Nghiên cứu hệ thống ổn định nhiệt độ làm mát keo trong dây chuyển sản xuất keo nhũ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THANH HIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÀM MÁT KEO

TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT KEO NHŨ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

THÁI NGUYÊN - NĂM 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THANH HIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÀM MÁT KEO

TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT KEO NHŨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 60520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. NGUYỄN THANH HÀ

THÁI NGUYÊN, NĂM 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thanh Hiệp

Sinh ngày: 06 tháng 4 năm 1979

Học viên lớp Cao học khóa K14 - Tự động hóa 01- Trường Đại Học Kỹ

Thuật Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại: Nhà máy Z131, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nêu

trong luận văn là trung thực. Những kết luận khoa học của luận văn chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào.

Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ

nguồn gốc.

Ngƣời thực hiện

Nguyễn Thanh Hiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của

nhà trường, các khoa, phòng ban chức năng, các thầy cô giáo và đồng nghiệp.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Sau đại học, các giảng viên

đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.

Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Thanh Hà, Đại

học Thái Nguyên đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo ở Trung tâm thực nghiệm –

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác

giả hoàn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất.

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo chỉ huy Nhà máy Z131, Lãnh đạo

chỉ huy Phòng Cơ điện, Xí nghiệp 3, các đồng chí cán bộ kỹ thuật và công nhân Phòng

Cơ điện, Xí nghiệp 3 đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn, thực

nghiệm trên dây chuyền số 2.

Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể

luận văn còn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các

thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa ứng

dụng trong thực tế.

Xin chân thành cảm ơn!

NGƢỜI THỰC HIỆN

Nguyễn Thanh Hiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

i

MỤC LỤC

NỘI DUNG TRANG

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục i

Danh mục hình vẽ iv

MỞ ĐẦU 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN QUÁ

TRÌNH 2

1.1. Điều khiển quá trình là gì? 2

1.1.1. Quá trình và các biến quá trình 2

1.1.2. Phân loại quá trình 5

1.2. Mục đích và chức năng điều khiển quá trình 6

1.2.1. Vận hành ổn định 8

1.2.2. Năng xuất và chất lượng sản phẩm 9

1.2.3. Vận hành an toàn 10

1.2.4. Bảo vệ môi trường 10

1.2.5. Hiệu quả kinh tế 11

1.3 Phân cấp chức năng điều khiển quá trình 11

1.3.1. Giao diện quá trình 12

1.3.2. Điều khiển cơ sở 12

1.3.3. Điều khiển vận hành và giám sát 12

1.3.4. Điều khiển cao cấp 12

1.4. Các thành phần cơ bản của hệ thống 13

1.4.1. Thiết bị đo 13

1.4.2. Thiết bị điều khiển 13

1.4.3. Thiết bị chấp hành 14

1.5. Các nhiệm vụ phát triển hệ thống 14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ii

1.5.1. Phân tích chức năng hệ thống 14

1.5.2. Xây dựng mô hình quá trình 15

1.5.3. Thiết kế cấu trúc điều khiển 15

1.5.4. Thiết kế thuật toán điều khiển 16

1.5.5. Lựa chọn giải pháp hệ thống 16

1.5.6. Phát triển phần mềm ứng dụng 16

1.5.7. Chỉnh định và đưa vào vận hành 17

1.6. Mô tả chức năng hệ thống 17

1.6.1. Các tài liệu mô tả đồ họa 17

1.6.2. Lưu đồ P&ID 18

CHƢƠNG 2. PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG MÔ HÌNH

QUÁ TRÌNH LÀM MÁT 19

2.1 Phân tích bài toán công nghệ 19

2.1.1. Giải pháp công nghệ hiện tại 19

2.1.2. Giải pháp khắc phục tồn tại 20

2.1.3. Lưu đồ P&ID của hệ thống làm mát keo 21

2.2. Xây dựng mô hình quá trình làm mát 21

2.2.1. Mô hình hóa lý thuyết 22

2.2.2. Mô hình hóa bằng thực nghiệm dựa trên đáp ứng quá độ 26

CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ CẤU TRÚC, THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 28

3.1. Các sách lược điều khiển cơ sở 28

3.1.1. Điều khiển phản hồi 28

3.1.2. Điều khiển truyền thẳng (Feed Forward) 33

3.1.3. Điều khiển tỉ lệ 37

3.1.4. Điều khiển tầng 42

3.1.5. Điều khiển suy diễn 44

3.1.6. Điều khiển lựa chọn 45

3.2. Lựa chọn cấu trúc điều khiển hệ thống 46

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iii

3.3. Xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ thống điều khiển nhiệt độ và

mô phỏng 46

3.3.1 Mô hình toán học cho hệ thống 47

3.3.2. Mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ điều khiển phản hồi 50

3.3.3. Mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ điều khiển PID

kết hợp Feed-Forward 53

3.4. Xét ổn đinh hệ thống khi sử dụng bộ điều khiển phản hồi 54

CHƢƠNG 4. THỰC NGHIỆM TRÊN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

KEO NHŨ TẠI NHÀ MÁY Z131 56

4.1. Giới thiệu dây chuyền sản xuất keo nhũ 56

4.2. Khảo sát đáp ứng của hệ thống với bài toán ổn định nhiệt độ đầu ra

máy làm mát keo nhũ. 58

4.2.1. Phương án thực nghiệm 58

4.2.2. Cài đặt thông số PID cho bộ điều khiển 60

4.2.3. Kết quả thực nghiệm 61

4.3. Kết luận 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CỦA ĐỀ TÀI 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Báo cáo về việc tiếp thu, bổ sung, chỉnh sửa luận văn thạc sĩ theo nghị

quyết của Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