Tối ưu hóa hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy nhiệt điện phả lại 2

Đồ án tốt nghiệp đại học GVHD:PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện , lò hơi là một
khâu quan trọng có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên liệu
thành nhiệt năng của hơi . Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi sẽ được đưa tới
các bộ quá nhiệt , tại đây hơi được nâng lên tới nhiệt độ rất cao trở thành hơi
quá nhiệt đưa vào trong tuabin quay máy phát . Hơi quá nhiệt là một trong
những chỉ tiêu rất quan trọng của lò hơi . Việc duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệt
trong dải không đổi khi tải lò thay đổi luôn được đặt lên hàng đầu nhằm cải
thiện hiệu quả chuyển đổi từ nhiệt năng thành cơ năng , tránh phá hủy các vật
liệu kim loại , đảm bảo chất lượng hơi trước khi đưa vào tuabin . Điều này chỉ
có thể thực hiện được nếu hệ thống điều chỉnh hơi quá nhiệt hoạt động tốt , ổn
định chất lượng cao.
Trong quá trình điều chỉnh , độ trễ và quán tính lớn trong hệ thống một
vòng là nguyên nhân cơ bản làm giảm sự tác động nhanh và do đó làm giảm
độ chính xác của quá trình điều chỉnh . Do đó trong thực tế để nâng cao chất
lượng điều chỉnh người ta thường áp dụng sơ đồ hai vòng với các thiết bị chế
tạo theo các luật điều chỉnh đơn giản.
Mặt khác việc tổng hợp hệ thống điều chỉnh gặp khó khăn cũng bởi tính
phức tạp của đối tượng nhiệt , vì đối tượng nhiệt có độ trễ vận tải lớn , tính
chất phi tuyến và thường là đối tượng bất định cho nên việc áp dụng những
phương pháp tổng hợp kinh điển kém hiệu quả .Trong bối cảnh đó quan điểm
tổng hợp cấu trúc bền vững cao ra đời là cơ sở để tổng hợp hệ thống điều
chỉnh với độ ổn định rất cao , sai số điều chỉnh nhỏ , quá trình quá độ đảm
bảo hệ số tắt dần cao trong trường hợp có sự thay đổi tải.
Thực tế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy sau một
thời gian làm việc thì biên độ dao động lớn , thời gian điều chỉnh kéo dài khi
Kỹ thuật năng lượng _K 51

có bất cứ sự thay đổi đáng kể nào về phụ tải , nhiễu …Độ quá điều chỉnh lớn có
thể dẫn tới nhiệt độ hơi quá nhiệt vượt ngoài khoảng cho phép , gây nguy hiểm ,
thiệt hại về kinh tế lớn khi phải dừng tổ máy . Một trong những nguyên nhân đó là
quá trình hiệu chỉnh thông số điều chỉnh không tốt . Đồ án này sẽ trình bày về việc
tổng hợp hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt tại nhà máy nhiệt điện Phả
Lại 2 trên cơ sở quan điểm tổng hợp bền vững tối ưu chất lượng cao áp dụng với
sơ đồ điều khiển hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt . Đề tài “Tối ưu hóa
hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2” giải
quyết những vấn đề sau :
- Chương 1 : Tổng quan hệ thống điều khiển của nhà máy nhiệt điện
Phả Lại 2
- Chương 2 : Giới thiệu về hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt
của nhà máy Phả Lại II
- Chương 3: Các phương pháp mô hình hóa và tổng hợp hệ thống
bộ điểu chỉnh công nghiệp.
- Chương 4 : Nội dung tính toán và đánh giá chất lượng
Trong đồ án này, do kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn, nên em
chỉ có điều kiện nghiên cứu một nhánh trong hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi
quá nhiệt đầu lò . Cùng với sự góp ý , giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ
môn hệ thống và tự động hóa quá trình nhiệt , nhất là thầy giáo
PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh, nên em đã hoàn thành được đồ án này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng vẫn không
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự quan tâm chỉ bảo của
các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Sinh viên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
CỦA NHÀ MÁY
1.1. Giới thiệu tổng quan hệ thống điều khiển DCS nhà máy điện Phả lại 2:
1.1.1 Tổng quan về hệ DCS:
DCS là chữ viết tắt của Distributed Control System – hệ thống điều
khiển phân tán – và nó được dùng để chỉ lớp các hệ thống điều khiển sử dụng
phương pháp điều khiển phân tán.Khác với PLC,DCS là giải pháp tổng thể kể
cả phần cứng phần mềm cho toàn hệ thống được phát triển từ các ứng dụng
điều khiển của ngành công nghiệp hóa chất với các bộ điều khiển ban đầu sử
dụng kỹ thuật tương tự.Giải pháp thiết kế của các hệ DCS thương phẩm là
hướng vào các ứng dụng điều khiển phân tán nên nó thường được thiết kế
theo hệ thống mở,khả năng tích hợp cao kể cả tích hợp với các PLC khác
nhau điều khiển máy và công đoạn sản xuất độc lập.Mục tiêu tạo thuận lợi
cao nhất cho người kỹ sư thiết kế và tích hợp hệ thống điều khiển.
Thế mạnh của DCS là khả năng xử lý các tín hiệu tương tự và thực
hiện các chuỗi quá trình phức tạp,khả năng tích hợp dễ dàng.Các hệ thống
DCS thương phẩm hiện nay thường bao gồm các bộ điều khiển (controller)
,hệ thống mạng truyền thông và phần mềm điều hành hệ thống tích hợp.Các
hệ DCS có thể quản lý được từ vài nghìn điểm đến vài chục nghìn điểm vào
/ra.Nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm,hệ điều khiển có thể thực hiện đồng
thời nhiều vòng điều chỉnh,điều khiển nhiều tầng,hay theo các thuật toán điều
khiển hiện đại,nhận dạng hệ thống,điều khiển thích nghi,tối ưu,bền vững,điều
khiển theo mô hình dự báo (MPC),Fuzzy,Neutral,điều khiển chất lượng
(QCS).

Để phục vụ cho việc trao đổi thông tin,các hệ DCS thương phẩm
ngày nay hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông từ cấp trường đến cấp quản
lý.Hiện nay các giao thức này đã được chuẩn hóa (Profibus,Foundation
FieldBus,Ethernet).
Các hệ DCS thương phẩm ngày nay có độ tin cậy rất cao : nhờ có khả
năng dự phòng kép ở tất cả các thành phần trong hệ (controller,modul I/O,bus
truyền thông),khả năng thay đổi chương trình (sửa chữa và download) ,thay
đổi cấu trúc của hệ , thêm bớt các thành phần mà không làm gián đoạn ,không
cần khởi động lại quá trình (thay đổi online).
Cơ sở dữ liệu quá trình trong các hệ DCS thương phẩm cũng được thiết
kế sẵn và là cơ sở dữ liệu lớn có tính toàn cục và thống nhất,thời gian bảo
hành hỗ trợ dài
Tất cả những đặc điểm trên cho thấy các hệ DCS hoàn toàn đáp ứng
yêu cầu về 1 giải pháp tự động hóa tích hợp tổng thể.Thị trường DCS toàn
cầu tăng trưởng 2-3%/năm . Tới nay,DCS vẫn là không thể thay thế được
trong các ứng dụng lớn như:ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện…
Hệ thống điều khiển phân tán DCS điều khiển các quá trình công nghệ
trong nhà máy (gồm lò hơi và các thiết bị phụ như bơm cấp, máy nghiền...),
hệ thống điều khiển PLC (gồm hệ thống xử lý nước, nước thải, than, lọc bụi,
khử lưu huỳnh...) và hệ thống điều khiển MarkV để điều khiển Tuabin, máy
phát. Tất cả các hệ thống này đều được nối với hệ thống DCS qua các đường
truyền dữ liệu tốc độ cao, tạo thành 1 mạng điều khiển phân cấp. Người vận
hành sẽ vận hành nhà máy thông qua các giao diện vận hành Người - Máy
(HIS) của hệ thống DCS đặt tại phòng điều khiển trung tâm, hoặc thông qua
các màn hình máy tính PC hay Panel điều khiển tại chỗ.

Hệ thống điều khiển DCS dây chuyền 2 nhà máy điện Phả Lại là hệ
thống điều khiển CS3000 do hãng YOKOGAWA cung cấp.
Hệ thống CS3000 bao gồm: HIS (Human Interface Station) dùng để
điều khiển các chức năng vận hành và giám sát, FCS (Field Control Station)
thực hiện chức năng điều khiển, và mạng điều khiển (V net) kết nối giữa các
trạm trên. Các chức năng khởi tạo, định nghĩa của hệ thống làm việc trong
HIS và các máy tính PC sử dụng cho mục đích chung.
Hình 1.1: Cấu hình cơ bản hệ thống CS3000
1.1.2 Chức năng của hệ DCS
Chức năng chính và là quan trọng nhất của DCS là điều khiển toàn bộ
các quá trình công nghệ trong nhà máy.Chức năng điều khiển do các bộ điều
khiển đảm nhận,được đặt tại phòng điều khiển trung tâm hoặc trong các trạm
điều khiển.Chức năng điều khiển của DCS được thể hiện trong sơ đồ sau:

Hình 1.2: Sơ đồ chức năng DCS
-Chức năng điều khiển cơ bản.
DCS thực hiện tất cả các chức năng điều khiển cơ bản của một nhà
máy.Các thành phần thực hiện các chức năng điều khiển cơ bản trong DCS
gọi là các “khối hàm” (Function Block).Mỗi khối hàm đại diện cho 1 bộ phận
nhỏ nhất trong bài toán điều khiển.Việc thực hiện thiết kế chức năng điều
khiển thực chất là cách kết hợp các khối hàm lại với nhau cho phù hợp.
+Chức năng thực hiện các thuật toán điều chỉnh tự động.
Chức năng điều chỉnh tự động thực hiện cho các vòng điều chỉnh phản
hồi của các quá trình liên tục.Thành phần chính tham gia vào chức năng điều
chỉnh tự động là các khối PID,các khối hàm chuyển đổi định dạng dữ liệu
vào/ra và các khối hàm toán học.
+Chức năng thực hiện thuật toán điều khiển tuần tự.
Thuật toán điều khiển tuần tự thực hiện cho 1 số công đoạn làm việc theo
chuỗi sự kiện nối tiếp trong nhà máy.Chức năng này vừa điều khiển từng
Chức năng điều khiển của DCS
Chức năng điều khiển cơ bản
Thực hiện thuật toán điều khiển tự động
Thực hiện thuật toán điều khiển tuần tự
Chức năng điều khiển liên động
Thực hiện các thuật toán phức tạp
Chức năng quản lí theo khối
Chức năng truyền thông với các hệ thống phụ

công đoạn độc lập đồng thời quản lý toàn bộ chuỗi sự kiện xảy ra trong hệ
thống.Có thể sử dụng chức năng này cho các bài toán liên động hoặc kết hợp
thực hiện các công đoạn liên tục trong toàn nhà máy.
+Chức năng thực hiện các thuật toán phức tạp.
DCS là hệ điều khiển ứng dụng cho các nhà máy có quy mô lớn,công
nghệ liên tục và phức tạp,đòi hỏi phải sử dụng nhiều thuật toán tiên tiến để
giải quyết các bài toán tối ưu và tiết kiệm nhiên- nguyên liệu.Các thuật toán
cấp cao thường được ứng dụng cho các nhà máy bao gồm thuật toán điều
khiển nối tầng (cascade),thuật toán điều khiển tiền định (feedforward),các
thuật toán phân ly hệ đa biến,thuật toán điều khiển mờ,thích nghi,nơ ron…
-Chức năng truyền thông,trao đổi thông tin với các hệ thống phụ -
Subsystem.
Trong các nhà máy lớn,bên cạnh hệ DCS ,luôn có các hệ PLC đảm nhận
các công việc điều khiển cho từng công đoạn nhỏ như trạm bơm cấp
nước,nước thải…và tất cả tham số này cũng cần phải được đưa vào hệ thống
DCS chung của toàn nhà máy để tập trung cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát
quản lý.
Hầu hết hệ DCS không tích hợp sẵn các chương trình điều khiển truyền
thống cũng như các module truyền thông với các PLC .Mà thay vào đó ,DCS
liên kết với các hệ PLC sao cho thiết bị chọn phù hợp và đỡ tốn kém.
*Chức năng vận hành và giám sát hệ thống (chức năng SCADA)
-Hiện thị trạng thái hoạt động của toàn bộ nhà máy
Bằng các thư viện hình ảnh và các công cụ xây dựng đồ họa,DCS cho
phép chúng ta biểu diễn toàn bộ các quá trình,thiết bị trong nhà máy lên màn
hình 1 cách trực quan và sinh động,cung cấp các giao diện vận hành và giám sát.

Từ đó ta có thể nhận biết được trạng thái hoạt động của nhà máy thông
qua các đối tượng đồ họa và các giao diện điều khiển – Instrument Faceplate
-Chức năng hiển thị các biến quá trình dưới dạng đồ thị.
Để vận hành và giám sát được toàn bộ nhà máy với nhiều thiết bị,tham
số và trạng thái DCS đã phân chia,sắp xếp và biểu diễn các tham số,trạng thái
dưới nhiều hình thức khác nhau nhằm tạo thuận lợi tối đa cho người vận hành.
-Chức năng cảnh báo quá trình.
Bên cạnh các chức năng điều khiển ,giám sát trạng thái,việc đưa ra các
cảnh báo cho người vận hành và các gợi ý xử lý cũng là 1 yêu cầu không thể
thiếu đối với bất cứ 1 hệ DCS nào.
Các cảnh báo trong hệ thống được chia thành nhiều cấp độ khác nhau:
+Cảnh báo nguy cơ.
+Báo động.
+Báo lỗi.
-Chức năng lập báo cáo.
Để hỗ trợ cho công tác giám sát và quản lý,DCS cung cấp các báo cáo cho
từng biến quá trình,các khu vực quan trọng theo định kỳ hoặc theo yêu cầu nhằm:
Thu thập,hiển thị và in ra các thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống.
Báo cáo về các cảnh báo,thông điệp liên quan đến thiết bị,tín hiệu vào/ra
và cả trạng thái của các function block.
Báo cáo về lịch sử làm việc,các lỗi,sự kiện xảy ra trong hệ thống.
-Chức năng an toàn hệ thống.
Để ngăn chặn các lỗi trong vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ
thống,DCS cung cấp khả năng phân chia quyền quy nhập hệ thống cụ thể đến
từng thiết bị và từng functionblock.

Có thể đặt nhiều mức độ bảo mật an toàn khác nhau từ cấp các khu
vực,đến từng thiết bị trong nhà máy.
Mỗi người vận hảnh sẽ có một tên và mật khẩu riêng và chỉ có quyền
truy cập hệ thống trong một khu vực đã được định trước và phải chịu trách
nhiệm hoàn toàn với khu vực đó . Điều này một mặt tránh được các nguy
cơ,ngăn chặn lỗi vận hành mặt khác cũng là để thuận lợi cho các nhà quản lý
trong việc tìm ra người có trách nhiệm cho mỗi một sự kiện và kiểm soát tốt
hơn tình trạng hoạt động của toàn nhà máy.
1.1.3 Các phần trong hệ thống DCS
- Phần 1 : Điều khiển khối 1
- Phần 2 : Điều khiển khối 2
- Phần 3 : Điều khiển phần chung.
Các phần được liên kết với nhau bằng Bus Converter sao cho các giao
diện HIS của mạng điều khiển phần chung có thể điều khiển được các tổ máy,
nhưng các HIS của tổ máy này không thể điều khiển được tổ máy khác. Mặt
khác, các BUS Converter sẽ cách ly về điện giữa các mạng điều khiển của tổ
máy và phần chung.
1.1.4 Các cấp trong hệ thống DCS
- Cấp quản lý, giám sát
- Cấp giao diện vận hành
- Cấp điều khiển
- Cấp chấp hành
Cấp quản lý giám sát:
Giám sát toàn bộ quá trình hoạt động của nhà máy, gồm:
- SUPERVISORS PC : Giám sát chung.

- HISTORIAN : Là các máy tính có dung lượng lớn dùng để lưu trữ các
thông tin vận hành của nhà máy, sử dụng phần mềm quản lý dữ liệu PI (Plant
Information). Các HISTORIAN lấy thông tin từ các FCS thông qua các OPC
SERVER, từ bộ ghi tuần tự SOE.
- OPC SERVER : là các máy tính quản lý truyền dữ liệu qua các giao
thức mạng khác nhau, từ FCS qua VNET đến OPC SERVER rồi qua mạng
ETHERNET và đưa đến HISTORIAN. ở mỗi phần có 2 máy OPC SERVER ,
một cho thu nhập tín hiệu tương tự , một cho tín hiệu số.
Giao diện OPC:
Hình 1.3 : Giao diện OPC
Giao diện OPC cung cấp bởi YOKOGAWA cho phép người sử dụng truy cập
dữ liệu trên các HIS hoặc FCS thông qua OPC SERVER chạy trên trạm
Exaopc.
Giao diện OPC là một giao diện chuẩn cho việc điều khiển quá trình sử
dụng kết và nhúng đối tượng (OLE). Nó bao gồm các SERVER mà cung cấp
cho các HIS hoặc FCS cùng với các giao diện dùng để truy cập tới các
SERVER đó.

Việc kết nối các ứng dụng trong môi trường Window, để điều khiển
quá trình mà dữ liệu quá trình có thể được chuyển đổi giữa các chương trình
ứng dụng.
Các khối chức năng của Exaopc:
+ Chức năng truy cập dữ liệu (DA): Đọc và ghi giá trị hiện thời của dữ liệu
quá trình.
+ Chức năng báo động và các sự kiện (A&E): Báo cáo các báo động và sự
kiện xảy ra không đồng bộ từ các trường quá trình .
+ Chức năng truy cập dữ liệu đã lưu trước đó(HDA): Đọc dữ liệu quá trình
theo trình tự thời gian thông qua các định danh của dữ liệu (tagname).
- EWS (Engineering WorkStation): Trạm thực hiện các công việc kỹ
thuật như :
+ Phân quyền cho các trạm giao diện.
+ Lập và sửa đổi chương trình cho các trạm điều khiển khu vực.
+ Backup/Restore
Cấp giao diện vận hành (HIS):
- Gồm 10 trạm giao diện HIS kiểu màn hình kép cho khối 1 và khối 2
mỗi khối 5 trạm
- Phần chung có 2 trạm giao diện.
Giao diện HIS thực chất là các máy tính với bàn phím được thiết kế
riêng cho việc điều khiển nhà máy. Các máy tính này chạy trên hệ điều hành
WindowsNT trên đó có cài đặt phần mềm điều khiển CENTUM CS3000.
Trên màn hình vận hành sẽ cung cấp tất cả các sơ đồ công nghệ, thông số vận
hành, cửa sổ điều khiển, các điểm đặt, đồ thị, báo động...

Cấp điều khiển:
Thực hiện điều khiển các quá trình của nhà máy, mỗi khối có 12 trạm
điều khiển LFCS và 2 trạm PFCS.
Phần chung có 3 trạm điều khiển kiểu LFCS và 6 trạm PFCS.
Việc xử lý tính toán của hệ thống DCS được thực hiện thông qua các FCS.
Trên FCS có các khối vi xử lý, khối thông tin liên lạc, khối nguồn và các khối
vào/ra. Tín hiệu liên lạc giữa bộ vi xử lý và các khối vào/ra được thực hiện thông
qua đường truyền dữ liệu RIO BUS có tốc độ truyền tin là 1Mb/s.
Cấp chấp hành:
Bao gồm toàn bộ các thiết bị của hai khối và các hệ thống điều khiển
khác như:
- Hệ thống điều khiển Mark V.
- Các trạm điều khiển PLC
- Các trạm điều khiển tại chỗ
- Các cơ cấu chấp hành khác.
1.1.5 Mạng truyền thông trong hệ thống DCS
- Mạng Ethernet
- Mạng Vnet
Mạng Ethernet:
Hệ thống mạng Ethernet dùng để kết nối thông tin giữa các thiết bị của
cấp giám sát và cấp giao diện vận hành sử dụng giao thức truyền tin TCP/IP.
Các hệ thống điều khiển PLC cũng được nối với hệ thống DCS thông qua
mạng Ethernet sử dụng cáp đồng trục hoặc cáp quang.
Mạng Vnet:
Mạng Vnet sử dụng để kết nối giữa các trạm điều khiển FCS với nhau
và giữa các FCS với các giao diện HIS. Mạng này sử dụng giao thức truyền

tin Token passing với thời gian truyền tin là 100m/s và tốc độ truyền tin là
10Mb/s.
1.1.6 Các phần tử của hệ thống:
- SOE (Sequence of Event): Là hệ thống thu thập số liệu trình tự của
các sự kiện, sau đó được gửi về hệ thống PI cứ 1 ms quét một lần. Mỗi khối
có một bộ ghi tuần tự.
Hình 1.4 : Sơ đồ SOE
+ Chức năng:
SOE (Sequence of Events) là một hệ thống thu thập dữ liệu dựa trên bộ
vi xử lý phân phối tốc độ cao được thiết kế để giám sát và ghi lại các thông số
và sự thay đổi trạng thái của các đầu vào từ các thiết bị trường theo thời gian
thực với tốc độ quét là 1 ms.
Thông tin các sự kiện bao gồm các báo động (Alarm) và trạng thái và
mỗi đầu vào có 60 ký tự để viết lời ghi chú. Thông tin của các sự kiện có thể
được đưa ra màn hình, máy in hoặc truyền tới các máy tính ở xa hoặc tới hệ
thonngs DCS thông qua các cổng liên kết ASCII RS-232.

Hệ thống
PI
SOE
Ethernet
Điều khiển
chung
Điều khiển
chính
Máy
scan

+ Mô tả thiết bị:
Bao gồm hai hay nhiều khung treo kiểu giá có kích cỡ 19”, chứa một
bộ điều khiển chính (main control module), một bộ điều khiển phụ trợ tuỳ
chọn hoặc một module thông tin liên lạc và một hoặc nhiều bộ Scanner cho
phép giám sát 4096 điểm.
Mỗi bộ SOE có thể chứa đến 6 cổng RS-232 để liên lạc với các thiết bị
ngoại vi như màn hình, modem, máy in, đồng hồ chuẩn thời gian thực, bàn
phím. Nó có 8 rơle phụ điều khiển bằng phần mềm với tiếp điểm “C” rất có
ích cho người dùng.
- YNT511D-V là các bộ khuyếch đại tín hiệu dùng cáp quang, được sử
dụng để truyền thông tin đi xa. Việc sử dụng bộ lặp này có thể truyền thông
tin qua cáp quang với khoảng cách lớn. Với bộ YNT511D-V thì khoảng cách
lớn nhất có thể truyền là 4Km.
- Dual RS422/485 Modbus là hệ thống liên lạc nối tiếp dự phòng kép
thông qua cổng RS422/485 giữa hệ thống DCS với các hệ thống điều khiển
phụ trợ khác như Mark V, PLC.
- HUB hoặc System HUB ghép nối mạng Ethernet theo kiểu hình sao.
Hệ thống điều khiển DCS được trang bị với độ tin cậy cao bởi hệ thống
dự phòng kép cho tất cả các bộ phận xử lý, thông tin liên lạc, nguồn cung cấp.
- Master Clock là đồng hồ thời gian chuẩn lấy tín hiệu từ vệ tinh
để đặt thời gian chuẩn cho hệ thống điều khiển.
Hình 1.5 :Master Clock
18: 00:
00
DCS
MARK V
PI
RS232 ANGTEN
RG-59
TRUE TIMER

Tại phòng điều khiển trung tâm người vận hành có thể lựa chọn chế độ điều
khiển AUT hoặc MAN. Với bất kỳ chế độ điều khiển nào thì mọi thông số và tình
trạng hiện thời của thiết bị đều có thể truy cập từ cả 2 nơi: Giao diện vận hành HIS
tại phòng điều khiển trung tâm và giao diện vận hành tại chỗ.
Nói tóm lại, hệ thống điều khiển dây chuyền 2 của nhà máy điện Phả
lại là một hệ thống điều khiển phân cấp dựa trên cơ sở các bộ vi xử lý có tốc
độ cao. Hệ thống này sẽ đảm bảo việc điều khiển nhà máy một cách an toàn,
chính xác, và có hiệu quả cao. Ngoài chức năng điều khiển, hệ thống DCS
còn có khả năng lưu trữ lâu dài cũng như truy cập các thông số và tình trạng
của nhà máy để cho việc vận hành, bảo dưỡng nhà máy đạt hiệu quả cao nhất.

CHƯƠNG 2
CHI TIẾT CỤ THỂ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI
QUÁ NHIỆT
2.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển hơi quá nhiệt
Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 là nhà máy bố trí theo sơ đồ 2 khối : 1 lò
tương ứng 1 máy.Bộ quá nhiệt của lò hơi Phả Lại 2 được chia làm 3 cấp
chính:cấp 1,cấp 2 và cấp 3.Việc điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt 1 khối được
thực hiện bởi 4 bộ giảm ôn nhánh A và B,2 bộ đặt giữ bộ quá nhiệt cấp 1 và
cấp 2,2 bộ còn lại đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 2 và cấp 3.Đây là bộ giảm ôn kiểu
phun,phạm vi điều chỉnh nhiệt độ là :6o
C.Nguồn nước làm lạnh là nước cấp
vào lò (trước cụm van nước cấp).Lưu lượng nước giảm ôn lớn nhất cho mỗi
bộ giảm ôn là 20,55 t/h,nhiệt độ nước giảm ôn khoảng 259o
C bằng nhiệt độ
nước cấp.
Trong hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt,đại lượng ra là nhiệt
độ hơi quá nhiệt.Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi,bộ điều chỉnh nhận tín
hiệu đó và tác động lên van điều chỉnh thay đổi lượng nước làm mát đi vào
bình giảm ôn.Tác động điều chỉnh là độ đóng mở van điều chỉnh.
Bộ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt tác động lên van điều chỉnh lưu
lượng nước giảm ôn để duy trì nhiệt độ hơi chính sau lò nằm trong dải định
mức….
Bộ quá nhiệt bố trí làm 3 cấp,2 nhánh xen kẽ là các hệ thống nước phun
giảm ôn mục đích duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệt đồng đều trước khi vào tuabin
và tránh giãn nở ống.

Vì bộ quá nhiệt có 3 cấp với 4 van phun giảm ôn 1 khối , không làm
mất tính tổng quát , ở đây ta chỉ tổng hợp đại diện 1 bộ điều chỉnh.Đó là bộ
điều chỉnh van nước phun giảm ôn cho bộ quá nhiệt cuối ở 1 nhánh.
2.2 Bộ quá nhiệt và các thiết bị liên quan trong hệ thống
2.2.1 Mô tả chung
Hình 2.1 : Sơ đồ bố trí bộ quá nhiệt

Bộ quá nhiệt của lò hơi thuộc loại nửa bức xạ, nửa đối lưu. Theo đường
hơi ra, bộ quá nhiệt bao gồm các bề mặt chịu nhiệt sau đây:
• Dàn quá nhiệt trần.
• Bộ quá nhiệt hộp.
• Vách phân cách đầu vào bộ quá nhiệt cấp 1
• Bộ quá nhiệt cấp 1.
• Bộ quá nhiệt cấp 2 (quá nhiệt mành).
• Bộ quá nhiệt cuối cùng.
2.2.2 Giảm ôn ở nhà máy điện
Thực tế nếu không có sự điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt thì nhiệt độ
hơi quá nhiệt sẽ lớn hơn nhiệt độ yêu cầu do đó quá trình điều chỉnh thực chất
là giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt xuống.Vì vậy người ta dùng các bộ giảm ôn để
điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt.
* Phương pháp bố trí
-Khi đặt bộ giảm ôn ở cuối thì thời gian điều chỉnh nhanh chóng nhưng
có 1 đoạn ống phải chịu nhiệt độ > nhiệt độ yêu cầu làm ảnh hưởng đến sự
làm việc của bộ quá nhiệt.
Hình 2.2 : Bố trí bộ giảm ôn ở cuối

-Nếu đặt bộ giảm ôn ngay đầu vào:
+Lợi bảo vệ được bộ quá nhiệt
+Nhược quán tính của quá trình điều chỉnh lớn => chậm trễ suy ra chất lượng
quá trình điều chỉnh không tốt.Mặt khác nếu phun nhiều quá gây ra hiện
tượng ngưng tụ trong bộ quá nhiệt.
Hình 2.3 : Bố trí bộ giảm ôn ở đầu vào
-Vì vậy ta đặt bộ giảm ôn ngay lúc nhiệt độ quá nhiệt lên đến thời gian
yêu cầu tức là đặt ở giữa.
-Thực tế ở nhà máy Phả lại 2 dùng nhiều bộ giảm ôn.
* Phân loại:
-Có 2 loại giảm ôn:
+Giảm ôn bề mặt.
+Giảm ôn hỗn hợp.
-Cụ thể.
+Giảm ôn bề mặt:

Hình 2.4 : Giảm ôn bề mặt
Điều chỉnh lượng nước đi vào bộ giảm ôn tức là bộ điều chỉnh tác động
vào van 4 nhưng khi thay đổi độ mở van 4 thì áp suất sau 2 van thay đổi gây
trở lực làm thay đổi lượng nước vào lò ,ảnh hưởng đến điều kiện cấp nước
giữa lượng nước điều chỉnh và nước cấp ảnh hưởng lẫn nhau.Thường để điều
chỉnh ∆T= 15 đến 20o
C suy ra ∆W=30 đến 40% W.Quán tính quá trình điều
chỉnh lớn ,chất lượng điều chỉnh kém.
+Giảm ôn hỗn hợp:
Hình 3.5 : Giảm ôn hỗn hợp
V
B
θ1
0
C
θ 0
C
Bộ làm mát
Bộ quá
nhiệt
Bộ quá
nhiệt
Hơi quá
nhiệt
Nước làm
mát

Thường phun 5 ÷ 6% Dmax điều chỉnh được T= 50 ÷ 60o
C(vòng nhỏ làm
giảm thời gian điều chỉnh).Sơ đồ này nói chung có đặc tính động tốt nên hay
dùng,tách hẳn 2 hệ thống nước cấp và nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Do dùng nước phun thẳng vào bộ quá nhiệt chất lượng nước phải cao
phải thêm bình ngưng phụ.
Nếu áp lực không đủ đưa nước vào thì sử dụng các bơm phụ (thường
chiếm 10% so với công suất cực đại của lò).
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt
Hơi bão hòa sau khi ra khỏi bao hơi sẽ được đưa tới các bộ quá nhiệt,tại
đây hơi được nâng lên tới nhiệt độ rất cao (khoảng 5410
C) và trở thành hơi
quá nhiệt.
- Có nhiều nhân tố dẫn tới sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt là:
+Thay đổi phụ tải lò hơi.
+Sự dao động áp suất trong đường hơi chung.
+Sự thay đổi của chất lượng nhiên liệu.
+Thay đổi nhiệt độ nước cấp.
+Thay đổi hệ số không khí thừa.
+Đóng xỉ dạng ống bức xạ dãy feston.
+Bám bẩn các bề mặt đốt do máy cấp bột than làm việc không đều.
+Do hiện tượng cháy lại trong vùng bộ quá nhiệt…
Thực tế các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt còn gọi là các
chấn động.Chấn động bên trong là sự thay đổi nhiệt độ và áp suất của nước
làm mát.Những yếu tố làm ảnh hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt,ví dụ như:
Thay đổi phụ tải lò hơi,thay đổi lưu lượng hơi,nhiệt độ nước cấp,sự dao động
áp suất trong đường hơi chung ,sự thay đổi của chất lượng nhiên liệu nhiệt
lượng tỏa ra trong buồng đốt,sự thay đổi hệ số truyền nhiệt, hệ số không khí

thừa, bám bẩn các bề mặt đốt do máy cấp bột than làm việc không đều, do
hiện tượng cháy lại trong vùng bộ quá nhiệt,đóng xỉ dạng ống bức xạ dãy
feston …là các chấn động bên ngoài
Ta có thể đứng trên góc độ đặc tính của lò để xem xét các yếu tố ảnh
hưởng đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
- Đặc tính tĩnh: (Quan hệ nhiệt độ quá nhiệt với các thông số khác ở
chế độ xác lập)
- Đặc tính động:Chính là sự thay đổi theo thời gian của nhiệt độ khi có
các nhiễu P thay đổi,Q(t) thay đổi.
Cụ thể:
- Đặc tính tĩnh:
* Ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
D thay đổi (tăng) suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi (tăng) (nếu bộ
quá nhiệt đối lưu hoàn toàn).
Còn ở bộ quá nhiệt bức xạ hoàn toàn thì D thay đổi (tăng) dẫn tới nhiệt
độ hơi quá nhiệt giảm.
Vậy ra kết hợp khéo léo giữa bộ quá nhiệt bức xạ và đối lưu thì ra khử
được ảnh hưởng của phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Hình 2.6 : Ảnh hưởng phụ tải đến nhiệt độ hơi quá nhiệt

* Ảnh hưởng của sự bám cáu xỉ đến nhiệt độ hơi quá nhiệt.
Có đóng xỉ thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng.
* Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp.
Nhiệt độ nước cấp giảm thì D giảm nếu cường độ hấp thụ bộ quá nhiệt không
đổi thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm.
* Ảnh hưởng của hệ số không khí thừa.
Giống phụ tải tùy thuộc vào bộ quá nhiệt là đối lưu hay bức xạ.
* Ảnh hưởng của than.
Mịn suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt nhỏ.
Thô ngọn lửa cao nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng.
* Ảnh hưởng của phân ly hơi.
Làm việc kém suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm.
Vậy khi thay đổi:
+Nhiệt hàm của hơi.
+Lượng nhiệt của nó hấp thụ.
+Lưu lượng hơi.
Thì nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi.
- Đặc tính động:
Tức là sự thay đổi nhiệt hàm của hơi và nhiệt độ hơi quá nhiệt theo thời
gian.Suy ra nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi theo hình vẽ bên.Khi chấn động
đầu vào là lượng nhiệt mà bộ quá nhiệt hấp thụ được đặc tính có dạng sau:
Tô giảm nhiệt =10 đến 15s (thực chất độ quán tính này không phải là của bộ
quá nhiệt mà là của quá trình)
Khi D thay đổi theo thời gian ta không xét vì không thể sử dụng nó để
điều chỉnh vì D là đại lượng do tuabin quyết định.

Hình 2.7 : Đặc tính động
2.3 Các phương pháp điều chỉnh nhiệt đô hơi quá nhiệt ở nhà máy.
Nhiệt độ hơi quá nhiệt là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của lò
hơi.Nhiệt độ hơi quá nhiệt luôn được điều chỉnh ở 1 giá trị không đổi khi tải
lò thay đổi.
Điều khiển để giữ nhiệt độ hơi quá nhiệt không đổi ở mọi tải lò để:
-Cải thiện hiệu quả của chuyển đổi từ nhiệt năng thành cơ năng.
-Tránh sự dãn nở hay co lại của các vật liệu kim loại khi nhiệt độ thay đổi.
-Đảm bảo chất lượng hơi trước khi đưa vào tuabin.
Nhiệt truyền cho hơi bão hòa để trở thành hơi quá nhiệt bằng phương
pháp bức xạ hay đối lưu,tùy thuộc dàn ống quá nhiệt đặt trong hay ngoài
buồng lửa.Đối với quá nhiệt do bức xạ thì nhiệt độ hơi tăng khi lưu lượng hơi
ra giảm,ngược lại đối với quá nhiệt do đối lưu nhiệt truyền sẽ tăng khi lưu
lượng hơi ra tăng.Nhưng tốc độ tăng nhiệt độ sẽ giảm bớt khi lưu lượng hơi ra
tiếp tục tăng lên.Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt không được điều khiển thì nhiệt
độ sẽ cao nhất khi tải lò lớn nhất,và khi tải giảm thì nhiệt độ sẽ giảm.

Như vậy khi không điều khiển,nhiệt độ hơi quá nhiệt sẽ dao động trong
1 dải rất lớn khi tải lò thay đổi.Khi thay đổi loại than đốt thì nhiệt độ ngọn lửa
thay đổi dẫn đến sự thay đổi quá trình hấp thụ nhiệt trong buồng lửa,do vậy
nhiệt độ khói thoát thay đổi.Và quá trình trao đổi nhiệt của khói và hơi cũng
thay đổi,dẫn đến nhiệt độ hơi thay đổi.
Để điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt có 2 phương pháp:
+ Điều chỉnh trao đổi nhiệt giữa khói cháy và hơi.
+ Điều khiển van nước phun giảm ôn.
2.3.1 Điều chỉnh trao đổi nhiệt giữa khói cháy và hơi
Thực tế thực hiện phương pháp này ta dùng các cơ cấu điều chỉnh thay
đổi góc đặt của vòi đốt vì thế thay đổi được nhiệt hấp thụ trong lò hơi,nhiệt
độ khói sẽ thay đổi,sự trao đổi nhiệt giữa khói và hơi cũng thay đổi.Nhờ đó
mà điều chỉnh được quá trình trao đổi nhiệt năng giữa hơi và khói cháy tại bộ
quá nhiệt,trao đổi với nước trong giàn sinh nhiệt.Trong hệ thống điều khiển
này thường dùng hệ thống cơ điện khí,các cơ cấu chấp hành để điều
khiển.Các cơ cấu này thường có liên động với hệ thống điều khiển tỉ lệ cháy
và hệ thống cấp nước.Với mỗi loại lò hơi khác nhau sẽ quan tâm tới các thông
số như nhiệt độ cháy nhiên liệu,khối lượng nhiên liệu hay cả 2 thông số trên
để điều khiển nhiệt độ hơi.
Tương tự,ta có thể dùng cơ cấu thay đổi hướng phun nhiên liệu vào
buồng lửa và đốt cháy.Theo phương pháp này,có 2 cách điều chỉnh . Một là
lửa sẽ được tập trung tiếp tuyến với các vòng tròn ảo ở tâm của lò tạo ra các
vòng cầu lửa như trên (hình 3.8) . Hai là giữ cố định các giàn phun nhiên liệu
nhưng thay đổi tỉ lệ nhiên liệu giữa các giàn phun đó tạo quá trình cháy tập
trung nhiệt vào các vị trí khác nhau như (hình 3.9) . Cũng có thể điều chỉnh
cánh hướng các quạt hút và đẩy gió cháy,thay đổi lưu lượng khói cháy,nâng

cao nhiệt độ nước…các hệ thống này có thể được sử dụng đơn lẻ để điều
khiển hoặc được sủ dụng phối hợp với nhau.
Ngoài ra có thể điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bởi việc điều khiển
các cánh hướng đi tắt của khói.Khi cần giảm nhiệt độ thì các cánh hướng đi
tắt của khói được mở thêm và lượng khói trao đổi nhiệt với hơi sẽ giảm do
vậy nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm.
Với phương pháp điều khiển này thì mỗi cách điều khiển khác nhau thì
có đặc tính điều khiển nhiệt độ riêng.Quán tính của quá trình nhiệt là lớn,tác
động của phương pháp điều chỉnh khá chậm,hằng số thời gian cỡ vài phút.Để
có thể tác động nhanh hơn,người ta thường dùng tới phương pháp điều chỉnh
nhiệt độ hơi bằng phương pháp điều khiển van phun nước giảm ôn.
Nước dạng sương mù được phun trực tiếp vào hơi,các hạt nước được
phun thành bụi nhỏ hỗn hợp với hơi quá nhiệt và bốc thành hơi.Như vậy bằng
cách phun nước vào hơi cũng làm giảm nhiệt độ của hơi quá nhiệt.Khi nhiệt
độ hơi quá nhiệt tăng,van được điều chỉnh mở thêm để tăng lượng nước vào
hơi quá nhiệt do vậy nhiệt độ hơi sẽ giảm.Ngược lại khi nhiệt độ hơi quá nhiệt
giảm,van khép bớt lại làm giảm lượng nước phun vào hơi quá nhiệt nhiệt độ
hơi sẽ tăng.
Hình 2.8 : Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh góc phun nhiên liệu

