MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN4
1.1. CÁC NGUỒN NHIỆT DƯ TẠI CÁC NHÀ MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG4
1.1.1. Nhiệt dư thải ra môi trường của nhà máy xi măng Sông Gianh. 5
1.1.2. Nhiệt dư thải ra môi trường sau tháp trao đổi nhiệt5
1.1.3. Nhiệt dư thải ra môi trường sau giàn làm lạnh clanhke. 5
1.2. VẤN ĐỀ THIẾU HỤT NĂNG LƯỢNG, Ô NHIỂM MÔI TRƯỜNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG XỬ LÝ6
1.3. CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT DƯ NHIỆT ĐỘ THẤP THẾ HỆ THỨ NHẤT CHO LÒ QUAY XI MĂNG TRÊN THẾ GIỚI. 8
1.3.1. Định nghĩa và đặc điểm cơ bản. 8
1.3.1.1. Định nghĩa. 8
1.3.1.2. Đặc điểm cơ bản. 8
1.3.2. Các điểm trọng yếu của công nghệ và cấu trúc hệ thống nhiệt động. 8
1.3.2.1. Các điểm trọng yếu của công nghệ. 8
1.3.2.2. Cấu trúc hệ thống nhiệt động. 9
1.3.3. Các đặc trưng của công nghệ. 11
1.4. CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT DƯ NHIỆT ĐỘ THẤP CHO LÒ QUAY XI MĂNG THẾ HỆ THỨ HAI TRÊN THẾ GIỚI. 12
1.4.1. Định nghĩa và đặc trưng. 12
1.4.1.1. Định nghĩa. 12
1.4.1.2. Đặc trưng. 12
1.4.2. Các điểm trọng yếu của công nghệ. 13
1.4.3. Đặc trưng của công nghệ. 13
1.5. NHẬN XÉT14
CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG DÂY CHUYỀN THU HỒI NHIỆT DƯ15
2.1. NỒI HƠI. 15
2.1.1. Khái niệm cơ bản. 15
2.1.2. Các loại nồi hơi15
2.2. TURBINE HƠI. 22
2.2.1. Lịch sử phát triển. 22
2.2.2. Khái niệm23
2.2.3. Phân loại24
2.2.4. Cách nâng cao hiệu suất của chu trình. 27
2.3. DÒNG CHẢY TRONG CÁC LOẠI ỐNG33
2.3.1. Dòng chảy trong ống phun lý tưởng. 33
2.3.2. Ống tăng tốc. 34
2.4. NHẬN XÉT36
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CỦA TURBINE HƠI 37
3.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU CHỈNH TURBINE HƠI 37
3.2. MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TURBINE HƠI. 39
3.2.1. Cụm van servo - xylanh điều khiển van hơi41
3.2.2. Cụm turbine – máy phát43
3.2.3. Xấp xỉ hàm truyền của quá trình điều tốc. 45
3.3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID46
3.3.1. Giới thiệu. 46
3.3.2. Tối ưu hoá bộ điều khiển PID47
3.3.2.1. Phương pháp thứ nhất48
3.3.2.2. Phương pháp thứ hai50
3.3.3. Phân tích thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp cổ điển. 55
3.4. CHỈNH ĐỊNH MỜ THAM SỐ PID CHO BỘ ĐIỀU TỐC TURBINE HƠI. 58
3.4.1. Chỉnh định mờ tham số PID cho bộ điều tốc. 58
3.4.2. Kết quả mô phỏng. 63
3.5. NHẬN XÉT64
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG WIN CC PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO65
4.1. GIỚI THIỆU65
4.1.1. Soạn thảo projec WINCC65
4.1.2. Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management66
4.1.3. Hiệu chỉnh hình ảnh qúa trình (Process Picture). 69
4.1.3.1. Tạo hình ảnh quá trình. 69
4.1.3.2. Cửa sổ Graphic Desiger. 70
4.1.3.3. Tạo nút nhấn. 71
4.1.3.4. Thiết lập thuộc tính chạy thực.71
4.2. GIỚI THIỆU GIAO DIỆN CỦA HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT DƯ72
4.3. GIỚI THIỆU CHI TIẾT CÁC MÀN HÌNH GIAO DIỆN74
4.3.1. Nồi hơi SP, AQC74
4.3.2. Hệ thống WHB Wind. 76
4.3.3. Hệ thống RAC WATER77
4.3.4. Hệ thống ST STATE80
4.3.5. Hệ thống ST SYSTEM . 81
4.3.6. Hệ thống điện cao áp và hạ áp. 83
4.4. NHẬN XÉT86
KẾT LUẬN87
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 88
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Việt Nam hiện nay đang là nước đứng đầu Asian về sản xuất xi măng với sản lượng sản xuất trong năm 2010 đạt 63 triệu tấn và hơn 60 dây chuyền sản xuất xi măng lò khô đã được xây dựng. Tuy nhiên, ngành công nghiệp xi măng Việt Nam nói chung và công ty xi măng COSEVCO Sông Gianh nói riêng hiện đang phải đối mặt với những thách thức lớn như giá điện, than dầu tăng liên tục làm ảnh hưởng tới hiệu quả sản xuất kinh doanh công ty. Bên cạnh đó, tình trạng thiếu điện xẩy ra trong một thời gian dài cũng đã làm ảnh hưởng đến sản lượng sản xuất và tiêu thụ của nhà máy. Đứng trước những thách thức lớn đó, việc tận dụng nhiệt dư thừa trong lò xi măng để phát điện là một việc làm thiết thực và có ý nghĩa rất lớn đối với nhà máy xi mang COSEVCO Sông Ganh, nhất là trong bối cảnh hiện nay khi mà ngành điện trong nước chỉ đảm bảo được 80% năng lượng điện cho ngành xi măng từ nay đến năm 2020, còn lại 20% ngành xi măng phải tự lo. Do đó, việc nghiên cứu, tính toán, thiết kế, đầu tư xây dựng dự án tận dụng nhiệt dư thừa của lò xi măng để phát điện là việc làm bắt buộc đối với nhà máy xi măng COSEVCO Sông Gianh. Các tính toán đã chỉ ra, khi lắp đặt hệ thống này trong nhà máy xi măng có thể tiết kiệm 20% chi phí điện năng hàng năm và giảm đáng kể khí CO2 thải ra môi trường ngoài. Hiện tại các nhà máy xi măng trên thế giới đã đưa vào sử dụng hệ thống sử dụng nhiệt dư để phát điện, trong nước đã có một số nhà máy đưa vào khai thác như: Nhà máy xi măng Hà Tiên 2, nhà máy xi măng Công Thanh Turbine hơi là thiết bị quan trọng trong dự án thu hồi nhiệt khí thải, việc điều chỉnh ổn định tốc độ turbine hơi quyết định các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống phát điện, khả năng ổn định tần số của máy phát Đề tài “Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển turbine hơi trong dự án tận dụng nhiệt dư tại nhà máy xi măng Sông Gianh” là bước nghiên cứu ban đầu để lập dự án cũng như nắm bắt sơ đồ công nghệ, làm chủ hệ thống khi đầu tư vào sản xuất.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý luận tổng quan, phương pháp thiết kế, xây dựng bộ điều tốc turbine hơi trên cơ sở đó ứng dụng cho dự án thu hồi nhiệt khí thải để phát điện phục vụ cho nhà máy xi măng COSEVCO Sông Gianh.
3. PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu nguyên lý thu hồi nhiệt tối ưu trong nhà máy sản xuất xi măng.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ turbine hơi.
- Xây dựng sơ đồ công nghệ của hệ thống.
- Tính toán, thiết lập các thông số hệ thống để điều khiển tốc độ turbine hơi.
- Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống trên máy tính.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Tính toán lý thuyết và mô phỏng hệ thống trên máy tính.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỂN
- Thiết lập mô hình điều khiển tốc độ turbine hơi ứng dụng cho dự án thu hồi nhiệt khí thải để phát điện tại nhà máy xi măng COSEVCO Sông Gianh.
6. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC & KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
- Xây dựng mô hình điều khiển tốc độ turbine hơi
- Tối ưu hóa hệ thống điều khiển turbine hơi
- Mô phỏng hệ thống thu hồi nhiệt trên máy tính phục vụ chô công tác đào tạo trước khi đưa dây chuyền vào sử dụng.
7. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu, kết luận và khả năng ứng dụng của đề tài, danh mục tài liệu tham khảo và các phụ lục, nội dung chính của luận văn được chia thành 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan
Giới thiệu các nguồn nhiệt dư thải ra môi trường của các nhà máy xi măng hiện nay. Dựa vào những đặc tính công nghệ để xây dựng lên mô hình thu hồi nhiệt làm máy phát điện phục vụ cho nguồn điện sẽ thiếu hụt của nhà máy trong tương lai.
Chương 2: Các thiết bị chính trong dây chuyền thu hồi nhiệt dư
Giới thiệu một số thiết bị chính trong dây chuyền. Nguyên lý làm việc của các thiết bị và chu trình nhiệt hóa hơi.
Chương 3: Thiết kế mô hình điều khiển tốc độ của turbine hơi
Trong phần này giới thiệu về mô hình toán học điều khiển tốc độ turbine hơi, xây dựng mô hình điều khiển tốc độ turbine bằng thuật toán PID cổ điển từ đó chỉnh định các tham số của bộ điều khiển PID bằng bộ điều khiển fuzzy mờ.
Chương 4: Mô phỏng hệ thống bằng WINCC phục vụ cho công tác đào tạo
Mô phỏng quá trình thu hồi nhiệt bằng wincc, quá trình thiết kế và giới thiệu chức năng của các thiết bị trên mô hình điều khiển.
101 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2955 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển turbine hơi trong dự án tận dụng nhiệt dư tại nhà máy xi măng Sông Gianh, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
to và áp suất cuối pk, không đổi (ab- đường tiếp tuyến với đường đẳng nhiệt to và song song với đường đẳng áp pk.
Hình 2.8. Sự thay đổi của nhiệt giáng lý thuyết Ho tùy thuộc vào áp suất ban đầu khi nhiệt độ ban đầu to và áp suất cuối pk
x = 1
Pk = 4KPa(tk=28.6 0C)
b
c
P0=15MPa
H0
H0
max
- Nâng cao hiệu suất thông qua của nhiệt độ hơi mới.
Ảnh hưởng của nhiệt độ hơi mới ban đầu tới hiệu suất nhiệtđược thấy rõ trên giản đồ T-S. Tăng nhiệt độ hơi ban đầu từ To đến T01 sẽ làm tăng nhiệt độ cấp nhiệt trung bình từ Ttd đến Ttd1 hình 2.9. Khi nhiệt độ hơi thoát Tk giữ không đổi, tương ứng hiệu suất nhiệt của chu trình tăng lên.
Hình 2.9. Ảnh hưởng của áp suất ban đầu po đến nhiệt giáng lý thuyết Ho và hiệu suất tuyệt đối lý tưởng ηt với áp suất hơi thoát không đổi pk = 4 kpa (H.K.P.H- hơi bão hòa khô )
Vì trong chu trình đầu nhiệt độ cấp nhiệt trung bình Ttd thấp hơn nhiệt độ trung bình Ttd1 của chu trình sau , còn nhiệt độ hơi thoát ra của hai chu trình thi bằng nhau, nên hiệu suất của chu trình sau cao hơn chu trình đầu.
Nếu quá trình bành trướng kết thúc ở vùng hơi ẩm thì khi nâng nhiệt độ ban đầu lên độ ẩm của hơi trong các tầng tuốc bin cuối sẽ giảm. Do đó khi nâng cao nhiệt độ ban đầu không những tăng hiệu suất nhiệt mà hiệu suất trong tương đối cũng tăng lên.
S
T
Hình 2.10. So sánh các chu trình nhiệt lý tưởng có nhiệt độ hơi ban dầu khác nhau trên giãn đồ T-S
Nếu tiếp tục nâng nhiệt độ ban đầu lên nữa , quá trình bành trướng có lẽ kết thúc ở vùng hơi quá nhiệt. Trong trường hợp này nhiệt độ của nhiệt thải trung bình tăng lên chút ít. Nhưng vì các đường đẳng áp ở vùng hơi quá nhiệt phân kỳ theo hình quạt về phía trên và phía phải, nên nhiệt độ cấp nhiệt trung bình tăng nhanh hơn nhiẹt độ của nhiệt thải, cho nên hiệu suất nhiệt của chu trình cũng tăng lên. Như vậy là, khi tăng nhiệt độ ban đầu của hơi sẽ làm tăng hiệu suất tuyệt đối của chu trình.
- Nâng cao hiệu suất thông qua áp suất cuối.
Độ ngưng nếu giảm áp suất hơi thoát pk khi các thông số hơi ban đầu po và to không đổi sẽ làm giảm nhiệt tụ của hơi, tức là làm giảm nhiệt độ hơi thoát Tk. Nhiệt độ cấp nhiệt trung bình Ttd sẽ giảm không đáng kể. Cho nên khi giảm áp suất cuối bao giờ cũng làm tăng hiệu nhiệt độ trung bình của nhiệt cấp và nhiệt thải ra, tăng nhiệt giáng lý thuyết và tăng hiệu suất nhiệt của chu trình.
Hình 2.11. So sánh các chu trình nhiệt lý tưởng với các áp suất cuối khác nhau trên giãn đồ T-S
T
S
Điều đó có thể khẳng định khi ta nghiên cứu hai chu trình nhiệt chỉ có áp suất cuối khác nhau trên giãn đồ T-S như hình 2.11. Diện tích abcdea (ứng với chu trình thứ nhất) lớn hơn diện tích a’bcde’a’ của chu trình thứ hai với áp suất cuối cao hơn một đại lượng bằng diện tích gạch chéo aa’e’ea. Vậy là nhiệt giáng lý thuyết của chu trình thứ nhất cao hơn chu trình thứ hai.
- Nâng cao hệ suất nhiệt của chu trình bằng cách tăng hiệu suất nhiệt độ giữa nguồn nóng (nhiệt cấp cho lò hơi) và nguồn lạnh (nhiệt trao cho nước tuần hoàn)
Ví dụ:
Tăng áp suất, nhiệt độ hơi ban đầu.
Giảm áp suất cuối (tăng chân không trong bình ngưng).
Áp dụng gia nhiệt nước cấp.
Áp dụng quá nhiệt trung gian.
0
0
1
1
P0
P1
ω1
ω2
P*
Hình 2.12. Dòng chảy trong ống phun
- Nâng cao hiệu suất tương đối của thiết bị bằng cách hoàn thiện cấu tạo của tuabin và máy phát, chủ yếu là giảm bớt các tổn thất trong phân chuyền hơi của tuabin và giảm bớt tổn thất cơ cũng như tổn thất trong máy phát.
2.3. DÒNG CHẢY TRONG CÁC LOẠI ỐNG
2.3.1. Dòng chảy trong ống phun lý tưởng
Phương trình bảo toàn năng lượng viết cho một phân tố của dòng:
di + d ( ) – dp + dl = 0 (2.8)
Áp dụng cho1kg hơi nước lưu động ổn định không có trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài:
- = i0 – i1 (2.9)
Tốc độ của dòng tại cửa ống phun:
c1 = (2.10)
Nếu chất công tác là khí lý tưởng:
c1 = (2.11)
Với = tỉ số áp suất
k: số mũ đoạn nhiệt
2.3.2. Ống tăng tốc
- Ống tăng tốc nhỏ dần
Là ống có tiết diện nhỏ dần làm nhiệm vụ tăng tốc nếu như tốc độ ở cửa vào của dòng chất môi giới nhỏ hơn tốc độ âm thanh.
Tốc độ ở cửa ra
= (2.12)
Đối với ống tăng tốc ,thông thường rất bé so với
= (2.13)
Người ta cũng chứng minh được
= (2.14)
Trong trường hợp môi chất là hơi nước hay một loại khí nào thì:
k = 1,3: nếu là hơ quá nhiệt
k = 1,135: nếu là hơi bão hoà khô
k = 1,035 + 0,1x
Tốc độ ở cửa ra chịu ảnh hưởng của tính chất của chất môi giới, các thông số ban đầu ở cửa vào, và phụ thuộc rất lớn vào mức độ giản nở p2/p1. Nếu càng tăng thì p2 càng giảm co nghĩa là tỉ số p2/p1 phải càng nhỏ.
- Lưu lượng qua ống tăng tốc nhỏ dần.
Theo điều kiện lưu động liên tục và ổn định, tại bất kỳ tiết diện nào của ống thì lưu lượng khối lượng của dòng chất môi giới đều bằng nhau và không thay đổi theo thời gian.
G = (2.15)
Trong trường hợp tổng quát:
G = (J/kg) (2.16)
G = ( kJ/kg)
G = ( kcal/kg)
Nếu chất môi giới là khí lý tưởng
v2 = v1 (2.17)
G = f2
- Ống tăng tốc Laval
Để làm cho chất môi giới tăng tốc từ giá trị ban đầu a thì người ta dùng một ống hỗn hợp, ống này bao gồm đoạn đầu có hình dạng nhỏ dần và đoạn sau có hình dạng lớn dần. Tiết diện ma tại đó có giá trị nhỏ nhất trong toàn bộ ống gọi là cổ ống.
Lưu lượng qua ống:
Gmax = f2 (2.18)
Ta có: Gmin = fmin (2.19)
Thiết kế ống tăng tốc thì f2 được tính:
f2 = (2.20)
2.4. NHẬN XÉT
Trong chương này giới thiệu các thiết bị chính trong dây chuyền hệ thống tận dụng nhiệt dư của nhà máy xi măng. Một số vấn đề về nhiệt động học chất khí cũng như các loại ống phun trong dây chuyền.
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
CỦA TURBINE HƠI
3.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU CHỈNH TURBINE HƠI
Turbine hơi trong nhiệt điện dùng để kéo máy phát điện để sản xuất điện năng. Chất lượng dòng điện càng cao khi tần số dòng điện càng ổn định, nghĩa là tốc độ quay của máy phát càng ổn định. Vì vậy, turbine - máy phát phải làm việc với số vòng quay không đổi để đảm bảo cho tần số của dòng điện luôn luôn ổn định.
Mômen quay của roto turbine do công của dòng hơi sinh ra, còn mômen cản của máy phát do phụ tải điện sinh ra trên các cực của máy phát.
Công suất của turbine được tính theo công thức:
N
i = GHi , [kw] (3.1)
Hoặc Ni = GH0ηtd
Ở đây: H0 là nhiệt dáng lý thuyết của turbine (không kể đến tổn thất) (kJ/kg)
Hi là nhiệt dáng thực tế của turbine
ηtd là hiệu suất trong tương đối của turbine
Từ (3.1) ta thấy công suất turbine tỉ lệ thuận với lưu lượng hơi và nhiệt dáng. Sự cân bằng giữa công suất hiệu dụng trên khớp trục turbine với phụ tải điện được biểu diển bằng phương trình:
Nhd = Nd + Ntt + (Jt + Jmf) (3.2)
Trong đó:
Jt, Jmf: là mô men quán tính của rô to turbine và máy phát,
Nhd: là công suất hiệu dụng trên khớp trục turbine,
Nd: là công suất điện trên các cực của máy phát (phụ thuộc vào phụ tải tiêu thụ bên ngoài)
Ntt: là tổn thất công suất trên các ổ trục và tổn thất nhiệt trong máy phát.
Từ (3.2) ta thấy: Phụ tải trên các cực của máy phát điện Nd phải luôn luôn cân bằng với công Nhd trên trục turbine. Nghĩa là sự thay đổi phụ tải trên các cực của máy phát phải phù hợp với sự thay đổi công suất trên trục turbine. Mỗi giá trị phụ tải xác định trên cực của máy phát tương ứng với một giá trị mô men quay trên trục của turbine, nghĩa là tương ứng với một lưu lương hơi qua turbine. Khi phụ tải thay đổi sẽ tạo ra sự mất cân bằng giữa mô men cản và mô men quay, do đó dẫn đến số vòng quay của rô to thay đổi.
Khi đang ở trạng thái cân bằng, nếu phụ tải Nd của máy phát thay đổi trong khi mô men quay của turbine chưa thay đổi (tức Nhd chưa thay đổi) sẽ tạo ra sự mất cân bằng giữa công suất của turbine và công suất của máy phát, theo (3.2) thì tốc độ Ω turbine - máy phát sẽ thay đổi.
Rõ ràng khi Nd tăng thì số vòng quay Ω giảm đi. Để duy trì Ω = const, cần phải tăng lượng hơi vào turbine để tăng công suất Nhd của turbine lên tương ứng. Tóm lại bất kỳ một sự thay đổi nào của phụ tải điện cũng sẽ kéo theo sự thay đổi số vòng quay của turbine (tốc độ quay của rô to turbine - máy phát). Số vòng quay sẽ thay đổi đến chừng nào mà cơ cấu phân phối hơi chưa làm thay đổi lưu lượng hơi vào turbine, nghĩa là chưa thiết lập được sự cân bằng mới giữa mô men cản của phụ tải điện và mô men quay, tức là giữa công suất của turbine và công suất của máy phát.
Việc phục hồi lại sự cân bằng của phương trình (3.2) với bất kỳ sự thay đổi nào của phụ tải Nd là nhiệm vụ của bộ điều chỉnh tốc độ (tức là điều chỉnh số vòng quay). Bộ điều chỉnh tốc độ được nối liên động với cơ cấu tự động điều chỉnh van phân phối hơi của turbine để điều chỉnh lượng hơi vào turbine phù hợp với phụ tải điện.
Khi phụ tải điện thay đổi, cần phải thay đổi lưu lượng hơi vào turbine để thay đổi công suất turbine cho phù hợp với sự thay đổi phụ tải điện.
Lưu lượng hơi được thay đổi nhờ hệ thống phân phối hơi và hệ thống điều chỉnh của turbine.
3.2. MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TURBINE HƠI
Tốc độ hay công suất của turbine hơi được điều khiển bởi lưu lượng hơi đi vào turbine thông qua việc điều khiển van điện - thuỷ lực. Hệ thống điều tốc là một vòng lặp kín, bất cứ sự sai lệch tốc độ, sai lệch công suất và sai lệch áp suất đều được điều khiển bởi van điều khiển lưu lượng hơi.
Trong hình 3.1 là sơ đồ nguyên lý điều khiển tốc độ của turbine – máy phát. Trong đó: m – khối lượng cánh van điều khiển lưu lượng hơi; A – diện tích của piston; P – áp suất buồng trong buồng của xylanh; PS – áp suất vào của van; Q – lưu lượng vào của xylanh; KA – hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại; KC – hệ số khuếch đại của khâu phản hồi cảm biến vị trí; I – dòng điện điều khiển van servo; e – điện áp điều khiển; x – hành trình của cánh van có khối lượng m; n – số vòng quay của trục turbine; Ω - vận tốc góc của trục turbine; Mmp – momen trên trục của máy phát điện; Qt – lưu lượng hơi vào turbine; KΩ - Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi tốc độ turbine.
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển tốc độ của turbine-máy phát điện
PID
Van servo
+xylanh
Van khí
Turbine
-máy phát
Cảm biến
vị trí
Tốc kế
KA
e
F2
F1
x
Qt
Ω
u
E1
i
E2
-
+
-
Hình 3.2. Sơ đồ khối chức năng của hệ thống điều khiển tốc độ turbine
Từ sơ đồ nguyên lý hình 3.1. ta xây dựng được sơ đồ khối như hình 3.2.
WPID(s)
G1(s)
KQ
G2(s)
Ω(s)
KΩ
Qt(s)
x(s)
u(s)
E2(s)
e(s)
F2(s)
-
+
Từ sơ đồ khối chức năng hình 3.2. ta thiết lập được sơ đồ khối như hình 3.3.
WPID(s)
G1(s).KQ.G2(s)
KΩ
e(s)
E2(s)
u(s)
Ω(s)
F2(s)
-
+
Hay
Sơ đồ dạng thu gọn
WPID(s)
KΩ
e(s)
E2(s)
u(s)
Ω(s)
F2(s)
-
+
W(s)
Hình 3.3. Sơ đồ khối biến đổi hàm truyền Ω(s)/e(s)
Trong đó: WPID((s) – Hàm truyền của bộ điều khiển PID; G1(s) – hàm truyền của cụm van servo – xylanh điều khiển van hơi; G2(s) – hàm truyền của cụm turbine – máy phát; KQ – hệ số quan hệ lưu lượng khí và hành trình đóng mở van hơi.
W(s) = G1(s).KQ.G2(s) (3.3)
3.2.1. Cụm van servo - xylanh điều khiển van hơi
Mô hình nghiên cứu được thiết lập như hình 3.4, đây là một hệ thống tự động thủy lực chuyển động tịnh tiến điều khiển bằng cụm servo – xylanh.
u
E1
-
+
Bộ khếch đại KA
Van servo KV
Cụm pittông
và van hơi
Cảm biến vị trí
i
Q
x
Hình 3.4. Sơ đồ mạch điều khiển cụm van servo – xylanh điều khiển van hơi
Nếu bỏ qua biến dạng đàn hồi của dầu trong các buồng làm việc của xylanh và đường ống; không tính đến ảnh hưởng của lực ma sát; van servo và bộ khuếch đại được coi là các khâu khuếch đại. Ta có các phương trình sau:
(3.4)
; E1.KA=I (3.5)
Trong đó:
KV: hệ số khuếch đại của van servo;
K0: hệ số thoát dầu của van servo
Phương trình Laplace của (3.4) sẽ là :
Q(s) = KV.i(s)-K0.p(s) = A.S.x(s)
A.p(s) = m.S2.x(s) (3.6)
E1(s).KA = i(s)
KA
KV
K0
i(s)
E1(s)
p(s)
x(s)
a)
Từ (3.5) ta lập được sơ đồ khối như hình 3.5.
E1(s)
x(s)
b)
a)
Hình 3.5. Sơ đồ khối biến đổi hàm truyền x(s)/E(s)
a – Sơ đồ dạng tổng quát; b – Sơ đồ dạng thu gọn
E1(s)
x(s)
KC
u(s)
+
-
Hình 3.6. Sơ đồ khối của cụm van servo – xylanh điều khiển van hơi
Vậy ta có sơ đồ khối của cụm van servo – xylanh điều khiển van hơi như hình 3.6.
Vậy ta có hàm truyền: (3.7)
Đặt: ; ; (3.8)
Hàm truyền (3.6) được viết lại dưới dạng (3.9) như sau:
(3.9)
Hàm truyền (3.9) là một khâu dao động (hệ bậc 2). Khi ổn định thì
(3.10)
3.2.2. Cụm turbine – máy phát
Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý của cụm turbine – máy phát
Mô hình nghiên cứu được thiết lập như hình 3.7.
Ta có các phương trình như sau:
- Phương trình lưu lượng: (3.11)
- Phương trình mô men:
(3.12)
Trong đó: Dt – thể tích của khối turbine.
Dt0 – thể tích trên 1 rad, .
Jt – giá trị mô men quán tính khối lượng của trục rôto của turbine và máy phát.
ft – hệ số ma sát trên trục của turbine và máy phát.
Kmp – hệ số tỷ lệ mô men của máy phát.
Ω = 2π.n – vận tốc gốc của trục turbine.
R – hệ số tổn thất hơi.
- hệ số đàn hồi của hơi trong turbine.
B – Mô đun đàn hồi của hơi.
Nếu chuyển qua laplace thì các phương trình (3.11) và (3.12) thành các phương trình (3.13) và (3.14) như sau:
Qh(s) = Dt0.Ω(s)+(R+C.S).ph(s) (3.13)
Dt.ph(s) = (Jt.S+ft).Ω(s)+Mmp(s) (3.14)
Từ đó ta có sơ đồ khối như hình 3.8.
Ω(s)
Qh(s)
+
Mmp(s)
Dt
Ph(s)
-
-
Hay
Ω(s)
Qh(s)
+
-
Hình 3.8. Sơ đồ khối của cụm turbine – máy phát
Vậy hàm truyền
(3.15)
Hàm truyền (3.14) là một khâu dao động hệ bậc 2
Trong đó: ;
Khi hoạt động ổn định hoặc gần ổn định thì
hay (3.16)
Vậy ta có hàm truyền W(s) của bộ điều tốc turbine là :
W(s) = G1(s).KQ.G2(s) = (3.17)
=
Trong đó: Ks = KxKtKQ
3.2.3. Xấp xỉ hàm truyền của quá trình điều tốc
Ta thấy cụm turbine – máy phát có khối lương rất lớn so với cụm servo – xylanh điều khiển van hơi và nó ảnh hưởng rất lớn tới bộ điều khiển tốc độ turbine.
Do đó ta có thể bỏ qua khối lượng m của cánh van điều khiển lưu lượng hơi vào turbine. Từ các phương trình (3.7) ta có các phương trình như (3.18)
(3.18)
Với: ;
Từ phương trình (3.15) ta phân tích như phương trình (3.19)
(3.19)
Với: ;
Thay (3.18) và (3.19) vào (3.3) ta có:
W(s) = G1(s)KQG2(s) = (3.20)
Theo K. Gowrishankar, Vasanth Elancheralathan
Rajiv Gandhi College Of Engg. & tech., Puducherry, India
Với: KW = 1; α3=0; α2=1; α1=5 thì (3.20) sẽ là:
(3.21)
3.3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
3.3.1. Giới thiệu
Thuật toán điều khiển PID hầu hết được sử dụng cho vòng lặp có phản hồi. Bộ điều khiển PID có thể thể hiện dưới nhiều hình thức. Nó có thể được thể hiện như một bộ điều khiển độc lập hoặc là một phần của hệ thống điều khiển số trực tiếp (DDC) hay hệ thống điều khiển phân tán.
