Điều khiển quá trình là gì?

1. Điều khiển quá trình là gì?

Điều khiển quá trình là một ngành nhỏ liên quan đến kiến trúc, cơ chế và thuật toán để duy trì đầu ra của một quá trình xác định nằm trong một dải mong muốn.

Điều khiển quá trình được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và cho phép sản xuất hàng loạt các sản phẩm phù hợp với các quá trình liên tục hoạt động như lọc dầu, sản xuất giấy, hóa chất, nhà máy điện và nhiều ngành khác như sắt, thép, xi măng,...

Quy trình điều khiển quá trình công nghiệp cho phép tự động hóa, theo đó một nhóm nhân viên vận hành nhỏ có thể vận hành một quá trình phức tạp tại một phòng điều khiển trung tâm.

Điều khiển quá trình là gì?

2. Cơ sở điều khiển quá trình

Điều khiển quá trình có thể sử dụng thông tin phản hồi hoặc nó có thể là vòng lặp hở.

Điều khiển cũng có thể liên tục (điều khiển hành trình ô tô) hoặc gây ra một chuỗi các sự kiện rời rạc, chẳng hạn như một bộ định thời trên một máy tưới cỏ (on/off) hoặc điều khiển thang máy (logic tuần tự).

Một bộ điều chỉnh nhiệt độ trên bộ gia nhiệt là một ví dụ về điều khiển on/off. Một cảm biến nhiệt độ bật nguồn nhiệt lên nếu nhiệt độ giảm xuống dưới điểm thiết lập và tắt nguồn nhiệt khi điểm thiết lập đã đạt được. Không có đo lường chênh lệch giữa điểm đặt và nhiệt độ đo được (ví dụ không có sai số đo lường) và không điều chỉnh được tốc độ mà tại đó nhiệt được gia tăng như thế nào.

Một ví dụ quen thuộc của điều khiển phản hồi là điều khiển hành trình trên xe ô tô. Biến đo lường ở đây là tốc độ. Người lái (trình điều khiển) điều chỉnh đến điểm đặt tốc độ mong muốn (ví dụ như 100 km/giờ) và bộ điều khiển giám sát cảm biến tốc độ và so sánh tốc độ đo với điểm đặt. Bất kỳ sai lệch nào, chẳng hạn như thay đổi trong độ dốc, lực cản, tốc độ gió hoặc thậm chí sử dụng một lớp nhiên liệu khác (ví dụ ethanol pha trộn) được điều chỉnh bởi bộ điều khiển thực hiện một điều chỉnh bù tới vị trí mở của van nhiên liệu, ở đây là biến thao tác.

Bộ điều khiển thực hiện điều chỉnh khi có thông tin chỉ khi có sai số (cường độ, tốc độ thay đổi hoặc sai số tích lũy) mặc dù các thiết lập được gọi là điều chỉnh được sử dụng để đạt được kiểm soát ổn định. Hoạt động của bộ điều khiển như vậy là đối tượng của lý thuyết điều khiển tự động.

Một thiết bị điều khiển thường được sử dụng được gọi là một bộ điều khiển logic khả lập trình, hoặc một bộ PLC, được sử dụng để đọc một tập hợp các đầu vào kỹ thuật số và analog, áp dụng một tập các câu lệnh logic, và tạo ra một tập hợp các kết quả đầu ra analog và kỹ thuật số.

3. Cấu tạo hệ thống điều khiển quá trình

Cấu tạo hệ thống điều khiển quá trình

- r(t) (reference input): tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn

- c(t) (controlled output): tín hiệu ra

- cht(t): tín hiệu hồi tiếp

- e(t) (error): sai số

- u(t) : tín hiệu điều khiển

Để thực hiện được quá trình điều khiển như ở trên, một hệ thống điều khiển bắt buộc gồm có ba thành phần cơ bản là thiết bị đo lường (cảm biến), bộ điều khiển và đối tượng điều khiển. Thiết bị đo lường có chức năng thu thập thông tin, bộ điều khiển thực hiện chức năng xử lý thông tin, ra quyết định điều khiển và đối tượng điều khiển chịu sự tác động của tín hiệu điều khiển. Hệ thống điều khiển trong thực tế rất đa dạng, sơ đồ khối ở trên là cấu hình của hệ thống điều khiển thường gặp nhất.

4. Phân loại các dạng quá trình trong điều khiển quá trình

- Rời rạc: Tìm thấy trong nhiều ứng dụng sản xuất, chuyển động và đóng gói. Lắp ráp robot, được tìm thấy trong sản xuất ô tô, có thể được mô tả là điều khiển quá trình rời rạc. Hầu hết sản xuất riêng rẽ liên quan đến việc sản xuất các mảnh rời rạc của sản phẩm, như dập kim loại.

Điều khiển quá trình rời rạc

- Hàng loạt: Một số ứng dụng yêu cầu số lượng cụ thể của các nguyên liệu được kết hợp theo những cách cụ thể trong khoảng thời gian cụ thể để tạo ra một kết quả trung gian hay kết quả cuối cùng. Một ví dụ là việc sản xuất chất kết dính và keo dán, thường đòi hỏi sự pha trộn nguyên liệu trong một bình nước nóng trong một khoảng thời gian để tạo thành một lượng sản phẩm cuối cùng. Ví dụ quan trọng khác là sản xuất thực phẩm, đồ uống và thuốc men. Các quá trình hàng loạt thường được sử dụng để sản xuất một số lượng sản phẩm tương đối từ thấp đến trung bình mỗi năm (một vài đến hàng triệu kg).

- Liên tục: Thông thường, một hệ thống vật lý được biểu diễn thông qua các biến được làm mịn và không bị gián đoạn trong thời gian. Việc điều khiển nhiệt độ nước trong một vỏ lò đốt là một ví dụ về điều khiển quá trình liên tục. Một số quy trình liên tục quan trọng là sản xuất nhiên liệu, hóa chất và nhựa. Quá trình liên tục trong sản xuất được sử dụng để sản xuất với số lượng rất lớn các sản phẩm mỗi năm (hàng triệu đến hàng tỷ kg).

5. Ứng dụng điều khiển quá trình

Ứng dụng điều khiển quá trình

Ví dụ về điều khiển quá trình là một đơn vị sản xuất sử dụng dây chuyền mạ điện để xử lý một dãy chi tiết hợp kim có độ chính xác cao đòi hỏi qua nhiều chu trình xử lý khác nhau. Các chi tiết thường đi từng lô, số lượng ít, với giá trị của từng chi tiết cao. Dây chuyền xử lý gồm nhiều bồn, mỗi bồn chứa một lọai hóa chất, để thực hiện khữ axit, mạ và làm sạch bề ngòai. Hệ thống cần trục phía trên dùng để chuyển những chi tiết từ bồn này qua bồn khác, nâng lên hoặc hạ xuống những móc truợt thông qua sự điều khiển của con người.

Bài viết bạn nên xem: