Luận văn thiết kế xây dựng mô hình thí nghiệm Điều khiển mức nước và lưu lượng Ứng dụng các thuật toán Điều khiển quá trình nâng cao

Với ý tưởng tạo ra một mỗ hỉnh thí nghiệm với nhiễu bài toán điều khiển quả trình và điều khiến quả trình năng cao khảo nhau trên mô hỉnh thức tê để kiểm chúng lý thuyết, để tài thực hi

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HQC BACH KHOA HA NOI

VŨ VĂN QUANG

TIIÉT KÉ, XÂY DỰNG MÔ IIÏNII THÍ NGIIÊM ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC VÀ LƯU LƯỢNG ỨNG DỤNG CÁC THUẬT TOÁN DIÊU KHIỂN QUÁ TRÌNH NANG CAO

Chuyên ngành: Điều khiến và Tự động hoá

LUẬN VĂN THẠC Sĩ KỸ THUẬT

DIEU KHIEN VA TU DONG HOA

NGUGI HUONG DAN KHOA HOC

TS NGUYÊN HUY PHƯƠNG

Tà Nội — Năm 2014

LOI CAM DOAN

‘Téi xin cam doan nội dung luận văn nảy là do tôi thực hiện dưới sự hướng dân

khoa học của TS Nguyễn Huy Phương Các số liệu, tính toán, mõ phỏng trong hiện

vẫn hoàu loàn Irung, thục và là công trình nghiên cửu của riêng tôi

Tiọc viên

Vũ Văn Quang

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ ĐIỂU KHIỂN QUÁ TRÌNH cà 1

1.2.1 Tỉnh cấp thiết của điều khiến quả trình coccccccv ctrertrrrrtrerrree 1 1.3.2 Khải niệm điều khiển quá trình [1] cà xxvvsxevserrtrrrrrrrrrree 2

1.2.4 Các thành phân cơ bản của hệ thống, diệu khiển quả trinh Ổ 1.2.5 Dặc điểm của đối tượng điều khiển quá trinh -cnscerrve H

1.2.5.2 Đôi tượng cò tham số biến thiên à lv v2 trtrtrrrrerke 9

1.6.1 Phương trinh cần bằng vật chất n1 e.erree 17

17 Một số hệ thông điều khiển mức trong các đây truyền sẵn xuất 20 Kết luận chương L

TINH TOAN, THIET KE XAY DUNG HE THONG

2.1 Mö hình vật lý hệ thông điều khiển quá trinh

2.1.2 So dé khỏi Hệ thống điền khiến mức

2.2 Cac tiét bi trong Ban thi nghiém điều khiến quá trình 29

2.2.4 Valve xoay chiều ¬

CHƯƠNG 3: THIẾT KẼ BỘ ĐIÊU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH 50

3.1.1 Lldm trayén dat, ham trong luong, him qua d6 ccsesesseianienee SD 3.1.3.Xây dựng mô hình toán học của cáo khâu động, học oơ bản bằng thực nghiệm 52

3.3 Xây đựng mô bình toán học mô tả hệ thống - 66

3.3.3 Môi quan hệ giữa lưu lượng Ở và mức Ƒ„ - - 69

3.4, Thiét ké bé diéu khiến chơ đối tượng mức — lưu lượng,

3.4.5 Giới thiệu về module mam trong Step?

CHUƠNG

MỞ ĐÂU

Ngày nay hậu như trong ngành kinh tế kỹ thuật nào cũng đều đã áp dụng kỹ thuật

tr động hóa nhằm làm tăng sản lượng chất lượng sẵn phẩm với mục tiêu hướng tới việc

áp dụng kỹ thuật tự dộng hóa đã làm thay

đổi điện mạo nhiều ngảnh sản xuất dịch vụ Nhất là trong lĩnh vực sản xuất công, nang cao chất lượng đời sống con người Việc

nghiệp Ngày mày trên thế giới đã có không íL những nhà may không có con người, văn

phòng không có giấy, ma chỉ có mảy móc thông minh thiết bị thông mình v.v Nói như vậy để thấy rằng, tụ động hóa là một nhu cầu cao trong xã hội hiện đại Các hệ thông nảy nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao ning xuất lao động, giản chỉ phi sản xuất, giải phóng người lao động khỏi những vị trị lam việc độc hại v.v

Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo đối, giám sát các quy trình cảng

nghệ thông qua các ô của hệ thống đo lường kiểm tra Các hệ thông tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiến toàn bộ

quá trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chưng

Đổ phát triển sân xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quả trình công nghệ

hoặc ting ching công nghệ mới thì một hướng nghiên cửu không kém phân quan trọng là

nâng cao mức độ tự động hoả các quả trình công nghệ Điền khiến quá trình hiện nay đã

và đang phát triển một cách mạnh mẽ trong, các nhà máy công nghiệp như hóa chất, xi măng, luyện kim Tuy nhiên, việc nghiên cứu về điều khiển quả trình ở Việt Nam thì thử ô giai đoạn khối đầu

Với ý tưởng tạo ra một mỗ hỉnh thí nghiệm với nhiễu bài toán điều khiển quả

trình và điều khiến quả trình năng cao khảo nhau trên mô hỉnh thức tê để kiểm chúng lý

thuyết, để tài thực hiện mong, muốn diều khiển được giá trị mức chỉnh xác và ôn dịnh cho các đổi tượng tham số hằng hay tham số biển thiên cá trong phòng thí nghiệm cũng,

như trong môi trường công nghiệp

Nội đụng luận văn gồm 4 chương:

Chương 1 : Tổng quan về điều khiển quá trình, thiết lập cải nhìn sơ lược về ban chất và mục đích của điều khiển quá trình cũng các chức năng và thành phần cơ bin của hệ thống điều khiển quả trình Với một số quả trình trong thực tế vả các khó khăn trong việc thiết kế các bộ điển khiến

Hình 217 Panel mặt trong tủ điểu khiển

llình 2.18 Sơ đồ mạch cấp nguồn cho hệ thống nhe

Hinh 2.19 Mạch động lục của Valve, động cơ

Tình 2.20 Sơ 46 mach cap nguồn PI,C

Tình 3.23, Sơ đỗ mạch điều khiển tự động và bằng tay

Hinh 2.24 Sơ để mạch phép nối cảm biển

Tình 2 25 Sơ đỗ mạch đèn báo -

Hình 3.1 Đặc tính quá độ của khâu quản tinh bée nhất

THmh 3.32 Đặc tình quá độ cũa khâu tích p hân — quan tính bậc nhất

Hình 3.3 Đặc tính quá dộ của khâu tích phân- quán tính bậc n 1Hình 3.4 Đặc tình quả độ của khâu quản tỉnh bậc hai

Tình 3 5.a Đặc tính quả độ của khâu T.cad/ Lag

Hành 3.5.b Đặc tỉnh quá dộ của khâu Lead/ Lag,

Tinh 3.6 Dặc tính quá độ của khâu dao động bậc hai

Hình 3.7 Điền khiển đối tượng với bộ điển khiến PID,

Hình 3.8 a Đặc tình quá độ theo phương pháp Ziegler- Michols thử nhất

THình 3.8.b Dặc tính quá độ theo phương pháp Ziegler- Nichols thứ nhật

Tình 3.9 Sơ đồ khối của phương pháp,

1Hình 3.10.Đặc tỉnh quá độ theo phương pháp Chien- LIrones- Reswich

Hình 3.11: Điền khiển Cascade

Tình 3.12 Mô tình bình chứa Bị

Tình 3.13 Câu trúc điều khiển phản hỏi PTD kinh diễn

Tình 3.14 Ý nghĩa thiết bị và ký hiệu chức năng,

Tình 4.1 : Thực hiện lệnh gọi khối FC10

MỞ ĐÂU

Ngày nay hậu như trong ngành kinh tế kỹ thuật nào cũng đều đã áp dụng kỹ thuật

tr động hóa nhằm làm tăng sản lượng chất lượng sẵn phẩm với mục tiêu hướng tới việc

áp dụng kỹ thuật tự dộng hóa đã làm thay

đổi điện mạo nhiều ngảnh sản xuất dịch vụ Nhất là trong lĩnh vực sản xuất công, nang cao chất lượng đời sống con người Việc

nghiệp Ngày mày trên thế giới đã có không íL những nhà may không có con người, văn

phòng không có giấy, ma chỉ có mảy móc thông minh thiết bị thông mình v.v Nói như vậy để thấy rằng, tụ động hóa là một nhu cầu cao trong xã hội hiện đại Các hệ thông nảy nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao ning xuất lao động, giản chỉ phi sản xuất, giải phóng người lao động khỏi những vị trị lam việc độc hại v.v

Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo đối, giám sát các quy trình cảng

nghệ thông qua các ô của hệ thống đo lường kiểm tra Các hệ thông tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiến toàn bộ

quá trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chưng

Đổ phát triển sân xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quả trình công nghệ

hoặc ting ching công nghệ mới thì một hướng nghiên cửu không kém phân quan trọng là

nâng cao mức độ tự động hoả các quả trình công nghệ Điền khiến quá trình hiện nay đã

và đang phát triển một cách mạnh mẽ trong, các nhà máy công nghiệp như hóa chất, xi măng, luyện kim Tuy nhiên, việc nghiên cứu về điều khiển quả trình ở Việt Nam thì thử ô giai đoạn khối đầu

Với ý tưởng tạo ra một mỗ hỉnh thí nghiệm với nhiễu bài toán điều khiển quả

trình và điều khiến quả trình năng cao khảo nhau trên mô hỉnh thức tê để kiểm chúng lý

thuyết, để tài thực hiện mong, muốn diều khiển được giá trị mức chỉnh xác và ôn dịnh cho các đổi tượng tham số hằng hay tham số biển thiên cá trong phòng thí nghiệm cũng,

như trong môi trường công nghiệp

Nội đụng luận văn gồm 4 chương:

Chương 1 : Tổng quan về điều khiển quá trình, thiết lập cải nhìn sơ lược về ban chất và mục đích của điều khiển quá trình cũng các chức năng và thành phần cơ bin của hệ thống điều khiển quả trình Với một số quả trình trong thực tế vả các khó khăn trong việc thiết kế các bộ điển khiến

2.2 Cac tiét bi trong Ban thi nghiém điều khiến quá trình 29

2.2.4 Valve xoay chiều ¬

CHƯƠNG 3: THIẾT KẼ BỘ ĐIÊU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH 50

3.1.1 Lldm trayén dat, ham trong luong, him qua d6 ccsesesseianienee SD 3.1.3.Xây dựng mô hình toán học của cáo khâu động, học oơ bản bằng thực nghiệm 52

3.3 Xây đựng mô bình toán học mô tả hệ thống - 66

3.3.3 Môi quan hệ giữa lưu lượng Ở và mức Ƒ„ - - 69

3.4, Thiét ké bé diéu khiến chơ đối tượng mức — lưu lượng,

3.4.5 Giới thiệu về module mam trong Step?

CHUƠNG

4.1 Lap trinkPLC -

4.1.1 Kỹ thuật lập trinh cầu trúe

4.12 Phan mém Simatic Step7

4.2.) Phan mém Simatic Wince Flexible

4.2.2 Thiết kể giao điện

Hình 217 Panel mặt trong tủ điểu khiển

llình 2.18 Sơ đồ mạch cấp nguồn cho hệ thống nhe

Hinh 2.19 Mạch động lục của Valve, động cơ

Tình 2.20 Sơ 46 mach cap nguồn PI,C

Tình 3.23, Sơ đỗ mạch điều khiển tự động và bằng tay

Hinh 2.24 Sơ để mạch phép nối cảm biển

Tình 2 25 Sơ đỗ mạch đèn báo -

Hình 3.1 Đặc tính quá độ của khâu quản tinh bée nhất

THmh 3.32 Đặc tình quá độ cũa khâu tích p hân — quan tính bậc nhất

Hình 3.3 Đặc tính quá dộ của khâu tích phân- quán tính bậc n 1Hình 3.4 Đặc tình quả độ của khâu quản tỉnh bậc hai

Tình 3 5.a Đặc tính quả độ của khâu T.cad/ Lag

Hành 3.5.b Đặc tỉnh quá dộ của khâu Lead/ Lag,

Tinh 3.6 Dặc tính quá độ của khâu dao động bậc hai

Hình 3.7 Điền khiển đối tượng với bộ điển khiến PID,

Hình 3.8 a Đặc tình quá độ theo phương pháp Ziegler- Michols thử nhất

THình 3.8.b Dặc tính quá độ theo phương pháp Ziegler- Nichols thứ nhật

Tình 3.9 Sơ đồ khối của phương pháp,

1Hình 3.10.Đặc tỉnh quá độ theo phương pháp Chien- LIrones- Reswich

Hình 3.11: Điền khiển Cascade

Tình 3.12 Mô tình bình chứa Bị

Tình 3.13 Câu trúc điều khiển phản hỏi PTD kinh diễn

Tình 3.14 Ý nghĩa thiết bị và ký hiệu chức năng,

Tình 4.1 : Thực hiện lệnh gọi khối FC10

4.1 Lap trinkPLC -

4.1.1 Kỹ thuật lập trinh cầu trúe

4.12 Phan mém Simatic Step7

4.2.) Phan mém Simatic Wince Flexible

4.2.2 Thiết kể giao điện

Hình 217 Panel mặt trong tủ điểu khiển

llình 2.18 Sơ đồ mạch cấp nguồn cho hệ thống nhe

Hinh 2.19 Mạch động lục của Valve, động cơ

Tình 2.20 Sơ 46 mach cap nguồn PI,C

Tình 3.23, Sơ đỗ mạch điều khiển tự động và bằng tay

Hinh 2.24 Sơ để mạch phép nối cảm biển

Tình 2 25 Sơ đỗ mạch đèn báo -

Hình 3.1 Đặc tính quá độ của khâu quản tinh bée nhất

THmh 3.32 Đặc tình quá độ cũa khâu tích p hân — quan tính bậc nhất

Hình 3.3 Đặc tính quá dộ của khâu tích phân- quán tính bậc n 1Hình 3.4 Đặc tình quả độ của khâu quản tỉnh bậc hai

Tình 3 5.a Đặc tính quả độ của khâu T.cad/ Lag

Hành 3.5.b Đặc tỉnh quá dộ của khâu Lead/ Lag,

Tinh 3.6 Dặc tính quá độ của khâu dao động bậc hai

Hình 3.7 Điền khiển đối tượng với bộ điển khiến PID,

Hình 3.8 a Đặc tình quá độ theo phương pháp Ziegler- Michols thử nhất

THình 3.8.b Dặc tính quá độ theo phương pháp Ziegler- Nichols thứ nhật

Tình 3.9 Sơ đồ khối của phương pháp,

1Hình 3.10.Đặc tỉnh quá độ theo phương pháp Chien- LIrones- Reswich

Hình 3.11: Điền khiển Cascade

Tình 3.12 Mô tình bình chứa Bị

Tình 3.13 Câu trúc điều khiển phản hỏi PTD kinh diễn

Tình 3.14 Ý nghĩa thiết bị và ký hiệu chức năng,

Tình 4.1 : Thực hiện lệnh gọi khối FC10

DANH MUC CAC HINH VE, BO THI Tình 1.1 Hệ thống điểu khiển quá trình

Hình 1.2 Quá trình vả các loại biến quá trình

Tình 1.3 Đình chữa chad long và các biến quả trình

Tình 1.4 Các thành phan cơ bản oda hé théng diéu khién qua trinh

Linh 1.5 Các thành phần cơ bản trong hệ thống diéu khién nhiét 46

Binh 1.6 Hệ thống bổn chưng cất

Hình 1.7 Thiết bị khuấy trộn liền tục ccccccccecceccrevrrrrrrrerrree

Tinh 1.8 Quá trình vận chuyên bằng băng tải

Hình 1.9: Bài toán điều chỉnh (a) và bài toán bám (b)

Hình 1.10, Mạch vóng điều khiến phán hổi đơn giản

Tinh 1.11 Van kết nổi trực tiếp với bộ điện khiến

Tình 1 12 So để lò hơi BZ2K-220-100-1 0C

1Hình 1.13 Sơ đỗ điều khiển mức nước bao hơi

THình 1.14 Sơ đỗ tháp trưng hiyện với cấu trúc điều khiến mức

Tình 1.15 Sơ đồ hệ thông điều khiến mức cho các bễ, két chứa

Hình 2.1 Sơ dễ mô tả các thiết bị của bản thị nghiệm

Hinh 2.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiến của bản thi nghiêm điểu khiến mức

