tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu, KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG của VAN điều KHIỂN TRONG hệ THỐNG điều KHIỂN QUÁ TRÌNH

29 430 0
tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật   NGHIÊN cứu, KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG của VAN điều KHIỂN TRONG hệ THỐNG điều KHIỂN QUÁ TRÌNH

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LƯƠNG THỊ THANH XUÂN NGHIÊN CỨU, KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Chuyên ngành: Tự Động Hóa Mã số: TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2011 Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái Nguyên. Cán bộ HDKH : PGS.TS. Bùi Quốc Khánh Phản biện 1 : TS. Bùi Chính Minh Phản biện 2 : TS. Phạm Hữu Đức Dục Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học số , trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Vào giờ phút ngày tháng năm 2011. Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. 2 MỞ ĐẦU Điều khiển tự động đã được biết đến trong Công nghệ Điều khiển Quá trình (Process Control). Van Điều Khiển là phần tử chấp hành trong hệ thống điều khiển và đóng một vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống điều khiển. Nội dung nghiên cứu: Phần mở đầu Chương 1. VAI TRÒ CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.1. Vai trò của van điều khiển 1.2. Cấu tạo, phân loại van điều khiển 1.3. Đặc tính của van điều khiển 1.4. Lựa chọn van điều khiển Chương 2. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG PHI TUYẾN CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN 2.1. Hiện tượng Stiction 2.2. Quan sát ảnh hưởng hiện tượng Stiction trong thực tế 2.3. Mô hình vật lý của ma sát van 2.4. Mô hình Stiction van điều khiển bằng dữ liệu Chương 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VÀ KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG STICTION ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN PH 3.1. Động học cơ bản của phản ứng hóa học 3.2. Lý thuyết về pH 3.3. Ảnh hưởng của đặc tính van tới điều khiển độ PH trong CSTR 3.4. Phương pháp bù ảnh hưởng của stiction valve Chương 4. MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 4.1. Tham số mô phỏng 3 4.2. Kết quả mô phỏng Kết luận chung và kiến nghị Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Bùi Quốc Khánh người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học. Tôi xin chân thành cám ơn! Thái Nguyên, ngày 12 tháng 10 năm 2011 Người thực hiện Lương Thị Thanh Xuân 4 Chương 1. VAI TRÒ CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.1. Vai trò vị trí của van trong điều khiển quá trình Van điều khiển chính là thiết bị chấp hành quan trọng và phổ biến nhất trong hệ thống điều khiển quá trình, cho phép điều chỉnh lưu lượng môi chất qua các đường ống dẫn. Hình 1.1. Vị trí thiết bị chấp hành trong hệ thống điều khiển Van điều khiển đóng một vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống điều khiển. Nó là cơ cấu chấp hành điều khiển lưu lượng môi chất đi qua, để bù đắp lại ảnh hưởng của nhiều và thay đổi giá trị biến điều khiển để có được đại lượng cần điều khiển như mong muốn. 1.2. Cấu tạo, phân loại van điều khiển 1.2.1. Cấu tạo van điều khiển Van điều khiển cấu tạo bao gồm thân van nối với một cơ chế chấp hành cùng với các phụ kiện liên quan có khả năng thay đổi độ mở van theo tín hiệu từ bộ điều khiển. Trên hình 1.5 là hình ảnh mặt cắt của một van cầu khí nén với cơ chế truyền động màng rung lò xo. Hình 1.5. Cấu tạo một van điều khiển điển hình Hình 1.6. Ví dụ các bộ phận và phụ kiện van cầu a. Thân van ( Control valve body) b. Cơ cấu chấp hành (actuator) Là một cơ cấu truyền động khí nén, thủy lực hoặc điện để định vị vị trí đóng mở van, điều chỉnh van chính xác theo tín hiệu điều khiển. Truyền động lò xo và màng khí nén phổ biến nhất do độ an toàn của nó và đơn giản khi thiết kế. c. Các phụ kiện van + Khâu chuyển đổi (transducer) + Bộ định vị (positioner) + Rơ le tăng áp (booster relay) + Cảm biến giới hạn (limit switches) 1.2.2. Phân loại van điều khiển a. Phân loại theo chức năng Van đóng cắt (on- off) Dùng để đóng mở không liên tục, sử dụng để bắt đầu hoặc ngăn chặn dòng chảy của môi chất thông qua quá trình đóng mở van, cho phép dòng môi chất di chuyển thẳng qua thân van với yếu tố đóng cửa van hoàn toàn mà sự suy giảm áp lực là ít hoặc không có. - Van tỷ lệ Độ mở van cho phép thay đổi từ 0 – 100%, van tỷ lệ thường được sử dụng điều khiển tải lớn trong hệ thống thủy lực. Quan hệ giữa độ mở van và lưu lượng là tuyến tính. - Van servo Được sử dụng phổ biến trong các hệ thống thủy lực, điều khiển bởi một tín hiệu điện. b. Phân loại theo tính chất chuyển động cơ học - Van trượt (linear valve) - Van xoay (rotary valve) c. Phân loại theo thiết kế chốt van - Van cầu (globe valve) - Van bướm (butterfly valve) - Van nút (plug valve) - Van bi (ball valve) d. Phân loại dựa theo năng lượng truyền động - Van khí nén - Van điện - Van thủy lực - Van từ 1.3. Đặc tính của van điều khiển 1.3.1. Kiểu tác động của van - Van đóng an toàn (fail-closed, FC hoặc air-to-open, AO) - Van mở an toàn (fail-open, FO hoặc air-to-close, AC) - Dự phòng an toàn (fail – safe) 1.3.2. Đặc tính thời gian của van a. Hiện tượng dải chết (Deadband) của van Deadband là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự dư thừa của biến quá trình. Các nguyên nhân gây ra hiện tượng Deadband là: ma sát , khe hở, dải chết, Hình 1.19. Hiện tượng deadband b. Thời gian đáp ứng của van (Valve respostion time) 1.3.3. Đặc tính lưu lượng của các loại van Đặc tính lưu lượng của van điều khiển là mối quan hệ giữa lưu lượng tương đối của môi chất đi qua van điều chỉnh và độ mở tương đối của cửa van, tức là: ax axm m F L f F L   =  ÷   * Van tuyến tính ( linear vavle) * Van mở nhanh ( Quick open vavle: QO) * Van phần trăm đều ( Equal percentage vavle: EP) 1.3.4. Đặc tính động học của van Là đặc tính giữa tín hiệu điều khiển u vào van và đầu ra là lưu lượng F - Đặc tính tĩnh của van phụ thuộc chủ yếu vào kích cỡ van và thiết kế chốt van - Đặc tính động học của van phụ thuộc chủ yếu vào cơ cấu chấp hành van 1.4. Lựa chọn van điều khiển Quá trình chọn lựa valve * Xác định các biến như: * Lựa chọn chốt van * Chọn kích cỡ thân van và chốt van * Chọn vật liệu chốt * Các tùy chọn Kết luận chương 1: Trong nội dung chương 1, luận văn đã nghiên cứu về vai trò vị trí của van điều khiển trong điều khiển quá trình. Đồng thời đã nghiên cứu được cấu tạo và đặc tính của van điều khiển. Từ đó đưa ra cách lựa chọn và các thông số, các biều thức tính toán để lựa chọn và sử dụng van trong các trường hợp cụ thể. Chương 2. NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG PHI TUYẾN CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN 2.1. Hiện tượng Stiction 2.1.1. Giới thiệu chung 2.1.2. Đề suất định nghĩa mới về Stiction a. Bàn về hiện tượng Stiction * Backlash (khe hở, độ dơ) Quá trình đo cho thấy Backlash là chuyển động tương đối giữa các phần tử cơ học, kết quả là sự trùng xuống khi các chuyển động bị đảo chiều. * Hysteresis ( Độ trễ) :Sự khác nhau trong đáp ứng ra với cùng thay đổi đầu vào theo hai chiều khác nhau. Độ trễ được xác định bằng sai lệch lớn nhất giữa 2 giá trị đầu ra với cùng giá trị đầu vào ( loại trừ có dải chết) * Deadband (Dải chết): là khoảng giá trị đầu vào mà không có sự thay đổi giá trị đầu ra theo hai chiều thuận ngược. Tuy nhiên giá trị của đầu ra là khác nhau trong hai khoảng đó. Dải chết gây ra sự trễ pha giữa đầu vào và đầu ra. * Deadzone(Vùng chết): là vùng mà đầu ra không thay đổi giá trị mặc dù có sự thay đổi của đầu vào theo hai chiều thuận ngược. b. Đề suất định nghĩa mới về Stiction Sự xuất hiện của Stiction giảm sự di chuyển chính xác của van, ví dụ: cần van có thể không đáp ứng tín hiệu đầu ra từ bộ điều khiển hoặc bộ định vị van. Sự di chuyển trơn của van trong đáp ứng với đầu vào biến thiên từ bộ điều khiển hoặc bộ định vị van thể hiện bởi dải giữ và sự nhảy đột được nêu lên như sự trượt-nhảy. 2.2. Quan sát ảnh hưởng hiện tượng Stiction trong thực tế 2.3. Mô hình vật lý của ma sát van Khi trục van trượt theo định luật II Newton ta co phương trình cân bằng lực: (2.1) [...]... đạt được Kết luận chung và kiến nghị 4.1 Kết luận chung - Luận văn đã hoàn thành những yêu cầu đặt ra là nghiên cứu, khắc phục ảnh hưởng của van điều khiển trong hệ thống điều khiển quá trình - Luận văn đã tổng hợp được các tài liệu, nghiên cứu về vai trò của van điều khiển trong hệ thống điều khiển quá trình Đồng thời đã nghiên cứu về ảnh hưởng và tìm ra biện pháp khắc phục ảnh hưởng của hiện tượng... hiện tượng Stiction ảnh hưởng rất lớn đến quá trình điều khiển pH 4.2.4 Khắc phục ảnh hưởng Stiction đến quá trình điều khiển pH a Van tuyến tính Như vậy, vấn đề đặt ra là phải giảm tối đa ảnh hưởng của Stiction đến van Điều này tương đương với làm giảm tính phi tuyến trong van, đưa van về gần lý tưởng nhất Để đạt được điều này, ta sẽ thiết kế một bộ điều khiển PI dành riêng cho van Ep như sau: S co... chuyển trơn của van trong đáp ứng với đầu vào biến thiên từ bộ điều khiển hoặc bộ định vị van thể hiện bởi dải giữ và sự nhảy đột được nêu lên như sự trượt-nhảy Nguồn gốc của nó trong hệ thống cơ khí là ma sát tĩnh, nó vượt thành ma sát động trong suốt quá trình di chuyển trơn của van * Từ những định nghĩa về hiện tượng stiction valve, luận văn đã khảo sát những ảnh hưởng của hiện tượng này trong thực... CSTR Nói về ảnh hưởng của stiction đến điều khiển quá trình, kết quả mô phỏng như hình 3.4 3.4 Ảnh hưởng của hiện tượng stiction đến hệ điều khiển quá trình 3.4 Phương pháp bù ảnh hưởng của stiction valve 3.4.1 Phương pháp knocker * Giới thiệu về phương pháp: Hình 3.5 Cấu trúc phương pháp Knocker - Phương pháp của Hagglund (2002) đề xuất cộng thêm một xung ngắn bù h thêm vào tín hiệu điều khiển knocker... và lượng đặt Ảnh hưởng của stiction lên van phần trăm đều (Ep) Hình 4.13 Mô hình van phần trăm đều chịu ảnh hưởng của Stiction Kết quả mô phỏng: Hình 4.14 Tín hiệu trước và sau khối stiction Hình 4.15 Ảnh hưởng của stiction lên điều chỉnh độ pH Nhận xét: Thực tế khi van chịu ảnh hưởng từ hiện tượng Stiction, ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình trung hòa pH, như ta thấy ở kết quả trên, pH trong CSTR sẽ... ứng Kết quả của việc trộn không đều gây ảnh hưởng đến điều khiển pH - Các vị trí tương đối của các đầu vào, đầu ra bình, và địa điểm đặt cảm biến đo cho đáp ứng tốc độ tối đa - Hệ thống thuốc thử và điểm bổ sung thuốc thử cho việc điều khiển pH 3.3 Ảnh hưởng của đặc tính van tới điều khiển độ PH trong CSTR 3.3.1 Mô tả chung Hình 3.2 Bình khuấy trộn liên tục CSTR [10] 3.3.2 Quá trình xảy ra trong bình... khâu điều chỉnh hiện tượng stiction (van phần trăm đều) Hình 4.20 Tín hiệu trước và sau khối stiction Hình 4.21 Quan hệ đầu ra pH theo thời gian Nhận xét: Stiction là một hiện tượng rất phổ biến với van điều khiển trong công nghiệp Ảnh hưởng của nó làm giảm hiệu suất của quá trình Yêu cầu cần phải có một giải pháp khắc phục hiện tượng này, tăng hiệu suất quá trình cũng như chất lượng của van Trong. .. 2.3.2 Mô phỏng van Mục đích của mô phỏng của van là xác định ảnh hưởng của tính phi tuyến trong mô hình Các mô hình phi tuyến có thể tạo ra giới hạn chu kỳ dao động trong vòng điều khiển phản hồi, và mục đích là để hiểu được ảnh hưởng của phi tuyến đến đặc tính và hình dạng của chu kỳ giới hạn 2.4 Mô hình Stiction van điều khiển bằng dữ liệu Mô hình chỉ có cần : * Tín hiệu ra từ bộ điều khiển * Tổng... slip-jump J Kết luận chương 2: * Hiện tượng phi tuyến trong van là một trong những nguồn chính cho sự xuống cấp trong quá trình điều khiển và kết quả phi tuyến này là do: - Sụt áp trên van - Hệ số khuếch đại thay đổi - Do cơ cấu truyền động van * Sự xuất hiện của Stiction giảm sự di chuyển chính xác của van, ví dụ: cần van có thể không đáp ứng tín hiệu đầu ra từ bộ điều khiển hoặc bộ định vị van Sự di chuyển... nhiễu tác động, để tín hiệu điều khiển thực tế đạt được như mong muốn: ucr = uc Kết luận chương 3: * Trong chương này, luận văn nghiên cứu về ảnh hưởng của hiện tượng stiction đến chất lượng điều khiển nồng độ PH, có 3 yếu tố cơ bản: Nồng độ, Áp suất, Nhiệt độ * Tứ đó luận văn lựa chọn các phương pháp bù ảnh hưởng của hiện tượng stiction valve: - Phương pháp knocker Phương pháp của Hagglund (2002) đề xuất . HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LƯƠNG THỊ THANH XUÂN NGHIÊN CỨU, KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Chuyên ngành: Tự Động Hóa Mã số: TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ. TRÒ CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.1. Vai trò vị trí của van trong điều khiển quá trình Van điều khiển chính là thiết bị chấp hành quan trọng và phổ biến nhất trong hệ thống điều. điều khiển và đóng một vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống điều khiển. Nội dung nghiên cứu: Phần mở đầu Chương 1. VAI TRÒ CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.1. Vai trò của van

Ngày đăng: 18/08/2015, 20:48

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Nội dung nghiên cứu:

  • Chương 1. VAI TRÒ CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

  • Chương 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VÀ KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG STICTION ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN PH

  • Chương 4. MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH VAN ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan