- 16 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển lò hơi. - Đối tượng điều khiển lò hơi. - 16 2.1.2 Hệ cân bằng trong lò hơi Các hệ điều khiển cơ bản trong lò hơi. - 18 2.3 Hệ điều khiển cấp nhiên liệu. - 19 2.3.2 Hệ điều khiển cấp nhiên liệu. - 20 2.3 Hệ thống điều khiển quá trình cháy. - 23 2.3 Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi. - 27 2.3.3 Quá trình lưu thông nước trong bao hơi Hệ thống điều khiển nước cấp Hệ thống điều khiển hơi. - 31 2.4.1 Các thông số của hệ điều khiển hơi Điều khiển áp suất và lưu lượng hơi. - 33 2.4.3 Hệ điều khiển nhiệt độ hơi. - 57 1.1 Luật điều khiển PID. - Luật điều khiển PID mờ. - 62 1.2.1 Khái niệm cơ bản về logic mờ Điều khiển mờ. - 64 1.2.3.Thiết kế bộ điều khiển mờ. - 71 1.2.4 Bộ điều khiển PID mờ. - Nhà máy nhiệt điện là một hệ thống điều khiển rất phức tạp, nhiều thiết bị quá trình với mối tương tác xen kênh. - Chương 4 : Ổn định áp suất lò hơi bằng luật điều khiển PID kinh điển và PID mờ. - HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển lò hơi 2.1.1. - Đối tượng điều khiển lò hơi Trong nhà máy nhiệt điện có rất nhiều đối tượng điều khiển như tuabin, lò hơi, hệ thống cấp nhiên liệu…hệ thống điều khiển các đối tượng trên rất phức tạp và có quan hệ mật thiết với nhau. - Trong nội dung đồ án này ta sẽ nghiên cứu về hệ thống điều khiển lò hơi. - Đầu ra của lò hơi là hơi nước bão hòa thoát ra từ bao hơi, lượng Hơi (P,to,D…) Nước dư Bao hơi Nước cấp Nhiên liệu Không khí Tro Khí thải Buồng đốtTrao đổi nhiệt Lò hơi Điều khiển nướccấpNhiên liệu KhôngkhíNhiệt độ Áp suất Lưu lượng Đầu vào Đầu ra Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 17 nước thừa đi xuống, lượng khói thải, tro xỉ. - Các mạch vòng điều khiển đảm bảo quá trình chuyển hoá năng lượng. - Các mạch vòng điều khiển đảm bảo chất lượng. - Năng lượng (hơi, khói, tro xỉ)+ tổn thất Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 18 2.2 Các hệ điều khiển cơ bản trong lò hơi Hệ thống điều khiển lò hơi gồm nhiều qúa trình điều khiển từ khâu cấp nhiên liệu đến khâu sinh hơi đi vào tuabin. - Hệ thống điều khiển lò hơi được chia thành các hệ điều khiển chính sau. - Tổng nhiệt năng yêu cầu tương ứng với lượng nhiên liệu là than và không khí để cấp cho quá trình cháy, đồng thời phải điều khiển nước cấp đảm bảo mực nước trong bao hơi và sản lượng hơi cần thiết. - Tất cả các mạch vòng điều khiển có sự liên quan, tác động và Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 19 ràng buộc lẫn nhau. - Khi nhiệt trị thay đổi ngay lập tức tín hiệu bộ điều khiển phân tích khói thay đổi. - 2.3.2 Hệ điều khiển cấp nhiên liệu Hệ thống nghiền than bao gồm bốn bộ phận cơ bản: cấp than + nghiền và phân loại + quạt thổi gió cấp I + sấy than nghiền. - Hệ điều khiển cấp nhiên liệu được chia làm các hệ thống điều khiển nhỏ, bao gồm. - Điều khiển tốc độ máy cấp than. - Điều khiển lưu lượng gió cấp 1 thổi than vào vòi đốt. - Điều khiển nhiệt độ hỗn hợp than và gió. - Khi có sự yêu cầu thay đổi về nhiệt năng hệ điều khiển trên sẽ tự động thay đổi lưu lượng nhiên liệu để đáp ứng yêu cầu. - Lưu lượng than cấp cho buồng đốt của lò hơi còn được điều khiển nhờ tốc độ máy cấp than vào máy nghiền, điều khiển lưu lượng gió cấp I thổi vào vòi đốt. - Bộ điều khiển gió cấp I ở đây dùng luật điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI) Bộ điều khiển cấp than dùng luật điều khiển tỉ lệ (P) Hình 2.3. - 2.3.1 Điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu - không khí Thực tế đây là hệ thống điều khiển không khí cho lò, thực hiện điều chỉnh hệ số không khí thừa α hay điều chỉnh tỉ lệ giữa nhiên liệu và không khí. - 2.3.2 Điều chỉnh áp suất chân không buồng đốt Trong bất kỳ một lò hơi nói chung ngoài việc duy trì sự cháy phải quan tâm đến việc điều khiển áp lực buồng