1Hình 2.7 Dặc tính của Valwe tỉ lệ oto rennin

Tình 2 8 Valvp điện xoay chiếu

Hình 2.9 Bow xoay chiều

Tình 2.10, Cảm biến áp suất PSA-01 SE HH HH HH HH ngưưec

Tình 2.12 Cấu Iạo của cảm biển do lưu lượng

Hình 2.13 CPU 3L4C -2DE

Tinh 2.14 Khai báo phần cúng của CPU

Hình 2.15 Panel mặt trong cánh tâ

Chương 2: Tính toán, thiết kế xây dựng bệ thông, tuêt kế một hệ thông điều khiển quá trình với đổi tượng bình múc, tính toán lựa chọn thiết bị và thiết kế phần cứng

cho hệ thống

Chương 3 ;Tuiiết kế bộ diều khiến cho quả trình nức nước và lưa lượng, uình bảy về mô hình toán học mô tả hệ thống bằng lý thuyết và thực nghiệm 'Thuật toán điều khiển PID và ghép tầng PID

Chương 4 : Diễu khiển và giảm sát hệ thông, lập trình PUC điều khiễn giảm sat

THMI, các kết quả đạt được, độ ốn định của mỏ hình

D8 hoàn thành luận văn nảy tôi đã nhận được sự hưởng dẫn tận tình trong suốt thời gian qua của TS Nguyễn Huy Phương Do khả năng cũng như oác nguồn tài liệu tham khảo còn hạn chế nên kết quả luận văn này vẫn còn nhiều thiêu sót Tỏi mong, nhận được nhiều ý kiến đóng góp hữu ích từ các thầy, cô củng các đẳng nghiệp để có

thể thấy rõ những điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng để tài đại đến kết quã hoàn thiện hơn

Hình 217 Panel mặt trong tủ điểu khiển

llình 2.18 Sơ đồ mạch cấp nguồn cho hệ thống nhe

Hinh 2.19 Mạch động lục của Valve, động cơ

Tình 2.20 Sơ 46 mach cap nguồn PI,C

Tình 3.23, Sơ đỗ mạch điều khiển tự động và bằng tay

Hinh 2.24 Sơ để mạch phép nối cảm biển

Tình 2 25 Sơ đỗ mạch đèn báo -

Hình 3.1 Đặc tính quá độ của khâu quản tinh bée nhất

THmh 3.32 Đặc tình quá độ cũa khâu tích p hân — quan tính bậc nhất

Hình 3.3 Đặc tính quá dộ của khâu tích phân- quán tính bậc n 1Hình 3.4 Đặc tình quả độ của khâu quản tỉnh bậc hai

Tình 3 5.a Đặc tính quả độ của khâu T.cad/ Lag

Hành 3.5.b Đặc tỉnh quá dộ của khâu Lead/ Lag,

Tinh 3.6 Dặc tính quá độ của khâu dao động bậc hai

Hình 3.7 Điền khiển đối tượng với bộ điển khiến PID,

Hình 3.8 a Đặc tình quá độ theo phương pháp Ziegler- Michols thử nhất

THình 3.8.b Dặc tính quá độ theo phương pháp Ziegler- Nichols thứ nhật

Tình 3.9 Sơ đồ khối của phương pháp,

1Hình 3.10.Đặc tỉnh quá độ theo phương pháp Chien- LIrones- Reswich

Hình 3.11: Điền khiển Cascade

Tình 3.12 Mô tình bình chứa Bị

Tình 3.13 Câu trúc điều khiển phản hỏi PTD kinh diễn

Tình 3.14 Ý nghĩa thiết bị và ký hiệu chức năng,

Tình 4.1 : Thực hiện lệnh gọi khối FC10

4.1 Lap trinkPLC -

4.1.1 Kỹ thuật lập trinh cầu trúe

4.12 Phan mém Simatic Step7

4.2.) Phan mém Simatic Wince Flexible

4.2.2 Thiết kể giao điện

2.2 Cac tiét bi trong Ban thi nghiém điều khiến quá trình 29

2.2.4 Valve xoay chiều ¬

CHƯƠNG 3: THIẾT KẼ BỘ ĐIÊU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH 50

3.1.1 Lldm trayén dat, ham trong luong, him qua d6 ccsesesseianienee SD 3.1.3.Xây dựng mô hình toán học của cáo khâu động, học oơ bản bằng thực nghiệm 52

3.3 Xây đựng mô bình toán học mô tả hệ thống - 66

3.3.3 Môi quan hệ giữa lưu lượng Ở và mức Ƒ„ - - 69

3.4, Thiét ké bé diéu khiến chơ đối tượng mức — lưu lượng,

3.4.5 Giới thiệu về module mam trong Step?

CHUƠNG

4.1 Lap trinkPLC -

4.1.1 Kỹ thuật lập trinh cầu trúe

4.12 Phan mém Simatic Step7

4.2.) Phan mém Simatic Wince Flexible

4.2.2 Thiết kể giao điện

4.1 Lap trinkPLC -

4.1.1 Kỹ thuật lập trinh cầu trúe

4.12 Phan mém Simatic Step7

4.2.) Phan mém Simatic Wince Flexible

4.2.2 Thiết kể giao điện

Hình 217 Panel mặt trong tủ điểu khiển

llình 2.18 Sơ đồ mạch cấp nguồn cho hệ thống nhe

Hinh 2.19 Mạch động lục của Valve, động cơ

Tình 2.20 Sơ 46 mach cap nguồn PI,C

Tình 3.23, Sơ đỗ mạch điều khiển tự động và bằng tay

Hinh 2.24 Sơ để mạch phép nối cảm biển

Tình 2 25 Sơ đỗ mạch đèn báo -

Hình 3.1 Đặc tính quá độ của khâu quản tinh bée nhất

THmh 3.32 Đặc tình quá độ cũa khâu tích p hân — quan tính bậc nhất

Hình 3.3 Đặc tính quá dộ của khâu tích phân- quán tính bậc n 1Hình 3.4 Đặc tình quả độ của khâu quản tỉnh bậc hai

