Bộ điểu khiển bộ trao đổi nhiệt

Bộ điểu khiển bộ trao đổi nhiệt

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

ĐỀ TÀI

BỘ ĐIỂU KHIỂN BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT

Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Quang Dũng

Nhóm thực hiện:

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2018

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN

BẢNG PHÂN CÔNG VIỆC

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ HỆ THỐNG

1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Hệ thống gia nhiệt bằng hơi nước hoạt động như sau:

• Hơi nước nóng được truyền qua ống dẫn truyền nhiệt được điều khiểnbằng 1 van

• Lượng nước được đưa vào bồn qua cảm biến lưu lượng dùng để đo lưulượng nước đầu vào Ngoài ra, bồn còn có cảm biến nhiệt để đo nhiệt độnước trong bồn liên tục

• Cả hai cảm biến lưu lượng và cảm biến nhiệt truyền tín hiệu về bộ tổng, tư

đó đưa ra tín hiệu điều khiển tới van điều khiển

• Tùy tưng tín hiệu nhận được tư bộ tổng, van sẽ được mở để đưa lượnghơi nước nóng qua ống dẫn truyền nhiệt và gia nhiệt cho lượng nước trongbồn đạt tới nhiệt độ lượng nước đầu ra được cài đặt

2 SƠ ĐỒ KHỐI QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Hình 1.1: Sơ đồ khối quá trình điều khiển

3 SƠ ĐỒ KHỐI VÒNG ĐIỀU KHIỂN

Hệ thống trên sử dụng phương pháp điều khiển tầng

Hình 1.2: Sơ đồ khối vòng điều khiển

4 SƠ ĐỒ P&ID

Hình 1.3: Sơ đồ P&ID

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BI

1 CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN TRỞ PT100

PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD), được cấu tạo tư kim loạiPlatinum, được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt, giá trị điện trở là 100Ω

khi ở 00C Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần phải cấp mộtnguồn ngoài ổn định

Hình 2.1: Cảm biến nhiệt điện trở Pt100

Nguyên lý hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim

loại này sẽ thay đổi, và tùy vào chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trongkhoảng nhiệt độ nhất định

• Với yêu cầu độ chính xác càng cao thì việc đo nhiệt độ bằng các loại đồnghồ cơ khí đã không còn khả thi nữa Do đó các thiết bị đo nhiệt độ ngàycần có độ chính xác hơn Dây tín hiệu: Được kết nối với đầu dò cảm biếnvới ngõ ra dạng 2 dây , 3 dây hoặc 4 dây

• Pt (Platinum resistance thermometers) có nghĩa là nhiệt điện trở bạch kim.Bạch kim có tính chất thay đổi điện trở theo nhiệt độ tốt hơn các loại kim

loại khác nên chúng được sử dụng rộng rãi trong các nhiệt điện trởVỏ bảovệ: Là thành phần tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt cần đo bảo vệ đầu dòcảm biến và dây tín hiệu của cảm biến Trong một số trường hợp nhất địnhchúng ta phải dùng thêm ống bảo vệ bên ngoài hay còn gọi là Thermowellhay Protect tube.

• Cấu tạo: bên trong có các lõi được làm bằng Bạch kim(thành phần cảm

biến nhiệt), Bên ngoài có bọc một số lớp bảo vệ cho phần lõi bên trongnhưng vẫn truyền nhiệt tốt cho phần lõi

• Dãy nhiệt : -100 C đến 200 C, 0-100 C, 0-200 C, 0-400 C, 0-500 C, 0-600C…

• Kích thước : dài 50mm, 100mm, 150mm, 200mm, 300mm, 400mm,500mm…

• Đường kính : 3mm, 4mm, 5mm,6mm, 8mm, 10mm, 12mm…

• Thông số kỹ thuật của E52MY-PTccC:

• Giá thị trường: 2.548.400 VNĐ/Cái

Ưu điểm: Chính xác hơn cặp nhiệt, dễ sử dụng, chiều dây không hạn chế Nhược điểm: Dải đo bé hơn cặp nhiệt -200  700˚C, giá thành đắt

2 CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG AF6-3100/1/A/1/AC

Máy đo lưu lượng dạng điện tư được thiết kế để đo lưu lượng thể tích chấtlỏng có điện tích trong ống kín Với công nghệ này, chất lỏng phải dẫn điện.

Hình 2.2: Cảm biến lưu lượng AF6-3100/1/A/1/AC

Thông tin kỹ thuật:

• Lưu lượng đo lớn nhất: 90m3/h

• Nhiệt độ giới hạn: -10  75˚C

• Ngõ ra nối tiếp: rs485/ rs 232

• Nguồn: 220 VAC

Nguyên lý hoạt động: Bộ đo lưu lượng tư hoạt động dựa trên Luật Điện tư

của Faraday Khi một chất lỏng dẫn chảy qua tư trường, một điện áp nhỏ (u)được gây ra Một điện cực E tỷ lệ thuận với vận tốc của dòng chảy và được đochính xác bằng hai điện cực bằng thép không gỉ được gắn với nhau trong ống

đo Điện cực điện áp E tỷ lệ thuận với vận tốc trung bình của chất lỏng V Haiđiện cực được kết nối với một mạch điện tử tiên tiến xử lý tín hiệu và lần lượtđưa nó vào bộ vi xử lý bên trong Bộ vi xử lý sau đó tính lưu lượng và kiểm soátcác đầu ra khác nhau trên bảng đầu cuối

Chú ý: khi ống được xây dựng bằng vật liệu dẫn điện Lớp lót vật liệu khôngdẫn điện được sử dụng để ngăn điện áp không bị tiêu tán vào phần ống

Yêu cầu:

• Chất lỏng là chất dẫn điện tốt và phải tiếp xúc cả hai điện cực

• Đường ống phải đổ đầy chất lỏng

• Các đầu đo lưu lượng phải được nối đất đúng cách để tránh sai số

Ưu điểm:

• Không gây tắc nghẽn dòng chảy

• Không bị ảnh hưởng bởi sự biến thiên về mật độ, độ nhớt, áp suất, nhiệt độ

• Phù hợp với mọi chất lỏng dẫn điện và chống ăn mòn

Nhược điểm:

• Chỉ có thể sử dụng cho chất lỏng dẫn điện

• Độ chính xác chỉ ở trong phạm vi ± 1% trong khoảng lưu lượng 5%

3 VAN ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN 2 CỬA

Van điều khiển là loại van thuộc một trong những loại van côngnghiệp mà hệ thống ống dẫn trong nhà máy thường sử dụng Đối với cácloại van công nghiệp thông thường thì vận hành bằng thủ công Nhưng đối vớivan điều khiển, van được đóng mở tự động bằng điện hoặc khí nén nhờ vào tínhiệu điều khiển

Hình 2.3: Van điều khiển bằng khí nén 2 cửa

Nguyên lý hoạt động: Khi khí nén được cấp đến đầu điều khiển, do thiết kế

đầu điều khiển này sẽ làm trục chính giữa quay 1 góc 90 độ Van sẽ đượcchuyển tư đóng sang mở hoặc ngược lại

Thông tin kỹ thuật:

• Nhãn: EN-GJS-400-18-LT (GGG-40.3), 2 cửa dành cho nước hoặc hơi

• Phạm vi áp: PN 16, PN25

• Trục chính cố định: lò xo đơn vị PTFE V-ring (chịu nhiệt 2500C)

• Bộ phận nội bộ: Thép không gỉ

• Đặc tính lưu lượng: Tỷ lệ bằng nhau

• Sai số: <0,01% Kvs

Bộ kích động:

• Màng diện tích: 250 cm², ø 250 mm

• Kết nối khí nén: G1/4

• Hoạt động áp suất: loại tiêu chuẩn 1,6 bar

Ứng dụng: Hơi nóng, dầu nóng, nước nóng, dầu khí, gas, hóa chất,

4 Bộ điều khiển nhiệt độ Omron E5AZ series

Đặc điểm chung

• Bộ điều khiển nhiệt độ Omron dòng E5AZ với độ sâu 78mm

• Ngõ vào: can nhiệt, nhiệt điện trở, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại và ngõ vào Analog

• Có cả 2 chế độ Auto - Tuning và bán Auto - Tuning

• Chế độ điều khiển heating hoặc heating/cooling

• Ngõ vào sự kiện cho phép lựa chọn nhiều SP và chức năng run/stop

• Card ngõ ra dạng mô đun hóa

• Bộ điều khiển nhiệt độ Omron E5AZ có chức năng cảnh báo thời gian trễ

• Chức năng kết nối truyền thông

• Phù hợp với tiêu chuẩn an toàn UL, CSA và IEC cũng như thị trường châu Âu

• Úng dụng của bộ điều khiển nhiệt độ Omron E5AZ: Sử dụng để điều khiển nhiệt độ trong các lò nhiệt, máy đúc nhựa, công nghiệp giấy, gỗ, hóa chất, linh kiện điện tử, chế biến thực phẩm

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH THÔNG SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TƯƠNG ỨNG

1. KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Bộ điều khiển PID lưu lượng

Việc thiết kế bộ PID cũng như tìm phương trình của Gc(z) Phương trìnhGc(z) có dạng như sau:

Khối Gc(z):

Xác định Kp, Ki, Kd bằng cách tìm Kgh và Tgh:

• Step: tín hiệu đầu vào

• Gain: khối khuếch đại( Kgh cần tìm)

• Zoh: chuyển tín hiệu rời rạc thành liên tục

• G(s)2: hàm truyền (động cơ bơm)

• G(s): hàm truyền (van)

Hình 3.1: Kết quả mô phỏng trên MATLAB

Tư sơ đồ khối và đồ thị ta tìm được Kgh=831.41 và Tgh=2.1

2. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

Hệ số PID:

Hệ thống được thiết kế lại bằng cách thay thế khối gain bằng bộ PID:

Điền các thông số Kp, Ki, Kd vưa tính toán được vào bộ PID

Bộ điều khiển PID nhiệt độ

Ta có hàm truyền như sau

Ziegler-Ta tính các thông số PID

0

lim ( ) lim ( ) 0

1, 2.T

7.3 K

32 2.

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG GIÁM SÁT TRÊN WINCC 7.4

VÀ STEP 7 V5.5