Ngày nay, hơn một nửa các bộ điều khiển trong công nghiệp là sử dụng bộ điều khiển PID vì nó có cấu trúc đơn giản và tin cậy. Dưới đây là một sơ đồ đơn giản minh hoạ mô hình bộ điều khiển PID hình 3.9.
Phản hồi
P
I
D
Tín hiệu vào
Tín hiệu ra
Hàm truyền
ε
Hình 3.9. Sơ đồ minh họa mô hình điều khiển PID
Hàm truyền của bộ điều khiển PID là:
WPID(t) = KP hay (3.22)
Với r(t) là tín hiệu vào, c(t) là tín hiệu ra; KP, KI, KD là các hệ số tỷ lệ, tích phân, đạo hàm. TI là hằng số tích phân,TD là hằng số vi phân. Rõ ràng r(t) phụ thuộc vào các tham số KP, TI, TD của bộ điều khiển PID và do đó chất lượng tín hiệu của hệ thống cũng phụ thuộc theo.
Bộ điều khiển PID tương tự được thể hiện như sơ đồ khối hình 3.10
R(s)
C(s)
Hàm truyền
ε
+
-
Hình 3.10 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID
3.3.2. Tối ưu hoá bộ điều khiển PID
Nếu một hệ thống quá phức tạp mà mô hình toán học của nó không thể dễ dàng có được. Tuy nhiên, khi áp dụng các mô hình toán học đã được nghiên cứu kỹ lưỡng đăng tải trên báo cũng gặp phải những khó khăn do có rất nhiều điều kiện và thông số trong đó được lựa chọn chủ quan. Đối với các nhà máy sản xuất hiện đại được xây dựng gần đây thì không có nhà tích hợp nào đủ thời gian và công sức để có thể xây dựng mô hình toán học tính toán các thông số PID.
Quá trình lựa chọn các tham số điều khiển để đáp ứng cho hiệu suất chi tiết kỹ thuật này được gọi là bộ điều chỉnh Ziegler và Nichols đề nghị điều chỉnh các quy tắc cho các bộ điều khiển PID (có nghĩa là đặt các giá trị Kp, Ti, và Td) dựa trên phản ứng bước thử nghiệm hoặc dựa trên giá trị của Kp rằng kết quả trong sự ổn định biên tại sao chỉ có những hành động kiểm soát tỷ lệ được sử dụng. Ziegler và Nichols đưa ra những quy tắc sau rất thuận tiện. (Những quy tắc có thể, tất nhiên, được áp dụng cho việc thiết kế các hệ thống được biết đến với mô hình toán học) Ziegler-Nichols điều chỉnh các quy tắc cho các bộ điều khiển PID. Ziegler-Nichols đề xuất quy định để xác định giá trị của việc đạt được tỷ lệ Kp, thời gian tách rời Ti và Td dựa vào những đặc trưng tần số đã cho. Như xác định các tham số của bộ điều khiển PID hay điều chỉnh của bộ điều khiển PID có thể được thực hiện bởi các kỹ sư bằng cách thử nghiệm trên các đối tượng khác nhau….
Có hai phương pháp gọi là các quy tắc điều chỉnh Ziegler-Nichols. Trong cả hai phương pháp, chúng ta lấy 25% là độ vọt lố tối đa, hình 3.11.
Hình 3.11. Độ vọt lố tối đa 25%
3.3.2.1. Phương pháp thứ nhất
Trong phương pháp đầu tiên, chúng tôi có được thực nghiệm dựa vào đáp ứng quá độ của đầu vào, như trong hình 3.8 áp dụng cho các hàm nấc có dạng hình S như trong hình 3.9. Các đường cong hình chữ S có thể được đặc trưng bởi hai hằng số, thời gian trễ L và thời gian không đổi T. Thời gian chậm trễ và thời gian liên tục được xác định bằng cách vẽ một đường cắt tiếp xúc tại điểm uốn của S-đường cong hình và xác định các nút giao thông của đường ốp với trục thời gian và dòng C(t) = K, như trong hình 3.12. Hàm truyền C(s)/U(s) có thể được xác định bởi;
C(s)/U(s)=K.e-Ls/(T.s+1)
Ziegler và Nichols gợi ý để thiết lập các giá trị của Kp, Ti, Td và theo công thức được hiển thị trong bảng 3.1. Chú ý rằng bộ điều khiển PID điều chỉnh theo phương pháp đầu tiên của Ziegle-Nichols quy định cho phép.
Hinh 3.12. Hàm nấc thang
Hình 3.13. Thời gian dao động ổn định
Bảng 3.1. Thông số bộ đi ều khiển P,PI,PID được chọn
Loại điều khiển
Kp
Ti
Td
P
T/L
0
PI
0,9.T/L
L/0,3
0
PID
1,2.T/L
2L
0.5L
WPID(s)=Kp(1+1/Ti.s+Td.s) =1,2.T/L(1+1/2Ls+0.5Ls) = 0,6. (s+1/L)2 /s
Vì thế, bộ điều khiển PID có một cực ở nguồn gốc và zeros đôi lúc s =- 1 / L
3.3.2.2. Phương pháp thứ hai
Trong phương pháp thứ hai, chúng tôi lần đầu tiên đặt Ti = ∞ và Td = 0.
C(s)
R(s)
Hàm truyền
ε
+
-
KP
Hình 3.14. Hệ thống chu trình kín với bộ điều khiển tỉ lệ
Dựa vào các thông số điều khiểu PID hình 3.13., Kp tăng từ 0 đến một giá trị quan trọng Kcr, khi đó đáp ứng của hệ thống được sác lập là đao động ổn định (Nếu đầu ra không duy trì dao động có thể mất giá trị Kp, sau đó phương pháp này không áp dụng.). Như vậy, đạt được Kcr và khoảng thời gian tương ứng Pcr được thực nghiệm xác định xem hình 3.14. Ziegler và Nichols gợi ý rằng chúng tôi thiết lập các giá trị của các tham số Kp, Ti, Td và theo công thức được hiển thị trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Ziegler-Nichols điều chỉnh dựa trên nguyên tắc quan trọng đạt được Kcr va Pcr thời kỳ quan trọng (phương pháp thứ hai).
Loại điều khiển
Kp
Ti
Td
P
0,5Kcr
∞
0
PI
0,45Kcr
(1/1,2).Pcr
0
PID
0,6Kcr
0,5.Pcr
0,125.Pcr
Bộ điều khiển PID điều chỉnh theo phương pháp thứ hai của Ziegler-Nichols cho quy tắc.
WPID(s)=Kp(1+1/Ti.s+Td.s)
=0,6.Kp(1+1/0,5.Pcr.s+0,125.Pcr.s)
=0,075.KcrPcr(s+4/Pcr)2/s
Ω(s)
e(s)
WPID(s)
E2(s)
+
-
Gc(s)
Hình 3.15. Bộ điều khiển PID điều khiển tốc độ turbine
KΩ
Ta có sơ đồ khối bộ điều khiển PID cho tốc độ turbine như hình 3.15
Khi cho Ti = ∞ và Td = 0, KΩ=1, ta nhận được hàm truyền thu gọn như sau :
Phương trình đặc trưng cho hệ thông vòng lặp kín là:
s3 + 6s2 + 5s + Kp = 0
Theo tiêu chuẩn ổn định của Routh, giá trị Kp để hệ thống ổn định được xác định theo bảng 3.3.
Bảng 3.3. Bảng tiêu chuẩn ổn định Routh
s3
1
5
s2
6
Kp
s1
(30-Kp)/6
0
s0
Kp
0
Bằng cách quan sát hệ số của cột thứ nhất, dao động duy trì xảy ra nếu Kp=30.
Do đó hệ số giới hạn Kcr = 30.
Như vậy phương trình đặc trưng trở thành:
s3 + 6s2 + 5s + 30 = 0
Tần số của dao động ổn định có thể được xác định bằng cách thay thế s bởi jω. Khi đó phương trình đặc trưng trở thành:
(jω)3 + 6(jω)2 + 5(jω)+ 30 = 0
Hay : 6(5-ω2) + jω(5-ω) = 0
Từ đó ω2=5 hay ω=
Vậy chu kỳ dao động ổn định là: =2.809
Từ phương pháp thứ hai của Ziegler-Nichols, các tham số Kp, Ti, Td được chọn như bảng 3.4.
Bảng 3.4. Chọn các tham số Kp, Ti, Td
Loại điều khiển
Kp
Ti
Td
P
0,5Kcr
∞
0
PI
0,45Kcr
(1/1,2).Pcr
0
PID
0,6Kcr
0,5.Pcr
0,125.Pcr
KP = 18
Ti = 0.5x2.8099=1.405
Td=0.125x2.8099=0.35123
Từ đó ta có hàm truyền của bộ điều khiển PID là:
WPID(s)=Kp(1+1/Ti.s+Td.s)=
Từ hàm truyền này ta thấy rằng bộ điều khiển PID có đôi cực tại s=-1.4235
Từ đó ta có sơ đồ khối bộ điều khiển PID như hình 3.16.
E2(s)
e(s)
Ω(s)
+
-
Gc(s)
Bộ điều khiển PID
Hình 3.16. Sơ đồ điều khiển PID
KΩ
Sử dụng hàm trong MATLAB để tính toán hàm truyền thu gọn của sơ đồ khối trên như sau:
>> num1=[0 6.3223 17.999 12.8089];
>> den1=[0 0 1 0];
>> num2=[0 0 0 1];
>> den2=[1 6 5 0];
>> [num,den]=series(num1,den1,num2,den2);
>> printsys(num,den)
Kết quả thu được
num/den =
6.3223 s^2 + 17.999 s + 12.8089
-------------------------------
s^4 + 6 s^3 + 5 s^2
Sơ đồ khối được thu gọn như hình 3.17.
e(s)
Ω(s)
+
-
Hình 3.17. Sơ đồ khối được thu gọn
KΩ
Sử dụng hàm MATLAB tính toán toàn bộ hàm truyền có phản hồi như sau
>> num1=[0 0 6.3223 17.999 12.8089];
>> den1=[1 6 5 0 0];
>> num2=[0 0 0 0 1];
>> den2=[0 0 0 0 1];
>> [num,den]=feedback(num1,den1,num2,den2);
>> printsys(num,den)
Ta nhận được kết quả
num/den =
6.3223 s^2 + 17.999 s + 12.8089
----------------------------------------------
s^4 + 6 s^3 + 11.3223 s^2 + 17.999 s + 12.8089
Ta có hàm truyền đầy đủ hệ thống vòng lặp kín như sau
Đáp ứng cho bước nhảy đơn vị của hệ thống này có thể nhận được bằng MATLAB
>> num=[0 0 6.3223 18 12.8];
den=[1 6 11.3223 18 12.8];
step(num,den);
grid;
>> title('Dap ung cho thang don vi cua he thong duoc thiet ke');
Hình 3.18. Đáp ứng cho hàm thang đơn vị
Từ đồ thị của đáp ứng ở hình 3.18. ta nhận thấy hệ thống cần phải được cải thiện thêm.
3.3.3. Phân tích thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp cổ điển
Từ đồ thị trên chúng ta có thể phân tích đáp ứng đáp ứng của hệ thống. Điểm zero và điểm cực của hệ thống có thể tính toán bằng cách sử dụng hàm MATLAB "tf2zp". Chúng ta có thể phân tích nó thông qua các thông số sau:
- Thời gian trể td
- Thời gian lên tr
- Thời gian điểm cao nhất tp
- Độ vọt lố tối đa Mp
- Thời gian thiết lập ts
Thời gian trể (td)của hệ thống trên là thời gian cần thiết đạt được 50% của thời gian đáp ứng xác lập, khoảng 0.5 giây.
Thời gian lên (tr)là thời gian cần thiết để đáp ứng của hệ thống tăng từ 5% đến 95% giá trị xác lập của nó, khoảng 1.75 giây.
Thời gian điểm cao nhất (tp) là thời gian cần thiết để đạt đỉnh đầu tiên của độ vọt lố, khoảng 2.0 giây.
Độ vọt lố tối đa Mp của hệ thống xấp xỉ 60%.
Thời gian thiết lập ts khoảng 10.2 giây.
Từ những phân tích trên, hệ thống chưa được hiệu chỉnh tối ưu. Ở đây chúng ta có thể cải thiện hệ thống bằng cách tìm điểm zero điểm cực. Điểm zero và điểm cực có thể được tính bằng cách sử dụng hàm MATLAB như sau:
>> num=[0 0 6.3223 17.999 12.8089];
>> den=[1 6 11.3223 17.009 12.8089];
>> [z,p,k]=tf2zp(num,den)
Kết quả:
z =
-1.4387
-1.4082
p =
-4.0478
-0.3532 + 1.5542i
-0.3532 - 1.5542i
-1.2457
k =
6.3223
Từ kết quả trên ta thấy rằng hệ thống ổn định từ tất cả những điểm cực nằm về phía bên trái mặt phẳng s. Để đáp ứng tối ưu hơn nữa thì hàm truyền của bộ điều khiển PID cần phải được xem xet lại.
Hàm truyền của bộ điều khiển PID là:
Bộ điều khiển PID có một zero kép là -1.4235. Bằng cách thử, ta giử giá trị Kp=18 và thay đổi vị trí của đôi zero từ -1.4235 đến -0.65
Bộ điều khiển PID mới có thông số như sau
Tính toán bằng MATLAB ta thu được hàm truyền của hệ thống điều tốc không có phản hồi là, =
Từ đó ta có hàm truyền của bộ điều tốc có phản hồi là
Đáp ứng của hệ thống được minh hoạ bằng đồ thị hình 3.19.
Hình 3.19. Đáp ứng của hệ thống được cải thiện
Đáp ứng của hệ thống mới đã được cải thiện một phần nào đó. Độ vọt lố tối đa đã giảm xuống xấp xỉ 18%. Thời gian thiết lập cũng được cải thiện từ 14 giây xuống còn 6 giây. Thời gian điểm cao nhất và thời gian trể cũng đã tăng lên. Các thông số của bộ điều khiển PID mới có thể tính toán như là Kp=18, Ti=3.007 và Td=0.7692.
Để cải thiện hệ thống hơn nữa ta tăng giá trị Kp tới 39.42, cặp zero vẫn là s = -0.65. Ta có hàm truyền mới của bộ điều khiển PID như sau:
Từ đó ta có hàm truyền mới của bộ điều tốc có phản hồi là
Đáp ứng của hệ thống như thể hiện như sau:
Hình 3.20. Tối ưu hoá đáp ứng của hệ thống
Đáp ứng trên cho thấy hệ thống đã được cải thiện đáng kể. Đáp ứng nhanh hơn so với hình ....Độ vọt lố tối đa tăng lên khoảng 22%, điều này có thể chấp nhận được vì nhỏ hơn 25%, thời gian thiết lập vẫn là 6 giây. Thời gian điểm cao nhất, thời gian trể cũng được cải thiện.
3.4. CHỈNH ĐỊNH MỜ THAM SỐ PID CHO BỘ ĐIỀU TỐC TURBINE HƠI
Hầu hết các bộ điều khiển tốc độ turbine đều sử dụng bộ điều khiển PID, các bộ điều khiển này chưa tối ưu hoặc ít bền vững đối với sự thay đổi các tham số trong quá trình vận hành. Tốc độ của turbine hơi bị ảnh hưởng bởi quá nhiều thông số, và các thông số này thay đổi liên tục trong quá trình vận hành (áp suất hơi, lưu lượng hơi, tải của lưới, nồi hơi,...) nên sử dụng bộ điều khiển mờ là một trong những phương pháp so sánh để lựa chọn phương pháp điều khiển có chất lượng cao và đáp ứng với sự thay đổi các tham số trong quá trình vận hành.
3.4.1. Chỉnh định mờ tham số PID cho bộ điều tốc
Cơ sở phương pháp này là dựa vào việc phân tích sai lệch e(t) và đạo hàm của sai lệch de(t)/dt, các tham số KP, TI, TD của bộ điều khiển PID sẽ được tự động chỉnh định theo phương pháp chỉnh định mờ của Zhao, Tomizuka và Isaka...Nguyên tắc chung là bắt đầu bằng các giá trị KP, TI, TD theo Zeigler-Nichols, sau đó dựa vào đáp ứng và thay đổi dần để tìm ra hướng chỉnh định thích hợp.
Hình 3.21. Sơ đồ điều khiển sử dụng PID mờ điều khiển tốc độ turbine
KP
+
-
Bộ FUZZY
Bộ PID
Servo Motor
Turbine
KI
KD
Bộ chỉnh định mờ tham số PID
de(t)/dt
Thiết kế khâu FUZZY được thể hiện trong hình 3.22.
Hình 3.22. Khối thiết kế khâu FUZZY
+ Xác định biến ngôn ngữ:
Bộ điều khiển mờ có hai đầu vào là sai lệch e(t) và đạo hàm của sai lệch de(t)/dt, giá trị đầu ra là các thông số Kp, Ki, Kd.
Số lượng biến ngôn ngữ
- Biến đầu vào:
Với các kí hiệu tương ứng sau:
NB: âm nhiều, NS: âm ít, ZE: zero, PS: dương ít, PB: dương nhiều
e = {âm nhiều, âm ít,zero,dương ít,dương nhiều}
e = {NB,NS,ZE,PS,PB}
de/dt = { âm nhiều, âm ít,zero,dương ít,dương nhiều }
de/dt = { NB,NS,ZE,PS,PB }
Hàm liên thuộc của e (ký hiệu ET) và de/dt (ký hiệu DET) như hình 3.23. và hình 3.24.
Hình 3.23. Hàm liên thuộc của e(t)
- Biến đầu ra:
Giả sử phạm vi bến của các các thông số KP, Ki và Kd của bộ điều khiển PID trong khoảng [KPmin, KPmax], [Kimin, Kimax], và [Kdmin, Kdmax]. Dãi của mỗi thông số được xác định dựa trên kết quả bộ điều khiển PID cổ điển để có được hiệu quả tốt nhất. Phạm vi của mỗi thông số được chọn là:
KPÎ[10, 100], KiÎ[5, 50] và KdÎ[5, 50]
Hình 3.24. Hàm liên thuộc của de(t)
Ta đặt :
Từ đó ta có: , và
Với các kí hiệu tương ứng sau:
S: nhỏ, M:nhỏvừa, M:vừa, M:lớn vừa,B:lớn.
K’p = {nhỏ,nhỏ vừa,trung bình,lớn vừa,lớn} = {S,MS,M,MB,B}
K’i = {nhỏ,nhỏ vừa,trung bình,lớn vừa,lớn} = {S,MS,M,MB,B}
K’d = {nhỏ,nhỏ vừa,trung bình,lớn vừa,lớn} = {S,MS,M,MB,B}
Hình 3.25. Hàm liên thuộc của K’p, K’i v à K’d
Hình 3.25. Hàm liên thuộc của K’p, K’i v à K’d
+ Xây dựng luật hợp thành
Luật i: Nếu e(t) là A1i và de(t) A2i thì Kp’=Bi và Ki’=Ci và Kd’=Di.
Với i=1,2,3,…n, trong đó n là số luật. Với năm tập mờ của mỗi đầu vào, ta xây dựng được 5x5=25 luật điều khiển.
Bảng 3.5. Các luật hợp thành mờ
e
De
NB
NS
ZE
PS
PB
NB
S
S
MS
MS
M
NS
S
MS
MS
M
MB
ZE
MS
MS
M
MB
MB
PS
MS
M
MB
MB
B
PB
M
MB
MB
B
B
- Chọn luật điều khiển:
Chọn luật hợp thành max-min, phương pháp giải mờ trọng tâm.
Biểu diễn luật điều khiển thể hiện trong không gian
Hình 3.26. Biểu diển luật điều khiển KP’, Ki’, Kd’ trong không gian
3.4.2. Kết quả mô phỏng
Hình 3.27. Mô hình hóa bộ điều khiển tốc độ trong Matlab-Simulink
Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink, thực hiện mô phỏng quá trình với bộ điều khiển PID kinh điển và bộ điều khiển mờ PID hình 3.27. So sánh các đáp ứng thu được như ở hình 3.28.
Hình 3.28. Đáp ứng đầu ra với đầu vào là hàm thang đơn vị
3.5. NHẬN XÉT
Đã xây dựng được mô hình điều tốc turbine hơi, viết hàm truyền cho bộ điều tốc. So sánh bộ điều khiển PID cổ điển so với điều khiển mờ ta thấy rằng đáp ứng của bộ điều khiển PID mờ nhanh hơn bộ điều PID khiển kinh điển, độ vọt lố của bộ điều khiển PID mờ cũng tốt hơn.
Bộ điều khiển PID cổ điển không đáp ứng được sự thay đổi các tham số trong quá trình vận hành, chỉ có bộ điều khiển PID mờ là đáp ứng được sự thay đổi các thông số đó.
CHƯƠNG 4
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG WIN CC PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO
4.1. GIỚI THIỆU
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm ứng dụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của một hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất. Việc sử dụng những bộ điều khiển lập trình PLC riêng lẻ không đáp ứng yêu cầu điều khiển của một hệ SCADA, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (Human Machine Interface – Giao diện người và máy). Trong lĩnh vực tự động hoá trong công nghiệp, WinCC là một trong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng Siemens để quản lý, thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp. Chương trình dùng để điều hành các nhiệm vụ của màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hoá sản xuất và quá trình. Hệ thống này cung cấp các modul chức năng thích ứng trong công nghiệp về: Hiển thị hình ảnh, thông điệp, lưu trữ và báo cáo.
4.1.1. Soạn thảo projec WINCC
Giới thiệu những đặc tính cơ bản của WinCC và cung cấp một cách tổng quan về các bước soạn thảo một dự án Project trong WinCC.
Chọn Computer nhấp chuột phải chọn Properties
Bước1: Khởi động
Chọn Start/Programs/SIMATIC/WinCC/
Window Control center.
Bước2: Tạo dự án mới (New Project)
Hộp thoại WinCC Explorer xuất hiện, có 3 sự lựa chọn:
- Single-User Project. Dự án thực hiện trên máy đơn
- Multi-User Project.
- Multi-Client Project.
Hoặc Open an Existing Project sau đó tìm đến tập tin có đuôi “.mcp”.
Đặt tên cho dự án trong khung Project Name và chọn đường dẫn cho thư mục xắp tạo.
Nhấp chọn Create cửa sổ soạn thảo WinCCExplorer của dự án được mở.
Trong hộp thoại Computer properties vẫn giữ thiết lập như mặc định, trong khung Computer Name đặt tên COMPUTER. Chọn OK.
4.1.2. Chọn PLC hoặc Drivers từ Tag Management
Để thiết lập sự kết nối truyền thông giữa WinCC với các đối tượng cấp dưới cần có một mạng liên kết chúng với nhau trong việc trao đổi dữ liệu. Do đó cần chọn một Driver. Việc chọn Driver phụ thuộc vào loại PLC sử dụng. Với dòng SIMATIC PLC của Siemens, có khoảng vài trăm đến vài nghìn điểm nhập, xuất.
Driver: Là giao diện liên kết giữa WinCC và PLC (Programable Logic Control).
Trong dự án SCADA, nhấp chuột phải vào thư mục Tag Management, chọn Add New Driver.
Bước 3: Kết nối với PLC
Hộp thoại Add New Driver xuất hiện cho phép chọn mạng kết nối giữa WinCC và PLC.
Chọn Driver thích hợp và nhấn Open.
Driver mới xuất hiện bên dưới biệu tượng “TagsManager”. Nick chuột phải vào mạng con của Driver mới. Chọn New Driver Connection
Hộp thoại “Connection Properties” xuất hiện, trong khung Name đặt tên “PLC1”, nhấp OK.
Để tạo sự kết nối các thiết bị trên một dự án trong WinCC, trước tiên phải tạo các Tags trên WinCC. Tags được tạo dưới Tags Management.
Gồm có Tags nội và Tags ngoại:
- Tags Internal (Tags nội): Là Tag có sẵn trong WinCC. Những Tags nội này là những vùng nhớ trong của WinCC, nó có chức năng như một PLC thực sự.
- Tags External (Tags ngoại): Là Tag quá trình, nó phản ảnh thông tin địa chỉ của hệ thống PLC khác nhau.
Các Tags có thể được lưu trong bộ nhớ PLC hoặc trên các thiết bị khác nối với PLC thông qua các Tags.
Tạo những nhóm Tags Groups (nhóm Tags) thiết bị: Khi dự án có một có một khối lượng lớn dữ liệu với nhiều Tags, thì ta có thể nhóm các Tags này thành một nhóm biến sao cho thích hợp theo đúng qui cách.
Bước4: Tạo Tags
- Tạo Tags Internal
Tạo Tags nội bằng cách nhấp phải vào Internal Tag, chọn New Tag.
Tags Group là những cấu trúc bên dưới sự kết nối PLC, có thể tạo nhiều Tags Group và nhiều Tags trong mỗi nhóm Tags nếu cần.
Hộp thoại Tag Properties xuất hiện, đặt tên biến và chọn dữ liệu cho phù hợp với mỗi kiểu thiết bị.
Chọn OK.
Vùng dữ liệu Tag, chọn vùng dữ liệu “BitMemory”
Xem dạng địa chỉ “Word” và MW “0” đã được thiết lập. Chọn “OK”.
Đánh dấu vào ô “Linear Scaling” để tạo ra vùng giá trị, nhập “Process Value Range” và “Tag Value Range”
- Tạo Tags quá trình
Để tạo Tags quá trình , nhấn nút chuột phải vào kết nối với PLC đã được thiềt lập. Chọn “New Tag”
Hộp thoại “Tag properties” xuất hiện.
Chọn OK để kết thúc.
- Tạo nhóm Tags
Nhóm Tags có thể xắp xếp lại theo các kết nối logic của PLC. Nhấn nút chuốt phải vào kết nối PLC cần tạo.
Nhấn vào “New Group”
Hộp thoại “Properties of tag group” xuất hiện
Nhập tên nhóm tag vào ô “Name”
Nhấn “OK”.
Nhóm Tags mới xuất hiện dưới kết nối PLC cần tạo với tên vừa đặt.
4.1.3. Hiệu chỉnh hình ảnh qúa trình (Process Picture)
4.1.3.1. Tạo hình ảnh quá trình
- Tạo hình ảnh quá trình.
Bước 5: Tạo hình ảnh
Ta có thể đổi tên cho “hình ảnh” vừa tạo bằng cách nhấn chuột phải vào “NewPdl0.pdl”. Chọn “Rename picture” và nhập tên tùy ý.
Để tạo hình ảnh đầu tiên phải mở giao diện đồ hoạ bằng cách nhấp phải mục Graphics Designer, từ menu xổ xuống nhấp chọn New picture xuất hiện một tập tin ở bên phải cửa sổ WiCCExplorer có tên “NewPdl0.pdl”. Nếu một dự án có nhiều giao diện đồ họa để hiển thị thì cần tạo nhiều New picture.
Để mở một Graphics Designer với ảnh mới thiết lập, ta nhấn đúp vào “NewPdl0.pdl” trong cửa sổ con bên phải trong WinCC Explorer. Cách khác nhấn chuột phải vào biểu tượng vứa thiết lập chọn “Open Picture” trong pop-up menu.
4.1.3.2. Cửa sổ Graphic Desiger
Menu Bar: chứa tất cả các lệnh gọi menu cho cửa sổ Graphics Designer.
Standard Toolbar: chứa các nút để thực hiện các lệnh thông thường.
Font Palette: cho phép thay đổi kiểu font, kích cỡ, màu sắc trong đối tượng.
Color Palette: Gán màu cho đối tượng. Gồm 16 màu tiêu chuẩn
Zoom Palette: thiết lập tỉ lệ phóng to thu nhỏ cho cửa sổ hiện hành. Tỷ lệ tiêu chuẩn là: 8,4,1,1/2,1/4.
Object Palette: chứa các đối tượng tiêu chuẩn: Polygon, Ellipse, Rectagle…..
Style Palette: các thay đổi hình dạng của đối tượng như: chiều rộng, đường biên , màu tô..
Alignment Palette: cho phép thay đổi vị trí tuyệt đối của một hay nhiều đối tựơng, thay đổi vị trí tương đối của các đối tượng, tiêu chuẩn độ cao, độ rộng của nhiều đối tựơng
Layer Palette: Dùng để chọn lớp từ 0 đến 15. mặc định là lớp 0.
4.1.3.3. Tạo nút nhấn
Từ bảng đối tượng Object Palette, nhấp vào dấu “+” mục Windows Object chọn Button và di chuyển con trỏ ra màn hình đặt đến vị trí cần thiết. Có thể vẽ kích cỡ nút nhấn mong muốn. Khi nhả chuột ra hộp thoại Button Configuration xuất hiện. Ở khung Text đặt tên nút nhấn tuỳ ý. Nhấp chọn Font chữ và màu sắc nút nhấn.
Để chọn file hình ảnh khi nhấn nút file hình đó sẽ chuyển đến, bằng cách nhấp vào biểu tượng trên hộp thoại Button Configuration, hộp thoại Pictures mở chọn file ảnh và nhấp chọn OK. Tiếp tục nhấp OK trên hộp thoại Button Configuration để kết thúc việc lựa chọn.
Ở khung Text đặt tên cho nút nhấn. Nhấp chọn Font chữ và màu sắt nút nhấn.
Để chọn file hình ảnh khi nhấn nút file hình đó sẽ chuyển đến, bằng cách nhấp vào biểu tượng trên hộp thoại Button Configuration, hộp thoại Pictures mở chọn file ảnh và nhấp chọn OK. Tiếp tục nhấp OK trên hộp thoại Button Configuration để kết thúc việc lựa chọn.
Để lưu các file ảnh, nhấp chọn File > Save hoặc nhấp biểu tượng Save trên thanh công cụ.
4.1.3.4. Thiết lập thuộc tính chạy thực.
Để chạy ứng dụng, cần đặt chế độ Runtime từ cửa sổ WinCCExplorer.
Thiết lập điều kiện Runtime
Nhấp phải chọn Computer trong của sổ soạn thảo hoặc biểu tượng máy tính bên phải cửa sổ, từ menu xổ xuống chọn Properties.
Tại khung thuộc tính Window Attributes kéo thanh trượt nhấp chọn: “Title”, “Maxximize” và “Adapt picture”. Sau đó nhấp Ok để kết thúc việc lựa chọn
4.2. GIỚI THIỆU GIAO DIỆN CỦA HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT DƯ
Hệ thống thu hồi nhiệt dư được thiết kế và riêng biệt và độc lập với các công đoạn sản xuất của nhà máy.
Sau đây tôi xin giới thiệu một số giao diện chính của các công đoạn vận hành của hệ thống thu hồi nhiệt. Chức năng và nhiệm vụ của các thiết bị trong hệ thống.
Mô hình tổng quát hệ thống thu hồi nhiệt phục vụ cho công tác đào tạo cán kỹ thuật cung như công nhân vận hành trong nhà máy, mô phỏng quá trình chạy của dây chuyền, các chế độ vận hành khác nhau…Được áp dụng trong dự án của nhà máy thể hiện như hình 4.1.
Hình 4.1. Mô phỏng tổng quan hệ thống thu hồi nhiệt dư làm máy phát điện
4.3. GIỚI THIỆU CHI TIẾT CÁC MÀN HÌNH GIAO DIỆN
4.3.1. Nồi hơi SP, AQC
Hệ thống nồi hơi SP, AQC được thể hiện như hình 4.2
Hình 4.2. Hệ thống nồi hơi SP, AQC
Bảng 4.1. Chức năng và nhiệm vụ của các thiết bị trong sơ đồ hình 4.2.
STT
Tên Thiết Bị
Nhiệm vụ – chức năng
1
B203 - Bình tập trung hơi
Lấy hơi từ 2 bình B201-3 & B301-3 để dẫn vào phần quá nhiệt của nồi hơi SP
2
B202 – Bình Chia nước
Lấy nước nóng từ phầm tiết kiệm nhiệt của SP để chia làm 2 ngả vào hai bình B201-3 & B301-3
3
(B201-3) – Bình tách hơi
Tách hơi ra khỏi nước đã làm nóng ban đầu và đưa vào bình B203
4
(B301-3) – Bình tách hơi
Tách hơi ra khỏi nước đã làm nóng ban đầu và đưa vào bình B203
5
Van LV201
Điều chỉnh lượng nước từ B202 vào B201-3 (%) (Từ 0 – 100%)
6
Van LV301
Điều chỉnh lượng nước từ B202 vào B301-3 (%) (Từ 0 – 100%)
7
Van HV204
Điều chỉnh lượng nước vào phần tiết kiệm nhiệt của SP
8
Van HV208 – Van xả
Xả hơi để điều chỉnh áp suất đường ống hơi khi ra khỏi phần quá nhiệt SP
9
HV207
Đóng – mở đường ống hơi từ SP về AQC
10
HV314 – Van xả
Xả hơi để điều chỉnh áp suất đường ống hơi khí khi ra khỏi phần quá nhiệt AQC
11
HV313
Đóng – mở đường ống hơi từ AQC về Turbin
12
(B201-1) – phần quá nhiệt SP
Quá nhiệt thứ nhất cho hơi khi ra khỏi bình B203
13
(B201-2) – Phần hóa hơi SP
Hóa hơi hoàn toàn nước khi lấy từ bình B202
14
(B201-4)– Phần tiết kiệm SP
Gia nhiệt lần 2 cho nước trước khi vào B202
15
Hệ thống giàn rung SP (1#-8#)
Làm rơi bụi vào bề mặt đường ống trong SP
16
Y203 – Van quay
Xả bột liệu từ SP xuống vít tải xoắn
17
V201 – vít tải và động cơ
Tải bột liệu sau khi xả từ van Y203 về hệ thống xi măng
18
Y308 – Van quay
Xả bột liệu từ AQC xuống vít tải
19
V301A – V301B vít tải
Hồi lưu liệu về hệ thống xi măng
20
Van TV 312
Cấp nước vào điều chỉnh nhiệt độ hơi trong đường ống đầu vào phần quá nhiệt AQC
4.3.2. Hệ thống WHB Wind
Hệ thống WHB Wind được thể hiện như hình 4.3.
Hình 4.3. Hệ thống WHB Wind
Bảng 4.2. Chức năng và nhiệm vụ của các thiết bị trong sơ đồ hình 4.3.
STT
Tên Thiết Bị
Nhiệm vụ – chức năng
1
Van HVX201
Van chính dẫn khí nóng từ C1 tháp trao đổi nhiệt sang làm nóng cho nồi hơi SP (Van được điều khiển tại chỗ hoặc từ xa)
2
Van HVX202
Cùng với HVX201 điều chỉnh lưu lượng hơi vào SP
3
Van HV 306
Van xả khí nóng từ nồi hơi sang lọc bụi tĩnh điện
4
Van HV 305
Van điện dẫn khí nóng từ ghi làm lạnh lên lọc bụi tĩnh điện (được đóng mở thông qua quan hệ với HV306 – HV303 – HV 302
5
Van HV316
Van phụ cho van HV 305
6
Van HV303
Van chính lấy khí nóng từ buồn số 5 của Ghi sang nồi AQC
7
Van HV302
Van chính lấy khí nóng từ buồn số 4 của Ghi sang nồi AQC
8
HV320 – HV321 – HV322 – HV323 – HV324
Các van điều chỉnh liên động với nhau để tạo ra luồng hơi nóng tuần hoàn
9
Quạt J301, J302
Quạt hút hơi nóng từ Ghi vào AQC
4.3.3. Hệ thống RAC WATER
Hình 4.4. Hệ thống RAC WATER
Bảng 4.3. Chức năng và nhiệm vụ của các thiết bị trong sơ đồ hình 4.4.
STT
Tên Thiết Bị
Nhiệm vụ – chức năng
1
Water supply pump
Bao gồm 2 bơm công suất P = 4kW; hai bơm hoạt động thay phiên nhau có nhiệm vụ cung cấp nước chính cho hệ thống xử lý nước
2
Back Wash pup (Bơm rửa ngược)
Gồm một bơm có công suất p = 15kW: bơm này có tác dụng nhằm thau rửa 2 bình lọc Medium filter & active cacbon filter trong quá trình thau rửa thiết bị
3
Filter pump(Bơm cấp nước lọc)
Gồm 2 bơm có p=4kW, hai bơm này hoạt động luân phiên nhau hút nước từ bình chứa 20m3 và đưa vào hệ thống xử lý nước cấp I (ROI)
4
Frimary hi – pressure pump
(Bơm tăng áp cấp I)
Bơm tăn gáp có công suất P= 15kW có nhiệm vụ làm tăng áp suất của nước để đưa chúng vào hệ thống lọc (RO)
5
Thiết bị lọc nước cấp I
Bao gồm hệ thống 4 ống lọc, nước được lọc ở đây lần thứ nhất. Sau đó được đưa vào bình nhựa 5m3
6
Medium – tank
(Bình chứa nước)
Bình chứa nước sau khi đã qua hệ thống lọc cấp I. Sau đó được đưa sang cho hệ thống lọc nước cấp II
7
Inter mediate water pump
(Bơm cấp nước cho hệ thống lọc cấp II)
Gồm một bơm có công suất p=4kW, bơm này có nhiệm vụ hút nước đã được lọc cấp I chứa trong bình Medium – tank cấp cho hệ thống lọc nước cấp II
8
Secondary hi – pressure pump
(Bơm tăng áp cấp II)
Gồm một bơm có công suất p=15kW, bơm này có nhiệm vụ như bơm tăng áp cấp I. Đó là làm tăng áp suất của nước để nước có thể luân chuyển trong hệ thống lọc cấp II
9
Thiết bị lọc nước cấp II
Bao gồm hệ thống 3 ống lọc, nước được lọc lần thứ 2 tại đây và được đưa vào bình chứa 50m3, sau đó được 2 bơm nước mềm bơm lên Deaerator, ở đây nước đã được làm sạch hoàn toàn
10
Gumed water - tank
Bình chứa nước mềm có thể tích V=50m3
11
Demineralized
(Bơm cấp nước mềm)
Gồm 2 bơm có công suất p=11kW, hai bơm này có nhiệm vụ hút nước mềm từ bình 50m3 đưa lên bình DEAERATOR và cấp cho nồi hơi
12
Bơm hóa chất
Bao gồm 4 bơm hóa chất (PAC, NaHSO3, chống cặn và NaOH)
13
Medium filter
và activecarbon filter
Hai bình lọc nước thô bằng đá và than, đây là 2 bình lọc nước bước đầu
14
Re – W tank
(Bình chứa nước)
Bình chứa 20m3
15
Seculity filter
Bình lọc an toàn
16
Hệ thống nước làm mát tuần hoàn
17
Cooling tower
Tháp làm mát nước dạng sương mù
18
Động cơ lam mát nước
Gồm 4 động cơ quạt có công suất p=30kW, có nhiệm vụ làm mát nước
19
Động cơ bơm nước bình ngưng
Gồm 2 động cơ có p=250kW bơm nước lên làm mát bình ngưng
4.3.4. Hệ thống ST STATE
Hình 4.5. Hệ thống ST STATE
Bảng 4.4. Chức năng và nhiệm vụ của các thiết bị trong sơ đồ hình 4.5.
STT
Tên Thiết Bị
Nhiệm vụ – chức năng
1
OIL TANK (Bình chứa dầu)
Chứa dầu làm mát cho turbin
2
AC oil pump(Bơm dầu chính)
Công suất P=30kW, chức năng làm mát cho bộ điều tốc máy phát và gối đỡ của turbin, bôi trơn gối đỡ
3
Lude pressure regulating vale
(van điều áp)
Van điều chỉnh có tác dụng điều chỉnh áp suất dầu sau khi dầu làm mát được động cơ chính bơm qua bộ làm mát đến một áp suất nhất định van mở đưa dầu đi làm mát bộ điều tốc và các gối đỡ của turbin và máy phát
4
Oil coder (làm mát dầu)
Là bộ phận làm mát dầu trước khi đưa dầu đi làm mát bộ điều tốc và các gối đỡ turbin, máy phát. Thiết bị này làm mát dầu bằng nước, dầu sau khi được làm mát đưa đến van điều áp
5
AC Gear oil pump
DC Gear oil pump
Hai động cơ bơm dầu hộp số:
Đ/C xoay chiều có công suất P=4kW
Đ/C một chiều có công suất P=4kW
Có chức năng thay thế Đ/C chính khi động cơ bơm dầu chính bị sự cố
6
Oil Strainer
(Thiết bị lọc dầu)
Thiết bị gồm 3 bộ lọc có tác dụng làm sạch dầu trước khi đưa dầu đi làm mát. Dầu sau khi qua van điều áp sẽ tới bộ lọc rồi mới đưa đến các gối đỡ của turbin và Máy phát
7
Kim phun dầu(oil jector)
Tác dụng dưới dạng phun dầu khi bơm khí nóng bên trong thùng chứa dầu hoạt động, tạo sương
8
Eletro-hydroulil convertor
(Bộ chuyển đổi)
Tác dụng khống chế áp suất dầu sau khi qua bộ làm mát tới hộp giảm tốc Máy phát
4.3.5. Hệ thống ST SYSTEM
Hình 4.6. Hệ thống ST SYSTEM
Bảng 4.5. Chức năng và nhiệm vụ của các thiết bị trong sơ đồ hình 4.6.
STT
Tên Thiết Bị
Nhiệm vụ – chức năng
1
HIC101
Van điện được điều khiển từ trung tâm, có tác dụng khống chế đóng mở hơi đầu vào hệ thống Turbin
2
HIC102
Khi áp suất trong hệ thống đường ống và nồi hơi lên cao, Van này có tác dụng xả áp
3
MSV
Là van khống chế, được điều khiển tại chỗ nhằm khống chế lượng hơi nước vào đầu hệ thống turbin
4
TV104
Van khống chế hơi, nhiệt đầu vào bình gia nhiệt, nhằm tăng nhiệt độ nước của bình ngưng
5
ZE5140
Hệ thống Turbin
6
ZS 6401
Động cơ phụ có tác dụng khi Turbin bắt đầu hoạt động làm quay turbin tạo mômen quay khởi động
7
Condenser
Bình Ngưng tụ hơi và nước sau khi đã qua hệ thống Turbin
8
LV 6104
Van Tuần hoàn nước trong bình ngưng và hệ thống ống dẫn nước tại giêng nước bình ngưng
9
E101
Trạm hóa chất dùng xử lý cấu cặn trong bình ngưng B301-3 và B201-3 của hệ thống nồi hơi
10
J101
Bình tràn của bình ngưng và giêng nước
11
1#C - pump
Đ/C P=15kW, là động cơ bơm nước có tác dụng bơm nước từ Giếng của bình ngưng lên bình sục khí Deaerator
12
2#C - pump
Đ/C P=15kW, , là động cơ bơm nước có tác dụng bơm nước từ Giếng của bình ngưng lên bình sục khí Deaerator
13
1 # JAE Pump
Động cơ hút chân không của bình ngưng, P=22kW
14
2 # JAE Pump
Động cơ hút chân không của bình ngưng, P=22kW
15
Return cool Tower
Đ/C P=2.2kW Bơm nước ra bể chứa nước làm mát bình ngưng
16
J101
Là 2 bơm chính cấp nước cho 2 nồi hơi SP & AQC, P=45kW, hai bơm này hoạt động độc lập nhau
17
Deaerator
- Là bình chứa khí có tác dụng điều chỉnh tỷ khối khí đưa vào gối đỡ của Turbin, có tác dụng làm kín và cân bằng áp bên trong turbin
- Tại bình được bố trí 2 bộ van điều áp (Van 1 điều chỉnh hơi nước vào bình, Van 2 điều chỉnh áp suất của bình), van 2 sẽ tự mở ra áp suất khi áp bình chứa khí cao và được đưa tới bình ngưng
18
C103
Hệ thống nước làm mát dầu ở trạm dầu
4.3.6. Hệ thống điện cao áp và hạ áp
Hình 4.7. Hệ thống điện cao áp
Hình 4.8. Hệ thống điện hạ áp
STT
Tên Thiết Bị
Nhiệm vụ – chức năng
I
High vol
Hệ thống tủ cao áp
1
Tủ 1AH
Đóng máy biến áp kích thích dùng cho đo lường và bảo vệ
2
Tủ 2AH
Máy cắt cấp điện từ máy phát lên thanh cái 6kV
3
Tủ 3AH
Tủ kết nối với trạm điện nghiền liệu
4
Tủ 4AH
Máy B.A hạ áp cấp cho nhà chính và hệ thống Đ/C trong nhà
5
Tủ 5AH
Đo lường và bảo vệ hệ thống
6
Tủ 6AH
MBA hạ áp cấp cho hệ thống bơm nước tuần hoàn
II
LOW Vol
Hệ thống tủ Hạ áp
1
Tủ 1AA
Tủ đầu vào hệ thống điện nhà chính từ 4AH
2
Tủ 2AA
Tủ bù
3
Tủ 3AA
Tủ điều khiển động cơ bơm nước nồi hơi
4
Tủ 4AA
Tủ điều khiển hệ thống động cơ bơm nước giếng bình ngưng
5
Tủ 5AA
Tủ điều khiển hệ thống bơm nước bình tràn(bơm chân không bình ngưng)
6
Tủ 6AA
Tủ điều khiển hệ thống bơm trạm dầu làm mát
7
Tủ 7AA
Tủ điều khiển hệ thống bơm bình sục khí và hệ thống van xả khí nóng
8
Tủ 8AA
Tủ cấp điện cẩu trục trong nhà và 2 nồi hơi
9
Tủ 9AA
Tủ điện 1 chiều
Bảng 4.6. Chức năng và nhiệm vụ của các thiết bị trong sơ đồ hình 4.7. và hình 4.8.
4.4. NHẬN XÉT
Nội dung xây dựng bằng Wincc mô hình thu hồi nhiệt dư là để phục vụ công tác đào tạo cán bộ kỹ thuật của nhà máy khi dự án bắt đầu triển khai. Ngoài ra còn giới thiệu và tìm hiểu nguyên lý làm việc của các mô hình đã triển khai thành công ở Việt Nam.
KẾT LUẬN
1. Kết luận
Đã tính toán thiết kế và phân tích sơ đồ thu hồi nhiệt tối ưu, thiết kế mô phỏng sơ đồ thu hồi nhiệt dư của nhà máy. Xây dựng mô hình điều khiển tốc độ turbine hơi cho máy phát điện. Trong đó đã giải quyết và phân tích một số vắn đề:
1) Phân tích một số mô hình thu hồi nhiệt dư của nhà máy xi măng để lựa chọ mô hình tối ưu nhất cho nhà máy.
2) Thiết kế mô hình điều khiển tốc độ turbine hơi bằng bộ điều khiển PID
3) Vẽ đồ thị đáp ứng của hệ bằng phần mềm Matlab.
4) Đưa ra phương án chỉnh định mờ tham số PID cho hệ thống điều khiển tốc độ turbine hơi. So sánh chất lượng của bộ điều khiển PID mờ so với bộ điều khiển PID kinh điển.
5) Thiết kế mô phỏng bằng WinCC mô hình điều khiển và giám sát hệ thống thu hồi nhiệt phục vụ cho công tác đào tạo các cán bộ kỹ thuật của nhà máy.
2. Khả năng ứng dụng của đề tài
Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển cho turbine hơi và ứng dụng vào dự án thu hồi nhiệt để phát điện tại nhà máy măng COSEVCO Sông Gianh. Trên cơ sơ này ứng dụng cho các nhà máy xi măng khác trong nước.
3. Hướng phát triển của đề tài
Từ phương án chỉnh định mờ tham số PID có thể phát triển hệ thống điều khiển mờ chuyên gia cho toàn nhà máy. Đây sẽ là một hướng đi đúng đắn và mới mẻ ở Việt Nam.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] TS. Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy (2007), Giao diện người – Máy HMI (Human machine interface) Lập trình với S7 và WinCC 6.0, NXB Hồng Đức, Tp. Hồ Chí Minh.
[2] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển mờ, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Nguyễn Doãn Phước (2007), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[4] Nguyễn Doãn Phước (2007), Lý thuyết điều khiển phi tuyến, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[5] Nguyễn Doãn Phước (2007), Lý thuyết điều khiển nâng cao, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[6] PGS. TS. Trần Xuân Tùy (2002), Hệ thống điều khiển tự động thủy lực, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
[7] Astrom, K., T. Hagglund (1995), PID controllers, Theory, Design and tuning, Instrument Society of America, Research Triangle Park.
[8] J. M. Mendel (1995), “Fuzzy Logic Systems for Engineering”, A tutorial, Proc. IEEE, vol(83), pp. 345-377.
[9] K.Gowrishankar,Vasanth Elancheralathan (1997), “Adaptive fuzzy controller to control turbine speed”, Rajiv Gandhi College Of Engg. & tech., Puducherry, India.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển turbine hơi trong dự án tận dụng nhiệt dư tại nhà máy xi măng Sông Gianh.doc