Phần II I : HỆ DCS TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN
10. 48 Điều khiến áp suất buồng đốt
11.3 Giải pháp khắc phục
Đối với mỗi nhà máy, trong giai đoạn lắp đặt chạy thử ban đầu, các nhà cung cấp thường ít chú trọng đến việc tính tốn tối ưu cho các vòng diều chinh mà tập trung chủ yếu vào việc làm thế nào để thỏa hiệp được các điều kiện trong các quá trình nhằm nhanh chóng đưa nhà máy vào vạn hành. Giải pháp thỏa hiệp thường chỉ có tác dụng trong một giới hạn họat động rất nhị, khi có sự thay đổi của thiết bị cũng như quá trình vượt ra ngồi giói hạn thỏa hiệp sẽ làm cho hệ thống có đáp ứng kém đi.
Trong khi đó sau một thời gian làm việc, các thiết bị cơ khí như van bị ăn mòn, se gây ra dao động trong các vòng điều chỉnh, đặc biệt trong chế độ độns.
Giai pháp klìâc phục 1(1 phai thực hiên việc chinh định lại các vỏng điêu chinh, đông thời phủi tìm ra dược những sự cố cùa thiết bị vù sự bút hợp lý cùa quá trình đê tìm biện pháp sửa
chừa thay thế thích hợp.
Theo kinh nghiệm trong tổng số các vòng điều chinh của nhà máy thì: Có đen 20% chưa được thiết ké hợp lý
30% các sự cố thuộc về van và các thiết bị có liên quan
15% các vịng điều chỉnh có thiết bị chưa được lắp đặt phù hợp Và có đến 85% các vịng điều chỉnh chưa có được bộ tham số tối ưu
Có khoảng 25% các vòng điều chỉnh khi chuyến sang ché độ bằng tay sẽ ít bị dao dộng hon chế độ tự động.
Tuy nhiên, việc thực hiện chinh định lại các vòng điều chinh sẽ có tác động đến chế độ làm việc binh thường của nhà máy vì khi dó người làm chỉnh định sẽ phải thực hiện các bài kiểm tra vòng hở đế xác định mơ hình đối tượng.
Yêu cầu đặt ra đối với người làm công việc chỉnh định trước khi chỉnh định lại các vòng điều chinh là phải:
Xác định được các vịng điều chinh có dáp ứng kém.
Tìm được vịng điều chinh có dao động thực sự: trong nhà máy có nhiều quá trình MI MO với nhiều biến đầu vào và biến đầu ra tác động qua lại lẫn nhau, trong một số trường hợp do không được phân ly nên việc một vòng điều chỉnh bị dao động sẽ làm các vòng điều chinh khác dao động theo. Trong trường hợp này, trước khi thực hiện việc chỉnh định ta phải tìm ra được vịng điều chinh gây ra dao động thực sự, nếu không, việc chỉnh định sẽ rất mất thời gian và nguy hiềm.
Xác định được các sự cố cỏ thê có của van và cơ cấu chấp hành dể từ đó ra quyết định thực hiện các bào kiêm tra, tính tốn và tìm giải pháp khắc phục.
Để có thề xác định được các thông tin trợ giúp trong việc ra quyết định chỉnh định trên, ta cần thực hiện việc đánh ụiá các vòng điều chinh trước khi chinh định.
Quá trình đánh giá thực hiện càng lâu, với càng nhiều chế vận hành thì thơng tin vê các vịng điều chỉnh càng chính xác.
1 1 . 4 Đ an h giá các v ò n g điều chỉnh PID
a. D ữ liệu cần thiết dê đánh giá
Đề đánh giá chất lượng đáp ứng của các vòng điều chinh, ta phải có dược dữ liệu quá trình và các giá trị mong muốn và giới hạn cho phép của các tiêu chí đánh giá.
Giữ liệu quá trinh bao gồm:
Giá trị đặt (giá trị mong muốn): SP
Giá trị tác động của CO’ cấu chấp hành: CO/M V Giá trị thực đo được: PV
Hằng số thời gian tích phân của bộ điều chỉnh PỈD
Hằng số thời gian vi phân của bộ điều chinh PID Hằng số thời gian bộ lọc
Cấu trúc của bộ điều chỉnh, chế độ làm việc bình thường,... Dữ liệu tiêu chuẩn bao gồm:
Giá trị mong muốn của tiêu chí đánh giá Ngưỡng cho phép của tiêu chí đánh giá
b. Tiêu chí đánh giá
Để thực hiện việc đánh giá ta phải dựa trẽn các tiêu chí, từ đó xếp hạng các v ò n g điều chỉnh tương ứng với mức độ đáp ứng từ tốt nhất đến xấu nhất. Thơng thường có thể dựa trên khoảng 40 tiêu chí khác nhau bao gồm:
Độ biến động
Sai lệch tuyệt đối trung bình Số lần PV dao động quanh SP Sai lệch tĩnh
Biên độ nhiễu
Biên độ nhiễu của c o Thời gian xác lập Chuẩn Harris Hệ số Harris Sự giao động
Dao động do sự cố của van Dao động do chinh định kém
Dao động do chịu sự tác động của vòng diều chinh khác Tích phân sai lệch tuyệt đối
Thời gian hoạt động binh thường Số lần thay đổi SP
Thay đổi mơ hình đối tượng Số lần đổi chiều của van
Tổng quãng đường dịch chuyển của van Phân tích các chu kỳ dao động
Việc lựa chọn tiêu chí nào để đánh giá tùy thuộc vào loại đối tượng, yêu cầu công nghệ và cấu trúc vòng diều chỉnh.
Độ biên động
Sai lệch tuyệt doi trung bình Sai lệch tĩnh
Hệ số Harris Sự giao động
Tích phân sai lệch tuyệt đối Thời gian hoạt động bình thường
Bơn cạnh các tiêu chí chính ta sè phải kết hợp với các thông số khác như số lần đôi chiều cùa van. tỏng quăng dường dịch chuyến của van, dao động do sự cô của van, dao động do chinh định kém,... đê dưa ra quyết định cuối cùng cho từng vòng điều chỉnh.
r. Cách đánh giá
Lương ứng với mỗi tiêu chí đã lựa chọn, ta sẽ tính tốn dược một trọng số theo ngưỡng: Giá trị đo - Giá trị mong muốn
% Trọng số theo ngưởng=100%(— — 7----- :— T 7 — • — — —7“ ) Ngưỡng cho phép - Giá trị mong muôn
Đối với mồi vịng điều chinh, trên CO' sớ tính tốn trọng số cho từng tiêu chí ta sè tính tốn ra một bội số chung gọi là “ Hệ số tồng thê".
II
Hê số tỏng thể = ^ (% Trọng số theo ngưỡng i)/n
Vịng diều chinh nào có “ Hệ số tơng thể" càng cao thì được hiểu là có đáp ứng càng kém. Trong nhà máy có nhùng vịng diêu chinh quan trọng, có tác động lớn đến các chỉ tiêu kinh te, vận hành cùa nhà máy, có vịng diều chinh lại có mức độ ảnh hường ít hơn. Đê thê hiện mực dộ quan trọng cua tưng vòng diều chinh, ta co the dùng thêm một hệ số gọi là “ Trọng sỏ kinh té"
Lúc này ta cỏ:
Trọng số theo ngưỡng có tính đến trọng số kinh tế = (Hệ số tổng thể)/(Trọng số kinh tế) Từ kết quà dánh giá trên cho ta biết vòng điều chỉnh nào có đáp ứng kém nhất, vòng điều chinh nào có đáp ứng tốt nhất, từ đó ta sẽ quyết định phân tích, xem xét cho từng vòng điêu chinh dựa trên các thơng tin có được từ việc tính tốn theo các tiêu chí.
d. Thơng tin cỏ được từ tiêu chí đảnh giá
Ngồi thơng tin chung về đáp ứng của các loops, từ các kết q tính tốn tiêu chuẩn đánh giá. ta cịn có được các thơng tin sau:
■ Thịng tin về bộ điều chỉnh P1D
Tham số của bộ điều chỉnh: Hệ số khuếch đại, hằng số thời gian tích phân, hằng số thời gian vi phân, tham số các bộ lọc.
Ché độ làm việc của bộ diều chình.
Tốc độ đáp ứng của bộ điều chỉnh: RRT (Relative Response Tim e) (sử dụng tiêu chuẩn Lamda đe tính tốn)
Có thê kêt luận dược nguyên nhân gây dao động có phải do kết quả chỉnh định hay không: Đe dưa ra được kết luận này phải kết hợp hai tiêu chuẩn “ Dao động do chinh định” và “ Chất lượng cùa mơ hình đối tượng” .
■ Thông tin về quá trinh
Xác định 3 chu kỳ dao động khác nhau của q trình Mơ hình hóa đối tượng và chất lượng của mơ hình
+ Hệ số khuếch đại của quá trình
+ Thời gian trễ của quá trình (Dead Time)
+ Hăng số thời gian của quá trình: bậc 1, bậc 2, bậc 3. + Các hệ số của quá trình: Tối đa đến bậc 3.
‘ + Chất lượng của mơ hình
Xác định biên độ nhiễu: Nhiễu quá trình, nhiễu đối vói c o .
Thời gian xác lập
Các thông tin khác hỗ trợ việc đánh giá, phán đốn. ■ Thơng tin về thiết bị chấp hành
Tổng quãng đường dịch chuyển của van Số lần đồi chiều của van
Mức độ dao động của van
11.5 Chỉnh định vòng điều chỉnh PID
a. Công việc thực hiện trước khi chinh định
Đe công việc chinh định mất ít thời gian và hiệu quả nhất, trước khi thực hiện chỉnh định ta phải có được kết quả đánh giá đáp ứng của từng vòng điều chỉnh.
Quan sát đáp ứng của từng vòng điều chinh để xác định các vấn đề của quá trình như: Ma sát tĩnh
Sự rơ trễ của van hoặc các cơ cấu có khớp nối Ọ trình có tính phi tuyến
Kích thước của van không phù hợp
■ Bộ điều chỉnh đang làm việc ờ chế độ tự động, nếu chu kỳ dao động ngày càng tăng khi giá trị thực (PV) đạt được càng gần với giá trị đặt (SP) thi đó là dấu hiệu cho biết có thể quá trình đang tồn tại sự ro' trễ (Hysteresis) trong van hoặc các khó'p nơi cơ khí.
Hình 11 -3. Quan sát q trình có sự rơ trễ (hysteresis)
■ Bộ điều chỉnh làm việc ở chế độ tự động, nếu kết quả chỉnh định cho đáp ứng ổn định ờ một giới hạn tải nhưng lại dao động trong giới hạn tải khác thì đó là dấu hiệu của quá trình phi tuyến.
Hình 11-4. Quan sát quá trinh có tinh phi tuyến
" Bộ điều chinh làm việc ở chế độ tự dộng, nếu PV có dạng sóng hình chữ nhật trong khi CO có dạng song hình răng cưa thì dó là dấu hiệu của việc tồn tại ma sát tĩnh trong van.
b. Các bước thực hiện chinh định vỏng điều chinh PID
Sau khi có được kêt quả đánh giá, trên cơ sờ các phán đoán dựa trẽn đồ thị, ta sẽ tiến hành cơng việc chinh định cho vịng điều chỉnh.
■ Bước 1; bước khởi tạo
Quan sát đáp ứng trong chế độ tự động điều chỉnh, không thay đôi giá trị đặt. Thay đôi giá trị đặt: một hoặc hai lần. Tiếp tục quan sát đáp ứng.
Chuyên sang chế độ làm việc vịng hở và thực hiện thay đơi một lượng c o .
Tren cơ sờ các dữ liệu có được, sẽ cho ta các thông tin: đáp ứng khác nhau giữa vịng kín và vịng hở, giá trị thực có đạt dược đến giá trị đặt không, đáp ứng cua q trình có cân bằng khơng,...7
1.WÉ3
Hình 11 -5. Quan sát quá trinh có ma sat tĩnh
■ Bước 2: Kiêm tra VCI xác định cúc vắn đề cua quá trình
Kiểm tra độ rơ trễ (Hysteresis): Thực hiện bài kiểm tra như sau.
o Trong chế độ vòng hở (bằng tay), thay đồi c o theo một hướng nhất định - C l (tăng hoặc giảm) chỉ vừa đủ đề PV thay đổi. Điều này đảm bảo việc khử hết độ rơ trễ của thiết bị-theo hướng chọn.
o Tiếp tục thay đôi c o theo chiều đă thực hiện - C2 (tăng hoặc giảm); Điều
này cho phép ta tính tốn chính xác hệ sơ khuếch đại của quá trình. o Thay đối c o theo chiều ngược lại - C3.
o Hiệu số của lượng c o yêu cầu và lượng c o thực sẽ cho ta độ rơ trễ của van.
o Giải pháp cho hiện tượng rơ trỗ: giải pháp tốt nhất là sử dụng bộ định vị cho van. Trong trường hợp không thể sử dụng bộ định vị, có thề tạm thời giảm tác động của thành phần tỉ lệ của bộ diều chỉnh PID.
Kiểm tra ma sát tĩnh (Stiction): Thực hiện bài kiểm tra như sau.
o Trong chế độ vòng hở (bằng tay), thay đồi c o một lượng đu lớn (CO,,) dế
vượt qua độ rơ trễ (nếu có), sau dó thay đồi c o từng lượng nhò (từ 0 .0 1 - 0.02) theo một hướng nhất định. Tiếp tục thay đổi c o cho dốn khi thấy cỏ sự thay đổi pV (CO„).
o Stiction = CO| + C 0 2 + ... + C0,J.|
o Giải pháp cho ma sát tĩnh: Giảm tác dộng của thành phần tích phân trong bộ định vị và bộ PID hoặc sử dụng thuật toán cho phép loại bỏ lác động của thành phần tích phân khi sai lệch nằm trong dải cho phép.
I >jtl *> "I 1 im íĩ \xi>.c<mtỊ*ị
Hình 11-6. Kiểm tra tính tốn độ rơ trễ (Hysteresis)
Hỉnh 11-7. Kiềm tra tinh toán ma sát tĩnh (Stiction)
Kiêm tra tính cân đối của q trình (Symmetry): Mục đích của bài kiêm tra này cho ta biết trong cùng một mức tải, liệu quá trình tăng và giảm có cho cùng hệ số đáp ứng hay khơng.
Trong các vịng điều chỉnh lưu lượng và áp suất, nếu xuât hiện sự mất cân đơi thì đó là dấu hiệu cho thay van có các van dề như: màng hoặc lị xo khơng phù họp, mdt cân bãng động.
Tuy nhiên cũng có những q trình mà bán thân nó là một quá trinh không cân đỏi như q trình điều chính nhiệt độ khơng khí. Q trình làm lạnh và quá trình làm nóng cho các đường dặc tính khác nhau.
r 283.1 I ì m * I*«iì0ml«)
Hình 11-8. Kiểm tra tính cân đối của quá trình
Hìn h 11 -9. Q trình có đặc điém khơng cân xứng
Bưởc 3: Thực hiện chỉnh định
Chỉ được phép thực hiện quá trình chinh dịnh khi lải đang Ô11 định
Ờ chế độ vòng hờ (manual mode): thực hiện tăng hoặc giảm c o theo một lượng nhất định (thông thường từ 5 đến 10%) đối với các quá trình tự cân bằng (seir regulating process).
PV PV
co
co
Hình 11-10. Kích thích vịng hở cho các quá trình tự cân bằng
Hoặc thực hiện thay đôi c o theo một xung chữ nhật đối với các q trình tích phân (Integrating process).
co
Hình 11-11. Kích thích vịng hở cho các q trinh tích phân
Tính tốn mơ hình đối tượng: thơng thường ta mơ hình hóa đối tượng là một khâu bậc một có dead time.
Phương trình mơ tá IÌ1Ơ hình (lối tượng có dạng:
T + y { t ) = K r u { t - 0 r ) ch
U(s) Tps + Ì
Trong dỏ: K|. là hệ số khuếch đại cua quá trình
TI» lù hằng số thời gian của quá trình , 0 là thời gian trễ (dcad time) của quá trình
Hình 11-12. Tính tốn mỏ hình đối tượng
• Xác định Kp:
K p _ &y(t) APV
A \'(0 ACO
• X ác định hang sơ thời gian q trình Tp :
Hằng số thời gian Tp mô tà tốc độ thay dồi của PV khi c o thay đơi. rỵ, dược tính bằng khoảng thời gian từ khi PV bắt đầu thay đôi cho đến khi PV đạt tới 63,2% tồng thay đổi dưới tác động của tác động bước nhảy ờ c o .
ỉv.... : thời điểm PV bắt đầu thay đối
Ystart J
t6, 2: thời điềm PV đạt 63.2% Dy • Xúc định thời gian trễ (dead time) OP
Thời gian trễ 0P là khoảng thời gian tính từ thời điểm c o thav đổi cho đến thời điểm PV bất đầu thay đồi dáp ứng lại sự thay đổi của c o .
Nguyên nhân gây ra thời gian trễ 01': ■ Ọuá trình vận chuyển ■ Quá trinh vật lý, hoá học
■ Quá trinh lấy mẫu - phân tích - tính tốn ■ Hệ có qn tính bậc cao
Bước 4: Tính tốn tham số hộ PID
Có nhiều cấu trúc bộ PID khác nhau (cấu trúc nôi tiêp, song song, chuẩn ISA), tùy thuộc vào từng loại PID tương ứng mà ta tính chọn tham số.
Trong trường hợp này ta tính chọn tham số cho bộ PID chuẩn ISA có phương trình:
Các tham số được xác định theo Bảng 11-1.
Bước 5: Nhập tham số mới cho hộ PID và kiêm tra đáp ứng.
■ Nhập tham số mới tính tốn được cho bộ PID.
“ Thay dồi giá trị đặt (tăng hoặc giảm) và theo dõi đáp ứng. ■ Thực hiện đánh gicá lại đáp ứng của bộ dicu chinh.
■ Lập báo cáo.
Tì> l 63.2~ P s ta rt
Bảng 11-1. Xác định các tham số bộ PID K Tí —I Q. Tác đỏim nha n lì T/' 30,, < 0.50., K r p Tác động trung bình I / X P C D rn < o.50p / 2 M , Tác động chậm l / T/' 7 4 K,.er 30,, < o.50p 2 6 7
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[ 1 ] Bùi Quốc Khánh, V ũ Huy Anh, Phạm Hồng Son. Điều khiển tự động hóa q trình san xuât: Giải pháp và lira chọn. Tạp chi Tự động hỏa ngày nay, í háng 1+2 năm 2003
[2 ] CiA. CAN Specification 2.0 Part A. http://www.can-cia.org/
[3 ] CiA. CAN Specification 2.0 Part B. http://www.can-cia.org/
[4] El-Waki. Power Plant Technolog)’. M c-GrawHill International Edition
[5 ] Fieldbus Online. Fieldbus W iring Design and Installation Guide.