báo cáo thực hành vật lí đại cương

Bài 1: ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT 1.1.Mục đích thí nghiệm - Khảo sát mối quan hệ giữa áp suất và độ mở van (OP%) - khảo sát mối quan hệ giữa Gs và độ mở van(OP%) - Xác định các thông số điều khiển(PID) - Khảo sát và đánh giá các thông số điều khiển ở những giá trị áp suất khác nhau - Khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số đến đáp ứng của hệ thống. 1.2.Kết quả tính toán thí nghiệm 1.2.1.Thí nghiệm 1: xác định độ gia tăng ổn định ở các chế độ khác nhau. 1.2.2.1.trường hợp van v2 mở 2 vòng OP P OP p Gs 0 0.02 10 0.02 10.00 0.00 0.00 20 0.02 10.00 0.00 0.00 30 0.03 10.00 0.59 0.06 40 0.03 10.00 0.00 0.00 50 0.04 10.00 0.59 0.06 60 0.07 10.00 1.76 0.18 70 0.13 10.00 3.53 0.35 80 0.34 10.00 12.35 1.24 90 1.33 10.00 58.24 5.82 100 1.70 10.00 21.76 2.18 Trường hợp van v2 mở 4 vòng OP P OP P Gs 0 0.04 10 0.05 10 0.05 0.5 10 0.05 20 0.06 0.5 10 0.15 30 0.09 1.5 10 0.15 40 0.12 1.5 10 0.6 50 0.24 6 10 0.6 60 0.36 6 10 0.9 70 0.54 27 10 3.35 80 1.21 60.5 10 0.8 90 1.37 68.5 10 1.55 100 1.68 84 10 Trường hợp van v2 mở 6 vòng 0 0.06 0 0.05 10 0.07 0.05 10 0.15 20 0.1 1.5 10 0.25 30 0.15 2.5 10 0.65 40 0.28 6.5 10 1.9 50 0.66 19 10 0.6 60 0.78 6 10 0.65 70 0.91 6.5 10 2.1 80 1.33 21 10 1.15 90 1.56 11.5 10 0.65 100 1.69 6.5 10 Thí nghiệm 2. Xác định các thông số điều khiển (PID) STT 1 2 OP% 50 60 P,Bar 0.09 0.13 Bar Gs T(s) Td Gc BP% BP(Bar) Ti 0.2 1.07 1 4.28 11.68 0.234 1.47 Thí nghiệm 3 1.3.3.Dựa vào đồ thị hãy xác định độ vọt lố,thời gian xác lập và sai số xác lập tương ứng với từng trường hợp. Sp = 0.6 Bar 0.7 0.8 0.9 1 0.75 0.55 0.79 0.82 2 0.74 0.57 0.77 0.73 3 0.50 0.66 0.75 0.98 4 0.59 0.77 0.74 0.97 5 0.68 0.78 0.80 0.90 6 0.52 0.70 0.85 0.81 7 0.53 0.61 0.84 0.80 8 0.69 0.62 0.81 0.82 9 0.61 0.72 0.82 0.99 10 0.53 0.79 0.71 0.94 11 0.68 0.78 0.72 0.85 12 0.66 0.61 0.85 0.80 13 0.61 0.62 0.88 0.99 14 0.53 0.69 0.71 0.82 15 0.86 0.79 0.72 0.84 16 0.61 0.78 0.73 0.89 17 0.55 0.62 0.79 0.90 18 0.54 0.61 0.87 0.91 19 0.53 0.63 0.89 0.99 20 0.60 0.68 0.71 0.90 21 0.62 0.75 0.72 0.82 22 0.56 0.72 0.76 0.81 23 0.67 0.62 0.89 0.86 24 0.56 0.61 0.82 0.87 25 0.54 0.68 0.71 0.82

Trang 1

Bài 1: ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT

1.1.Mục đích thí nghiệm

- Khảo sát mối quan hệ giữa áp suất và độ mở van (OP%)

- khảo sát mối quan hệ giữa Gs và độ mở van(OP%)

- Xác định các thông số điều khiển(PID)

- Khảo sát và đánh giá các thông số điều khiển ở những giá trị áp suất khác nhau

- Khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số đến đáp ứng của hệ thống.

1.2.Kết quả tính toán thí nghiệm

1.2.1.Thí nghiệm 1: xác định độ gia tăng ổn định ở các chế độ khác nhau.

Trang 7

Thời gian xác lập

Sai số xác lập

Trang 8

Trường hợp van 2 mở 4 vòng

Trường hợp van 2 mở 6 vòng

Trang 9

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ

Trang 10

Thí ngiệm 3.

Trang 12

Thí nghiệm 4.

Trang 13

Nhận xét:

Nhìn chung các trường hợp ban đầu áp suất có dao động nhưng trở về sau áp suất luông ổn định.

Trang 14

BÀI 2 ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của một chu trình điều khiển của các bộphận thiết bị công nghiệp

 Giới thiệu cho sinh viên biết về bộ điều khiển kỹ thuật số PID

 Giúp sinh viên biết về các loại điều khiển khác nhau

 Giúp sinh viên biết sử dụng phần mềm để giám sát quá trình hoạtđộng

2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN

2.1 K t qu thí nghi m khi cài đ t Q = 1000 lít/gi ết quả thí nghiệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ ả thí nghiệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ ệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ ặt Q = 1000 lít/giờ ờng hợp van v2 mở 4 vòng

(lít/giờ)

PV(lít/giờ)

Chênh lệch(lít/giờ) OP (%)

Trang 15

OP (%)

2.2 Kết quả thí nghiệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ t qu thí nghi m khi cài đ t Q = 1100 lít/gi ả thí nghiệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ ệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ ặt Q = 1000 lít/giờ ờng hợp van v2 mở 4 vòng

STT SP (lít/giờ) PV (lít/giờ) Chênh lệch

Trang 16

OP (%)

Trang 17

Trang 18

OP (%)

Trang 19

OP (%)

Trang 20

OP (%)

Trang 21

Trang 22

OP (%)

Trang 23

OP (%)

Trang 25

Trang 26

OP (%)

Trang 27

Trang 29

OP (%)

3 NHẬN XÉT VÀ BÀN LUẬN

 Mức độ chênh lệch giữa giá trị thực và giá trị cài đặt càng tăng dầnkhi giá trị lưu lượng cài đặt càng gần về hai đầu mút (tức là các giá trị tớihạn)

 Tỉ lệ khí nén càng giảm khi giá trị lưu lượng cài đặt càng lớn Nguyênnhân có thể là do van tự động lúc này gần như đã mở hoàn toàn và giá trị trởlực qua van là thấp nhất

 Nguyên nhân dẫn đến sai số trong quá trình tiến hành thí nghiệm:

 Nguồn nước chứa nhiều chất bẩn

 Van tay trên đường ống không đảm bảo các vấn đề kỹ thuật(như là độ kín, độ đóng mở….)

 Nguồn khí nén cung cấp cho van tự động không đảm bảo (như

là không đủ áp suất, không ổn định…)

 Các sensor, dây dẫn… cần phải trong tình trạng hoạt động tốt

 Bơm hoạt động không tốt cũng là nguyên nhân dẫn đến sai số…

Trang 30

Bài số 3: ĐIỀU KHIỂN MỨC CHẤT LỎNG

-Giúp sinh viên nắm bắt được các loại điều khiển khác nhau

-Làm quen với phần mềm điều khiển, theo dõi

2.Các bước tiến hành thí nghiệm

2.1 Xác định chiều cao mực chất lỏng ở điều kiện cân bằng:

-Chỉnh hệ thống điều khiển ở chế độ manual

-Chỉnh van điều khiển ở độ mở lần lượt 20 %, 40%, 60%, 80%, 100%.-Van V5 mở tối đa, van V4 đóng hoàn toàn

-Bật bơm

-Đo chiều cao mực chất lỏng trong cột ở điều kiện cân bằng

-Ghi nhận các giá trị đo vào bảng

2.2 Đánh giá chất lượng quá trình điều khiển

-Chỉnh hiệu thống điều khiển ở chế độ auto

-Van V5 mở tối đa, van V4 đóng hoàn toàn

-Chỉnh các thông số của hệ thống điều khiển như trong bảng

-Bật bơm

Trang 31

-Đo chiều cao mực chất lỏng trong cột rồi ghi lại giá trị như trong bảng -Kết thúc quá trình, tắt hệ thống, vệ sinh

3 Cơ sở lý thuyết:

3.1.Cấu trúc cơ bản của bộ điều khiển:

Một hệ thống điều khiển được xây dựng từ 3 bộ phận chủ yếu gồm: đối tượng điều khiển; bộ điều khiển, hiệu chỉnh; cơ cấu đo lường

Các hệ thống tín hiệu có trong hệ thống gồm có: tín hiệu chủ đạo, tín hiệu ra,các tác động từ bên ngoài, tín hiệu phản hồi, sai lệch điều khiển

3.2 Các nguyên tắc điều khiển tự động:

3.2.1 Nguyên tắc giữ ổn định:

Nguyên tắc này giữ tín hiệu ra bằng một hằng số trong suốt quá trình điều khiển, y=const Có 3 phương pháp để thực hiện nguyên tắc giữ ổn định gồm: phương pháp bù tác đông bên ngoài, phương pháp điều khiển theo sai lệch, phương pháp hỗn hợp

3.2.2 Nguyên tắc điều khiển theo chương trình:

Nguyên tắc này giữ tín hiệu ra y=y(t) theo một chương trình đã được định sẵn để một tín hiệu ra nào đó thực hiệu theo chương trình, cần phải sử dụng máy tính hay các thiết bị có lưu trữ chương trình Hai thiết bị thông dụng chứa chương trình điều khiển là: PLC,CNC

3.3 Chất lượng của quá trình điều khiển:

3.3.1 Khái niệm chung:

Chất lượng của một hệ thống điều khiển tự động được đánh giá qua 2 chế độ: chế độ xác lập và quá trình quá độ

3.3.2 Chế độ xác lập:

Chất lượng điều khiển được đánh giá qua sai lệch tĩnh (hay còn gọi là sai số xác lập)

Trang 32

Sai số tĩnh (St) là sai lệch không đổi sau khi quá trình quá độ kết thúc.3.3.3 Quá trình quá độ:

Chất lượng của hệ thống được đánh giá qua 2 chỉ tiêu chính

-Độ quá điều chỉnh lớn nhất

- Thời gian quá độ lớn nhất

3.4 Các bộ điều khiển – Hiệu chỉnh hệ thống:

3.4.1 Bộ điều khiển ON/OFF:

Đầu ra của bộ điều khiển này chỉ có 2 trạng thái (lớn nhất và nhỏ nhất), phụ thuộc vào giá trị đầu vào:

Đầu ra của bộ điều khiển chuyển sang ON nếu giá trị đầu vào nhỏ hơngiá trị đặt

Đầu ra của bộ điều khiển chuyển sang OFF nếu giá trị đầu ra cao hơn giá trị đặt

Giá trị nhỏ nhất của đầu ra thường là “0”(OFF)

Chú ý rằng, khi giá trị đầu vào phải vượt qua giá trị đặt thì trạng thái của đầu ra bắt đầu thay đổi biên độ dao động và chu kỳ của chúng phụ thuộc chính yếu vào thời gian đáp ứng của quá trình và đặc điểm của nó

Thông thường, bộ phận điều khiển ở đầu ra của bộ điều khiển là một contact hoặc van động cơ Nếu độ nhạy của bộ điều khiển càng quan trọng thì phản ứng ở đầu ra càng mạnh và càng nguy hiểm đối với contact hay van

Bộ điều khiển ON-OFF dùng cho các quá trình có quán tính lớn đối với nhiều máy móc, có thể điều chỉnh được độ trễ Nó biểu diễn là % của tỷ

lệ lớn nhất

3.4.2 Bộ điều khiển tỷ lệ P:

Bộ điều khiển tỷ lệ là bộ điều khiển đơn giản nhất và thông dụng nhất.Đầu ra của bộ điều khiển là tỷ lệ số học đối với độ chênh lệch giữa giátrị đo được và giá trị đặt

Trang 33

Trong bộ điều khiển, chúng ta biểu diễn độ chêng lệch bởi dải tác động tỷ lệ

BP(%) = 1/Kp

Càng tăng dải tác đông tỷ lệ thì càng tăng độ dốc tính hiệu ra

Vì vậy, có thể điều chỉnh dải tác động tỷ lệ để đạt được điều khiển bềnvững trong các điều kiện khác nhau của quá trình

Nếu giảm dải tác động tỷ lệ xuống “0”, chúng ta nhận được bộ điều khiển ON/OFF

Kp: hệ số khuếch đại của bộ điều khiển

E: độ chênh lệch giữa giá trị đo được và giá trị đặt (%) Hệ số khuếchđại càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ

Trong đa số các trường hợp, hệ số khuếch đại càng lớn thì độ vọt lố càng cao, hệ thống càng kém ổn định

3.4.3 Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân PI:

Điều khiển PI làm tăng bậc vi sai của hệ thống, tuy nhiên cũng làm cho hệ thống có độ vọt lố, thời gian quá độ tăng lên

Thời gian tích phân càng nhỏ thì độ vọt lố càng tăng

3.4.4 Bộ điều khiển tỷ lệ đạo hàm PD:

Trang 34

Điều khiển PD làm nhanh đáp ứng của hệ thống, tuy nhiên cũng làm cho hệ thống nhạy với nhiễu tần số cao.

Thời gian vi phân càng lớn thì đáp ứng càng nhanh

3.4.5 Bộ điều khiển tỷ lệ, vi phân, tích phân PID:

Bộ điều khiển PID làm nhanh đáp ứng của hệ thống và tăng bậc vi sai của hệ thống

3.5 Đặc điểm của các bộ điều khiển:

Bộ điều khiển ON/OFF: đơn giản, rẻ tiền

Bộ điều khiển P: đơn giản, ổn định khi nó được điều chỉnh đúng đắn,

dễ dàng điều chỉnh, độ lệch tĩnh luôn tồn tại đến ổn định

Bộ điều khiển PI: không có độ lệch tĩnh, đáp ứng nhiều động lực của vòng điều khiển

Bộ điều khiển PD: ôn định, ít độ lệch tĩnh hơn so với điều khiển tỷ lệ đơn thuần khi chúng ta sử dụng một dải tác động tỷ lệ hẹp, giảm chiều cao của đỉnh nhiệt độ ban đầu ( do sự quá tải), giảm chu kì dao động

Bộ điều khiển PID: đắt tiền hơn, phức tạp hơn, đáp ứng nhanh vòng điều khiển, không có độ lêch tĩnh, khó điều chỉnh đúng đắn, điều chỉnh tốt nhất nếu điều chỉnh đúng đắn

4 Đồ thị biểu diễn chiều cao mức chất lỏng theo thời gian đối với các bộ điều khiển:

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

Trang 35

4.1.Bộ điều khiển ON-OFF:

BỘ ĐIỀU KHIỂN ON - OFF

STT Kp (%) Ti

(s)

Td(s)

t(s)

CHIỀU CAO MỨC CHẤT

LỎNG (cm)GIÁ TRỊ ĐẶT

(SET POINT) GIÁ TRỊ ĐO

Trang 37

STT Ti (s) Td (s) t (s)

CHIỀU CAO MỨC CHẤT LỎNG (cm)

GIÁ TRỊ ĐOGIÁ

TRỊĐẶT(SETPOINT)

Trang 38

Đồ thị biểu diễn chiều cao mức chất lỏng Bộ điều khiển tỉ tệ P

3.3 Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân PI:

(%) Td (s) t (s)

CHIỀU CAO MỨC CHẤT LỎNG (cm)GIÁ

TRỊĐẶT(SETPOINT)