Hình 2.9 : Điều chỉnh nhiệt độ hơi dùng cơ cấu điều chỉnh lưu lượng giữa các ống
phun nhiên liệu
2.3.2 Điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt dùng phương pháp điều khiển
van phun nước giảm ôn
Trước khi hơi được đưa vào tuabin,hơi quá nhiệt sẽ được điều chỉnh để
giữ ổn định ở một giá trị mong muốn.Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ hơi quá
nhiệt là van phun nước giảm ôn . Tùy vào từng hệ thống lò hơi khác nhau mà
người thiết kế đưa ra các chiến lược điều khiển nhiệt độ hơi cho phù hợp.Nếu
lưu lượng hơi được giữ cố định ta có thể dùng hệ thống điều khiển một vòng
điều chỉnh nhiệt độ.Với trường hợp cần có lưu lượng hơi thay đổi ta có nhiều
phương án điều khiển được lựa chọn như:điều khiển feedforward,điều khiển 2
mạch vòng hoặc kết hợp cả 2 phương pháp trên.Yêu cầu đặt ra đối với hệ điều
khiển là giữ nhiệt độ hơi tại 1 giá trị cố định,với sai lệch ±30
C.
Trong nhà máy điện Phả Lại 2, sử dụng 2 cấp giảm ôn loại hỗn hợp. Bộ
giảm ôn cấp 1 đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 1 và bộ quá nhiệt cấp 2, bộ giảm ôn
cấp 2 đặt giữa bộ quá nhiệt cấp 2 và bộ quá nhiệt cuối cùng.Nước phun giảm
ôn với áp suất cao được lấy từ đầu đẩy bơm cấp được phun vào hơi quá nhiệt
để điều chỉnh nhiệt độ của hơi.

Hình 2.10 : Van phun giảm ôn thực tế tại nhà máy
a. Điều khiển hơi quá nhiệt với mạch vòng điều chỉnh nhiệt độ hơi và
feedforward theo lưu lượng gió:
Sơ đồ điều khiển chi tiết biểu diễn trên hình (3.11) . Các tín hiệu đầu vào
của hệ thống là tín hiệu đo lưu lượng gió và tín hiệu đo nhiệt độ của hơi.Đối
tượng cần điều khiển ở đây là van phun nước giảm ôn (điều chỉnh độ mở của
van) qua đó thay đổi được lượng nước phun giảm ôn để điều chỉnh nhiệt độ hơi.
Tín hiệu về lưu lượng gió tỉ lệ với lưu lượng than cấp vào lò.Khi tải thay
đổi ,lưu lượng hơi sẽ thay đổi theo yêu cầu về nhiên liệu đưa vào lò cần thay
đổi tương ứng để đáp ứng nhiệt năng cần thiết.Nhiệt năng cung cấp cho nước
biến đổi nên làm thay dổi lưu lượng hơi ra khỏi bao hơi.Ngoài ra nhiệt độ
khói thoát cũng bị thay đổi . Do đó tín hiệu đo lưu lượng gió được dùng làm
tín hiệu ra từ bộ điều khiển nhiệt độ hơi dùng luật điều khiển PI (y). Tín hiệu
đầu ra của bộ cộng cho ta tín hiệu điều khiển vị trí cánh hướng van phun giảm
ôn (u).
Bộ điều khiển (w) có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu tự hiệu chỉnh giá trị sai
lệch đầu ra nhỏ nhất cho bộ điều chỉnh nhiệt độ hơi (y) . Khi tải của lò thay
đổi dưới dải điều chỉnh của nhiệt độ hơi thì đầu ra của bộ điều chỉnh (y) sẽ

gửi 1 tín hiệu đến bộ tổng (x) đảm bảo đầu ra của bộ tổng cho tín hiệu đóng
ngay lập tức vị trí cánh hướng van phun giảm ôn.
Bộ điều khiển (w) là cần thiết để đảm bảo khi có sự thay đổi của lưu lượng
hơi thì nhiệt độ hơi được duy trì tại giá trị nhiệt độ đặt với nhiên liệu và lưu lượng
gió cấp thay đổi.Trên thực tế thì hằng số thời gian của bộ điều khiển (w) là rất nhỏ
so với hằng số thời gian nhiệt của quá trình nên tác động của nó là rất nhanh . Các
thông số của bộ PI có thể được chỉnh định tới giá trị lớn để giảm nhỏ hằng số thời
gian , không yêu cầu cao về độ chính xác điều chỉnh.
Bộ khuyếch đại (t) có tác dụng chỉnh định dải tín hiệu đo lưu lượng gió
phù hợp với bộ công tổn (x) . Nếu như bộ cộng tổng (x) có dải xử lí phù hợp
hoặc đã được “mềm hóa” trong các bộ điều khiển hiện đại thì có thể không
cần dùng (t) .Bộ logic chênh lệch (v) duy trì giá trị đầu ra của bộ cộng tổng
(x) là dương khi tín hiệu điều khiển van giảm xuống 0% . Sai lệch cho so với
giá trị đặt cho phép trong công nghiệp của hệ thống là 5%.
Hệ thống điều khiển van phun nước giảm ôn được phối hợp với cơ cấu điều
chỉnh các ống phun nhiên liệu,do vậy có sự liên quan chặt chẽ giữa tỉ lệ lưu
lượng gió và tín hiệu điều khiển van giảm ôn . Bộ (z) là 1 hàm f(x) đưa ra quan
hệ phi tuyến giữa tín hiệu đo lưu lượng gió và tín hiệu yêu cầu về vị trí của van
phun nước giảm ôn . Quan hệ này được thử nghiệm ở các trạng thái ổn định với
nhiệt độ hơi mong muốn ở giá trị lưu lượng hơi khác nhau . Hàm f(x) thể hiện
được đặc tính của mối quan hệ đó và xử lí tín hiệu đo lưu lượng gió , điều chỉnh
phù hợp để đưa vào điều khiển độ mở van phun nước giảm ôn.
Sơ đồ điều khiển trên có độ tin cậy cao nếu như đã biết trước mối quan
hệ giữa độ mở van và lưu lượng nước cấp cho van . Trong trường hợp không
biết rõ mối quan hệ này thì cần thêm 1 vòng điều khiển lưu lượng nước cấp
cho van . Khi đó hệ thống điều khiển trở thành hệ thống điều khiển nối tầng ,

tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển độ mở van giảm ôn là tín hiệu đặt cho bộ
điều khiển lưu lượng nước cấp cho van.
Hình 3.11 : Sơ đồ điều khiển nhiệt độ hơi với mạch vòng điều chỉnh nhiệt độ hơi và
feedforward theo lưu lượng gió

b. Điều khiển hơi quá nhiệt với 2 vòng điều chỉnh nhiệt độ.
Sơ đồ cấu trúc điều khiển như sau:
Trong sơ đồ biểu diễn trên hình 3.12 là một hệ thống điều khiển nối tầng
2 bộ điều khiển : bộ điều khiển sơ cấp và bộ điều khiển thứ cấp . Bộ điều
khiển sơ cấp là bộ điều khiển mạch vòng kín (a,b,c) nhân tín hiệu đầu vào là
nhiệt độ hơi quá nhiệt ngay trước khi đưa vào tuabin . Bộ điều khiển được
tách riêng thành 3 khối chức năng logic và có thể chỉnh định từng khối riêng
rẽ . Đầu ra của bộ điều khiển này được lấy làm tín hiệu đặt cho bộ điều khiển
thứ cấp (d) . Tín hiệu quá trình phản hồi về bộ điều khiển thứ cấp là nhiệt độ
hơi quá nhiệt sau khi đã được phun giảm ôn (nhiệt độ hơi quá nhiệt trước bộ
quá nhiệt trước bộ quá nhiệt cấp 1 và bộ quá nhiệt cấp 2) . Bộ điều khiển sơ
cấp thực hiện chức năng điều chỉnh thô nhiệt độ hơi quá nhiệt còn bộ điều
chỉnh thứ cấp làm nhiệm vụ điều chỉnh tinh , nhanh chóng đưa giá trị nhiệt độ
hơi quá nhiệt đạt tới giá trị ổn định . Bộ điều khiển thứ cấp có đáp ứng nhanh
hơn ít nhất 3 lần so với bộ điều khiển sơ cấp.
Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt trước khi vào tuabin là thấp hơn nhiệt độ đặt
thì van phun giảm ôn phải được điều khiển để đóng ngay lập tức (tải lò quá
thấp trong dải điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt) , ngừng quá trình làm giảm
Hình 2.1.2 : Sơ đồ cấu trúc hệ hai vòng điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt.
O2
~
R
z y
-
l
O1
~
D

nhiệt độ hơi . Khi đó các bộ logic lựa chọn tín hiệu thấp (f) và (g) đóng và bộ
truyền (h) sẽ mở , bộ tích phân (c) ngừng tác động , đầu ra của nó sẽ bám theo
tín hiệu nhiệt độ hơi quá nhiệt ở ngay van phun . Điều đó giữ cho bộ điều
khiển (a,b,c) luôn sẵn sàng điều khiển khi tải lò nằm ngay trong dải điều
chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt , van phun giảm ôn cần tiếp tục hoạt động.
Hình 2.12 : Sơ đồ điều khiển hơi quá nhiệt với 2 vòng điều chỉnh nhiệt độ
Trong quá trình điều khiển (giống như mọi hệ thống điều khiển với 2
vòng điều chỉnh nối tầng ) thì bộ điều khiển thứ cấp phải được điều chỉnh
trước tiên . Khi đó hệ số tỉ lệ và tích phân của bộ điều khiển (a) và (c) được