lửa. - Lúc này sự thay đổi lưu lượng gió đóng vai trò như một tín hiệu nhiễu đối với hệ thống điều khiển áp suất chân không buồng đốt. - Để điều khiển lưu lượng khói chính xác, mối quan hệ giữa lưu lượng khói và tín hiệu điều khiển phải có đặc tính tuyến tính. - Tín hiệu đặt Động cơ và cơ cấu đk cánh hướng Điều khiển động cơ (quay trái-phải. - Bộ điều khiển ở đây thường dùng luật điều khiển PI. - 2.3 Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi 2.3.1 Cấu trúc hệ thống cấp nước Hệ thống cấp nước có 3 phần chính : -Hệ thống bơm nước. - Hệ thống điều chỉnh nước cấp phải điều khiển lưu lượng nước và áp suất sao cho tạo được độ chênh áp đủ lớn giữa áp suất trong bao hơi và áp lực của bơm cấp. - 2.3.4 Hệ thống điều khiển nước cấp Hệ thống điều khiển nước cấp phải đảm bảo những yêu cầu nhất định để có thể duy trì ổn định được mối quan hệ giữa lưu lượng hơi và lưu lượng nước đảm bảo quá trình hoạt động của lò, những yêu cầu cơ bản đó là. - Điều khiển mức nước ngang bằng với điểm đặt. - Giảm thiểu tương tác hệ thống điều khiển cháy. - Để có thể đáp ứng được hầu hết các yêu cầu trên người ta thường dùng bộ điều khiển 2 tín hiệu : tín hiệu đo mức nước và tín hiệu đo lưu lượng hơi. - Để chất lượng điều khiển là tốt nhất, đối tượng điều khiển ở đây là van điều khiển có đặc tính tín hiệu-lưu lượng là tuyến tính. - Hình 2.12: Sơ đồ điều khiển mực nước bao hơi Bộ điều khiển được dùng ở đây là bộ điều khiển tỉ lệ P, tín hiệu phản hồi là mức nước bao hơi. - Đặc tính của van điều khiển cũng như lưu lượng nước cấp là tuyến tính. - Hệ thống Hơi Tín hiệu mức nước Bao hơi Bộ điều khiển mức nước Van nước cấp Tín hiệu lưu lượng hơi Nước SP. - Bộ điều khiển sử dụng luật tỉ lệ có hệ số KP= 0,85. - Van điều khiển mở lớn nhất tương ứng với lưu lượng nước 300 T/h và lưu lượng dòng nước thay đổi tuyến tính tương ứng 0-100. - Do đó người ta thường tách riêng điều khiển nhiệt độ độc lập. - Để điều khiển được áp suất và lưu lượng ta điều khiển tới yêu cầu nhiên liệu. - Do yêu cầu điều khiển giữ áp suất hơi không đổi và lưu lượng hơi thay đổi theo tải của máy phát nên trong cấu trúc hệ điều khiển, lưu lượng hơi đóng vai trò như một đại lượng nhiễu phụ tải. - Hình 2-15: Hệ điều khiển áp suất - lưu lượng hơi Hơi Tín hiệu áp suất Bao hơi Bộ điều khiển Van nhiên liệu Tín hiệu lưu lượng hơi SP. - Buồng đốt Quạt gió Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 35 Trong các hệ thống đơn giản, các bộ điều khiển mạch vòng kín thường sử dụng luật điều khiển tỉ lệ (P) hay tỉ lệ tích phân (PI). - Bộ điều khiển nhận các tín hiệu là áp suất hơi quá nhiệt, tín hiệu đặt (áp suất đặt) và tín hiệu nhiễu là lưu lượng của hơi cấp cho tuabin. - Đối tượng điều khiển ở đây là van điều chỉnh cấp nhiên liệu (than) và quạt gió để cung cấp oxi cho quá trình cháy. - Quá trình cháy sinh nhiệt năng làm hóa hơi nước trong bao hơi, hệ điều khiển đảm bảo lượng hơi sinh ra bằng lượng hơi tiêu thụ để ổn định áp suất hơi. - 2.4.3 Hệ điều khiển nhiệt độ hơi Nhiệt độ hơi quá nhiệt có thể bị thay đổi do nhiều nguyên nhân, trong đó các nguyên nhân chính là. - Để điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt thường có 2 phương pháp :điều chỉnh trao đổi nhiệt giữa khói cháy và hơi, điều chỉnh van phun nước giảm ôn. - Hình 2-17: Hệ điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt Đối tượng điều khiển ở đây là van phun nước giảm ôn. - Vì lò hơi dùng cả 2 bộ quá nhiệt bức xạ và đối lưu kết hợp nên ta coi như ảnh hưởng của phụ tải, hay lưu lượng hơi đến Bộ điều khiển van Bộ quá nhiệt Van phun nước giảm ôn SP. - Nhiệt độ hơi quá nhiệt Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 37 nhiệt độ hơi quá nhiệt là không đáng kể, ta có thể dùng hệ thống điều khiển một vòng điều chỉnh nhiệt độ. - Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 38 Hình 2-18 : Sơ đồ tổng hợp hệ điều khiển lò hơi Buồng đốt Bao hơi Bộ quá nhiệt Van nhiên liệu BĐK BĐK BĐK To hơi qn đặt. - Ở chế độ này người ta sử dụng bộ điều khiển riêng để khởi động. - Luật điều khiển tỷ lệ là luật điều khiển mà tín hiệu ra tỷ lệ với tín hiệu vào. - Nhưng khi làm việc với các đối tượng tĩnh thì hệ thống điều khiển luôn tồn tại sai lệch tĩnh. - Luật điều khiển tích phân (I. - Luật điều khiển vi phân (D): dttdeKtuD. - Để tạo ra tín hiệu điều khiển u(t) tác động vào đối tượng điều khiển sao cho tín hiệu đầu ra của đối tượng điều khiển y(t) phải tiến tới giá trị đặt hay đặc tính quá độ y(t) phải tiến đến một giá trị xác lập. - Dưới đây là sơ đồ cấu trúc của một hệ điều khiển điển hình dùng bộ điểu khiển PID. - Lưu ý: ta cho KD=0 vì thành phần vi phân hay được sử dụng khi đối tượng trong hệ thống điều chỉnh có độ quán tính bé và yêu cầu tác động của bộ điều khiển nhanh chóng. - Bộ điều khiển dựa trên lý thuyết logic mờ gọi là bộ điều khiển mờ. - Đặc điểm của bộ điều khiển mờ là không cần biết mô hình toán học mô tả đặc tính của hệ thống dưới dạng các phát biểu ngôn ngữ. - Chất lượng của bộ điều khiển mờ phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thiết kế. - Về nguyên tắc, hệ thống điều khiển mờ cũng không có gì khác so với hệ thống điều khiển tự động thông thường khác. - a.Bộ điều khiển mờ cơ bản Một bộ điều khiển mờ gồm 3 khâu cơ bản. - Cùng với những khâu động bổ sung này, bộ điều khiển cơ bản sẽ được gọi là bộ điều khiển mờ. - ∫…dt dtd Bộ điều khiển mờ cơ bản x(t) y’(t) Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 67 Mờ hóa được định nghĩa như là sự ánh xạ (sự làm tương ứng) từ tập giá trị thực x*∈ U ⊂ Rn thành tập các giá trị mờ A~’ ở trong U. - 1.2.3.Thiết kế bộ điều khiển mờ a.Các bước thiết kế B1 : Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào/ra. - c.Một số sơ đồ điều khiển sử dụng mô hình mờ thường gặp c1.Điều khiển trực tiếp Bộ điều khiển mờ được dùng trong đường thuận (forward path) của hệ thống điều khiển nối tiếp. - Sơ đồ dưới đây trình bày hệ thống điều khiển với bộ điều khiển kinh điển và bộ bù nhiễu mờ ( fuzzy compensator). - Bộ điều khiển mờ Đối tượng điều khiển Σ Tín hiệu đặt Tín hiệu ra Sai lệch. - Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 73 Hình 4-14: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ dùng cho điều khiển bù nhiễu c3. - Hình 4-15: Sơ đồ điều khiển thích nghi với bộ giám sát mờ. - Sai lệch Tín hiệu ra Bộ điều khiển C Đối tượng điều khiển Σ Tín hiệu đặt. - Bộ bù nhiễu mờ Nhiễu Tín hiệu ra Bộ điều khiển C Đối tượng điều khiển Σ Tín hiệu đặt Sai lệch. - Bộ giám sát mờ Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 74 a.Sơ đồ điều khiển sử dụng PID mờ Hình 4-16: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID mờ Mô hình toán của bộ PID dttdeKdtteKteKtuDIp. - Nếu biểu diễn trên miền LAPLACE thì hàm truyền của bộ điều khiển PID là: sKsKKsEsUsDIP++==1)()()(WPID Các tham số KP, KI, KD được chỉnh định theo từng bộ điều khiển mờ riêng biệt dựa trên sai lệch e(t) và đạo hàm e(t). - Luận văn thạc sĩ Nguyễn Hùng Kiên 83 KẾT LUẬN Qua bản luận văn này đã thấy được tính khó khăn và phức tạp khi điều khiển các quá trình nhiệt trong lò hơi của nhà máy nhiệt điện. - Luận văn đã trình bày tất cả những nghiên cứu của học viên về quá trình điều khiển lò hơi. - Luận văn cũng mô phỏng được những khâu hoạt động cơ bản nhất của lò hơi và cách áp dụng điều khiển mờ vào đối tượng của hệ thống. - Bùi Quốc Khánh - Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng. - Nguyễn Văn Hoà.- Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động - [4]. - Nguyễn Thị Phương Hà - Điều khiển mờ . - Phan Xuân Minh - Lý thuyết điều khiển mờ [6]
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt