Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.5 MB, 86 trang )
đồ nồng độ Ôxy xem hình 5.1.1-1). Như vậy, việc duy trì được nồng độ Ôxy tối ưu
đồng nghĩa với quá trình cháy là tốt nhất, lúc này ta chỉ cần quan tâm đến ảnh hưởng
của nhiệt lượng lên đến chất lượng hơi, hay nói cách khác chính là cần xác định được
ảnh hưởng của lưu lượng nhiên liệu đến nhiệt độ và áp suất của hơi quá nhiệt. Do vậy,
vòng điều khiển ii. được xem như là vòng điều khiển độc lập và ta không xét đến nó
trong việc thiết lập mô hình cho lò hơi ở luận văn này.
Hình 5.1.1-10: Nồng độ Ôxy tối ưu đối với từng mức tải của lò hơi.
Vấn đề iii. được giải quyết bằng cách dùng một dòng nước làm mát phun thẳng vào
đường ống hơi để điều tiết nhiệt độ của dòng hơi quá nhiệt ở ngõ ra, như được mô tả
trong mục 3.2.2. Giá trị đặt cho bộ điều tiết lưu lượng nước FIT8252 được lấy từ bộ
điều khiển TIC8253 và tín hiệu feed forward của nhiên liệu FI8201.
Vấn đề iv. được kiểm soát thông qua lưu lượng nhiên liệu vào buồng đốt FI8201 như
đã đề cập trong mục 3.2.3. Tuy nhiên bên cạnh ngõ ra của PIC4048, giá trị đặt cho bộ
điều khiển FIC8201 còn phải được cộng thêm vào độ biến thiên lưu lượng hơi ở ngõ ra
FI8253.
Như vậy, trong khuôn khổ của luận văn này, việc nhận dạng lò hơi chỉ thực hiện cho
quá trình trao đổi nhiệt và sinh hơi, mà không quan tâm đến quá trình cháy và quá
trình duy trì mực chất nước trong bao hơi vì chúng độc lập với quá trình trao đổi năng
lượng trong lò hơi. Bên cạnh đấy ta cũng giả thiết là các vòng điều khiển i. (mức nước
trong bao hơi) và ii. (quá trình đốt cháy nhiên liệu) đang hoạt động ở chất lượng tốt
nhất và ổn định. Lúc này hai biến đầu vào là lưu lượng nhiên liệu ở ngõ vào buồng đốt
FI8201 và lưu lượng nước làm mát FI8252 (quench water) ở bộ Desuperheater và hai
biến ngõ ra là nhiệt độ TI8253 và áp suất của hơi quá nhiệt ở ngõ ra PI4048.
Hệ thống chịu tác động của nhiễu đo và nhiễu tải (lưu lượng khối lượng hơi quá nhiệt
FI8253). Thực tế, nhiễu đo bao gồm chủ yếu 3 thành phần: nhiễu do nhiệt độ môi
trường tác động lên thiết bị đo, nhiễu do trường điện từ cao tần phát từ các động cơ
điện và nhiễu do chính bản thân phương pháp đo gây ra. Do bức xạ từ buồng đốt, bao
hơi và các ống dẫn hơi mà nhiệt độ quanh lò hơi khá cao (từ 25 oC đến 60 oC hoặc cao
hơn nếu như có xảy rò hơi), điều này có thể làm cho các thiết bị đo hoạt động không
ổn định. Bên cạnh đấy trường điện từ do các động cơ điện sinh ra khá mạnh có thể tác
động lên thiết bị đo làm sinh ra các điện áp cảm ứng bên trong các phần tử tích cực
trong thiết bị đo mà làm sai lệch kết quả đo. Đối với phương pháp đo lưu lượng bằng
tấm lỗ orrifice, sai số gây ra từ nhiễu loạn áp suất tạo bởi cảm biến tấm lỗ orrifice tác
động lên là ngẫu nhiên và có thể lên đến 1%. Chính vì thế, ta xem nhiễu đo cũng chính
là nhiễu trắng có kỳ vọng bằng 0, do đó ta xem như quá trình chỉ chịu tác động của
nhiễu trắng và nhiễu tải.
Hình 5.1.1-11: Quá trình và các biến quá trình được sử dụng trong mô hình.
5.1.2 Chọn lựa phương pháp thiết lập mô hình
Như đã xác định trong mục tiêu của luận văn (mục 1.1), mô hình lò hơi được thiết
lập nhằm hướng tới mục đích tối ưu hoạt động của lò hơi. Do vậy, người thực hiện
mặc định lựa chọn phương pháp ứng dụng nguyên lý bình phương tối thiểu để đảm
bảo mô hình có độ chính xác tương đối cao. Mặc khác, phương pháp bình phương tối
thiểu còn có ưu điểm lớn đó là nó rất hiệu quả trong việc tìm cực tiểu toàn cục của
hàm tối ưu, cho nên kết quả thu được có độ tin cậy cao.
Do tính liên tục của quá trình sản xuất và vai trò quan trọng của lò hơi đối với quá
trình sản xuất (là nguồn cung cấp năng lượng cho các turbine) nên yêu cầu về chất
lượng hơi khá nghiêm ngặt. Quá trình vận hành luôn yêu cầu hơi nước quá nhiệt ở ngõ
ra phải bảo đảm được cả chất lượng (nhiệt độ, áp suất) và số lượng (để cung cấp đầy
đủ và kịp thời cho tải là các hệ thống máy động dùng turbine). Chính vì vậy, việc thực
hiện thu thập dữ liệu để nhận dạng hệ thống bắt buộc phải thực hiện trong lúc lò hơi
đang hoạt động, tức là phải thực hiện nhận dạng trong vòng kín.
Các biến quá trình chủ yếu là các đại lượng áp suất, nhiệt độ và lưu lượng đều là
các đại lượng chịu ảnh hưởng của nhiễu đo mạnh mẽ. Ví dụ đối với thiết bị đo áp suất,
giá trị áp suất đo được là áp suất tương đối, do đó trước tiên nó chịu ảnh hưởng của áp
suất khí quyển, bên cạnh đấy việc đo lưu chất có nhiệt độ cao làm chính bản thân thiết
bị đo nằm trong môi trường có nhiệt độ cao hơn bình thường mà tác động của nhiệt độ
lên các linh kiện bán dẫn trong mạch đo cũng gây ra sai số đáng kể. Đối với thiết bị đo
nhiệt độ, mặc dù sử dụng cảm biến là RTD có độ tin cậy cao, nhưng nó vẫn phải chịu
tác động của nhiệt độ môi trường. Bên cạnh ảnh hưởng của môi trường, thiết bị đo lưu
lượng (sử dụng cảm biến là tấm lỗ orifice, đo theo nguyên lý chênh áp) còn phải chịu
nhiễu loạn áp suất do chính cảm biến orifice gây ra, mà nhiễu loạn này thuộc về bản
chất của phương pháp đo và không khắc phục được.
Đối với quá trình chịu ảnh hưởng của nhiễu, mô hình được đề nghị là ARMAX và
BJ. Hai mô hình này có khả năng thiết lập được mô hình nhiễu, điều đấy làm chúng trở
nên linh hoạt với tác động của nhiễu (xem mục 4.2.4); đối với ARMAX mô hình nhiễu
được thể hiện qua C ( q −1 ) còn đối với BJ là
C (q −1 )
. Nhờ vào việc thiết lập mô hình
D(q −1 )
cho nhiễu mà các mô hình ARMAX và BJ (nếu như bài toán tối ưu cho kết quả hội tụ)
có khả năng phân lập được ảnh hưởng của thành phần nhiễu ra khỏi mô hình quá trình
ˆ
dẫn đến kết quả là mô hình thu được có độ chính xác cao hơn (lúc này y (t ) → y (t ) và
ε (t ) → e(t ) ). Mô hình ARMAX nên được sử dụng nếu nhiễu tác động vào đầu vào của
quá trình (hay nhiễu tải (load disturbances)), còn đối với nhiễu đo (measurement
disturbances) nên dùng mô hình BJ để thể hiện.
5.2 Thu thập dữ liệu nhận dạng
Như trong sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ ngõ ra (Hình 5.2.1-1) và sơ đồ điều
khiển áp suất ngõ ra (Hình 5.2.2-1), ta nhận thấy chúng không đơn thuần là vòng điều
khiển cascade chuẩn mà là sự kết hợp giữa điều khiển cacscade và điều khiển
feedforward. Sự kết hợp giữa chúng được thể hiện ở khối TY8253 đối với vòng điều
khiển nhiệt độ (giá trị là TY8253A.CPV) và khối FY8250 đối với vòng điều khiển áp
suất (là giá trị lưu lượng hơi quá nhiệt ở ngõ ra FI8253.PV). Do vậy, ta không thể tính
toán mô hình quá trình một cách gián tiếp từ mô hình của hệ thống trong vòng kín.
Chính vì thế mà dữ liệu sẽ được thu thập để sử dụng bằng phương pháp nhận dạng trực
tiếp trong vòng kín.
Hệ thống lò hơi được duy trì trong trạng thái vận hành, các vòng điều khiển vẫn
để ở chế độ auto. Việc thu thập dữ liệu được bắt đầu bằng việc thay đổi setpoint của
từng vòng điều khiển (ở chế độ auto) trong khi vòng điều khiển còn lại bị khống chế ở
chế độ manual. Các thay đổi của các biến quá trình và biến điều khiển được ghi nhận
với tần số lấy mẫu là 1 giây. Như vậy với mỗi lần làm cho một vòng điều khiển ta thu
được dữ liệu mô tả ảnh hưởng của biến ngõ vào đó tới hai biến ngõ ra.
Các dữ liệu sau khi được thu thập cần phải loại bỏ giá trị trung bình để thực hiện
nhận dạng.
5.2.1 Ảnh hưởng của lưu lượng nước làm mát FI8252
Đối với ảnh hưởng của lưu lượng nước làm mát (quench water FI8252) tới nhiệt
độ và áp suất của hơi quá nhiệt ở ngõ ra, ta thực hiện thay đổi setpoint của bộ điều
khiển nhiệt độ TIC8253. Trong lúc đấy, setpoint cho FIC8201 được giữ cố định để
tránh thay đổi lưu lượng nhiên liệu vào buồng đốt. Các dữ liệu được thu thập chính là
các biến ngõ vào/ngõ ra của FIC8252, TIC8253 và áp suất của hơi quá nhiệt PI4048.
Hình 5.2.1-12
Sơ đồ khối của vòng điều khiển nhiệt độ TIC8253
Như đã nêu trong mục 3.2.2, ta thấy rằng khối FLOW PROCESS thực ra mô tả
quá trình duy trì lưu lượng nước làm mát của bộ điều khiển thứ cấp FIC8252 của vòng
cascade điều khiển nhiệt độ. Do đó, khi xem lưu lượng nước làm mát FIC8252.PV là
biến ngõ vào và TIC8253.PV là biến ngõ ra thì FLOW PROCESS và
TEMPERATURE PROCESS thực ra là sự phân tách chi tiết của quá trình điều khiển
nhiệt độ. Nói cách khác, khối G11 (hình 5.1.1-2) chỉ là quá trình TEMPERATURE mà
không bao gồm quá trình FLOW (hình 5.2.1-1). Tương tự khối G12 chỉ là quá trình
PRESSURE mà không bao gồm quá trình FLOW.
Các dữ liệu thu thập (đã được loại bỏ giá trị trung bình) được như dưới đây:
Luu luong nhien lieu FIC8201.PV vao buong dot (exp1fic8201pv)
120
100
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000