TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ

GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 198/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)
Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2020
(Lưu hành nội bộ)
Trang 2
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng
nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Trang 3
LỜI GIỚI THIỆU
Tài liệu này thuộc giáo trình biên soạn theo chương trình đào tạo được lưu hành
trong trường Cao đẳng Dầu khí; các nguồn thông tin được sử dụng để tham khảo biên
soạn/hiệu chỉnh giáo trình có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các
mục đích đào tạo.
Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, quá trình hiện đại hóa góp phần đưa các
quá trình sản xuất tại các nhà máy, xí nghiệp… ngày càng hiện đại với mức độ tự động
hóa ngày càng cao. Các giải pháp điều khiển hiện đại góp phần nâng cao mức độ tự động
hóa của các dây chuyển sản xuất để tăng năng suất, tăng chất lượng sản phẩm, hạ giá
thành sản xuất, tăng sức cạnh tranh trên thị trường, nhưng đồng thời cũng đặt ra những
yêu cầu cao hơn cho các hệ thống điều khiển tự động và cho những người kỹ sư thiết kế
điều khiển quá trình. Vì vậy, điều khiển quá trình là một lĩnh vực ứng dụng rất quan
trọng trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp và việc trang bị các kiến thức về điều khiển
quá trình là vấn đề cốt lõi đối với học sinh, sinh viên các trường thuộc khối kỹ thuật
chuyên ngành điều khiển tự động hóa.
Giáo trình Cơ sở điều khiển quá trình được biên soạn để giảng dạy cho đối tượng là
học sinh sinh viên trình độ trung cấp, cao đẳng chuyên về lĩnh vực điều khiển tự động
hóa.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp Trường Cao Đẳng Dầu khí, đặc biệt
là giáo viên TBM Tự động hóa. Giáo trình biên soạn dựa trên tài liệu từ nhiều nguồn
giáo trình và tham khảo từ thực tế các nhà máy trong ngành Dầu khí và trong quá trình
biên soạn sẽ không tránh khỏi một số sai sót. Vì thế, tôi rất mong nhận được sự góp ý,
xây dựng của bạn đọc để cuốn sách ngày càng hoàn thiện hơn.
Chân thành cảm ơn.
Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2020
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: ThS. Phạm Thị Thu Hường
2. ThS. Phan Đúng
3. ThS. Nguyễn Xuân Thịnh
MỤC LỤC
1.1. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ............................................................................ 15
1.1.1. Đặc trưng của quá trình ...................................................................................... 16
1.1.2. Hệ thống điều khiển quá trình ............................................................................ 17
1.1.3. Các thành phần của một kênh thiết bị ................................................................ 19
1.2. CÁC VÒNG ĐIỀU KHIỂN ............................................................................. 27
1.2.1. Vòng điều khiển hở (Open loop) ........................................................................ 28
1.2.2. Vòng điều khiển kín (Feedback Control – Closed Loop)................................... 29
1.2.3. Điều khiển tầng (Cascade Control) .................................................................... 31
1.2.4. Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control) .......................................................................... 34
1.3. CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN.......................................................................... 34
1.3.1. Điều khiển hai vị trí (On – Off Control) ............................................................. 34
1.3.2. Điều khiển điều chỉnh (Modulating Control) ..................................................... 36
1.3.3. Ứng dụng của các kiểu vòng điều khiển ............................................................ 41
2.1. CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA
BỘ ĐIỀU KHIỂN ............................................................................................. 47
2.2. ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN .................................................................................. 48
2.2.1. Điều khiển On – Off (On – Off Control) ............................................................ 48
2.2.2. Điều khiển tỉ lệ (Ratio Control) .......................................................................... 50
2.2.3. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân .................................................................. 53
2.2.4. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Contrller) ...................... 54
2.2.5. Hoạt động cụ thể của một bộ điều khiển ............................................................ 55
2.2.6. Bộ điều khiển Masoneilan .................................................................................. 56
2.3. BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ ........................................................................... 57
2.3.1. Điều khiển On – Off ........................................................................................... 58
2.3.2. Bộ điều khiển tỉ lệ ............................................................................................... 59
2.3.3. Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân ............................................................................... 60
2.3.4. Bộ điều khiển tỉ lệ kết hợp tích phân và vi phân (PID Contrller) ...................... 60
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Quá trình trao đổi nhiệt ................................................................................. 16
Hình 1-2: Hệ thống điều khiển quá trình trao đổi nhiệt độ ........................................... 18
Hình 1-3: Cấu trúc của bộ chuyển đổi áp suất .............................................................. 22
Hình 1-4: Đặc tính mở van ............................................................................................ 24
Hình 1-5: Cấu tạo van điện từ ....................................................................................... 25
Hình 1-6: Van điều khiển có bộ truyền động dạng màng ............................................. 25
Hình 1-7: Van điều khiển có bộ truyền động dạng piston ............................................. 26
Hình 1-8: Van điều khiển sử dụng bộ truyền động bằng động cơ ................................ 27
Hình 1-9: Điều khiển nhiệt độ bằng vòng hở ................................................................ 29
Hình 1-10: Điều khiển nhiệt độ bằng vòng kín ............................................................. 30
Hình 1-11: Hệ thống điều khiển tầng ............................................................................ 32
Hình 1-12: Mô hình tổng quát của vòng điều khiển tầng .............................................. 33
Hình 1-13: Vòng điều khiển tỉ lệ ................................................................................... 34
Hình 1-14: Điều khiển mức bằng bộ điều khiển On - Off............................................. 35
Hình 1-15: Đáp ứng của bộ điều khiển On - Off .......................................................... 36
Hình 1-16: Hệ thống điều khiển hai vị trí với vùng trung lập ....................................... 36
Hình 1-17: Hệ thống điều khiển tỉ lệ ............................................................................. 37
Hình 1-18: Vị trí tương ứng của van và phao khi Gain =1 ........................................... 38
Hình 1-19: Thuật toán tích phân đầu ra với đầu vào cố định ........................................ 40
Hình 1-20: Phản hổi của cấu trúc vi phân khi có tín hiệu vào ...................................... 41
Hình 1-21: Vòng điều khiển nhiệt độ khí nén ............................................................... 42
Hình 1-22: Vòng điều khiển nhiệt độ điện tử ................................................................ 43
Hình 2-1: Thành phần của bộ điều khiển khí nén ......................................................... 48
Hình 2-2: Tín hiệu vào phần tử cuối khi dùng bộ điều khiển On-Off ........................... 49
Hình 2-3: Bộ điều khiển khí nén On-Off ở trạng thái mất tín hiệu ............................... 50
Hình 2-4: chuyển động của Nozzle ra khỏ tấm chắn .................................................... 51
Hình 2-5: chuyển động của bộ điều khiển khí nén khi sụt giảm áp suất ....................... 51
Hình 2-6: Bộ điều khiển khí nén khi có áp suất đầu ra tăng ......................................... 52
Hình 2-7: Biểu đồ của dải tỉ lệ bằng 5% ....................................................................... 52
Hình 2-8: Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân ......................................................................... 54
Hình 2-9: Bộ điều khiển PID ......................................................................................... 54