đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Trờng đại học mỏ - địa chất môn tự động hoá xí nghiệp mỏ - Đề tài tốt nghiệp Họ tên: Trần Văn Hải Ngành: Cơ điện mỏ Khoá: 50 Hệ đào tạo: Chinh Quy Mã số ngành: Thời gian nhận đề tài: Ngày tháng năm 2008 Thời gian hoàn thành: Ngày tháng năm 2008 Tên đề tài Điều khiển tự động nhiệt độ dầu bôi trơn Tuarbine máy phát nhà máy nhiệt điện Uông Bí Giáo viên hớng dẫn: PGS-TS Thái Duy Thức Trởng môn: TS Nguyễn Chí Tình - - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải lời mở đầu Điện có vị trí quan trọng đời sống thờng nhật ngời thời đại So với tợng vật lý khác nh cơ, nhiệt, quang tợng điện từ đợc phát chậm hơn.Tuy nhiên việc khám phá tợng điện từ thúc đẩy mạnh mẽ cách mạng khoa học kỹ thuật chuyển sang lĩnh vực điện khí hóa, tự động hóa Điện có u điểm bật sản xuất tập trung với nguồn công suất lớn, truyền tải xa phân phối tới nơi tiêu thụ với tổn hao tơng đối nhỏ Điện dễ dàng biến đổi thành dạng lợng khác Mặt khác trình biến đổi lợng tín hiệu điện từ dễ dàng tự động hóa điều khiển từ xa, cho phép giải phóng lao động chân tay lao động trí óc ngời Chính ngời không ngừng tìm tòi nhng công nghệ tối u để sản suất điện Hiện nay, công nghệ sản xuất điện nh: nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử, khai thác nguồn lơng khác nh sức gió, lợng mặt trời để sản suất điện Việt nam nớc tiên tiến giới công nghệ sản suất nhiệt điện phát triển mạnh mẽ có tơng lai bền vững Các Nhà máy nhiệt điện sản xuất điện dựa nguyên tắc biến nhiệt từ việc đốt nhiên liệu hoá thạch thành quay máy phát điện sinh điện Tuy nhiên, hệ thống Nhà máy nhiệt điện th ờng hệ thống nhiệt động phức tạp, làm việc môi trờng nhiệt độ cao, áp suất lớn, rung ồn Để cho hệ thống làm việc cách tin cậy, xác giảm thiểu tham gia ngời trình vận hành, Nhà máy lắp đặt hệ thống điều chỉnh tự động Trên đà phát triển chung khoa học kỹ thuật, chuyển hớng giải pháp tự động điều khiển trình sản xuất đợc đánh dấu đậm nét tiến vợt bậc công nghệ vi điện tử công nghệ thông tin Nhu cầu tích hợp hệ thống điều khiển giám sát cấp cao hệ thống thông tin tổng thể xí nghiệp sản xuất công ty ngày trở nên quan trọng cần thiết Trong xu đổi chung nớc từ kinh tế bao cấp chuyển sang kinh tế thị trờng, ngày có thêm nhiều doanh nghiệp đời lớn mạnh không ngừng Trớc cạnh tranh gay gắt để tồn phát triển, doanh nghiệp không cách khác phải tổ chức sản xuất cách hợp lý khoa học nhằm phát triển sản xuất đạt đợc lợi nhuận cao Để có tồn phát triển đợc Công ty nhiệt điện Uông Bí phải có đội ngũ cán công nhân viên có tay nghề cao, có trình độ chuyên môn kinh nghiệm, máy móc thiết bị đại giúp doanh nghiệp ngày phát triển - - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Sau trình học tập đợc hớng dẫn tận tình thầy PGS.TS Thái Duy Thức thầy giáo môn Tự động hoá, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: " Điều khiển tự động nhiệt độ dầu bôi trơn Tuarbine máy phát - Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí 300MW số 1" Tuy nhiên kiến thức thời gian có hạn nên đồ án khó tránh khỏi sai sót Em kính mong đợc góp ý thầy, cô bạn đồng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Sinh viên - - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Nội dung đồ án Chơng 1: Giới thiệu khái quát chung nhà máy Nhiệt điện Uông Bí I Quá trình hình thành phát triển Nhiệt điện Uông Bí Hình thành phát triển công ty Đặc điểm tổ chức máy quản lý Công ty II Sơ đồ tổ chức phân công nhiệm vụ px: tự động điều khiển Phạm vi quản lý thiết bị px: Tự động Điều khiển Sơ đồ tổ chức III sơ đồ tổng quan va chu trình nhiệt tổ máy 300MW Chu trình nhiệt nhà máy IV Các hình thức đo lờng Phân loại thiết bị đo lờng Nguyên lý làm việc thiết bị đo lờng V Các hình thức bảo vệ Bảo vệ turbine Bảo vệ lò Bảo vệ khối Chơng 2: Mô tả công nghệ Hệ thống dầu bôi trơn I Hệ thống dầu bôi trơn II Vị trí chức hệ thống Chơng 3: Sơ đồ tự động điều khiển nhiệt độ dầu bôi trơn I ,Sơ đồ Sơ đồ điều khiển nhiệt độ dầu bôi trơn Các phần tử sơ đồ Nguyên lý làm việc II Cấu tạo nguyên lý làm việc van Cấu tạo Các thành phần van điều khiển III Bộ định vị van Giới thiệu định vị van Nguyên lý hoạt động Bộ địng vị van điện khí Đặc tính biến đội vị trí điều khiển van Chơng 4: Xây dựng cấu trúc mô hệ thống dầu bôi trơn Xây dựng mô hình mô điều khiển van ROTORK Mô Matlap để tìm tham số tối u điều khiển PID - - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Chơng1 khái quát chung Công ty nhiệt điện Uông Bí hình thức đo lờng bảo vệ I Quá trình hình thành phát triển Nhiệt điện Uông Bí Hình thành phát triển công ty Tên Công ty: Công ty nhiệt điện Uông Bí Địa chỉ: phờng Quang Trung, Thị xã Uông Bí tỉnh Quảng Ninh với tổng diện tích : 407.665,8m2 Công ty Nhiệt điện Uông Bí doanh nghiệp nhà nớc, nhà nớc đầu t vốn thành lập Công ty đơn vị trực thuộc Tổng công ty Điện Lực Việt Nam, có t cách pháp nhân phạm vi Tổng công ty uỷ quyền Ngày 19 tháng năm 1961, Thủ tớng Phạm Văn Đồng thay mặt Trung ơng Đảng Chính phủ Việt Nam thăm bổ nhát cuốc khởi công xây dựng Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí Đây đứa đầu lòng ngành Điện Việt Nam đợc đặt vùng Đông bắc Tổ Quốc, nguồn điện phát có ý nghĩa quan trọng cho công nghiệp nớc ta, phục vụ trực tiếp cho khu mỏ kinh tế quốc dân Nhà máy nhiệt điện Uông bí (nay Công ty nhiệt điện Uông bí) Nhà máy phát điện Liên xô (trớc đây) giúp đỡ xây dựng Đợt I gồm lò, máy trung áp với công suất tổng cộng 48 MW, đến cuối năm 1963 tổ máy số đợc đa vào vận hành Các tổ máy đợc lần lợt thi công xây lắp đa vào vận hành để cung cấp điện cho nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội quốc phòng Từ năm 1973, hai tổ máy cao áp 55 MW lần lợt đợc thiết kế, thi công xây lắp đa vào vận hành, nâng tổng công suất toàn Công ty lên 153 MW Trong năm kháng chiến chống Mỹ cứu nớc Công ty bị đế quốc Mỹ ném bom nhiều lần làm h hỏng nhiều máy móc thiết bị dây truyền sản xuất Sau chiến tranh Công ty vừa sản xuất vừa củng cố thiết bị chiến tranh làm h hỏng, vừa mở rộng sản xuất Dây chuyền công nghệ sản xuất Công ty có đặc tính kỹ thuật cao, phức tạp, hoạt động 24/24h Máy móc thiết bị lớn đồ sộ nhng hầu nh khấu hao hết Do đó, nhiệm vụ chủ yếu Công ty sản xuất điện cung cấp cho hệ thống điện quốc gia, đồng thời phấn đấu hoàn thành kế hoạch sửa chữa lớn máy móc thiết bị Ngoài Công ty sản xuất kinh doanh phụ số mặt hàng nh chế biến, kinh doanh than, sản xuất cột điện sản phẩm bê tông ly tâm, sản xuất bi thép, kinh doanh dịch vụ ăn uống, nhà hàng Đến Công ty lò máy với tổng công suất 110 MW, tổng số cán - - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải công nhân viên 1.247 ngời làm nhiệm vụ phát công suất cho lới điện khu vực Đông Bắc Tổ quốc Công ty nhiệt điện Uông bí đợc Đảng, Nhà nớc mà trực tiếp Bộ công nghiệp Tổng công ty điện lực Việt nam thờng xuyên quan tâm đạo, tạo điều kiện cho Công ty nhiệt điện Uông bí phấn đấu hoàn thành tốt nhiệm vụ trị, góp phần vào sứ mệnh chung ngành then chốt số phải trớc bớc nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất nớc Phát huy truyền thống thành tích đạt đợc, tập thể CBCNV Công ty luôn cố gắng nhằm phấn đấu vợt qua khó khăn thử thách, phát huy nguồn lực sẵn có để giữ đa Công ty ngày phát triển lên phơng diện Ngày 10 tháng 10 năm 2000 Thủ tớng Chính phủ ký Quyết định số : 994/QĐ - TTg phê duyệt đầu t xây dựng Nhà máy nhiệt điện Uông bí mở rộng với tổ máy có công suất 300 MW chuẩn bị tiến tới xây dựng Nhà máy 300 MW số có công suất 300 MW Với vai trò, vị trí chủ lực hệ thống điện Việt nam suốt thời gian dài đầy khó khăn, thử thách trớc, sau chiến tranh Công ty nhiệt điện Uông bí làm tròn nhiệm vụ cung cấp điện cho Tổ quốc phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội quốc phòng Trong 45 năm qua, Công ty nhiệt điện Uông bí lập đợc nhiều thành tích đặc biệt xuất sắc sản xuất bảo vệ sản xuất Vì vậy, tập thể Cán công nhân viên Công ty vinh dự đợc Nhà nớc lần phong tặng danh hiệu Anh hùng lao động (1973), Anh hùng lực lợng vũ trang nhân dân (1998), đợc tặng thởng Huân chơng Độc lập hạng nhì, nhiều Huân chơng lao động, Huân chơng kháng chiến phần thởng cao quý khác Hiện Công ty phát điện với tổng công suất 110 MW năm 2007 Công ty cố gắng hoàn thiện để đa Nhà máy 300 MW số vào hoạt động, chuẩn bị tiến tới xây dựng Nhà máy 300 MW số để phục vụ điện cho khu vực Đông-Bắc Tổ quốc Công ty không ngừng đào tạo cán công nhân viên học nâng cao chuyên môn nghiệp vụ để kịp thời đáp ứng, nắm bắt dây truyền công nghệ có tính kỹ thuật cao Thể sơ đồ: Tổng công suất lắp đặt Sản lợng điện đợc giao - - đồ án tốt nghiệp M SV: trần văn hải Tổng công suất lắp đặt W 710MW 700 600 410 500 M W 400 300 153 200 48 Năm Tổng công suất lắp đặt UBTPC M W M W 100 1963 M W 98 1964 196 1975 1976 197 1977 197 48MW tổ máy trung áp 12MMW 1978 197 1979 197 110 1991 197 M W 2007 199 20 200 tổ 20 98MW 153MW 110MW 410MW tổ máy 12MW Máy 5: 50MW tổ máy 12 MW tổ máy cap áp 50MWW tổ máy Cao áp55MW tổ máy55 tổmáy300 710M Sản lượng điện tích luỹ Triệu m y W 0 k M W hW Tỷ k W h 700 600 500 400 300 200 100 199 199 199 2000 Sản lượng điện năm 200 200 200 200 200 Sản lượng điện tích luỹ 200 Năm 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Sản lượng điện năm 540 601 574 428 489 697 731 641 669 759 Sản lượng điện tích luỹ 540 1141 1715 2143 2632 3329 4060 4701 5370 6129 - - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Đặc điểm tổ chức máy quản lý Công ty Công ty nhiệt điện Uông Bí sản xuất điện cung cấp cho lới điện Quốc gia theo kế hoạch Tổng công ty giao, để quản lý huy hoạt động toàn Công ty cách hiệu quả, công việc sản xuất kinh doanh Công ty đợc chia thành lĩnh vực sau - Lĩnh vực tổ chức