Tình 3 5.a Đặc tính quả độ của khâu T.cad/ Lag

Hành 3.5.b Đặc tỉnh quá dộ của khâu Lead/ Lag,

Tinh 3.6 Dặc tính quá độ của khâu dao động bậc hai

Hình 3.7 Điền khiển đối tượng với bộ điển khiến PID,

Hình 3.8 a Đặc tình quá độ theo phương pháp Ziegler- Michols thử nhất

THình 3.8.b Dặc tính quá độ theo phương pháp Ziegler- Nichols thứ nhật

Tình 3.9 Sơ đồ khối của phương pháp,

1Hình 3.10.Đặc tỉnh quá độ theo phương pháp Chien- LIrones- Reswich

Hình 3.11: Điền khiển Cascade

Tình 3.12 Mô tình bình chứa Bị

Tình 3.13 Câu trúc điều khiển phản hỏi PTD kinh diễn

Tình 3.14 Ý nghĩa thiết bị và ký hiệu chức năng,

Tình 4.1 : Thực hiện lệnh gọi khối FC10

Chương 2: Tính toán, thiết kế xây dựng bệ thông, tuêt kế một hệ thông điều khiển quá trình với đổi tượng bình múc, tính toán lựa chọn thiết bị và thiết kế phần cứng

cho hệ thống

Chương 3 ;Tuiiết kế bộ diều khiến cho quả trình nức nước và lưa lượng, uình bảy về mô hình toán học mô tả hệ thống bằng lý thuyết và thực nghiệm 'Thuật toán điều khiển PID và ghép tầng PID

Chương 4 : Diễu khiển và giảm sát hệ thông, lập trình PUC điều khiễn giảm sat

THMI, các kết quả đạt được, độ ốn định của mỏ hình

D8 hoàn thành luận văn nảy tôi đã nhận được sự hưởng dẫn tận tình trong suốt thời gian qua của TS Nguyễn Huy Phương Do khả năng cũng như oác nguồn tài liệu tham khảo còn hạn chế nên kết quả luận văn này vẫn còn nhiều thiêu sót Tỏi mong, nhận được nhiều ý kiến đóng góp hữu ích từ các thầy, cô củng các đẳng nghiệp để có

thể thấy rõ những điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng để tài đại đến kết quã hoàn thiện hơn

MỞ ĐÂU

Ngày nay hậu như trong ngành kinh tế kỹ thuật nào cũng đều đã áp dụng kỹ thuật

tr động hóa nhằm làm tăng sản lượng chất lượng sẵn phẩm với mục tiêu hướng tới việc

áp dụng kỹ thuật tự dộng hóa đã làm thay

đổi điện mạo nhiều ngảnh sản xuất dịch vụ Nhất là trong lĩnh vực sản xuất công, nang cao chất lượng đời sống con người Việc

nghiệp Ngày mày trên thế giới đã có không íL những nhà may không có con người, văn

phòng không có giấy, ma chỉ có mảy móc thông minh thiết bị thông mình v.v Nói như vậy để thấy rằng, tụ động hóa là một nhu cầu cao trong xã hội hiện đại Các hệ thông nảy nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao ning xuất lao động, giản chỉ phi sản xuất, giải phóng người lao động khỏi những vị trị lam việc độc hại v.v

Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo đối, giám sát các quy trình cảng

nghệ thông qua các ô của hệ thống đo lường kiểm tra Các hệ thông tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiến toàn bộ

quá trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chưng

Đổ phát triển sân xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quả trình công nghệ

hoặc ting ching công nghệ mới thì một hướng nghiên cửu không kém phân quan trọng là

nâng cao mức độ tự động hoả các quả trình công nghệ Điền khiến quá trình hiện nay đã

và đang phát triển một cách mạnh mẽ trong, các nhà máy công nghiệp như hóa chất, xi măng, luyện kim Tuy nhiên, việc nghiên cứu về điều khiển quả trình ở Việt Nam thì thử ô giai đoạn khối đầu

Với ý tưởng tạo ra một mỗ hỉnh thí nghiệm với nhiễu bài toán điều khiển quả

trình và điều khiến quả trình năng cao khảo nhau trên mô hỉnh thức tê để kiểm chúng lý

thuyết, để tài thực hiện mong, muốn diều khiển được giá trị mức chỉnh xác và ôn dịnh cho các đổi tượng tham số hằng hay tham số biển thiên cá trong phòng thí nghiệm cũng,

như trong môi trường công nghiệp

Nội đụng luận văn gồm 4 chương:

Chương 1 : Tổng quan về điều khiển quá trình, thiết lập cải nhìn sơ lược về ban chất và mục đích của điều khiển quá trình cũng các chức năng và thành phần cơ bin của hệ thống điều khiển quả trình Với một số quả trình trong thực tế vả các khó khăn trong việc thiết kế các bộ điển khiến

2.2 Cac tiét bi trong Ban thi nghiém điều khiến quá trình 29

2.2.4 Valve xoay chiều ¬

CHƯƠNG 3: THIẾT KẼ BỘ ĐIÊU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH 50

3.1.1 Lldm trayén dat, ham trong luong, him qua d6 ccsesesseianienee SD 3.1.3.Xây dựng mô hình toán học của cáo khâu động, học oơ bản bằng thực nghiệm 52

3.3 Xây đựng mô bình toán học mô tả hệ thống - 66

3.3.3 Môi quan hệ giữa lưu lượng Ở và mức Ƒ„ - - 69

3.4, Thiét ké bé diéu khiến chơ đối tượng mức — lưu lượng,

3.4.5 Giới thiệu về module mam trong Step?

CHUƠNG

4.1 Lap trinkPLC -

4.1.1 Kỹ thuật lập trinh cầu trúe

4.12 Phan mém Simatic Step7

4.2.) Phan mém Simatic Wince Flexible

4.2.2 Thiết kể giao điện

DANH MUC CAC KY HIBU, TU VIRT TAT

PCS: Process control system,

DCS: Distributed control system

MIMO: Multiple inputs multiple output

FOPDT : First order plus dead time

PLC: Program logic controller

LIC: Level Indecator Conrol

LAH: Level Alarm Hight

LAL: Level Alarm Low

SP: Set Point

F, Flow

1IMI: Luman-machine interface

APT: Application Program Interface

PID: Proportional- Integal- Derivative Controller

Chương 2: Tính toán, thiết kế xây dựng bệ thông, tuêt kế một hệ thông điều khiển quá trình với đổi tượng bình múc, tính toán lựa chọn thiết bị và thiết kế phần cứng

cho hệ thống

Chương 3 ;Tuiiết kế bộ diều khiến cho quả trình nức nước và lưa lượng, uình bảy về mô hình toán học mô tả hệ thống bằng lý thuyết và thực nghiệm 'Thuật toán điều khiển PID và ghép tầng PID

Chương 4 : Diễu khiển và giảm sát hệ thông, lập trình PUC điều khiễn giảm sat

THMI, các kết quả đạt được, độ ốn định của mỏ hình

D8 hoàn thành luận văn nảy tôi đã nhận được sự hưởng dẫn tận tình trong suốt thời gian qua của TS Nguyễn Huy Phương Do khả năng cũng như oác nguồn tài liệu tham khảo còn hạn chế nên kết quả luận văn này vẫn còn nhiều thiêu sót Tỏi mong, nhận được nhiều ý kiến đóng góp hữu ích từ các thầy, cô củng các đẳng nghiệp để có

thể thấy rõ những điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng để tài đại đến kết quã hoàn thiện hơn

Hình 217 Panel mặt trong tủ điểu khiển

llình 2.18 Sơ đồ mạch cấp nguồn cho hệ thống nhe

Hinh 2.19 Mạch động lục của Valve, động cơ

Tình 2.20 Sơ 46 mach cap nguồn PI,C

Tình 3.23, Sơ đỗ mạch điều khiển tự động và bằng tay

Hinh 2.24 Sơ để mạch phép nối cảm biển

Tình 2 25 Sơ đỗ mạch đèn báo -

Hình 3.1 Đặc tính quá độ của khâu quản tinh bée nhất

THmh 3.32 Đặc tình quá độ cũa khâu tích p hân — quan tính bậc nhất

Hình 3.3 Đặc tính quá dộ của khâu tích phân- quán tính bậc n 1Hình 3.4 Đặc tình quả độ của khâu quản tỉnh bậc hai

Tình 3 5.a Đặc tính quả độ của khâu T.cad/ Lag

Hành 3.5.b Đặc tỉnh quá dộ của khâu Lead/ Lag,

Tinh 3.6 Dặc tính quá độ của khâu dao động bậc hai

Hình 3.7 Điền khiển đối tượng với bộ điển khiến PID,

Hình 3.8 a Đặc tình quá độ theo phương pháp Ziegler- Michols thử nhất

THình 3.8.b Dặc tính quá độ theo phương pháp Ziegler- Nichols thứ nhật

Tình 3.9 Sơ đồ khối của phương pháp,

1Hình 3.10.Đặc tỉnh quá độ theo phương pháp Chien- LIrones- Reswich

Hình 3.11: Điền khiển Cascade

Tình 3.12 Mô tình bình chứa Bị

Tình 3.13 Câu trúc điều khiển phản hỏi PTD kinh diễn

Tình 3.14 Ý nghĩa thiết bị và ký hiệu chức năng,

Tình 4.1 : Thực hiện lệnh gọi khối FC10

MỞ ĐÂU

Ngày nay hậu như trong ngành kinh tế kỹ thuật nào cũng đều đã áp dụng kỹ thuật

tr động hóa nhằm làm tăng sản lượng chất lượng sẵn phẩm với mục tiêu hướng tới việc

áp dụng kỹ thuật tự dộng hóa đã làm thay

đổi điện mạo nhiều ngảnh sản xuất dịch vụ Nhất là trong lĩnh vực sản xuất công, nang cao chất lượng đời sống con người Việc

nghiệp Ngày mày trên thế giới đã có không íL những nhà may không có con người, văn

phòng không có giấy, ma chỉ có mảy móc thông minh thiết bị thông mình v.v Nói như vậy để thấy rằng, tụ động hóa là một nhu cầu cao trong xã hội hiện đại Các hệ thông nảy nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao ning xuất lao động, giản chỉ phi sản xuất, giải phóng người lao động khỏi những vị trị lam việc độc hại v.v

Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo đối, giám sát các quy trình cảng

nghệ thông qua các ô của hệ thống đo lường kiểm tra Các hệ thông tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiến toàn bộ

quá trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chưng

Đổ phát triển sân xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quả trình công nghệ

hoặc ting ching công nghệ mới thì một hướng nghiên cửu không kém phân quan trọng là

nâng cao mức độ tự động hoả các quả trình công nghệ Điền khiến quá trình hiện nay đã

và đang phát triển một cách mạnh mẽ trong, các nhà máy công nghiệp như hóa chất, xi măng, luyện kim Tuy nhiên, việc nghiên cứu về điều khiển quả trình ở Việt Nam thì thử ô giai đoạn khối đầu

Với ý tưởng tạo ra một mỗ hỉnh thí nghiệm với nhiễu bài toán điều khiển quả

trình và điều khiến quả trình năng cao khảo nhau trên mô hỉnh thức tê để kiểm chúng lý

thuyết, để tài thực hiện mong, muốn diều khiển được giá trị mức chỉnh xác và ôn dịnh cho các đổi tượng tham số hằng hay tham số biển thiên cá trong phòng thí nghiệm cũng,

như trong môi trường công nghiệp

Nội đụng luận văn gồm 4 chương:

Chương 1 : Tổng quan về điều khiển quá trình, thiết lập cải nhìn sơ lược về ban chất và mục đích của điều khiển quá trình cũng các chức năng và thành phần cơ bin của hệ thống điều khiển quả trình Với một số quả trình trong thực tế vả các khó khăn trong việc thiết kế các bộ điển khiến

Hình 217 Panel mặt trong tủ điểu khiển

llình 2.18 Sơ đồ mạch cấp nguồn cho hệ thống nhe

Hinh 2.19 Mạch động lục của Valve, động cơ

Tình 2.20 Sơ 46 mach cap nguồn PI,C

Tình 3.23, Sơ đỗ mạch điều khiển tự động và bằng tay

Hinh 2.24 Sơ để mạch phép nối cảm biển

Tình 2 25 Sơ đỗ mạch đèn báo -

Hình 3.1 Đặc tính quá độ của khâu quản tinh bée nhất

THmh 3.32 Đặc tình quá độ cũa khâu tích p hân — quan tính bậc nhất

Hình 3.3 Đặc tính quá dộ của khâu tích phân- quán tính bậc n 1Hình 3.4 Đặc tình quả độ của khâu quản tỉnh bậc hai

Tình 3 5.a Đặc tính quả độ của khâu T.cad/ Lag

Hành 3.5.b Đặc tỉnh quá dộ của khâu Lead/ Lag,

Tinh 3.6 Dặc tính quá độ của khâu dao động bậc hai

Hình 3.7 Điền khiển đối tượng với bộ điển khiến PID,

Hình 3.8 a Đặc tình quá độ theo phương pháp Ziegler- Michols thử nhất

THình 3.8.b Dặc tính quá độ theo phương pháp Ziegler- Nichols thứ nhật

Tình 3.9 Sơ đồ khối của phương pháp,

1Hình 3.10.Đặc tỉnh quá độ theo phương pháp Chien- LIrones- Reswich

Hình 3.11: Điền khiển Cascade

Tình 3.12 Mô tình bình chứa Bị

Tình 3.13 Câu trúc điều khiển phản hỏi PTD kinh diễn

Tình 3.14 Ý nghĩa thiết bị và ký hiệu chức năng,

Tình 4.1 : Thực hiện lệnh gọi khối FC10

2.2 Cac tiét bi trong Ban thi nghiém điều khiến quá trình 29

2.2.4 Valve xoay chiều ¬

CHƯƠNG 3: THIẾT KẼ BỘ ĐIÊU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH 50

3.1.1 Lldm trayén dat, ham trong luong, him qua d6 ccsesesseianienee SD 3.1.3.Xây dựng mô hình toán học của cáo khâu động, học oơ bản bằng thực nghiệm 52

3.3 Xây đựng mô bình toán học mô tả hệ thống - 66

3.3.3 Môi quan hệ giữa lưu lượng Ở và mức Ƒ„ - - 69

3.4, Thiét ké bé diéu khiến chơ đối tượng mức — lưu lượng,

3.4.5 Giới thiệu về module mam trong Step?

CHUƠNG

Hình 217 Panel mặt trong tủ điểu khiển

llình 2.18 Sơ đồ mạch cấp nguồn cho hệ thống nhe

Hinh 2.19 Mạch động lục của Valve, động cơ

Tình 2.20 Sơ 46 mach cap nguồn PI,C

Tình 3.23, Sơ đỗ mạch điều khiển tự động và bằng tay

Hinh 2.24 Sơ để mạch phép nối cảm biển

Tình 2 25 Sơ đỗ mạch đèn báo -

Hình 3.1 Đặc tính quá độ của khâu quản tinh bée nhất

THmh 3.32 Đặc tình quá độ cũa khâu tích p hân — quan tính bậc nhất

Hình 3.3 Đặc tính quá dộ của khâu tích phân- quán tính bậc n 1Hình 3.4 Đặc tình quả độ của khâu quản tỉnh bậc hai

Tình 3 5.a Đặc tính quả độ của khâu T.cad/ Lag

Hành 3.5.b Đặc tỉnh quá dộ của khâu Lead/ Lag,

Tinh 3.6 Dặc tính quá độ của khâu dao động bậc hai

Hình 3.7 Điền khiển đối tượng với bộ điển khiến PID,

Hình 3.8 a Đặc tình quá độ theo phương pháp Ziegler- Michols thử nhất

THình 3.8.b Dặc tính quá độ theo phương pháp Ziegler- Nichols thứ nhật

Tình 3.9 Sơ đồ khối của phương pháp,

1Hình 3.10.Đặc tỉnh quá độ theo phương pháp Chien- LIrones- Reswich

Hình 3.11: Điền khiển Cascade

Tình 3.12 Mô tình bình chứa Bị

Tình 3.13 Câu trúc điều khiển phản hỏi PTD kinh diễn

Tình 3.14 Ý nghĩa thiết bị và ký hiệu chức năng,

Tình 4.1 : Thực hiện lệnh gọi khối FC10

2.2 Cac tiét bi trong Ban thi nghiém điều khiến quá trình 29

2.2.4 Valve xoay chiều ¬

CHƯƠNG 3: THIẾT KẼ BỘ ĐIÊU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH 50

3.1.1 Lldm trayén dat, ham trong luong, him qua d6 ccsesesseianienee SD 3.1.3.Xây dựng mô hình toán học của cáo khâu động, học oơ bản bằng thực nghiệm 52

3.3 Xây đựng mô bình toán học mô tả hệ thống - 66

3.3.3 Môi quan hệ giữa lưu lượng Ở và mức Ƒ„ - - 69

3.4, Thiét ké bé diéu khiến chơ đối tượng mức — lưu lượng,

3.4.5 Giới thiệu về module mam trong Step?

CHUƠNG

Chương 2: Tính toán, thiết kế xây dựng bệ thông, tuêt kế một hệ thông điều khiển quá trình với đổi tượng bình múc, tính toán lựa chọn thiết bị và thiết kế phần cứng

cho hệ thống

Chương 3 ;Tuiiết kế bộ diều khiến cho quả trình nức nước và lưa lượng, uình bảy về mô hình toán học mô tả hệ thống bằng lý thuyết và thực nghiệm 'Thuật toán điều khiển PID và ghép tầng PID

Chương 4 : Diễu khiển và giảm sát hệ thông, lập trình PUC điều khiễn giảm sat

THMI, các kết quả đạt được, độ ốn định của mỏ hình

D8 hoàn thành luận văn nảy tôi đã nhận được sự hưởng dẫn tận tình trong suốt thời gian qua của TS Nguyễn Huy Phương Do khả năng cũng như oác nguồn tài liệu tham khảo còn hạn chế nên kết quả luận văn này vẫn còn nhiều thiêu sót Tỏi mong, nhận được nhiều ý kiến đóng góp hữu ích từ các thầy, cô củng các đẳng nghiệp để có

thể thấy rõ những điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng để tài đại đến kết quã hoàn thiện hơn

DANH MUC CAC KY HIBU, TU VIRT TAT

PCS: Process control system,

DCS: Distributed control system

MIMO: Multiple inputs multiple output

FOPDT : First order plus dead time

PLC: Program logic controller

LIC: Level Indecator Conrol

LAH: Level Alarm Hight

LAL: Level Alarm Low

SP: Set Point

F, Flow

1IMI: Luman-machine interface

APT: Application Program Interface

PID: Proportional- Integal- Derivative Controller

DANH MUC CAC KY HIBU, TU VIRT TAT

PCS: Process control system,

DCS: Distributed control system

MIMO: Multiple inputs multiple output

FOPDT : First order plus dead time

PLC: Program logic controller

LIC: Level Indecator Conrol

LAH: Level Alarm Hight

LAL: Level Alarm Low

SP: Set Point

F, Flow

1IMI: Luman-machine interface

APT: Application Program Interface

PID: Proportional- Integal- Derivative Controller

DANH MUC CAC HINH VE, BO THI Tình 1.1 Hệ thống điểu khiển quá trình

Hình 1.2 Quá trình vả các loại biến quá trình

Tình 1.3 Đình chữa chad long và các biến quả trình

Tình 1.4 Các thành phan cơ bản oda hé théng diéu khién qua trinh

Linh 1.5 Các thành phần cơ bản trong hệ thống diéu khién nhiét 46

Binh 1.6 Hệ thống bổn chưng cất

Hình 1.7 Thiết bị khuấy trộn liền tục ccccccccecceccrevrrrrrrrerrree

Tinh 1.8 Quá trình vận chuyên bằng băng tải

Hình 1.9: Bài toán điều chỉnh (a) và bài toán bám (b)

Hình 1.10, Mạch vóng điều khiến phán hổi đơn giản

Tinh 1.11 Van kết nổi trực tiếp với bộ điện khiến

Tình 1 12 So để lò hơi BZ2K-220-100-1 0C

1Hình 1.13 Sơ đỗ điều khiển mức nước bao hơi

THình 1.14 Sơ đỗ tháp trưng hiyện với cấu trúc điều khiến mức

Tình 1.15 Sơ đồ hệ thông điều khiến mức cho các bễ, két chứa

Hình 2.1 Sơ dễ mô tả các thiết bị của bản thị nghiệm

Hinh 2.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiến của bản thi nghiêm điểu khiến mức

1Hình 2.7 Dặc tính của Valwe tỉ lệ oto rennin

Tình 2 8 Valvp điện xoay chiếu

Hình 2.9 Bow xoay chiều

Tình 2.10, Cảm biến áp suất PSA-01 SE HH HH HH HH ngưưec

Tình 2.12 Cấu Iạo của cảm biển do lưu lượng

Hình 2.13 CPU 3L4C -2DE

Tinh 2.14 Khai báo phần cúng của CPU

Hình 2.15 Panel mặt trong cánh tâ

DANH MUC CAC KY HIBU, TU VIRT TAT

PCS: Process control system,

DCS: Distributed control system

MIMO: Multiple inputs multiple output

FOPDT : First order plus dead time

PLC: Program logic controller

LIC: Level Indecator Conrol

LAH: Level Alarm Hight

LAL: Level Alarm Low

SP: Set Point

F, Flow

1IMI: Luman-machine interface

APT: Application Program Interface

PID: Proportional- Integal- Derivative Controller