TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ

GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NÂNG CAO
NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(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)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại 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.
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình Điều khiển quá trình nâng cao được dịch và biên soạn dành cho sinh
viên hệ cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) của Trường Cao Đẳng
Dầu Khí và thuộc môn học chuyên ngành. Các sinh viên nghề SCTBTĐH trước khi học
môn học này cần hoàn thành môn học Cơ sở điều khiển quá trình và DCS.
Nội dung của giáo trình gồm 04 bài:
Bài 1: Các khái niệm về hiệu chuẩn vòng điều khiển
Bài 2: Các phương pháp hiệu chuẩn
Bài 3: Các sách lược điều khiển nâng cao
Bài 4: Hiệu chuẩn vòng điều khiển trên DCS Centum VP
Tác giả chân thành gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp tổ bộ môn Tự Động Hóa đã
giúp tác giả hoàn thiện giáo trình này.
Tuy đã nỗ lực nhiều, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót, rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp để lần ban hành tiếp theo được hoàn thiện hơn.
Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2020
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: ThS. Nguyễn Xuân Thịnh
2. ThS. Đỗ Mạnh Tuân
3. ThS. Lê Ân Tình
MỤC LỤC
1.
1. ...................................................................................................................................... 4
1. BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ HIỆU CHUẨN VÒNG ĐIỀU KHIỂN .............. 15
1.1 Mục đích hiệu chuẩn vòng điều khiển ............................................................. 16
1.1.1 Lý do phải hiệu chuẩn vòng điều khiển (The Reasons for Loop Tuning) ....... 16
1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của vòng điều khiển ............................. 16
1.2 Các thuật ngữ và định nghĩa chuyên ngành ..................................................... 17
1.2.1 Chế độ tỉ lệ (Proportional control mode – P mode) ......................................... 17
1.2.2 Chế độ điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI mode) .................................................. 18
1.2.3 Chế độ điều khiển PID ..................................................................................... 19
1.2.4 Các thuật ngữ và định nghĩa liên quan đến hiệu chuẩn vòng điều khiển (Terms
and Definitions Associated with Loop Tuning) ............................................................ 20
1.2.5 Xác định loại quá trình (Process Type Identification) ..................................... 22
2. BÀI 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHUẨN .................................................. 27
2.1 Các phương trình cơ bản .................................................................................. 28
2.1.1 Phương trình cân bằng năng lượng (Energy Balance) ..................................... 28
2.1.2 Hằng số thời gian (Time Constant) .................................................................. 29
2.1.3 Phương trình đáp ứng hoàn chỉnh (Complete Response Equation) ................. 30
2.1.4 Hệ số khuếch đại quá trình (Process Gain) ...................................................... 30
2.1.5 Dải tỉ lệ (Proportional Band) ............................................................................ 32
2.1.6 Thời gian tích phân (Integral Time) ................................................................. 33
2.1.7 Thời gian vi phân/đạo hàm (Derivative Time) ................................................. 34
2.1.8 Biểu thức vòng điều khiển PID (PID Control) ................................................. 35
2.2 Hiệu chuẩn vòng điều khiển hở ....................................................................... 37
2.2.1 Tổng quan về qui trình thực hiện (Procesure Overview) ................................. 37
2.2.2 Phương pháp hằng số thời gian (Time Constant Method) ............................... 39
2.2.3 Phương pháp xác định tốc độ đáp ứng (Reaction Rate Method) ..................... 42
2.3 Hiệu chuẩn vòng điều khiển kín (Closed Loop Tuning) ................................. 45
2.3.1 Phương pháp chu kì tới hạn (Ultimate Period Method) ................................... 46
2.3.2 Phương pháp dao động tắt dần (Dampened Oscillation Method) .................... 49
2.4 Hiệu chuẩn vòng điều khiển trực quan ............................................................ 50
2.4.1 Tăng P, I và D (Incremental Changes) ............................................................. 50
2.4.2 Sự mất ổn định rõ ràng (Apparent Instability) ................................................. 50
2.4.3 Đáp ứng chậm (Sluggish Response) ................................................................ 52
3. BÀI 3: CÁC SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO ................................... 58
3.1 Điều khiển truyền thẳng (Feedforward control) .............................................. 59
3.1.1 Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt: ................................................................... 59
3.1.2 Cấu trúc cơ bản và bộ điều khiển lý tưởng ....................................................... 60
3.2 Điều tỉ lệ (Ratio control) .................................................................................. 61
3.2.1 Ví dụ điều khiển thiết bị khuấy trộn liên tục .................................................... 61
3.2.2 Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt hơi nước ..................................................... 62
3.2.3 Hai cấu hình điều khiển tỉ lệ ............................................................................. 63
3.2.4 Bản chất và ý nghĩa của điều khiển tỉ lệ ........................................................... 64
3.3 Điều khiên tầng (Cascade control) ................................................................... 65
3.3.1 Ví dụ điều khiển thiết bị gia nhiệt hơi nước ..................................................... 65
3.3.2 Ứng dụng của điều khiển tầng .......................................................................... 66
3.4 Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng ..................................... 67
3.5 Điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển tỉ lệ ................................................... 68
3.6 Điều khiển tầng kết hợp điều khiển truyền thẳng ............................................ 69
4. BÀI 4: HIỆU CHUẨN VÒNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN DCS CENTUM VP ....... 72
4.1 Hiệu chỉnh vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vòng
điều khiển hở (LAB 1) ............................................................................................... 73
4.1.1 Xác định các thông số: hệ số khuếch đại (KP), thời gian chết (LP), hằng số thời
gian (τP). ........................................................................................................................ 74
4.1.2 Xác định P, I và D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển
hở. 75
4.1.3 Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với các thông số P, I, D tìm được ở
phần 4.1.2. ..................................................................................................................... 75
4.1.4 Hiệu chuẩn các thông số của bộ điều khiển để đáp ứng ngõ ra tối ưu nhất. .... 76
4.2 Hiệu chuẩn vòng điều khiển theo định luật Ziegler & Nichols áp dụng cho vòng
điều khiển kín (LAB 2) .............................................................................................. 76
4.2.1 Xác định chu kỳ tới hạn (TU) và dải tỉ lệ tới hạn (PBU). .................................. 76
4.2.2 Xác định P, I và D theo định luật Ziegler & Nichols hiệu chuẩn vòng điều khiển
kín. 78
4.2.3 Điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng với các thông số P, I, D tìm được ở
phần 4.2.2. ..................................................................................................................... 79
4.2.4 Hiệu chuẩn các thông số của bộ điều khiển để đáp ứng ngõ ra tối ưu nhất. .... 79
4.2.5 Điều khiển tỉ lệ: ................................................................................................ 79
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 82