Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi nhà máy nhiệt điện Phả lại I

nâng cao hiệu suất của nhà máy bằng cách lựa chọn thông số của bộ điều chỉnh sao cho phù hợp, chế độ làm việc tối ưu của thiết bị theo thông số đã quy định. Trong nhà máy nhiệt điện thì quá trình nhiệt đóng một vai trò chủ yếu. Các quá trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện rất đa dạng và luôn thay đổi do ảnh hưởn của nhiên liệu, của chất lượng nước, chế độ của không khí, đặc biệt là chế độ làm việc không ổn định của các thiết bị chịu nhiệt do vận hành lâu dài. Do đó các thông số của công nghệ sẽ thay đổi trong một dải rộng, làm suy giảm hiệu suất của các thiết bị trong nhà máy so với thiết kế ban đầu. Gây ra sự cố dẫn đến hỏng hóc và phá huỷ thiết bị, làm cho chu trình nhiệt không thể thực hiện được ở chế độ bình thường. Do đó vấn đề điều chỉnh các thông số của quá trình nhiệt trong nhà máy là hết sức quan trọng. MỤC LỤC CHƯƠNG I CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH CHÍNH TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI I 1.1. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI I Công ty cổ phần nhiệt điện Phả Lại gồm dây chuyền sản xuất điện I do Liên Xô cũ thiết kế và xây dựng và dây chuyền sản xuất điện II (nhà máy mới xây dựng). Dây chuyền I được khởi công xây dựng ngày 15/05/1980. Đây là một công trình xây dựng có quy mô lớn của nước ta trong thời kỳ đó. Dây chuyền do Liên Xô cũ thiết kế, chế tạo, lắp đặt và chuyển giao công nghệ cho ta. Dây chuyền có công xuất 440 MW với 4 tổ máy được bố trí lắp đặt theo sơ đồ khối vận hành độc lập. mỗi tổ máy gồm có 2 lò hơi công suất 220 tấn hơi trên một giờ cung cấp cho một Tua bin để sản xuất điện với công suất điện phát ra là 110 MW. Dây chuyền I là nhà máy nhiệt điện ngưng hơi thuần tuý, có trích hơi gia nhiệt hồi nhiệt cho nước cấp. Công nghệ sản xuất điện của nhà máy theo chu trình nhiệt khép kín, có hệ thống điều chỉnh tự động tin cậy, an toàn và có chất lượng điều chỉnh cao. Các bộ điều chỉnh của nhà máy có nhiệm vụ đảm bảo quá trình hoạt động và quy trình sản xuất điện năng của nhà máy luôn luôn ở trạng thái ổn định, lâu dài và an toàn. Tổ máy đầu tiên của nhà máy được đưa vào vận hành và đưa điện lên lưới quốc gia vào tháng 10/1983, đã đóng góp một lượng điện đáng kể cho nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng lớn của cả nước. Một số đặc tính kỹ thuật cơ bản của nhà máy. Đặc tính kỹ thuật cơ bản của Tua bin + Tua bin kiểu : K-100-90-7 + Máy phát : TQ-120-250. + Áp lực hơi mới : 90 ata. + Nhiệt độ hơi mới :540 oC. + Chân không bình ngưng : 0,938 ata. Tua bin có 8 của trích hơi không điều chỉnh để đi gia nhiệt hỗi nhiệt nước cấp. Tua bin được trang bị các cụm điều chỉnh và các van an toàn sau: + Bộ điều chỉnh tốc độ máy. + Bộ bảo vệ vượt tốc độ. + Bộ hạn chế công suất. + Bộ bảo vệ di trục. + Bộ bảo vệ chân không bình ngưng. + Thiết bị đóng cưỡng bức van một chiều của trích. + Hệ thống các bơm dầu bôi trơn và dầu điều chỉnh Tua bin. + Rơle bảo vệ áp lực dầu. + Bảo vệ mức nước gia nhiệt cao áp tăng. + Bảo vệ nhiệt độ hơi mới khi giảm thấp hơn 425 oC . Đặc tính kỹ thuật của lò hơi + Kiểu lò hơi : KZ-220-100-10C. +Năng suất D [t/h] : 220. + Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn =540 oC. + áp suất trong bao hơi : Pph =112,6 at. + áp suất hơi quá nhiệt : Pqn =100 at. + Nhiệt độ nước cấp : tnc =230 oC. + Nhiệt độ khói thoát : tk =133 oC. + Hiệu suất lò hơi : h =86,05 %. + Tổn thất do khói thoát : q2 = 5,4 %. + Tổn thất do hoá học : q3 = 0. + Tổn thất do cơ khí : q4 =8 %. + Tổn thất toả ra môi trường : q5 =0,5 %. + Tổn thất do theo tro sỉ : q6 =0,06 %. Hệ thống điều khiển của tổ máy Nhà máy nhiệt điện là một ngành công nghiệp có công nghệ sản xuất điện năng đặc biệt, sản phẩm làm ra phục vụ ngay cho các hộ tiêu thụ điện. Để đảm bảo chất lượng làm ra thì công nghệ sản xuất ra điện năng phải đảm bảo tính liên tục, ổn định và an toàn. Muốn đảm bảo được các yêu cầu trên thì phải lắp đặt các hệ thống điều khiển cho các thiết bị của tổ máy. Do đặc thù và tính chất đặc biệt cả sản phẩm nên hệ thống điều khiển của nhà máy nhiệt điện đa dạng và phức tạp. Người ta đã phân loại hệ thống điều khiển theo cụm thiết bị như sau: + Hệ thống điều khiển lò. + Hệ thống điều khiển Tua bin. + Hệ thống điều khiển máy phát. + Hệ thống điều khiển hệ thống nghiền than bột. Trong các hệ thống điều khiển trên bao gồm nhiều các hệ thống điều khiển con khác, tuỳ theo yêu cầu làm việc của thiết bị đó là. + Bộ điều khiển có một xung. + Bộ điều khiển hai xung. + Bộ điều khiển ba xung. Để quá trình vận hành ổn định, lâu dài và an toàn của nhà máy và của lưới điện thì hệ thống điều khiển của các thiết bị của nhà máy giữ một vai trò cực kỳ quan trọng trong công nghệ sản xuất điện năng. Ngoài ra nó còn giải phóng sức lao động cho người lao động, giữ ổn định quá trình thuỷ động học trong chu trình nhiệt của nhà máy và nâng cao hiệu suất của chu trình. 1.2.CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHÍNH TRONG NHÀ MÁY Trong chu trình sản xuất điện của dây chuyền I có các hệ thống hệ thống điều khiển chính trong sau: + Bộ điều khiển tốc độ quay của Tua bin. + Bộ điều khiển điện áp đầu ra của nhà máy. + Bộ điều khiển công suất phát của nhà máy. + Bộ điều khiển ấp suất hơi đầu lò. + Bộ điều khiển áp suất hơi quá nhiệt. + Bộ điều khiển mức nước bao hơi. + Bộ điều khiển chân không buồng lửa. + Bộ điều khiển hệ số không khí thừa. + Bộ điều khiển mức nước bình ngưng. + Bộ điều khiển mức nước bình gia nhiệt. + Bộ điều khiển mức nước bình khử khí. + Bộ điều khiển chân không máy nghiền. + Bộ điều khiển nhiệt độ hỗn hợp khử bụi. + Bộ điều khiển nhiên liệu trong các Bunke. + Bộ điều khiển lưu lượng nước xả liên tục. 1.3. CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHÍNH TRONG NHÀ MÁY Sự thay đổ nhu cầu sử dụng điện của các hộ tiêu thụ trong theo thời gian giữa sáng chưa chiều tối là khác nhau. Sự thay đổi này ảnh hưởng tới lượng điện sản xuất ra là khác nhau. Để đáp ứng sự thay đổi này trong nhà máy nhiệt điện không thể dùng lao động thủ công để thay đổi được, mặt khác sự thay đổi này mang tính chủ quan không chính xác do vậy trong nhà máy bắt buộc phải sử dụng các hệ thống điều khiển tự động. Sự thay đổi nhu cầu sử dụng điện khác nhau ở các thời điểm khác nhau chính là sự thay đổi phụ tải điện và được gọi là nhiễu. Nhiễu trong nhà máy nhiệt điện gồm hai loại chính: + Nhiễu ngoài (khó xác định) là nhiễu gây ra từ phía phụ tải do các hộ tiêu thụ điện sử dụng tại các thời điểm khác nhau. + Nhiễu trong là nhiễu gây ra từ phía đầu vào của hệ thống như chất lượng than cấp vào lò thay đổi, lượng không khí cấp vào lò thay đổi về nồng độ. Hai loại nhiễu này gây ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình điều khiển, nó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chu trình nhiệt hoặc có thể làm phá vỡ trạng thái cân bằng của các quá trình trong chu trình làm việc của lò hơi. Vì vậy phải có hệ thống điều khiển để giữ các trạng thái cân bằng của các thiết bị trong quá trình sản xuất điện và giữ cho cả hệ thống sản xuất điện làm việc ổn định lâu dài, tin cậy (làm việc bình thường trong suốt quá trình sản xuất điện năng). Thông số để giữ cho hệ thống ổn định gọi là thông số của bộ điều chỉnh. Sơ đồ chung của một khối điều khiển tự động. 1 – Thiết bị hay quá trình công nghệ ở trong đó diễn ra quá trình cần điều chỉnh(như mức nước bao hơi, tốc độ vòng quay của tua bin... 2 – Phần tử nhạy cảm nhờ nó mà biết được giá trị cần điều chỉnh. 2’ – Bộ chuyển đổi đo lường: thường là bộ chuyển đổi tín hiệu cơ thành tín hiệu điện chuẩn đẻ đưa đến bộ đo phần tử so sánh. 3 – Cơ quan điều chỉnh như : Van, Cánh hướng… 4 – Phần tử so sánh: so sánh hai tín hiệu đã được chuẩn hoá X2, X3. 5 – Phần tử điều khiển: phần tử này nhận được tín hiệu sau bộ so sánh sẽ tính toán đưa ra lệnh điều khiển thích hợp ứng với tín hiệu vào. 6 – Cơ cấu chấp hành: tạo ra tín hiệu điều khiển để đưa đến cơ quan điều chỉnh cho cơ quan điều chỉnh thay đổi bao nhiêu độ mở (với cơ quan điều chỉnh là van). 7 – Bộ định trị(giá trị đặt): giá trị mà tín hiệu x1 so sánh với nó, giá trị này có thể thay đổi được tuỳ vào người vận hành có kinh nghiệm. X1- Tín hiệu phản hồi vê bộ điều chỉnh(chưa được chuyển đổi và chuẩn hoá). X2- Tín hiệu đã được chuyển đổi ( thường là tín hiệu điện) và được chuẩn hoá. X3 - Tín hiệu phát ra từ bộ định trị, để so sánh với tín hiệu X2 trong bộ so sánh. Điều khiển phụ tải lò( điều khiển áp suất buồng lửa) Nhiệm vụ. Thực hiện điều chỉnh lượng nhiên liệu vào lò (điều chỉnh lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa) sao cho hơi ra khỏi lò hơi sang Tua bin đảm bảo độ ổn định về lưu lượng hơi, chất lượng hơi(độ khô theo quy định) và đảm bảo được thông số nhiệt độ và áp suất đã quy định dưới bất kỳ tác động nào. Các thông số cần được giữ ổn định ở đầu ra của lò hơi là : nhiệt độ, áp suất, chất lượng hơi, lưu lượng hơi trước khi vào Tua bin. Trong thực tế vận hành có nhiều tác động về sự thay đổi áp suất của lò hơi do nhiễu. Do vậy bộ điều khiển phụ tải lò hơi giữ ổn định quá trình cháy có hiệu suất cao nhất. Để đạt được hiếu suất lò cao nhất thì phải làm giảm các tổn thất năm loại tổn thất chính (q2,q3,q4,q5,q6) trong lò hơi. Trong quá trình cháy của lò hơi người ta người ta thường điều chỉnh hệ số không khí thừa và lượng nhiên liệu vào buồng đốt. Về mặt động lực học: lò hơi là một đối tượng phức tạp, nó gồm nhiều thông số liên quan chặt chẽ với nhau. Sự liên quan đó được biểu hiện ở các quá trình biến đổi lý, hoá học phức tạp. Từ nhiên liệu sang khói thải sẩy ra đồng thời với quá trình chuyển hoá năng lượng chuyển môi chất nước thành hơi. Đặc trưng của lò hơi là 2 vấn đề chính: Chế độ cháy trong lò hơi. Chuyển hoá nước thành hơi. Như vậy hệ thống điều khiển phụ tải lò không thể thiếu được trong quá trình sản xuất điện năng, nó giữ một vai trò quan trọng trong quá trình cháy trong buồng lửa cũng như duy trì được tính thuỷ động của chu trình. Sơ đồ công nghệ Trong đó : 1- khối đo lưu lượng hơi sau lò. 2- khối đo áp suất trong bao hơi. 3- khối vi phân. 4- khối tổng hợp tín hiệu. 5- khối điều chỉnh. 6- phạm vi cấp bột than. 7- khối đo áp suất trong ống góp sinh hơi. 8- khối điều chỉnh hiệu chỉnh( bộ điều chỉnh chính). Khi lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa tăng lên làm quá trình tạo hơi tăng lên trong các ống sinh hơi đặt trong buồng lửa, dẫn đến lượng hơi đi vào bao hơi tăng làm tăng áp suất hơi trong bao hơi khi đó khối 2 sẽ đo được độ chênh áp này và đưa tới khối 3, khối 4. Khối 4 đưa ra tín hiệu điều chỉnh sang khối 5, khối này sẽ đưa ra tín hiệu tác động tới khối 6. Tiếp đó khi khối 1 nhận được tín hiệu tăng áp suất thi lại gửi tín hiệu tới các khối 4,5 thông qua bộ biến đổi 1 và khối 4,5 sẽ đưa ra tín hiệu tác động tới khối 6 đóng tiếp cửa cấp nhiên liệu vào lò hơi. Nếu có tín hiệu qua áp hay giảm áp so với áp suất làm việc của Tua bin thì tín hiệu này được khối cảm biến 7 đưa đến khối 8 để chia tín hiệu này đến các lò khác để tác động tới khối điều khiển 4,5 để đưa ra tín hiệu tác động đóng van cấp nhiên liệu vào lò. Nó có thể coi như là nhiễu do tổn thất áp suất do đường ống góp chỉnh gây ra và được khử băng bộ khử nhiễu. Từ sơ đồ công nghệ ta có thể suy ra sơ đồ cấu trúc tương đương của hệ thống điều chỉnh phụ tải nhiệt. Hệ thống điều chỉnh phụ tải lò là hệ thống điều khiển hai vòng điều khiển, vòng thứ nhất là điều khiển theo tín hiệu đo áp suất trong bao hơi, vòng tác động chính là vong tín hiệu áp suất đường hơi sau bộ quá nhiệt. Còn tín hiệu trên ống hơi chính đưa về là tín hiệu nhiễu. Điều khiển hệ số khống khí thừa Sơ đồ công nghệ Khi có sự thay đổi về lượng không khí cấp vào lò thì tín hiệu được đo thông qua tín hiệu đo lượng nhiên liệu cấp vào lò và lương gió nóng cấp vào lò đưa tới bộ điều chỉnh, bộ điều chỉnh đưa ra tín hiệu tác động tơi van cấp gió, sau qua van cấp gió trên đường vào lò có lấy tín hiệu về lượng Ôxy trên đường cấp gió vào lò đưa về bộ điều chỉnh đưa ra tín hiệu điều điều chỉnh lượng gió cấp vào lò thông qua van cấp gió. Từ sơ đồ công nghệ của quá trình ta có sơ đồ cấu trúc của bộ điều chỉnh hệ số không khí thừa. Đối tượng 1: điều chỉnh không khí. Đối tượng 2: điều chỉnh O2. Hệ thống điều chỉnh hệ số không khí thừa là hệ thống điều chỉnh mạch 2 vòng bao gồm bộ điều chỉnh chính là vòng K và bộ điều chỉnh lượng không khí là Bộ ĐC. Hiệu chỉnh ôxy chủ yếu tác động do chất lượng của nhiên liệu, hệ thống điều chỉnh hệ số không khí thừa là hệ thống điều chỉnh chế độ cháy kinh tế của lò hơi (chế độ cháy của buồng lửa). Điều khiển mức nước bao hơi Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi nhà máy nhiệt điện Phả Lại I được giới thiệu chi tiết trong chương II Điều khiển nhiệt độ bộ quá nhiệt Vai trò của nhiệt độ hơi quá nhiệt giữ một vai trò cực kỳ quan trọng, nó đảm bảo cho đặc tính và hiệu suất của chu trình nhiệt. Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt thấp sẽ gây làm cho các tầng cánh phía sau của tua bin làm việc với hiệu suất thấp. Nếu thấp quá so với mức quy định thì các tầng cánh cuối cùng của tua bin sẽ bị làm việc có ẩm(gây hỏng các tầng cánh của tua bin). Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng cao thì hiệu suất của chu trình sẽ được tăng cao. Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng cao quá so với quy định sẽ gây lên các dàn ống sẽ bị suy giảm về độ bền. Do vậy phải có hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt để đảm bảo cho chu trình nhiệt làm việc ổn định, lâu dài. Sơ đồ công nghệ. Nước làm qqn=535±5 oC qqnvao D Bô ĐC Vì một lý do nào đó nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng nên quá mức cho phép 535÷5 oC thì bộ cảm biến nhiệt độ này và đưa tới bộ điều chỉnh và so sánh với giá trị đặt là 535÷5 oC thì bộ điều chỉnh đưa ra tín hiệu tác động tới cơ quan điều chỉnh là van cấp nước giảm ôn, để mở van cấp nước phun vào hơi làm cho nhiệt độ hơi giảm đi, nếu nhiệt độ hơi sau khi phun nước giảm ôn ở đầu ra đưa tới tua bin vẫn chưa về giá trị quy định thì thiết bị đo cảm nhận được và chuyển đổi thành tín hiệu điện chuẩn đưa tới bộ điều khiển để bộ điều khiển so sánh với giá trị đặt và bộ điều chỉnh tiếp tục tác động vào cơ cấu chấp hành , tới cơ quan điều chỉnh là van để mở tiếp tục cho nước giảm ôn vào phun hoà trộn với hơi quá nhiệt. Quá trình cứ như vậy đến khi nào tín hiệu so sánh giữa giá trị đặt và giá trị nhiệt độ của bộ cảm biến đưa về khi chuyển đổi thành tín hiệu điện quy chuẩn là bằng không thi quá trình điều khiển kết thúc. Từ sơ đồ khối của hệ thống ta có sơ đồ cấu trúc tương ứng với sơ đồ khối của hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt. q1 qqn ĐT2 ĐT1 Bộ ĐC D q0 Hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt gồm hai vòng điều chỉnh. Vòng thư nhất là điều chỉnh độ mở van nước giảm ôn, vòng này là vòng điều chỉnh phụ của hệ thống. Vòng thứ hai là vòng điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt, đây là vòng điều chỉnh chính. Trong vòng điều chỉnh van có bộ vi phân để dự báo trước sự thay đổi độ mở của van. Điều khiển tốc độ quay Tua bin Sơ đồ công nghệ Thông số quan trọng nhất của điều chỉnh Tua bin là tốc độ qua trục Tua bin và máy phát. Đây là thông số rất kho điều khiển nếu điều khiển được tốc độ vòng quay ứng với tần số điên lưới phát ra thì sẽ ảnh hưởng tới công suất của tổ máy phát ra. Do vậy điều chỉnh tốc độ của tua bin thức chất là điều khiển cả số vòng quay và công suất của tua bin. Mặt khác thông số này phản ánh đặc tính cơ bản của chất lượng điện. Do vậy phải đưa ra những đòi hỏi hết sức quan nghiêm ngặt về tính ổn định và dung sai cho phép tốc độ quay trục của Tua bin.Bộ điều chỉnh tốc độ Tua bin đảm bảo cho Tua bin làm việc bình thường, thông thường thông số sai số cho phép trong khoảng (0.2-0.5)%. Khi phụ tải điện tăng lên làm tăng mô men hãm trục máy phát điện, đồng thời sẽ làm cho tốc độ quay của tua bin giảm đi. Thông qua hệ thống con quay Rem Wat làm điểm A tức thời đi xuống đồng thời lúc này điểm A cố định tức thời và điểm B di chuyển xuống phí dưới một đoạn ngắn hơn điểm A di. Khi điểm B đi xuống kéo theo piston di chuyển xuống dưới làm mở đường dầu phía dưới dầu được bơm cấp vào từ phía dưới và đẩy sang piston của secvoter từ phía dưới đẩy piston này đi lên kéo theo mở suppap ra làm tăng lưu lượng hơi vào tua bin dẫn và làm tăng số vòng quay tua bin lên từ từ nhờ có bộ đêm là hệ thống piston và van tiết liu. Van này có thể điều chỉnh được độ mở to hay bé đẻ dầu trong piston và xi lanh chuyển động nhanh hơn và làm tăng độ nhạy. Cùng thời điểm này bộ đệm cũng di chuyển lên phía trên làm điểm C di chuyển lên phía trên kéo theo điểm B đi lên đóng của dầu phía dưới lại và mở của dầu phía trên ra dầu từ ngăn kéo đi sang phần trên của piston của secvoter đẩy piston đi xuống và đóng suppap lại đồng thời kéo theo xi lanh bộ đệm xuống. Lò xo ở đây như bộ hãm không cho điểm C nên quá cao tạo nên sự dao động của quá trình điều khiển. Từ sơ đồ hệ thống điều khiển trên ta có sơ đồ điều khiển vòng quay tua bin và công suất tua bin. Ở đây cơ cấu con quay RemWat là phần tử đo về tốc độ vòng quay của tua bin. Trong đó: - n0 là giá trị đặt của số vòng quay. - ĐT là đối tượng gồm Tua bin và máy phát điện. - NK hệ thống piston và xi lanh gọi là ngăn kéo. - Tua bin là đối tượng không có sự tự cân bằng do mô men quán tính của Tua bin. Điều khiển mức nước bình ngưng Trong bình ngưng gồm có 2 thông số chính cần điều chỉnh: Mức nước bình ngưng. Chân không bình ngưng. Mức nước bình ngưng và chân không bình ngưng ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế của Tua bin, nó còn ảnh hưởng đến chế độ làm việc bình thường của thiết bị. Nếu chân không bình ngưng tăng sẽ làm tăng áp suất bình ngưng và làm giảm quá trình giãn nở trong tua bin lại đồng thời tăng nhiệt độ ở phần đuôi của Tua bin sẽ gây nóng gối đỡ và làm thay đổi quá trình giãn nở do nhiệt của Tua bin. Nếu mức nước trong bình ngưng giảm sẽ làm nóng nước tuần hoàn sẽ làm biến dạng các dàn ống đồng làm ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt. Sơ độ công nghệ 1- Bình ngưng. 2- Bộ điều chỉnh. 3- Van đồng trục. 4- Cơ cấu chấp hành. 5- Bơm ngưng. 6- Làm mát. Đối tượng nhiệt chính là mức nước bình ngưng chế độ dòng chảy không có tính tự cân bằng mang tính tích phân có trễ. Hb thường giữ mức nước trung bình trong không gian bình ngưng. Trong thực tế không gian bình ngưng thay đổi. Van 3 më Q = Hb q1 Bộ định trị 2 nhận 2 giá trị cho trước sẽ làm đóng hoặc mở van đồng trục 3 và 4 đồng thời lưu lượng nước đi ra bình ngưng tăng hoặc giảm tương ứng sự tăng hay giảm của mức nước trong bình ngưng. Bộ điều chỉnh thường dùng là theo quy luật tích phân tỷ lệ và đảm bảo mức nước bình ngưng không có sự sai lệch dư hoặc bên liên hệ nghịch cứng sẽ chuyển sang quy luật điều chỉnh P. Ở chế độ làm việc bình thường van 3, 4 có độ mở khác nhau do đó tạo ta 2 chế độ. Đồ thị lưu lượng khi van mở trong chế độ làm việc bình thường van 4 mở van 3 đóng kín. Trường hợp mức nước bình ngưng giảm thì van 4 từ từ đóng van 3 bắt đầu mở để đưa nước tái tuần hoàn về bình ngưng để đảm bảo mức nước trung bình ngưng ở ngưỡng ổn định. Khi mức nước bình ngưng vẫn còn thấp thì phải bổ sung thêm nước bổ sung. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh mức nước bình ngưng. Điều khiển mức nước bình gia nhiệt Hơi trích từ tua bin Nước cấp vào Nước cấp ra ra Nước đọng dồn cấp Đặt Bộ ĐC Sơ đồ điều khiển mức nước bình gia nhiệt. Mức nước trong bình gia nhiệt có ý nghĩa đảm bảo kinh tế và hiệu suất của chu trình nhiệt và đảm bảo an toàn cho thiết bị. Bộ điều chỉnh mức nước bình gia nhiệt giữ mức nước trong bình ở trạng thái bình thường. Để đảm bảo cho nước ra khỏi bình gia nhiệt về lò không thay đổi quá nhiều thì khoảng hơi chiếm từ 30%-70% không gian bình gia nhiệt còn lại khoảng nước chiếm từ 50%-70%. Độ cao của mức nước trong bình gia nhiệt được xác định theo mỗi chu trình nhiệt khoác nhau. Nó biến động phụ thuộc vào phụ tải của cả tổ máy. Để đảm bảo cho bình gia nhiệt làm việc bình thường ta đặt bộ điều chỉnh để điều chỉnh mức nước và hơi trong bình gia nhiệt. Thường được đặt bộ điều chỉnh thực hiện quy luật tỷ lệ. Mỗi bình gia nhiệt đặt 2 mức: Trường hợp cao quá sẽ làm giảm hiệu suất lò vì nước cấp cho lò không được nhận nhiệt. Trường hợp mức nước thấp quá khi đó nước cấp cho lò có nhiệt độ cao quá sẽ gây sôi bồng sẽ làm biến dạng các dàn ống sinh hơi do nhiệt độ quá cao. Nếu trường hợp sấu có thể dẫn đến ngừng lò. Cách xử lý sự cố phải tách bình sự cố để sửa chữa. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mức nước bình gia nhiệt Điều khiển mức nước bình khử khí Thống số mức nước bình khử khí phản ánh hiệu suất khử khí. Trong đó có ôxy, nó là một loại chất ăn mòn kim loại. Bình khử khí làm việc thường ở chế độ sôi. Nếu mức nước bình khử khí quá cao thì thì bề mặt sôi giảm làm cho sự thoát khí ôxy trong nước thoát ra giảm. Mức nước thấp quá dẫn đến làm nóng thiết bị do đó phải có hệ thống điều chỉnh mức nước bình khử khí. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh mức nước bình khử khí. Bình khử khí. Đát trích. Van điều chỉnh nước bổ sung. Bộ điều chỉnh mức nước bình khử khí. Bộ điều chỉnh áp suất bình khử khí. Hơi vào bình khử khí tạo không gian hơi của bình không khí. Nước đi từ trên xuống, hơi đi từ dưới lên. Hơi và nước được hoà trộn với nhau rất đều nhờ các mặt sàng ở cột hoà trộn. Khi đó nước được hơi hâm nóng và thành phần ôxy và khí CO2 được tách ra khỏi nước và thoát ra ngoài. Nguyên tắc điều chỉnh bình khử khí. Khi nước ngưng của bình khử khí tăng hoặc giảm khí đó đát trích 2 tác động đến phần tử 4. Khi đó van 3 đóng hoặc mở để nước bổ sung vào bình khử khí để đảm bảo mức nước bình khử khí trong phạm vi cho phép. Sơ đồ cấu trúc điều chỉnh mức nước bình khử khí. CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH MỨC NƯỚC BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI I 2.1. CHỨC NĂNG VÀ NHIỆM VỤ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI Bao hơi là một thiết bị giữ một vai trò quan trọng nhất của thiết bị lò hơi, quá trình làm việc của bao hơi rất phức tạp do ảnh hưởng của sự thay đổi của phụ tải lò. Do đó chế độ làm việc của bao hơi phải luôn luôn giữ ở chế độ làm việc ổn định với trị số cho phép. Trong bao hơi thì thông số về mức nước bao hơi gắn chặt với quá trình thuỷ động trong lò hơi. Nếu mức nước tăng quá giới hạn cho phép sẽ làm tê liệt hệ thống xả liên tục( không xả được váng nước), hơi bão hoà sẽ đi vào bộ quá nhiệt và mang theo lượng nước đáng kể vào Tua bin, sẽ gây ăn mòn cánh tua bin, làm giảm độ bền của tua bin. Mức nước bao hơi cao quá sẽ phá vỡ sự cân bằng và các thiết bị phân ly hơi trong bao hơi mất tác dụng. Nếu mức nước trong bao hơi giảm xuống quá thấp sẽ phá vỡ sự cân bằng trong bao hơi, phá vỡ vòng tuần hoàn tự nhiên. Quá trình thuỷ động học trong bao hơi sẽ thay đổi. Khi đó nhiệt độ trong bao hơi sẽ tăng và kéo theo các dàn ống sinh hơi củ vòng tuần hoàn cũng tăng theo. Khi đó tuổi thọ củ các thiết bị trao đổi nhiệt sẽ bị giảm tuổi thọ do sự tăng lên của nhiệt độ. Mức nước bao hơi thay đổi do tăng hoặc giảm lưu lượng nước cấp hay lưu lượng hơi, sự thay đổi phụ tải nhiệt của buồng lửa và áp suất trong bao hơi sẽ dẫn đến sẽ làm thay đổi mức nước trong giới hạn cho phép là thấp hơn tâm hình học của bao hơi 200 mm. Trong quá trình vận hành cho phép dao động trong khoảng ± 50 mm. Vì vậy nhiệm vụ đặt ra là hệ thống điều khiển mức nước bao hơi phải điều chỉnh lượng nước cấp và lượng hơi sao cho mức nước trong bao hơi giữ ở trị số cho phép. Do đó hệ thống điều khiển mức nước trong bao hơi được đặt ra với yêu cầu rất cao và nghiêm ngặt. Nó đảm bảo sự làm việc ổn định của lò hơi giữ được quá trình thuỷ động học trong lò hơi và làm tăng tuổi thọ của các thiết bị trao đổi nhiệt trong lò hơi. 2.2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển mức nước bao hơi là giữ và duy trì mức nước thay đổi trong khoảng giới hạn là ± 50 mm so với tâm hình học của bao hơi trong suốt quá trình làm việc của nhà máy. Bao hơi là đối tượng điều chỉnh không có sự cân bằng, mức nước trong bao hơi luôn thay đổi do phụ tải nhiệt của lò hơi luôn thay đổi. Phương trình cân bằng vật chất bao hơi tuân theo phương trình: F.(g’ + g’’).= W – D. Trong đó : H - là mức nước bao hơi. D - là lưu lượng hơi. W - lưu lượng nước cấp. F - điện tích bề mặt bốc hơi trong bao hơi. g’ - mật độ nước. g’’- mật độ hơi. Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi là một hệ thống điều khiển phức tạp gồm có 3 xung(3 tín hiệu). Xung mức nước là xung chính(tín hiệu điều chỉnh vòng chính). Xung lưu lượng hơi là xung thông số đặt. Xung lưu lượng nước cấp là xung phản hồi. Nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển mức nước bao hơi Bộ điều chỉnh mức nước bao hơi được sử dụng là bộ điều chỉnh tỉ lệ tích phân có trễ. Do tính phức tạp của các thông số trong bao hơi cũng như sự đòi hỏi thông số mức nước bao hơi rất cao. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi. Quá trình làm việc của chu trình sản xuất điện của nhà máy: Nhiên liệu được đốt trong buồng đốt sinh ra nhiệt truyền cho các bề mặt đốt(gồm các ống nước đặt sát nhau tạo thành bề mặt kín) được bao xung quanh buồng đốt. Nước nhận nhiệt sôi và đi vào bao hơi bao hơi có nhiệm vụ phân tách hơi và nước. Sau đó hơi được đưa tới bộ quá nhiệt để gia nhiệt cho hơi ở áp suất không đổi tới nhiệt độ yêu cầu. Sau đó hơi được đưa tới tua bin cao áp, ở đây hơi được giãn nở sinh công làm quay trục tua bin kéo máy phát điện , sau đó hơi giảm bị giảm áp suất khi đi qua tầng tua bin cao áp và được đưa tới tua bin hạ áp để tiếp tục giãn nở sinh công tơi áp suất bình ngưng thi hơi được thoát ra binh ngưng. Ở đây hơi chuyển thành nước nhờ nước làm mát bình ngưng. Hơi sau khi ngưng tụ thành nước được bơm ngưng cấp qua các bình gia nhiệt hạ áp , sau khi qua các binh gia nhiệt hạ áp nước ngưng nhận nhiệt tới nhiệt độ đã tính toán và được đưa vào bình khử khí để khử các khí như Oxy và CO2( các khí này làm giảm quá trình trao đổi nhiệt và làm ăn mòn bề mặt kim loại) sau khi ra khỏi bình khử khí nước được bơm cấp bơm qua các bình gia nhiệt cao áp. Nước được nhận nhiệt tới gần nhiệt độ sôi ở các bình gia nhiệt cao áp thì được bơm quay trở lại bao hơi. Nước cấp vào bao hơi được điều khiển bởi hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi. Khi mức nước trong bao hơi dao động trong khoảng ± 50 mm thì bộ điều chỉnh mức nước bao hơi tác động. Nếu lưu lượng nước trên đường cấp vào lò hơi thay đổi, bộ cảm biển sẽ gửi tín hiệu tới bộ điều chỉnh, bộ điều chỉnh sẽ đưa ra tín hiệu điều chỉnh tác động đến cơ quan điều chỉnh là van, để van đóng mở sao cho đảm bảo lưu lượng nước vào lò ổn định. Đây là vòng điều chỉnh trong và là vòng điều chỉnh phụ để tăng chất lượng điều chỉnh. Nếu mức nước trong bao hơi có sự dao động trong phạm vi ± 50 mm so với tâm hình học của bao hơi thì thiết bị đo mức nước sẽ nhận biết được và đưa tới bộ điều khiển, ở đây bộ điều khiển so sánh và đưa ra tín hiệu điều chỉnh tới cơ quan điều chỉnh là van để đóng mở phù hợp với mức tăng hoặc giảm của mức nước. Bộ điều chỉnh làm việc cứ như vậy đến khi không còn sự sai lệch giữa tín hiệu định trị mức nước và tín hiệu mức nước mà thiết bị đo mức gửi về. Đây là vòng điều khiển chính trong sơ đồ điều chỉnh mức nước bao hơi. Tín hiệu lưu lượng hơi được đo đưa về được coi như một tín hiệu nhiễu tác động ở đầu ra và được đưa vào bộ điều chỉnh để tăng chất lượng điều chỉnh bằng cách tạo thêm một bộ khử nhiễu đưa về đầu vào cùng với vòng điều chỉnh chính. Sơ đồ khối 10 14 N D 11 17 16 13 12 10 MЭO 9 8 7 6 5 4 3 2 1 ИME-211 W D H N04 B12 P21 P21 БY21 ЗУ11 B21 Sơ đồ khối điều khiển mức nước bao hơi. Xung lưu lượng hơi D. Xung lưu lượng nước cấp W. Xung mức nước H. Bộ định trị ЗУ11. Khối đo lường ИO4. Khối rơ le P21. Khối chuyển mạch БY21. Khối hợp tải B21. Khối khởi động từ ИME-211. Cơ cấu chấp hành MЭO. Van điều chỉnh lưu lượng nước cấp. Bộ biến đổi chuyển dịch của van ra tín hiệu từ 0-5mA. Đồng hồ chị thị độ mở của van B12. Bao hơi. Bộ quá nhiệt. Đo lưu lượng hơi. Đo lưu lượng nước cấp. Đo mức nước. Nguyên lý làm việc của sơ đồ khối hệ thống điều khiển mức nước bao hơi Trên sơ độ khối của bộ điều khiển gồm có 3 đát trích nhận tín hiệu. Đát trích lưu lượng nước có độ chênh áp Dp =0,63 kg/cm2. Đát trích lưu lượng hơi có độ chênh áp Dp =1,6 kg/cm2. Đát trích mức nước có độ chênh áp Dp =630 kg/cm2. Các tín hiệu từ các bộ chuyển đổi cảm nhận sẽ thay đổi các thông số lưu lượng hơi, lưu lượng nước cấp và mức nước bao hơi về khối đo lường dưới dạng dòng quy chuẩn từ 0-5mA. Việc định pha của các tín hiệu này phụ thuộc vào ý nghĩa của công nghệ. Khi lò hơi làm việc với các thông số định mức thì lưu lượng hơi, mức nước trong bao hơi được khối đo lường И04 tiếp nhận cùng với bộ định trị ЗУ11 tổng đại số các tín hiệu bằng không. Khi đó khối đo И04 ở trạng thái cân bằng tín hiệu ra bằng không (Ura =0). Khi có sự sai lệch về mức nước ra khỏi vị trí cân bằng hoặc có sự phá vỡ cân bằng giữa lưu lượng nước cấp và lưu lượng hơi. Khi đó khối đo lường И04 sẽ đưa ra tín hiệu điện áp Ur =0-2,5V. Cực tính của tín hiệu ra phụ thuộc vào dấu của tổng đại số của tín hiệu đầu vào. Tín hiệu này sẽ được đưa sang khối Rơle P21. Tại đây khối Rơle P21 có nhiệm vụ xác lập quy luật điều chỉnh dưới dạng tỷ lệ tích phân sau đó sẽ đưa ra tín hiệu điều chỉnh dưới dạng điện áp Ur =±2,5V qua khoá điều khiển và khối hợp tải B21 thông qua khởi động từ để đi điều khiển cơ quan chấp hành (10) để mở hay đóng van điều chỉnh để làm tăng hay giảm lượng nước vào bao hơi đảm bảo thông số quy định. Tín hiệu điều khiển có quan chấp hành kết thúc khi sử cân bằng vật chất giữa lưu lượng nước và lưu lượng hơi sẽ ổn định ở giá trị định mức củ mức nước bao hơi. Như vậy bộ điều khiển mức nước bao hơi chia làm hai vòng: Vòng tác động nhanh đó là lưu lượng nước, bộ điều khiển cơ quan chấp hành ( cơ quan điều khiển). Vòng tác động có quán tính là mức nước, bộ điều khiển và cơ quan điều khiển. Với bộ điều khiển ba tín hiệu đảm bảo chất lượng điều chỉnh cao, chính xác, tăng cường độ tin cậy, duy trì làm việc lâu dài của thiết bị, kéo dài tuổi thọ củ thiết bị và đảm bảo được quá trình thuỷ động học trong lò hơi. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển mức nước bao hơi Trong đó : ĐC : là bộ điều chỉnh mức nước ĐT2 : là đối tượng van điều chỉnh. ĐT1 : là đối tượng mức nước bao hơi. Ho : giá trị đặt. 2.3. SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIẾN MỨC NƯỚC BAO HƠI Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ЗУ11 БУ21 ПME 211 HП PIM N­íc cÊp Chú thích: 1- Xung lưu lượng hơi D. 2- Xung mức nước H. 3- Xung lưu lượng nước W. 4- Bộ định trị ЗУ11. 5-._. Khối đo lường ИO4. 6- Khối rơ le P21. 7- Khối chuyển mạch БУ21. 8- Khối hợp tải B21. 9- Khối khởi động từΠME-211. 10- Cơ cấu chấp hành MЭO. 11-Van điều chỉnh lưu lượng nước cấp. 12- Bộ biến đổi chuyển dịch của van ra tín hiệu từ 0-5mA. 13- Đồng hồ chị thị độ mở của van B12 Sơ đồ nối dây Trong đó: H : là bộ cảm biến tín hiệu mức nước. GH : bộ cảm biến tín hiệu về lưu lượng hơi. GN : bộ cảm biến tín hiệu về lưu lượng nước. ZY11 : bộ định trị. N04 : Khối đo lường. P21 : Khối Rơle tạo xung điều khiển. B21 : Khối hợp tải. KCC, KCT : khối rơ le cảm kháng. Tín hiệu mức nước, tín hiệu lưu lượng nước, tín hiệu lưu lượng hơi cùng với tín hiệu định trị đều được đưa tới khối đo lường theo các cặp chân 11-12,13-14,15-16. Các tín hiệu được khối này tính toán xử lý và đưa ra tín hiệu điều chỉnh qua chân số 4-5 tới khối P21, khối P21 sẽ tạo ra xung điều khiển để đưa tới khối hợp tải. Chiều rộng xung điều khiển chính là độ mở hoặc đóng của van. Khối hợp tải có nhiệm vụ bắt tay giữ một bên là khối có điện trở thuần và một bên là khối có điện trở mang tính cảm kháng. Sau đó tín hiệu được đưa tới khối KCT và KCC. Nhiệm vụ và nguyên lý làm việc của các phần tử trong hệ thống hệ thống điều khiển Khối đo lường ИO4 Sơ đồ khối đo lường Nhiệm vụ. Là một trong những phần tử quan trọng không thể thiếu được trong các bộ tự động điều chỉnh các quá trình công nghệ với chức năng là thiết bị cộng đại số các tín hiệu đầu vào không phụ thuộc vào hệ số tỷ lệ các tín hiệu. Khối ИO4 nhận các tín hiệu đầu vào là (H), (D), (W). Các tín hiệu này là tín hiệu dòng một chiều quy chuẩn 0ữ5 mA. Tổng đại số tín hiệu đầu vào và các tín hiệu định trị trong và định trị ngoài tạo tín hiệu mất cân bằng ở đầu ra. Khối ИO4 có 4 kênh vào, có thể có đồng thời đưa 4 tín hiệu vào khối dưới dạng dòng quy chuẩn 0 ÷ 5mA. Hoặc sử dụng 1 trong 4 kênh đầu vào các đầu vào không sử dụng bỏ không. Định trị đặt ngoài là định trị dòng 305 hoặc định trị điện áp 3У11. Khi sử dụng định trị dòng 3У05 thì có thể đấu trực tiếp vào 1 kênh của ИO4. Nếu sử dụng định trị điện áp 3У11 thì được đấu vào đầu 8-9-10 nếu sử dụng 3У05 thì các đầu này phải đấu tắt. Các định trị của khối có thể thay đổi được -100% ÷ 0 ÷ 100% nhờ núm chỉnh thô “ ГPУБ0”. Thay đổi từ -8% ÷ 0 ÷ 5% nhờ núm chỉnh tinh “ TOЧHO ”. Tín hiệu ra của ИO4 là tín hiệu điện áp một chiều có cực tính thay đổi (-2,5 ÷ 0 ÷+ 2,5)V. Được lấy ra trên đầu 4-5 của khối. Các thông số kỹ thuật của khối ИO4. Các tín hiệu đầu vào là dòng quy chuẩn 0 ÷ 5mA. Khi điện trở đầu vào RBX = 400 W. Cực tính của các tín hiệu vào ИO4 phụ thuộc vào tính chất của thông số trong hệ thống điều chỉnh. Điện trở định trị đặt ngoài R =2,2 kW Cực tính điện áp ra phụ thuộc vào dấu của tổng đại số các tín hiệu đặt vào. Các cơ quan hiệu chỉnh. Các giá trị của cơ quan điều chỉnh ИO4 được thực hoá trên các núm sau: Hệ số tỷ lệ Kn1 - Kn4 có thể thay đổi giá trị đưa từ 0 ÷ 1. Định trị ngoài thay đổi nhẩy bậc 0 ÷ 40% và 0 ÷ 100%. Định trị trong của khối được thực hoá trên các núm” (P ” núm chỉnh tinh -100 ÷ 0 ÷ +100%. TOЧHO núm chỉnh tinh -5 ÷ 0 ÷ +5%. Mn1-Mn4 khối chức năng tín hiệu vào ИП15 khối cấp nguồn. MГ-2 khối phát tần số 10 kHz. Nguyên lý làm việc của khối đo lường И04. Khối đo lường bao gồm các phần sau: Mạch đo lường, mạch phân cách, máy phát xung, ổn áp, nguồn cấp. Khối đo lường И04 để cộng 4 tín hiệu vào độc lập và tín hiệu đặt trước. Không phụ thuộc vào tỷ lệ các tín hiệu. Tạo ra tín hiệu mất cân bằng theo phương trình tín hiệu vào và ra như sau: XBNX = Kn1.XBX1 + Kn2.XBX2 + Kn3.XBX3 + Kn4.XBX4 + ¥.X3д + Xkp ở đây: XBNX là tín hiệu ra. - XBNi là các tín hiệu vào. - Kni là các hệ số tỷ lệ. - ( là hệ số xác định dải tác động của định trị. - X3д,Xkp là giá trị tương ứng của định trị ngoài và trong. Trong mạch đo lường các tín hiệu được biến đổi thành tín hiệu điện áp nhờ các điện trở từ R1 ÷ Ry. Sau đó các điện áp này được đưa đến các bộ phân cách tương ứng. Bộ phân cách cấu tạo trên nguyên lý: Biến đổi – biến áp – tái biến đổi . Các bộ phận biến đổi và tái biến đổi được cung cấp bởi các xung tam giác có tần số 10 kHz từ máy phất xung MГ- 2. Tín hiệu ra sau bộ phận phân chia được định tỷ lệ nhờ biến trở Kп2 và được cộng với nhau. Tín hiệu tổng nhận được là điện áp của sơ đồ cầu 1 vai đấu với tín hiệu định trị 1 vai đấu với tín hiệu định trị ngoài. Cầu được cung cấp bởi nguồn ổn áp 4, trong sơ đồ có lắp đặt cơ cấu thay đổi nhẩy bậc và liên tục miền định trị ngoài. Trên đầu vào của ИO4 có thể đưa tín hiệu vào có cực tính bất kỳ. Tín hiệu ra của ИO4 có 2 cực tính và có trị số từ -2,5 ÷ 0 ÷ + 2,5 V được gửi tới khối P21 trong sơ đồ điều chỉnh. Nhiệm vụ và nguyên lý làm việc của khối rơ le P21 Nhiệm vụ. Khối Rơle P21 được sử dụng trong các bộ tự động điều chỉnh nhận các tín hiệu lối vào được đưa trực tiếp vào khối Rơle hoặc thông qua khối ИO4. Khối P21 tạo ra xung điện áp để điều khiển cơ cấu thừa hành thông qua khởi động từ. Khối Rơle tạo quy luật tỷ lệ P hoặc tỷ lệ tích phân PI hoặc tỷ lệ vi phân tích phân PID. Để tạo ra quy luật tỷ lệ tích phân vi phân thì khối P21 phải hợp bộ cùng với khối Д01 hoặc Д03 (khối vi phân). Muốn tạo ra quy luật tỷ lệ phải đưa vào khối P21 tín hiệu phản hồi từ cơ cấu thừa hành hoặc đưa tín hiệu điều chỉnh vào khối đo lường ИO4. Nguyên lý làm việc. Các tín hiệu lối vào là dòng 1 chiều 0 ÷ 5 mA hoặc 0 ÷ 20 mA đi vào các điện trở R1 ÷ R3 ở đây các tín hiệu được chuyển thành tín hiệu điện áp kết hợp với nhau và kết hợp với tín hiệu 0 ÷ ± 2,5 V tổng các tín hiệu đi vào bộ hoãn xung R4,C1 tín hiệu lối ra của bộ R4,C1 được đưa vào bộ khuyếch đại một chiều YB-41 cùng với tín hiệu 0 ÷ 5mA được khuyếch đại và gửi tới khuyếch đại Rơle YP-2 các lối vào của khối không sử dụng phải đấu tắt. Trong thực tế ở nhà máy chỉ sử dụng đầu vào có điện áp 0 ÷ ± 2,5 V từ khối đo lường ИO4 ở đầu 4-14. Bộ khuyếch đại YB-41 có cấu tạo như sau: Bộ biến dung tầng khuyếch đại bán dẫn cao tần mạch liên hệ ngược chính De-tec-tơ, bộ tái biến điện tần số thấp và phin lọc. Tín hiệu lối ra YB-41 đi qua phin lọc vào bộ khuyếch đại YP-2 chịu sự chi phối của phản hồi âm cứng. Sự chi phối này phụ thuộc vào vị trí biến trở R5 và R16a. Biến trở R5 có tác dụng điều chỉnh độ nhậy tối thiểu của khối còn R16a hiệu chỉnh thông số tĩnh của khối. Khuyếch đại YP-2 có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu sau YB-41 thành điện áp xung 1 chiều để đi điều khiển khởi động từ Y22-M của cơ cấu thừa hành. YP-2 có cấu tạo chủ yếu từ Tiristor và bộ biến điện từ. Điện trở thuần của 1 nửa phụ tải ra YP-2 là phụ tải toàn phần của khối P21 và không nhỏ hơn 72 W Nếu trong điện trở của phụ tải có thành phần điện cảm thì phụ tải đấu qua khối hợp tải B21. Khối B21 có tác dụng làm gián đoạn dòng phụ tải ở tầng cuối. Các đèn l1, l2 xác định hướng tác động của khối. Nguồn cung cấp cho cả hai bộ khuyếch đại YB-41 và YB-2 đều được lấy từ ИП-15. Khi khối tác động ở lối ra của YB-2 xuất hiện một điện áp liên hệ ngược ở dòng dạng xung. Điện áp này qua đầu 15A-16A của YP-2 để vào mạch liên hệ ngược chính và đi qua các đầu 15A, 1A để vào mạch liên hệ ngược phụ. Dạng của điện áp này có thể nhìn thấy được trên máy hiện sóng ở các đầu 6-19 của khối. Điện áp ngược được tái biến điện do tác dụng của đèn nê-ông l1( trong mạch phản hồi chính) và cầu D2 – D5 (trong mạch phản hồi phụ). Khi điện áp phản hồi vượt quá điện áp mở của đèn l1 và ổn áp Д1 các tụ C2,C3 sẽ nạp điện, điện áp này sẽ phóng vào các đầu 1-9 và 4-9 của YB-41khi khối đổi chiều tác động thì biên độ của điện áp phản hồi cũng như dòng điện nạp của tụ cũng đổi dấu. Tốc độ nạp của các tụ (C2) trong mạch phản hồi chính Voc phụ thuộc điện dung của tụ điện và tổng các điện trở R8 và B2. Khi thay đổi vị trí của B2 thì hệ số tỷ lệ của bộ điều chỉnh cũng thay đổi. Thời gian phóng của tụ C2 bằng thời gian tích phân (Tu) của bộ điều chỉnh. Thời gian Tu được xác định bằng giá trị của tụ C2 và điện trở ở khoá B1. Độ dài của xung tác động được điều chỉnh bằng điện trở R15b. Biến trở này có tác dụng thay đổi thời gian phóng điện của tụ. Trong mạch phản hồi phụ của khối điện áp nạp của tụ C3 phụ thuộc vào điện trở phân thế R11và R16b, R4, R10. Khi tăng vùng không nhậy cũng tăng vùng hồi tuyến tính của khối trong trường hợp này để độ dài của xung không đổi ta điều chỉnh biến trở R16a, R16b để tăng điện áp cho tụ C3. Đồng thời đưa vào mạch phản hồi phụ còn có điện áp tỷ lệ với dòng điện nạp của tụ C2 trong mạch phản hồi chính tách từ trở R15a và R16b điện áp này có tác dụng như phản hồi đồng chiều dương làm dung hoà độ dài xung tác động. Khi tốc độ phản hồi của khối thay đổi. Khi tăng độ dài tác động phải tăng độ phản hồi dương bởi vậy người ta ghép R15a và R16b với nhau. Ta có thể loại trừ phản hồi chính và phản hồi phụ bằng cách đấu tắt các điểm Г-Б và Д-Б của khối. Các cơ quan điều chỉnh: R4 để thay đổi thời gian của bộ ổn định. Biến trở R16a để thay đổi vùng không nhậy ЗONa. Biến trở R15a để thay đổi độ dài xung ИMПУЛБ. Khoá tụ thay đổi thời gian tích phân. Sơ đồ mạch khối rơle P21 Khoá điều khiển БY-21 Khoá điều khiển БY-21 sử dụng để chuyển mạch hệ thống tự động điều chỉnh liên tục từ trạng thái tự động này sang điều khiển bằng tay, khối БY-21 gồm các bộ phận sau: Nguồn cấp cho 2 transtor lấy từ bộ nguồn MП-31. Tín hiệu lối vào R4b các biến trở R2,R6 tạo dải hoạt động cần thiết cho biến trở kép R4a và R4b. Các bộ phận điều chỉnh. + Công tác chuyển mạch điều khiển B1 để thay đổi chế độ điều chỉnh tự động hay chế độ chế độ điều chỉnh từ xa P. + Giá trị điều chỉnh của dòng ra từ 0ữ5 mA nhờ điều chỉnh R14a, R14b giá trị dòng lối ra được báo theo thang đo 0÷100%. Nguyên lý làm việc. Khi khoá БY-21 ở vị trí tự động, khí có tín hiệu mở từ P21 đưa tới điện áp khung vuông ± 24 V đưa tới cuộn dây của Rơle(mạch trở) thông qua tiếp điểm thường đóng củ Rơle KLT (1,2) các tiếp điểm của 13,15 của KCC1 được tiếp lại chân số 2 và 4 củ khoá БY-21 liền mạch cấp điện cho cuộn dây khởi động từ KMC lúc này tay quay van được kéo về vị trí điện công tắc an toàn SBI tiếp trở lại khởi động từ ПME-211 có điện tác động đóng các tiếp điểm KMC củ nó lại cấp điện 3 pha của động cơ qua theo chiều mở van. Động cơ kéo van kéo theo bộ phận chuyển động kéo biến trở R quay theo chiều mở tín hiệu từ biến trở đưa về bộ biến đổi H(P-1M, bộ biến đổi có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu thành tín hiệu dòng đưa tới đồng hồ B21 chỉ thị độ mở của van điều chỉnh nước cấp. Lúc này trên khoá БY-21 xuất hiện tín hiệu đèn (Б) sáng tức là đèn l2 mở. Khi không có tín hiệu xung điện áp mở đưa tới cuộn KCC1 Rơle mất điện nhả các tiếp điểm 13,15 ra dẫn đến động cơ mất điện dừng lại. Ở vị trí đóng van khi cơ tín hiệu đóng từ khối điều chỉnh Rơle P21 tín hiệu xung điện áp ± 24 V đưa tới cuộn dây KCC1 tiếp điện 13,15 đóng lại, tiếp điểm 6, 8 của khoá БY-21tiểu mạch, điện áp qua tiếp điểm 7, 8 chờ sẵn của SQ2 qua tiếp điểm thường đóng của KMC cấp điện cho cuộn dây KMT của khởi động từ (ME-211 tác động đóng các tiếp điểm của nó lại và cấp điện cho động cơ quay theo chiều đóng van xuống. Lúc này biến trở R được quay về từ vị trí đóng đưa tín hiệu điện trở về độ biến đổi H(P-1M. Bộ biến đổi có nhiệm vụ có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện trở thành dòng 1 chiều 0ữ5 mA đưa tới đồng hộ B12 chỉ thị độ đóng mở của van. Lúc này mạch đèn (M) sáng tức là đèn l1 chỉ báo đóng van. Khi có xung điện áp đóng đưa tới Rơle KCT mất điện nhả tiếp điểm 13; 15 của nó ra động cơ mất điện dừng lại. Ở vị trí đống van khi có tín hiệu đóng từ khối điều chỉnh Rơle P21 tín hiệu xung điện áp ± 24 V đưa tới cuộn dây KCC1 tiếp điểm 13; 14 đóng lại tiếp điểm 7; 8 chờ sẵn của SQ2 qua tiếp điểm thường đóng của KMC cấp điện cho cuộn dây KMT của khởi động từ ΠME-211 tác động đóng các tiếp điểm của nó lại và cấp điện cho động cơ quay theo chiều đóng van xuống. Lúc này biến trở R được quay từ vị trí đóng đưa tín hiệu điện trở về bộ biến đổi HΠP-1M. Bộ biến đổi có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện trở thành dòng một chiều 0-5 mA đưa tới đồng hồ B12 chỉ thị độ đóng mở của van. Lúc này mạch đèn (M) sáng tức là đèn l1 chỉ đóng van. Khi không có xung điện áp đóng đưa tới Rơle KCT mất điện nhả tiếp điểm 13; 15 của nó ra động cơ mất điện dừng lại. Khoá БY-21 ở vị trí trung gian “P” tức là điều khiển từ xa (bằng tay). Khi ta ấn nút (M) tức là ấn nút mạch đóng lúc này chân số 1 và 31 tiếp điểm lại liền mạch thông qua tiếp điểm 7; 8 của công tắc SQ2 và tiếp điểm thường đóng của KMC cấp điện cho cuộn dây KMT của nó lại quay theo chiều đóng van lại ” lúc này công tắc an toàn được tiếp lại” làm cho biến trở R quay theo đưa tín hiệu điện trở tới bộ biến đổi HΠP-1M biến đổi thành dòng đưa tới đồng hồ B12 chỉ thị độ đóng mở của van, điều chỉnh bao nhiêu %. Khi ta bỏ tay không ấn nút (M) nữa thì tiếp điểm 1; 31 nhả ra động cơ mất điện dừng lại. Khi ấn nút “Б”, ấn nút mở van, thì chân số 1-32 tiếp lại thông qua tiếp điểm 1-2 của công tắc hành trình van SQ1 và tiếp điểm thường đóng KMT, dẫn cuộn dây KMC có điện tác động đóng các tiếp điểm đóng KMC của khởi động từ ΠME-211 lại cấp điện cho động cơ quay theo chiều mở van. Lúc này biến trở R quay theo đưa tín hiệu điện trở về bộ biến đổi HΠP-1M biến đổi thành dòng từ 0-5mA đưa ra đồng hồ B12 chỉ thị độ mở của van. Khi ta bỏ tay ra thì tiếp điểm 1-32 nhả ra làm mất điện, động cơ dừng lại. Khi mạch bảo vệ mức nước đưa vào làm việc. Vì một lý do nào đó mức nước trên hai đồng hồ tăng hoặc giảm quá phạm vi cho phép ( -100 mm hay +100mm) thì mạch bảo vệ từ 2 đồng hồ trên tiếp lại thông qua khoá và con nối Rơle KL16 có điện áp làm tiếp. Các tiếp điểm thường mở 5; 6 của nó đóng lại cấp điện cho Rơle KL1, nhả tiếp điểm thường đóng 1; 2 của KL1 ra dẫn đến mạch tự động mất điện đồng thời đóng tiếp điểm thường mở KL1 (7; 8) lại thông qua công tắc hành trình van SQ3 tiếp điểm 10; 12 cấp điện cho cuộn dây KLT tác động đóng các tiếp điểm của khởi động từ ΠME-211 cấp điện cho động cơ quay đóng van lại. Khối hợp tải B21 Nhiệm vụ. Tải của khối điều chỉnh Rơle P21 mang tính thuần trở vì vậy khi tải mang tính cảm kháng người ta phải mắc thêm bộ phối hợp trở kháng B21. Khi mang tính cảm kháng ở cuối nửa chu kỳ mở Transtor của khối điều chỉnh Rơle P2, điện áp anốt của Transtor giảm dần về “0” Transtor được khoá lại. Song do tính chất cảm kháng của tải dòng điện tải xuất hiện các sức điện động tự cảm phát sinh từ tải. Để bảo đảm khoá Transtor đúng lúc trong B21 được bố trí mạch R,C mắc song song với tải để triệt tiêu dòng tự cảm của tải khoá Transtor của P21 đúng lúc đảm bảo chất lượng điều chỉnh theo yêu cầu. Д2 Д1 Д3 Д4 Д7 Д6 Д8 Д5 Sơ đồ khối hợp tải B21. Nguyên lý làm việc của khối hợp tải. Khối B21 gồm 3 kênh độc lập với nhau mỗi kênh đầu vào và đầu ra riêng rẽ các điốt Д1 và Д2 dùng để loại trừ các tác động ngược biến áp nạp cho tụ C1 và C2 đến mạch ra của khối điều chỉnh P21. Tụ C1 là phần tử quan trọng để khoá chắc chắn Transtor của P21. Điện trở R1 và R2 được tác dụng khi thành phần điện trở của tải mang tính cảm kháng. Khi Rm ≤ 120W nó cho phép điện áp ra của B21 gần bằng điện áp vào đồng thời khoá Transtor của P21. Khi Rm ≤ 14 W và khi mất tín hiệu điều khiển R1 và R2 sẽ nối ngắn mạch. Điốt Д5 và Д6 chống lại quá trình dao động trong tải khi cắt mạch của các Transtor của P21 đảm bảo đặc tính động của bộ điều chỉnh. Điốt Д3, Д4 và ổn áp Д6 tạo ra mạch giải phóng năng lượng tự cảm của tải ở thời điểm P12 ngắn tín hiệu. Đồng thời hạn chế bước điện áp tự cảm trên các Transtor của P21 ngăn ngừa hiện tượng tự mở lại của chúng. Khối hợp tải B21 được sử dụng trong các bộ điều khiển tự động sử dụng khởi động từ (ME hoặc khối Rơle cơ khí, khi sử dụng trực tiếp tín hiệu điều khiển của P21. Máy phát xung ( Bộ chuyển đổi tín hiệu không điện ra tín hiệu điện) Các máy phát xung được sử dụng trong các bộ điều chỉnh có nhiệm vụ cảm nhận các tín hiệu không điện như áp suất, lưu lượng, môi chất khí lỏng chảy, mức chất lỏng… Chuyển đổi các tín hiệu đó thành tín hiệu điện dưới dạng dòng quy chuẩn. Ở nhà máy điện Phả Lại I sử dụng các loại máy phát xung như: ДMЄ- đát trích đo mức nước, ДMЄ-P đát trích đo lưu lượng. Tín hiệu của các đát trích đều đưa ra tín hiệu quy chuẩn 0÷5mA cấp cho khối tự động. Tất cả các máy phát xung đều làm việc theo nguyên tắc đo chênh áp. I = f(). BC 1 2 3 Tín hiệu ra BC : Bộ cảm biến . 1: Cầu đo lường. 2: Khối khuyếch đại. 3: Nguồn cấp. Công dụng của đát trích. Nhiệm vụ: Đát trích là một trong những thiết bị quan trọng trong bộ tự động điều chỉnh nó có nhiệm vụ cảm biến thông số điều chỉnh chuyển đổi thành tín hiệu dưới dạng dòng điện quy chuẩn 0÷5mA đưa về các bộ tự động điều khiển. Nguyên lý làm việc: Thông số đo được biến đổi bởi phần tử nhậy cảm thành độ dịch chuyển thẳng của nam châm vĩnh cửu tạo nên tác động điều khiển dưới dạng từ thông làm mất cân bằng cầu từ trường. Lúc này mất tín hiệu ở vai cầu kia dưới dạng điện áp để đi điều khiển tín hiệu ra của bộ khuyếch đại đưa thẳng đến đầu ra, đồng thời mạch phản hồi ngược tạo ra từ thông bù với từ thông điều khiển. Sơ đồ đầu điện bộ chuyển đổi. Thành phần cơ bản của mạch khuyếch đại là vi mạch bán dẫn để khuyếch đại tín hiệu từ cầu từ trường đưa về và biến đổi nó thành tín hiệu điện có dòng quy chuẩn từ 0-5mA tỷ lệ với đầu vào là tín hiệu chênh áp cần đo. CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH HỆ HAI VÒNG TRÊN CASCAD 3.1. CƠ SỞ PHÂN TÍCH HỆ TỰ ĐỘNG Trong phần này trình bầy một số khái niệm và các phương pháp mới đề xuất để giải các bài toán phân tích và tổng hợp hệ thống điều khiển quá trình công nghệ với các đối tượng bất định. Tiêu chuẩn ổn định "Parabol" Qui tắc “Parabol” kiểm tra sự ổn định của hệ tự động. Giả sử WP(jw) là đặc tính tần số của hệ tự động trong trạng thái hở: 2 3 P jQ -1 P = Q2-1 1’ I II III IV 1 Các vị trí có thể của đặc tính tần số hệ hở tương quan với điểm (-1;j 0). Ta dựng trên hệ toạ độ này một đường parabol đối xứng qua trục thực và có gốc là điểm (-1;j0). Phương trình của parabol này có dạng P=Q2+1. Theo chiều tăng tần số từ 0 đền vô cùng (w=0®¥) ta gọi điểm cắt của đặc tính tần số hệ hở với nhánh dương của parabol (Q <0) là “điểm cắt trong”, nếu sự cắt xảy ra theo hướng đi vào phía trong parabol, trái lại là “điểm cắt ngoài”. “Tiêu chuẩn Parabol 1”: Điều kiện cần và đủ để hệ tự động kín ổn định là hiệu giữa số “điểm cắt ngoài” và số “điểm cắt trong” của đặc tính tần số hệ hở với nửa dương parabol bằng l/2, trong đó l là số nghiệm phải (nghiệm có phần thực dương) của phương trình đặc tính của hệ thống hở. Trong thực tế hầu hết các hệ thống điều khiển ở trạng thái hở là những hệ ổn định. Khi đó ta có định lý thuận lợi hơn như sau: “Tiêu chuẩn Parabol 2”: Điều kiện cần và đủ để hệ tự động kín ổn định nhận được từ một hệ hở ổn định là số “điểm cắt trong” và số “điểm cắt ngoài” của đặc tính tần số hệ hở với nhánh parabol dương bằng nhau. Các chỉ tiêu ổn định phát biểu trên đây ứng dụng thuận tiện cho các hệ thống có bậc phi tĩnh không vượt quá 3. Đặc tính tần số hệ hở trong trường hợp một chiều hay đặc tính định thức đối với hệ nhiều chiều có thể bắt nguồn từ vô cùng trong bất kỳ góc phần tử nào của mặt phẳng toạ độ. Đa số các hệ thống điều khiển tự động có trong thực tế đều thoả mãn điều kiện vừa nói trên đây. Tiêu chuẩn parabol có ứng dụng rộng rãi để kiểm tra ổn định và đánh giá dự trữ ổn định của hệ thống trên máy tính điện tử trong chế độ tính toán tự động. Chỉ số “dao động mềm” Sự cần thiết của khái niệm “dao động mềm”nảy ra do một điều bế tắc trong lý thuyết tính toán hiệu chỉnh các hệ thống tự động. Thật vậy, phương pháp tính toán hiệu chỉnh theo độ dao động (theo nghĩa kinh điển) cho trước của hệ thống không ứng dụng được đối với các trường hợp đối tượng có trễ vận tải vì khi tần số tăng đến vô cùng: (w=0®¥), mô dun đặc tính tần số mở rộng của hệ hở (Wp(-mw+jw) đối với hệ một chiều, D(-mw+jw) đối với hệ nhiều chiều) tiến tới vô cùng do sự có mặt của thừa số emtw®¥ Kết quả là đặc tính tần số mở rộng của hệ hở có thể bao điểm mốc ổn định (h.25, đường cong số 1) một số tuỳ ý lần. Do đó theo tiêu chuẩn Nyquist không khẳng định được điều gì về sự đảm bảo độ dự trữ ổn định cho trước đối với hệ kín. Điều đó dẫn đến sự vô căn cứ của nhiều phương pháp hiệu chỉnh hiện nay dựa trên cơ sở khái niệm độ dao động theo nghĩa kinh điển. Về thực tiễn, chúng hầu như bất khả dụng đối với các hệ phức tạp. Có thể khắc phục những khó khăn nói trên, nếu cho độ dao động của hệ thống thay đổi phụ thuộc vào tần số theo quan hệ sau: trong đó m0 – độ dao động theo nghĩa kinh điển (là hằng số hay gọi là “độ dao động cứng”); w - tần số; t - trễ vận tải lớn nhất của các đối tượng; a - hệ số mềm. Đại lượng mM gọi là “độ dao động mềm” ký hiệu là MCK, còn đặc tính tần số nhận được bằng cách thay s = -mMw+jw gọi là “đặc tính tần số mềm”. Đặc tính tần số mở rộng của hệ hở theo nghĩa kinh điểnvà theo nghĩa “độ dao động mềm”.Đã chỉ ra rằng đối với các đối tượng trễ trong thực tế các đặc tính tần số mềm của hệ thống hở: Wp(-mM+jw) đối với hệ 1 chiều, và D(-mM+jw) đối với hệ nhiều chiều, luôn luôn hội tụ tới một điểm hữu hạn nào đó trên trục thực (xem h.25, đường cong 2). Điều đó cho phép áp dụng tiêu chuẩn Nyquist hoặc tiêu chuẩn parabol để đánh giá ổn định một cách bình thường. Đồng thời cũng chỉ ra rằng hệ thống được hiệu chỉnh theo “độ dao động mềm” luôn luôn có độ ổn định nhỏ nhất bằng h≥m0/a Mỗi giá trị hệ số mềm khác nhau xác định một đường biên giới hạn nghiệm tương ứng trên mặt phẳng phức (h.26a), đồng thời cũng tương ứng với một đường biên giới hạn độ tắt dần của quá trình quá độ (h.26b). Trong luận án chỉ ra rằng đối với hầu hết các hệ thống điều khiển tự động công nghiệp, chất lượng hệ thống hoàn toàn thoả mãn yêu cầu thực tiễn nếu cho biên “dao động mềm” với các tham số như sau: m0=0,366; , trong đó: wkp – giới hạn trên của dải tần số công tác của hệ thống. Các đường giới hạn độ tắt dần quá trình quá độ của hệ thống tương ứng với những đường biên theo “độ dao động mềm” khác nhau. Hầu hết các hệ thống điều khiển tự động trong thực tế thoả mãn điều kiện sau: Điều kiện đủ để độ dự trữ ổn định của hệ thống hở bảo tồn cho hệ kín tương ứng là tung độ cực đại của các giao điểm giữa đặc tính tần số mềm của hệ hở (hay đặc tính định thức mềm của hệ nhiều chiều) với nhánh dương parabol nhỏ hơn hoặc bằng không, tức là QB≤0 (xem h.27). Xác định dự trữ ổn định hệ thống bằng cách xét tung độ các giao điểm của đặc tính hệ hở với nửa dương parabol. Công thức tính đặc tính thời gian. Để mở rộng khả năng đánh giá trực tiếp chất lượng của hệ thống được thiết kế với những điều kiện khác nhau và các loại nhiễu khác nhau, trong chương 5 tác giả đưa ra công thức tổng quát tính đặc tính thời gian của hệ thống: Ở đây y(t) – đặc tính thời gian với ảnh Laplaxơ Y(s); Y(s+jw)=Y(h,w)+ jQY(h,w)QY(h,w) – đặc tính tần số tổng quát của tín hiệu ra; s=h+jw ; h – hoành độ hội tụ, lớn hơn giá trị phần thực của các cực của hàm Y(s). PY(h,w) w w i w i+1 w N 0 Pi Pi+1 Đồ thị phần thực của đặc tính tần số tổng quát đầu ra của hệ thống. Giả sử chia đồ thị hàm PY(h,w) như trên hình 30. Có thể biến đổi công thức (36) sang dạng tổng đơn giản sau: , . Hoành độ hội tụ h không nên chọn quá lớn so với phần thực lớn nhất của các cực của ảnh Y(s). Đối với hệ ổn định, nếu đầu vào là xung bậc thang hoặc sóng hình sin thường có thể chọn h = 0,01÷0,5. Công thức này có độ chính xác cao, đòi hỏi khối lượng tính toán nhỏ so với các công thức đã biết trước đây. Ưu điểm trội hẳn của công thức này là khả dụng cho các trường hợp hệ ổn định, trung tính hay không ổn định với đầu vào có dạng bất kỳ. 3.2. NHẬN DẠNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG Mô hình đối tượng động học có thể cho dưới những dạng hàm truyền sau đây: , , trong đó s – biến số phức; ( t trễ vận tải của đối tượng; ai, bj (i= 0,…,m, j= 1…,n) – hệ số; l – bậc phi tĩnh; m, n – bậc đa thức tử số và mẫu số (m ≤ n+l); m=2k+m1; n=2r+n1; m1, n1 – số dư trong phép chia nguyên: m/2 và n/2. Sai số bình phương giữa mô hình và số liệu thực là: , trong đó A={t,a0,a1,a2,...,am, b1,b2,...,bn} – vector các tham số nhận dạng; PM(wi,A),Qi(wi,A) – phần thực và phần ảo của đặc tính phức của mô hình; Pi, Qi – phần thực và phần ảo của đặc tính phức của đối tượng nhận được tại tần số wi Hàm mục tiêu thường có độ khe rất sâu với lòng khe nhiều chiều. 3.3. LÝ THUYẾT ĐIỀU TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH BỀN VỮNG TỐI ƯU Các phương pháp tổng hợp hệ thống điều chỉnh đã trình bày ở trên có ưu điểm là khá đơn giản dễ thực hiện. Tuy nhiên chất lượng điều chỉnh của hệ thống không cao do không đánh giá đầy đủ các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điều chỉnh và gặp khó khăn khi đối tượng có trễ vận tải, có thành phần tích phân, đối tượng bất định. Để khác phục hạn chế trên, năm 1999 PGS. TSKH. Nguyễn Văn Mạnh đã xây dựng phương pháp tổng hợp bền vững tối ưu chất lượng cao cho các hệ thống điều chỉnh. Quan điểm của phương pháp này như sau: Cấu trúc chất lượng cao. Xét hệ tuyến tính có sơ đồ cấu trúc điển hình như hình 3.1: y g R(s) O(s) L B(s) Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc điển hình của hệ thống điều khiển - Trong đó: g: Tác động điều khiển hệ thống (hay giá trị đặt). L: Tổ hợp các tác động nhiễu. y: Đại lượng điều khiển đầu ra; R(s), O(s), B(s): Lần lượt là các hàm truyền của bộ điều chỉnh, của đối tuợng theo kênh điều chỉnh và theo kênh tác động nhiễu. s: Biến số phức. Theo sơ đồ, ta có: WH(s) = R(s)O(s) – Hàm truyền của hệ hở. WK(s) = - Hàm truyền hệ kín theo kênh điều khiển. Ta có đáp ứng ra y = yg + yL, trong đó yg - Là đáp ứng thành phần gây ra bởi tác động điều khiển z; yL - gây ra bởi tác động nhiễu L. Ta có: Yz(s) = zWK(s). YL(s) = = LB(s)[1 – WK(s)]. Y(s) = Yg + YL =gWK(s) + LB(s)[1 – WK(s)]. Từ đây dễ thấy rằng, nếu cho WK(s) º 1, thì đại lượng ra xẽ là y = g.1 + LB(s)[1-1] º g Điều này chứng tỏ rằng, nếu hàm truyền hệ thống bằng 1, thì đại lượng đầu ra bám theo tín hiệu điều khiển đầu vào một cách chính xác tuyệt đối, đồng thời khử hoàn toàn nhiễu tác động vào đối tượng. Để xây dựng một hệ thống lý tưởng như vậy, theo sơ đồ điều khiển hình 1.8 , đòi hỏi hệ số khuếch đại của bộ điều khiển lớn vô cùng, vì: WK(s) = . Điều này phi vật lý, trong thực tế không thể thực hiện được. Với khả năng tốt nhất, chỉ có thể xây dựng một hệ thống tiến gần đến lý tưởng, tức là thực hiện: WK(s)»1. Cấu trúc bền vững cao. Có thể xây dựng hệ gần lý tưởng như trên, nếu dựa trên cơ sở những luận cứ sau đây: Xét về tính ổn định, hệ thống có dự trữ ổn định càng lớn, nếu chỉ số dao động m hay độ tắt dần tương ứng y = 1 – e-2pm càng lớn. Khi đó, các nghiệm của đa thức đặc tính của hệ thống nằm càng gần về phía phần âm trục thực. Nếu m ® ¥ (y ® 1), thì các nghiệm trở thành các số thực âm và hệ thống trở thành quán tính thuần tuý. Xét theo độ đo là chỉ số dao động, thì hệ thống như vậy sẽ nằm cách vùng không ổn định một khoảng vô cùng lớn. Như vậy, hệ quán tính thuần tuý có cấu trúc bền vững nhất. Xét về bản chất vật lý, thì quá trình động học xảy ra trong một hệ thống bất kỳ nào dều có tốc độ hữu hạn, tức là có quán tính với hằng số quán tính khác không. Xét về khả năng thực thi và độ tin cậy, v.v…thì hệ thống có cấu trúc càng đơn giản càng tốt. Từ đó đi đến kết luận rằng, hệ điều khiển thực ổn định bền vững nhất và đơn giản nhất là khâu quán tính: WK(s) = . Hệ hở tương ứng là: WK(s) Ở đây, nếu K >1 thì hệ hở sẽ có cấu trúc không ổn định. Vậy, chỉ có thể K £ 1. 3.1.3. Cấu trúc bền vững chất lượng cao. Để cho hàm truyền của hệ thống có khả năng tiến tới 1 có nghĩa phải có K®1, q®0. Phương án tốt nhất, có thể cho K = 1, còn hằng số quán tính q chọn nhỏ nhất có thể. Từ đó, hàm truyền của hệ điều khiển bền vững chất lượng cao có dạng: WK(s),q>0,q®0. (1) Dạng (1) gọi là cấu trúc bền vững tối ưu của hệ điều khiển thực. Từ cấu trúc (1.19), ta có các hàm truyền tương ứng, của hệ hở và bộ điều chỉnh là: WH(s) = [1 – WK(s) ] –1WK(s) = , R(s) = WH(s)O(s) – 1 . (2) Thực thi bộ điều chỉnh bền vững cao. Các đối tượng điều khiển tuyến tính có mô hình tổng quát sau: O(s) = e – tsOPT(s), OPT(s) = . (3) Trong đó t - độ trễ vận tải; A(s), B(s) – các đa thức của s. Thay (3) vào (2) ta được: R(s) = . Trong đó K(s) = - gọi là khâu bù động học; ets – Khâu dự báo lý tưởng. Dễ nhận thấy rằng, khi đối tượng có trễ vận tải, mặc dù hệ thống bền vững tối ưu ban đầu là hệ vật lý khả thực, song bộ điều chỉnh có thể không khả thực, vì để thực hiện hàm dự báo ets phải đo được đại lượng vật lý trước khi nó sảy ra một khoảng thời gian t. Khâu dự báo chỉ có thể thực hiện gần đúng bằng cách phân tích thành chuỗi Taylor hoặc chuỗi Pade rồi cắt bỏ phần đuôi bậc cao. Cách đơn giản hơn là bỏ ets. Khi đó: (4) Trong thực tế, hầu hết các đối tượng là những hệ vật lý ổn định hoặc trung tính nên đa thức B(s) không có nghiệm nằm bên phải trục ảo. Ngoài ra, A(s) cũng thường không có nghiệm phải. Trong trường hợp đó, cấu trúc (4) thực hiện dễ dàng. Tham số tối ưu của bộ điều chỉnh bền vững cao. Với luật điều chỉnh (4), tham số duy nhất cần xác định là hệ số quán tính q tối ưu. Có thể xác định được giá trị này nếu dựa trên khái niệm “chỉ số dao động mềm”. Lưu ý rằng, không thể áp dụng khái niệm chỉ số dao động m theo nghĩa kinh điển (m=const). Vì trong trường hợp đối tượng có trễ vận tải (t>0), thì với m=const, sự phát biểu mở rộng tiêu chuẩn ổn định Nyquist cho trường hợp dự trữ ổn định trở nên vô nghĩa. Thật vậy, với đối tượng (3) hàm truyền của hệ hở có dạng: . (5) Thay s = - mw + jw, trong đó m là giá trị cho trước; w - tần số; j – đơn vị số ảo, ta nhận được đặc tính tần số mở rộng: (6) Công thức (1.24) cho ta thấy, nếu m = const >0, thì với t >0 biểu thức (6) sẽ là hàm phân kỳ vì ®¥. Do đó, đặc tính tần số mở rộng (6) sẽ bao điểm (-1,j0) một số lần tuỳ ý, và như vậy tiêu chuẩn Nyquist không áp dụng mở rộng được để đánh giá dự trữ ổn định của hệ thống. Tuy nhiên, nếu mềm hoá chỉ số m, có thể làm cho etmw®0 khi tần số w ®¥. Nhờ vậy đặc tính tần số mở rộng của hệ hở sẽ hội tụ và cho phép áp dụng tiêu chuẩn Nyquist mở rộng một cách bình thường. Theo ta biết m là một hàm đơn điệu giảm theo tần số và gọi là “chỉ số dao động mềm”(CDM): , 0£ a £ t. Trong đó: m0 – giá trị đầu (ở tần số w = 0) của CMD; a - hệ số mềm hoá; t - độ trễ vận tải của đối tượng. V._.