quản lý sản xuất kỹ thuật : Bao gồm điều hành toàn dây truyền sản xuất, vận hành đảm bảo an toàn, liên tục hiệu kinh tế, sửa chữa máy móc thiết bị công việc cải tiến khoa học kỹ thuật, đào tạo bồi dỡng trình độ cho đội ngũ cán quản lý công nhân kỹ thuật lành nghề - Lĩnh vực vật t - Lĩnh vực hành đời sống - Lĩnh vực xây dựng Bộ máy quản lý Công ty đợc tổ chức theo phơng pháp tổng hợp , kết hợp kiểu tổ chức quản lý trực tuyến kiểu quản lý chức Cơ cấu quản lý bao gồm : - Ban giám đốc - Các phòng , ban chức tác nghiệp - Các phân xởng sản xuất ii Sơ đồ tổ chức phân công nhiệm vụ px: tự động điều khiển Phạm vi quản lý thiết bị px: Tự động Điều khiển - Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) - Điều khiển Logic khả trình (PLC) - Mạng máy tính áp dụng cho mạng hệ thống điều khiển DCS PLC - Hệ thống thông tin liên lạc - Nguyên lý điều khiển, sử dụng khí nén, dầu thuỷ lực - Sử dụng xử lý cố máy tính thiết bị ngoại vi - Phần mềm điều khiển - Cấu tạo nguyên lý làm việc cấu chấp hành - Cấu tạo nguyên lý làm việc thiết bị dụng cụ đo lờng + Đo áp suất + Đo lu lợng + Đo mức nớc + Đo đại lợng học + Đo nồng độ hoá chất đo nồng độ phần trăm chất khí + Đo khối lợng độ ẩm - Hệ thống giám sát lửa - Nguyên lý làm việc chuyển đổi đo lờng, truyền tín hiệu điều khiển, biến đổi A/D D/A - - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải - Tín hiệu kỹ thuật tơng tự - Tín hiệu kỹ thuật số - Tín hiệu kỹ thuật quang - Thiết bị sử dụng nối mạng điều khiển (mạng cho DCS mạng cho PLC) - Nguyên lý làm việc van làm việc điện, điều khiển khí nén, điều khiển thuỷ lực Sơ đồ tổ chức Quản đốc phân xưởng (Quản lý chung) Phó Quản đốc (Quản lý chuyên sâu mảng kỹ thuật) Kỹ thuật viên (Công tác an toàn sản suất & kỹ thuật ) Thống kê (Tiền lương & vật tư Tổ thiết bị phần mềm Tổ thiết bị Đo lường Tổ thiết bị điều khiển Tổ vận hành c&I ( Quản lý kỹ thuật & Vận hành, bảo dư ỡng sửa chữa hệ thống điều khiển DCS, PLC, YOUR ) ( Quản lý kỹ thuật &, bảo dưỡng sửa chữa thiết bị đo lư ờng: áp suất, nhiệt độ, lưu lư ợng vv) ( Quản lý kỹ thuật &, bảo dưỡng sửa chữa thiết bị trường, cấu chấp hành ) (Đi ca sửa chữa thiết bị thuộc phạm vi quản lý phân xư ởng) Tổ thiết bị thông tin liên lạc ( Quản lý kỹ thuật & Vận hành, bảo dư ỡng sửa chữa hệ thống thiết bị thông tin ) Tổ thí nghiệm điện ( Quản lý kỹ thuật bảo dư ỡng sửa chữa hệ thống RƠLE thiết bị điện ) Tổ thiết bị điện lạnh ( Quản lý kỹ thuật & Vận hành, bảo dư ỡng sửa chữa hệ thống thiết bị điện lạnh ) - - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải III sơ đồ tổng quan va chu trình nhiệt tổ máy 300MW Chu trình nhiệt nhà máy - 10 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải *Van góc: Cấu trúc van góc có kết nối đầu vào đầu dựa vào mức độ khác biệt,thông thờng chúng vuông góc với *Nắp đậy chèn lò so xếp (bellows): Nắp đậy đợc sử dụng lò so xếp cho việc chèn nhằm chống lại rò xung quanh Ty van *Nắp đậy: Phần việc lắp ráp nắp đậy bao hàm cách thức chèn (Điều thờng đợc sử dụng để đề cập tới nắp đậy phận chèn kín Nói xác hơn, nhóm chứa thành phần đợc gọi lắp ráp nắp đậy) *Lắp ráp nắp đậy(thông thờng nắp đậy, đầy đủ lắp ráp nắp đậy): Việc lắp ráp bao hàm nhiệm vụ xuyên suốt trình dịch chuyển Ty van biện pháp chèn chống rò dọc Ty van, thông thờng đợc lắp đặt thiết bị để gắn với actuator *Bộ khung: Toàn phần tử hình tròn thiết bị dẫn hớng cho việc chuyển động thẳng hàng yên van (đế van) với vòng chèn trì vòng chèn thân van.(tờng vách khung chứa độ mở van chúng thông thờng xác định đặc tính lu lợng van điều khiển *Xilanh: Buồng chứa actuator piston piston dịch chuyển * Sự chèn kín xilanh: Phần tử chèn điểm nối xi lanh actuator piston với gông kẹp * Màng ngăn: Phần tử nhạy cảm với áp suất dao động lực tác động tới đĩa màng ngăn Ty actuator * Actuator màng đàn hồi: Lò so tác động áp suất chất lỏng màng đàn hồi để xác định vị trí Ty actuator dựa vào áp suất chất lỏng chất khác * Vỏ màng ngăn: Đây buồng chứa, chứa toàn phần dới nhằm để hỗ trợ cho màng ngăn cho việc thiết lập hai buồng áp suất * Đĩa màng ngăn: Đĩa màng ngăn đặt đồng tâm với màng ngăn nhằm để truyền lực tới Ty actuator * Actuator trực tiếp: Là actuator màng ngăn mà Ty actuator đợc di chuyển việc thay đổi áp suất màng ngăn * Nắp đậy co giãn (extension bonnet): Đó nắp đậy mà có giản nở hộp chèn mặt tiếp xúc của nắp ảnh hởng nhiệt độ nóng hay lạnh * Van cầu: Kiểu cấu trúc van có phận điều khiển dòng chuyển động thẳng nhiều cổng, thông thờng đợc biểu lổ hổng hình cầu xung quanh vùng cổng van.(các van hình cầu đợc phân loại nh sau: two- way single ported, two -way double ported, and Angle - sTyle) * ống lót dẫn hớng: ống lót dẫn hớng đợc đặt bên vỏ (hoặc thân) nhằm để tạo nên chuyển động thẳng chốt van nhờ vành chèn đỡ *Van cách ly: Là van thao tác tay đợc lắp hệ thống dầu chèn hộp chèn nhằm để cắt (shut-off) áp suất chất lỏng từ hệ thống dầu bôi trơn * Thân van dới: Là nửa phần dới bên van có chuyển tiếp dòng chảy.(Vòng chèn đỡ thông thờng đợc kẹp chặt thân thân dới van van hai thân - 46 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải * Hộp chèn (lắp ráp): Một phần nhiệm vụ việc lắp ráp nắp đậy (bonnet) để chèn rò rỉ xung quanh Ty chốt van.Việc tạo nên hộp chèn hoàn thiện bao hàm việc kết hợp phận sau: Tết chèn, phận chèn, đai chèn, vành chèn, lò so chèn, mặt tiếp xúc chèn, đinh tán bulông mặt bích tết chèn, đai ốc mặt bích chèn, vành làm chèn, vành làm phớt chèn * Bộ phận dầu chèn: Là phận đợc lựa chọn việc lắp ráp nắp đậy đợc sử dụng để bơm dầu vào hộp chèn * Piston: Là phần tử đáp ứng nhanh với áp suất đợc tạo có khả truyền lực tới Ty actuator.(xem hình 3) * Actuator Piston: Một phận xilanh piston đợc hoạt động áp suất chất lỏng nhằm để định rõ vị trí Ty actuator dựa theo mối quan hệ tác động áp suất chất lỏng.Hầu hết actuator dạng piston đợc thể theo hình Đây dạng tác động kép nên toàn lực tác động đợc thực theo hớng khác) * Cổng van: Để tạo nên độ mở cố định thông thờng đợc xác định đờng kính bên vành đỡ có chất lỏng qua * Vành trì (Retaining ring): Đó vành hở nhằm để trì mặt bích tách rời thân van *Actuator ngợc: Đó actuator màng ngăn mà Ty actuator chuyển động ngợc với tăng áp suất màng ngăn.(các actuator ngợc có ủng chèn đợc lắp đặt đỉnh nửa phận kẹp nhằm để ngăn chặn rò rỉ áp suất chất lỏng dọc Ty actuator) * Thân van: Là khu vực để chứa phận bên van có kết nối dòng chảy đầu vào đầu Thân van bao gồm thân van, nắp đậy, mặt bích đáy (nếu sử dụng) phần tử hoàn thiện bên Các phần tử bao gồm phận đảm bảo cho trình đóng, mở cách hoàn toàn phận cục nhiều cổng *Plug van: Là phận van dịch chuyển đợc tạo khống chế cổng van Ty van kim loại nối dài theo suốt phận nắp đậy nhằm cho phép xác định vị trí plug van Kẹp van (Yoke) :là phận nối cứng khối nguồn actuator van * ống cao su: Là thiết bị bảo vệ dùng để ngăn chặn vật liệu bên xâm nhập vào bên actuator piston * ống lót chèn: Các ống lót đỉnh đáy thiết bị chèn để chống lại rò rỉ xilanh actuator ( vòng tròn cao su tổng hợp đợc sử dụng làm ống lót chèn xilanh, Ty actuator, phần nối dài Ty actuator xem hình) * Bệ đỡ (seat): Là phần vòng đỡ thân van ,góp phần làm kín vị trí tiếp xúc với plug van * Vành đỡ (seat ring): Là vành độc lập đợc chèn thân van nhằm để tạo nên cổng thân van - 47 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải * Mặt bích độc lập ( Separable Flange): Là mặt phẳng mà phù hợp với toàn vị trí dòng chảy tiếp xúc van.Thông thờng đợc thực theo vị trí nhờ vòng trì * Bộ phận điều chỉnh lò so: Thông thờng đợc lắp Ty actuator bên kẹp để điều chỉnh sức căng lò so *Vị trí đặt lò so: Là vị trí để đặt lò so theo vị trí để tạo nên bề mặt phẳng cho điều chỉnh lò so * Thiết bị nối Ty: Đó kẹp có phần, nhằm để nối Ty actuator với Ty plug van * Bộ thị hành trình: Là thiết bị thị điểm, đợc gắn gần với nối ty, nhằm để báo khoảng dịch chuyển plug van * Khoảng đo thị hành trình: Là khoảng dịch chuyển đợc gắn kẹp để thị khoảng cách dịch chuyển van * Trim: Là phận bên van theo hớng dòng chảy tiếp xúc với chất lỏng công tác.( thân van hình cầu, Trim điển hình bao gồm plug van, vành đỡ, khung, ty ống ty) * Trim, soft- seated: Sự cấu tạo xếp van cầu vật liệu có tính đàn hồi, tính dẽo, thay đổi đợc, đợc sử dụng thêm vào plug van, vành đỡ nhằm để tạo nên đóng chặt hoàn toàn với lực nhỏ actuator Đờng đặc tuyến van đóng mở % van đóng mở hết - 48 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Hình 5: Đờng đặc tính van đóng mở hết Hình 6: Đờng đặc tính đóng mở %(có điều chỉnh) II Bộ định vị van Giới thiệu định vị van Các định vị van khí nénvà van khí nén-điện Fisher đợc sử dụng với màng thừa hành (diaphragm-actuated), điều khiển lắp với van Bộ định vị van khí nén hoạt động nhờ tín hiệu khí nén đầu vào thu từ thiết bị điều khiển Trong định vị này, tín hiệu - 49 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải khí nén đầu vào thu đợc từ điều khiển điều chỉnh áp suất tác động để điều khiển cấu chấp hành van Vì thế, vị trí điều khiển tỷ lệ với tín hiệu dòng đầu vào Hình 7: Bộ định vị van phận cụm van điều khiển Nguyên lý hoạt động Họ 3582 (Các định vị van khí nén kiểu 3582 kiểu 3582A, C, D, G) thu tín hiệu đầu vào từ thiết bị điều khiển Sơ đồ sau miêu tả định vị van khí nén tác động thuận Trong màng tác động, điều khiển van đợc tích hợp với định vị van họ 3582, nguồn áp suất đợc cấp tới van cấp rơle kiểu 83L lỗ hạn chế cố định Đờng kính lỗ hạn chế nhỏ đờng kính lỗ phun, không khí thoát nhanh đợc cấp vào lỗ phun không bị hạn chế Khi tín hiệu đầu vào tăng, ống thổi giãn làm đòn cân bằng(beam) chuyển động Đòn cân quay vỉ ruồi (flapper) làm hạn chế lỗ phun áp suất lỗ phun tăng làm màng rơ le chuyển động để mở van nguồn cấp áp suất cấp