Chương 1 tài liệu tham khảo | Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp

Câu 1. Phân biệt các loại quá trình (quá trình đơn biến/ quá trình đa biến, quá trình
liên tục/quá trình gián đoạn/quá trình rời rạc/quá trình mẻ), đưa ra một số ví dụ minh
họa? Quá trình điều khiển đơn biến: chỉ điều khiển một đại lượng như điều khiển mức chất lỏng trong bình.
Quá trình điều khiển đa biến: có nhiều đại lượng cần điều khiển như nhiệt độ, áp
suất, mức chất lỏng, thành phần, lượng chất.
Quá trình điều khiển liên tục: Điều khiển nhiệt độ, áp suất trong lò hơi, lồng ấp
Quá trình điều khiển gián đoạn:
Quá trình điều khiển rời rạc: sản xuất linh kiên, phụ tùng xe, sản xuất ô tô, quy trình lắp ráp Robot
Quá trình điều khiển mẻ: Quá trình chưng cất rượu, sản xuất bia, sản xuất hóa chất
Câu 2. Khái niệm về điều khiển quá trình, quá trình, quá trình công nghệ và quá
trình kỹ thuật, phân loại biến quá trình?
Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển,
vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và
đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ con người, máy móc và môi trường.
Quá trình là một trình tự các diễn biến vật lý, hóa học hoặc sinh học, trong đó
vật chất, năng lượng hoặc thông tin được biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ (
IEC60050-351[1], ANSI/ISA 88.01 [2], DIN 19222 [4]).
Quá trình công nghệ là những quá trình liên quan tới biến đổi, vận hành hoặc lưu
trữ vật chất và năng lượng, nằm trong một dây chuyền công nghệ hoặc một nhà máy
sản xuất năng lượng. Một quá trình công nghệ có thể chỉ đơn giản nhờ quá trình cấp
liệu, trao đổi nhiệt, pha chế hỗn hợp nhưng cũng có thể phức tạp hơn nhờ một tổ hợp
lò phản ứng - tháp chưng luyện hoặc một tổ hợp lò hơi-turbin.
Quá trình kỹ thuật là một quá trình với các đại lượng kỹ thuật được đo hoặc/và
được can thiệp. Khi nói tới quá trình kỹ thuật, ta hiểu là quá trình công nghệ cùng các
phương tiện kỹ thuật nhờ thiết bị đo và thiết bị chấp hành. Sự phân biệt giữa hai khái
niệm “quá trình kỹ thuật” và “quá trình công nghệ” ở đây không phải là vấn đề từ ngữ, lOMoAR cPSD| 46884348
mà chỉ nhằm mục đích thuận tiện trong các nội dung trình bày sau này. Do vậy, nếu
không nhấn mạnh thì khái niệm “quá trình” có thể được hiểu là quá trình công nghệ
hoặc quá trình kỹ thuật tuỳ theo ngữ cảnh sử dụng.
Phân loại biến quá trình:
- Đại lượng cần điều khiển (controlled variable): Biến ra, đại lượng hệ trọng tới
sự vận hành an toàn, ổn định hoặc chất lượng sản phẩm, cần được duy trì tại
một giá trị đặt, hoặc bám theo một tín hiệu chủ đạo.
- Đại lượng điều khiển (control variable, manipulated variable): Biến vào can
thiệp được theo ý muốn để tác động tới đại lương cần điều khiển.
- Đại lượng nhiễu: Biến vào không can thiệp được.
+ Nhiễu quá trình (disturbance)
Nhiễu đầu vào (input disturbance): biến thiên các thông số đầu vào (Lưu
lượng, nhiệt độ hoặc thành phần nguyên liệu, nhiên liệu)
Nhiễu tải (load disturbance): thay đổi tải theo yêu cầu sử dụng (lưu lượng
dòng chảy, áp suất hơi nước, ...)
Nhiễu ngoại sinh (exogenous disturbance): nhiệt độ, áp suất bên ngoài,
... + Nhiễu đo, nhiễu tạp
Câu 3. Nêu rõ các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khển quá trình và mối liên
hệ giữa các thành phần với nhau lOMoAR cPSD| 46884348
Sơ đồ 1 vòng điều khiển Tín hiệu điếầu Đại lƣợng Đại lƣợng cầần Giá trị đặt khiển điếầu khiể n điếầu khiể n (SP ) Thiết bị điề (CO ) (MV ) (CV ) u Thiết bị Quá trình khiển chấp hành Tín hiệu đo Đạ i lƣợng cầần (PV ) Thiết bị đo đo
Thiết bị đo quá trình
Thiết bị đo / Bộ chuyển đổi Đại Lượng cầầnđo Chuyển đổi Tín hiệu ( ệ ộ, áp , Nhi t đsuầết Cảm biếến đo , ,..) chuẩn mức LưuLượng lOMoARcPSD|468 843 48 (4-20mA, 0-10V,...) lOMoAR cPSD| 46884348
Câu 4. Giải thích khái niệm điều khiển quá trình và nêu các lĩnh vực ứng dụng
của điều khiển quá trình. Phân biệt điều khiển quá trình với các lĩnh vực khác
Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển,
vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm nâng cao hiệu quả sản
xuất và đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ con người, máy móc và môi trường.
Phạm vi ứng dụng: Công nghiệp chế biến, khai thác năng lượng
Bài toán đặc thù và quan trọng nhất: Điều chỉnh
Đối tượng điều khiển: Quá trình công nghệ
Đặc thù của các quá trình công nghệ
Qui mô sản xuất thông thường vừa và lớn
Yêu cầu rất cao về độ tin cậy và tính sẵn sàng
Các quá trình liên quan tới biến đổi năng lƣợng và vật chất
Bài toán điều chỉnh là tiêu biểu
Các đại lượng cần điều khiển: lưu lượng, áp suất, nhiệt độ, nồng độ, thành phần,...
Diễn biến tương đối chậm Mô hình khó xác định
Câu 5. Nêu các đặc thù của lĩnh vực điều khiển quá trình (về đối tượng điều khiển,
về yêu cầu kỹ thuật và về các yêu cầu công nghệ) ? Đặc thù của lĩnh vực điều khiển quá trình:
- Đối tượng điều khiển: quá trình công nghệ, mục đích tự động hóa quá trình công nghệ
- Yêu cầu kĩ thuật: tác động nhanh, trực tếp, có hiệu quả vào biến vào -> có biến
ra thay đổi theo mong muốn, đồng thời đảm bảo 5 mục địch điều khiển
- Yêu cầu công nghệ, đặc thù quá trình công nghệ:
+ quy trình sản xuất thường vừa và lớn
+ yêu cầu cao về độ tin cậy và sẵn sàng
+ Các quá trình liên quan đến biến đổi năng lượng và vật chất- Bài toán điều chỉnh là tiêu biểu lOMoAR cPSD| 46884348
- Đại lượng cần điều khiển: lưu lượng, áp suất, nhiệt độ, nồng
độ… -Diễn biến tương đối chậm
- mô hình khó xác định, khó thiết kế công nghệ và khả năng điều khiển hạn
chế. Đặc thù của lĩnh vực điều khiển quá trình:
- Quy mô sản xuất thường vừa và lớn
- Yêu cầu rất cao về độ tin cậy và sẵn sàng
- Các quá trình liên quan tới biến đổi năng lượng và vật chất
+ Bài toán điều chỉnh là tiêu biểu
+ Các đại lượng cần điều khiển: lưu lượng w, áp suất P, nhiệt độ T, nồng độ C, thành phần…
+ Diễn biến tương đối chậm + Mô hình khó xác định
+ Khả năng điều khiển hạn chế
+ Khó thay đổi thiết kế công nghệ
Câu 6. Phân biệt các loại biến quá trình (biến vào/biến ra/biến trạng thái, biến
cần điều khiển/biến điều khiển /nhiễu), đưa ra một số ví dụ minh họa ?
Phân loại biến quá trình:
- Đại lượng cần điều khiển (controlled variable): Biến ra, đại lượng hệ trọng tới
sự vận hành an toàn, ổn định hoặc chất lượng sản phẩm, cần được duy trì tại
một giá trị đặt, hoặc bám theo một tín hiệu chủ đạo.
- Đại lượng điều khiển (control variable, manipulated variable): Biến vào can
thiệp được theo ý muốn để tác động tới đại lương cần điều khiển.
- Đại lượng nhiễu: Biến vào không can thiệp được.
- Nhiễu là những biến vào còn lại không can thiệp được một cách trực tiếp hay
gián tiếp trong phạm vi quá trình đang được quan tâm là coi là nhiễu. Nhiễu
tác động tới quá trình một cách không mong muốn, vì thế cần có biện pháp
nhằm loại bỏ hoặc ít nhất làgiảm thiểu ảnh hưởng của nó. Nhiễu có thể phân
loại là nhiễu quá trình và nhiễu đo, nhiễu tạp + Nhiễu quá trình (disturbance)
Nhiễu đầu vào (input disturbance): biến thiên các thông số đầu vào (Lưu
lượng, nhiệt độ hoặc thành phần nguyên liệu, nhiên liệu) lOMoAR cPSD| 46884348
Nhiễu tải (load disturbance): thay đổi tải theo yêu cầu sử dụng (lưu lượng
dòng chảy, áp suất hơi nước, ...)
Nhiễu ngoại sinh (exogenous disturbance): nhiệt độ, áp suất bên ngoài,
... + Nhiễu đo, nhiễu tạp Ví dụ:
Câu 7. Nêu rõ các mục đích điều khiển và phân tích trên cơ sở một ví dụ minh
họa, liên hệ với các bài toán điều khiển?
Mô hình điều khiển bình trộn:
Mục đích điều khiển: Điều khiển mức trong bình trộn và thành phần của sản phẩm
Yêu cầu: Đảm bảo chất lượng sản phẩm
Chất lượng ổn định (tỉ khối thành phần A trong sản phẩm)
Năng suất thích ứng với yêu cầu thị trường (liên quan tới lưu lượng sản phẩm ra)
Tiêu hao năng lượng thấp (cho động cơ khuấy và cho các van điều lOMoAR cPSD| 46884348 khiển)
Tác động điều khiển êm ả, trơn tru (tốc độ động cơ cũng nhờ độ mở van
ít khi phải thay đổi hoặc thay đổi chậm)
Ứng dụng điều khiển cho các mô hình phức tạp như cho nhà máy xi măng, nhà
máy lọc dầu, hóa chất.
Câu 8. Phân loại và làm rõ các yêu cầu của điều khiển quá trình, liên hệ với các mục đích điều khiển ?
Can thiệp một cách hiệu quả các đại lƣợng đầu vào của quá trình kỹ thuật để các đại
lượng đầu ra của nó thỏa mãn các chỉ tiêu cho trƣớc trong khi có tác động của môi trƣờng xung quanh
Giảm thiểu ảnh hƣởng xấu của quá trình kỹ thuật đối với con ngƣời và môi trƣờng xung quanh
Vai trò của kỹ thuật điều khiển tự động.
Mục đích điều khiển quá trình
1. Đảm bảo vận hành ổn định, trơn tru: đảm bảo năng suất (tốc độ sản xuất), kéo
dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện
2. Đảm bảo chất lƣợng sản phẩm: giữ các thông số chất lƣợng sản phẩm biến động trong một khoảng nhỏ
3. Đảm bảo vận hành an toàn: cho con ngƣời, máy móc, thiết bị và môi trƣờng
Nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng lợi nhuận: giảm chi phí nhân công, nguyên liệu
và nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi của thị trƣờng
Giảm ô nhiễm môi trƣờng: Giảm nồng độ các chất độc hại trong khí thải, nƣớc thải,
giảm bụi, giảm sử dụng nguyên liệu và nhiên liệu lOMoAR cPSD| 46884348
Câu 9. Nêu rõ các thành phần cơ bản của một hê thống điều khển quá trình và
mối liên hệ giữa các thành phần với nhau? Thiết bị đo:
Cung cấp tín hiệu ra tỉ lệ theo một cách nào đó với đại lượng đo. Thiết bị đo gồm 2
thànhphần:Cảm biến: thực hiện chức năng tự động cảm nhận đại lượng quan tâm của
quá trình kỹ thuật và biến đổithành một tín hiệu.Chuyển đổi đo: là một bộ chuyển đổi
đo mà cho đầu ra là một tín hiệu chuẩn mục địch phù hợp với thiếtbị điều khiển và
để truyền đi xa (ví dụ 1-10V, 0-20mA, 4-20mA, RS-485, tín hiệu bus trường,…) Thiết bị điều khiển:
Hay bộ điều khiển là một thiết bị tự động thực hiện chức năng điều khiển, là
thànhphần cốt lõi của một hệ thống công nghiệp. Nó thực hiện thuật toán điều khiển
và đưa ra các tín hiệuđiều khiển để can thiệp trở lại quá trình kỹ thuật thông qua các
thiết bị chấp hành. Một thiết bị điềukhiển có thể xếp vào loại tương tự hoặc số.Thiết
bị điều khiển tương tự: bao gồm các thiết bị điều chỉnh cơ, khí nén hoặc điện tử. Một
mạch logic rơ-le (cơ điện hoặc điện tử) là một thiêt bị điều khiển tương tự.Thiết bị
điều khiển số: là một máy tính số được trang bị các thiết bị ngoại vi để thực hiện
chứcnăng điều khiển. Thiết bị điều khiển bao hàm cả máy tính điều khiển (Khối xử lý
trung tâm CPU, khốinguồn PS và các thành phần tích hợp trên bo mạch) và các thành
phần mở rộng, kể cả các modulevào/ra và module chức năng khác. Thiết bị chấp hành
: nhận tín hiệu ra từ bộ điều khiến và thực hiện tác động can thiệp tới biến
điềukhiển. Thông qua các thiết bị chấp hành mà hệ thống điều khiển có thể can thiệp
vào diễn biến của quátrình kỹ thuật.VD: Van điều khiển, động cơ, bơm, quạt gió.
Cơ cấu chấp hành: có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điều khiển thành năng lượng (cơ hoặc
nhiệt)Phần tử điều khiển: phần tử điều khiển can thiệp trực tíếp vào biến điều khiển lOMoAR cPSD| 46884348
Câu 10. Giải thích ý nghĩa các biểu tượng lưu đồ dưới đây:
LT : Thiết bị đơn lẻ ở hiện trường: Thiết bị đo mức
FT : Thiết bị đơn lẻ hiêṇtrường : thiết bị đo lưu lượng
PT : Thiết bị đơn lẻ hiêṇtrường : thiết bị đo áp suất
AT : Thiết bị đơn lẻ hiêṇtrường : thiết bị đo nồng đô ̣
TT : Thiết bị phần cứng hiêṇtrường : thiết bị đo nhiêṭđô ̣
FY : Thiết bị phần cứng hiêṇtrường : bô ̣biến đổi khí nén _ khí nén, hoăc ̣là bô ̣công ̣
tín hiêụhoăc ̣là chọn tín hiêụđiều khiển
ZS : bô ̣chuyển mạch vị trí
HS : bô ̣chuyển mạch bằng tay
LIC : Thiết bị phần cứng hiêṇtrường : Bô ̣điều khiển và hiển thị mức
FRC 102 : Thiết bị phần cứng tại hiện trường: Bộ điều khiển và ghi lưu lương
FRC-102 : Thiết bị phần cứng tại hiện trường: Bộ điều khiển tỉ lê ̣lưu lương
PDC-102 : Thiết bị phần cứng tại hiện trường: Bộ điều khiển chênh áp
TC=103 : Là phần cứng chia sẻ (điều khiển chia sẻ) ở vị tri mở rộng: Bộ điều
khiển nhiệt độ ở vòng loop103
RC-105 : Thiết bị đơn lẻ ở phòng điều khiển trung tâm: Bộ điều khiển tỉ lệ ở vòng loop 105
QC-106 : Thiết bị đơn lẻ ở phòng điều khiển trung tâm: Bộ điều khiển chất lượng ở vòng loop 106 lOMoAR cPSD| 46884348
I-1 : Bộ điều khiển logic khả trình bằng dây điện, vòng 1 tại phòng điều khiển trung tâm
I-2 : Bộ điều khiển logic khả trình bằng dây điện, vòng 2 tại phòng điều khiển trung tâm
FR PR: Bộ ghi 2 chức năng: đo và ghi lưu lượng và áp suất tại hiện trường
TAL TAH : Bộ cảnh báo nhiệt độ mức cao và mức thấp tại hiện trường
Bộ điều khiển phân tích chia sẻ, nhận dữ liệu từ máy tính. Máy tính
bên trái, đường nối liên kết phần mềm, dữ liệu