BÁO cáo THỰC HÀNH THỰC HÀNH THIẾT bị đo và QUÁ TRÌNH điều KHIỂN bài 1 điều KHIỂN NHIỆT độ

Nó là một môhình điều khiển đơn giản, bao gồm: đầu dò, một bộ điều khiển và bộ gia nhiệt - Mô hình này cùng các trang thiết bị cần thiết được dùng để khảo sát:  Các thông số của hệ thốn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO THỰC HÀNH

THỰC HÀNH THIẾT BỊ ĐO VÀ QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Minh Tiến

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Hạnh Hòa Trà My 20029221 Môn học phần: Thực Hành Thiết Bị Đo

Lớp học phần: DHPT16

Mã lớp học phần: 420300324404

Ngày thực hành : 19/04/2023

Năm học: 2022 - 2023

Trang 2

BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

1 Mục đích thí nghiệm:

- Mô hình thí nghiệm này cho phép nghiên cứu quá trình điều khiển nhiệt độ Nó là một môhình điều khiển đơn giản, bao gồm: đầu dò, một bộ điều khiển và bộ gia nhiệt

- Mô hình này cùng các trang thiết bị cần thiết được dùng để khảo sát:

 Các thông số của hệ thống điều khiển vòng lặp hở với các khái niệm về

Khảo sát ảnh hưởng tới việc thay đổi cài đặt

Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiễu

Tối ưu hóa các thông số cài đặt

2 Cơ sở lý thuyết :

2.1 Nguyên lý đo nhiệt độ:

- Điện trở của các kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ Sự tăng điện trở tỉ lệ với nhiệt độ xác định hệ số nhiệt độ dương Trong thực tế, để chế tạo ra một đầu dò nhiệt độ tốt, phải sử dụng vật liệu vật liệu có hệ số nhiệt độ cao, đường biểu diễn phụ thuộc điện trở vào nhiệt

độ là đường thẳng Chúng ta có thể chọn một vật liệu mà có thể chịu được nhiệt độ cao và loại có điện trở chuẩn phù hợp

- Platin là một liệu tốt được sử dụng làm đầu dò điện trở đo nhiệt độ trong công nghiệp,nó

có ưu điểm là độ bền hóa học cao, độ tinh khiết rất cao và dễ điều khiển,

2.2 Khảo sát hệ thống gia nhiệt:

- Nguyên lí gia nhiệt của buồng sau: một dòng điện chạy qua một đai gia nhiệt mica làm kích thích sự tăng nhiệt độ bên trong vòng đai Vòng đai được kết nối với bộ điều khiển công suất điện xoay chiều mà được điều khiển bởi bộ điều khiển dòng điện 4 – 20mA Bộ này điều khiển việc gia nhiệt với điện áp thấp (24V AC) đã được biến áp từ nguồn điện áp cao hơn (220V 50Hz )

3 Tiến hành thực nghiệm :

3.1 Các thao tác cần thiết:

- Chuẩn bị

 Công tắc nguồn phải ở vị trí OFF

 Cắm chuôi điện vào nguồn cấp

 Không được mở tủ điện trong suốt quá trình làm thí nghiệm

 Bật công tắc nguồn sang vị trí ON

 Chỉnh bộ điều khiển sang chế độ Manual và đặt giá trị OUTPUT là 0%

 Sử dụng bốn đầu cắm kết nối bộ điều khiển với hệ thống

 Đầu “ temperature” màu đỏ kết nối với đầu “measure” màu đỏ

 Đầu “ temperature” màu đen kết nối với đầu “measure” màu đen

 Đầu “ Output” màu đỏ kết nối với đầu “Heater” màu đỏ

 Đầu “ Output” màu đen kết nối với đầu “Heater” màu đen

Trang 3

- Cách điều chỉnh nhiễu

Công tắc “Perturbation” cho phép điều chỉnh nguồn ggia nhiệt

 Tại vị trí “0”, ống gia nhiệt hoạt động với công suất tối đa

 Tại vị trí “1”, công suất gia nhiệt giảm khoảng 10%

Công tắc “Ventilation” kích hoạt cho quạt làm mát hoạt động, làm giảm nhiệt độ của buồng gia nhiệt Nó có 2 chế độ

 Tại vị trí “Auto”, quạt làm việc theo sự điều khiển của bộ điều khiển

 Tại vị trí “1”, quạt sẽ hoạt động với công suất tối đa mà không chịu tác động của bộ điều khiển

- Dừng khẩn cấp

Trong trường hợp bất thường

 Thao tác đầu nối, chuyển công tắc “perturbation” sang vị trí “1” để làm giảm nhiệt độ trong buồng gia nhiệt

 Nếu cháy,rút điện ra khỏi nguồn cung cấp,sử dụng bình chữa cháy phù hợp để dập tắt ngọn lửa

- Dừng máy khi kết thúc thí nghiệm

 Thay đổi giá trị đặt về 0

 Chuyển đổi công tắc “perturbation” về vị trí “1”

 Đợi 5 phút cho nhiệt độ của buồng gia nhiệt giảm dưới 60% và đảm bảo nó không tăng trở lại

 Chuyển đổi công tắc nguồn sang vị trí OFF

 Ngắt nguồn điện cấp

3.2 Khảo sát hằng số thời gian, thời gian trễ và các thông số bộ điều khiển PID theo

phương pháp Broida :

- Xác định hằng số thời gian và thời gian trễ của hệ thống ở mức OP = 40%

+ Chỉnh bộ điều khiển ở chế độ điều khiển Manual

+ Chỉnh gia trị OP =40% và đợi cho đến khi hệ thống đạt ổn định, ghi nhận lại kết quả nhiệt độ

+ Tiếp theo,đặt giá trị OP = 50% ,ghi nhận các giá trị của hệ thống sau mỗi 15 giây cho đến khi hệ thống đạt trạng thái ổn định

+ Biểu diễn giá trị đo được trên đồ thị

+ Xác định chênh lệch nhiệt độ khi bắt đầu tăng từ mức OP =40% lên OP=50% đến khi hệthống ổn định ở mức OP =50% , kí kiệu là t

+ Xác định thời gian để đáp ứng của hệ thống đạt được 28%t ( gọi là t1), 40%t (gọi làt2), và 63%t như hình vẽ sau:

Trang 4

 Xác định các thông số của bộ điều khiển PID theo phương pháp Broida

Từ các kết quả trên ta có thể chọn được bộ điều khiển phù hợp với hệ thống theo mối quan hệ sau

Trang 5

Bảng 1: Cách xác định các thông số cho bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển Độ khuếch đại

Lưu ý: Trong bài thí nghiệm này, độ khuếch đại Kp được tính thông qua PB và khoảng đo từ

0 – 4000C nên thông số cài đặt trong máy sẽ khác

Ví dụ: Nếu KP = 9,13 thì

PB = 100Kp = 9,13100 = 10,9%

Do đó PB cài đặt trong máy sẽ được tính như sau :

PB = 0,109 400 = 43,60 C

3.3 Kiểm định các thông sau khi thay đổi thiết lập:

- Thiết lập các thông số PB, Ti, Td như đã xác định phần trên

- Chỉnh bộ điều khiển ở chế độ Auto

- Đặt giá trị Setpoint là 90

- Ghi nhận lại các giá trị nhiệt độ cho đến khi đạt ổn định

- Thay đổi giá trị lên 100

- Ghi nhận lại giá trị nhiệt độ cho đến khi đạt ổn định

- Thay đổi giá trị xuống 90

- Thay đổi giá trị xuống 80

- Thay đổi giá trị đặt trở lại 90

- Biểu diễn các giá trị trên đồ thị

- Nhận xét về kết quả đạt được

3.4 Kiểm chứng các thông số với tác động nhiễu:

Trang 6

- Hai loại nhiễu: một loại được gây ra bằng cách cho quạt hoạt động nhanh trong khoảng 2 đến 3 giây, một loại nhiễu khác được gây ra bằng cách thay đổi công suất gia nhiệt ( tức là chuyển công tắc “Perturbation” sang vị trí 1 trong khoảng 3 giây hoặc chuyển sang vị trí 1 trong suốt quá trình đo)