chỉnh định giá trị nhỏ để ổn định giá trị đặt cho bộ điều khiển thứ cấp (d) . Lò
hơi hoạt động với lưu lượng hơi ổn định trong dải điều khiển của nhiệt độ .
Ban đầu giá trị hệ số tỉ lệ và thông số bộ tích phân của bộ điều khiển (d) cũng
được điều chỉnh ở 1 giá trị nhỏ tại 1 nhiệt độ ổn định của hơi quá nhiệt tại đầu
ra van phun . Sau đó hệ số tỉ lệ được tăng lên cho tới khi tác động của bộ điều
khiển làm nhiệt độ trở nên không ổn định . Lúc này giá trị tỉ lệ sẽ lại được
giảm trong khi giá trị các thông số của khâu tích phân được điều chỉnh tăng
lên cho tới khi có được 1 bộ điều khiển tối ưu cho nhiệt độ hơi quá nhiệt ở
đầu ra van phun giảm ôn . Sau đó các thông số của bộ điều khiển sơ cấp
(a,b,c) cũng được chỉnh định tương tự.
Trong 2 phương án trên điểm khác nhau căn bản là việc lấy tín hiệu đưa
vào bộ điều chỉnh và việc bố trí các bộ điều khiển theo sơ đồ như thế nào.Ta
có thể áp dụng sơ đồ như trên nhưng ngoài ra còn có thể áp dụng sơ đồ gồm 1
bộ điều chỉnh và 1 bộ vi phân ,đặc biệt phù hợp với hệ thống điều chỉnh nhiệt
độ hơi quá nhiệt.Sơ đồ khối như sau:

Hình 2.13 : Sơ đồ điều khiển hơi quá nhiệt với 1 bộ điều chỉnh 1 bộ vi phân
2.4 Chọn nguyên lý tạo lập luật điều chỉnh và chương trình thuật toán.
Với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý, ngày nay các bộ điều khiển số
ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ tính linh hoạt, độ tin cậy cao và giá
thành rẻ.

Bộ điều khiển số nhận tín hiệu rời rạc sau mỗi chu kỳ trích mẫu, sau đó
xấp xỉ bởi trị số gần nhất. Chu kỳ trích mẫu trong thực tế thường chọn khá
nhỏ so với thời gian quá độ của đối tượng. Đồng thời, số giá trị số rời rạc
cũng khá lớn nhờ số bít biểu diễn số càng lớn.
Trong khoảng giữa hai thời điểm trích mẫu liên tiếp, thì tín hiệu đi vào
bộ điều khiển không thay đổi. Do vậy, tín hiệu số hóa là một đường bậc thang
liên tiếp với những bậc thang rất nhỏ, tiến gần đường tín hiệu liên tục. Trên
cơ sở đó, trong thực tế hầu như người ta coi tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển
số là trùng với tín hiệu thực.
Xét luật điều chỉnh PID liên tục:
dt
t
d
T
K
d
T
K
t
K
t D
P
t
I
P
P
)
(
)
(
)
(
)
(
0
ε
θ
θ
ε
ε
µ +
+
= ∫ . (2.50)
Có thể xấp xỉ luật điều chỉnh trên theo tín hiệu rời rạc, như sau :
c
i
i
D
P
i
k
c
k
I
P
i
P
i
T
t
t
T
K
T
t
T
K
t
K
t
)
(
)
(
)
(
)
(
)
( 1
0
−
=
−
+
+
= ∑
ε
ε
ε
ε
µ , (2.51)
trong đó, Tc – chu kỳ trích mẫu.
Xét biểu thức tổng trong (3.51), ta có:
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
( 1
1
0
0
k
i
k
i
k
k
i
k
k
i t
t
E
t
t
t
t
E ε
ε
ε
ε +
=
+
=
= −
−
=
=
∑
∑ .
Thay vào (3.51) và biến đổi, ta được:

[ ]










−
+






+
+
=
−
+
+
+
=
−
+
+
+
=
−
+
+
=
−
−
−
−
−
−
−
)
(
)
(
)
(
1
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
1
1
1
1
1
1
1
i
c
D
i
I
c
i
c
D
I
c
P
i
c
D
P
i
c
D
P
i
I
c
P
i
I
c
P
i
P
c
i
i
D
P
i
i
I
c
P
i
P
c
i
i
D
P
i
I
c
P
i
P
i
t
T
T
t
E
T
T
t
T
T
T
T
K
t
T
T
K
t
T
T
K
t
T
T
K
t
E
T
T
K
t
K
T
t
t
T
K
t
t
E
T
T
K
t
K
T
t
t
T
K
t
E
T
T
K
t
K
t
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
µ
[ ]
{ }
)
(
)
(
)
(
1
)
( 1
1 −
− −
+
+
+
= i
i
i
P
i t
b
t
aE
t
b
a
K
t ε
ε
µ ,
c
D
I
c
T
T
b
T
T
a =
= , . (2.52)
Công thức (2.52) thường dùng để xác định tác động điều chỉnh của bộ
PID số tại thời điểm ti, tương ứng với bộ điều khiển PID liên tục (2.50). Nếu
chu kỳ trích mẫu Tc đủ nhỏ (dưới hàng trăm lần), thì bộ PID số hầu như trùng
với bộ PID liên tục. Đồng thời quá trình điều khiển rời rạc hầu như trùng với
điều khiển liên tục.

Hình 3.14 : Sơ đồ lắp ráp hệ thống

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH
CÔNG NGHIỆP
Nhìn tổng thể mỗi hệ thống điều khiển (hay điều chỉnh trong trường
hợp riêng) tự động đều có thể chia thành hai bộ phận,thiết bị tác động lẫn
nhau:đối tượng điều khiển và bộ điều khiển.Đối tượng điều khiển là nhóm
thiết bị hoạt động tạo nên bản chất công nghệ của một quá trình sản xuất.Bộ
điều khiển là nhóm thiết bị tác động vào đối tượng điều khiển bằng những tác
động lệnh theo qui luật toán học nhất định nhằm duy trì chế độ làm việc định
trước của hệ thống.Bộ điều khiển liên hệ với đối tượng điều khiển bằng các
đường thông tin có định hướng.
3.1 Các phương pháp nhận dạng đối tượng:
Các đối tượng điều chỉnh gặp trong công nghiệp rất đa dạng từ đơn
giản đến phức tạp.Các đối tượng có thể có 1 đầu vào và 1 đầu ra,nhiều đầu
vào và 1 đầu ra hoặc nhiều đầu vào nhiều đầu ra.
-Đối tượng có 1 đại lượng điều chỉnh là đối tượng mà tín hiệu ra xr(t)
được kiểm soát và thay đổi dưới tác động của nhiều đại lượng vào: µ(t)_tác
động điều chỉnh,λ1(t), λ2(t)… λm(t)_chấn động bên trong và bên ngoài.Theo
nguyên lí xếp chồng với giả thiết các đại lượng vào và ra thay đổi trong
khoảng nhỏ và hệ có thể tuyến tính hóa được,ta có thể biểu diễn:
Xr(t) = Xrµ (t) + Xrλi(t).
Xr(t):sự thay đổi của tín hiệu điều chỉnh gây ra do các tín hiệu vào tác
động đồng thời.
Xrµ (t):thành phần tín hiệu ra gây nên bởi tác động điều chỉnh µt.
Xrλi(t):thành phần tín hiệu ra gây nên bởi các chấn động.
Dưới dạng ảnh laplaxo:

Xr(s) = Xrµ (s) + Xrλi(s) = Wo(s). µ(s) + Wi(s).Λi(s)
-Đối tượng có nhiều đại lượng điều chỉnh là những đối tượng phức tạp
thường gặp trong công nghiệp.Có thể phân làm 2 loại:
+Đối tượng mà trong đó mỗi tác động điều chỉnh chỉ ảnh hưởng đến 1
đại lượng điều chỉnh tương ứng.Trong trường hợp này,đối tượng phức tạp có
thể tách ra thành nhiều đối tượng đơn giản hơn,độc lập lẫn nhau.Hệ như vậy
gọi là hệ Autonom (tách được).Tính toán thiết kế và hiệu chỉnh đối với hệ
Autonom hoàn toàn giống với các hệ có 1 đại lượng điều chỉnh.
+Đối tượng mà 1 tác động điều chỉnh có thể ảnh hưởng đến nhiều đại
lượng điều chỉnh khác.Đối tượng này gọi là không tách được (non-autonom).Hệ
thống tự động tương ứng với đối tượng này gọi là hệ nhiều liên kết.
Xr1(s) = W11(s). µ1(s) + W12(s). µ2(s) + W1-λi(s).Λi(s)
Xr2(s) = W21(s). µ1(s) + W22(s). µ2(s) + W2-λi(s).Λi(s)
-Trong trường hợp tổng quát đối với hệ có n đại lượng điều chỉnh,n tác
động điều chỉnh tương ứng và m chấn động,quan hệ vào – ra có thể viết dưới
dạng ma trận hàm truyền.
Muốn nghiên cứu thiết kế hệ thống ta phải nghiên cứu tính chất động
học của đối tượng thông qua các đặc tính đối tượng (đặc tính thời gian,đặc
tính tần số) hay mối quan hệ động học dưới dạng giải tích hoặc đồ thị của mỗi
tín hiệu ra với mỗi tín hiệu vào riêng biệt.
Đối tượng nhiệt nói chung quán tính lớn ,có thể có trễ.Về mặt động học
chúng là những bộ lọc giải thông tần số thấp.Có thể phân loại các đối tượng
công nghiệp thành 2 nhóm chính theo dạng đặc tính động.
+Nhóm thứ nhất là những hệ vật lý trung tính.Đường cong quá độ của
các đối tượng loại này theo thời gian tiến tới vô tận.

+Nhóm thứ hai gồm những đối tượng-hệ vật lý ổn định hay có tự cân
bằng.Đường cong quá độ của đối tượng dạng thứ 2 có xu hướng tiến tới tiệm
cận ngang song song với trục thời gian.Đối tượng điều chỉnh hơi quá nhiệt
thuộc dạng này.
Từ đó nhận dạng theo 2 nhóm đối tượng này.
Dưới đây chúng ta xét 4 phương pháp điểu hình sau:
3.1.1 Phương pháp xấp xỉ tuyến tính
Thực chất của phương pháp này là thay đường cong quá độ h(t) bằng
một đường gấp khúc gồm các đoạn thẳng biểu diễn hàm quá độ bằng tổng các
hàm của các đoạn thẳng trên, sau đó lấy Laplaxơ hai vế rồi chia cho đại lượng
đầu vào ở dạng Laplaxơ, ta được hàm truyền của đối tượng.
Ưu điểm của phương pháp xấp xỉ tuyến tính là đơn giản, dễ lập trình cho
máy tính. Độ chính xác tùy vào số điểm chia.
Nhược điểm của phương pháp là đòi hỏi cao về độ chính xác của đặc
tính quá độ, khối lượng tính toán lớn và không cho mô hình hàm truyền của
đối tượng dưới dạng tường minh.
3.1.2 Phương pháp phân tích cấu trúc
Bản chất của phương pháp này là quy đối tượng công nghiệp về dạng
(2.1), tiếp theo từ đặc tính quá độ thu được từ thực nghiệm ta đi xác định hệ
số khuyếch đại, bậc quán tính, hằng số thời gian, bậc phi tĩnh q . Trình tự xác
định như sau:
a. Đối với đối tượng có tự cân bằng đặc tính quá độ không có điểm uốn:
O(s)
u(
t)
h(t)
Tác động đầu vào là
xung bậc thang u(t)
k=h(∞)/
u0
t
h(t)
Hình 3.1a: Đặc tính quá độ không có điểm uốn

Trong trường hợp này hàm truyền của đối tượng được coi như quán
tính bậc nhất có trễ, mô hình đối tượng có dạng:
1
.
e
W(s) s
-
+
=
Ts
k
τ
(3.1)
Chuyển sang miền thời gian ta được:
h(t) = L-1
{W(s)/s} = k(1- T
t
e
τ
−
−
).u(t)
Hệ số khuyếch đại k xác định như sau: k = h(∞)/u0; (vì k = ∞
→
t
lim h(t) )
Độ trễ τ, hằng số thời gian T được xác định trực tiếp trên đồ thị (Hình
2.1a) sau khi kẻ tiếp tuyến xuất phát từ điểm bắt đầu của đặc tính quá độ sau
thời gian trễ. Vì nếu gọi α là hệ số góc của đường tiếp tuyến thì: tangα =
dh(+
0)/dt = k/T
b. Trường hợp đặc tính quá độ có điểm uốn
Trường hợp này đường cong đặc tính
quá độ có điểm uốn tu
(tu thoả mãn điều kiện h’’
(t)│t = tu = 0)
thì hàm truyền của đối tượng có thể
xấp xỉ bằng một khâu trễ mắc nối tiếp
với n khâu quán tính bậc nhất:
n
Ts
k
)
1
(
.
e
W(s) s
-
+
= τ
(2.2)
Hàm quá độ của đối tượng theo mô hình (2.2) có dạng như sau:
h(t) = .
k [1 - ]
.
)!
1
(
1
1
∑
=
−
−
−





 −
−
n
i
i
T
t
T
t
i
e τ
τ
.u(t)
t
k=h(∞)/u
0
τe
τ0
Ta
tu
u(t)
Hình 3.1.b Đặc tính có điểm uốn

Việc xác định các tham số của mô hình (τ,k,T,n) được thực hiện trên đồ
thị (H.1.2b) theo trình tự sau:
1) Xác định hệ số khuyếch đại k = h(∞)/u0, độ trễ thuần túy τ0 được xác
định theo đồ thị (H 2.1b)
2) Xác định tọa độ điểm uốn tu, từ điểm uốn kẻ tiếp tuyến với đường đặc
tính quá độ cắc trục hoành và tiệm cận ngang của đặc tính quá độ tại
hai điểm, kẻ đường vuông góc từ giao điểm của tiếp tuyến với tiệm
cận ngang xuống trục hoành, ta thu được giá trị Ta.
3) Bậc quán tính n được xác định bằng cách làm tròn giá trị theo công thức:
n = 




 −
a
u
T
t 0
τ
4) Hằng số thời gian T = Ta.θ(n), trong đó θ(n) – hệ số phụ thuộc vào n
được xác định theo bảng sau:
N 1 2 3 4 5 6 7 8
θ(n) 1 0,368 0,272 0,224 0,196 0,176 0,160 0,49
c Trường hợp đối tượng không có tự cân bằng (phi tĩnh)
Đối tượng loại này có biểu diễn hàm truyền đạt như mô hình (3.1)
q
cb
s
s
s
W
e
s
W
1
).
(
.
)
( τ
−
=
Trong đó Wcb(s) là thành phần hàm truyền có tự cân bằng, q – bậc phi tĩnh.
Với đối tượng loại này chúng ta đưa về việc xác định hàm truyền của đối
tượng có tự cân bằng nhờ một chuỗi những biến đổi sau:
L[h(t)] =
s
s
W
s
s
W
s
s
s
s
W
s
s
W q
q
cb )
(
)
(
.
.
)
(
)
(
=
⇒
= (3.3)
Gọi hcb(t) là đặc tính quá độ tương ứng với Wcb(s), từ (2.3) và dùng phép
biến ảnh vi phân thu được:

)
(
)
(
t
h
t
d
t
h
d
cb
q
q
= (2.4)
Từ (2.4) rút ra trình tự nhận dạng đối tượng không có tự cân bằng như sau:
1) Từ đồ thị xác định thành phần trễ τ
2) Dựng đồ thị hcb(t) là đạo hàm bậc q của đặc tính h(t), dựng bằng
phương pháp xấp xỉ hình học cho tới khi nhận hcb(t) có đường tiệm cận
ngang (H.2.1c) và số lần dựng đồ thị (xấp xỉ theo công thức sai phân
i
t
i
t
i
t
h
i
t
h
k
h
−
+
−
+
=
1
)
(
)
1
(
) sẽ nhận được bậc phi tĩnh q
3) Nhận dạng hcb(t) như nêu ở mục a và b. Cuối cùng thu được mô hình :
q
cb
s
s
s
W
e
s
W
1
).
(
.
)
( τ
−
=
Phương pháp xác định mô hình đối tượng bằng phân tích cấu trúc đơn
giản, dễ tiến hành tuy nhiên nó chỉ phù hợp với những đối tượng đơn giản còn
đối với các đối tượng phức tạp phương pháp này cho sai số lớn. Ngoài ra
phương pháp trên còn phụ thuộc vào độ khéo léo của từng người (nhất là xác
định tiếp tuyến và điểm uốn), trong thực tế số liệu thu thập được cho dưới
hcb(t)
t
h(t)
h(t)
ti
+1
ti
h(ti
)
i
t
i
t
i
t
h
i
t
h
k
h
−
+
−
+
=
1
)
(
)
1
(
u(t)
h(ti
+1
)
Hình 3.1.c Xác định mô hình đối tượng không có
tự cân bằng thông qua phương pháp hình học

dạng đồ thị không “trơn” vì vậy rất khó xác định chính xác mô hình đối tượng
và khó lập trình cho máy tính.
3.1.3 Phương pháp diện tích
Bản chất của phương pháp này là biểu diễn hàm truyền của đối tượng có
tự cân bằng bởi tích của một hệ số khuyếch đại với một thương số của hai đa
thức tổng quát bậc m và bậc n (m< = n ). Hệ số khuyếch đại tìm được bằng
cách chia đáp ứng đầu ra ở thời điểm vô cùng cho tín hiệu đầu vào. Các thông
số của đa thức được tìm thông qua phần diện tích bị chặn bởi trục tung, đường
tiệm cận ngang và đường cong quá độ quy chuẩn.
Ưu điểm của phương pháp diện tích là có độ chính xác cao, dễ lập trình
cho máy tính điện tử, có thể sử dụng cho đặc tính quá độ dưới dạng đồ thị
hoặc bảng số liệu, không đòi hỏi tính trơn của đồ thị.
Nhược điểm của phương pháp này là tính toán phức tạp, thời gian tính
toán lâu.
3.1.4.Phương pháp mô hình thống kê
Bản chất phương pháp: dựa trên các số liệu thí nghiệm dưới dạng bảng
số liệu hoặc đồ thị tự ghi đánh giá những thông tin tiên nghiệm thu được như
đối tượng có tự cân bằng hay không có tự cân bằng, có điểm uốn hay không
sau đó chọn mô hình có cấu trúc gần đúng và xác định các tham số cho mô
hình sao cho sai số bình phương giữa mô hình và số liệu nhận được là nhỏ
nhất. Nếu kết quả thu được chưa đủ chính xác nâng dần độ phức tạp của cấu
trúc mô hình lặp lại cho tới khi đạt được kết quả mong muốn
Với phương pháp này có thể nhận dạng đối tượng theo hàm đặc tính
thời gian hoặc đặc tính tần số. Ta gọi:

WM(s,A) – mô hình hàm truyền, A = {k, τ, ai, bi} – vector tham số mô
hình, s biến tần số n
i ÷
= 1 , hM(t,X) – mô hình hàm quá độ X = {k, τ, ai, bi} –
vector tham số mô hình, t – biến thời gian
Khi đó xác định mô hình là quá trình tìm vector A*
, X*
sao cho các
hàm mục tiêu sau đạt cực tiểu:
X
i
n
i
i
M h
X
t
h
X
J min
]
)
,
(
[
)
( 2
1
→
−
= ∑
=
đối với hàm quá độ
A
i
i
M
n
i
W
A
W
A
J min
]
)
,
(
[
)
( 2
1
→
−
= ∑
=
ω đối với hàm truyền đối tượng (3.5)
Tuy nhiên hàm đặc tính quá độ thường phức tạp, có chứa hàm đa thức,
hàm số mũ, hàm điều hòa dạng sin, cos, vì vậy ngay cả khi nhận dạng xong
cũng khó dùng hàm này làm mô hình cho các mục đích tiếp theo.
Để tránh khó khăn này trước khi nhận dạng , từ số liệu thí nghiệm ta
chuyển ngay sang đặc tính tần số theo phương pháp xấp xỉ tuyến tính (trình
bày ở phần “nhận dạng đối tượng trong hệ đang hoạt động” ).
Giả thiết là đã chọn được cấu trúc mô hình của đối tượng là q, m,n. khi
này công thức (1.11) sẽ được biểu diễn như sau:
[ ] A
i
i
M
n
i
i
i
M Q
A
Q
P
A
P
A
J min
}
)
,
(
]
)
,
(
{[
)
(
2
2
1
→
−
+
−
= ∑
=
ω
ω
Trong đó WM(ω,A) = PM(ω,A) + jQM(ω,A); và Pi(ωi) + jQ(ωi) là phần
thực và phần ảo của đặc tính tần số biên độ pha đối tượng. Để giải bài toán
trên thường phải dùng các phương pháp quy hoạch phi tuyến, bài toán này
được giải tự động trong CASCAD với thuật toán “vượt khe” do thầy giáo VS
Nguyễn Văn Mạnh đề xuất. Phương pháp mô hình thống kê là một phương
pháp vạn năng cho kết quả chính xác cao, sử dụng toán hiện đại cho công việc
nhận dạng và dễ lập trình trên máy tính.

Nhận dạng đối tượng bất định
Trên thực tế, khó xác định một mô hình duy nhất cho các đối tượng nhiệt,
vì nhiều lý do như: sai số của mô hình, sai số đo, sai số khi tính toán, sự biến
đổi cấu trúc khi thay đổi chế độ phụ tải, sai số do sự biến đổi của đối tượng
theo thời gian …do đó đối tượng có tính bất định. Mô hình hàm truyền của
đối tượng bất định biến thiên kiểu đĩa tròn xác định như sau:
ϕ
ρ j
o
e
s
M
s
W
s
W )
(
)
(
)
(
~
+
= (3.6)
Trong đó Wo
(s) – mô hình đối tượng cơ sở, |M(s)|ρ.ejφ
– phần biến thiên
dạng vòng tròn, với |M(s)| - biên độ bất định (hay là nhân bất định), ρ ]
1
0
[ ÷
∈
- bán kính bất định, ]
2
0
[ π
ϕ ÷
∈ - pha bất định. Bán kính và pha bất định cho
phép xác định điểm bất kỳ trong vòng tròn biến thiên (H.2.2a,b)
Mô hình phần biến thiên có thể chọn dưới dạng:
ω
ω j
s
s
b
s
b
s
b
s
b
b
s
M
f n
m
=
+
⋅
⋅
⋅
+
+
+
⋅
⋅
⋅
+
+
=
=
+
+
,
1
)
(
)
(
n
m
1
m
m
1
0
Với {b0, b1,…,bm+n} – vector các hệ số cần tìm, m, n là cấu trúc của hàm M(s)
m,n thường chọn không vượt quá cấu trúc của mô hình hàm truyền cơ sở
trong quá trình nhận dạng và được tiến hành theo ttrinhf tự sau:
t
y(t)
2
1
3
b,
Wo
(s)
|M(s)| Re
Im
W~
(s)
ui
vi
ui
q
viq
ϕ
a,
Hình 3.2a,b : Đặc tính tần số và quá độ của đối tượng bất định

1) xác định mô hình cơ sở Wo
(s,A) : giả sử từ số liệu thực nghiệm chúng ta
có n cặp tọa độ của đường đặc tính biên độ pha ứng với các tần số
(i = 1,…n) đồng thời từ số liệu thí nghiệm đủ lớn chúng ta có ứng với mỗi tần
số ωi có m cặp tọa độ ứng với m đặc tính khác nhau mà chúnh ta thu được,
trên cơ sở đó chúng ta xác định A thông qua hàm
[ ] [ ]
[ ]
∑∑ →
−
+
−
=
A
i
j
i
j
i
j
i
j
Q
A
Q
P
A
P
X
J min
)
(
)
,
(
)
(
))
,
(
(
)
(
2
2
ω
ω
ω
ω
2) Xác định M(s): ứng với mỗi ωi xác định điểm Oi tương ứng trên đường cơ
sở Wo
(s,A) xác định các khoảng cách ρij từ điểm Oi trên đường cơ sở tới các
điểm bất định có cùng tần số ωi, chọn
{ }m
j
ij
i 1
max
max =
= ρ
ρ
Hàm mục tiêu xấp xỉ tối ưu mô hình có dạng:
{ }
∑ ∑
= =
+
−
−
+
−
=
n
i
n
i
i
i
i
i
r
i
i
r f
f
P
f
B
J
1 1
2
)
(
)
(
)
(
)
( ρ
ω
ρ
ω
ρ
ω (3.7)
n: số giá trị tần số; Pr – hệ số phạt. Hàm phạt đảm bảo cho hàm f(ω) là đường
bao biên độ của các biến thiên bất định có thể xảy ra
Ưu điểm của phương pháp mô hình thống kê là tính vạn năng cao, có thể
ứng dụng trong trường hợp đặc tính quá độ hoặc đối tượng tần số. Lời giải có
độ chính xác cao. Dễ lập trình cho máy tính điện tử dưới dạng chương trình
Hình 2.3 Đường biểu diễn mô đun hàm bất định f(ω)
ωi
|f(ω)|
max
i
ρ
Tải bản FULL (107 trang): https://bit.ly/3fQM1u2
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

mẫu. Phương pháp này rất thuận tiện cho việc xây dựng các hệ thống điều
khiển thích nghi.
3.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh theo quan điểm bền vững tối ưu chất lượng cao:
Các phương pháp tổng hợp hệ thống điều chỉnh đã trình bày ở trên có
ưu điểm là khá đơn giản dễ thực hiện. Tuy nhiên chất lượng điều chỉnh của hệ
thống không cao do không đánh giá đầy đủ các chỉ tiêu đánh giá chất lượng
điều chỉnh và gặp khó khăn khi đối tượng có trễ vận tải, có thành phần tích
phân, đối tượng bất định. Để khắc phục hạn chế trên, năm 1999 PGS.
TSKH.VS.Nguyễn Văn Mạnh đã xây dựng phương pháp tổng hợp bền vững
tối ưu chất lượng cao cho các hệ thống điều chỉnh. Quan điểm của phương
pháp này như sau:
3.2.1 Cấu trúc chất lượng cao
Xét hệ tuyến tính có sơ đồ cấu trúc điển hình như hình 2.6:
Trong đó:
g: Tác động điều khiển hệ thống (hay giá trị đặt).
L: Tổ hợp các tác động nhiễu.
y: Đại lượng điều khiển đầu ra;
R(s), O(s), B(s): Lần lượt là các hàm truyền của bộ điều chỉnh, của đối
tuợng theo kênh điều chỉnh và theo kênh tác động nhiễu.
s: Biến số phức.
-
y
g
R(s) O(s)
L
B(s)
Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc điển hình của hệ thống điều khiển
Tải bản FULL (107 trang): https://bit.ly/3fQM1u2
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

Theo sơ đồ, ta có:
WH(s) = R(s)O(s) – Hàm truyền của hệ hở. WK(s) =
)
s
(
W
1
)
s
(
W
H
H
−
- Hàm truyền
hệ kín theo kênh điều khiển. Ta có đáp ứng ra y = yg + yL, trong đó yg - Là đáp
ứng thành phần gây ra bởi tác động điều khiển z; yL - gây ra bởi tác động
nhiễu L. Ta có:
Yz(s) = zWK(s).
YL(s) =
)
s
(
W
1
)]
s
(
W
)
s
(
W
1
)[
s
(
LB
)
s
(
W
1
)
s
(
B
.
L
H
H
H
H +
−
+
=
+
= LB(s)[1 – WK(s)].
Y(s) = Yg + YL =gWK(s) + LB(s)[1 – WK(s)].
Từ đây dễ thấy rằng, nếu cho WK(s) ≡ 1, thì đại lượng ra sẽ là y = g.1 +
LB(s)[1-1] ≡ g. Điều này chứng tỏ rằng, nếu hàm truyền hệ thống bằng 1, thì
đại lượng đầu ra bám theo tín hiệu điều khiển đầu vào một cách chính xác
tuyệt đối, đồng thời khử hoàn toàn nhiễu tác động vào đối tượng. Để xây
dựng một hệ thống lý tưởng như vậy, theo sơ đồ điều khiển hình 1.8, đòi hỏi
hệ số khuếch đại của bộ điều khiển lớn vô cùng, vì:
WH(s) = ∞
=
−
=
− 1
1
1
)
s
(
W
1
)
s
(
W
K
K
.
Điều này phi vật lý, trong thực tế không thể thực hiện được. Với khả
năng tốt nhất, chỉ có thể xây dựng một hệ thống tiến gần đến lý tưởng, tức là
thực hiện: WK(s)≈1.
3.2.2 Cấu trúc bền vững cao
Có thể xây dựng hệ gần lý tưởng như trên, nếu dựa trên cơ sở những
luận cứ sau đây:
Xét về tính ổn định, hệ thống có dự trữ ổn định càng lớn, nếu chỉ số dao
động m hay độ tắt dần tương ứng ψ = 1 – e-2πm
càng lớn. Khi đó, các nghiệm
3446146

Tối ưu hóa hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy nhiệt điện phả lại 2

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Tối ưu hóa hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy nhiệt điện phả lại 2

Similar to Tối ưu hóa hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy nhiệt điện phả lại 2 (20)

More from jackjohn45

More from jackjohn45 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Tối ưu hóa hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy nhiệt điện phả lại 2