sau khi được cấp vào lò, hình thành dòng chảy rối của hỗn hợp không khí và các hạt rắn. Nhờ vậy, các hạt nhiên liệu và đá vôi khi được cấp vào lò sẽ được hòa trộn đều với vật liệu đang cháy, quá trình cháy và hấp thụ lưu huỳnh sẽ tốt hơn. Mật độ hạt rắn trong lớp sôi thay đổi dọc theo chiều cao buồng đốt từ lớn nhất ở phía đáy buồng đốt nơi mà nhiên liệu và đá vôi được đưa vào và hoà trộn với nhau cho tới nhỏ nhất ở phía trên cùng. Không khí thứ cấp được đưa vào trong buồng đốt ở phía trên các vòi phun gió sơ cấp để trợ giúp cho lớp sôi được tuần hoàn và cháy tiếp, cung cấp tiếp không khí cho các lớp sôi phía trên để giảm NOx, dùng để điều chỉnh hệ số không khí thừa và để điều chỉnh nhiệt độ cháy trong buồng đốt. Khói nóng và các hạt nhỏ của lớp sôi (tro bay) được hút ra khỏi bộ phân tách và đi qua bộ quá nhiệt, bộ hâm nước. Phần đuôi lò loại này giống như phần đuôi lò của các lò hơi đốt bột than khác và cũng có thêm bộ thổi bụi và thải tro bụi. Từ phần trao đổi nhiệt đối lưu phía đuôi lò, khói được dẫn qua bộ sấy không khí kiểu quay để gia nhiệt cho không khí trước khi được cấp vào buồng đốt và cuối cùng khói được dẫn qua bộ lọc bụi kiểu tĩnh điện và thoát ra ống khói qua các quạt hút. Các vòi đốt khởi động ở phía dưới của buồng lửa trước hết là để cấp nhiệt vào để cung cấp cho lớp sôi trong buồng đốt đạt đến nhiệt độ bắt lửa của các hạt than. Các vòi phun khởi động cũng trợ giúp việc duy trì năng suất hơi của lò trong trường hợp cấp nhiên liệu bị ngừng hoặc bị lỗi. Nhiên liệu được cấp vào lò hơi để cháy và sinh nhiệt cấp cho nước biến thành hơi. Nhiên liệu được đưa vào lò hơi qua 4 vị trí khác nhau ở tường trước. Mỗi một vị trí cấp nhiên liệu đều có các máy cấp than kiểu băng tải lợi dụng trọng lượng của chính nhiên liệu Bột đá vôi được cấp vào buồng đốt ở 7 vị trí, 4 vị trí ở trên tường trước và 3 ở trên tường sau. Máy cấp bột đá vôi kiểu van có tốc độ quay thay đổi được sẽ dùng để điều chỉnh lượng bột đá vôi được phun vào buồng đốt. Lượng đá vôi cần thiết tuỳ thuộc vào loại nhiên liệu và loại đá vôi. Các hạt trong lớp đệm (tro phía đáy) được thải ra ngoài bởi hai đường thải tro xỉ được gắn ở bên cạnh buồng lửa. Hai đường thải tro xỉ này đều có bộ phận điều chỉnh lượng tro xỉ được thải ra (có làm mát) để duy trì một lượng vật chất luôn luôn hợp lý trong lớp đệm. Thiết bị này làm lạnh xỉ ở đáy lò nên nó có thể được điều chỉnh bằng tay và có thể được tháo rời ra khỏi lò hơi. Một hệ thống thổi bụi cũng được bố trí trong phần trao đổi nhiệt đối lưu ở phần đuôi lò để thải tro bay bám vào các bề mặt trao đổi nhiệt phía đuôi lò. Một bộ lọc bụi tĩnh điện lọc các hạt bụi nhỏ ra khỏi dòng khói trước khi nó được quạt hút thải ra ngoài ống khói. Các hệ thống chính của lò hơi tầng sôi tuần hoàn Hệ thống gió sơ cấp Hệ thống gió sơ cấp bao gồm một bộ giảm âm gắn với quạt gió sơ cấp PAF, một bộ tiền sấy khí sơ cấp kiểu ống xoắn sử dụng hơi và hệ thống sấy khí sơ cấp 1GAH kiểu dàn ống sử dụng nhiệt lượng của khói lò trước khi đưa ra môi trường (Hệ thống sấy chính). Hình 1.4: Hệ thống gió sơ cấp Khói ra Gió sơ cấp ra Khói vào Gió sơ cấp vào Hình 1.5: Hệ thống sấy khí sơ cấp 1GAH Không khí trong môi trường xung quanh bị quạt gió sơ cấp hút vào thông qua bộ giảm thanh (Silencer). Sau khi rời quạt, gió sơ cấp được đưa qua hệ thống tiền sấy khí sử dụng hơi. Mục đích của hệ thống này là nâng nhiệt độ của gió lên trên nhiệt độ đọng sương của axit Sulfuric. Nếu hệ thống này không hoạt động, khi gió sơ cấp đi vào hệ thống sấy khí sơ cấp đặt trong phần đuôi lò sẽ làm nhiệt độ khói thải thấp hơn nhiệt độ ngưng đọng axit sulfuric có trong sản phẩm cháy, làm oxi hóa phần đuôi lò. Sau khi qua hệ thống tiền sấy khí, gió sơ cấp được đưa vào hệ thống sấy khí đặt trong đuôi lò. Hệ thống này thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa khói lò và gió sơ cấp, gió sơ cấp sẽ được nâng nhiệt độ lên khoảng 2200C. Sau khi được sấy, gió sơ cấp sẽ được phân phối cho: Windbox, hệ thống gió chèn tường (Front Wall Seal Air), đưa tới bộ thải xỉ tro (Stripper Cooler) và sử dụng cho hệ thống vít cấp than. Trong đó lưu lượng gió cấp cho Windbox chiếm tỉ lệ lớn nhất (95%). Tại Windbox đặt ở đáy buồng đốt, gió được đưa vào buồng đốt qua các vòi phun có dạng mũi tên. Gió sơ cấp từ các vòi phun này sẽ tạo thành dòng khí có tốc độ cao, cuốn theo các hạt nhiên liệu và sản phẩm cháy dở có trên ghi lò bay lên tạo thành trạng thái giống như trạng thái sôi. Hệ thống gió thứ cấp Hình 1.6: Hệ thống gió thứ cấp Hệ thống gió thứ cấp được sử dụng để: đưa vào buồng đốt qua các vòi phun đặt ở phía trên các vòi gió sơ cấp, thực hiện quá trình cháy trong lò, đảm bảo quá trình cháy trong lò, đưa nhiệt độ lò tới nhiệt độ thực hiện được quá trình hấp thụ lưu huỳnh; cung cấp không khí cho quá trình cháy của các vòi phun khởi động trong quá trình khởi động và cấp cho hệ thống cấp than, sử dụng làm khí chèn trong hệ thống cấp than. Gió thứ cấp chiếm từ 30 – 40% tổng lượng gió cấp vào lò. Giống như hệ thống gió sơ cấp, hệ thống gió thứ cấp cũng bao gồm một bộ phận hút giảm thanh đặt tại đầu vào của của quạt hút thứ cấp SAF, một hệ thống tiền sấy khí dạng ống xoắn sử dụng hơi và hệ thống sấy khí thứ cấp đặt tại phần đuôi lò. Không khí bên ngoài bị quạt hút vào hệ thống gió thứ cấp qua bộ giảm thanh. Sau khi qua bơm, gió thứ cấp được đưa qua hệ thống tiền sấy khí sử dụng hơi và hệ thống sấy chính đặt ở đuôi lò. Đi qua hệ thống này, nhiệt độ của khí thứ cấp khoảng 2200C. Sau đó, gió thứ cấp được đưa vào buồng đốt tại rất nhiều vị trí xung quanh buồng đốt. Việc điều chỉnh lượng gió thứ cấp sẽ được thực hiện tại mỗi vị trí đưa vào lò nhằm mục đích: Đảm bảo quá trình cháy xảy ra hoàn toàn tại các vị trí, tránh xảy ra hiện tượng nhiệt độ cao cục bộ, dẫn tới hình thành NOx; Thực hiện việc cắt giảm gió thứ cấp khi xảy ra hiện tượng thừa không khí trong khói thải và hiệu chỉnh để lò đạt hiệu suất cao nhất. Khi hoạt động ở chế độ tự động, quạt gió thứ cấp sẽ chạy theo chế độ điều chỉnh áp suất theo thông số áp suất đo từ bộ đo áp suất đặt tại đầu ra của của hệ thống sấy khí thứ cấp chính. Như vậy, áp suất ra sẽ luôn được giữ ở giá trị đặt ngay cả khi lưu lượng qua bơm thay đổi. Ví dụ, khi lưu lượng đầu ra tăng, áp suất đo được gửi về bộ điều khiển sẽ giảm, bộ điều khiển sẽ thay đổi tín hiệu điều khiển để đảm bảo áp suất đầu ra tăng lên. Hình 1.7: Hệ thống xử lý khói Trong quá trình hoạt động bình thường, lưu lượng gió thứ cấp sẽ được điều chỉnh bởi hệ DCS để đảm bảo tỉ lệ giữa gió sơ cấp và gió thứ cấp, việc đảm bảo tỉ lệ này rất quan trọng vì khi tỉ lệ này thay đổi sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ tầng. Việc điều chỉnh gió thứ cấp còn sử dụng với mục đích thay đổi lượng không khí thừa trong khói thải thông qua tín hiệu từ bộ phân tích khói thải đặt ở phần đuôi lò. Hệ thống khói Sản phẩm của quá trình cháy bao gồm cả những hạt than cháy dở, hạt đá vôi chưa phản ứng được gió sơ cấp thổi lên đến đỉnh lò và được hút qua bộ phân li nhờ quạt hút (IDF). Ở điều kiện hoạt động bình thường, nhiệt độ trong buồng đốt vào khoảng 800 – 9300C và áp suất suất khoảng -10mmH2O. Khi khói thải đi vào đầu vào bộ phân li, xảy ra một sự đổi hướng dòng chảy làm cho các hạt nặng (than chưa cháy hết và đá vôi chưa phản ứng) bị tách ra khỏi dòng hỗn hợp, rơi xuống bộ phân li và được đưa trở lại lò ở đáy bộ phân li nhờ hệ thống quạt cao áp. Phần còn lại của hỗn hợp (tro bay) sẽ ra khỏi bộ phân ly đi vào phần đối lưu của lò. Khói nóng sẽ lần lượt đi qua các hệ thống quá nhiệt, hệ thống hâm nước và hệ thống sấy khí. Sau khi thực hiện trao đổi nhiệt tại các hệ thống này, nhiệt độ của khói còn khoảng 145 0C, khói tiếp tục được đưa vào hệ thống lọc bụi tĩnh điện (EP). Tại hệ thống lọc bụi tĩnh điện tro bay sẽ được tách ra khỏi dòng khói thải. Khói thải đi qua van cánh hướng, quạt hút và được đưa đưa ra ngoài qua ống khói nhà máy. Hệ thống cấp than Kho than a Kho than b M¸y c©n than (C) VÝt cÊp than (D) Buång löa T­êng tr­íc VÝt cÊp than (A) VÝt cÊp than (B) VÝt cÊp than (C) M¸y c©n than (A) M¸y c©n than (B) M¸y c©n than (D) Hình 1.8: Hệ thống xử lý than Hệ thống cấp than bao gồm các bunker chứa than, các cân băng định lượng và các trục vít cấp than. Các cân băng định lượng có tốc độ điều chỉnh được đặt ngay dưới các bunker, lượng than đưa vào lò được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh tốc độ của hệ thống băng tải này. Sau khi ra khỏi hệ thống cân băng định lượng, than đi vào các máng trượt, rồi qua các vit cấp than, đưa vào lò. Lượng than cấp vào lò được điều chỉnh tùy thuộc vào áp suất hơi chính và lượng nhiên liệu chưa cháy hết trong lò. Hệ thống cấp đá vôi Đá vôi được nghiền mịn, sau đó được thổi vào lò nhờ một quạt cao áp. Bột đá vôi được thổi vào lò từ nhiều vị trí ( khoảng 7-8 vị trí) cả ở tường trước và tường sau của lò. Hệ thống đá vôi sử dụng van quay có tốc độ điều chỉnh được. Tốc độ này thay đổi kéo theo lượng đá vôi cấp vào buồng đốt thay đổi tùy thuộc vào chất lượng đá vôi và chất lượng than. Quạt cao áp Van quay Hình 1.9: Hệ thống xử lý đá vôi Hệ thống thải xỉ Hệ thống thải xỉ bao gồm thải xỉ đáy và tro bay được thực hiện bởi hai hệ thống: hệ thống thải xỉ đáy và hệ thống thải xỉ Stripper Cooler. Hệ thống thải xỉ đáy: Hệ thống này liên tục thải xỉ ra ngoài, sản phẩm chủ yếu là tro, CaSO4 và bột đá vôi chưa phản ứng cộng thêm một lượng nhỏ than chưa cháy hết với một số tạp chất khác (các mạt sắt, quặng, v.v) ở nhiệt độ cao, khoảng từ 760 – 900 0C. Tro xỉ được thải liên tục ra ngoài qua các cạnh tường phía đáy lò xuống hố thải xỉ được làm mát và được gắn ở các cạnh tường buồng đốt. Từ mỗi cửa xả, tro xỉ đi vào một hố thải xỉ để được làm lạnh tới 260 0C. Tro xỉ đã được làm lạnh được thải ra ngoài qua hệ thống thải tro xỉ. Hệ thống thải tro Stripper Cooler: được đặt ở hai bên của buồng đốt. Do sự xuất nhiệt đột ngột của các luồng không khí áp xuất cao, tro bay bị dẫn vào trong buồng làm mát theo một đường như trên hình vẽ. Khi lượng tro trong khoang này đến một mức nhất định, quá trình làm mát sẽ xảy ra. Sau đó van quay sẽ hoạt động để đưa bớt lượng tro ra ngoài. Chu kì mới sẽ bắt đầu khi cần điều chỉnh lượng chất đệm trong buồng đốt. Hình 1.11: Hệ thống thải xỉ tro bay Hình 1.10: Hệ thống thải xỉ đáy lò Buång th¶i xØ ®­îc lµm m¸t Hè th¶i xØ ®¸y lß Thïng chøa xØ ®¸y lß Héc giã Buång ®èt Buång th¶i xØ ®­îc lµm m¸t Hè th¶i xØ ®¸y lß CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN Các hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển là một hệ thống thiết bị dùng để quản lý, điều khiển, hoặc điều chỉnh thiết bị hoặc hệ thống khác. Sự đa dạng của các hệ thống điều khiển phát triển cùng với yêu cầu mở rộng lĩnh vực sản xuất và yêu cầu về chất lượng điều khiển. Các hệ thống điều khiển tập trung truyền thống được chia thành 2 loại: hệ thống nối tiếp và hệ hệ song song. S1 CHTH1 S2 CHTH2 Sn CHTHn Điều khiển các đối tượng MUX Xử lý tín hiệu Hiện thị Bộ điều khiển CHTH : Chuẩn hóa tín hiệu S : Các sensor Hình 2.1: Hệ thống nối tiếp Trong các hệ thống điều khiển theo phương án tập trung, mọi quá trình tính toán, các thuật toán điều khiển được thực hiện trên một hệ vi xử lý trung tâm. Ưu điểm của phương án điều khiển tập trung là hệ cơ sở dữ liệu của quá trình thống nhất, tập trung do đó có thể thống nhất quá trình điều khiển cho cả công nghệ, ngoài ra hệ còn có một ưu điểm là tốc độ đáp ứng của nhanh. Tuy nhiên, hệ điều khiển tập trung tỏ ra không còn phù hợp với các quá trình sản xuất phức tạp, khi khối lượng tính toán lớn và không còn có yêu cầu cao về thời gian đáp ứng, việc xây dựng hệ vi xử lý đáp ứng khối lượng tính toán này gần như không thể thực hiện được. Một nhược điểm khác của hệ điều khiển tập trung là các thông số đo lường phải tập trung về hệ điều khiển trung tâm dẫn tới số lượng dây dẫn rất lớn, làm tăng chi phí, khó khăn trong quá trình xây dựng, bảo trì, bảo dưỡng. Cảm biến 1 Đo lường 1 Đo lường 2 Đo lường n Người ĐK Hiển thị Bộ điều khiển Điều khiển các đối tượng Cảm biến 2 Cảm biến n Hình 2.2: Hệ thống song song Hình 2.3 Mô hình cấu trúc hệ điều khiển tập trung Để đáp ứng các quá trình công nghệ phức tạp, phương án đưa ra là sử dụng hệ điều khiển phân tán. Trong hệ điều khiển phân tán, các quá trình tính toán điều khiển là quá trình tính toán phân tán. Có nghĩa là quá trình tính toán điều khiển được thực hiện trên nhiều hệ vi xử lý, nhưng vẫn đảm bảo tính thống nhất về điều khiển và dữ liệu. Với cơ sở dữ liệu thống nhất và được chia sẻ giữa các thiết bị, hệ điều khiển phân tán vẫn có thể thực hiện được các thuật toán điều khiển thực hiện trên hệ điều khiển tập trung, thậm trí còn sử dụng được các thuật toán phức tạp hơn do không bị giới hạn về khả năng xử lý. Như vậy, hệ thống điều khiển phân tán là một hệ thống điều khiển có hệ dữ liệu thống nhất nhưng chức năng điều khiển thay vì tập trung vào một thiết bị sẽ được thực hiện trên nhiều thiết bị ở các cấp điều khiển khác nhau. Ưu điểm của hệ thống điều khiển là hiệu suất cũng như độ tin cậy tổng thể của hệ thống cao nhờ sự phân tán chức năng điều khiển. Độ linh hoạt của hệ thống cao, thể hiện ở khả năng mở rộng hệ thống, thay thế thiết bị, và nâng cấp các phần mềm ứng dụng. Cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán Hệ thống điều khiển phân tán được viết tắt từ Distributed Control System (DCS). Hệ thống điều khiển phân tán là một giải pháp tổng thể cả phần cứng và phần mềm cho toàn quá trình công nghệ được phát triển từ các ứng dụng của ngành công nghiệp hóa chất. Hệ thống DCS thường được phát triển theo hướng mở, khả năng tích hợp cao kể cả hệ thống PLC. Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự, các chuỗi quá trình phức tạp, khả năng tích hợp dễ dàng. Các hệ thống DCS ngày nay thường bao gồm các bộ điều khiển, mạng truyền thông và phần mềm hệ thống tích hợp. Các hệ thống DCS có thể quản lý từ vài nghìn đến hàng chục nghìn điểm vào/ra. Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm, hệ DCS cho phép điều chỉnh đồng thời nhiều vòng điều khiển, điều khiển nhiều tầng và áp dụng các thuật toán điều khiển hiện đại. Hình 2.4: Sơ đồ phân cấp hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất Hình 2.5: Mô hình cấu trúc hệ điều khiển phân tán Về cấu trúc, hệ DCS thường có 4 cấp và thực hiện liên kết với một phần của cấp quản lý và điều hành sản xuất (MES – Manufacturing Execution System) thông qua hệ quản lý thông tin của MES. Cấp chấp hành – cảm biến Cấp chấp hành cảm biến bao gồm các bộ phần vào/ra ghép nối với các sensor, các cơ cấu chấp hành, cấp này có chức năng kết nối với các tín hiệu vào/ra, xử lý sơ bộ trước khi chuyển lên cấp điều khiển. Cấp chấp hành – cảm biến bao gồm các sensor đo lường, các PLC hoặc các máy tính công nghiệp điều khiển máy sản xuất hoặc công đoạn sản xuất độc lập. Cấp chấp hành bao gồm các giao diện sau: Giao diện kết nối trực tiếp với các tín hiệu vào ra tương tự như: áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, … và các tín hiệu vào ra số, như các tín hiệu rơ-le, các tín hiệu liên động, … Giao diện bus trường: cho phép cấp trao đổi tín hiệu trực tiếp với các bộ điều khiển trên một đường truyền thông số duy nhất. Giao diện kết nối với PLC: PLC có thể được nối vào hệ DCS thông qua các card truyền thông. Các PLC được nối vào hệ DCS được gọi là các Subsystem. Cấp điều khiển Cấp điều khiển bao gồm các bộ điều khiển FCS, là nơi thực hiện các chức năng điều khiển của một nhà máy. Cấp điều khiển cũng cung cấp các chức năng truyền thông, cho phép giao tiếp với cả cấp chấp hành - cảm biến và cấp vận hành – giám sát chỉ huy. Tín hiệu đo được từ cấp chấp hành – cảm biến sau khi được xử lý sẽ được truyền lên cấp điều khiển. Cấp điều khiển thực hiện các thuật toán điều khiển, sau đó truyền tín hiệu về các cơ cấu chấp hành thuộc cấp chấp hành – cảm biến. Cấp điều khiển cũng có thể giao tiếp với các cấp điều khiển khác và giao tiếp với cấp giám sát – chỉ huy. Cấp vận hành – giám sát chỉ huy Cấp vận hành, giám sát, chỉ huy bao gồm các trạm vận hành HIS (Human Interface System). Cấp này cung cấp các giao diện vận hành cho người vận hành, cho phép điều khiển, thay đổi các thông số của các cấp dưới. Các đồ họa được xây dựng trực quan, sát với quá trình công nghệ, thuận lợi cho quá trình điều khiển. Cấp quản lý thông tin Hệ thống quản lý thông tin là một phần trong cấp điều hành và quản lý sản xuất. Hệ thống này bao gồm các OPC, các OPC này thực hiện các chức năng OPC Data Access: Cho phép trao đổi dữ dữ liệu thời gian thực từ DCS, các bộ điều khiển và các trạm PLC OPC Alarms & Events: Cho phép thực hiện các thông báo, các cảnh báo và các báo động. OPC Batch: Các quá trình ứng dụng cụ thể có tính chất mẻ. OPC Data eXchange: Cho phép trao đổi giữa các máy chủ với nhau, chức năng này cho phép trao đổi thông tin giữa các máy chủ của các hãng khác nhau. Chức năng này cũng mở ra khả năng điều khiển, quản lý hệ thống từ xa. Data Historical Data Acces: Chức năng này cho phép truy cập dữ liệu của nhà máy đã được lưu trữ từ trước. OPC Security: Chức năng này cho phép phân quyền giữa các máy trạm khi truy cập vào máy chủ OPC. Chức năng này cần rất quan trọng trong việc bảo mật dữ liệu nhà máy, đảm bảo dữ liệu được sử dụng đúng mục đích. Chức năng của hệ DCS Chức năng của DCS được chia làm hai chức năng chính là chức năng điều khiển và chức năng giám sát. Chức năng điều khiển Chức năng điều khiển là chức năng chính của hệ DCS, chức năng điều khiển được thực hiện tại các bộ điều khiển đặt tại các phòng điều khiển trung tâm hoặc tại các trạm điều khiển. Chức năng điều khiển có thể chia thành hai: một là chức năng điều khiển cơ bản, thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động, điều khiển tuần tự, điều khiển liên động hay các thuật toán điều chỉnh phức tạp khác, hai là chức năng truyền thông, trao đổi thông tin với các hệ thống phụ Subsystem. Chức năng vận hành và giám sát hệ thống DCS cho phép biểu diễn toàn bộ các quá trình công nghệ của nhà máy cùng với các thông số thời gian thực trên các giao diện vận hành và giám sát. DCS cũng cho phép biểu diễn các biến trên đồ thị Trend theo biến thời gian. Ngoài ra còn các chức năng về cảnh báo nguy cơ, báo lỗi, báo động. HỆ THỐNG DCS CS 3000 CỦA YOKOGAWA Hệ DCS Centum CS 3000 của Yokogawa được cấu trúc như sau: Cấp quản lý nhà máy Cấp quản lý nhà máy thực hiện quản lý giám sát toàn bộ nhà máy, được thực hiện bởi các máy tính sau: Supervisors PC Thực hiện giám sát chung Historian Là các máy tính có dung lượng lớn dùng để lưu trữ các thông tin vận hành của nhà máy. Dữ liệu của Historian được cập nhật từ các FCS thông qua các máy chủ OPC. Thông thường các máy Historian sử dụng các phần mềm quản lý dữ liệu PI (Plant Information: thông tin nhà máy). OPC Server Là các máy chủ sử dụng chuẩn OPC (OLE for Process Control). Hoạt động của các OPC Server cho phép các chương trình ứng dụng chạy trên các máy chủ các HIS hoặc các FCS truy cập nhiều loại dữ liệu khác nhau. Khi truy cập dữ liệu theo chuẩn OPC, các chương trình yêu cầu dữ liệu gọi là các OPC Client (OPC khách hàng), các chương trình cung cấp dữ liệu gọi là các OPC server (OPC chủ). Thông qua OPC interface, có thể từ một HIS truy cập đến dữ liệu ở các FCS hoặc tại các HIS khác, đồng thời cũng có thể gửi các thông báo khi xảy ra một trạng thái báo động ở FCS nào đó. Hình 2.6: Trạm giám sát, vận hành HIS Hệ thống máy chủ OPC bao gồm các loại máy chủ sau: Data Access server (DA server): Đọc (thu thập), ghi (cài đặt) các thông số điều khiển hiện thời sử dụng ID của thông tin. Alarm and Event Server (A&E server): Gửi các thông báo, báo động khi xảy ra sự kiện nào đó tại các khu vực điều khiển. EWS (Engineering WorkStation) Trạm thực hiện các công việc kĩ thuật như: Phân quyền cho các trạm Lập chương trình, sửa đổi chương trình cho các trạm điều khiển khu vực FCS. Lưu trữ và phục hồi Cấp giám sát - chỉ huy Cấp giám sát – chỉ huy được thực hiện bởi các trạm giao diện người máy HIS (Human Interface System). Các trạm HIS là các máy tính công nghiệp, có hệ thống màn hình kép, bàn phím thiết kế riêng cho cho điều khiển. Trên các HIS có thể cài các hệ điều hành Windows NT hoặc Windows 2000 Server, trên nền hệ điều hành đó cài phần mềm Centum CS 3000 của YOKOGAWA. Trên các màn hình của HIS có các giao diện đồ họa mô tả quá trình công nghệ. HIS hiển thị tất cả các biến quá trình, các thông số điều khiển và các báo động trên các giao diện đồ họa tại các vị trí tương ứng như trong thực tế. Thông qua hoạt động của trạm HIS ta sẽ nhanh chóng biết được trạng thái hoạt động của nhà máy, thông qua giao diện trên HIS ta cũng có thể tiến hành các thao tác điều khiển như: chỉnh định thông số của các bộ điều khiển, chuyển đổi chế độ hoạt động của các bộ điều khiển (Auto/Manual/Cascade), hay can thiệp vào hoạt động của các cơ cấu chấp hành. Trạm HIS cũng cung cấp các giao diện mở, nhờ đó các máy tính giám sát có thể truy cập các dữ liệu dạng đồ thị Trend, các thông báo, và các dữ liệu khác của quá trình. Cấp điều khiển Toàn bộ các chức năng điều khiển của hệ DCS được thực hiện ở các FCS. FCS là các hệ điều khiển được thiết kế để thực hiện các chức năng hiệu chỉnh hoặc điều khiển tuần tự. Về cấu tạo, FCS bao gồm các card và các khối chức năng sau: Card chuyển đổi: Biến đổi tín hiệu từ các thiết bị trường về tín hiệu mà FCS có thể xử lý được Processor Card (Hay FCU: Field Control Unit) thực hiện các tính toán điều khiển Các khối nguồn Hệ thống BUS: ESB bus (Extended Serial Backboard bus) là bus thực hiện truyền thông giữa các nút được đặt trong cùng hộp với FCU. Các bus này có thể là bus đơn hoặc kép tùy thuộc ứng dụng, chiều dài tối đa của bus này là 10m. ER bus (Enhanced Remote bus) thực hiện giao tiếp với các nút đặt xa FCU, khi sử dụng ER bus, các nut có thể đặt trong cùng hộp vời FCU, hoặc cũng có thể đặt tại trạm xa vị trí FCU. Độ dài tối đa của bus này là 185m, 500m tùy thuộc vào loại cable sử dụng, nếu sử dụng bộ lặp quang, độ dài của bus có thể lên tới 2km. Hình 2.7: Cấu trúc mạng kết nối FCS với thiết bị trường Hệ thống mạng của CS 3000 Do yêu cầu về tốc độ và dung lượng truyền khác nhau nên mỗi cấp trong sơ đồ phân cấp chức năng có yêu cầu khác nhau về mạng truyền thông. Càng ở các cấp cao yêu cầu về tính thời gian thực càng giảm, yêu cầu về dung lượng càng lớn. Ngược lại, ở các cấp thấp yêu cầu về tính thời gian thực cao trong khi yêu cầu về dung lượng truyền thấp. Vì vậy, hệ thống truyền thông trong DCS được thực hiện bởi 2 hệ thống mạng: Mạng Ethernet với giao thức TCP/IP và mạng Vnet với cấu trúc bus, giao thức Token passing. Mạng Ethernet: Là hệ thống mạng thực hiện truyền thông giữa các thiết bị của cấp giám sát và cấp giao diện vận hành. Các hệ thống điều khiển PLC cũng được nối với hệ thống DCS thông qua mạng Ethernet sử dụng cáp đồng trục hoặc cáp quang. Mạng Vnet: Được sử dụng để kết nối giữa các trạm điều khiển FCS với nhau và giữa các FCS với các trạm giao diện vận hành HIS. Hình 2.8: Cấu trúc hệ thống CS 3000 Exaquantum Database Server Exaquantum Clients LAN V net OPC Server KFCS PFCD FIO Nodes APCS CS3000HIS HIS/ENG Ethernet I/O Serial Ethernet Hardwired PRM Server PRM Clients PRM EWS ProSafe-PLC MULCOM M-NET IO-BUS Remote I/O Remote Monitoring Exa packages CS Batch Advanced Operation CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Điều khiển quá trình Quá trình được định nghĩa là một trình tự các biến vật lý, hóa học hoặc sinh học, trong đó vật chất, năng lượng hoặc thông tin được biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ. Điều khiển quá trình 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 con người, máy móc, môi trường. Trạng thái của một quá trình thể hiện qua các biến quá trình bao gồm: Đại lượng cần điều khiển (Controlled variable – CV): Là biến ra, thể hiện trạng thái của quá trình, đại lượng cần điều khiển quyết định tới sự vận hành an toàn, ổn định hoặc chất lượng sản phẩm, cần được duy trì tại một giá trị đặt, hoặc bám theo một tín hiệu chủ đạo. Đại lượng điều khiển (control variable, manipulated variable – MV): là biến vào, can thiệp được theo ý muốn, đại lượng điều khiển là giá trị tác động vào quá trình để thay đổi đại lượng cần điều khiển. Đại lượng nhiễu bao gồm: nhiễu quá trình, nhiễu đo, nhiễu tạp. Nhiễu quá trình là nhiễu đầu vào (sự biến thiên của các thông số đầu vào), nhiễu tải (thay đổi theo các yêu cầu sử dụng) và nhiễu ngoại sinh (nhiễu của các yếu tố môi trường ảnh hưởng lên quá trình). Xét hệ thống làm mát dầu sử dụng hơi Cấu tạo: Hệ thống gồm một bình chứa dầu nhận dầu từ 2 nguồn: dầu nóng (thường xuyên), dầu ấm (không thường xuyên). Bình chứa được bao quanh bởi hệ thống ống nước làm mát. Nhiệm vụ của bộ điều khiển là duy trì nhiệt độ của dầu ra khỏi bình chứa. Hoạt động: Hệ điều khiển đo nhiệt độ của dầu ra khỏi bình, dựa vào giá trị đó để điều chỉnh lưu lượng nước làm mát cấp vào hệ thống. Trong hệ thống này: Đại lượng cần điều khiển (CV) là nhiệt độ của dầu ra khỏi bình, đại lượng điều khiển (MV) là lưu lượng nước làm mát cấp vào hệ thống. Đại lượng nhiễu là lưu lượng dầu ấm cấp vào bình. Các đặc trưng của quá trình Thời gian trễ vận chuyển – Dead Time Thời gian trễ vận chuyển là một đặc tính của một hệ vật lý, đặc tính này làm tín hiệu ra của hệ chậm so với tín hiệu vào một khoảng thời gian. Thời gian trễ vận chuyển xảy ra khi trong hệ có sự vận chuyển vật chất hoặc năng lượng. Thời gian trễ không phụ thuộc vào tín hiệu tác động, chỉ phụ thuộc vào đặc tính vật lý của hệ là quãng đường vận chuyển và tốc độ vận chuyển. Xét về góc độ điều khiển, thời gian trễ vận chuyển không làm thay đổi hệ số khuyếch đại của quá trình mà làm dịch pha giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào. Xét hệ thống cấp than vào buồng đốt trong nhà máy nhiệt điện: Hệ thống gồm một xilô chứa than, một băng tải vận chuyển than đến các vít cấp than và hệ thống cân định lượng đặt ở cuối băng tải. Lượng than cấp vào lò được điều chỉnh bởi tốc độ của van quay đặt dưới xilô. Hiện tượng trễ vận chuyển có thể nhận thấy khi hệ thống điều khiển nhà máy ra quyết định tăng lượng than cấp vào lò. Tuy nhiên, sau một thời gian nhất định hệ thống cân định lượng mới nhận biết được có sự thay đổi đó. Hình 3.2: Đồ thị mô tả thời gian trễ vận chuyển Hình 3.3: Quá trình xảy ra thời gian trễ vận chuyển Yếu tố dung tích – Capacity Yếu tố dung tích là đặc điểm của một hệ vật lý có khả năng tích trữ vật chất, năng lượng. Yếu tố dung tích xuất hiện dưới rất nhiều hình thức: đối với hệ thống điều khiển có đối tượng là chất lỏng, yếu tố dung tích thể hiện ở các bình chứa; khi đối tượng là các phần tử điện, yếu tố dung tích thể hiện ở các tụ điện; đối với các hệ cơ khí, yếu tố dung tích thể hiện ở yếu tố quán tính. Hình 3.4: Hệ có yếu tố dung tích Xét một bình chứa nước có lưu lượng nước chảy vào được điều chỉnh bằng van tay, nước trong bình được bơm ra ngoài nhờ một bơm có tốc độ không đổi. Do đó, lưu lượng nước vào bình có thể thay đổi được, lưu lượng nước ra khỏi bình luôn luôn không đổi. Giả sử tại thời điểm nào đó bình đang ở trạng thái ổn định, sau đó ta điều chỉnh độ mở của van một lượng, mức nước trong bình sẽ tăng lên cho đến khi tràn bình hoặc có thể cạn hết nước. Hình 3.5: Đáp ứng của hệ có yếu tố dung tích Đặc tính tự điều chỉnh – Self regulation Khả năng tự điều chỉnh là đặc tính tự ổn định của hệ. Khi tín hiệu vào thay đổi tín hiệu ra cũng sẽ thay đổi nhưng sẽ ổn định ở mức mới. Khi bỏ bơm ở ví dụ về yếu tố dung tích, để nước tự chảy, ta sẽ được hệ có đặc tính tự điều chỉnh. Về mặt điều khiển, quá trình có đặc tính tự điều chỉnh có hàm truyền là khâu trễ bậc một (First order lag). Hình 3.6: Đáp ứng của hệ tự điều chỉnh (Self-regulation) Phương pháp nhận dạng đối tượng Nhận dạng hệ thống hay mô hình hóa thực nghiệm là phương pháp xây dựng mô hình toán học của hệ thống trên cơ sở các số liệu vào ra thực tế. Mô hình toán học đó phải biểu diễn được các đặc tính động và đặc tính quá độ của hệ thống từ đáp ứng của nó với một tính hiệu đầu vào xác định (Ví dụ: hàm bậc thang, tín hiệu xung, …) Các phương pháp nhận dạng đối tượng Phương pháp đường cong đáp ứng Phương pháp được thực hiện trực tiếp trên