Điều khiển dự báo lò hơi công nghiệp

- NGUYỄN HIỆP CƯỜNG ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2016 ii.
- NGUYỄN HIỆP CƯỜNG ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Điều khiển và Tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS.
- HOÀNG MINH SƠN Hà Nội - 2016 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp: Điều khiển dự báo lò hơi công nghiệp do tôi tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.
- TỔNG QUAN LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP.
- Giới thiệu về lò hơi.
- 12 1.2.1 Cấu tạo lò hơi.
- 13 1.2.2 Phân loại lò hơi.
- 14 1.2.3 Mô tả toán học lò hơi.
- Các phương pháp điều khiển lò hơi.
- 24 1.3.2 Điều khiển gió thải buồng đốt lò hơi.
- 24 1.3.3 Điều khiển buồng đốt và quá trình cháy đốt lò hơi.
- 25 1.3.4 Điều khiển nhiệt độ hơi nước lò hơi.
- MÔ HÌNH LÒ HƠI VÀ ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH.
- 28 2.1 Mô hình lò hơi công nghiệp.
- 28 2.2 Các mô hình lò hơi trên thế giới.
- 28 2.2.2 Mô hình lò hơi tự nhiên tuần hoàn ống nước Tae-Shin Kim và Oh-Kyu Kwon.
- 29 2.2.3 Mô hình lò hơi Bell – Astrom.
- 30 3 2.2.4 Mô hình lò hơi trong nhà máy Đạm Phú Mỹ.
- 32 2.2.5 Tuyến tính hoá mô hình phi tuyến lò hơi Bell – Astrom.
- 34 2.3 Phân tích đặc tính động học mô hình lò hơi công nghiệp mô hình tuyến tính lò hơi Bell – Astrom.
- 44 2.4.2 Điều khiển tách kênh đối tượng lò hơi.
- ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP KHÔNG RÀNG BUỘC.
- 62 3.4 Điều khiển MPC lò hơi công nghiệp không có điều kiện ràng buộc.
- 62 3.5 Áp dụng phương pháp điều khiển MPC cho mô hình lò hơi công nghiệp.
- 67 3.6 Mô phỏng bộ điều khiển MPC không ràng buộc cho lò hơi công nghiệp trên phần mềm Matlab.
- ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP CÓ RÀNG BUỘC.
- 85 4.5 Mô phỏng bộ điều khiển MPC có ràng buộc cho lò hơi công nghiệp trên phần mềm Matlab.
- 99 5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.2 Hình ảnh lò hơi công nghiệp.
- 12Hình 1.3 Cấu tạo cơ bản của lò hơi.
- 13Hình 1.4 Mặt cắt của một lò hơi ống lửa.
- 14Hình 1.5 Mặt cắt của một lò hơi ống nước.
- 24Hình 1.7 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển gió thải buồng đốt lò hơi.
- 25Hình 1.8 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển buồng đốt và quá trình cháy lò hơi.
- 26Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển hơi nước lò hơi.
- 27Hình 2.2 Mô hình đơn giản lò hơi Tae-Shin Kim và Oh-Kyu Kwon.
- 29 Hình 2.3 Mô hình lò hơi Bell – Astrom.
- 31Hình 2.4 Sơ đồ đơn giản hệ thống lò hơi nhà máy Đạm Phú Mỹ.
- 45Hình 2.7 Mô hình đối tượng lò hơi.
- 47Hình 2.8 Cấu trúc tách kênh cho mô hình lò hơi.
- 66Hình 3.6 Kết quả mô lò hơi công nghiệp khi thay đổi tầm dự báo Ny=3,5,10,20 khi tầm điều khiển Nu1và trọng số λ=1.
- 70Hình 3.7 Kết quả mô lò hơi công nghiệp khi thay đổi tầm dự báo Ny=3,5,10,20 khi tầm điều khiển Nu5và trọng số λ=1.
- 71Hình 3.8 Kết quả mô lò hơi công nghiệp khi thay đổi tầm dự báo Ny=3,5,10,20 khi tầm điều khiển Nu30và trọng số λ=1.
- 72Hình 3.9 Kết quả mô lò hơi công nghiệp khi tầm dự báo Ny=200 khi tầm điều khiển Nu30và thay đổi trọng số.
- 84 Hình 4.2 Kết quả mô lò hơi công nghiệp khi thay đổi tầm dự báo Ny tầm điều khiển Nu10và trọng số λ=0.0625.
- 87 Hình 4.3 Kết quả mô lò hơi công nghiệp khi thay đổi tầm dự báo Ny tầm điều khiển Nu15và trọng số λ=0.0625.
- 88 Hình 4.4 Kết quả mô lò hơi công nghiệp khi thay đổi tầm dự báo Ny tầm điều khiển Nu20,trọng số λ=0.0625.
- 5 Kết quả mô lò hơi công nghiệp khi tầm dự báo Ny=40, tầm điều khiển 20,thay đổi trọng số λ .
- TỔNG QUAN LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 1.1.
- Đặt vấn đề Hiện nay, trên cả nước đang sử dụng hàng nghìn lò hơi các loại.
- Ở Việt Nam, các loại lò hơi chủ yếu được dùng trong lĩnh vực công nghiệp.
- Các lò hơi này có công suất từ 1 tấn/giờ - 300 tấn/giờ.
- Mục tiêu của đề tài: Thiết kế và thử nghiệm bộ điều khiển dự báo MPC cho lò hơi công nghiệp dựa trên mô hình tính toán tuyến tính.
- Nội dung của đề tài: Nghiên cứu mô hình lý thuyết, thiết kế và thử nghiệm mô phỏng hệ thống điều khiển dự báo MPC cho lò hơi công nghiệp.
- Lò hơi nhà máy nhiệt điện b.
- 13 1.2.1 Cấu tạo lò hơi Hình 1.2 Cấu tạo cơ bản của lò hơi Buồng lửa là nơi đốt nhiên liệu để tạo nhiệt năng làm sôi nước trong các ống để tạo thành hơi nước bão hòa trong bao hơi.
- Lò hơi ống lửa thường được sử dụng với công suất hơi tương đối thấp cho đến công suất hơi trung bình.
- Hình 1.3 Mặt cắt của một lò hơi ống lửa 1.2.2.2 Lò hơi ống nước Ở lò hơi ống nước, nước cấp qua các ống đi vào tang lò hơi.
- Nước được đun nóng bằng khí cháy và chuyển thành hơi ở khu vực trên bao hơi của lò hơi.
- Lò hơi dạng này được lựa chọn khi ứng dụng cần nhu cầu hơi cao như đối với nhà máy phát điện.
- 15 Hình 1.4 Mặt cắt của một lò hơi ống nước 1.2.3 Mô tả toán học lò hơi Mô hình lý thuyết của quá trình là một hệ các phương trình mô tả đặc tính của quá trình.
- Việc mô tả các quá trình của lò hơi bằng các phương 16 trình cân bằng vật chất, năng lượng mục đích để xây dựng mô hình phi tuyến của hệ thống và mối quan hệ giữa các đầu vào đầu ra và biến trạng thái của lò hơi.
- Qkkng nhiệt lượng không khí thu được do nó được sấy sơ bộ ở phía trước bộ sấy không khí của lò hơi.
- 1.2.3.5 Trao đổi nhiệt bức xạ trong đường khói của lò hơi [4] 20 Lượng nhiệt hấp thụ do trao đổi nhiệt bức xạ của một đơn vị bề mặt truyền nhiệt đối lưu ở phần đuôi lò (ngõ ra ống khói) được xác định bởi phương trình sau: 34021trtrbxTTaaq.
- 21 1.2.3.6 Trao đổi nhiệt đối lưu trong đường khói của lò hơi [4] Phương trình truyền nhiệt cho phép xác định nhiệt lượng hấp thu của bề mặt truyền nhiệt: ttBtkHQ (1-19) Trong đó: Q: nhiệt lượng do bề mặt truyền nhiệt tính toán hấp thu bằng đối lưu và bức xạ, [kj/kg] k: hệ số truyền nhiệt (W /m2K).
- 1.2.3.7 Đặc tính cơ bản của lò hơi a.
- Lượng hơi kinh tế Dkt: là sản lượng mà lò hơi làm việc với hiệu suất nhiệt cao nhất thường bằng 75.
- Thông số hơi Đối với lò hơi sản xuất hơi quá nhiệt thì biểu thị bằng nhiệt độ và áp suất hơi sau quá nhiệt.
- Với lò hơi sản xuất hơi bão hòa, chỉ cần biểu thị hoặc áp suất hoặc nhiệt độ của hơi trong bao hơi.
- Có hai phương pháp cơ bản để tính hiệu suất của lò hơi đó là: 23 + Phương pháp vào/ra: trong phương pháp này cần tính đến lưu lượng hơi nước.
- Hiệu suất của lò hơi sẽ được tính: μ Trong đó: Qnuoc: năng lượng được cấp thêm vào nước.
- Các phương pháp điều khiển lò hơi Có rất nhiều chủng loại lò hơi với nhiều mức công suất hơi khác nhau, nhưng tất cả đều chung yêu cầu về hệ thống điều khiển đó là sự hoạt động an toàn và ổn định.
- Hệ thống điều khiển lò hơi là một hệ thống điều khiển phức tạp, giám sát và điều khiển nhiều tham số.
- 24 1.3.1 Điều khiển nước cấp và mực nước bao hơi Mực nước trong lò hơi hay trong bao hơi phải được giữ ổn định trong quá trình hoạt động của lò hơi.
- 1.3.2 Điều khiển gió thải buồng đốt lò hơi Hầu hết các buồng đốt lò hơi được thiết kế để hoạt động ở mức áp suất thấp hơn khí quyển.
- 25 Hình 1.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển gió thải buồng đốt lò hơi 1.3.3 Điều khiển buồng đốt và quá trình cháy đốt lò hơi Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển buồng đốt và quá trình cháy để đảm bảo buồng đốt hoạt động và các điều kiện cho quá trình cháy hoạt động phù hợp với yêu cầu của tải tiêu thụ.
- Hệ thống điều khiển buồng đốt được liên kết chặt chẽ với các hệ thống điều khiển khác của lò hơi nhưng cũng có thể tách ra và điều khiển phù hợp với yêu cầu của tải tiêu thụ.
- 26 Hình 1.7 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển buồng đốt và quá trình cháy lò hơi Hệ thống điều khiển buồng đốt phải đảm bảo cho quá trình cháy đáp ứng được yêu cầu từ quá trình điều khiển áp suất và tải của lò hơi.
- Đầu tiên phải xác định tổng lưu lượng khí và nhiên liệu phù hợp cho buồng đốt từ yêu cầu của tải lò hơi thông qua bộ điều khiển tỷ lệ, để đảm bảo rằng quá trình cháy nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn.
- 1.3.4 Điều khiển nhiệt độ hơi nước lò hơi Nhiệt độ hơi nước có tầm quan trọng rất lớn, và giá trị nhiệt độ phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể.
- Hình 1.8 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển hơi nước lò hơi  28 Chương 2.
- MÔ HÌNH LÒ HƠI VÀ ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH 2.1 Mô hình lò hơi công nghiệp Lò hơi công nghiệp được sử dụng rất nhiều trong nhà máy nhiệt điện, công nghiệp hóa chất, công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ và trong đời sống.
- Hệ thống lò hơi công nghiệp là đối tượng điều khiển phi tuyến nhiều thông số và rất khó khăn cho điều khiển.
- Thông thường, nhiệt độ và mực nước bao hơi được quy định chặt chẽ xung quanh một định mức trên một phạm vi hoạt động đầy đủ của hệ thống lò hơi.
- 2.2 Các mô hình lò hơi trên thế giới 2.2.1 Lịch sử phát triển Bell và Astrom đưa ra mô hình phi tuyến cho lò hơi tua bin của nhà máy nhiệt điện.
- Các kỹ thuật điều khiển khác nhau đã được nghiên cứu, ứng dụng và phát triển cho điều khiển mô hình đối tượng lò hơi này.
- 13] đã đưa ra mô hình lò hơi tự nhiên tuần hoàn ống nước.
- 2.2.2 Mô hình lò hơi tự nhiên tuần hoàn ống nước Tae-Shin Kim và Oh-Kyu Kwon Mô hình lò hơi này được trình bày trong tài liệu [13].
- 31 Hình 2.2 Mô hình lò hơi Bell – Astrom Mô hình với ba đầu vào, ba đầu ra, đầu vào là vị trí của các van điều khiển khối lượng nhiên liệu (u1), hơi cấp cho tua bin (u2), nước cấp cho bao hơi (u3).
- Hình 2.3 Sơ đồ đơn giản hệ thống lò hơi nhà máy Đạm Phú Mỹ 33 Trong đó: Ds và DS2 là lưu lượng khối lượng từ bao hơi và thiết bị quá nhiệt thứ cấp (kg / h).
- Phương trình tuyến tính hệ thống lò hơi có thể viết dưới dạng ma trận.
- (2-16) Mô hình gián đoạn của hệ thống lò hơi: 1.
- (2-17) Trong đó Tuyến tính hoá mô hình phi tuyến lò hơi Bell – Astrom 2.2.5.1 Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc Hầu hết mô hình toán học được xây dựng bằng phương pháp lý thuyết cho các quá trình thực, đều chứa phương trình vi phân phi tuyến.
- 36 2.2.5.2 Tuyến tính hóa mô hình phi tuyến lò hơi Bell – Astrom Áp dụng tuyến tính hóa mô hình phi tuyến lò hơi Bell – Astrom [11] xung quanh điểm làm việc số 3.
- (2-31) Sau khi tính toán ta được các ma trận có giá trị như sau Trong luận văn này em sử dụng mô hình lò hơi này để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu: Điều khiển dự báo lò hơi công nghiệp.
- 37 2.3 Phân tích đặc tính động học mô hình lò hơi công nghiệp mô hình tuyến tính lò hơi Bell – Astrom 2.3.1 Xác định điểm không và điểm cực của hệ thống Xác định điểm cực của hệ thống: Ta có mô hình hàm truyền đạt: G(s.
- zero(pttt) ans Dựa vào các điểm cực, điểm không của đối tượng lò hơi tuyến tính ta có một số nhận xét sau.
- Đối tượng lò hơi có một điểm cực s=0 có chứa thành phần tích phân, do đó tín hiệu ra luôn thay đổi khi tín hiệu vào khác 0.
- Hàm quá độ đối tượng lò hơi đơn điệu tăng.
- rank(Dk) ans = 3 39 Như vậy: đối tượng lò hơi là điều khiển được hoàn toàn.
- rank(Qs) ans = 3 Như vậy: đối tượng lò hơi là quan sát được hoàn toàn

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt