Bài giảng mơn học
CƠ SỞ

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH

Ver 02

MSMH: CH3031

GV: Bùi Ngọc Pha
F: 0909.878.662
E:


CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
Thời lượng: 30 tiết lý thuyết
Giáo trình – tài liệu tham khảo:
[1] D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A. Mellichamp,
Process Dynamics and Control, 2nd Ed., John
Wiley, 2004
[2] Hồng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều
khiển q trình, NXB Bách Khoa, Hà Nội, 2006

Phần mềm:

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

2

[Đánh giá môn học]

Bài tập
20%
Thi tự luận
60%

Bài tập lớn
20%

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

3


Cảm ơn sự hợp tác của lớp học

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

4


[Mục tiêu mơn học]
Mơ tả và giải thích được các thành phần
của một hệ thống điều khiển tự động

Phân loại và lựa chọn cấu trúc điều
khiển và chiến thuật điều khiển
Áp dụng kiến thức về lưu đồ P&ID
để biểu diễn sơ đồ kết nối của q
trình cơng nghiệp có điều khiển
Sử dụng Matlab & Simulink để tính tốn,
phân tích một số quá trình đơn giản
Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

5


[Vị trí mơn học]

Điều khiển – Tự động hóa
Điều khiển học
(Cybernetics)
① Điều
khiển q
trình

Tự động
hóa

② Điều khiển
máy (chuyển
động, Robot)
Process Control


@ B. N. Pha – ĐHBK

6


Ví dụ bình chứa chất lỏng

u cầu điều chỉnh
mức nước h=H0

Bộ
ĐK
Đo
mức

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

7


Ví dụ bình chứa chất lỏng

Fi

CONTROLLER

h

PROCESS

Fi
PROCESS

h

Cần hiểu biết về:
- Mục đích điều khiển
- Các cách điều khiển
- Bản chất quá trình
- Tác động điều khiển
- Cơng cụ mơ phỏng Matlab&Simulink
Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

8


Nội dung mơn học
Chương 1
• Tổng quan về điều khiển q trình

Chương 2
• Mơ tả hệ thống điều khiển q trình

Chương 3
• Lý thuyết hệ thống điều khiển q trình


Chương 4
• Điều khiển một số q trình cơ bản
Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

9


Chương 1:
Tổng quan về điều khiển quá trình
NỘI DUNG CHƯƠNG 1

Week

1.1. Điều khiển q trình và Mục đích
1.2. Khái niệm và định nghĩa

W1

1.3. Quá trình và các biến quá trình
W2
W3

1.4. Cấu trúc cơ bản của hệ thống
1.5. Lưu đồ P&ID
1.6. Các sách lược điều khiển cơ bản

W4
Process Control


@ B. N. Pha – ĐHBK

10


W1

• Nội dung bài hơm nay

1.1 Điều khiển q trình và Mục đích điều khiển
Khái niệm điều khiển q trình
Mục đích của điều khiển q trình

1.2 Các khái niệm và định nghĩa
Điều khiển: điều khiển tự động, điều khiển thủ cơng
Hệ thống điều khiển tự động
Điều chỉnh tự động
Vịng điều khiển: vịng kín vịng hở
Giá trị cài đặt
Sai lệch điều khiển
Quy luật điều khiển
Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

11


Sơ đồ công nghệ nhà máy sản xuất, chế biến


Điều khiển qúa trình là ứng dụng kỹ thuật điều khiển
tự động để điều chỉnh, vận hành và giám sát các q
trình cơng nghệ hoạt động theo u cầu mong muốn.
1.1 • ĐKQT và mục đích của ĐKQT

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

12


MỤC ĐÍCH ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH

Nhiệm vụ của ĐKQT là đảm bảo đáp ứng các yêu cầu
mong muốn đối với các quá trình chế biến
Yêu cầu của các quá trình chế biến là:
 An Tồn (Safety):
• Con người, mơi trường, thiết bị
 Lợi nhuận (Profit)
• Ổn định (Stability): giảm sự biến

động
• Đáp ứng năng suất và chất lượng
• Giảm thiểu chất thải
• Giảm thiểu tác động mơi trường
• Giảm thiểu sử dụng năng lượng
1.1 • Mục đích ĐKQT


Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

13


 Điều khiển để đảm bảo an toàn

Các lớp bảo vệ an tồn: bắt đầu với việc kiểm sốt quy
trình an tồn thiết kế, mở rộng tới các lớp phịng ngừa
bằng tay và tự động, và tiếp tục với các lớp để giảm nhẹ
hậu quả nếu sự kiện xảy ra.
1.1 • Mục đích ĐKQT

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

14


 Điều khiển để tăng lợi nhuận
Sau điều khiển

Vùng vận hành kinh tế

Trước điều khiển

USL

CL
Điểm cài đặt mới

CL

LSL
Thời gian

Hiệu quả kinh tế phụ thuộc vào: điểm cài đặt và chất
lượng điều khiển:
• Xu hướng phải điều khiển q trình gần với các mức
giới hạn trên hoặc dưới, trong vùng làm việc kinh tế.
• Khi q trình được kiểm sốt tốt, có thể thiết lập giá
trị cài đặt trong vùng có lợi nhuận cao hơn
=> Cần đưa quá trình về trạng thái ổn định
1.1 • Mục đích ĐKQT

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

15


[CÁC KHÁI NIỆM & ĐỊNH NGHĨA]
 Điều khiển là tác động có định hướng lên đối tượng

điều khiển nhằm đảm bảo cho nó hoạt động theo yêu
cầu mong muốn.
z


z
Người điều
phối

x

Đối tượng
ĐK

y

 Điều khiển bằng tay

Con người thực hiện tác
động lên đối tượng điều khiển
1.2 • Khái niệm và định nghĩa

u

Thiết bị
điều khiển

x

Đối tượng
ĐK

y


 Điều khiển tự động

Quá trình điều khiển không
cần sự tham gia trực tiếp của
con người
Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

16


VÍ DỤ VỀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Điều khiển bằng tay

Bộ điều khiển trực tiếp

Mục đích điều khiển: Ổn định mức chất lỏng, khi có nhiễu tải LV
1) Phao = cảm biến mức
1) Đo: mắt thu thập thơng tin
2) Vị trí phao
2) So sánh: não xử lý thơng tin
3) Cánh tay địn điều chỉnh van
3) Điều chỉnh: tay chỉnh van vào
1.2 • Khái niệm và định nghĩa

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK


17


VÍ DỤ VỀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Điều khiển bằng tay

Mục đích điều khiển:
1) Đo:
2) So sánh:
3) Điều chỉnh:
1.2 • Khái niệm và định nghĩa

Điều khiển tự động

1)
2)
3)

TT
TC
Adjust Valve
Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

18



Các chức năng hệ thống điều khiển tự động:

Khởi động, điều chỉnh, dừng, bảo vệ, giám sát…
Điều chỉnh là duy trì đại lượng đầu ra của đối tượng
gần với giá trị chủ đạo mong muốn (có thể cố định hoặc
biến đổi) bằng cách đưa vào đối tượng các tác động điều
khiển.
PV
SP

PV

SP

Giá trị chủ đạo cố định

Giá trị chủ đạo biến đổi

=> điều chỉnh chỉ là một chức năng của điều khiển
1.2 • Khái niệm và định nghĩa

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

19


Ví dụ: Điều khiển - Điều chỉnh:
LC

SP

LSHH

LIT

LAH

Các chức năng của ĐIỀU KHIỂN bình chứa:
- Điều chỉnh mức chất lỏng LC
- Đo và hiển thị mức LIT
- Cảnh báo mức cao LAH
- Bảo vệ: chuyển sang chế độ dừng nhập liệu khi mức
vượt quá mức quá cao (mức an toàn) /Hi-Hi Level
Switch
1.2 • Khái niệm và định nghĩa

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

20


Vịng điều khiển (control loop): là một chu trình

thực hiện việc điều khiển.
Vịng điều khiển kín và hở
Vịng điều khiển hở: là là một hệ
thống trong đó sự kiểm sốt không

tuỳ thuộc vào đầu ra. Lệnh điều
khiển được đưa vào, bộ điều khiển
sẽ kiểm sốt tiến trình xử lý sao cho
đối tượng được điều khiển đạt được
tiêu chuẩn định trước.
Mạch vịng kín: giá trị mong muốn và giá trị tức thời
được đưa và bộ điều khiển để so sánh, dựa vào sự
chênh lệch này bộ điều khiển đưa ra quyết định tác
động vào đối tượng điều khiển.
1.2 • Khái niệm và định nghĩa

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

21


Ví dụ điều khiển vịng hở (opened loop control):

Một máy nướng bánh có gắn timer để ấn định thời gian
tắt và mở máy. Đến thời điểm đã chọn trước, timer điều
khiển tắt bộ nung.
Hệ thống điều khiển vịng hở có độ tin cậy không cao..
Muốn đưa đáp ứng c đến trị giá tham khảo r, người dùng
phải qui chuẩn lại bằng cách chọn timer lại.
1.2 • Khái niệm và định nghĩa

Process Control


@ B. N. Pha – ĐHBK

22


Ví dụ điều khiển vịng kín (closed loop control):
Giải pháp về vịng kín
cho lị nướng là gì?
• Xác định độ chín của
bánh.
• Liên tục so sánh tình
trạng bánh với tiêu
chuẩn đã xác định.
• Đóng/mở mạch cấp
nhiệt.

1.2 • Khái niệm và định nghĩa

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

23


 3 tác vụ của một vòng điều khiển :

- Đo lường
- Ra quyết định
- Thực hiện điều khiển


SP
LC

Ví dụ: bình chứa.
Mực nước được đo và
truyền tín hiệu đến bộ điều
khiển, bộ điều khiển so
sánh với giá trị đặt và đưa
ra quyết định điều khiển
được thực hiện bằng tác
động mở/đóng van.
1.2 • Khái niệm và định nghĩa

LT

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

24


Giá trị đặt (setpoint, SP):

Là giá trị đầu ra của q trình mà ta mong muốn đạt
được, cịn gọi là giá trị chủ đạo.
Setpoint

Error

Setpoint

Controller

Sensor

PV

Ví dụ: giá trị đặt mức nước trong bể chứa là Ho =1m.
Gía trị đặt cũng có thể là tối đa hoặc giá trị tối thiểu.
Ví dụ, mức trong bể không thể vượt quá 1,2m và không
thấp hơn 0,8m.
1.2 • Khái niệm và định nghĩa

Process Control

@ B. N. Pha – ĐHBK

25