- Ghi nhận lại đáp ứng của hệ thống

4 Kết quả thực nghiệm:

4.1 Xác các định thông số điều khiển theo phương pháp Broida :

Bảng 2: Giá trị PV ở mức OP =40% và OP =50% ở chế độ điều khiển Manual

Trang 8

1410 50 126.8

4.2 Kiểm chứng các thông số sau khi thay đổi thiết lập :

Bảng 3: Đáp ứng của hệ thống ở chế độ điều khiển Auto khi không có tác động nhiễu :

Thời gian nhiệt độ ổn định (s) Setpoint, SP (0 C) Giá trị nhiệt độ, PV(0 C)

4.3 Kiểm chứng các thông số với tác động của nhiễu:

Bảng 4: Đáp ứng của hệ thống ở chế độ điều khiển Auto với tác động của nhiễu :

Thời gian nhiệt độ ổn định (s) Setpoint, SP (0 C) Giá trị nhiệt độ, PV(0 C)

Bộ điềukhiển

Thời giantích phân(Ti)

Thời gian

vi phân(Td)

Trang 9

Xác định hằng số thời gian và thời gian trễ

Khi có sự tác động của nhiễu lên hệ thống sẽ phá vỡ sự ổn định, giá trị đo lệch khỏi giátrị mong muốn Và cần một thời gian nhất định để có thể trở về sự ổn định như ban đầu

Ứng dụng của quá trình điều khiển nhiệt độ trong công nghiệp: hỗ trợ kiểm soát và duytrì được nhiệt độ ổn định trong quá trình chế biến ra sản phẩm, điều khiển các máy mócvận hành hiệu quả Thông thường được sử dụng trong hệ thống gia nhiệt, máy ép nhựa,

lò sấy, lò nướng, nồi hơi, hệ thống khí nén, cũng như điều khiển các loại van

Trang 10

Bài 2: ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT (DENTALAB)

- Khí nén từ máy nén cung cấp ổn định cho hệ thống với áp suất 2 bar Trên bình chứa khí gắn

đồng hồ áp suất và cảm biến để đo áp suất bên trong bình chứa, đồng thời chuyển đổi tín hiệu điện tương ứng với áp suất (0-10bar) và truyền tín hiệu này đến bộ điều khiển

- Bộ điều khiển UDC2500 nhận tín hiệu từ cảm biến, sánh với giá trị cài đặt để tính toán sai lệch Dựa trên giá trị sai lệch này, bộ điều khiển xuất ra tín hiệu OP (%) để điều khiển van điện từ Có

2 chế độ:

* Manual: chế độ điều khiển bằng tay

* Auto: chế độ điều khiển tự động

2.3 Cách sử dụng phần mềm

- Mở phần mềm “SPECVIEW”

- Chọn “MP114VE”, click Go Online Now

- Click Password Login or Logout, chọn người dùng Student, click Log-in

3 Lý thuyết điều khiển

3.1 Phương pháp điều chỉnh

- Đây là phương pháp xác định từng bước, dải tác động tỉ lệ PB, thời gian tích phân Ti, thời gian

vi phân Td Bộ điều khiển PID

3.2 Phương pháp Nichols- Ziegler

Đặt bộ điều khiển ở chế độ điều khiển tỷ lệ, giảm dần giá trị PB cho đến khi hệ thống trở nên không ổn định, khi đó xác định được PBc và Tc Từ đó tính ra P, I, D

4 Cách tiến hành thí nghiệm

- Kiểm tra máy nén khí, dường ống khí nén vào hệ thống

- Kiểm tra cài đặt ban đầu

Trang 11

- Mở van cấp khí V1, điều chỉnh áp suất vào 2 bar

- Khi nhấn nút Star, bộ điều khiển UDC2500 bắt đầu chế độ manual

0.1 0.15

0.2 0.25

0.3 0.35

0.4 0.45

0.5

Quan hệ giữa dải tác động tỉ lệ với độ lệch tĩnh

5.2 Tính toán bộ điều khiển cho hệ thống

P PI nối tiếp PI song PID nối PID song PID hỗn

Trang 12

song tiếp song hợp

Ti 50 0,111 0,008 0,033 34 0,067

5.3 Đánh giá và lựa chọn bộ điều khiển khi hệ hoạt động ở áp suất 1 bar

Bộ điều khiển PV Thời gian đạt đến cân bằng e(t) Sự vọt lố

- Điều khiển vi phân thường làm giảm %OP khi PV tăng, và tăng %OP khi PV giảm Vi phântrong điều khiển giúp quá trình tránh được sự vọt lố và làm cho hệ thống tự ổn định

- Khả năng đáp ứng của hệ thống khi xuất hiện nhiễu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ lớn vàtần số của nhiễu, thời gian phản hồi của hệ thống, cấu trúc và thông số của bộ điều khiển, độ ổnđịnh của hệ thống, độ chính xác của cảm biến áp suất,… Vì vậy, để đảm bảo khả năng đáp ứngtốt của hệ thống khi xuất hiện nhiễu, cần thiết phải thiết kế hệ thống phù hợp, hệu chỉnh cảm biếnđúng cách, lựa chọn bộ điều khiển tốt và đảm bảo ổn định của hệ thống

Trang 13

BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG (DELTALAB)

1 Mục tiêu của bài nghiên cứu:

- Trình bày được nguyên lý điều khiển của hệ thống điều khiển lưu lượng

- Mô tả được vai trò của các bộ phận trong hệ thống điều khiển: Đầu dò lưu lượng, bộ phận tácđộng, thiết bị đo chênh lệch áp suất, bộ chuyển đổi I/P, bộ điều khiển UDC 2500

- Xác định được chế độ của bộ điều khiển và các tham số của bộ điều khiển (PB, Ti, Td) bằngphương pháp điều chỉnh hoặc phương pháp Nichols – Ziegler

- Đánh giá được khả năng điều khiển của hệ thống điều khiển

2 Mô tả thí nghiệm:

- Hệ thống thí nghiệm mô tả việc điều khiển lưu lượng dòng chất lỏng trong một hệ thống ống

- Hệ thống bao gồm: một bồn nước 100L, van dẫn nước vào và ra

- Một bơm ly tâm, trong đó có một lưu lượng kế dạng phao và một lưu lượng kế dạng màng chắn

- Lưu lượng được khiển bằng van tay V3 và một phần bởi van tự động

- Hộp điện cung cấp điện cho đầu dò, bộ điều khiển, bộ chuyển đổi

3 Cách tiến hành thực nghiệm:

Trước khi bật công tắc Power, các van trên đường ống đẩy và hút phải mở hoàn toàn Kiểm tra

cài đặt của UDC 2500 theo Catalog của nhà sản xuất Hệ thống phải hoạt động ở chế độ Auto

- Đuổi khí hệ thống ( thực hiện khi trong đường ống có khí)

- Bật bơm cho dòng lưu chất trong hệ thống chạy tuần hoàn

- Mở hai van M1 và M5 ( shut- off valves)

- Cho nước chạy vào hệ thống với lưu lượng lớn nhất

- Mở van cân bằng M3 Cho nước chạy tuần hoàn để loại bỏ khí trong đường ống mềm nối vớimàng chắn

- Đóng van cân bằng M3 Đóng van M5 (phía dưới)

- Mở van cân bằng M3 Mở van M2, M4 để đuổi khí sau đó đóng lại

- Đóng van cân bằng M3 Mở van M5

3.1 Khảo sát ảnh hưởng của dải tác động tỉ lệ ( PB ):

- Bộ điều khiển phải hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ bằng cách:

Trang 14

Trên bộ điều khiển cài đặt ALGOR → CTR ALG: giá trị “ PD + MR” để loại bỏ tác dụng tích phân cài đặt TUNING → RATE T: giá trị 0.

- Trên màn hình máy vi tính, trang “ control monitoring”, chọn giá trị Ti = 50 để loại bỏ tác động tích phân

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tích phân Ti:

Lưu lượng mong muốn là 700 L/h do đó cài đặt giá trị SP =700 L/h

- Bộ điều khiển phải hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ tích phân bằng cách:

- Trên bộ điều khiển cài đặt ALGOR → CTR ALG: giá trị “ PID A” cài đặt TUNING → RATE T: giá trị 0.

- Trên màn hình máy vi tính, trang “ control monitoring”, dải tác động tỉ lệ theo giá trị khảo sát trên

3.3 Tác động tỉ lệ, tích phân, vi phân:

Để nhận thấy ảnh hưởng của tác động vi phân trên hệ thống, quan sát đáp ứng của hệ thống dưới tác động của nhiễu ( thời gian trở về ổn định, độ vọt lố, ) khi chế độ điều khiển có và không có tác động vi phân ( Td = 0.2 phút, Td =0 phút ).

4 Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu :

4.1 Khảo sát ảnh hưởng của PB:

Trang 15

4.3 Khảo sát ảnh hưởng của tác động vi phân( PB,Ti được chọn ở 2 thí nghiệm trên ) :

Ảnh hưởng của tác động tỉ lệ đối với bộ điều khiển

Trang 16

Ảnh hưởng của tác động tích phân đối với bộ điều khiển

6.1 Ảnh hưởng của PB (%), Ti, Td đến hệ thống:

- Có thể điều chỉnh dải tác động tỉ lệ (PB) để có được sự điều chỉnh tốt hơn trong những điều kiện khác nhau của quy trình Nếu giảm dải tác động về 0, ta được bộ điều khiển On/ Off

- Bước tích phân tăng tốc độ chuyển động của quá trình tới điểm đặt và khử sai độ lệch tĩnh của bộ điều khiển chỉ có tác động tỉ lệ Tuy nhiên, vì bước tích phân là đáp ứng của sai số tích lũy trong quá khứ, nó có thể khiến giá trị hiện tại vọt lố.

- Tác động của bộ điều khiển vi phân có xu hướng làm giảm OP Ngược lại khi PV giảm, phần vi phân có xu hướng làm tăng OP Bước vi phân trong điều khiển giúp quá trình tách được sự vọt lố và làm cho hệ thống tự ổn định.

6.2 Chọn bộ điều khiển thích hợp cho hệ thống trên Viết phương trình hàm truyền :

Trang 18

BÀI 5 : ĐIỀU KHIỂN MỨC CHẤT LỎNG

1 Mục tiêu của bài nghiên cứu:

- Trình bày được nguyên lý điều khiển của hệ thống điều khiển mức chất lỏng

- Mô tả được vai trò của các bộ phận trong hệ thống điều khiển: Đầu dò, thiết bị điều khiển, thiết

- Hệ thống thí nghiệm mô tả việc điều khiển mứcchất lỏng trong cột.

- Hệ thống bao gồm: một cột trụ Plexiglas có đường kính 190mm, chiều cao 1250mm.

- Một bơm ly tâm dùng để bơm nước liên tục từ bồn chứa vào cột Lưu lượng nước một phần được điều khiển bằng van tay để thiết lập khoảng làm việc và một phần bởi van tự động Nước được dẫn ra ngoài thông qua 1 van ri đặt ở đáy cột Ngoài ra còn có 1 van xả đáy để tháo nước trong cột ra ngoài Ống chảy tràn để thoát nước ra ngoài khi mức nước quá cao.Một cảm biếp áp suất, đặt ở đáy tháp, để đo mức nước trong cột Bộ truyền tín hiệu sẽ lấy giá trị áp suất đọc được gửi về bộ điều khiển UDC 2500 dưới dạng tín hiệu Analog 4-20 mA.

- bộ điều khiển UDC 2500 có giao diện người- máy Nó nhận tín hiệu từ bộ truyền và hiển thị cho người sử dụng , từ đó ta có thể thay đổi các giá trị cài đặt

- Van tỉ lệ soleniod là một thiết bị tác động trong vòng điều khiển Nó được vận hành bởi

bộ điều khiển Đây là van tỉ lệ, do độ mở van có mức trong khoảng từ 0-100% Van này được điều khiển thông qua bộ chuyển đổi cường độ (I) /Áp suất (P) Trong đó, giá trị đầu

ra của bộ điều khển trong khoảng 4-20 mA sẽ chuyển thành áp suất khí nén tương ứng để xác định mức độ mở van.

Trang 19

3.2 Cài đặt theo phương pháp điều chỉnh

a Khảo sát ảnh hưởng của dải tác động tỉ lệ ( PB ):

- Bộ điều khiển phải hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ bằng cách:

Trên bộ điều khiển cài đặt ALGOR → CTR ALG: giá trị “ PD + MR” để loại bỏ tác dụng tích phân, cài đặt TUNING → RATE T: giá trị 0.