đồ thị đáp ứng quá độ của đối tượng. Phương pháp này được áp dụng cho các quá trình có đáp ứng dạng chữ S (Các khâu quán tính có trễ). Hoặc có đường cong tốc độ đáp ứng bậc thang hình chữ S (Các khâu quán tính có chứa thành phần tích phân). Có thể thấy phương pháp này áp dụng cho hầu hết các quá trình trong sản xuất công nghiệp, như: đáp ứng về nhiệt độ, đáp ứng về mức, đáp ứng về áp suất,… Ưu điểm của phương pháp là trực quan, đơn giản trong quá trình thực hiện với các công cụ đồ họa trên máy vi tính. Nhược điểm của phương pháp là ở mức độ chính xác của mô hình thu được bởi : Phương pháp thường sử dụng các mô hình đơn giản có bậc thấp để xấp xỉ và không giải quyết được vấn đề nhiễu. Nước làm mát Vận tốc nước Đo nhiệt độ Nước nóng (Ra) Hình 3.7: Quá trình đun nước Ví dụ về quá trình điều khiển nhiệt độ của nước Nhiệt độ Thời gian Hình 3.8: Đáp ứng quá trình đun nước Đặc tính của quá trình thu được như sau: Phương pháp dựa trên đáp ứng tần số Phương pháp này phục vụ cho các phương pháp điều khiển trực tiếp trên miền tần số, ước lượng gián tiếp mô hình liên tục từ các số liệu thực nghiệm. Đặc tính đáp ứng tần số của quá trình được xác định tại những tần số quan tâm, thông qua việc thực nghiệm trực tiếp với tín hiệu kích thích hình sin hoặc các tín hiệu phù hợp khác. Phương pháp này trong thực tế ít khi được sử dụng. Phương pháp bình phương tối thiểu Phương pháp được áp dụng cho các quá trình phức tạp, những quá trình đòi hỏi cao về mặt chất lượng điều khiển. Thực chất, bài toán nhận dạng được đưa về bài toán tối ưu với hàm mục tiêu cần cực tiểu hóa là tổng bình phương sai lệch giữa các số liệu thực tế quan sát được và các giá trị tính toán ước lượng (Với một hệ số trọng lượng nào đó). Ưu điểm của phương pháp là độ chính xác của mô hình thu được so với đối tượng thực. Phương pháp áp dụng được cho cả hệ tuyến tính, phi tuyến, điều khiển trên miền thời gian và miền tần số. Nhược điểm của phương pháp là cần phải biết trước về bậc của mô hình (Bao gồm cả bậc tử số và mẫu số), khối lượng tính toán của phương pháp lớn, sử dụng thuật toán phức tạp, … Do mục đích của đồ án và đặc điểm của quá trình công nghệ trong nhà máy hầu hết là dao động nhanh tắt dần, có thể xấp xỉ được với mô hình có đáp ứng dạng chữ S, nên đồ án lựa chọn phương án nhận dạng đối tượng là phương pháp đường cong đáp ứng. Phương pháp đường cong đáp ứng Hầu hết các quá trình cần điều khiển trong nhà máy điều có đặc tính dạng chữ S, mô hình sử đáp ứng tốt nhất cho các quá trình này là các mô hình bậc cao. Tuy nhiên, các mô hình bậc cao sẽ gây khó khăn trong việc thiết kế hệ thống điều khiển, do đó, để đơn giản hóa ta sẽ xấp xỉ các quá trình với một khâu quán tính bậc nhất có trễ. Mô hình của một khâu quán tính bậc nhất có trễ có hàm truyền như sau: Trong đó: k – Hệ số khuyếch đại của đối tượng Ti – Hằng số thời gian q – Thời gian trễ Do vậy, bài toán nhận dạng đối tượng ở đây là xác định các hệ số k, Ti, q ở trên cho các quá trình của nhà máy. Các phương pháp để xác định các hệ số của mô hình quá trình bao gồm Phương pháp kẻ tiếp tuyến. Phương pháp hai điểm quy chiếu. Phương pháp diện tích. Ở đây, ta chọn phương pháp kẻ tiếp tuyến Phương pháp được thực hiện như sau: Trước hết, kẻ đường tiệm cận với đường cong tại trạng thái xác lập sẽ giúp tìm hệ số k. Tiếp theo, kẻ tiếp tuyến tại điểm mà đường cong có độ dốc lớn nhất (Là điểm xuất phát lên đối với khâu trễ bậc nhất), giao điểm của tiếp tuyến này với trục cho ta thời gian trễ q. Và cuối cùng, xác định điểm trên đường cong tương ứng với giá trị 0,632 , cho ta giá trị trên trục hoàn là Ti + q. SÁCH LƯỢC ĐIỀU CHỈNH Khái niệm về sách lược điều chỉnh Sách lược điều chỉnh hay cấu trúc điều khiển là nguyên tắc sử dụng các đại lượng liên quan đến quá trình để đưa ra tác động điều khiển. Như vậy, cấu trúc điều khiển thể hiện quan hệ về mặt cấu trúc giữa giá trị đặt (SV-Setpoint variable), biến đo (PV - Process Variable)và biến điều khiển (MV - Manipulated variable) thông qua bộ điều khiển và các phần tử khác của hệ thống (Như bộ lựa chọn, trễ, tính toán, …) Điều khiển phản hồi – Feedback Khái niệm điều khiển phản hồi Điều khiển phản hồi (Feedback control) dựa trên nguyên tắc liên tục đo (quan sát) giá trị biến được điều khiển (CV), hồi tiếp thông tin về bộ điều khiển để tính toán lại giá trị của biến điều khiển. Điều khiển phản hồi còn được gọi là điều khiển vòng kín (Closed – loop control). Trong các sách lược điều chỉnh điều khiển phản hồi đóng vai trò quan trọng, có mặt trong hầu hết các vòng điều khiển của hệ thống điều khiển tự động. Vai trò của điều khiển phản hồi Ổn định hệ kín: Một quá trình không ổn định chỉ có thể ổn định được bằng cách sử dụng điều khiển phản hồi. Sử dụng điều khiển phản hồi sẽ dịch các điểm cực sang trục ảo của mặt phẳng phức. Loại bỏ nhiễu bất định: Bộ điều khiển phản hồi có tác dụng làm giảm ảnh hưởng của nhiễu. Hệ số khuếch đại của bộ điều khiển càng lớn, ảnh hưởng của nhiễu tới chất lượng điều khiển của hệ càng nhỏ. Triệt tiêu sai lệch tĩnh: Khi mô hình đối tượng không chính xác, việc loại bỏ sai lệch tĩnh chỉ có thể thực hiện được bằng cách quan sát tín hiệu ra. Nhược điểm của điều khiển phản hồi Điều khiển phản hồi yêu cầu bổ xung hệ thống đo lường phức tạp, chính xác. Với một số quá trình có tác động ngược hoặc có trễ, nếu không thiết kế cẩn thận bộ điều khiển phản hồi có thể làm đặc tính đáp ứng xấu hơn. Đặc điểm đặc trưng của bộ điều khiển phản hồi có đáp ứng chậm với nhiễu tải và sự thay đổi của giá trị đặt. Ví dụ về ứng dụng điều khiển phản hồi Xét hệ gồm một bình chứa nước, lưu lượng nước cấp vào bình được điều chỉnh bằng độ mở van, lưu lượng nước lấy từ bình tùy thuộc vào tải phía sau, không xác định trước. Để điều chỉnh duy trì mức nước trong bình ta thiết lập cấu trúc điều khiển phản hồi như gồm: Thiết bị đo mức nước trong bình (LT: Level Transmitter), bộ điều khiển LC (Level Control). Hoạt động điều chỉnh của hệ như sau: Giả sử yêu cầu lấy nước từ bình tăng lên, mức nước trong bình giảm đi. Thiết bị đo LT đo được mức nước giảm, gửi về bộ điều khiển LC, bộ điều khiển LC phát hiện ra sai lệch của mức nước trong bình so với giá trị đặt, đưa ra tín hiệu điều khiển mở rộng valve cấp nước vào bình. Điều khiển truyền thẳng – Feedforward Nguyên lý của điều khiển Feedforward là nhận biết nhiễu ảnh hưởng tới quá trình. Bộ điều khiển sẽ tính toán biến điều khiển để hạn chế tác động của nhiễu nếu nhận dạng được hàm tác động của nhiễu lên quá trình. Hình 3.11: Điều khiển FeedForward – Cấu trúc song song Hình 3.12: Điều khiển FeedForward – Cấu trúc nối tiếp Giả sử có thể đo được nhiễu r, mô hình đối tượng có thể xác định được Gd. Tín hiệu điều khiển: MV = Kr.(SV – Gd.r) (1) Hệ duy trì được CV khi CV = SV MV.G + Gd.r = MV (2) Hình 3.13: Điều khiển bộ hâm dầu sử dụng hơi - Cấu trúc Feedforward Kết hợp (1) và (2), ta được: Kr = Ưu điểm của điều khiển Feedforward Thực hiện đơn giản. Tác động nhanh, hệ bù nhiễu kịp thời trước khi nhiễu ảnh hưởng đến đối tượng. Nhược điểm của điều khiển Feedforward Hình 3.14: Cấu trúc Feedforward kết hợp điều khiển phản hồi Phải xác định được nguồn nhiễu, phải đo được chính xác nguồn nhiễu. Trong trường hợp nhận dạng sai mô hình đối tượng và mô hình nhiễu sẽ dẫn đến sai số. Không có khả năng ổn định những hệ không ổn định. Ví dụ về điều khiển Feedforward Trong hệ thống hâm dầu sử dụng hơi nhiệt độ của dầu ra phụ thuộc vào lưu lượng hơi được điều chỉnh bằng van. Biến cần điều khiển là nhiệt độ dầu ra khỏi hệ thống, giá trị điều khiển là độ mở van hơi, nhiễu là lưu lượng dầu đi vào hệ thống. Khi sử dụng cấu trúc điều khiển Feedforward, ta không đo nhiệt độ của dầu ra khỏi hệ thống để điều khiển mà đo lưu lượng dầu đi vào hệ thống để điều khiển. Khi lưu lượng dầu đến hệ thống tăng lên, van hơi sẽ tăng độ mở, nhiệt độ dầu do đó mà được duy trì. Hình 3.15: Hệ thống hâm dầu bằng hơi - Cấu trúc điều khiển phản hồi Với những ưu điểm tác động nhanh, bù nhiễu trước khi ảnh hưởng đến đối tượng, cấu trúc điều khiển Feedforward được sử dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên, do những nhược điểm như đã nêu ở trên, cấu trúc Feedforward thường được sử dụng kết hợp với cấu trúc điều khiển phản hồi (Feedforward-Plus-Feedback). Điều khiển tầng – Cascade Do nguyên lý thực hiện là quan sát tín hiệu cần điều khiển để đưa ra tín hiệu điều khiển nên cấu trúc điều khiển phản hồi chậm phát hiện ảnh hưởng của nhiễu quá trình, đặc biệt đối với những quá trình có hằng số thời gian lớn. Trong một số công nghệ, việc phát hiện chậm đó có thể ảnh hưởng lớn tới chất lượng sản phẩm. Ví dụ trong hệ thống hâm dầu bằng hơi sử dụng cấu trúc điều khiển phản hồi. Quá trình điều khiển thực hiện bằng cách đo giá trị biến cần điều khiển là nhiệt độ dầu, so sánh và đưa gia tín hiệu điều khiển là độ mở van. Trong trường hợp áp suất hơi sử dụng thay đổi, với cùng độ mở van như trước, nhưng lưư lượng hơi qua van đã thay đổi, do đó nhiệt độ của dầu thu được sẽ không như mong muốn. Tuy nhiên hệ chỉ có thể phát hiện ra sự thay đổi đó sau một khoảng thời gian. Để khắc phục nhược điểm đó, đối với các đối tượng yêu cầu chất lượng điều khiển cao, phải sử dụng cấu trúc điều khiên tầng. Cấu trúc điều khiển tầng là cấu trúc mở rộng của điều khiển phản hồi vòng đơn. Điều khiển tầng giúp loại bỏ ảnh hưởng của một số dạng nhiễu, cải thiện đặc tính động học của hệ thống. Tư tưởng của