Bài giảng Điện khiển quá trình - Chương 1: Mở đầu

©2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
12/08/2006
Chương 1: Mở ₫ầu
Điều khiển quá trình
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
1.0 Giới thiệu môn học
1.1 Các khái niệm cơ bản
1.2 Mục ₫ích ₫iều khiển
1.3 Cấu trúc cơ bản một HT ĐKQT
1.4 Các chức năng ₫iều khiển quá trình
1.5 Các nhiệm vụ phát triển hệ thống
1.6 Mô tả chức năng hệ thống
Nội dung chương 1
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
TĐH quá trình
công nghệTĐH quá trình
công nghệ
Lý thuyết
ĐKTĐ
ĐIỀU KHIỂN
QUÁ TRÌNH
TĐH quá trình
công nghệ
Điều khiển máy
(ĐK chuyển ₫ộng,
Robot, CNC)
TĐH quá trình
công nghệTĐH quá trình
công nghệTĐH xí nghiệp
công nghiệp
1.0 Giới thiệu môn học
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
4Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Mục ₫ích của môn học
ƒ Sinh viên nắm ₫ược các khái niệm và kiến thức
cơ sở phục vụ:
— Tìm hiểu, phân tích yêu cầu ₫iều khiển của các quá
trình công nghệ
— Đặt bài toán ₫iều khiển cho từng yêu cầu cụ thể
— Thiết kế sách lược ₫iều khiển phù hợp với yêu cầu và
với mô hình quá trình
— Chọn lựa giải pháp thiết bị ₫o, thiết bị chấp hành và
thiết bị ₫iều khiển
ƒ Tạo cơ sở hoặc/và ₫ộng lực cho các môn học:
— Điều khiển logic, PLC
— Thiết bị ₫iều chỉnh tự ₫ộng công nghiệp
— Điều khiển phân tán
— Tự ₫ộng hóa quá trình công nghệ/sản xuất
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
5Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Các nội dung ₫ề cập chính
ƒ Tổng quan về hệ thống ₫iều khiển quá trình
— Các thành phần cơ bản
— Các chức năng và nhiệm vụ
— Mô tả chức năng, lưu ₫ồ P&ID
ƒ Xây dựng mô hình quá trình
— Mô hình hóa lý thuyết
— Mô hình hóa thực nghiệm
ƒ Thiết kế cấu trúc/sách lược ₫iều khiển
— Các cấu trúc ₫iều khiển cơ bản
— Điều khiển tập trung và ₫iều khiển phi tập trung/phân 
tán
ƒ Thiết kế bộ ₫iều khiển (thuật toán ₫iều khiển)
— Lựa chọn kiểu bộ ₫iều khiển
— Tính toán các tham số của bộ ₫iều khiển
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
6Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Các nội dung ₫ề cập chính (tiếp)
ƒ Cơ sở giải pháp hệ thống ₫iều khiển quá trình
— Thiết bị ₫o
— Thiết bị ₫iều khiển
— Thiết bị chấp hành
ƒ Các bài toán ₫iều khiển quá trình tiêu biểu
— Các hệ thống dòng chảy/bình chứa
— Các hệ thống truyền nhiệt
— Các quá trình chuyển khối (tháp chưng cất)
ƒ Tin cậy và an toàn hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
7Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Phương pháp ₫ánh giá kết quả
ƒ Thí nghiệm kết hợp bài tập lớn: 2 phần
— Khảo sát ₫ối tượng bình mức (₫ối tượng mô phỏng) và
xây dựng mô hình thực nghiệm
— Thiết kế sách lược và thuật toán ₫iều khiển
ƒ Điểm ₫ánh giá
— Kết quả thí nghiệm/bài tập lớn: 20%
— Thi cuối kỳ (vấn ₫áp) 80%
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
8Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Tài liệu tham khảo
[1] Hoàng Minh Sơn: Cơ sở hệ thống ₫iều khiển quá trình. NXB 
Bách khoa Hà Nội, 2006.
[2] Belá G. Liptak (chủ biên): Instrument Engineer’s Handbook: 
Process Control. 3rd Edition, Chilton Book Co. 1996.
