LỜI NÓI ĐẦU
Muốn hiện đại hóa nền kinh tế nước nhà cần phải nâng cao mức độ tự động hoá của các
quá trình sản xuất công nghiệp Tự động hóa các quá trình công nghệ sẽ tạo điều kiện giải
phóng con người khỏi lao động mệt nhọc, tránh cho người lao động phải trực tiếp làm việc
trong các môi trường nguy hiểm có hại cho sức khỏe đảm bảo nâng cao năng suất lao động,
giảm chi phí sản xuất để giảm giá thành sản phẩm. Một nền sản xuất tiên tiến, hiện đại đòi
hỏi trình độ tự động hóa cao. Ở nước ta ngày càng có nhiều dây chuyền công nghệ tự động
hiện đại được sử dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội, của nền sản xuất công nghiệp,
của nền kinh tế quốc dân v.v...
Để tiếp cận được với các công nghề sản xuất có trình độ tự động hoá cao. khai thác, sử
dụng chúng có hiệu quả, mỗi cán bộ kĩ thuật, ngoài những kiến thức chuyền ngành. cần có
những hiểu biết cơ bản về điều khiển tự động.
Bài giảng ’Tự động hóa quá trình sản xuất" đề cập tới những khái niệm cơ bản về điều
khiển tự động, trình bày phần cơ bản nhất của lý thuyết điều khiển tự động. Bài giảng đóng
vai trò quan trọng trong khối kiến thức chuyên ngành cho kỹ sư xây dựng để hiểu và vận hành,
đưa ra các phương án thiết kế hệ thống tự động hóa các quá trình sản xuất vật liệu xây dựng
Mục tiêu về kiến thức: Sau khi học xong học phần, người học củng cố được các kiến thức
cơ bản tự động hóa, các phần tử trong sơ đồ tự động, cơ sở lý thuyết điều khiển tự động, các
quá trình điều khiển cơ bản trong sản xuất vật liệu xây dựng
Mục tiêu về kỹ năng: Sau khi học học phần, người học nắm được kỹ năng phân tích lựa
chọn phương án điều khiển, cấu trúc sơ đồ điều khiển, các chương trình điều khiển cho các
quá trình sản xuất vật liệu xây dựng
Đối tượng phục vụ: Sinh viên ngành vật liệu
Địa chỉ áp dụng: Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Số tín chỉ học phần : 2 tín chỉ
Tác giả
MỤC LỤC
Chương 1 :
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ CÁC QUÁ .TRÌNH SẢN
XUẤT VÀ CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
1.1 Những khái niệm cơ bản về tự động hóa các quá trình sản xuất…………………….1
1.2 Những nguyên tắc điều khiển tự động cơ bản……………………………………….4
Chương 2 :
CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ ĐIỀU
KHIỂN TỪ XA
2.1 Sơ đồ khối chức năng của hệ thống điều khiển tự động và điều khiển từ xa… .….10
2.2 Cảm biến và các phần tử đo lường……………………………………………….…12
2.3 Những sơ đồ đo lường cơ bản……………………………………………………....13
2.4 Rơle…………………………………………………………………………………15
Chương 3 :
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG
3.1 Những khái niệm cơ bản về điều chỉnh tự động…………………………….….…20
3.2 Phân loại hệ thống điều chỉnh tự động……………………………………….…….22
3.3 Các quy luật điều khiển……………………………………………………………..24
3.4 Khái niệm về khâu điều chỉnh………………………………………………………26
3.5 Các đặc tính của khâu điều chỉnh hay hệ thống điều khiển…………………………27
3.6 Các khâu động học điển hình………………………………………………………..30
3.7 Cách nối và mối liên quan giữa các khâu trong hệ thống điều khiển……………….35
3.8 Độ ổn định, chất lượng và độ tin cậy của hệ thống điều khiển…………………......38
Chương 4:
CẤU TRÚC CỦA SƠ ĐỒ TỰ ĐỘNG HÓA CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
4.1 Những số liệu cần thiết trước khi thiết kế sơ đồ tự động hóa quá trình sản xuất…..44
4.2 Các loại sơ đồ tự động hóa và cách thể hiện chúng…………………………………44
4.3 Thành lập sơ đồ tự động hóa có rơle tiếp điểm……………………………………..46
4.4 Bộ điều khiển số PLC……………………………………………………………….52
Chương 5:
TỰ ĐỘNG HÓA TRONG CÔNG NGHIỆP XÂY DỰNG
5.1 Khái niệm chung……………………………………………………………….…84
5.2 Tự động hóa các hệ thống truyền tải………………………………………….…...84
5.3 Tự động hóa các quá trình nhiệt…………………………………………….……..86
5.4 Tự động hóa quá trình định lượng…………………………………….……..…….91
5.5 Tự động hóa quá trình gia công vật liệu không quặng……………………………93
Tài liệu tham khảo :
1,Phạm Thị Giới.Tự động hóa các công trình cấp và thoát nước NXB Xây Dựng, 2003
2, Bùi Hữu Hạnh. Tự Động hóa trong xây dựng. NXB Xây Dựng 2001.