GIÁ TRỊ

Ti=5 Ti=10 Ti=20 Ti=40

Trang 40

27 130 50.4 49.9 49.91 50.64

Trang 41

Đồ thị biểu diễn chiều cao mức chất lỏng Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân PI

4.4 Bộ điều khiển tỉ lệ vi phân PD:

(%) Ti (s) t (s)

CHIỀU CAO MỨC CHẤT LỎNG (cm)GIÁ TRỊ

ĐẶT(SETPOINT)

Trang 43

Đồ thị biểu diễn chiều cao mức chất lỏng Bộ điều khiển tỉ lệ vi phân PD

4.5 B đi u khi n t l vi tích phân PID: ều khiển (PID) ển (PID) ỉ lệ vi tích phân PID: ệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ

STT Kp (%) Ti (s) Td (s) t (s)

CHIỀU CAO MỨC CHẤT

LỎNG (cm)GIÁ TRỊ

ĐẶT(SETPOINT)

GIÁ TRỊĐO

Trang 45

Đồ thị biểu diễn chiều cao mức chất lỏng

Trang 46

BÀI 4 : ĐIỀU KHIỂN VAN

1 Mục đích thí nghiệm:

- Trắc định hệ số hiệu chỉnh lưu lượng của van

- Khảo sát ảnh hưởng của kích thước van đến lưu lượng dòng chảy

- Khảo sát các đặc trưng của van khi độ chênh lệch áp không đổi và biếnđổi

Trang 47

Với Kv là hằng số đặc trưng của van, nó tương ứng với lưu lượng dòngchảy thu được khi độ chênh lệch áp suất là 1bar và van mở hoàn toàn, nóphụ thuộc vào kích thước van.

2.2 Sự phụ thuộc của lưu lượng vào độ mở van

Tốc độ dòng chảy lớn nhất khi van mở hoàn toàn và nhỏ nhất khi vanđóng hoàn toàn Giữa hai độ mở này tốc độ dòng chảy có thể thay đổi theohướng khác nhau Sự biến đổi này tùy thuộc vào hình dạng của lỗ mở giữatốc độ nhỏ nhất và lớn nhất

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ dòng chảy là: đặc điểm, bản chất của van,được định nghĩa dưới điều kiện kiểm tra cụ thể khi xác định Kv, ∆P là hằngsố

Tốc độ dòng chảy sẽ tăng tuyến tính tương ứng với độ mở van

2.3 Độ mở van

Hiện tượng xâm thực là sự biến đổi một phần của chất lỏng thành hơixảy ra khi có sự tăng tốc nhanh của dòng lưu chất chảy qua mặt tiếp xúc vàvòng đệm của van Hiện tượng này gồm có sự biến mất của bọt khí tại cửa racủa van, là nguyên nhân gây ra sự va đập thủy lực Va đập thủy lực lànguyên nhân chính gây sự ăn mòn khi độ chênh lệch áp suất trong van lớn.Hiện tượng xâm thực không những chỉ ăn mòn mà còn gây ra sự rung động

và tiếng ồn Nó không phát hiện được và thường thấy ở bơm, xuất hiệnthường xuyên trong các van tự động, đưa ra độ chênh lệch áp suất đáng kể,luôn xảy ra ở những van có hệ số lưu lượng cao như van cửa hoặc van bướm

có giá trị Kv lớn hơn van cửa gập có cùng đường kính

Trang 48

Hệ số lưu lượng tới hạn C f: Hệ số lưu lượng tới hạn là trị số ở dướiđiều kiện áp suất mà van sẽ phải chịu hiện tượng xâm thực.

∆Pc độ chênh lệch áp suất tới hạn (ở điều kiện xâm thực xảy ra)

P1: Áp suất đầu vào cửa van của chất lỏng (bar)

Pv: Áp suất hơi chất lỏng ở nhiệt độ dòng chất lỏng vào (bar)

Phòng tránh hiện tượng xâm thực

Dựa vào quan hệ: P c C f2P1 P v thì độ chênh lệch áp suất trong vanphải dưới ∆Pc bằng cách:

 Tăng áp suất đầu vào P1

 Van cần lắp đặt ở vị trí thấp trên hệ thống để tăng giá trị tới hạn của

áp suất thủy tĩnh

3 Báo cáo thí nghiệm

3.1 Xác định hệ số lưu lượng của van

Thí nghiệm 1: Chế độ không có bộ định vị

Công thức tính toán

Đối với chất lỏng:

P Q

K v



 

Kv: Hệ số lưu lượng của van (m3/h)

Q: Lưu lương lưu chất chảy qua van (m3/h)

∆P: Độ chênh lệch áp suất qua van (bar)

Trang 49

ρ: Khối lượng riêng của nước chảy qua van (kg/dm3)

hệ số lưu lượng của van cũng tăng, giá trị Kv tiến dần tới một giá trị nào đó,

ít biến thiên hơn so với ban đầu

Thí nghiệm 2: Ch đ có b đ nh v ết quả thí nghiệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ ịnh các thông số điều khiển (PID) ịnh các thông số điều khiển (PID)

Q

ΔP(bar)P(bar) 0.06 0.09 0.13 0.19 0.28 0.37 0.50 0.65

Kv 0.082 0.133 0.166 0.184 0.189 0.197 0.198 0.1985

Trang 50

Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu ta thấy hệ số lưu lượng Kv tăng dần khi lưulượng Q và áp suất ΔP(bar)P tăng, nhưng sự tăng này không đáng kể.

Kv ở chế độ làm việc có bộ định vị có giá trị lớn hơn.Ở chế độ không có

bộ định vị, ta chỉ có thể điều chỉnh lưu lượng đến mức 160 (lít/giờ), sau đókhông thể điều khiển tiếp tục tăng lưu lượng Nhưng với chế độ làm việc có

bộ định vị, có thể điều khiển đến mức 160 (lít/giờ) Ta nhận thấy chế độ làmviệc có bộ định vị dễ kiểm soát, điều khiển và ổn định hơn

3.2 Xác định các đặc trưng của van khi có độ chênh lệch áp suất qua van không đổi

Thí nghiệm 3: Ch đ không có b đ nh v ết quả thí nghiệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ ịnh các thông số điều khiển (PID) ịnh các thông số điều khiển (PID)

Trang 51

Đồ thị: lưu lượng qua van có sự thay đổi nhưng không nhiều và tuyến tínhvới nhau

Thí nghiệm 4: Ch đ có b đ nh v ết quả thí nghiệm khi cài đặt Q = 1000 lít/giờ ịnh các thông số điều khiển (PID) ịnh các thông số điều khiển (PID)

Trang 52

Qua đồ thị ta thấy khi bắt đầu mở van lưu lượng tăng dần và đến khi van

mở hoàn toàn lưu lượng không thể xác định được nữa khi bắt đầu đóng vanlưu lượng ban đầu cũng không thể xác định được cho đến khi lưu lượng trở

về mức bình thường và giảm dần

Nhận xét: Qua 2 đồ thị ta thấy độ mở của van hay kích thước van ảnh

hưởng đến lưu lượng dòng chảy Khi độ mở van tăng lưu lượng dòng chảycũng tăng Nguyên nhân là do khi độ mở van tăng cũng chính là đã tăng -tốc độ dòng chảy , nên theo công thức Qv =  f , lưu lượng cũng tăng

Vì vậy để lưu lượng dòng chảy lớn ta phải tăng độ mở của van

Nhận xét: Qua 2 đồ thị ta thấy độ mở của van ảnh hưởng đến lưu

lượng dòng chảy Khi độ mở van tăng lưu lượng dòng chảy cũng tăng.Nguyên nhân là do khi độ mở van tăng cũng chính là tăng f tiết diện, theocông thức Qv = .f lưu lượng cũng tăng Vì vậy để lưu lượng dòng chảy lớn

ta phải tăng độ mở của van

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	1,5 MB

báo cáo thực hành vật lí đại cương

Cơ sở lý thuyết 1 Hệ số lưu lượng