ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HỐ HỌC
BỘ MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN QUY TRÌNH CHẾ BIẾN
PHỤ PHẨM CÁ TRA QUY MƠ PILOT
500KG/MẺ.
GVHD: TS. Lê Phan Hồng Chiêu
Họ và tên
Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

TP.HCM, Tháng 8/2021

MSSV


TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Trong luận văn “Thiết kế, mơ phỏng hệ thống điều khiển quy trình chế biến phụ
phẩm cá tra quy mô pilot 500kg/mẻ” đề cập đến các nội dung chính: nghiên cứu quy
trình chế biến phụ phẩm cá tra, thiết kế quy trình sản xuất quy mơ pilot, thiết kế hệ thống
điều khiển cho quy trình. Trong đó tập trung chính vào mơ phỏng điều khiển nhiệt độ của
quá trình thủy phân, điều khiển áp suất cô đặc, thiết kế giao diện giám sát điều khiển trên
phần mềm Matlab Simulink.
Nhận thấy sản phẩm dịch thuỷ phân cho nhiều ứng dụng và giá trị cao hơn so với bột

cá truyền thống như: dịch cao đạm ứng dụng vào sản xuất nước mắm, bột HA, thức ăn
cho cá… Dựa vào các kết quả nghiên cứu trước đó, chúng tơi đề ra một quy trình thuỷ
phân ở quy mơ pilot và lựa chọn các thiết bị cho quy trình sản xuất.
Tiếp theo, chúng tôi xác định các thông số ảnh hưởng đến chất lượng vận hành, từ đó
đưa ra phương thức điều khiển cho từng quá trình và tiến hành mơ phỏng trên phần mềm.
Tuy nhiên vì giới hạn và thời gian thực hiện luận văn, chúng tôi xác định phương thức
điều khiển, mơ phỏng trên 2 q trình chính: thuỷ phân và cơ đặc. Ở từng q trình, sinh
viên lựa chọn thiết bị đo, thiết bị chấp hành và bộ điều khiển sẽ sử dụng khi vận hành sản
xuất pilot ngồi thực tế.
Dựa vào các thơng số hóa lý, truyền nhiệt, truyền khối và phương trình mơ hình hóa,
chúng tơi tiến hành mơ phỏng và điều khiển trên Matlab Simulink. Mô phỏng điều khiển
gia nhiệt với bộ điều khiển PID. Bằng phương pháp sai – sửa sai, tính tốn được các
thơng số điều khiển của mơ hình để quá trình gia nhiệt được hiệu quả cao.
Cuối cùng, thiết kế giao diện giám sát điều khiển của một số thiết bị chính (bồn thủy
phân, cơ đặc). Ở đây, chúng tôi sử dụng giao diện Matlab GUI để điều khiển, khảo sát
thơng số của q trình. Giao diện này cho thấy đáp ứng bằng đồ thị của hệ thống với các
thông số kP, kI, kD, thời gian khảo sát và thời gian cần thủy phân để đạt được độ DH mong
muốn.

2


MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ

3


DANH SÁCH BẢNG BIỂU


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Setpoint
PID
PI
e
P&ID

Giá trị đặt (giá trị mong muốn của biến được điều khiển).
Proportional - Integral - Derivative (tỷ lệ - tích phân - vi phân).
Proportional Integral (tỷ lệ - tích phân).
Error (Sai lệch, được tính bằng e = Setpoint – biến được điều khiển).
Piping and instrumentation diagram (Sơ đồ đường ống và thiết bị).

4


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1:

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề
1.1.1. Ngành ni trồng cá tra
Hiện nay, cá tra ngày càng phổ biến trên thế giới nhờ giá trị dinh dưỡng của nó. Nghề
ni cá tra phát triển mạnh ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long để đáp ứng nhu cầu cho

chế biến xuất khẩu. Theo VASEP tổng sản lượng cá tra của Việt Nam đạt 1.11 triệu tấn
trong năm 2015 và 1.58 triệu tấn trong năm 2019, do đó lượng phụ phẩm là rất lớn,
chiếm khoảng 60% khối lượng cá nguyên con, không bao gồm máu và các phân đoạn
protein hòa tan trong nước. Sự phát triển nhanh chóng của thị trường cá tra phi lê, sự
cạnh tranh về thị trường và việc thắt chặt các quy định về môi trường đã tạo ra sự quan
tâm trong chính ngành cơng nghiêp này về việc cải thiện và cập nhật quy trình quản lí
cũng như công nghệ chế biến những bộ phận từ lâu được coi là “phụ phẩm thải bỏ”. Phụ
phẩm này bao gồm đầu, xương, da, thịt vụn và nội tạng. Thông thường được chuyển đến
các nhà máy sản xuất bột cá tra dùng trong chăn nuôi ở các nhà máy chế biến thủ cơng
nhỏ lẻ.
Ước tính mỗi năm nước ta có trên 700.000 tấn phụ phẩm cá tra thải ra từ các nhà
máy chế biến. Với sản lượng lớn thải ra hằng năm dẫn đến sự quan tâm và tìm giải pháp
nhằm nâng cao giá trị phụ phẩm cá tra, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường từ
ngành công nghiệp chế biến. Do đó, thủy phân phụ phẩm cá tra bằng chế phẩm enzyme
sẽ là giải pháp bảo vệ mơi trường hữu hiệu.
Phụ phẩm các tra có thể được tận dụng để tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ ngành sản
xuất thức ăn chăn nuôi, thủy sản:
-

Đầu cá, thịt vụn: dùng để sản xuất Insulin, Albumin dùng trong thực phẩm, dược
phẩm; sản xuất chả cá, xúc xích; sản xuất bột cá, đạm cá thủy phân cho thức ăn

-

chăn nuôi.
Mỡ cá, mỡ gan cá: dầu cá, acid béo Omega 3 dùng trong thực phẩm, chăn nuôi.

Dầu (mỡ) cá tra thô không chứa cholesteron, chứa nhiều axit béo không no MUFA,
PUFA (>70%) thiết yếu cho cơ thể, nhất là EPA, DHA (>0,4%), thành phần đặc biệt quan
trọng đối với não người và khơng tìm thấy trong dầu thực vật. Ngồi ra, dầu cá tra còn

5


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

chứa nhiều Vitamin A, D, E… và các khoáng chất khác. Trước đây, dầu cá tra thô (mỡ cá)
được sử dụng lãng phí, sai mục đích. Nay, cá cơng ty trong nước đã tận dụng nguồn phụ
phẩm này, tạo ra những sản phẩm hảo hạng, phục vụ người tiêu dùng trong và ngoài
nước. Sản phẩm gồm: dầu đặc, dầu lỏng, sản phẩm phụ (axit béo tự do FFA).
- Da cá: sản xuất collagen dùng trong mỹ phẩm, dược phẩm; làm bánh snack,
-

gelatin.
Xương cá: sản xuất bột xương cá cho chăn nuôi; sản xuất Biocalcium trong thực

-

phẩm chức năng.
Nội tạng cá: sản xuất bột cá, đạm cá thủy phân cho thức ăn chăn ni, sản xuất
peptit hoạt tính sinh học làm sản phẩm cho con người, sản xuất nước mắm, phân

-

bón hữu cơ cho cây trồng.
Công ty CP Chế biến Thủy sản Hiệp Thanh (HTFood) đã vận hành thành công dây
chuyền sản xuất dầu diesel từ mỡ cá tra. Các phế phẩm từ cá trong quá trình chế
biến (như đầu, ruột, xương, mỡ…) được tận dụng để sản xuất dầu biodiesel sinh

học.

Trong các nguyên liệu sản xuất đạm thủy phân thì cá biển là nguồn nguyên liệu được
đánh giá cao nhất về mức độ hữu dụng sinh học, tuy nhiên do tính hữu hạn của sản lượng
cá biển đánh bắt hàng năm trên thế giới, cùng những vấn đề liên quan đến phát triển bền
vững, nguồn đạm từ các biển đang ngày trở nên thu hẹp và giá thành ngày càng tăng cao.
Ngoài ra, một số nguồn protein được đánh giá cao khác cũng có nguồn gốc từ động
vật biển như ruốc biển thì sản lượng có hạn và liên quan đến tính bền vững trong duy trì
chuỗi thức ăn tự nhiên, hoặc mực thì thường tồn tại vấn đề tích tụ kim loại nặng trong
nguyên liệu. Hoặc 1 nguồn protein dồi dào khác là bột tôm, hay đạm tôm thủy phân thì
thường hay vướng mắc ở vấn đề tồn dư kháng sinh. Đó chính là điều cản trở các nhà dinh
dưỡng đưa vào công thức thức ăn chăn nuôi, thủy sản.
Thủy phân xương cá da trơn nhằm tăng hoạt tính kháng khuẩn. Thủy phân protein
bằng enzym để thu được các thành phần hoạt tính sinh học với chức năng bao gồm kháng
khuẩn, chống ung thư các hoạt động của botic, chất chống oxy hóa và điều chỉnh phản
ứng miễn dịch. Từ các thí nghiệm tìm ra chất thủy phân pepsin phát huy hoạt tính kháng
khuẩn cao nhất.
6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

1.1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Các phụ phẩm trong chế biến cá tra phi lê đông lạnh (đầu, xương, da, vây, nội tạng,
mỡ…) tuy đã tận dụng để sản xuất ra các sản phẩm như dầu cá, bột cá, bong bóng, bao tử
cá... nhưng sản phẩm cịn thơ, chưa có những sản phẩm cao cấp dùng trong dược phẩm
hoặc mỹ phẩm như tinh dầu cá, gelatine, thực phẩm chức năng chứa vi chất có giá trị gia

tăng cao.
Điều này cũng đúng đối với tôm hoặc một số mặt hàng thủy sản khác. Tóm lại, có thể
nói sản phẩm thủy sản Việt Nam đã phục vụ tốt cho vấn đề an ninh lương thực thực phẩm
của đất nước, tham gia vào thị trường xuất khẩu thực phẩm; còn chế biến phụ phẩm để
nâng cao giá trị tồn ngành thì vẫn nhiều hạn chế.
Hiện nay, để giải quyết bài toán về tận dụng nguồn nguyên liệu và nhu cầu đạm cho
chăn ni, ni trồng thủy sản, người ta có thể dùng phụ phẩm để sản xuất bột cá và dịch
đạm. Tuy nhiên, nhược điểm của bột cá là dễ bị nhiễm vi sinh, khó giữ được trong thời
gian dài nên cần chất bảo quản. Do đó, phương pháp sản xuất dịch đạm thủy phân từ phụ
phẩm cá tra được đề xuất để tạo nên một nguồn protein có chi phí cạnh tranh và hiệu quả
dinh dưỡng không hề thua kém các sản phẩm bột cá biển. Bằng việc thủy phân phụ phẩm
cá tra bằng enzyme, các nhà nghiên cứu đã cho ra đời sản phẩm đạm thủy phân với đặc
điểm dinh dưỡng và tính hữu dụng cao hơn rất nhiều so với các dạng sản phẩm đạm cá
tra chế biến thô ban đầu.
Kết quả cho thấy sản phẩm thủy phân protein có mức độ thủy phân (DH) trên 30%, độ
thu hồi nitơ (NR) trên 80% và chứa một lượng lớn các axit amin thiết yếu. Hạt HA có
7


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

kích thước 50-70 nm với độ xốp cao và khá đồng nhất, đề xuất các ứng dụng tiềm năng
của nó như giá đỡ xương hoặc vật liệu tái tạo. Phần lipid có hàm lượng vitamin A cao với
một lượng nhỏ axit béo (khoảng 90 mg/g) có thể được tinh chế cho các ứng dụng thực
phẩm khác. Phương pháp thu hồi này đơn giản, thân thiện với mơi trường và có thể mở
rộng quy mơ dễ dàng. Ngồi ra, các phụ phẩm từ cá rẻ đã được chế biến để tạo ra các sản
phẩm giá trị gia tăng, đồng thời giảm tác động khơng mong muốn đến mơi trường.

Lợi ích của kỹ thuật thủy phân và hoạt tính sinh học của đạm cá thủy phân có thể tóm
lược trong một số điểm sau:
-

Hoạt tính chống oxy hóa: Linoleic acid (một acid béo trong nhóm Omega 3) hay một số
amino acid, chẳng hạn như tyrosine, methionine, histidine, tryptophan, lysine, proline…
có nhiều trong đạm cá thủy phân có chức năng chống oxy hóa hữu hiệu. Tryptophan,
tyrosine và methionine cho thấy hoạt động chống oxy hóa cao nhất, tiếp theo là cysteine,
histidine và phenylalanine. Các phương pháp sử dụng enzyme khác nhau sẽ cho ra sản
phẩm có khả năng chống oxy hóa khác nhau như phương pháp sử dụng enzyme Pronase
E sẽ tạo ra sản phẩm có khả năng oxy hóa cao nhất. Thành phần và trình tự amino acid và
chiều dài chuỗi cũng là những yếu tố quan trọng chi phối hoạt động chống oxy hóa của
peptide. Ngồi ra, khả năng loại bỏ các gốc tự do được quyết định không những bởi

-

thành phần các amino acid mà còn bởi các chuỗi polypeptide đặc biệt.
Hoạt động kháng ACE: ACE hay kininase II là dipeptidyl carboxy peptidase, một enzyme
đóng vai trị quan trọng trong việc điều chỉnh huyết áp. Một trong những phương pháp

-

dùng trong diều trị huyết áp hiệu quả là ức chế hoạt động của các ACE.
Khả năng kháng khuẩn: các peptide có chức năng kháng khuẩn được tìm thấy trong đạm
thủy phân, thường là các chuỗi ngắn hơn 50 amino acid có vai trị quan trọng trong củng
cố miễn dịch khơng đặc hiệu. Ngoài việc tiêu diệt các vi sinh vật chúng cịn có khả năng
đáp ứng các phản ứng viêm. Các peptide từ các được ghi nhận có khả năng kháng khuẩn
và kiềm khuẩn đối với các loại vi khuẩn gram âm và gram dương. Khả năng kháng khuẩn
cũng giúp cho sản phẩm thủy phân có khả năng tự bảo quản tự nhiên tốt hơn các sản


-

phẩm đạm chưa thủy phân.
Kích thích khu vực quy định tính ngon miệng trong não bộ: một số peptide hoạt tính sinh
học có khả năng kích thích lên các gai vị giác ở lưỡi, dây thần kinh vị giác và khu vực
8


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

điều khiển sự them ăn trong não bộ. Vì vậy, đạm cá thủy phân là chất “gây nghiện” tự
-

nhiên và an toàn sau 1 thời gian sử dụng.
Ứng dụng của Protein thủy phân từ cá trong dinh dưỡng vật nuôi: tỷ lệ protein tiêu hóa
cao và hàm lượng amino acid tự do, peptide hoạt tính sinh học dồi dào trong đạm thủy
phân cá giúp tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng. Bổ sung đạm cá thủy phân trong thức ăn
giúp vật nuôi, thủy sản hấp thu dinh dưỡng tốt hơn, nhất là với thú non, từ đó giảm các
bệnh tiêu hóa đến từ vi khuẩn có hại trong đường ruột. Ngoài ra, nhờ hấp thu dinh dưỡng
tốt, lượng thức ăn cho ăn ít đi mà hiệu quả tăng trưởng lại vượt trội hơn so với bổ sung
các loại đạm động vật, thực vật chưa qua thủy phân. Khả năng tăng cường miễn dịch của
peptide hoạt tính sinh học trong đạm cá thủy phân đóng vai trị quan trọng trong nâng cao
sức khỏe vật nuôi, cải thiện miễn dịch đường ruột, từ đó nâng cao thể trạng cho vật ni.
Vai trị chống oxy hóa của một số peptide hoạt tính sinh học góp phần nâng cao đáng kể
chất lượng thịt, màu thịt và tăng cường khả năng lưu giữ độ tươi ngon của các sản phẩm
chăn nuôi sau khi giết mổ, chế biến.
Đạm thủy phân là nguồn protein chức năng có giá trị cao, góp phần nâng cao giá trị

gia tăng trong chế biến phụ phẩm cá tra. Thành phần nguyên liệu phụ phẩm cá tra không
ổn định theo từng mẻ, điều kiện làm việc của hệ thống không ổn định, do vậy cần thiết
một hệ thống điều khiển quá trình nhằm đảm bảo các thơng số vận hành an tồn, ổn định,
đạt hiệu suất cao.
Đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển quá trình thủy phân phụ phẩm cá tra ở
quy mơ pilot sẽ góp phần quan trọng cho việc triển khai công nghệ ra sản xuất công
nghiệp.
1.2 Mục tiêu của luận văn
Với những ý nghĩa thực tiễn như trên, sinh viên thực hiện đề tài này mong muốn thiết
kế ra một quy trình sản xuất chế biến phụ phẩm cá tra quy mô pilot với các thiết bị cụ thể
để phù hợp với quy mô nhỏ. Các thiết bị được chọn phải đáp ứng được các yêu cầu của
từng giai đoạn, với chi phí tiết kiệm mà lại hiệu quả.
Dịch thủy phân từ phụ phẩm cá tra được sử dụng trong thực phẩm, đòi hỏi yêu cầu
chất lượng cao và năng suất ổn định. Thiết bị cần được vận hành, giám sát một cách hợp
9


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

lý thông qua các phần mềm cũng như giao diện điều khiển nhằm giúp ích cho người vận
hành thiết bị làm việc một cách dễ dàng nhất. Để đạt được điều đó thì người thực hiện
phải hiểu rõ q trình và thiết bị, hiểu được cách các dịng q trình hoạt động cũng sự
ảnh hưởng qua lại giữa các biến quá trình. Việc hiểu rõ được thiết bị thì sẽ giúp quá trình
chọn sách lược điều khiển, chọn biến điều khiển, biến được điều khiển cũng như thiết bị
chấp hành dễ dàng và chính xác hơn. Từ đó giúp người thiết kế có bộ điều khiển hợp lý
và chính xác, đó cũng chính là cơ sở để bộ điều khiển có được chất lượng điều khiển tốt.
Trong các yếu tố cơ bản yêu cầu phải đạt được như trên thì trong phạm vi đề tài luận văn

này sinh viên thực hiện tập trung vào việc mô phỏng điều khiển nhiệt độ cho thiết bị thủy
phân và áp suất cơ đặc.
Vì nhiệt độ là một thông số phổ biến bậc nhất ảnh hưởng đến các q trình trong các
ngành cơng nghệ hóa học, sinh học và thực phẩm. Đồng thời trong đề tài này nhiệt độ là
yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của enzyme, khi nhiệt độ bị biến
động mạnh dẫn đến quá trình thủy phân diễn ra khơng tối ưu, từ đó độ DH sẽ giảm.
Do vậy, mục tiêu của luận văn là thiết kế một hệ thống điều khiển quá trình sản xuất
dịch đạm thủy phân có chất lượng ổn định với năng suất cao nhất, cụ thể:
-

Xây dựng quy trình cơng nghệ chế biến phụ phẩm cá tra quy mô pilot 500 kg/mẻ.

-

Thiết lập cấu trúc hệ thống điều khiển quá trình chế biến phụ phẩm.

-

Tính tốn thơng số bộ điều khiển, mơ phỏng hệ thống trên máy tính.

-

Chọn lựa thiết bị tự động hóa đáp ứng u cầu điều khiển q trình.

1.3 Tổng quan về nguyên liệu
Các loại phụ phẩm cá tra thường có:
-

Xương cá: có trong cơng đoạn fillet sau khi tách phần thịt ra, có khối lượng rất lớn


-

(gồm xương sống và xương đầu).
Da cá: có trong giai đoạn lược da và phần da đầu.
Thịt vụn: là phế liệu của quá trình sửa cá chiếm khoảng 8-10% khối lượng nguyên

-

liệu cá.
Nội tạng: có trong cơng đoạn fillet, chủ yếu là gan cá và bao tử cá.
10


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần nguyên liệu phụ phẩm:
+ Yếu tố nguyên liệu: kích cỡ nguyên liệu lớn hay nhỏ ảnh hưởng vì nếu nguyên
liệu càng lớn thì tiêu hao ngun liệu càng ít. Cá béo hay gầy cũng ảnh hưởng tới
phần trăm lượng phụ phẩm. Cá càng béo thì tiêu hao nguyên liệu càng nhiều và
ngược lại. Vùng nuôi cũng làm phần trăm lượng phụ phẩm thay đổi. Mỗi vùng
ni sẽ có từng loại thức ăn, tỷ lệ cho ăn, mật độ nước khác nhau nên cá bán ra
cũng khác nhau về kích cỡ, tỷ lệ lớp da, độ mỡ của cá.
+ Yếu tố công nhân: tay nghề của công nhân ảnh hưởng đến phần trăn lượng phụ
phẩm. Nếu cơng nhân có kinh nghiệm, khéo léo, thành thạo trong quá trình xử lý
thì phần trăm thịt trong phụ phẩm sẽ nhỏ và ngược lại.
+ Yếu tố thiết bị
+ Thời gian lấy mẫu: thời gian lấy mẫu cân khác nhau sẽ cho ra phần trăm lượng

phụ phẩm khác nhau.
Năm 2009, Nguyễn Đại Tính “Khảo sát quy trình sản xuất cá tra đông lạnh tại công ty
Hiệp Thanh” , qua q trình khảo sát thu thập thơng số trên quy trình và tỷ lệ của các loại
phụ phẩm phụ thuộc vào cỡ cá: cá lớn sẽ có tỷ lệ phụ phẩm thấp, cá nhỏ có tỷ lệ phụ
phẩm cao. Với 2 cỡ nguyên liệu từ 0.8-1kg và 1-1.2kg thì tỷ lệ phụ phẩm tương ứng là:
xương chiếm tỷ lệ cao nhất 32.6% và 28.74%; thịt vụn 13.88% và 14.18%; mỡ 9.08% và
11.36%; nội tạng 6.93% và 6.6%; da 6.02% và 3.15%.
Năm 2010, Tiêu Thị Hồng Thắm thực hiện “Khảo sát quy trình sản xuất các tra
(Pangasianodon hypophthalmus) fillet đông lạnh tại công ty TNHH Thủy sản Panga
Mekong”. Qua q trình khảo sát thu thập thơng số kỹ thuật trên quy trình. Khối lượng
và thành phần khối lượng từng loại phụ phẩm có được ở từng cơng đoạn của quy trình.
Trong các loại phụ phẩm thải ra thì xương chiếm tỷ lệ nhiều nhất (30.87 31.71)%, sau đó
đến mỡ (8.91 9.71)%, thịt vụn (8.51 9.2)%, nội tạng (5.44% 6.28)% và cuối cùng là da
chiếm (3.92 4.28)% so với khối lượng nguyên liệu ban đầu.

11


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

1.4 Cơ sở lý thuyết
1.4.1. Công nghệ chế biến phụ phẩm
Việt Nam là nước có điều kiện tự nhiên thuận lợi phát triển ngành thủy sản với hệ
thống sông và đường bờ biển dài.
Trong công nghệ chế biến thủy hải sản, tỉ lệ phế phẩm bỏ đi bao gồm đầu, ruột, vây
chiếm gần hơn 60% trọng lượng. Để tận dụng nguồn phế phẩm này, thế giới và Việt Nam
đã ứng dụng công nghệ thủy phân để xử lý, làm nguyên liệu cho thức ăn gia súc, gia cầm,

thủy hải sản.
1.4.1.1.

Thủy phân bằng cơng nghệ enzyme

Thủy phân là một q trình hóa học trong đó một phân tử bị phân cắt khi có mặt của
phân tử nước. Một phần của phân tử sau khi cắt sẽ tương tác với cation H+ từ phân tử
nước, phần khác sẽ liên kết với anion OH- cịn lại. Bản chất của q trình thủy phân
protein: là quá trình phá vỡ các liên kết peptide khi có mặt của nước. Do liên kết peptide
là liên kết bền, nên q trình thủy phân cần có mặt chất xúc tác. Các tác nhân xúc tác
gồm:
•

Tác nhân hóa học: acid (HCl) hay base (NaOH)

•

Tác nhân hóa sinh học: enzyme thủy phân protein (protease)

Trong sản xuất thực phẩm, thường dùng phương pháp thủy phân bằng acid, thủy phân
bằng enzyme hoặc dùng cả hai chứ khơng dùng kiềm. Bởi vì khi sử dụng dụng kiềm sẽ
xảy ra hiện tượng racemic hóa làm giảm giá trị dinh dưỡng của các acid amine.
Công nghệ này có các ưu điểm như: hàm lượng acid amin cao, phù hợp cho ngành sản
xuất thức ăn gia súc, phân bón; sản xuất được ở quy mơ cơng nghiệp, tốn ít năng lượng
hơn việc phơi, sấy, khơng gây ô nhiễm môi trường (không bốc mùi hôi thối như phương
pháp sấy phơi tự nhiên). Công nghệ thủy phân dùng enzymes nhằm tăng khả năng hấp
thụ dinh dưỡng, bổ sung đạm cá giúp vật ni kích thích thèm ăn, hấp thu dinh dưỡng tốt
hơn.

12



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Phương pháp enzyme là phương pháp thủy phân protein trong điều kiện ơn hịa
khơng u cầu nhiệt độ cao. Sử dụng nguồn enzyme từ các chế phẩm enzyme thương
mại, có thể kết hợp nhiều loại enzyme với nhau để tăng hiệu suất thủy phân như:
protease, cellulase, amylase. Phương pháp này hạn chế sử dụng hóa chất nên ít làm biến
đổi acid amine, sản phẩm an toàn và giá trị dinh dưỡng không giảm nhiều, hiệu suất tối
đa đạt 70%. Không giống như phương pháp acid, enzyme thủy phân liên kết peptide
thường có tính đặc hiệu. Trong phương pháp này, enzyme protease đóng vai trị thủy
phân chính. Chúng phân cắt các liên kết peptide theo hai cách (exopeptidase và
endopeptidase).
1.4.1.2.

Quy trình thủy phân phụ phẩm bằng enzyme

Theo nghiên cứu, thủy phân cá tra bằng enzyme Alcalase cho hiệu suất thủy phân tốt
khi kích thước và thành phần cá thích hợp. Sở khoa học và công nghệ tỉnh Bà Rịa – Vũng
Tàu cho thấy trạng thái nguyên liệu ảnh hưởng đáng kể đến các thơng số của q trình
thủy phân. Trạng thái ngun liệu càng lớn thì quá trình thủy phân diễn ra càng chậm. Vì
vậy, cần phải nghiền cá trước khi thủy phân, ở đây, xét về điều kiện kinh tế cũng như hiệu
suất của quá trình thủy phân, ta chọn nguyên liệu sau khi nghiền có kích thước ≤ 2cm.
Cá tra là loại cá có phần trăm mỡ khá cao, mỡ nhiều sẽ làm giảm tốc độ và hiệu suất
của quá trình thủy phân, vì vậy cần phải tách mỡ trước khi đem vào bồn thủy phân. Để
tách mỡ từ nguyên liệu sau khi nghiền, ta gia nhiệt nguyên liệu nhằm chuyển mỡ cá
thành dạng lỏng, tách ra khỏi xương cá, sau đó đưa qua máy ép trục vít ép phần lỏng ra

khỏi phần rắn. Phần lỏng này chứa cả dịch cá và một lượng nhỏ vụn xương cá cịn sót lại.
Vì vậy, đưa phần lỏng này qua máy ly tâm 3 pha để tách riêng mỡ, dịch và rắn. Sau đó,
dịch và rắn trộn chung với phần rắn sau máy ép vít đưa vào bồn thủy phân. Hỗn hợp sau
thủy phân bao gồm dịch đạm, một phần nhỏ mỡ cá và bã rắn không thủy phân. Cho hỗn
hợp qua máy sang tách rắn để tách rắn, dịch và mỡ đem đi ly tâm để tách lấy dịch cô đặc.
Sau cô đặc ta có sản phẩm là dịch cao đạm.
1.4.1.3.

Bột cá

Quy trình sản xuất bột cá gồm các bước tương tự như thủy phân cá. Đầu tiên phụ
phẩm cá được đưa vào máy hấp rồi đem qua máy ép để giảm độ ẩm của nguyên liệu. Sau
13


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

đó nguyên liệu được đưa vào buồng sấy tách ẩm rồi được đưa vào máy nghiền. trước khi
nghiền và sau khi nghiền ta cần phải làm nguội giúp bột cá chống lại q trình oxy hóa và
cháy vì nhiệt khơng thốt ra được. Bột cá sau khi nghiền có độ ẩm thấp, màu nâu và chứa
nhiều protein.
1.4.2. Tổng quan về quá trình cơ học, phản ứng
1.4.2.1 Nghiền vật liệu rời
Nghiền là q trình làm giảm kích thước vật liệu bằng ngoại lực.
Mục đích: nhằm tăng mức độ đồng đều và tăng diện tích bề mặt riêng của khối hạt.
Phương pháp nghiền:
-


Va đập: dùng ngoại lực tác dụng lên vật liệu theo chu kì với ứng suất lớn hơn

-

ứng suất mỏi vật liệu.
Bổ: tác dụng lực theo diện tích nhỏ, nhằm phá vỡ vật liệu có độ cứng cao
Ép: tác dụng lực từ 2 hướng để phá vỡ ứng suất nén của vật liệu.
Chà sát: dùng cặp lực tác dụng theo 2 hướng ngược nhau, nhằm tách vỏ vật
liệu.

Ứng với mỗi kích thước yêu cầu và độ cứng vật liệu mà ta sẽ chọn phương pháp
nghiền phù hợp.
1.4.2.2 Ly tâm
Ly tâm là một q trình phân riêng các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau trong
một hỗn hợp lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của lực ly tâm. Mẫu được ly tâm
thường có dạng nhũ tương hoặc huyền phù. Trong cơng nghiệp chế biến phụ phẩm, q
trình ly tâm được dùng cho mục đích sau:
-

-

Tách chất béo là mỡ khỏi dịch cá
Cá tra có hàm lượn mỡ lớn, tách mỡ nhằm nâng cao hiệu suất quá trình thuỷ
phân tạo dịch cao đạm.

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân riêng và thời gian ly tâm như: đường
kính hạt phân tán, sự chênh lệch khối lượng riêng giữa các pha, độ nhớt, bán kính quay,
tốc độ quay của thiết bị ly tâm…
14



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Quá trình phân riêng bằng ly tâm được phân biệt như sau:
-

Huyền phù được đưa vào xyclone với vận tốc theo phương tiếp tuyến, chuyển
động tròn, phân riêng nhờ sự chênh lệch khối lượng riêng.
Lắng trong ly tâm: lắng trong thùng liền, không đục lỗ trên thành.
Lọc trong ly tâm: có đục lỗ ở thành để giữ hạt rắn và cho nước trong đi qua.

1.4.2.3 Phản ứng thủy phân protein
Các phương pháp thuỷ phân protein trong thực phẩm bao gồm: thuỷ phân bằng hoá
học (acid, kiềm), thuỷ phân bằng sinh học (enzyme, vi sinh) và thuỷ phân kết hợp.
Quá trình thuỷ phân protein bằng enzyme thường được được thực hiện trong điều kiện
ơn hồ, khơng u cầu nhiệt độ cao (thường 40 – 50). Sử nhiều nguồn enzyme với nhau
để tăng hiệu suất thuỷ phân như: protease, cellulase, amylase.
Trong quy trình sản xuất pilot, phụ phẩm cá nhờ enzyme thực hiện quá trình thuỷ
phân cắt mạch protein thành các axit admin.
Dựa vào phương thức hoạt động, có thể chia thành thiết bị hoạt động gián đoạn, liên
tục, hoạt động đơn lẻ hoặc gồm nhiều bình phản ứng nối tiếp nhau.
Thiết bị phản ứng gián đoạn: có sử dụng cánh khuấy để tăng độ đồng đều trong thiết
bị. Dung dịch phản ứng được đưa vào phản ứng theo từng mẻ. Sau một thời gian, phản
ứng enzyme kết thúc, toàn bộ dung dịch được lấy ra ngoài. Điều kiện phản ứng trong
thiết bị sẽ thay đổi theo thời gian. Ưu điểm của dạng thiết bị này là quá trình vận hành
đơn giản và phù hợp cho sản xuất ở quy mô nhỏ.

Thiết bị phản ứng liên tục: cấu tạo giống thiết bị gián đoạn nhưng sẽ vận hành dòng
vào và dòng ra khỏi sản phẩm liên tục. Thiết bị này có năng suất lớn hơn nhiều lần so với
dạng gián đoạn, tạo điều kiện phản ứng khơng đổi trong suốt q trình cho phép dễ dàng
điều khiển q trình.
1.4.2.4 Q trình cơ đặc
Cô đặc được dùng nhằm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch.

15


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Q trình cơ đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất
thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở; cịn khi làm việc ở các áp suất khác ta
dùng thiết bị kín. Có 2 phương pháp cơ đặc: phương pháp nhiệt và phương pháp lạnh.
Trong ngành thực phẩm, người ta chủ yếu dùng phương pháp cô đặc bằng nhiệt để
làm bay hơi hơi một phần nước trong dung dịch. Nhưng nếu cơ đặc ở nhiệt độ cao có thể
sẽ làm biến tính dung dịch, nên thương sử dụng phương pháp cô đặc chân không để nâng
cao nồng độ chất khô mà không ảnh hưởng chất lượng sản phẩm.
1.4.2.5 Sàng
Sàng là quá trình phân loại hỗn hợp vật liệu rời thành những thành phần hạt có kích
thước khác nhau, dựa vào sự khác nhau về kích thước, dưới tác dụng của cơ lực học.
1.4.3. Tổng quan về điều khiển quá trình
1.4.3.1.

Khái niệm về điều khiển quá trình
Quá trình là một trình tự các diễn biến vật lý, hóa học hoặc sinh học trong đó vật chất,


năng lượng hoặc thơng tin được biến đổi, vận chuyển, lưu trữ.
Điều khiển là tác động có định hướng lên đối tượng nhằm đảm bảo cho nó hoạt động
tối ưu theo 1 tiêu chuẩn chất lượng nào đó. Tiêu chuẩn có thể là chỉ số cơng nghệ hoặc
kinh tế (công suất thiết bị, giá thành sản phẩm…).
Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận
hành và giám sát các q trình cơng nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả
sản xuất và an toàn cho con người, máy móc, mơi trường.
1.4.3.2.

Mục đích của điều khiển q trình
Điều khiển q trình có chức năng đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, hiệu quả và

kinh tế cho q trình cơng nghệ. Chức năng của hệ thống điều khiển nhằm phục vụ các
mục đích sau đây:
-

Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: giữ hệ thống hoạt động ổn định tại
điểm làm việc cũng như chuyển chế độ một cách trơn tru, kéo dài tuổi thọ máy
móc và vận hành thuận tiện.
16


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

-


Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế

-

hoạch đề xuất, đạt yêu cầu các thông số về chất lượng.
Đảm bảo hệ thống vận hành an toàn: giảm thiểu nguy cơ xảy ra sự cố và bảo vệ

-

con người, máy móc, thiết bị trong trường hợp xảy ra sự cố.
Bảo vệ môi trường: giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm lượng nước sử dụng và
nước thải trong quá trình sản xuất, hạn chế lượng khói bụi, giảm tiêu thụ nhiên

-

liệu, nguyên liệu cho quá trình.
Nâng cao hiệu quả kinh tế: đảm bảo năng suất, chất lượng theo yêu cầu đề ra đồng
thời giảm chi phí nhân cơng, ngun nhiên liệu, thích ứng với sự thay đổi nhu cầu
của môi trường.

1.4.3.3.

Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình
Tùy theo quy mơ ứng dụng và mức tự động hóa, các hệ thống điều khiển q trình có

thể đơn giản đến phức tạp, nhưng chúng đều có 3 thành phần cơ bản sau: thiết bị đo, thiết
bị chấp hành và thiết bị điều khiển. Chức năng và quan hệ của các thành phần được thể
hiện qua sơ đồ sau:

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển q trình

Thiết bị đo: có chức năng cung cấp thông tin cho thiết bị điều khiển, giám sát. Thiết
bị đo dùng để đo một đại lượng vật lý như lưu lượng, nhiệt độ, khoảng cách, góc độ, hoặc
áp lực. Và gồm hai thành phần chính là cảm biến và bộ chuyển đổi đo chuẩn. Đầu ra của
thiết bị đo thường là một tín hiệu 4-20 mA, ngồi ra có thể là điện áp, tần số, áp suất.
Thiết bị chấp hành: có chức năng can thiệp vào đại lượng điều khiển làm thay đổi
đại lượng điều khiển theo tín hiệu điều khiển, ví dụ van điều khiển, máy bơm, quạt gió,
điện trở...
17


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Thiết bị điều khiển (hay bộ điều khiển): là một thiết bị tự động thực hiện chức năng
điều khiển, là thành phần cốt lõi của một hệ thống điều khiển cơng nghiệp. Tùy theo ngữ
cảnh, một bộ điều khiển có thể được hiểu là một thiết bị điều khiển đơn lẻ (ví dụ bộ điều
khiển nhiệt độ), một khối phần mềm cài đặt trong thiết bị điều khiển chia sẻ (ví dụ khối
PID trong trạm PLC/DCS) hoặc cả một thiết bị điều khiển chia sẻ (ví dụ một trạm
PLC/DCS). Trên cơ sở các tín hiệu đo và sách lược điều khiển đã chọn, bộ điều khiển
thực hiện thuật toán điều khiển và đưa ra các tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại q
trình kỹ thuật thơng qua các thiết bị chấp hành.
1.4.3.4.

Các sách lược điều khiển cơ bản
Sau khi xây dựng và phân tích mơ hình tốn học của q trình để làm rõ bài tốn điều

khiển, bước tiếp theo là thiết kế điều khiển. Công việc thiết kế điều khiển được tiến hành
theo hai bước cơ bản là thiết kế cấu trúc điều khiển và thiết kế bộ điều khiển. Cấu trúc

điều khiển hay còn lại là sách lược điều khiển thể hiện quan hệ về mặt cấu trúc giữa các
biến chủ đạo (giá trị đặt), biến đo và biến điều khiển thông qua các bộ điều khiển và các
phần tử cấu hình hệ thống khác (ví dụ các khâu tính tốn, lựa chọn, bù trễ, ...). Kết quả
của công việc thiết kế cấu trúc điều khiển là bản vẽ mô tả chi tiết cấu trúc (một phần) hệ
thống điều khiển sử dụng lưu đồ P& ID hoặc sơ đồ khối. Trên cơ sở cấu trúc điều khiển
đã được thiết kế, ta mới có thể lựa chọn cấu trúc bộ điều khiển và xác định tham số của
bộ điều khiển.
a) Điều khiển truyền thẳng
Dựa trên nguyên tắc đo giá trị biến nhiễu, biến cần điều khiển không cần đo và gửi tới
bộ điều khiển. Dựa trên các giá trị đo được và các giá trị đặt, bộ điều khiển tính tốn đưa
ra giá trị của biến điều khiển. Sách lược điều khiển này còn được gọi là sách lược điều
khiển bù nhiễu.

18


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển truyền thẳng
Ưu điểm: Loại bỏ nhiễu trước khi nó tác động tới đầu ra.
Nhược điểm: Phải biết rõ thông tin về quá trình và ảnh hưởng của nhiễu, xác định
được nhiễu. Khơng có khả năng ổn định q trình khơng ổn định.
Sai lệch mơ hình: bộ điều khiển truyền thẳng bao giờ cũng được tính tốn dựa trên
mơ hình q trình. Một mơ hình dù chi tiết và chính xác tới đâu cũng chỉ xấp xỉ đối tượng
thực. Bộ điều khiển truyền thẳng khơng có khả năng làm giảm ảnh hưởng của sai lệch mơ
hình và khá nhạy cảm với sai lệch mơ hình q trình.
Nhiễu khơng đo được: là những yếu tố được bỏ qua cùng với sai số trong phép đo

đều được coi là nhiễu không đo được. Bộ điều khiển truyền thẳng không triệt tiêu được
nhiễu không đo được.
Vì vậy, bộ điều khiển truyền thẳng chỉ được ứng dụng chủ yếu trong các bài toán
điều khiển đơn giản, những quá trình ổn định, yêu cầu chất lượng vừa phải.
b) Điều khiển phản hồi
Dựa trên nguyên tắc liên tục đo giá trị biến được điều khiển và phản hồi thơng tin về
bộ điều khiển, so sánh nó với giá trị đặt, dựa vào sai lệch giữa biến được điều khiển và
giá trị đặt để xác định tín hiệu tác động vào biến điều khiển (còn gọi là sách lược điều
khiển vịng kín).

19


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển phản hồi
Ưu điểm:
-

Loại bỏ nhiễu bất định, giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu không đo được hoặc ảnh

-

hưởng của các thông số bất định trong mơ hình.
Bền vững với sai lệch mơ hình, triệt tiêu sai lệch điều khiển.
Đối với các quá trình chưa xác định thì điều khiển phản hồi là một lợi thế lớn.


20


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Nhược điểm:
-

Phép đo đại lượng phản hồi phải có độ chính xác cần thiết, bản thân các cảm biến
cũng chịu tác động của nhiễu đo. Một khi các giá trị đo có sai số lớn thì chất lượng

-

điều khiển khơng được đảm bảo nếu như khơng có thuật tốn lọc nhiễu thích hợp.
Nếu mơ hình của q trình khơng chính xác, khơng thể thiết kế bộ điều khiển có
chất lượng tốt. Bộ điều khiển phản hồi cũng không giải quyết được hoàn toàn vấn
đề này.

Bộ điều khiển phản hồi làm việc theo nguyên tắc phản ứng, nghĩa là chỉ khi ảnh
hưởng của nhiễu đã thể hiện rõ trong giá trị được điều khiển thì nó mới tác động trở lại.
Nhiều q trình có đặc tính động học chậm (ví dụ quá trình nhiệt, quá trình phản ứng),
ảnh hưởng của nhiễu chỉ sau một khoảng thời gian lớn mới có thể quan sát được. Bộ điều
khiển không kịp đưa ra tác động trước khi chất lượng sản phẩm bị ảnh hưởng.
c) Điều khiển phản hồi kết hợp truyền thẳng
Là sản phẩm của sự kết hợp giữa điều khiển phản hồi và điều khiển truyền thẳng
nhằm khắc phục các nhược điểm của từng sách lược. Mạch bù nhiễu sẽ tác động nhanh
để bù trừ ảnh hưởng nhiễu đo được, đồng thời mạch hồi tiếp sẽ tiếp tục hiệu chỉnh để triệt

tiêu sai số tạo ra bởi các nhiễu không đo được và ổn định hệ thống. [2]

Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển phản hồi kết hợp truyền thẳng

21


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

d) Điều khiển tỉ lệ
Duy trì tỷ lệ giữa 2 biến tại một giá trị đặt R nhằm điều khiển gián tiếp biến thứ ba.
Thực chất là 1 loại của điều khiển truyền thẳng: giá trị cài đặt R là tỷ lệ giữa 2 biến, bộ
điều khiển chỉ thực hiện phép nhân.

Hình 1.5: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển tỷ lệ
Sách lược này được sử dụng trong nhiều bài tốn khác nhau. Ví dụ, để q trình đốt
cháy đạt được hiệu suất cao nhất, ta cần duy trì tỉ lệ giữa lưu lượng nhiên liệu và lưu
lượng khơng khí ở một giá trị thích hợp. [4]
e) Điều khiển tỷ lệ kết hợp phản hồi
Trong thực tế, người ta kết hợp điều khiển tỷ lệ với điều khiển phản hồi bằng cách lấy
giá trị đặt tỷ lệ R được tính toán và điều chỉnh thường xuyên từ bộ điều khiển phản hồi,
giá trị này được làm giá trị đặt cho bộ điều khiển tỷ lệ. [4]

22


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Hình 1.6: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển tỷ lệ kết hợp phản hồi
f) Điều khiển tầng
Là bộ điều khiển sử dụng cấu trúc các bộ điều khiển lồng vào nhau, tín hiệu điều
khiển vịng ngồi sẽ dùng để tính tốn tín hiệu đặt cho vịng điều khiển trong. Điều khiển
tầng nhằm khắc phục nhược điểm của điều khiển phản hồi đơn vòng như: sự ảnh hưởng
của nhiễu quá trình tới biến cần điều khiển chậm được phát hiện, đặc biệt là các q trình
có các hằng số thời gian lớn, bộ điều khiển phản hồi đơn vịng khó thực hiện được tốc độ
đáp ứng nhanh và giảm thiểu độ quá điều chỉnh. Điều khiển tầng giúp cải thiện đặc tính
động học của hệ với nguyên tắc là giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu ngay tại nơi phát sinh
nhiễu.

23


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

1.4.3.5.

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Chất lượng điều khiển

Một hệ thống hay quá trình được điều khiển cần được duy trì ổn định. Bên cạnh đó,
địi hỏi phải thỏa mãn được các tiêu chí khác nhau như độ chính xác, độ ổn định, đáp ứng
quá độ, độ nhạy, khả năng chống nhiễu. Thông thường để đánh giá chất lượng của một hệ

thống điều khiển thường sử dụng những tiêu chí sau:

Hình 1.7: Chất lượng điều khiển
Sai số: là hiệu số giữa tín hiệu đặt và tín hiệu hồi tiếp.

24


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

SVTH: Chu Thị Lan Giang
Trần Thị Bích Hạnh

Sai số xác lập (exl): hay còn được gọi là sai lệch tĩnh là sai lệch giữa tín hiệu đặt và
tín hiệu hồi tiếp ở trạng thái xác lập (sai số khi thời gian tiến tới vô cùng). Mục tiêu của
điều khiển là giảm sai số xác lập đến mức thấp nhất, nhưng thông thường chỉ cần nằm
trong giới hạn cho phép (ví dụ 2% so với giá trị đặt).
Độ vọt lố (độ quá điều chỉnh)
Vọt lố là hiện tượng đáp ứng của hệ thống trong quá trình quá độ vượt quá giá trị xác
lập. Độ vọt lố (Percent of Overshoot – POT) là đại lượng đánh giá mức độ vọt lố của hệ
thống. Đối với một hệ thống thường địi hỏi độ vọt lố khơng được vượt q 10%.

Thời gian xác lập (txl)
Thời gian tính từ lúc hệ bắt đầu dao động cho tới khi đạt trạng thái ổn định nằm
trong giới hạn cho phép (ví dụ: 2% so với giá trị ở trạng thái xác lập).
Đáp ứng với tác động nhiễu của quá trình
Khác với giá trị cài đặt, nhiễu quá trình rất đa dạng bao gồm cả nhiễu đo được và
nhiễu không đo được. Một bộ điều khiển hoạt động tốt phải có khả năng khắc phục cũng
như triệt tiêu ảnh hưởng của nhiễu gây ra cho quá trình.
Đáp ứng với sự thay đổi giá trị đặt

Trong quá trình vận hành thực tế thì giá trị cài đặt có thể thay đổi, do đó bộ điều khiển
cần có khả năng đáp ứng được sự thay đổi đó. Trên thực tế, việc thỏa mãn đồng thời tất
cả các tiêu chí chất lượng cùng một lúc là điều rất khó. Do đó bài tốn đặt ra là thiết kế
một bộ điều khiển có khả năng dung hịa các tiêu chí này.
1.4.3.6.

Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân vi phân (PID)

Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID- Proportional Integral Derivative)
là bộ điều khiển hồi tiếp vịng kín được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự
động. Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đặt và giá trị
25