4, Phạm Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động. NXB khoa học kỹ thuật, 1996
5,http://www.siemens.com/
1
Chương 1
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
VÀ CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN
1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
1.1.1 Những khái niệm về tự động hóa quá trình sản xuất :
Một hệ thống điều khiển tự động(ĐKTĐ) bao gồm đối tượng điều khiển (ĐTĐK) thiết bị
điều khiển(TBĐK) và cảm biến hay thiết bị đo lường (CB-TBĐL)
Hình 1-1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tự động
Trong đó :
- x(t) : Là tín hiệu về giá trị yêu cầu của đại lượng cần điều khiển hay giá trị hay
Tín hiệu chủ đạo
- y(t) : Tín hiệu về giá trị lưu lượng thực tế được đo từ đối tượng điều khiển
- e(t) : Tín hiệu về kết quả so sánh giữa 2 tín hiệu x(t) và y(t) gọi là tín hiệu đầu
ra của bộ so sánh.
- u(t) : tín hiệu đầu ra của thiết bị điều khiển tác động trực tiếp nên đối tượng
điều khiển
- f(t) : Tác động nhiễu bên ngoài vào đối tượng điều khiển.
- F(t) : Tín hiệu về giá trị đại lượng đã được điều khiển hay kết quả điều khiển.
Đối với hệ thống 1 tham số thì F(t)=y(t)
Đây là sơ đồ vòng kín , thiết bị điều khiển tiếp nhận tín hiệu về kết quả so sánh e(t), xử lý
tín hiệu đó và đưa ra một tín hiệu lệch để tác động lên đối tượng điều khiển (ĐTĐK), nhằm
đạt được mục đích điều khiên mong muôn la F(t), sao cho F(t) sát gần với tín hiệu chủ đạo
x(t).
Thiết bị điều khiển(TBĐK), cảm biến hay thiết bị đo lường sẽ được trình bày cụ thể ở các
chương sau. Còn đối tượng điểu khiển (ĐTĐK) có thể là các thiêt bị kỹ thuật, là các dây
chuyển sản xuất, là các quy trình công nghệ... hay nói gọn chính là mục tiêu điều khiển của
con người trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của cuộc sống.
Việc điều khiển một quá trình sản xuất có ứng dụng hệ thống điều khiển tự động để đạt được
kết quả sản phẩm như mong muốn mà không có sự tham gia trực tiếp của con người thì được
gọi là TĐH quá trình sản xuất đó.
Một cách khác, TĐH còn được hiểu là việc sử dụng các công cu, thiết bị, máy móc tự động
để thực hiện các quá trình sản xuất (công nghệ) theo ý muốn đã được định sẵn mà không
có sự tham gia trực tiếp của con người.
2
1.1.2 Các mức độ TĐH quá trình sản xuất
Chúng ta hãy phân biệt ba mức độ của TĐH các quá trình sản xuất:
- Tự động hoá từng phần;
- Tự động hóa liên hợp;
- Tự động hoá hoàn toàn.
1- Tự động hóa từng phần các quá trình sản xuất tức là trong cả quá trình sản xuất
đó chỉ có một hay vài khâu chính của dây chuyền sản xuất (công nghệ) được TĐH
một cách cục bộ, còn các khâu phụ trong dây chuyền sản xuất đó không được tự
động hoá.
TĐH ở mức độ này cũng nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và độ tin cậy làm việc cho
các khâu chính của quá trình sản xuất nói riêng và làm tăng hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, tăng
độ tin cậy làm việc chung cho cả dây chuyền sản xuất.
2- Tự động hóa liên hợp một quá trình sản xuất tức là trong đó không những các khâu
chính mà cả các khâu phụ của quá trình sản xuất đều được TĐH.
Việc điều khiển quá trình sản xuất trong tự động hóa liên hợp được thực hiện tập trung
tại một trạm gọi là Trạm Điều Độ Trung Tâm. Trạm này có thể đặt ngay bên cạnh công
trình cần điều khiển và cũng có thể đặt ở vị trí có khoảng cách nào đó so với công trình tuỳ
thuộc vào môi trường cụ thể với mức độ độc hại khác nhau và sự thuận tiện điều khiển nói
chung đối với toàn bộ công trình.
Số lượng các thiết bị tự động sử dụng trong trạm điều độ càng nhiều và càng phức tạp
nếu số lượng các đối tượng điều khiển và số lượng các thông số cần kiểm tra của quá trình
sản xuất càng nhiều. Người công nhân làm việc tại trạm điều độ trung tâm phải thực hiện
các nhiệm vụ sau:
- Phải theo dõi các thông số kiểm tra cả về mặt chất lượng và số lượng của quá trình
công nghệ;
- Phải theo dõi các túi hiệu về trạng thái chế độ làm việc của các thiết bị, vê các sự cố
báo trước;
- Phải biết thông qua các chỉ số theo dõi ở trên để lựa chọn chế độ làm việc tối ưu
cho quá trình sản xuất (công nghệ) đang điều khiển.
Chế độ làm việc tối ưu được hiểu là chế độ mà trong đó chi phí về nguyên vật liệu
và về năng lượng các loại trên một đơn vị sản phẩm làm ra là ít nhất.
Tự động hoá liên hợp không những đem lại hiệu quả cao về kinh tế - kỹ thuật cho
quá trình sản xuất mà còn có ý nghĩa xã hội rất lớn là giải phóng con ngưòi khỏi lao
động chân tay vất vả và thậm chí còn có thể độc hại nữa.
3-Tự động hóa hoàn toàn một quá trình sản xuất tức là trong đó không những tất cả các
khâu chính, khâu phụ của quá trình sản xuất đều được tự động hoá mà kể cả công việc theo
dõi, lựa chọn chế độ làm việc tối ưu cho quá trình cống nghệ cũng được máy tính thực hiện