f) Lưu đồ P&ID
Bài 3.8
a) Phân tích bài toán

hệ thống gồm 2 bình chứa với mục đích ổn định nhiệt độ T
2
, T
4
. Bình chứa của hệ
thống là bình tràn nên V
1
= const, V
2
= const. Dựa vào sơ đồ ta thấy biến vào điều khiển
cho nhiệt đô T
2
chính là lưu lượng vào F
1
, biến điều khiển cho nhiệt độ T
4
là lưu lượng
vào F
3
. Do V
1
= const, V
2
= const nên F
2
= F

1
+F
5
, F
4


= F
1
+ F
3
. Đối với bình 1 thì F
1
là
biến vào điều khiển, T
1
, F
5
là nhiễu. Còn với bình 2 thì F
1
, F
5
, T
5
là nhiễu của quá trình,
T
3
là biến điều khiển. Để đơn giản bài toán ta đưa ra một số giả thiết sau đây:
- Khối lượng riêng chất lỏng cấp vào trong bình và khối lượng riêng chất lỏng
trong bình là như nhau và là hằng số của quá trình ρ

1
= ρ
2
= ρ
3
= ρ
4
= ρ = ρ
5

= const.
- Nhiệt độ của bình chứa trao đổi với môi trường là không đáng kể.

b) Phương trình vi phân biểu diễn hệ thống.
* Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho bình 1 ta có:
2514511
2
1
224511
21
h)FF(hFhF
dt
dh
V
hFhFhF
dt
)hV(d





Thay h = CT và coi nhiệt dung riêng C của tất cả chất lỏng trong bình là như nhau
ta được:
2514511
2
1
T)FF(TFTF
dt
dT
V  (22)
* Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho bình 2 ta có:
453133251
4
2
4543322
42
h)FFF(hFh)FF(
dt
dh
V
h)FF(hFhF
dt
)hV(d




Thay h = CT
453133251
4

2
T)FFF(TFT)FF(
dt
dT
V  (23)
c) Phân tích bậc tự do của hệ thống.
Ta thấy hệ thống có 7 biến quá trình T
1
, T
2
, T
3
, T
4
, F
1
, F
3
, F
5
và 2 phương trình vi
phân. Như vậy số bậc tự do của hệ thống là 7 – 2 = 5, đúng bằng số biến vào. Điều này
cho biết mô hình ta đã xây dựng được là chính xác.
Hệ thống có 5 bậc tự do nghĩa là ta có thể xây dựng được 5 vòng điều khiển độc lập
cho 5 biến vào. Tuy nhiên nhiệt độ là một biến quá trình gây nhiều khó khăn trong đo
lường và điều chỉnh vì thế ta lựa chọn hai biến vào lưu lượng F
1
và F
3
làm biến điều

khiển và xây dựng hai vòng điều khiển cho hai biến vào này.
d) Tuyến tính hoá phương trình.
Tại có phương trình làm việc tại điểm cân bằng
2514511
2
1
T)FF(TFTF
dt
Td
V 
45313321
4
2
T)FFF(TFTF
dt
Td
V 
Hai phương trình (22) và (23) đều là phi tuyến, do đó ta tuyến tính hoá nó tại điểm
làm việc.
Đặt y
1
= ∆T
2
, y
2
= ∆T
4
, u
1
= ∆F

1
, u
2
= ∆F
3
, d
1
= ∆T
1
, d
2
= ∆T
3
, d
3
= ∆F
4
, d
4
= ∆F
5
* Tuyến tính hoá phương trình (22)
)T,T,T,F,F(fT)FF(TFTF
dt
dT
V
4215112514511
2
1


2
4
1
1
2
1
1
1
1
4
5
1
1
1
1
421511
1
1
y
dT
df
y
dT
df
d
dT
df
d
dF
df

u
dF
df
)T,T,T,F,F(f
dt
dy
V 
)s(yG)s(dG)s(dG)s(uG)s(y
)s(y
FFsV
F
)s(d
FFsV
F
)s(d
FFsV
TT
)s(u
FFsV
TT
)s(y
)s(yF)s(dF)s(u)TT()s(u)TT()s(y)FFsV(
yFy)FF(dFd)TT(u)TT(0
dt
dy
V
241342111
2
511
5

1
511
1
4
511
24
1
511
21
1
25112241211511
2515111424121
1
1













* Tuyến tính hoá phương trình (23)
Đặt y
1

= ∆T
2
, y
2
= ∆T
4
, u
1
= ∆F
1
, u
2
= ∆F
3
, d
1
= ∆T
1
, d
2
= ∆T
3
, d
3
= ∆F
4
, d
4
= ∆F
5

)T,T,T,F,F,F(fT)FFF(TFT)FF(
dt
dT
V
4325312453133251
4
2

)s(d
FFFsV
TT
)s(u
FFFsV
TT
)s(u
FFFsV
TT
)s(y
)s(dF)s(y)FF()s(d)TT()s(u)TT()s(u)TT()s(y)FFFsV(
y)FFF(dFy)FF(d)TT(u)TT(u)TT(0
dt
dy
V
y
dT
df
d
dT
df
y

dT
df
d
dF
df
u
dF
df
u
dF
df
)T,T,T,F,F,F(f
dt
dy
V
4
5312
42
2
5312
43
1
5312
42
2
2315144224314225312
253123151442243142
2
2
2

4
2
2
3
2
1
2
2
4
5
2
2
3
2
1
1
2
4325311
2
2













)s(d
FFFsV
F
)s(y
FFFsV
FF
2
5312
3
1
5312
51





)s(d
FFFsV
TT
)s(u
FFFsV
TT
)s(u
FFFsV
TT
)s(y
4

5312
42
2
5312
43
1
5312
42
2









)s(d
FFFsV
F
)s(y
FFFsV
FF
2
5312
3
1
5312
31






)s(dG)s(yG)s(dG)s(uG)s(uG)s(y
29184726152

* Mô hình hàm truyền đạt của hệ thống
)s(yG)s(dG)s(dG)s(uG)s(y
241342111

)s(dG)s(yG)s(dG)s(uG)s(uG)s(y
29184726152


f) Lưu đồ P&ID
Ta lựa chọn bộ điều khiển mức ở đây là bộ điều khiển phản hồi PID với tín hiệu
vào ra là tín hiệu điện. Khi đó ta được lưu đồ P&ID như sau:

ĐỀ THI SỐ: 01 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I


TRƯỞNG BỘ MÔN

Câu 1: Hãy nêu các loại biến quá trình. Phân biệt các loai biến quá trình ( Biến vào/ Biến ra/ Biến
trạng thái/ Biến điều khiển/ Biến được điều khiển/ Biến nhiễu ) trong hệ thống bình chứa lỏng biểu
diễn trên hình 1:



Hình 1: Bình chứa chất lỏng.

Câu2: Hãy đưa ra các giả thiết cho mô hình bình chúa lỏng như hình1 và thành lập phương trình cân
bằng vật chất cho bình chứa lỏng?

Câu 3: Tổng hợp trực tiếp bộ điều khiển tương quan PI với mô hình qúa trình có dạng FOPDT:

1s
eK
)s(G
P
S
P
P
P



.




















Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !


ĐỀ THI SỐ: 02 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I


TRƯỞNG BỘ MÔN
Câu 1: Hãy nêu các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình công nghiệp.

Câu2: Các ký hiệu trên hình1 như sau: ω
1
, ω
2
, ω – lưu lượng khối lượng (kg/s) của các dòng vào và
dòng ra, x – Thành phần sản phẩm ra tính theo khối lượng (0 1), h – mức chất lỏng trong thiết bị (m),
 - khối lượng riêng chất lỏng trong thiết bị (kg/m
3
), A – tiết diện của bình chứa (m

2
, giả thiết là đều
từ trên xuống dưới). Thành lập phương trình cân bằng vật chất cho thiết bị khuấy trộn liên tục?

Hình 1: Điều khiển thiết bị khuấy trộn.
Câu3: Phân tích tác động lẫn nhau của các quá trình đỉnh và đáy như hình vễ dưới đây. Nêu tác động
của các bộ điều khiển phân ly đến chất lượng điều khiển của hệ thống và cách tính toán bộ điều khiển
phân ly


Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !

ĐỀ THI SỐ: 03 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I


TRƯỞNG BỘ MÔN

Câu 1: Hãy nêu nguyên tắc chung của mô hình hoá quá trình.

Câu2: Xét thiết bị phản ứng liên tục trên hình 1; Giả sử dung dịch vào chứa A nguyên chất, trong
bình xẩy ra phản ứng một chiều A  B, tạo ra sản phẩm là tổng hợp của A và B. Tốc độ phản ứng
riêng được ký hiệu là k (s
-1
). Nồng độ ở đây có đơn vị là mol/m
3
(số mol trên một đơn vị thể tích) và
được ký hiệu là c. Ngoài các giả thiết được đặt ra tương tự như bình chứa chất lỏng trên đây, ta coi tốc
độ phản ứng tổng thể tỷ lệ trực tiếp với nồng độ của A trong bình (Phản ứng bậc nhất). Như vậy, số

mol của A mất di do phản ứng trên một đơn vị thời gian là - Vkc
A
. Thành lập phương trình cân bằng
vật chất?

Hình1: Thiết bị phản ứng liên tục
Câu 3: Thành lập bộ điều khiển PI điều khiển tương quan sử dụng phương pháp IMC với mô hình
qúa trình với dạng FOPDT như sau:

1s
eK
)s(G
P
S
P
P
P




, Bộ lọc IMC có dạng:
1s
1
)s(F
C















Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !

ĐỀ THI SỐ: 04 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I


TRƯỞNG BỘ MÔN

Câu 1: Hãy nêu và phân tích các loại mô hình toán học.

Câu2: Hãy đưa ra các giả thiết cho mô hình bình chúa nhiệt như hình1 và thành lập phương trình cân
bằng nhiệt cho bình chứa nhiệt?

Hình1: Bình chứa nhiệt.

Câu3: Phân tích khả năng loại trừ nhiễu của bộ điều khiển nối tầng như hình dưới đây.









Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !

ĐỀ THI SỐ: 05 - THỜI GIAN 75 PHÚT
HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
HỌC PHẦN LOẠI: I


TRƯỞNG BỘ MÔN

Câu 1: Nêu các bước tiến hành để nhận dạng quá trình. Nêu phương pháp hai điểm quy chiếu để nhận
dạng mô hình quá trình.

Câu2: Hãy đưa ra các giả thiết cho bài toán pha trộn trực lưu biểu diễn trên hình 1 và thành lập
phương trình cân bằng vật chất? Phân tích bậc tự do của mô hình.

Hình1: Quá trình pha trộn trục lưu.

Câu3: Phân tích tác động của mô hình dự báo Smith với quá trình có thời gian chết (Dead time) lớn.



Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !