Hình 4 - Kết quả mô phỏng trên Matlab
So sánh kết quả mô
phỏng và thông số thực tế trên màn hình điều khiển cho thấy kết quả hoàn toàn
tương tự với góc nghiêng của các đường surge line (màu đỏ), control line (màu
vàng), deadband line (màu xanh lá).
Với chương trình mô phỏng trên Matlab như Hình
4, người vận hành có thể khảo sát một cách dễ dàng ảnh
hưởng của các thông số công nghệ, thông số điều khiển đến surge margin hay giá
trị tín hiệu điều khiển van surge. Thông số đầu vào của chương trình ngoài các
thông số công nghệ như áp suất vào/ ra, nhiệt độ vào/ ra và lưu lượng còn có
các hệ số của mô hình đa thức bậc 2, control line factor, deadband factor. Kết
quả tính toán gồm : surge margin, giá trị setpoint, chênh áp giữa đầu ra và
vào, lưu lượng tức thời và giá trị tới hạn surge. Trên màn hình mô phỏng còn
thể hiện phương trình bậc 2, mô hình giới hạn surge và điểm làm việc để có thể
quan sát được khả năng xẩy ra hiện tượng surge.
Hình 5 - Màn hình điều khiển máy nén (HMI)
5. Đánh giá ảnh hưởng của thông số công
nghệ.
Với mô hình toán học sử dụng đa thức bậc 2, xuất phát
từ 02 phương trình h1 và setpoint (SP):
Sau khi thực hiện đạo hàm
riêng theo từng thông số và thay giá trị của các thông số khác ta xác định được
ảnh hưởng của thông số đó. Vì vậy, phương pháp mô phỏng toán học giúp chúng ta
dễ dàng khảo sát ảnh hưởng của các thông số đến những giá trị đặc trưng điều
khiển van surge.
a.
Áp suất vào / ra
(Suction / Discharge
Pressure).
Bảng 1 – Tương quan giữa áp suất và surge margin,
setpoint
P1 [%]
|
95%
|
100%
|
105%
|
-5%
|
5%
|
Surge Margin
|
9.18
|
7.43
|
5.89
|
23.55
|
-20.73
|
Control Setpoint
|
2581.90
|
2450.
|
2322.90
|
5.38
|
-5.19
|
P2 [%]
|
95%
|
100%
|
105%
|
-5%
|
5%
|
Surge Margin
|
7.80
|
7.40
|
6.90
|
5.41
|
-6.76
|
Control Setpoint
|
2295.10
|
2450.00
|
2599.60
|
-6.32
|
6.11 |
Theo bảng kết quả trên ta thấy khi áp suất vào tăng (các
thông số khác không đổi) Surge Margin & Setpoint giảm. Khi áp suất ra tăng,
giá trị lưu lượng h1 tăng. Tuy nhiên giá trị X1 tăng
nhiều hơn nên surge margin giảm.
b.
Nhiệt
độ đầu vào/
ra (Suction/ Discharge Temprature)
Bảng 2 – Tương quan giữa nhiệt độ và surge margin,
setpoint
T1 [%]
|
95%
|
100%
|
105%
|
-5%
|
5%
|
Surge Margin
|
6.80
|
6.90
|
7.00
|
-1.45
|
1.45
|
Control Setpoint
|
2592.80
|
2599.60
|
2606.40
|
-0.26
|
0.26
|
T2 [oC]
|
110.80
|
116.60
|
122.40
|
-4.97
|
4.97
|
Surge Margin
|
7.70
|
6.90
|
6.10
|
11.59
|
-11.59
|
Control Setpoint
|
2640.90
|
2599.60
|
2558.70
|
1.59
|
-1.57
|
Nhiệt độ khí đường vào không
ảnh hưởng nhiều đến surge margin. Nhiệt độ khí đường ra tăng sẽ làm tăng giá trị
surge margin, tuy nhiên nhiệt độ này bị giới hạn bởi bởi rơ le bảo vệ mức cao.
c.
Lưu lượng đầu ra (Discharge Flow h2)
Bảng 3 – Tương quan lưu lượng và surge margin, setpoint
h2 [%]
|
95%
|
100%
|
105%
|
-5%
|
5%
|
Surge Margin
|
4.20
|
6.90
|
9.50
|
-39.13
|
37.68
|
Control Setpoint
|
2457.50
|
2599.60
|
2732.40
|
-5.47
|
5.11
|
Khi lưu lượng ra chỉ cần tăng 5%, giá trị surge margin
đã tăng đáng kể.
d.