điều khiển tầng là phân cấp điều khiển nhằm loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu ngay tại nơi phát sinh. Điều khiển tầng có 2 cấu trúc: cấu trúc nối tiếp và cấu trúc song song Hình 3.16: Điều khiển tầng – Cấu trúc nối tiếp Ưu điểm của hệ cấu trúc điều khiển tầng là: Cải thiện khả năng loại bỏ nhiễu cục bộ. Giảm độ quá điều chỉnh. Cải thiện tính ổn định của toàn hệ thống kín. Nâng cao tính bền vững của hệ kín. Hình 3.17: Điều khiển tầng – Cấu trúc song song Với những ưu điểm nêu trên, cấu trúc điều khiển tầng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển quá trình. Tuy nhiên, cấu trúc chỉ có thể thực hiện được khi xác định được một biến quá trình thứ 2: Có thể đo, điều khiển được Có mối quan hệ nhân quả với biến được điều khiển Đặc tính động của biến thứ 2 phải nhanh hơn của biến cần điều khiển. Ví dụ về ứng dụng cấu trúc điêu khiển tầng Hệ thống hâm nóng dầu ở trên có: Biến cần điều khiển là nhiệt độ dầu Biến điều khiển là độ mở van Để nâng cao đặc tính động học của hệ ở đây ta sử dụng thêm biến quá trình thứ hai là lưu lượng hơi cấp vào hệ thống. Đặc điểm của biến quá trình này là: Hình 3.18: Hệ thống hâm dầu bằng hơi sử dụng điều khiển tầng Có thể đo được bằng thiết bị đo lưu lượng, có thể điều khiển được bằng cách thay đổi đổ mở van. Lưu lương hơi có quan hệ tới biến cần điều khiển là nhiệt độ dầu, khi lưu lượng hơi tăng lên, nhiệt độ dầu sẽ tăng và ngược lại. Việc điều chỉnh lưu lượng bao giờ cũng nhanh hơn sự biến đổi của quá trình nhiệt. Vậy, ta sẽ xây dựng cấu trúc điều khiển tầng cho hệ như sau: PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH Những người đầu tiên đưa ra các phương pháp chỉnh định bộ điều khiển PID là Ziegler và Nichols vào năm 1942, cho đến nay đã có rất nhiều phương pháp chỉnh định, các phương pháp đều có ưu điểm, nhược điểm riêng. Tuy nhiên, các phương pháp có thể phân loại thành các nhóm chính sau: Nhóm phương pháp dựa trên đặc tính: Sử dụng một số đặc điểm của quá trình và tính toán các tham số bộ điều khiển để thu được đặc tính vòng kín mong muốn. Các đặc điểm của quá trình có thể nhận được từ đáp ứng thời gian hoặc đáp ứng tần số. Trong nhóm phương pháp này có các phương pháp nổi tiếng như: Phương pháp dựa vào đáp ứng bậc thang, phương pháp dựa vào đặc tính dao động tới hạn, … Nhóm phương pháp mô hình mẫu: tổng hợp hệ điều chỉnh dựa trên mô hình toán học của quá trình và mô hình mẫu của hệ kín hoặc hệ hở. Trong nhóm phương pháp này có một số phương pháp như: Phương pháp tổng hợp trực tiếp, phương pháp chỉnh định lam – da, IMC, … Nhóm phương pháp nắn đặc tính tần: Nhóm phương pháp này dựa trên tư tưởng của cấu trúc điều khiển truyền thẳng (Feedforward). Nhóm phương pháp sử dụng mô hình hàm truyền đạt hoặc mô hình đáp ứng tần số của quát trình và tính toán các khâu bù sao cho đường đặc tính của hệ hở hoặc hệ kín đạt được các chỉ tiêu trên miền tần số như: dải thông, độ nhạy, pha, biên độ,… Các phương pháp trong nhóm phương pháp này là phương pháp tối ưu môđun, phương pháp dựa trên dự trữ biên – pha. Phương pháp tối ưu tham số: sử dụng mô hình toán học của quá trình và xác định các thông số của bộ điều khiển cách cực tiểu hóa, cực đại hóa một tiêu chuẩn chất lượng. Các phương pháp trong nhóm phương pháp này có: cực tiểu hóa tích phân sai lệch tuyệt đối (IAE), tích phân bình phương sai lệch, … Nhóm phương pháp dựa trên kinh nghiệm: Các phương pháp này chỉnh định trên cơ sở hệ chuyên gia hoặc phương pháp sử dụng mạng nơtron. Với mục đích của đồ án và do yêu cầu không cao về mặt chất lượng, đồ án sẽ sử dụng các phương pháp dựa trên đặc tính miền thời gian, các phương pháp đáp ứng bậc thang, phương pháp đáp ứng bậc thang, phương pháp đáp ứng dao động tới hạn. Phương pháp đáp ứng bậc thang Phương pháp còn được gọi là phương pháp Ziegler – Nichols thứ nhất. Phương pháp đáp ứng bậc thang được Ziegler – Nichols đưa ra nhằm xác định tham số của bộ điều khiển PID dựa trên đường đặc tính đáp ứng quá độ của quá trình thu được từ thực nghiệm với giá trị thay đổi dạng bậc thang. Đối tượng áp dụng của phương pháp là các quá trình có đặc tính quán tính hoặc quán tính tích phân. Để thực hiện phương pháp, ta đưa tín hiệu vào dạng bậc thang vào quá trình, thu được đặc tính đáp ứngặc tính đáp ứng thu được phải thực hiện quanh điểm làm việc . Kể đường tiếp tuyến tại điểm có độ dốc lớn nhất, dựa vào 2 giá trị: điểm cắt của tiếp tuyến với trục hoành và độ dốc a của tiếp tuyến ta xác định được các tham số của PID theo bảng sau: Bộ điều khiển KC TI Td P hoặc - - PI hoặc - PID hoặc Hệ số khuyếch đại của bộ điều khiển được chọn sao cho luôn tỉ lệ nghịch với độ dốc lớn nhất a của đường cong đáp ứng do a càng nhỏ chứng tỏ quá trình càng chậm và bộ điều chỉnh càng phải can thiệp mạnh hơn. Nhược điểm của phương pháp Ziegler – Nichols thứ nhất là Việc lấy đáp ứng của tín hiệu bậc thang rất dễ bị ảnh hưởng của nhiễu và không áp dụng được cho quá trình dao động hoặc quá trình không ổn định (Trừ khi quá trình đó có đáp ứng dạng khâu tích phân bậc nhất). Đối với các quá trình có tính phi tuyến mạnh, các số liệu đặc tính nhận được phụ thuộc rất nhiều vào biên độ và chiều thay đổi giá trị đặt. Phương pháp kẻ tiếp tuyến cho các số liệu a và kém chính xác. Theo kinh nghiệm, phương pháp chỉ nên áp dụng ki tỉ số nằm trong phạm vi 0,1 – 0,6. Nếu tỉ lệ này lớn hơn 0,6, ta cần áp dụng phương pháp chỉnh định khác có để ý tới bù thời gian trễ. Ngược lại, nếu tỉ số đó nhỏ hơn 0.1 thường ứng với hệ số bậc cao, vì thế cần một bộ điều khiển bậc cao tương ứng để cải thiện đặc tính động học. a Hình 3.19: Đặc tính quán tính Phương pháp dựa trên đặc tính dao động tới hạn Phương pháp chỉnh định dựa trên đặc tính dao động tới hạn là phương pháp thứ hai do Ziegler – Nichols đưa ra. Phương pháp dựa trên cơ sở các tham số đặc tính dao động tới hạn của hệ kín (đặc tính tần số) xác định qua thực nghiệm. Hệ số khuếch đại tới hạn của quá trình là giá trị khuếch đại mà bộ điều khiển P đưa vòng kín tới trạng thái dao động xác lập. Quy trình chỉnh định tiến hành qua các bước sau: Đặt hệ thống ở chế độ điều khiển bằng tay và đưa dần dần hệ thống tới điểm làm việc, chờ hệ thống ổn định tại điểm làm việc. Chuyển hệ thống sang chế độ điều khiển tự động với bộ điều khiển P. Đặt hệ số khuyếch đại Kc tương đối bé và thay đổi giá trị đặt một lượng nhỏ. Tăng hệ số khuếch đại Kc cho tới khi đầu ra quá trình đạt trạng thái dao động điều hòa. Giá trị Kc đó được gọi là hệ số khuếch đại tới hạn (K0) và chu kì dao động được gọi là chu kì dao động tới hạn T0. Lựa chọn kiểu bộ điều khiển sẽ dùng thực và tính toán các tham số theo luật chỉnh định theo bảng sau: Bộ điều khiển KC TI Td P 0,5K0 - - PI 0,45K0 T0/1,2 - PID 0,6K0 0,5T0 0,125T0 Trong trường hợp bộ điều khiển thực sự sử dụng là bộ điều khiển P, việc đặt KC=0,5K0 sẽ mang lại độ dự trữ biên 2,0. Khi sử dụng bộ điều khiển PI, hệ số khuyếch đại cần phải giảm đi (0,45K0) để hạn chế dao động do thành phần tích phân gây ra. Nếu sử dụng bộ điều khiển PID, tác dụng ổn định hệ thống của khâu vi phân lại cho phép tăng hệ số khuyếch đại lên (0,6K0). Ưu điểm của phương pháp là: Các tham số đặc tính của quá trình được xác định trong vòng kín nên có thể áp dụng cho một dải rộng quá trình công nghiệp. Phương pháp áp dụng cho cả quá trình không ổn định, quá trình tích phân. Nhược điểm của phương pháp là: Quá trình thử nghiệm đặc tính dao động tới hạn phải tiến hành lặp đi lặp lại, rất công phu và có thể dẫn tới hệ mất ổn định. Không kiểm soát được độ lớn của đáp ứng đầu ra, quá trình dao động liên tục có thể gây ảnh hưởng lớn tới chất lượng sản phẩm. Các luật chỉnh định này được Niegler – Nichols đưa ra theo kinh nghiệm để đạt hệ số tắt dần khoảng 0,25. Vì thế, đáp ứng kín sẽ hơi dao động và hệ có thể kém bền vững với sai lệch mô hình. CÔNG CỤ THỰC HIỆN – PHẦN MỀM CS 3000 Đồ án sử dụng hai phần mềm của gói phần mềm Centum dành cho hệ thống CS 3000 và CS 1000 là: Graphics Builder cho mục đích xây dựng giao diện vận hành và Control Drawing cho mục đích xây dựng mô phỏng đối tượng. Phần mềm Graphics Builder Giao diện đồ họa được xây dựng trên phần mềm Graphic Buider của CS3000. Đối tượng đồ họa bao gồm 3 loại: Đối tượng đồ họa tĩnh. Đối tượng đồ họa cho mục đích hiển thị. Các đối tượng đồ họa dùng để điều khiển. Đối tượng đồ họa tĩnh bao gồm các đường thẳng, các đường polyline, các hình chữ nhật, các đường tròn, elip, … Các đối tượng đồ họa tĩnh được sử dụng với mục đích chính là tạo giao diện tính, dùng để mô tả quá trình công nghệ, ví dụ: dùng để mô tả hệ thống gió sơ cấp, hệ thống cấp than, … Đối tượng hiển thị: Dùng để hiển thị giá trị hoặc trạng thái của các biến công nghệ, của các bộ điều khiển, …Đối tượng hiển thị bao gồm: Process Data-Character để hiển thị giá trị biến quá trình, Data Bar Display hiển thị trạng thái biến quá trình dưới dạng phần trăm của hình chữ nhật, Display Data Graph hiển thị biến quá trình dưới dạng đồ thị. Đối tượng đồ họa điều khiển: là các đối tượng đồ họa dùng để điều khiển, bao gồm Touch Target, Push Botton, Face Plate. Các đối tượng điều khiển được sử dụng để thực hiện các lệnh điều khiển từ các trạm giám sát vận hành như: gọi một trang màn hình hiển thị khác, gọi các biều đồ (Trend) theo dõi biến, gọi các của sổ nhập số liệu, … Phần mềm Control Drawing Control Drawing là phần mềm cho phép lập trình theo dạng khối, sử dụng các Function Block. Một Function Block có cấu trúc tương tự như một module phần cứng bao gồm khối xử lý đầu vào, khối tính toán và khối xử lý đầu ra. Do đó, các Function Block có thể xử lý ở các đơn vị khác nhau, như một mudule thật, và như vậy, có thể xây dựng một hệ thống trên Control Drawing có cấu trúc tương tự như hệ thống phần cứng. CS3000 được lập trình trên phần mềm Control Drawing sử dụng các Function Block. Function Block Mỗi khối Function Block bao gồm các thành phần sau: Các đầu nối vào ra thực hiện chức năng chuyển đổi dữ liệu giữu Function Block với các đối tượng khác, như các Function Block khác, các đầu ra trên FCS, … Bốn khối chức xử lý của Function Block: xử lý tín hiệu vào (Input Processing), khối tính toán (Calculation Processing), khối xử lý tín hiệu ra (Output Processing), và khối báo động (Alarm Processing) Các hằng số hoặc các biến (Gọi là các Data Item) được sử dụng trong quá trình tính toán hoặc để set giá trị cho Function Block, như biến quá trình PV, giá trị đặt SV, giá trị điều khiển MV,… Khối xử lí tín hiệu đầu vào – Input Processing Khối xử lí tín hiệu đầu vào thực hiện chức năng chuyển đổi dữ liệu nhận được đảm bảo tín hiệu phù hợp với các thuật toán điều khiển, cho các thuật toán. Hoạt động của khối này tùy thuộc vào loại Function Block và loại dữ liệu nhận được. Khối tính toán – Calculation Processing Khối tính toán nhận dữ liệu từ khối xử lý tín hiệu vào (Input Processing), thực hiện các thuật toán tính toán, tùy thuộc vào loại Function Block, sau đó đưa tín hiệu ra khối xử lý tín hiệu ra và khối báo động. Ví dụ: một Function Block thực hiện chức năng điều khiển, Function Block sẽ đọc tín giá trị biến quá trình PV, thực hiện tính toán hiệu chỉnh so với giá trị đặt, sau đó đưa ra tín hiệu hiệu chỉnh MV. Khối tính toán thường thực hiện các tính toán điều khiển, tính toán số học, tính toán logic. Khối xử lý tín hiệu ra – Output Processing Khối xử lý tín hiệu ra thực hiện chuyển đổi tín hiệu nhận được từ khối tính toán, chuyển đổi, đưa ra đầu ra của Function Block. Khối báo động – Alarm Processing Khối báo động thực hiện kiểm tra trong quá trình xử lý trên cả 3 khối xử lý tín hiệu đầu vào, khối tính toán và khối xử lý tín hiệu ra nhằm phát hiện ra các lỗi trong quá trình xử lý. Khi phát hiện ra lỗi xử lý, khối sẽ gửi tín hiệu thông qua biến Alarm Status, một trong các Data Item. Giới thiệu một số Function Block PID Khối điều khiển PID thực hiện hầu hết các chức năng điều khiển thông qua các tác động điêu khiển: Tỉ lệ, tích phân, vi phân dựa trên sử sai lệch giữa biến quá trình đưa về (PV) so với giá trị đặt (SV). Trong đó: DMV : Thay đổi giá trị điều khiển En : Sai lệch giữa biến quá trình và giá trị đặt PV : Giá trị đo từ quá trình Hình 3.21: Cấu trúc Function Block PID Xử lý đầu vào Tính toán điều khiển Xử lý đầu ra SV : Giá trị đặt D En : Giá trị thay đổi của sai lệch DT : Chu kì điều khiển (Thời gian quét) Khâu trễ bậc 1 –First order lag (LAG) Khối LAG cho ra tín hiệu trễ bậc một của tín hiệu vào. Khối LAG thường dùng để lọc tín hiệu hoặc để mô phỏng quá trình. t y Hình 3.23: Đáp ứng khâu trễ bậc 1 Hình 3.22: Cấu trúc khâu trễ bậc 1 Sơ đồ của Function Block LAG Thuật toán tính toán : Đáp ứng tín hiệu xung của LAG, đường đặc tính này tùy thuộc vào thông số cài đặt: Gain (Không đơn vị), Ti(Đơn vị giây). Khâu thể thể hiện thời gian trễ vận chuyển (DEAD TIME) DLAY Hình 3.24: Cấu trúc khâu DLAY Khối DLAY làm trễ tín hiệu vào một khoảng thời gian, sau đó đưa ra đầu ra. Khối DLAY thường sử dụng kết hợp với bộ điều khiển để thực hiện điều khiển đối tượng có trễ vận chuyển, hoặc dùng để mô phỏng quá trình. Sơ đồ khối của Function Block DLAY Thuật toán xử lý: Đáp ứng của DLAY Khâu tích phân – INTEG Function Block INTEG thực hiện chức năng tích phân tín hiệu vào. Sơ đồ khối của Function Block INTEG Hình 2.25: Đáp ứng khâu DLAY-C Tín hiệu ra khi Gain =1 Tín hiệu vào t Thuật toán tính toán: Sử dụng Control Drawing mô phỏng một số thiết bị, quá trình Actuator Actuator hay cơ cấu chấp hành thường hoạt động trên nguyên lý điện, khí nén, thủy lực. Thông thường các actuator chạy bằng khí nén và thủy lực thực hiện điều chỉnh vị trí nhờ một một định vị dạng tích phân. Bộ định vị này có vai trò như một bộ điều khiển hoạt động trên nguyên tắc hồi tiếp. Tín hiệu yêu cầu vị trí đưa vào actuator được tính sai lệch so với vị trí hiện tại của actuator, sau đó lấy sai lệch này để điều chỉnh so với vị trí hiện tại. Actuator phải có bộ điều khiển này là để đảm bảo độ chính xác của cơ cấu chấp hành. Khi đánh giá một actuator phải chú ý đến: độ nhạy của actuator, khoảng làm việc của actuator, thời gian đáp ứng, … Để mô phỏng một actuator, ta xây dựng cấu trúc với độ nhạy được môt phỏng bởi một khâu Dead Zone, giới hạn hoạt động của actuator khi tín hiệu vào nhỏ; khoảng làm việc được mô phỏng bởi một khâu giới hạn: LIMIT; Giới hạn tốc độ thực hiện bởi một khâu SLEW RATE. Mô phỏng được thực hiện theo sơ đồ sau: Hình 3.27: Cấu trúc mô phỏng một Actuator Transmitter Thiết bị đo được mô phỏng đơn giản bằng một khâu trễ bậc một: Hình 2.28: Transmitter Đường ống Đối với đường ống vận chuyển chất lỏng, chất khí, có hai đặc điểm cần quan tâm là thời gian trễ vận chuyển và thời gian đáp ứng sự thay đổi ở đầu vào. Khi bỏ qua các tổn hao trên đường ống, ta sẽ mô phỏng đường ống vận chuyển gồm một khâu trễ vận chuyển và một khâu quán tính bậc nhất. Sơ đồ thực hiện trên control drawing như sau: Hình 2.29: Cấu trúc mô phỏng đường ống Virtual Test Virtual Test là công cụ cho phép sử dụng một FCS ảo thay cho FCS thực. FCS ảo mô phỏng hoạt động của một FCS thật và được thực hiện bởi một HIS. Như vậy, nếu có một HIS, ta có thể mô phỏng được một FCS, có hai HIS ta có thể mô phỏng được hai FCS, … CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG GIAO DIỆN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KHÓI GIÓ CÁC VÒNG ĐIỀU CHỈNH TRONG HỆ THỐNG KHÓI GIÓ Hệ thống khói gió Buồng lửa được cấp gió từ 2 nguồn gió chính là gió sơ cấp (Primary air –PA) và gió thứ cấp (Secondary air –SA). Gió môi trường được hút vào buồng lửa bởi các quạt gió sơ cấp và thứ cấp, là các quạt ly tâm có tốc độ không đổi, lưu lượng gió vào buồng đốt được điểu chỉnh bởi các van cánh hướng. Hai nguồn gió này được đưa qua các bộ sấy khí, đặt ở phía đuôi buồng đốt, nhằm nâng nhiệt độ không khí trước khi đưa vào buồng lửa. Quá trình này sẽ tiết kiệm được nhiên liệu đưa vào buồng đốt vì tận dụng được lượng nhiệt thải ra ngoài, ngoài ra quá trình này còn đảm bảo lượng không khí đưa vào không làm tụt nhiệt độ lò. Gió sơ cấp được sử dụng với 4 mục đích: Đưa vào buồng đốt qua hộp phân phối gió (Win Box). Sử dụng làm khí chèn tường. Đưa tới các bộ thải tro (Stripper Cooler). Sử dụng cho hệ thống vít cấp than. Gió sơ cấp được đưa vào buồng đốt qua các vòi phun đặt ở đáy của khoang đốt. Nhiệm vụ của gió sơ cấp là tạo tầng và cung cấp oxy cho quá trình cháy, một phần gió sơ cấp được đưa vào buồng đốt qua các vòi đặt cao hơn để hỗ trợ quá trình cháy. Gió thứ cấp được sử dụng với 3 mục đính: Đưa vào buồng đốt qua các vòi phun đặt ở phía trên các vòi gió sơ cấp, hoàn thiện quá trình cháy trong lò đưa nhiệt độ lò tới nhiệt độ thực hiện được quá trình hấp thụ lưu huỳnh Cung cấp không khí cho quá trình cháy của các vòi phun khởi động trong quá trình khởi động Cấp cho hệ thống cấp than, sử dụng làm khí chèn tường. Sau khi thực hiện quá trình cháy trong khoang cháy, một của hỗn hợp sau cháy gồm các hạt thô, nặng sẽ rơi xuống đáy khoang, có thể thực hiện tiếp quá trình cháy hoặc được đưa ra ngoài thông qua hệ thống thải xỉ. Phần còn lại của hỗn hợp đi lên, qua hệ thống phân li, các hạt nhỏ sẽ tách ra khỏi hỗn hợp, rơi xuống và đưa trở lại buồng đốt. Phần còn lại (khói thải và tro bay) được hút ra ngoài nhờ một quạt hút, qua buồng đối lưu, bộ hâm nước, bộ sấy khí, và qua một hệ thống lọc bụi tĩnh điện trước khi đưa ra ngoài qua ống khói. Hình 4.1: Vòng điều chỉnh gió chính (Air Master) Vậy, những yêu cầu quan trọng nhất đối với hệ thống không khí là đảm bảo cân bằng áp suất trong buồng đốt, đảm bảo quá trình cháy và đảm bảo nhiệt độ cho quá trình hấp thụ lưu huỳnh. Sau đây, sẽ đi chi tiết vào các vòng điều chỉnh. Vòng điều chỉnh gió chính (Air Master) Vòng điều chỉnh sử dụng bộ điều khiển PI, có: Tín hiệu phản hồi là lưu lượng gió tổng, được đo và tính toán từ lưu lượng gió sơ thứ cấp và lưu lượng gió sơ cấp đưa vào hộp phân phối gió (Winbox) cộng với lượng oxy đã được điều chỉnh. Tín hiệu đặt của bộ điều khiển lấy từ bộ điều khiển tải lò hơi, tín hiệu này được tính toán dựa trên nhu cầu của lò hơi về không khí. Đầu ra của bộ điều khiển được đưa tới hộp phân phối gió (Win Box) và là yêu cầu lưu lượng về gió sơ cấp. Điều chỉnh gió sơ cấp Bao gồm 3 vòng điều chỉnh: Vòng điều chỉnh áp suất đầu ra của bộ sây khí sơ cấp Vòng điều chỉnh lưu lượng gió sơ cấp vào bộ phân phối gió Vòng điều chỉnh lưư lượng gió sơ cấp sử dụng là khí chèn tường Vòng điều chỉnh áp suất đầu ra của bộ sấy khí sơ cấp Hình 4.2: Vòng điều chỉnh áp suất đầu ra của bộ sấy khí sơ cấp Vòng điều chỉnh sử dụng bộ điều khiển PI có: Tín hiệu phản hồi là áp suất đầu ra của bộ sấy khí sơ cấp, được đo bằng bộ chuyển đổi áp suât HLD10CP001. Tín hiệu đặt lấy từ bộ tạo hàm A14F1 dựa trên yêu cầu về khí sơ cấp: Phụ thuộc vào yêu cầu về gió sơ cấp từ WinBox và khí chèn tường trước Front Wall Seal. Đầu ra của bộ điều khiển đưa tới van cánh hướng đặt trước quạt hút PAF. Vòng chỉnh lưu lượng gió sơ cấp cấp vào bộ phân phối gió Win Box Vai trò của vòng điều chỉnh này là duy trì lưu lượng gió không đổi theo yêu cầu từ vòng điều chỉnh gió chính. Vòng điều chỉnh sử dụng bộ điều khiển PI Tính hiệu đặt lấy từ bộ điều khiển gió chính cộng với tín hiệu nhiệt độ từ bộ điều khiển nhiệt độ phần dưới của buồng đốt thao tác này đảm bảo nhiệt độ cho quá trình cháy nhờ cân bằng lưu lượng gió sơ cấp và thứ cấp. Tín hiệu đo là lưu lượng đưa vào hộp phân phối gió, lưu lượng này được đo nhờ 2 chuyển đổi lưu lượng, lấy căn sau đó được bù theo nhiệt độ và áp suất đo được sau bộ sấy khí 1GAH. Có hai chế độ: chế độ lấy trung bình 3 tín hiệu và chế độ lấy một trong 3 tín hiệu làm tín hiệu đo. Tín hiệu ra của bộ điều khiển đưa tới van cánh hướng HLA20AA101 điều khiển lưu lượng cấp vào hộp phân phối gió. Hình 4.3: Vòng chỉnh lưu lượng gió sơ cấp cấp vào Win Box Vòng điều chỉnh lưu lượng khí chèn tường Vai trò của vòng điều chỉnh là duy trì lưu lượng khí chèn tường cần thiết để vận chuyển than từ vít cấp than vào buồng đốt. Vòng điều chỉnh sử dụng bộ điều khiển PID Tín hiệu đặt vào bộ điều khiển là tín hiệu cố định do nguời vận hành đặt Tín hiệu hồi tiếp là tín hiệu lưu lượng đang cấp vào bộ chèn tường trước được đo bởi một bộ chuyển đổi lưu lượng, lấy căn, bù theo nhiệt độ và áp suất đo sau bộ sấy khí 1GAH Tín hiệu ra của bộ điều khiển đưa tới van cánh hướng điều chỉnh lưu lượng khí chèn tường.Hình 4.4: Vòng điều chỉnh lưu lượng khí chèn tường Hình 4.3: Vòng chỉnh lưu lượng gió sơ cấp cấp vào bộ phân phối gió Win Box Điều chỉnh gió thứ cấp Các vòng điều chỉnh gió thứ cấp bao gồm: Điều chỉnh áp suất khí sơ cấp sau bộ sấy Điều khiển lưu lương khí sơ cấp Điều khiển lưu lượng khí sơ cấp cấp cho vòi phun khởi động Điều khiển cắt giảm oxy Điều chỉnh áp suất gió thứ cấp sau bộ sấy Nhiệm vụ của vòng điều khiển là đảm bảo lượng gió thứ cấp cấp vào lò đáp ứng được nhu cầu của lò thông qua bộ điều khiển gió chính Vòng điều chỉnh sử dụng bộ điều khiển PI có: Hình 4.5: Vòng điều chỉnh áp suất đầu ra của bộ sấy khí thứ cấp Tín hiệu đặt lấy từ bộ điều khiển gió chính, qua bộ tạo hàm để hiệu chỉnh cho phù hợp. Tín hiệu hồi tiếp được đo từ bộ chuyển đổi áp suất đặt sau bộ sấy khí 2GAH. Đầu ra của bộ điều khiển tác động lên van cánh hướng đặt trước quạt thổi gió thứ cấp. Điều chỉnh lưu lượng gió thứ cấp Vòng điều chỉnh sử dụng bộ điều khiển PI, nhiệm vụ của vòng điều chỉnh là điều chỉnh lưu lượng gió thứ cấp vào lò đủ cho quá trình cháy, đáp ứng yêu cầu của lò thông qua tín hiệu yêu cầu gió thứ cấp đưa ra từ bộ điều khiển gió chính. Tín hiệu này được so sánh với một lượng đặt để đảm bảo gió thứ cấp không giảm quá một ngưỡng tối thiểu. Tín hiệu sau đó được cộng với tín hiệu ra của bộ điều khiển nhiệt độ phần đáy lò, như vậy sẽ đảm bảo nhiệt độ trong lò đảm bảo cho quá trình cháy vì đã cân bằng lượng gió thứ cấp và thứ cấp đưa vào lò. Tín hiệu hồi tiếp lấy từ tín hiệu lưu lượng đang cấp vào lò, được lấy căn, sau đó bù lưu lượng theo nhiệt độ và áp suất đo sau bộ sấy gió thứ cấp. Tín hiệu ra của bộ điều khiển đưa tới van cánh hướng điều chỉnh lưu lượng gió thứ cấp đưa vào lò. Hình 4.6: Vòng chỉnh lưu lượng gió thứ Điều khiển lưu lượng gió thứ cấp cấp cho vòi phun khởi động Vòng điều chỉnh đảm bảo gió thứ cấp đưa vào đủ cho quá trình cháy khi khởi động. Vòng điều chỉnh sử dụng bộ điều khiển PI với tín hiệu đặt là tín hiệu yêu cầu khí lấy từ bộ điều khiển tải lò hơi, tính toán lại dựa trên các thông số của dầu sử dụng. Sau đó qua khối so sánh để đảm bảo lượng gió thứ cấp không thập hơn một lượng tối thiểu. Tín hiệu hồi tiếp là tín hiệu lưu lượng đang cấp vào các vòi phun sau khi qua khâu lấy căn được bù theo các giá trị nhiệt độ và áp suất đo được sau bộ sấy gió thứ cấp. Tín hiệu ra của bộ điều khiển tác động lên van cánh hướng điều khiển lưu lượng gió thứ cấp cấp vào lò. Hình 4.8: Vòng chỉnh cắt giảm oxy Hình 4.7: Vòng chỉnh lưu lượng cấp cho vòi phun khởi động Điều khiển cắt giảm oxy Nhiệm vụ của vòng điều chỉnh là đảm bảo không xảy ra tình trạng thừa nhiên liệu trong buồng đốt. Vòng điều khiển này chỉ sử dụng khi tải lò hơi lớn, lớn hơn 50%, và khi tải lò hơi ổn định. Tín hiệu hồi tiếp là tín hiệu đo lượng oxy dư trong khói, đưa vào bộ điều khiển PI Tín hiệu đặt lấy từ bộ điều khiển tải lò hơi sau khi đã đi qua một bộ tạo hàm. Điều chỉnh áp suất buồng đốt Để thực hiện được hoạt động tạo tầng, lò hơi sử dụng một quạt hút tạo áp suât âm trong buồng đốt, áp suất này phụ thuộc vào tổng lượng khí đưa vào và lượng khói hút ra ngoài. Áp suất trong buồng đốt ảnh hưởng đến quá trình cháy, quá trình trình trao đổi nhiệt, cấu trúc tầng. Do đó, áp suất tầng cần phải được duy trì ở giá trị đặt. Áp suất trong buồng đốt được đo bởi 3 bộ chuyển đổi áp suất. Tùy theo chế độ điều khiển tín hiệu áp suất buồng đốt có thể là giá trị trung bình của 3 tín hiệu đo trên hoặc một trong 3 tín hiệu đo.Tín hiệu áp suất này được sử dụng làm tín hiệu hồi tiếp tới bộ điều khiển áp suất buồng lửa. Tín hiệu đặt là một giá trị cố định (-10 mmHg) tùy thuộc vào công nghệ yêu cầu. Giá trị ra của bộ điều khiển được cộng với tín hiệu Feed-Fordward xác định từ tín hiệu yêu cầu gió thứ cấp và gió thứ cấp. Áp suất buồng đốt còn có thể điều khiển bằng bộ điều khiển khác, bộ điều khiển này lấy tín hiệu từ bộ chuyển đổi áp suất đo áp suất của luồng khói qua quạt hút, lấy tín hiệu đặt theo tổng lưu lượng gió đưa vào lò. Hình 4.9: Vòng chỉnh áp suất buồng đốt Tín hiệu ra của hai bộ điều khiển qua bộ lựa chọn giá trị nhỏ hơn. Như vậy sẽ đảm bảo hoạt động của quạt hút ngay trong trường hợp một trong hai bộ điều bị hỏng. Điều này rất quan trọng bởi hoạt động của quạt hút ảnh hưởng đến hoạt động của lò. XÂY DỰNG GIAO DIỆN ĐỒ HỌA Giao diện đồ họa được xây dựng trên phần mềm Graphic Builder dựa theo các quá trình công nghệ và giao diện của nhà máy nhiệt điện Na Dương. Đồ án đã hoàn thành việc xây dựng giao diện cho toàn nhà máy bao gồm: Hai giao diện tổng quan cho hệ thống hơi nước và hệ thống khói gió, nhiên liệu (Số hiệu H30). (Overview Display) Giao diện hệ thống cung cấp dầu cho quá trình khởi động, số hiệu bản vẽ: E31. Giao diện cho quá trình sử lý đá vôi, số hiệu E32. Giao diện cho quá trình sử lý than, số hiệu E34. Giao diện cho hệ thống khói, khí, số hiệu H32. Giao diện cho hệ thống vòi đốt khởi động, số hiệu H33. Giao diện cho hệ thống cấp than vào buồng đốt, số hiệu H34. Giao diện cho hệ thống cấp đá vôi vào lò, số hiệu H35. Giao diện cho hệ thống thải xỉ tro bay và thải xỉ đáy, số hiệu H37. Giao diện cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện, số hiệu H38. Giao diện cho các thông số chi tiết về lò hơi, số hiệu H42. Giao diện cho hệ thống thải xỉ đáy. Các bản vẽ giao diện sẽ được đặt tại phần cuối của đồ án. LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG Các quy ước Mỗi vòng điều chỉnh có thể thực hiện trên một hoặc trên nhiều bản vẽ, trong quá trình thi công, có thể cả vòng điều chỉnh thực hiện trên một bản, nhưng một thiết bị lại được đặt ở bản vẽ khác. Tên Function Block được đặt gồm 2 phần: Phần thứ nhất dạng AAAxxxx gồm phần chữ cái mô tả chức năng của Function Block (thông thường là 3 kí tự, trong một số trường hợp là 4 kí tự) và phần chữ số gồm 4 chữ số là số thứ tự của bản vẽ Phần thứ 2 gồm 3 kí tự dạng Nxx: trong đó xx là số có 2 chữ số cho biết số thứ tự của Function Block trong bản vẽ Ví dụ: PID0014N02 có nghĩa đây là Function Block thực hiện chức năng của bộ điều khiển PID đặt tại bản vẽ DR0014. N02 cho biêt: trong bản vẽ đó, PID0014N02 là Function Block PID thứ 2. Mỗi bản vẽ đều có một Function Block CALCU (dạng tròn) đặt tại góc phải trên, Function Block này được sử dụng để đặt các thông số mặc định trong suốt quá trình mô phỏng, như: khoảng hoạt động của vòng, các giá trị của một số Function Block như hằng số thời gian của khâu trễ bậc một (LAG), … Vòng điều chỉnh áp suất gió sơ cấp tại đầu ra của bộ sấyVan de ton tai: Chua the hien dac tinh bom , moi tam coi vong dieu chinh mong muon bao nhieu se duoc dap ung bay nhieu. Mô phỏng Mô hình mô phỏng được thực hiện trên bản vẽ DR0010.EDF của Control Drawing. Hệ thống đường ống từ bơm đến vị trí đo áp suất được mô phỏng bằng một khâu trễ vận chuyển và một khâu trễ bậc một. Từ thông số test vòng kín của nhà máy, ta tính được các thông số của quá trình như sau: Thời gian trễ vận chuyển: 10 giây. Hằng số thời gian 90 giây. Coi kp=1 bởi vì đã bỏ qua các tổn hao và ảnh hưởng do nhiệt độ gây ra. Hệ thống chấp hành được mô phỏng trên một bản vẽ DR0030.EDF, CALCU: CON0010N01 có chức năng kết nối tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển PID0006N01 tới actuator, valve. Tín hiệu sau khi qua actuator và valve sẽ được nối trở lại bản vẽ DR0010N01 bởi VAL0030N01. Hình 4.10: Cấu trúc mô phỏng vòng điều chỉnh áp suất gió sơ cấp Hệ thống đo lường được xấp xỉ thành một khâu trễ bậc một Toàn bộ vòng điều chỉnh có cấu trúc như sau: Đáp ứng quá trình Hình 4.11: Đáp ứng vòng điều chỉnh áp suất gió sơ cấp khi chưa chỉnh định Khi chưa tiến hành chỉnh định, đáp ứng của hệ thu được như sau: Chỉnh định Ta tiến hành chỉnh định theo phương pháp test vòng hở. Đặc tính vòng hở thu được bằng cách chuyển bộ điều khiển PID về chế độ Manual, sau đó thay đổi giá trị MV, ta thu được đặc tính như sau: Hình 4.12: Đáp ứng vòng hở vòng điều chỉnh áp suất gió sơ cấp khi chưa chỉnh định Tiến hành các bước kẻ tiếp tuyến, xác định thời gian trễ vận chuyển, hằng số thời gian, ta tính được hệ số của PI như sau: P = 15; D =46. Hình 4.13: Đáp ứng vòng điều chỉnh áp suất gió sơ cấp khi sau chỉnh định Đáp ứng của hệ khi sử dụng bộ điều khiển PI với thông số như trên như sau: Nhận xét: Bộ điều khiển đã đưa quá trình về ổn định trong khoảng thời gian khoảng 120 giây, đáp ứng của hệ không có độ quá điều chỉnh, điều này rất quan trọng đối với công nghệ. Vòng điều khiển lưu lượng gió sơ cấp đưa vào Winbox Mô phỏng Lưu lượng đưa đến trước van chấp hành phụ thuộc vào áp suất gió sơ cấp đo được sau hệ thống sấy khí. Từ thông số áp suất, CVT0011N01 sẽ tính toán ra lưu lượng gió sơ cấp ra khỏi vòng điều khiển áp suất. Lưu lượng này qua đường ống được mô phỏng bằng một khâu trễ vận chuyển và một khâu trễ bậc nhất sẽ được đưa đến van chấp hành của vòng điều khiển lưu lượng. Kết hợp với độ mở van nhận từ DR0031.EDF do bộ điều chỉnh quyết định, ta thu được lưu lượng thực qua van, lưu lượng này là lưu lượng gió sơ cấp đưa vào lò. Khi van chấp hành vòng điều khiển lưu lượng mở sẽ ảnh hưởng đến áp suất ra của vòng điều chỉnh áp suất gió sơ cấp. Do đó, lưu lượng qua van cũng dùng để tính toán lại thống số áp suất tại thiết bị đo của vòng điều chỉnh áp suất. Hệ thống đường ống từ sau vòng điều chỉnh áp suất đến trước van chấp hành của vòng điều chỉnh lưu lượng và đường ống từ vị trí van chấp hành đến vị trí của thiết bị đo lưu lượng được mô phỏng bằng một khâu trễ vận chuyển và một khâu trễ bậc một. Thời gian trễ vận chuyển: 6 giây Hằng số thời gian khâu quán tính bậc một: 305 giâyCoi kp=1 bởi vì đã bỏ qua các tổn hao và ảnh hưởng do nhiệt độ gây ra. Transmitter Hệ thống đo lường được xấp xỉ thành một khâu trễ bậc một Hình 4.14: Cấu trúc mô phỏng vòng điều chỉnh lưu lượng gió sơ cấp Toàn bộ vòng điều chỉnh có cấu trúc như sau: Hình 4.15: Đáp ứng vòng điều chỉnh vòng điều chỉnh lưu lượng gió sơ cấp khi chưa chỉnh định Đáp ứng quá trình Khi chưa tiến hành chỉnh định, đáp ứng của hệ thu được như sau: Chỉnh định Hình 4.16: Đáp ứng vòng hở vòng điều chỉnh lưu lượng gió sơ cấp Ta tiến hành chỉnh định theo phương pháp test vòng hở. Đặc tính vòng hở thu được bằng cách chuyển bộ điều khiển PID về chế độ Manual, sau đó thay đổi giá trị MV, ta thu được đặc tính như sau: Tiến hành các bước kẻ tiếp tuyến, xác định thời gian trễ vận chuyển, hằng số thời gian, ta tính được hệ số của PI như sau: P = 9; D =84. Đáp ứng của hệ khi sử dụng bộ điều khiển PI với thông số như trên như sau: Hình 4.17: Đáp ứng vòng điều chỉnh lưu lượng gió sơ cấp khi sau chỉnh định Nhận xét: Bộ điều khiển đã đưa quá trình về ổn định trong khoảng thời gian khoảng 190 giây, đáp ứng của hệ không có độ quá điều chỉnh. Nhận thấy quá trình điều chỉnh lưu lượng xảy ra chậm hơn so với vòng điều chỉnh áp suất. Vòng điều chỉnh áp suất gió thứ cấp tại đầu ra của bộ sấy Mô phỏng Mô hình được thực hiện trên bản vẽ DR0006.EDF, và bản vẽ DR0026.EDF. Về mặt cấu trúc, vòng điều chỉnh áp suất gió thứ cấp sau bộ sấy khí 2GAH hoàn toàn giống với hệ thống cho gió sơ cấp. Ta có mô hình hệ thống đối tượng và bộ điều khiển như hình vẽ dưới đây. Với các thông số: Thời gian trễ vận chuyển: 7.5 giây Hằng số thời gian khâu quán tính bậc nhất: 62.5 giây Tín hiệu điều khiển cấp từ MV của PID được nối tới DR0026.EDF, sau khi qua các khâu mô tả valve và actuator ở đay, tín hiệu được đưa lại bản vẽ DR0006.EDF Mô hình trên bản vẽ DR0026.EDF, như sau: Hình 4.19: Cấu trúc vòng điều chỉnh áp suất gió thứ cấp Mô hình quá trình và bộ điều khiển trên bản vẽ DR0006.EDF Đáp ứng quá trình Hình 4.18: Cấu trúc mô phỏng hoạt động của actuator Khi chưa tiến hành chỉnh định, đáp ứng của hệ thu được như hình 4.18 Chỉnh định Ta tiến hành chỉnh định theo phương pháp test vòng hở. Đặc tính vòng hở thu được bằng cách chuyển bộ điều khiển PID về chế độ Manual, sau đó thay đổi giá trị MV, ta được đặc tính như trên hình 4.19. Hình 4.21: Đáp ứng vòng hở vòng điều chỉnh áp suất gió thứ cấp Hình 4.20: Đáp ứng vòng điều chỉnh áp suất gió thứ cấp khi chưa chỉnh định Tiến hành các bước kẻ tiếp tuyến, xác định thời gian trễ vận chuyển, hằng số thời gian, ta tính được hệ số của PI như sau: P = 15; D = 35. Hình 4.22: Đáp ứng vòng điều chỉnh áp suất gió thứ cấp khi sau chỉnh định Đáp ứng của hệ khi sử dụng bộ điều khiển PI với thông số như trên như sau: Vòng điều khiển lưu lượng gió thứ cấp cấp vào lò Mô phỏng Về mặt cấu trúc, mô hình quá trình tương tự như mô hình của vòng điều chỉnh gió sơ cấp cấp vào Winbox. Về mặt thông số, ta nhận dạng được như sau: Thời gian trễ vận chuyển: 4 giây. Hằng số thời gian khâu quán tính bậc một: 225 giây. Mô hình mô phỏng thực hiện trên bản vẽ DR0007.EDF Hình 4.23: Cấu trúc mô phỏng vòng điều chỉnh lưu lượng gió thứ cấp Actuator được mô phỏng trên bản vẽ DR0027.EDF bởi Function Block VAL0007N01 Đáp ứng quá trình Hình 4.24: Đáp ứng vòng điều chỉnh lưu lượng gió thứ cấp sau khi chỉnh định Khi chưa chỉnh định, đáp ứng của vòng điều chỉnh thu được như sau: Chỉnh định Hình 4.25: Đáp ứng vòng hở vòng điều chỉnh áp suất gió thứ cấp Ta tiến hành chỉnh định theo phương pháp test vòng hở. Đặc tính vòng hở thu được bằng cách chuyển bộ điều khiển PID về chế độ Manual, sau đó thay đổi giá trị MV, ta thu được đặc tính như sau: Tiến hành các bước kẻ tiếp tuyến, xác định thời gian trễ vận chuyển, hằng số thời gian, ta tính được hệ số của PI như sau: Hình 4.26: Đáp ứng vòng điều chỉnh áp suất gió thứ cấp khi sau chỉnh định P = 12; D = 62. Đáp ứng của hệ khi sử dụng bộ điều khiển PI với thông số như trên như sau: Vòng điều chỉnh gió chính (Air Master) Sơ đồ thực hiện trên bản vẽ DR0015.EDF. Function Block RAT0015N01 thực hiện chức năng kết nối và nhận tín hiệu đặt từ bộ điều khiển tải lò hơi. Tín hiệu phản hồi được tính toán bởi Function Block CAL0015N03, tín hiệu phản hồi này được tính từ tổng lưu lượng gió sơ cấp (từ bản vẽ DR0011.EDF) và thứ cấp cấp vào lò (DR0007.EDF). Tín hiệu ra khỏi bộ điều khiển là tổng lưu lượng gió cần cấp vào lò. Lưu lượng này được tính toán, phân phối gió bởi Function Block CAL0015N02. Các Function Block RAT0007N02 và RAT0011N02 nhận giá trị từ Function Block CAL0015N02 để tính toán lưu lượng cho gió sơ cấp và thứ cấp. Các Function Block RAT0006N02 và RAT0010N02 nhận giá trị từ Function Block CAL0015N02 để tính toán giá trị đặt Feedforward cho vòng điều khiển áp suất. Hình 4.27: Cấu trúc mô phỏng vòng điều chỉnh gió chính Sơ đồ thực hiện của AirMaster như sau: Hình 4.28: Đáp ứng vòng điều chỉnh gió chính sau khi chỉnh định Vòng điều chỉnh áp suất buồng đốt Mô hình thực hiện trên bản vẽ DR0014.EDF và DR0034.EDF Function Block CAL0014N04 làm nhiệm vụ tính toán tổng lưu lượng gió cấp vào lò, giá trị ra khỏi Function Block này qua các khâu trễ vận chuyển Function Block DLAY0014N02 và khâu quán tính bậc nhất LAG0014N02, các khâu này thể hiện sau một thời gian trễ tổng lưu lượng gió mới ảnh hưởng đến áp suất lò. Từ thống số áp suất lò, Function Block CAL0014N02 tính toán ra lưu lượng tối đa có thể qua van theo đặc tính quạt hút (IDF), thông số này nhân với độ mở van nhận từ actuator ta được thông số lưu lượng khói thực quan van. Lưu lượng này sau một thời gian cùng với lưu lượng gió tổng mới ảnh hưởng tới áp suất lò. Áp suất lò được tính bằng tích phân của hiệu lưu lượng gió cấp vào và lưu lượng khói thoát ra khỏi lò. Sơ đồ thực hiện vòng điều khiển như trên hình vẽ dưới đây. Đáp ứng của vòng điều khiển thu được như sau: Hình 4.29: Cấu trúc mô phỏng áp suất buồng đốt KẾT LUẬN Quá trình thiết kế tốt nghiệp với đề tài: “Xây dựng giao diện và mô hình hóa mô phỏng hệ điều khiển khói gió nhà máy nhiệt điện Na Dương” đã giúp em củng cố thêm kiến thức về lý thuyết điều khiển, mô hình hoá. Trong thời gian làm đồ án em được tiếp xúc, tìm hiểu các quá trình công nghệ trong thực tế và giải quyết các bài toán thực tế. Đó là những kiến thức vô cùng quý giá trước khi tốt nghiệp. Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Bùi Quốc Khánh, KS.Phạm Hồng Sơn – cán bộ nghiên cứu tại trung tâm Hitech và các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp, sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị tại nhà máy Nhiệt điện Na Dương. Đề tài đã phân tích được các quá trình công nghệ của lò hơi tầng sôi tuần hoàn, thấy rõ sự khác biệt về hoạt động của lò, sự khác biệt về cấu trúc điều khiển, yêu cầu điều khiển của hệ điều khiển nhà máy. Trình bày về cấu trúc, chức năng của hệ thống điều khiển phân tán, phương pháp nhận dạng đối tượng là các quá trình và đã bước đầu mô phỏng các vòng điều chỉnh chính trong hệ thống khói gió của nhà máy. Các thông số quá trình sử dụng trong đồ án để mô phỏng quá trình được tính toán từ các kết quả kiểm tra, chỉnh định vòng hở, vòng kín của nhà máy. Tuy nhiên, do giới hạn về thời gian và trình độ nên cấu trúc điều khiển của nhà máy đã được đơn giản hóa rất nhiều. Cấu trúc sử dụng chỉ mang tính nguyên lý điều khiển, như các điều kiện logic, các điều kiện liên động, …Đó cũng chình là hạn chế của đồ án. Vì vậy, mong muốn của em là sau khi ra trường được tiếp tục làm việc để phát triển đồ án trở thành một sản phẩm hoàn thiện hơn. Đây là một đề tài mới, do hạn chế về trình độ nên đồ án còn nhiều sai sót. Em mong nhận được sự góp ý từ thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn thầy cô và các bạn!