tới màng cấu chấp hành tăng, đẩy điều khiển cấu chấp hành di chuyển xuống Sự di chuyển điều khiển cấu chấp hành phản hồi đòn cân thông qua cam làm cho vỉ ruồi quay chậm lại áp suất lỗ phun giảm van nguồn cấp rơ le đóng lại, ngăn không cho áp suất đầu tăng thêm Bộ định vị van trở trạng thái cân điểm tín hiệu áp suất đầu vào cao vị trí vỉ ruồi so với vị trí ban đầu - 50 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Hình 8: Sơ đồ định vị Nguyên lý hoạt động định vị Khi đầu vào giảm, ống thổi co lại (do lực lò so bên trong) làm đòn cân chuyển động vỉ ruồi chuyển động lỗ phun áp suất lỗ phun giảm rơ le hoạt động, cửa thoát rơ le mở nhả màng chắn xả khí khí cho phép điều khiển cấu chấp hành di chuyển lên phía Sự chuyển động điều khiển phản hồi đòn cân thông qua cam để chỉnh định lại vị trí vỉ ruồi Khi đạt đợc trạng thái cân bằng, van thoát đóng lại ngăn không cho áp suất tác động tới màng chấp hành giảm Nguyên lý hoạt động định vị tác động ngợc tơng tự, khác tín hiệu đầu vào tăng áp suất màng điều khiển rơ le giảm ngợc lại Bộ định vị van điện-khí Hình 9: Bộ định vị van điện khí kiểu 3582i - 51 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Bộ định vị van điện-khí kiểu 3582i thu tín hiệu đầu vào chiều cấp tới biến đổi điện-khí nén 582i gắn định vị van Bộ biến đổi 582i cung cấp tín hiệu khí nén cho định vị van khí nén Về định vị giống với định vị khí nén ngoại trừ việc đợc điều khiển dòng chiều Hình 10: Các đờng đặc tính cam Đặc tính biến đổi vị trí điều khiển van - 52 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Hình 11: Các đờng đặc tính cam Các hình thể đặc tính cam khác Việc lựa chọn cam quan trọng, ảnh hởng tới đặc tính định vị Các định vị van 3582 3582i đợc trang bị ba cam đánh dấu A, B, C Cam A cam tuyến tính đợc lắp vào vị trí vận hành Các cam B C cam đặc biệt đợc gắn bên vỏ Trong hình 10, 11 quan hệ giải tín hiệu đầu vào độ dịch chuyển van cam Đờng cong đợc dựa 60o quay cam 100% hành trình điều khiển Ví dụ điểm 50% giải tín hiệu đầu vào, van có hành trình 50% với van A, 68% với cam B 32% với cam C Khi cam A cam vận hành, đặc tính lu lợng van điều khiển giống nh đặc tính van đợc lắp đặt Khi cam B hay cam C đợc sử dụng làm cam vận hành, đặc tính van thay đổi cần thay đổi đầu vào nhiều để tạo thay đổi lu lợng Hình 10 11 đặc tính đợc mong đợi với cam A, cam B, hay cam C lắp cho van điều khiển thờng đóng Các cam B C đợc sử dụng trờng hợp không ổn định đặc tính van không tuyến tính hệ số tỷ lệ vòng điều khiển thay đổi theo thay đổi lu lợng Chơng Xây dựng sơ đồ cấu trúc mô hệ thốn dầu bôI trơn - 53 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Xây dựng mô hình mô điều khiển van ROTORK - Đờng đặc tính thực nghiệm van điều khiển ROTORK sử dụng hệ thống điều Độ mở van (%) Dòng cấp cho I/P(mA) khiển đợc nhà chế tạo đa nh hình 4.1 100 90 80 0,632 70 60 50 Đường cong 40 tuyến tính hoá Thời gian (s) 30 20 Hình 4.1 Đờng cong thực nghiệm van ROTORK 10 -Từ đặc tuyến thực nghiệm1,045s van ta thấy van có hàm truyền đạt khâu trễ bậc =0,1 T=0,34 một: G(s)= 1 + Ts nhng đợc giữ chậm lại với thời gian trễ ô Khâu trễ có hàm truyền đạt Gt(s)= e - s Xuất phát từ công thức giải tích cổ điển ta có - - e s = lim1 + s k k k ta thay khâu giữ trễ n khâu quán tính bậc nhất: - 54 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải Gt ( S ) = e s + S n n - Đáp ứng khâu trễ bậc đợc đánh giá số thời gian T Nó quãng thời gian cần thiết để tín hiệu đạt đợc 63,2% giá trị ổn định tính từ có đáp ứng hệ thống Ta xác định số thời gian T cách vẽ đờng tiếp tuyến với đờng cong thực nghiệm đợc tuyến tính hoá nh hình 4.1 - Từ đờng cong thực nghiệm ta xác định đợc T=0,34(s); =0,1 (s) - Nh ta xác định đợc hàm truyền đạt van điều khiển có dạng : 1 0,1 n Gv(s) = (1 + s ) + 0,34s n Mô Matlab để tìm tham số tối u điều khiển PID a) Bộ điều khiển PID -Bộ điều khiển PID đợc áp dụng rộng rãi hệ thống điều khiển tự động có hàm trễ lớn, cấu trúc đơn giản bền vững phần tử thay đợc trình điều khiển lu lợng, mức, nhiệt độ tốc độ - Hàm truyền đạt điều khiển PID có dạng : G ( s) = K U ( s) = K p (1 + + Td s ) = K p + i + K d s E ( s) Ti s s Trong : Ti = Kp/Ki ; Td = Kd/Ki số thời gian tích phân số thời gian vi phân e(t) : tín hiệu vào điều khiển u(t) : tín hiệu điều khiển - Luật điều khiển PID yếu tố định đến ổn định, chất lợng hệ thống tự động Việc nghiên cứu chất ảnh hởng luật điều khiển nh thông số điều khiển PID đến trình điều khiển việc cần thiết, sở phân tích tổng hợp điều khiển b) Sơ đồ khối mô tả hệ thống điều khiển Qđặt Đối tợng điều khiển van ROTORK Qra - 55 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải PID Hình 4.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển c) Sơ đồ cấu trúc Matlab hệ thống điều khiển van FCV để tìm thông số tối u điều khiển - Mục tiêu toán mô tìm hệ số điều khiển PID tối u cho hệ thống điều khiển - Sử dụng chơng trình tính toán tối u (Simulink Response Optimization)của Matlab để tìm thông số Kp, Ki Kd tối u - Tiện ích tính toán tối u SRO(Simulink Response Optimization) cung cấp giao diện đồ hoạ để giúp tính toán tối u đáp ứng tín hiệu theo thời gian Với tiện ích giúp tinh chỉnh mô hình Simulink phi tuyến nhằm đáp ứng yêu cầu thời gian việc cỡng đáp ứng tín hiệu hệ thống theo dạng tín hiệu mong muốn đặt trớc Các biến Simulink bao gồm biến vô hớng, vectơ ma trận đợc khai báo tên biến vào hộp thoại thích hợp Để sử dụng SRO, nối khối SC(Simulink Constraint) đến tín hiệu mô hình để đặt tín hiệu cỡng cho SCR tự động chuyển đổi cỡng thời gian thành toán tối u giải toán công cụ tối u lấy từ Optimization Toolbox Simulink Bài toán tối u đợc đa thành công thức tính toán lặp lại SRO cần thiết cho mô Sinulink So sánh kết trình mô với dạng đáp ứng cỡng đặt trớc sử dụng phơng pháp gradient để điều chỉnh thông số tìm thông số - Hàm truyền cho van: i (mA) Đặc tính : 4mA 0% 20 20mA 100% Cảm biến nhiệt độ: Bảng mô phỏng: (%) 0 (%) 100 100 120 - 56 - đồ án tốt nghiệp i (mA) i (mA) Góc mở - Đặc tính van : SV: trần văn hải 0 20 20 20 100 25 100 0% mở 0% lu lợng 100% mở 100% lu lợng - Đặc tính làm mát 43OC 0m3 75OC 330m3 Bảng mô phỏng: - Đặc tính chuyển đổi mA 43OC 20 mA 75OC 43OC 0m3 75OC 330m3 Lu lợng nớc Nhiệt độ 43 % Lưu lượng 100 % Độ mở 103 53 100 165 59 330 75 Sơ đồ mô hệ truyền động - 57 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải - 58 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải - 59 - đồ án tốt nghiệp SV: trần văn hải - 60 -