[3]Michael L. Luyben, William L. Luyben: Essentials of Process 
Control. McGraw-Hill, 1997.
[4]Luyben, W.L.: Process Modeling, Simulation and Control for 
Chemical Engineers. McGraw-Hill, 1990.
[5]Seborg, D.E; T.F. Edgar; D.A. Mellichamp: Process Dymamics 
and Control. 2nd Edition. Wiley, 2004.
[6]Curtis D. Johnson: Process Control Instrumentation 
Technology. 5th Edition. Prentice-Hall, 1997.
[7] Thomas Marlin: Process Control: Designing Processes and 
Control Systems for Dynamic Performance. McGraw-Hill 2000.
[8] Bài giảng (₫ưa dần, *.pdf Format): Lớp chuẩn bị ₫ịa chỉ
email, gửi tới: hmson-ac@mail.hut.edu.vn
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
9Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
1.1 Các khái niệm cơ bản
ƒ Quá trình, quá trình kỹ thuật
ƒ Biến quá trình: 
— Đại lượng (biến) ₫ược ₫iều khiển 
— Đại lượng (biến) ₫iều khiển
— Đại lượng nhiễu, nhiễu tải và nhiễu ₫o
ƒ Điều khiển quá trình:
— Mục ₫ích, nhiệm vụ
— Một số quan ₫iểm trong ₫ịnh nghĩa
ƒ Hệ thống ₫iều khiển quá trình:
— Thiết bị ₫iều khiển 
— Thiết bị ₫o 
— Thiết bị chấp hành
— Hệ thống vận hành & giám sát
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
10Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Quá trình & quá trình kỹ thuật
ƒ Quá trình là một trình tự các diễn biến vật lý, hóa 
học hoặc sinh học, trong ₫ó vật chất, năng lượng 
hoặc thông tin ₫ược biến ₫ổi, vận chuyển hoặc 
lưu trữ (ANSI/ISA 88.01, DIN 19222). 
ƒ Quá trình kỹ thuật là một quá trình với các ₫ại 
lượng kỹ thuật ₫ược ₫o hoặc/và ₫ược can thiệp.
ƒ Quá trình công nghệ là một quá trình kỹ thuật 
nằm trong một dây chuyền công nghệ => quan 
tâm tới các quá trình vật chất và năng lượng.
 Trong nội dung môn học, khái niệm quá trình 
₫ược hiểu là quá trình công nghệ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
11Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Nhìn từ quan ₫iểm hệ thống
QUÁ TRÌNH
KỸ THUẬT
Vật chất
Năng lượng
Thông tin
Vật chất
Năng lượng
Thông tin
Nhiễu 
Biến vào
Biến ra
Biến ₫iều khiển
Biến cần ₫iều 
khiển
Biến trạng thái
Biến không cần 
₫iều khiển
Biến không cần 
₫iều khiển
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
12Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Biến quá trình
ƒ Biến cần ₫iều khiển (controlled variable): Biến ra, ₫ại lượng 
hệ trọng tới sự vận hành an toàn, ổn ₫ịnh hoặc chất lượng 
sản phẩm, cần ₫ược duy trì tại một giá trị ₫ặt, hoặc bám 
theo một tín hiệu chủ ₫ạo
ƒ Biến ₫iều khiển (control variable, manipulated variable): 
Biến vào can thiệp ₫ược theo ý muốn ₫ể tác ₫ộng tới ₫ại 
lượng cần ₫iều khiển 
ƒ Nhiễu: Biến vào không can thiệp ₫ược:
— Nhiễu quá trình (disturbance, process disturbance)
z nhiễu ₫ầu vào (input disturbance): biến thiên các thông số 
₫ầu vào (lưu lượng, nhiệt ₫ộ hoặc thành phần nguyên liệu, 
nhiên liệu)
z nhiễu tải (load disturbance): thay ₫ổi tải theo yêu cầu sử
dụng (lưu lượng dòng chảy, áp suất hơi nước, ...)
z nhiễu ngoại sinh (exogenous disturbance): nhiệt ₫ộ, áp 
suất bên ngoài, ...
— Nhiễu ₫o, nhiễu tạp (noise, measurement noise)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
13Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ví dụ: bình chất lỏng
h
Fi
Fo
Quá trình 
bình mức
Nhiễu Fo
Biến ₫iều 
khiển Fi
Biến cần ₫iều 
khiển h
Biến vào Biến ra
a) Sơ ₫ồ công nghệ b) Sơ ₫ồ khối
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
14Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ví dụ: bộ gia nhiệt
1,C CT w 2CT
1,H HT w
2HT
Quá trình
gia nhiệt
wH TC2
TC1 wC TH1
Nhiễu
Biến 
₫iều khiển
Biến ra ₫ược 
₫iều khiển
TH2
Biến ra không 
₫ược ₫iều khiển
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
15Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Các dây chuyền công nghệ phức tạp
ƒ Nhà máy xi măng:
— Công nghệ lò nung
— Công nghệ cấp liệu, nghiền, vận chuyển, ₫óng bao
ƒ Nhà máy ₫iện:
— Công nghệ lò hơi
— Công nghệ turbin
ƒ Nhà máy lọc dầu, hóa dầu:
— Công nghệ chưng cất, tinh luyện
— Công nghệ lò phản ứng liên tục, theo mẻ
/Vấn ₫ề:
— Hàng nghìn ₫iểm ₫o, hàng trăm ₫ại lượng cần ₫iều khiển
— Các quá trình tương tác qua lại
— Đòi hỏi ₫ộ an toàn, tin cậy rất cao
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
16Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ví dụ: Lò hơi
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
17Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ví dụ: quá trình sản xuất hóa chất
H?i n??c
T
Buồng 
làm lạnh
Nước lạnh
Bình 
ngưng
G
i
a
n
h
i
ệ
t
h
ó
a
h
ơ
i
Bình 
phản ứng
Nước lạnh
Bình cấp 
thành phần A
Bình cấp 
thành phần B
Bình chứa
hồi lưu
Sản phẩm 
₫ỉnh
Sản phẩm 
₫áy
Hồi lưu
Gia nhiệt 
T
H
Á
P
C
H
Ư
N
G
C
Ấ
T
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
18Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Nhiệm vụ ₫ặt ra
ƒ Can thiệp một cách hiệu quả các ₫ại lượng ₫ầu 
vào của quá trình kỹ thuật ₫ể các ₫ại lượng ₫ầu 
ra của nó thỏa mãn các chỉ tiêu cho trước trong 
khi có tác ₫ộng của nhiễu và thông tin không 
chính xác về ₫ối tượng 
ƒ Giảm thiểu ảnh hưởng xấu của quá trình kỹ
thuật ₫ối với con người và môi trường xung 
quanh
 Vai trò của kỹ thuật ₫iều khiển tự ₫ộng! 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
19Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Khái niệm: ₫iều khiển quá trình
Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thuật ₫iều khiển tự ₫ộng 
trong ₫iều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, 
nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và ₫ảm bảo các yêu cầu về
bảo vệ con người, máy móc và môi trường.
ƒ Phạm vi ứng dụng: Công nghiệp chế biến, khai 
thác & năng lượng
ƒ Bài toán ₫ặc thù và quan trọng nhất: Điều chỉnh
ƒ Đối tượng ₫iều khiển: Quá trình công nghệ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
20Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Đặc thù của các quá trình công nghệ
ƒ Qui mô sản xuất thông thường vừa và lớn 
ƒ Yêu cầu rất cao về ₫ộ tin cậy và tính sẵn sàng
ƒ Các quá trình liên quan tới biến ₫ổi năng lượng và
vật chất
— Bài toán ₫iều chỉnh là tiêu biểu
— Các ₫ại lượng cần ₫iều khiển: lưu lượng, áp suất, nhiệt
₫ộ, nồng ₫ộ, thành phần,...
— Diễn biến tương ₫ối chậm
— Mô hình khó xác ₫ịnh
— Khả năng ₫iều khiển hạn chế
— Khó thay ₫ổi thiết kế công nghệ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
21Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Điều khiển quá trình công nghệ
ƒ Điều khiển quá trình liên tục (continuous process 
control): 
— ₫iều khiển một quá trình công nghệ hoạt ₫ộng liên tục 
— ví dụ các quá trình chưng cất, quá trình sản xuất ₫iện, 
quá trình sản xuất xi măng
ƒ Điều khiển quá trình mẻ (batch process control):
— ₫iều khiển các quá trình công nghệ hoạt ₫ộng theo mẻ
— ví dụ quá trình trộn bê tông, quá trình phản ứng hóa 
chất, quá trình sản xuất bia,...
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
22Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
1.2 Mục ₫ích ₫iều khiển
1. Đảm bảo hệ thống vận hành ổn ₫ịnh, trơn tru: ₫ảm 
bảo các ₫iều kiện vận hành bình thường, kéo dài tuổi 
thọ máy móc, vận hành thuận tiện
2. Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: thay ₫ổi 
tốc ₫ộ sản xuất theo ý muốn, giữ các thông số chất 
lượng sản phẩm biến ₫ộng trong giới hạn qui ₫ịnh
3. Đảm bảo vận hành an toàn: nhằm mục ₫ích bảo vệ 
con người, máy móc, thiết bị và môi trường
4. Bảo vệ môi trường: Giảm nồng ₫ộ các chất ₫ộc hại 
trong khí thải, nước thải, giảm bụi, giảm sử dụng 
nguyên liệu và nhiên liệu
5. Nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng lợi nhuận: giảm chi 
phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng 
nhanh với yêu cầu thay ₫ổi của thị trường 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
23Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ví dụ: Điều khiển bình trộn
c1 , c2 , c : Nồng ₫ộ A
F1, F2, F: Lưu lượng thể tích
cấu tử A hỗn hợp A và B
Yêu cầu công nghệ: Đảm bảo chất lượng sản phẩm
Chế ₫ộ vận hành: Vận hành liên tục
1
1
c
F
2
2
c
F
c
F
h
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
24Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ổn ₫ịnh hệ thống
ƒ Các ₫ại lượng cần ổn ₫ịnh trong ví dụ:
— Mức trong bình trộn 
— Nồng ₫ộ của A trong sản phẩm
ƒ Các yêu cầu về ổn ₫ịnh liên quan tới:
— Nguyên lý cân bằng vật chất (trong ví dụ)
— Nguyên lý cân bằng năng lượng
— Nguyên lý cân bằng pha
— Nguyên lý cân bằng phản ứng hóa học
— Các nguyên lý ₫ộng lực học
của hệ thống ở trạng thái xác lập!
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
25Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Chất lượng sản phẩm
ƒ Ổn ₫ịnh chưa chắc ₫ã ₫ảm bảo chất lượng:
— Trong ví dụ: Nồng ₫ộ của A trong sản phẩm ₫ược giữ ổn 
₫ịnh nhưng có thể xa với chất lượng yêu cầu!
ƒ Đảm bảo chất lượng sản phẩm: Giá trị ₫ại lượng 
cần ₫iều khiển càng gần với giá trị ₫ặt càng tốt!
— Trong ví dụ: nồng ₫ộ A trong sản phẩm không những 
₫ược duy trì ổn ₫ịnh, mà phải gần với một giá trị mong 
muốn.
ƒ Chất lượng sản phẩm ₫ược ₫ánh giá thông qua 
một số chỉ tiêu chất lượng
— Đáp ứng với thay ₫ổi giá trị ₫ặt (₫áp ứng quá ₫ộ)
— Đáp ứng với tác ₫ộng của nhiễu (₫áp ứng loại nhiễu)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
26Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
An toàn hệ thống
ƒ Lỗi thiết bị, ₫ường truyền -> sách lược ₫iều chỉnh 
thông thường không ₫áp ứng ₫ược. 
