Báo cáo kĩ thuật phản ứng

- Xác định các thông số điều khiển trong các chế độ khác nhau.. Xác định các thông số đặt trưng của hệ thống Bảng 1.1: Giá trị nhiệt độ đo được ứng ở chế độ Manual tương ứng với sự thay

MỤC LỤC.

Trang

Bài 1: Điều khiển nhiệt độ 2

Bài 2: Điều khiển áp suất Pignat 11

Bài 3: Điều khiển áp suất 15

Bài 4: Điều khiển lưu lượng 18

Bài 1: ĐIẾU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

I Mục đích thí nghiệm

- Vận dụng các bộ điều khiển ( ON/OFF,P, PI, PID) để điều khiển nhiệt độ

- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh đến kết quả đọc

- Xác định các thông số điều khiển trong các chế độ khác nhau

- Vận dụng các thông số tìm được để:

+ 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

II Báo cáo thí nghiệm.

2.1 Xác định các thông số đặt trưng của hệ thống

Bảng 1.1: Giá trị nhiệt độ đo được ứng ở chế độ Manual tương ứng với sự thay đổi OP

(%)

PV

10

Trong đó :OP:cho phép chuyển đổi đầu ra ,đầu vào

PV:

∆PV= 1

ax

.100%

m

PV

+ −

(PVmax : 400 oC là giá trị lớn nhất của PV ứng với từng OP)

Gs= PV

OP

∆

∆

- Đồ thị 1.1: biểu thị độ khuếch đại tĩnh theo OP

- Nhận xét: OP và Gs biến thiên tỉ lệ nghịch với nhau, khi OP tăng thì Gs giảm và ngược lại.

2 Xác định các thông số điều khiển theo phương pháp Broida

2.1 Các bước tiến hành:

- Đặt OP =40% đến khi ổn định đo PV

- Đặt OP =50% sao cho ổn định đo PV sau mỗi 15s.

- Chỉnh bộ điều khiển ở chế độ Auto.

- Đặt giá trị Set point bằng 100 oC,90 oC,80 oC ,BP, τi , τdtương ứng BP= 1

p

K

Bàng 1.2: kết quả thí nghiệm OP = 50 %

STT

Thời gian (s)

7 90 105.3 0.3 0.075 0.0075

39 570 116.1 0.3 0.075 0.0075

71 1050 120.1 0.1 0.025 0.0025

- Đồ thị 1.2: giữa giá trị nhiệt độ đo được theo các khoảng thời gian.

- Nhận xét: Giá trị PV tăng theo thời gian và khi tới một điều kiện xác định PV sẽ ổn định.

 Xác định hằng số thời gian (τ ) và thời gian trễ (τm).

Xác định bộ điều khiển

m

τ

τ : 20< m

τ

τ ( On/Off),10< m

τ

τ <20 (P),5< m

τ

τ <10 (PI) ,2< m

τ

τ <5 (PID).

Ta có ∆T = 120.9 – 104 = 16.9 oC

T1 (28%) = 0.28 x ∆T = 4.732 oC

T2 (40%) = 0.4 x ∆T = 3.76 oC

T (63%) = 0.63 x ∆T = 10.647 oC

Dựa vào đồ thị ta có thời gian tương ứng:

τ1= 210 (s)

τ2 = 287 (s)

τ(63%) = 480 (s)

• Hằng số thời gian τ =5.5 x (t2 - t1) = 423.5 (s)

• Thời gian trễn τm = 480 – 423.5 = 56.5 (s)

 τ / τm = 7.496 Nên ta có bộ điều khiển PI

Với OPmax = 100%

• ∆PV(%) =

• Độ khuếch đại tĩnh:

• Độ khuếch đại:



Do đó PB cài đặt trong máy là: PB = 0.0.675 * 400 = 43.6 o C

Bảng 1.3: kết quả xử lý:

Ta có bộ điều khiển PI ( 5 < τ/τm < 10) ứng với các giá trị ở

Bảng 1.4: Các thông số thực nghiệm của bộ điều khiển PI

II.2 Kiểm chứng các thông số dưới tác động của nhiễu.

II.2.1 Cách thực hiện.

- Thiết lập các thông số PB, Ti, Td đã tìm được ở trên.

- Chỉnh bộ điều khiển ở chế độ Auto

- Đặt giá trị setpoint là 90

- Ghi nhận lại giá trị nhiệt độ cứ mỗi 15s cho đến khi đạt ổn định

II.2.2 Xử lý số liệu.

Bảng1.5 : Kết quả khảo sát nhiệt độ dưới tác động của nhiễu ứng với Setpoint là 90 0 C

STT

Thời

gian

(s)

PV( 0 C) STT

Thời gian (s)

PV( 0 C) STT

Thời gian (s)

PV( 0 C)

- Đồ thị:

Đồ thị 1.3: biểu diễn sự đáp ứng của hệ thống ở chế độ điều khiển tự động dưới tác

động của nhiễu ứng với Setpoint _SP là 90 0 C.

- Nhận xét: Dưới sự tác động của nhiễu giá trị nhiệt độ PV biến đổi liên tục và tiến gần tới

giá trị SP cài đặt và ổn định Thời gian để hệ đạt đến ổn định là 1095 giây, điều này cho thấy, nhiễu có ảnh hưởng lớn đến quá trình, đánh giá khả năng phản ứng của hệ đối với nhiễu chưa tốt lắm

 Ứng dụng của quá trình đo nhiệt độ trong công nghiệp: sử dụng trong nhiều ngành

công nghiệp như: hóa dầu (kiểm soát nhiệt độ của quá trình), thực phẩm,…

BÀI 2: ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT PIGNAT

- Hiểu được các thành phần của hệ thống điều khiển áp suất.

- Xác định được các thong số đặt trưng của hệ thống.

- Nắm được cách xác định các thông số cài đặt cho bộ điều khiển PID.

II Báo cáo thí nghiệm.

II.1 Xác định hằng số thời gian và thời gian theo phương pháp Broida.

II.1.1 Các bước tiến hành.

- Thiết lập các giá trị: áp suất 0.7bar, van 2 mở 2 vòng, áp suất khí cấp là 2bar, hệ số Cv của van điều khiển là 0.1

- Chỉnh bộ điều khiển ở chế độ Manual

- Chỉnh OP = 50%

- Nghi nhận giá trị áp suất P

- Chỉnh OP = 60%

- Ghi nhận giá trị áp suất sau mỗi 5 giây

- Cho đến khi hệ thống ổn định, ghi nhận giá trị Pf

II.1.2 Kết quả thí nghiệm

- POP (50%) = 0.32 bar

- Giá trị áp suất của OP = 60%:

Bảng 2.1: Giá trị áp suất đo và giá trị khếch đại tĩnh ở OP = 60%

60

- Đổ thị:

Đồ thị 2.1: biểu diển sự biến thiên của áp suất theo thời gian của OP = 60%

Nhận xét: P biến đổi tăng theo thời gian và đạt đến một điều kiện nhất định thì giá trị P

sẽ ổn định

II.1.3 Xác định hằng số thời gian và thời gian trễ.

Ta có ∆P = 50 – 0.32 = 0.18 bar

P1 (28%) = 0.28 x ∆P = 0.0504 bar

P2 (40%) = 0.4 x ∆P = 0.072 bar

P (63%) = 0.63 x ∆P = 0.1134 bar

Dựa vào đồ thị 2.1, ta có thời gian tương ứng:

τ1= 3 (s)

τ2 = 4.5 (s)

τ(63%) = 10 (s)

• Hằng số thời gian τ =5.5 x (t2 - t1) = 8.25 (s)

• Thời gian trễn τm = 10 – 8.25 = 1.75 (s)

 τ / τm = 4.71 Nên ta có bộ điều khiển PID

• ∆OP (%) =

Với OPmax = 100%

• ∆PV(%) =

Với PVmax = 2 bar

• Độ khuếch đại tĩnh:

• Độ khuếch đại Kp:



Do đó PB cài đặt trong máy là: PB = 0.2114 * 2 = 0.4228bar

• Thời gian tích phân T i

• Thời gian tích phân T d

Vậy bộ điều khiển PID có các thông số như sau:

Bộ điều khiển Kp τi τd PB (bar) PB(%)

Bảng 2.2: Các thông số thực nghiệm của bộ điều khiển PID

 Ứng dụng quá trình đo áp suất trong công nghiệp

Trong công nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo an toàn thiết bị, cũng như giúp cho việc kiểm tra và điều khiển hoạt động của máy móc thiết bị có sử

dụng chất lưu

 Khả năng đáp ứng của hệ thống khi xuất hiện nhiễu tương đối cao, được xác định thông qua thời gian mà hệ đạt đến trạng thái cân bằng là khá nhỏ (35s)

 Hàm truyền của hệ

Với: G là độ lợi của bộ điều khiển

Ti: thời gian tích phân (phút)

Td: thời gian vi phân

BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT.

I Mục đích thí nghiệm.

- Giúp sinh viên nắm được hoạt động của vòng điều khiển và những thành phần trong bộ điều khiển

- Hiểu được các tham số của bộ điều khiển (PB, Ti, Td) và ảnh hưởng của các tham số này đến quá trình điều khiển

- Thiết lập phương trình hàm tối ưu cho bộ điều khiển bằng phương pháp Nichols –

Ziegler

II Nguyên lý hoạt động của thiết bị.

Khí nén từ máy nén được cung cấp ổn định vào hệ thống với áp suất 4bar (chỉnh bằng V1) Trên bình chứa khí có gắn 1 đồng hồ áp suất, một cảm biến áp kế để đo áp suất bên trong bình chứa, đồng thời chuyển đổi áp suất sang tín hiệu điện (4 – 20mA) 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, so sánh với giá trị cài đặt để tính toán sai lệch Dựa trên giá trị sai lệch này, bộ điều khiển sẽ xuất tín hiệu đầu ra OP(%) để điều khiển van điện từ, điều chỉnh độ mở của van để điều khiển dòng khí nén vào trong áp suất

III. Các bước tiến hành

- Kiểm tra máy khí nén, đường ống khí nén vào hệ thống, mở công tắc nguồn

- Kiểm tra cài đặt ban đầu của bộ điều khiển theo catalog của nhà sản xuất

- Mở van cấp khí nén V1, điều chỉnh áp suất đầu vào 4bar

- Nhấn nút Star, bộ điều khiển UDC2500 bắt đầu ở chế độ manual, tương ứng với độ mở của van điện từ là 0%

- Mở van nhiễu V3 – 3 vòng

- Mở van 4

- Khảo sát ảnh hưởng của PB đến quá trình điều khiển, tìm ra giá trị PBc

- Tính toán các giá trị tham số của các chế độ điều khiển

IV Kết quả thực nghiệm.

IV.1 Xác định PBc và Tc.

Bảng 3.1 Kết quả đo áp suất khảo sát.

…

PBc=0.4 Tc=4s

- Đồ thị:

Đồ thị 3.1: biểu diễn mối quan hệ giữa dãi tác động tỉ lệ với độ lệch tĩnh.

- Nhận xét: Khi sai số e(t) càng lớn PB sẽ tăng và OP sẽ giảm Hai giá trị này biến thiên tỉ

lệ nghịch với nhau và khi đến 1 điều kiện xác định 2 giá trị sẽ ổn định

IV.2 Lựa chọn chế độ phù hợp.

- Từ giá trị PBc = 0.4 và Tc=4s ta có các bộ điều khiển sau:

PID song

- Thực hiện việc đánh giá các chế độ điều khiển: P, PI nối tiếp, PI song song, … dựa trên tiêu chí đánh giá bộ điều khỉ ta có chế độ thích hợp cho bộ điều khiển là PI nối tiếp:

PB = 0.88 ; Ti = 3.33; Td = 0

Qua khảo sát không có sự vọt lố xảy ra trong quá trình và PV đạt giá trị là 0.97bar

IV.3 Thiết lập hàm truyền cho bộ điều khiển.

Hàm truyền bộ điều khiển PI:

Với: SP = 1 bar

PV = 0.97 bar

OPo=2.9

PB(%)

 Hàm truyền:

Bài 4: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG

I Mục đích thí nghệm

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của 1 chu trình điều khiển của các bộ phận thiết bị công nghiệp

Giới thiệu cho sinh viên biết được 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 hoạt động

II Các bước tiến hành.

- Mở hoàn toàn các van trên đường ống hút và ống đẩy, sau đó bật công tắc Power

- Kiểm tra cài đặt của UDC2500 theo catalog của nhà sản xuất

- Hệ thống hoạt động ở chế độ Auto

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

- Khảo sát PB = 200%, PB = 100%, PB = 75%, PB =50% ứng với giá trị cài đặt SP là 1000l/h Chọn giá trị PB thích hợp

- Khảo sát ảnh hưởng của Ti đến khả năng đáp ứng của hệ thống với nhiễu: Ti=1 phút, Ti = 0.5phut1, Ti = 0.25 phút và Ti = 0.2 phút

+ Tạo nhiễu bằng cách cài đặt SP = 900l/h cho hệ chạy ổn định, sau đó thay đổi giá trị SP=1000l/h Ghi lại thời gian từ lúc tạo nhiễu đến khi hệ thiết lập lại trạng thái cân bằng – thời gian ổn định

+ Giá tị Ti được chọn tương ứng với thời gian đạt trạng thái ổn định là nhanh nhất

- Quan sát đáp ứng của hệ thống dưới tác động của nhiễu khi chê độ điều khiển có và không có tác động vi phân (Td = 0.2 phút và Td =0)

III Kết quả thí nghiệm.

III.1 Cài đặt theo phương pháp điều chỉnh.

 Khảo sát ảnh hưởng của PB

Giá trị OP lựa chọn: PB = 100%

 Khảo sát ảnh hưởng của tác động tích phân Ti

Ti (phút) PB (%) SP (l/p) PV OP%

Thời gian đạt đến trạng thái

ổn định

Giá trị Ti lựa chọn: Ti = 0.15 phút

 Khảo sát ảnh hưởng của tác động vi phân Td

Td (phút) Ti (phút) SP (l/p) PV Thời gian đạt ổn định sự vọt lỗ

 Vậy qua thực nghiệm khảo sát ta có bộ điều khiển thích hợp là:

• PB = 100%

• Ti = 0.15 phút

• Td = 0

III.2 Xử lý số liệu

Với SP = 1000 l/h

PB (%) PV OP% SP (l/p) e(t) = ׀PV - SP׀

- Đồ thị:

Đồ thị 4.1: biểu diễn ảnh hưởng của tác động tỉ lệ đối với bộ điều khiển Khảo sát sự ảnh hưởng của Ti đến thời gian đạt trạng thái ổn định

PB

(%)

OP (%)

e(t) (L/h)

Đồ thị 4.2: Biểu diễn ảnh hưởng của tác động tích phân đối cới bộ điều khiển.

- Ứng dụng của thiết bị đo nhiệt độ trong công nghiệp: để kiểm tra hay nghiên cứu quá

trình hoạt động các thiết bị nhiệt, DC…

Ti(s)

OP(%)

t(s)