Tổng hợp ảnh hướng của thông số công
nghệ.
Bảng 4 – Tương quan giữa thông số
công nghệ và surge margin, setpoint
|
Surge Margin
|
Setpoint
|
X1
|
h1
|
Suction Pressure
|
-20.73
|
-5.19
|
-1.52
|
-4.32
|
Discharge Pressure
|
-6.76
|
6.11
|
5.99
|
4.86
|
Discharge Flow (h2)
|
37.68
|
5.11
|
0.00
|
5.03
|
Suction Temprature
|
1.45
|
0.26
|
0.00
|
0.31
|
Discharge Temprature
|
-11.59
|
-1.57
|
0.00
|
-1.41
|
Qua kết quả mô phỏng cũng như phân tích nguyên nhân
gây surge ta thấy quá trình vận hành cần tránh việc gây sốc đối với áp suất
đường vào và ra; thường xuyên kiểm tra các phần tử thứ cấp và nhị cấp của thiết
bị đo lưu lượng.
6. Ảnh
hưởng của các hệ số điều khiển
a.
Chế độ điều khiển
-
Control
Line Mode: HPCSGCONSP (HPC_KCL*h1+Bias ) ≤ P2-P1
Van Surge mở với các thông số điều khiển KP: KPFAST, KIFAST
-
Deadband
Hold Mode: HPCSGCONDB (HPC_KDB*h1+Bias) ≥ P2-P1
Van Surge đóng
với các thông số điều khiển Kp=KPSLOW, Ki=KISLOW
-
Deadband
Line Mode: HPCSGCONDB (HPC_KDB*h1+Bias) > P2-P1
Setpoint =
CONSP – (P2-P1).
b.
Hệ số điều khiển và hệ số trễ (Control & Factor, Dead band Factor).
Bảng 5 – Tương quan giữa hệ số điều khiển và các
thông số đặc trưng điều khiển surge
TT
|
Thông số đặc trưng của hệ thống điều khiển surge
|
Hệ số điều khiển giảm
|
Hệ số điều khiển tăng
|
1
|
Độ dốc của đường đặc tính điều khiển
|
Tăng
|
Giảm
|
2
|
Chế độ điều khiển (Control Line Mode)
|
Tăng
|
Giảm
|
3
|
Chế độ trễ (Dead Band Mode)
|
Tăng
|
Giảm
|
4
|
Giá trị Setpoint.
|
Giảm
|
Tăng
|
5
|
Tốc độ đóng van
|
Giảm
|
Tăng
|
6
|
Giá trị Surge Margin
|
Không đổi
|
Không đổi
|
c.
Hệ số khuếch đại & Tích phân (Proportional
Factor &
Intergal Factor )
CVKp
= CV0 + Ki*t*(Error0 + Error1)/2
CVKi
= Ki*t*(Error0 + Error1) + CVKi
CV:
Surge Valve control value, tín hiệu đóng van.
Giá trị Kp
& Ki phụ thuộc vào khả năng cho phép trong quá trình vào tải. Nếu van surge
đóng nhanh, tốc độ NPT không đổi sẽ dẫn đến hiện tượng surge. Để chọn được giá trị tối ưu cần kiểm tra đường đặc tính
của van surge lắp đặt trong hệ thống theo tài liệu thiết kế van surge của hãng
cung cấp (Surge Valve Design)
7. Kết luận.
Với những kết quả nghiên cứu về thuật toán điều khiển surge với mô hình
giới hạn surge bậc 2 đang được sử dụng trong 5 máy nén giàn Nén khí trung tâm và mô phỏng bằng phần mềm matlab giúp
người vận hành:
-
Dễ
dàng liên hệ thuật toán và nhiệm vụ của các dòng lệnh trong PLC P5 nhờ đó có
thể dễ dàng thay đổi các hệ số trong các dòng lệnh.
-
Mô
phỏng trạng thái hệ thống trong quá trình khởi động, vào tải để có thể thay đổi
các thông số phù hợp để quá trình vào tải được tối ưu.
-
Mô
phỏng trạng thái hệ thống trước và sau khi xảy ra hiện tượng surge, nhờ vậy có
thể xác định nguyên nhân gây surge.
-
Trước
khi thay đổi trực tuyến các hệ số điều khiển trong PLC, phương pháp mô phỏng có
thể xác định được sự biến thiên của các thông số điều khiển và quá trình công
nghệ, nhờ đó có thể tiết kiệm được thời gian dừng máy nén và giảm đáng kể số
lần khởi động.
Tác giả bài viết: Vũ Đức Vinh –
Nguyễn Minh Đức