— Trong ví dụ, có thể cần ₫ặt cảm biến (logic) báo tràn 
hoặc cạn bình, quá tốc, quá dòng ₫ộng cơ khuấy -> ₫iều 
khiển rời rạc ₫ộng cơ và các van an toàn
ƒ Khóa liên ₫ộng nhằm:
— Tránh xảy ra các tình huống nguy hiểm (ví dụ ₫ộng cơ 
chỉ ₫ược khởi ₫ộng khi mức trong bình ₫ạt một giá trị
nào ₫ó)
— Giảm thiểu tác hại khi sự cố xảy ra (bằng các biện pháp 
ngắt từng phần hoặc dừng khẩn cấp)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
27Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Bảo vệ môi trường
ƒ Các dây chuyền công nghệ ngày nay ₫ược thiết kế
với nhiều yêu cầu giảm ô nhiễm môi trường:
— Giảm nhiên liệu tiêu thụ
— Giảm sử dụng nước sạch
ƒ Các thiết kế "recycling" tạo tính phi tuyến cao và 
tương tác lớn trong hệ thống => vai trò của các 
phương pháp ₫iều khiển hiện ₫ại
ƒ Yêu cầu cao hơn trong các tiêu chuẩn quốc gia và
quốc tế về xử lý nước thải và khí thải
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
28Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Hiệu quả kinh tế
ƒ Các yêu cầu cụ thể:
— Chất lượng ổn ₫ịnh (nồng ₫ộ A trong sản phẩm)
— Năng suất thích ứng với yêu cầu thị trường (liên quan tới lưu 
lượng sản phẩm ra)
— Tiêu hao năng lượng thấp (cho ₫ộng cơ khuấy và cho các van 
₫iều khiển)
— Tác ₫ộng ₫iều khiển êm ả, trơn tru (tốc ₫ộ ₫ộng cơ cũng như 
₫ộ mở van ít khi phải thay ₫ổi hoặc thay ₫ổi chậm)
ƒ Các yêu cầu cụ thể có thể mâu thuẫn => 2 phương án giải 
quyết:
— sử dụng các tiêu chuẩn hòa ₫ồng => ₫iều khiển tối ưu
— ₫áp ứng vừa ₫ủ các yêu cầu thiết yếu, sau ₫ó tập trung vào các 
yêu cầu còn lại: ví dụ cho phép chất lượng dao ₫ộng trong một 
phạm vi chấp nhận ₫ược ₫ể tránh thay ₫ổi liên tục tác ₫ộng 
₫iều khiển
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
29Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Hiệu quả kinh tế phụ thuộc nhiều vào ₫iểm 
làm việc và chất lượng ₫iều khiển
Giới hạn ràng buộc trên
Điểm làm việc 
không kinh tế
Điểm làm việc 
kinh tế
Giới hạn ràng buộc dưới
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
30Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
1.3 Các chức năng ĐKQT
QUÁ TRÌNH
GIAO DIỆN
QUÁ TRÌNH
ĐIỀU KHIỂN 
CƠ SỞ
VẬN HÀNH & 
GIÁM SÁT
ĐIỀU KHIỂN 
CAO CẤP
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
31Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Điều khiển cơ sở
ƒ Điều chỉnh (regulatory control)
— Điều chỉnh tự ₫ộng
— Điều chỉnh bằng tay
ƒ Điều khiển rời rạc (discrete control): 
— Điều khiển thiết bị (device control) 
— Khóa liên ₫ộng quá trình (process interlocks)
ƒ Điều khiển trình tự (sequential control, sequence 
control)
— Khởi ₫ộng và dừng hệ thống
— Điều khiển phối hợp
— Điều khiển theo mẻ
ƒ Điều khiển an toàn (safety control): 
— khóa liên ₫ộng an toàn (safety interlocks) 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
32Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Vận hành & giám sát
ƒ Thu thập & quản lý dữ liệu
ƒ Giao diện người-máy
ƒ Cảnh báo & báo ₫ộng
ƒ Giám sát & chẩn ₫oán
ƒ Lập báo cáo tự ₫ộng
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
33Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Điều khiển cao cấp
ƒ Điều khiển quản lý mẻ (Batch management)
ƒ Điều khiển chất lượng (Quality control), ₫iều khiển 
thống kê (Statistical Process Control, SPC)
ƒ Tối ưu hóa quá trình (Process Optimization), ₫iều 
khiển tối ưu hóa (Optimizing Control) 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
34Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
1.4 Cấu trúc cơ bản một HTĐKQT
THIẾT 
BỊ ĐO
THIẾT BỊ
CHẤP 
HÀNH
Tham số Trạng thái
Đầu vào Đầu ra
HỆ THỐNG VẬN 
HÀNH & GIÁM SÁT
QUÁ TRÌNH KỸ
THUẬT
THIẾT BỊ ĐIỀU 
KHIỂN
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
35Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Sơ ₫ồ khối một vòng ₫iều khiển
Thiết bị
₫o
Quá trình
Thiết bị 
₫iều khiển
Thiết bị
chấp hành
Tín hiệu 
₫iều khiển
Biến ₫iều 
khiển
Biến ₫ược 
₫iều khiển
Tín hiệu ₫o Đại lượng ₫o
Giá trị ₫ặt
Thuật ngữ:
Giá trị ₫ặt Set Point (SP), Set Value (SV)
Tín hiệu ₫iều khiển Control Signal, Controller Output (CO)
Biến ₫iều khiển Control Variable, Manipulated Variable (MV)
Biến ₫ược ₫iều khiển Controlled Variable (CV), Process Value (PV)
Đại lượng ₫o Measured Variable
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
36Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Thiết bị ₫o quá trình
ƒ Measurement device: Thiết bị ₫o, vd ₫o nhiệt ₫ộ, áp suất, nồng ₫ộ
ƒ Transducer: Bộ chuyển ₫ổi theo nghĩa rộng, ví dụ áp suất-dịch 
chuyển, dịch chuyển-₫iện áp
ƒ Sensor: Cảm biến, cũng là một dạng chuyển ₫ổi, vd cặp nhiệt, 
ống venturi, siêu âm,..
ƒ Sensor element: Cảm biến, phần tử cảm biến
ƒ Signal conditioning: Điều hòa tín hiệu
ƒ Transmitter: Chuyển ₫ổi tín hiệu + truyền phát tín hiệu chuẩn
Thiết bị ₫o / Bộ chuyển ₫ổi
Cảm biến Chuyển
₫ổi ₫o
Đại lượng cần ₫o
(Nhiệt ₫ộ, áp suất, 
mức, lưu lượng,..)
Tín hiệu chuẩn
(4-20mA, 0-10V,...) 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
37Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Thiết bị ₫iều khiển
ƒ Control equipment: Thiết bị ₫iều khiển, vd PLC, IPC, 
Digital Controller, DCS Controller,... 
ƒ Controller: Bộ ₫iều khiển, có thể hiểu là
— Cả thiết bị ₫iều khiển, hoặc 
— Chỉ riêng khối tính toán ₫iều khiển, vd PI, PID, FLC, 
ON/OFF,...
Thiết bị ₫iều khiển
X
ử
 l ý
 ₫
ầ u
 v
à o
Tính toán
₫iều khiển
Tín hiệu ₫o Tín hiệu 
₫iều khiển
Giá trị ₫ặt/
Tín hiệu chủ ₫ạo
X
ử
 l ý
 ₫
ầ u
 r
a
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
38Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Thiết bị chấp hành
ƒ Actuator: Thiết bị chấp hành, cơ cấu chấp hành (van 
₫iều khiển, máy bơm, quạt gió, chắn gió, rơ-le,...)
ƒ Actuator, actuating element: cơ cấu dẫn ₫ộng, phần tử
dẫn ₫ộng (₫ộng cơ ₫iện, khối chuyển ₫ổi dòng-khí nén, 
cuộn hút từ,...)
ƒ Final control element: Phần tử chấp hành (thân van, tiếp 
₫iểm, sợi ₫ốt)
Thiết bị chấp hành
Cơ cấu 
dẫn ₫ộng
Tín hiệu 
₫iều khiển
Tín hiệu 
₫iều khiển
Phần tử
chấp hành
Khối 
₫iều khiển
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
39Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Hệ thống vận hành & giám sát
ƒ Vận hành (Operation) 
ƒ Giám sát, theo dõi (Monitoring)
ƒ Chẩn ₫oán (Diagnosis)
ƒ Giao diện người-máy (Human-Machine Interface, HMI) 
Trạng thái
Giá trị các ₫ại 
lượng ₫ặc trưng
Giá trị ₫ặt
Các tham số ₫iều khiển 
Chế ₫ộ vận hành
Hình ảnh, con số, 
₫ồ thị, bảng biểu,..
Xác nhận, lựa 
chọn, ₫ặt giá trị
Giám sát, 
chẩn 
₫oán,
quyết ₫ịnh
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
40Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
1.5 Mô tả chức năng - lưu ₫ồ P&ID
ƒ Lưu ₫ồ P&ID: Pipe and Instrumentation Diagram (VD)
— Lưu ₫ồ công nghệ + các biểu tượng thiết bị và chức năng tự ₫ộng 
hóa
— Một trong các tài liệu thiết kế quan trọng nhất về hệ thống ₫o 
lường, ₫iều khiển và giám sát
— Cơ sở cho lựa chọn và lắp ₫ặt thiết bị, phát triển phần mềm ₫iều 
khiển và giám sát quá trình (bài toán ₫iều khiển quá trình)
ƒ Các biểu tượng lưu ₫ồ ₫ược ISA (Instrumentation Society of 
America) chuẩn hóa:
— ISA S5.1: Instrumentation Symbols and Identification
— ISA S5.3: Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display 
Instrumentation, Logic and Computer Systems
ƒ Các biểu tượng lưu ₫ồ bao gồm:
— Các biểu tượng thiết bị
— Các biểu tượng tín hiệu và ₫ường nối
— Ký hiệu nhãn thiết bị và các biểu tượng chức năng
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
41Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ví dụ: Điều khiểnmức
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
42Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ví dụ: Điều khiển bộ trao ₫ổi nhiệt
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
43Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Biểu tượng thiết bị
Phòng ₫iều khiển 
trung tâm
(Remote)
Vị trí mở rộng
(Auxilary Location)
Hiện 
trường
(Local)
Phần cứng
Thiết bị ₫ơn lẻ
Phần cứng chia sẻ
- Hiển thị chia sẻ
- Điều khiển chia sẻ
Phần mềm
Chức năng máy tính
Logic chia sẻ
Điều khiển logic khả
trình
Thiết bị cho hai biến hoặc 
một biến với hai hoặc nhiều chức năng
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
44Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Biểu tượng tín hiệu và ₫ường nối
Tín hiệu không ₫ịnh nghĩa
Đường nối tới quá trình kỹ thuật hoặc cấp năng lượng
Tín hiệu khí nén
Tín hiệu ₫iện
Tín hiệu thủy lực
Tín hiệu ₫iện từ hoặc âm thanh (có dẫn ₫ịnh) *
Tín hiệu ₫iện từ hoặc âm thanh (không dẫn ₫ịnh)*
Đường nối nội bộ hệ thống (liên kết phần mềm hoặc dữ liệu)
Đường nối cơ học
Ống mao dẫn x x x
* Các hiện tượng điện từ gồm cả nhiệt, sóng vô tuyến, phóng xạ nguyên tử và ánh sáng.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
45Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ký hiệu các ₫ường cấp năng lượng
ƒ AS (Air supply): cấp không khí
ƒ ES (Electric supply): cấp ₫iện
ƒ GS (Gas supply): cấp gas
ƒ HS (Hydraulic supply): cấp thủy lực
ƒ NS (Nitrogen supply): cấp nitơ
ƒ SS (Steam supply): cấp hơi nước
ƒ WS (Water supply): cấp nước
AS
ES
GS
HS
NS
SS
WS
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
46Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Nhãn thiết bị và ký hiệu chức năng
P D I C-103
Chữ cái đầu: Biến đo hoặc khởi tạo
Chữ cái phụ: Bổ sung cho chữ đầu
Các chữ cái sau: Các chức năng 
chỉ thị, bị động hoặc đầu ra
T A H-104
Chữ cái phụ sau: Bổ sung ý nghĩa
chức năng cho chữ cái đứng trước nó
Chỉ thị (Indication) và điều khiển (Control) chênh áp
(Differential Pressure), vòng loop 103.
Báo động (Alarm) vượt ngưỡng trên (High) nhiệt độ
(Temperature), cảnh giới quá nhiệt vòng loop 104.
Mã số vòng loop, điểm đo
PDIC
103
TAH
104
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
47Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ý nghĩa các chữ cái
Chữ cái ₫ầu Các chữ cái ₫ứng sau
Biến ₫o hoặc 
khởi tạo
Bố sung, thay 
₫ổi
Chức năng chỉ
thị hoặc bị ₫ộng
Chức năng ₫ầu 
ra
Bổ sung, thay 
₫ổi
A Analysis Alarm
B Burner, 
Combustion
Tự chọn Tự chọn Tự chọn
C Tự chọn Control
D Tự chọn Differential
E Voltage Sensor 
F Flow Rate Ratio (Fraction)
G Tự chọn Glass, Viewing 
Device
H Hand High
I Current Indicate
J Power Scan
K Time, Time 
Schedule
Time Rate of 
Change
Control Station
L Level Light Low
M Tự chọn Momentary Middle
N Tự chọn Tự chọn Tự chọn Tự chọn
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
48Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ý nghĩa các chữ cái (tiếp)
Chữ cái ₫ầu Các chữ cái ₫ứng sau
Biến ₫o hoặc 
khởi tạo
Bố sung, thay 
₫ổi
Chức năng chỉ
thị hoặc bị ₫ộng
Chức năng ₫ầu 
ra
Bổ sung, thay 
₫ổi
O Tự chọn Orifice, 
Restriction
P Pressure, 
Vacuum
Point (Test 
Connection)
Q Quantity Integrate, Total
R Radiation Record
S Speed, 
Frequency
Safety Switch
T Temperature Transmit
U Đa biến 
(Universal)
Đa chức năng Đa chức năng Đa chức năng
V Vibration, Mech. 
Analysis
Valve, Damper, 
Louver
W Weight, Force Well
X Không xếp loại Trục X Không xếp loại Không xếp loại Không xếp 
loại
Y Event, State, 
Presence
Trục Y Relay, Compute, 
Convert
Z Position, 
Dimension
Trục Z Driver, Actuator,
Phần tử ĐK
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
49Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Các ký hiệu chức năng tính toán
Ký hiệu Chức năng
1-0 hoặc ON/OFF Điều khiển ON/OFF hoặc chuyển mạch (Switch)
Σ hoặc ADD Cộng hoặc tổng (cộng và trừ), với 2 hoặc nhiều ₫ầu vào
Δ hoặc SUB Hiệu (với hai hoặc nhiều ₫ầu vào)
± , +, Độ dịch (1 ₫ầu vào)
AVG. Trung bình
%, 1:3 hoặc 2:1 Khuếch ₫ại (₫ầu vào : ₫ầu ra)
, ÷ Nhân, chia (2 hoặc nhiều ₫ầu vào)
hoặc SQ. RT. Căn bậc hai
xn hoặc x1/n Lũy thừa
f(x) Hàm
1:1 Tăng cường
hoặc HIGHEST Chọn giá trị lớn nhất
hoặc LOWEST Chọn giá trị nhỏ nhất
REV. Đảo ngược
E/P, P/I, A/D, D/A Biến ₫ổi (E, H, I, O, P, R)
∫ Tích phân (theo thời gian)
D hoặc d/dt Đạo hàm hoặc tốc ₫ộ
I/D Nghịch ₫ảo ₫ạo hàm
-
x
√
>
<
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
50Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
Ví dụ: ₫iều khiển vòng kín
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
51Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS
1.6 Các bước phát triển hệ thống
Kinh nghiệm 
từ các dự án 
khác
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Yêu cầu và
mô tả công 
nghệ
Các ₫ịnh luật vật lý và hóa học
Lý thuyết ₫iều khiển tự ₫ộng
Các mục ₫ích ₫iều khiển cơ bản
Dữ liệu vận 
hành thực tế
Công nghệ phần mềm công 
nghiệp 
Thông tin, hỗ
trợ từ nhà
cung cấp
Công nghệ hệ
thống ₫iều khiển
Lý thuyết mô hình hóa & mô 
phỏng
Phân tích chức năng hệ thống
Xây dựng mô hình quá trình
Lựa chọn giải pháp hệ thống
Phát triển phần mềm ứng dụng
Chỉnh ₫ịnh & ₫ưa vào vận 
hành
Thiết kế sách lược ₫iều khiển
Thiết kế thuật toán ₫iều khiển
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt