Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ lò sấy PID có cảm biến dùng PLC S1200 ( có file mô phỏng link ở cuối )

Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ lò sấy PID có cảm biến dùng PLC S1200 ( có file mô phỏng link ở cuối ) Ngày nay rất nhiều ngành công, nông nghiệp như chế biến nông sản, thực phẩm, hóa dược lẫn sản xuất gỗ, cao su, giày da và rất nhiều ngành nghề khác đều cần đến sự hỗ trợ của công nghệ hiện đại. Và trong đó, công nghệ sấy khô và bảo quản sản phẩm là một giai đoạn quan trọng nhất được các doanh nghiệp đặt hàng đầu trong quá trình sản xuất. Việc doanh nghiệp quyết định phương thức sấy sản phẩm phù hợp và đầu tư một thiết bị sấy công nghiệp hiện đại không chỉ đẩy nhanh quá trình sản xuất mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm, đem lại lợi thế khi cạnh tranh với các đối thủ khác trên thị trường.

ĐẠI HỌC SPKT HỒ CHÍ MINH

Bộ môn Điều khiển và Tự động hóa

- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Thiết kế hệ thống điều khiển và tự động

Giáo viên hướng dẫn: Thái Hữu Nguyên

Sinh viên thực hiện :

Lớp: : DHTDHCK13B

HCM, 6/2021

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, sự đa dạng của các linh kiện điện tử

số, các thiết bị điều khiển tự động, các công nghệ cũ đang dần dần được thay thế bằng các côngnghệ hiện đại.Với sự bùng nổ của những tiến bộ khoa học-kĩ thuật trong các lĩnh vực điện, điện

tử, tin học trong những năm gần đây đã dẫn đến sự biến đổi sâu sắc cả về lý thuyết lẫn thực tếcủa các lĩnh vực điều khiển lập trình vi điều khiển, hệ thống tự động điều khiển, vi xử lý, PLC…đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, các dây chuyền sản xuất

Hệ thống điều khiển tự động cho các hệ thống dây chuyền trong các nhà máy côngnghiệp không thể thiếu được Nó quyết định rất nhiều đến sự phát triển của xã hội như trongcông cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá để từng bước bắt kịp sự phát triển trong khu vực vàthế giới về mọi mặt Kinh tế và Xã hội Do đó, việc tự động hoá quá trình sấy công nghiệp là

sự lựa chọn hàng đầu nhằm góp phần bảo quản nguyên liệu, tăng năng suất tạo ra sản phẩm

có chất lượng cao, đảm bảo an toàn thực phẩm, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thịtrường

Thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệ thốngđiều khiển có thể lập trình được nhằm làm giảm sức lao động, cho mạch điều khiển của hệthống gọn nhẹ, hoạt động chính xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất là dễ dàng thay đổichương trình điều khiển khi có yêu cầu

Từ đó em lựa chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ lò sấy sử dụng Wincc- PLC S1200 ”

Mục tiêu của đề tài là em xây dựng được đầy đủ phương pháp luận để khảo sát, đánhgiá, nghiên cứu, thiết kế được bộ điều khiển cho lò sấy

Trong quá trình thực hiện đề tài này em đã tìm hiểu, trao đổi và tổng hợp các kiến thức

mà mình đã được học trong thời gian được học, cũng như tham khảo các tài liệu liên quankhác để hoàn thành đề tài được giao Cấu trúc của đồ án gồm 5 chương, mỗi chương em sẽtrình bày cụ thể các vấn đề nghiên cứu khác nhau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống lò sấy và điều khiển ổn định nhiệt độ lò sấy

Chương 2: Giới thiệu PLC-S1200

Chương 3 : Viết chương trình điều khiển

Chương 4 : Giới thiệu Wincc và thiết kế giao diện

Chương 5 : Thuyết minh nguyên tắc vận hành

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô khoa điện nói chung và thầy PhạmVăn Tuấn nói riêng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoànthành đồ án được thuận lợi

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VỀ LÒ SẤY VÀ ĐIỀU KHIỂN

ỔN ĐINH NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY 1.1 Giới thiệu về lò sấy công nghiệp

Ngày nay rất nhiều ngành công, nông nghiệp như chế biến nông sản, thực phẩm, hóadược lẫn sản xuất gỗ, cao su, giày da và rất nhiều ngành nghề khác đều cần đến sự hỗ trợ củacông nghệ hiện đại Và trong đó, công nghệ sấy khô và bảo quản sản phẩm là một giai đoạnquan trọng nhất được các doanh nghiệp đặt hàng đầu trong quá trình sản xuất Việc doanhnghiệp quyết định phương thức sấy sản phẩm phù hợp và đầu tư một thiết bị sấy côngnghiệp hiện đại không chỉ đẩy nhanh quá trình sản xuất mà còn nâng cao chất lượng sảnphẩm, đem lại lợi thế khi cạnh tranh với các đối thủ khác trên thị trường

Từ những loại máy sấy thô sơ nhất cho đến thời điểm hiện tại việc tìm hiểu, mua và vậnhành những loại máy sấy đa chức năng, tân tiến và vô cùng hiện đại đã dễ dàng hơn rấtnhiều Không chỉ như thế, các nhà sản xuất đã cung cấp rất nhiều hệ thống sấy hiện đại vàchất lượng cao như tủ sấy, lò sấy, dây chuyền sấy vận hành hoàn toàn tự động và cho ra sảnlượng, chất lượng cao, không bị biến đổi, thời gian sấy được rút ngắn tiết kiệm rất nhiều chiphí Chính vì thế, ngày càng nhiều các cơ sở doanh nghiệp chế biến thực phẩm, nông sản,xưởng chế tạo và sửa chữa lựa chọn các hệ thống sấy hiện đại

Các dạng cơ bản của lò sấy

* Phân loại thiết bị hệ thống sấy – máy sấy công nghiệp

Trên thị trường Việt Nam hiện nay có rất nhiều loại công nghệ sấy đi cùng với các thiết bịsấy như:

 Băng tải, băng chuyền

 Buồng sấy, phòng sấy, hầm sấy

 Tháp sấy

 Hệ thống sấy thùng quay

 Hệ thống sấy phun, hệ thống sấy tầng sôi

 Tủ sấy, lò sấy công nghiệp

Mỗi thiết bị là mỗi một nguyên lý, chức năng khác nhau Doanh nghiệp và người sử dụngphải tìm hiểu kỹ lưỡng để lựa chọn công nghệ và máy sấy cho phù hợp với nguyên vật liệu,mức độ sản xuất và đầu tư của mình

* Phân loại nguyên liệu và vật liệu sấy

Sự đa dạng về kiểu sấy, đa dạng về chủng loại của các loại máy sấy công nghiệp hiện đạicùng những lợi ích vược bậc mà chúng mang lại đã đáp ứng được yêu cầu trong rất nhiềulĩnh vực của doanh nghiệp và người dùng, từ những nguyên liệu phổ biến như sấy sản phẩmnông nghiệp cho đến những sản phẩm công nghiệp

 Sấy khô hoa quả, trái cây rau củ sấy giòn, trái cây sấy dẻo, các loại mứt sấy dẻo

 Sấy hạt, ngũ cốc, sấy nông sản, lúa, ngô, cà phê, tiêu, điều, trà

 Sấy bún, mì, phở, nui, hủ tiếu, bánh tráng, cơm cháy

 Sấy khô thủy hải sản, khô thịt, trứng

 Sấy các loại gia vị

 Sấy thành dạng bột

 Sấy dược liệu, thảo dược, thảo mộc sấy khô, các loại nấm, thuốc bắc, thuốc nam

 Sấy các loại hoa, sấy khô làm thức uống detox

 Sấy sâu, sấy nhộng, các loại côn trùng, sấy thức ăn thực vật cho gia súc

 Sấy gỗ, sấy sơn, sấy gạch

 Sấy dụng cụ, vật liệu, khuôn, thùng, bao bì nhựa - ni lông, bao gói, ống hút.

Công nghệ sấy hồng ngoại

Công nghệ sấy IR hay còn gọi là sấy hồng ngoại là loại máy sấy công nghiệp sử dụnglượng nhiệt sinh ra từ tia hồng ngoại để làm khô sản phẩm cần sấy Phương pháp này thườngđược thấy chủ yếu dưới dạng hình thức tủ sấy, băng chuyền, phòng sấy hay buồng sấy Vớiứng dụng công nghệ từ đèn sấy hồng ngoại, phương pháp này đã mang lại những hiệuquả lớn từ tiết kiệm năng lượng, hiệu quả cao, hơi nhiệt dễ chịu, chỉ làm nóng vật liệu sấy,không ảnh hưởng đến môi trường không khí xung quanh.

Công nghệ sấy vi sóng

Công nghệ sấy vi sóng là công nghệ sử dụng sóng viba để áp dụng cho quy mô sản xuấtlớn và có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: Công nghiệp thực phẩm,nông nghiệp, tiệt trùng sản phẩm, hóa dược cho đến những ngành công nghiệp đòi hỏi phải

xử lý ở nhiệt độ cao, khối lượng và kích thước tương đối lớn như sấy keo, sản xuất gỗ, chếbiến cao su, gốm sứ, than đá và các ngành công nghiệp khác Ưu điểm của công nghệ sấy vi

sóng là nhiệt được thâm nhập bằng những tia sóng siêu nhỏ, siêu nhanh đi từ trong lõi sảnphẩm sấy ra bên ngoài bề mặt khiến cho tất cả các thành phần trong sản phẩm đều được làmkhô trong thời gian rất ngắn.

Đối với các ngành nông sản, thực phẩm, hóa dược: Phương pháp này không chỉ giúp tiếtkiệm điện năng mà còn giữ lại hầu hết các chất dinh dưỡng, chất lượng và màu sắc ban đầucủa sản phẩm Đảm bảo khả năng lưu trữ sản phẩm được tốt hơn Bên cạnh đó, sóng siêu caotần còn có thể tiêu diệt được các loại vi khuẩn gây hại cho con người như E.coli vàSalmonella có trong nông sản, thực phẩm

Đối với chế tác gỗ, gốm sứ, cao su, than đá: Công nghệ vi sóng khiến sản phẩm hấp thụđược một lớp nhiệt đồng đều, tạo ra sản phẩm có độ bền trải đều bề mặt, rút ngắn thời giansấy

Công nghệ sấy chân không

Sấy chân không là công nghệ sấy kín dành cho các sản phẩm không chịu được nhiệt độcao hay dễ bị oxy hóa, được hoạt động nhờ sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt củasản phẩm đối với môi trường xung quanh Sản phẩm sấy được tách ẩm trong buồng chânkhông và được truyền nhiệt thông qua bức xạ nhiệt từ vỏ thùng sấy, hơi ẩm được bơm chân

không hút ra ngoài theo chu kỳ Máy sấy chân không đòi hỏi vốn cố định và vốn lưu độngcao hơn máy sấy làm việc ở áp suất thường, nhưng nó tạo ra những sản phẩm có chất lượngtốt hơn.

Ở môi trường áp suất nhỏ nước sẽ sôi ở nhiệt độ rất thấp khoảng 30-40 độ C Khi nướcsôi đồng nghĩa với sự bốc hơi nước diễn ra rất nhanh làm cho vật sấy khô nhanh hơn với sấynhiệt thông thường Sản phẩm sấy chân không đều có nhiệt độ sấy thấp nên giữ nguyên đượchương vị, màu sắc cũng như các tính chất đặc trưng của sản phẩm Thành phẩm sau khi sấy

sẽ có độ ẩm rất thấp chỉ từ 1-3% Vì vậy thời gian bảo quản được lâu hơn

Công nghệ sấy thăng hoa

Đây được xem là công nghệ tiên tiến nhất hiện nay cùng với mức đòi hỏi đầu tưcao, phương pháp còn có tên gọi là sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophillisation).Đây phương pháp tách ẩm ra khỏi vật sấy bằng sự thăng hoa của nước, chuyển trực tiếp từthể rắn sang thể hơi Quá trình sấy thăng hoa bao gồm hai giai đoạn là làm lạnh đông và tiếptheo là sấy khô bằng chân không thấp Phương pháp sấy thăng hoa chỉ chủ yếu sử dụng đốivới các nguyên liệu đắt tiền, hay những sản phẩm mà không thể sấy được bằng các phươngpháp khác Bên cạnh đó không phải bất kỳ nguyên liệu nào cũng có thể sấy bằng phươngpháp lạnh đông

Sản phẩm sấy thăng hoa lưu giữ được kết cấu tốt, đặc tính cảm quan và chất lượngdinh dưỡng, thời gian bảo quản dài khi được bao gói đúng cách Những thay đổi của thiamin

và axit ascorbic trong quá trình sấy thăng hoa ở mức vừa phải và sự thất thoát của cácvitamin khác không đáng kể

Công nghệ sấy năng lượng mặt trời

Phương pháp sấy khô sản phẩm bằng các năng lượng mặt trời là một trong những côngnghệ sấy đầy tiềm năng bởi năng lượng mặt trời là một nguồn cung cấp nhiệt rất lớn, vô hạn

và hoàn toàn miễn phí Việt Nam là một nước có tiềm năng về sử dụng công nghệ sấy nănglượng mặt trời bởi bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà gần như luôn ổn định quanh năm

Ba dạng thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời phổ biến có thể kể đến như hệ thống sấy trựctiếp tuần hoàn khí tự nhiên gồm thiết bị thu năng lượng kết hợp với buồng sấy, hệ thống sấytrực tiếp có bộ phận thu năng lượng riêng biệt, và hệ thống sấy gián tiếp có dẫn nhiệt cưỡngbức với thiết bị thu năng lượng và buồng sấy riêng biệt

1.2 Giới thiệu về đối tượng và phương pháp điều khiển

1.2.1 Giới thiệu

Nhiệt độ là một đại lượng vật lý hiện diện khắp nơi và trong nhiều lĩnh vực, trongcông nghiệp cũng như trong sinh hoạt Nhiệt độ trở nên là mối quan tâm hàng đầu cho cácnhà thiết kế máy và điều khiển nhiệt độ trở thành một trong những mục tiêu của ngành ĐiềuKhiển Tự Động

Trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế, vấn đề đo và kiểm soát nhiệt độ là một quátrình không thể thiếu được, nhất là trong công nghiệp Đo nhiệt độ trong công nghiệp luôngắn liền với quy trình công nghệ của sản xuất, việc đo và kiểm soát nhiệt độ tốt quyết địnhrất nhiều đến chất lượng của sản phẩm trong các ngành công nghiệp thực phẩm, luyện kim,

xi măng, gốm sứ, công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong

Tùy theo tính chất, yêu cầu của quá trình mà nó đòi hỏi các phương pháp điều khiểnthích hợp Tính ổn định và chính xác của nhiệt độ cũng đặt ra các vấn đề cần phải giải quyết

Một điều cần thiết là ta phải khảo sát kỹ đối tượng cung cấp nhiệt mà ta cần phải điềukhiển để dẫn đến mô hình toán học cụ thể Từ đó chúng ta sẽ giải quyết bài toán điều khiểntrên cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu

Hệ thống điều khiển nhiệt độ có thể phân làm hai loại : hệ thống điều khiển hồi tiếp(feedback control system) và hệ thống điều khiển tuần tự (sequence control system)

 Điều khiển hồi tiếp thường được xác định và giám sát kết quả điều khiển, so sánh nóvới yêu cầu thực thi (ví dụ điểm đặt) và tự động điều chỉnh đúng

 Điều khiển tuần tự thực hiện từng bước điều khiển tùy theo hoạt động điều khiểntrước khi xác định tuần tự.

Một hệ thống muốn chính xác cần phải thực hiện hồi tiếp tín hiệu về so sánh với tínhiệu vào và đầu ra sẽ được gởi đến bộ điều khiển hiệu chỉnh đầu ra Hệ thống điều khiển hồitiếp có nhiều ưu điểm nên thường được sử dụng trong các hệ thống tự động

Các phương pháp điều khiển khác nhau nhưng nguyên tắc điều khiển là giống nhau.Một hệ thống điều khiển nhiệt độ dựa trên nguyên tắc hệ thống hồi tiếp có dạng tổng quátnhư hình dưới đây:

Dạng tổng quát của một hệ thống hồi tiếp

Đây là một hệ thống hồi tiếp qua bộ cảm biến cho tín hiệu đo lường nhiệt độ về sosánh với giá trị đặt, sai lệch giữa tín hiệu đặt và đo sẽ được đưa tới bộ điều khiển tạo tín hiệuđiều khiển công suất cấp cho bộ phận gia nhiệt Như vậy các phương pháp điều khiển khácnhau về bản chất là do các bộ điều khiển khác nhau tạo nên

1.2.2 Các phương pháp điều khiển nhiệt độ

A) Điều khiển ON/OFF

Sơ đồ điều khiển lò nhiệt bằng phương pháp ON-OFF được thể hiện qua hình dưới:

Sơ đồ điều khiển lò nhiệt

Nguyên lý làm việc:

Phương pháp điều khiển ON-OFF còn được gọi là phương pháp đóng ngắt hay dùngkhâu relay có trễ: cơ cấu chấp hành sẽ đóng nguồn để cung cấp năng lượng ở mức tối đa chothiết bị tiêu thụ điện năng (lò nhiệt) nếu nhiệt độ đặt w(k) lớn hơn nhiệt độ đo y(k), ngượclại mạch điều khiển sẽ ngắt mạch không tiếp tục cung cấp điện năng cho lò nữa khi nhiệt độđặt w(k) nhỏ hơn nhiệt độ đo y(k)

Một vùng trễ được đưa vào để hạn chế tần số đóng ngắt như sơ đồ khối ở trên: nguồnchỉ đóng khi sai số e(k) > ∆ và ngắt khi e(k) < - ∆ Như vậy, nhiệt độ đo y(k) sẽ dao độngquanh giá trị đặt w(k) và 2∆ còn được gọi là vùng trễ của rơ le

Khâu rơle có trễ còn gọi là mạch so sánh Smith trong mạch điện tử và như vậy ∆ làgiá trị thềm hay ngưỡng

Đặc tính của phương pháp điều khiển ON-OFF cho bởi hình dưới:

Đặc tính điều khiển của điều khiển ON – OFF

Điều khiển ON-OFF có ưu điểm là:

 Thiết bị tin cậy, đơn giản, chắc chắn, hệ thống luôn hoạt động được với mọi tải

 Tính toán thiết kế ít phức tạp và cân chỉnh dễ dàng

 Điều khiển ON-OFF tốt nhất cho hệ thống điều khiển khi nhiệt độ tăng lên chậm

và sai phân G giữa cân bằng nhiệt khi ngõ ra là ON và khi ngõ ra OFF là nhỏ

Nhưng có nhược điểm là sai số xác lập sẽ lớn do hệ chỉ cân bằng độngquanh nhiệt độ đặt và thay đổi theo tải Khuyết điểm này có thể được hạn chế khi giảm vùngtrễ bằng cách dùng phần tử đóng ngắt điện tử ở mạch công suất.

B ) Điều khiển bằng khâu tỉ lệ (P)

Đây là hình thức điều khiển tốt hơn điều khiển ON – OFF bằng cách cung cấp nănglượng cho lò nhiệt dựa vào sự khác biệt về nhiệt độ giữa nhiệt độ thực tế của đối tượng vànhiệt độ đặt, với KP được xem là độ khuếch đại tỷ lệ của bộ điều khiển

Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu tỉ lệ (P)

Ta thấy hệ số khếch đại KP càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ tuy nhiên đáp ứng của

hệ thống càng dao động, độ vọt lố càng cao Nếu KP tăng quá giới hạn thì hệ thống sẽ trở nênmất ổn định Do đó không thể có sai số của hệ thống bằng 0 và cũng không thể tăng hệ sốkhếch đại lên vô cùng

C ) Điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PD)

Vấn đề về tính ổn định và quá tầm trong điều khiển tỷ lệ với độ khuếch đại lớn, có thểđược giảm đi khi thêm vào đó là khâu vi phân cho tín hiệu sai số

Với KD = KP TD; TD : là thời hằng vi phân của bộ điều khiển PD

Kỹ thuật đó được gọi là kỹ thuật điều khiển PD Khâu vi phân có thể hiệu chỉnh khảnăng đáp ứng sự thay đổi tại nhiệt độ đặt, đó là giảm độ vọt lố , đáp ứng ra c(t) bớt nhấp nhôhơn, được biểu diễn ở hình sau:

Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PD) với P = 1

Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ thống khi thay đổi giá trị TD và giữ hệ số KP bằnghằng số Ta thấy TD càng lớn thì đáp ứng càng nhanh, thời gian lên càng ngắn Tuy nhiên,nếu thời gian lên nhanh quá thì sẽ dẫn đến vọt lố mặc dù đáp ứng không có dao động

Bộ hiệu chỉnh PD không thể thực hiện bằng các linh kiện mạch thụ động, có thể dùngkhếch đại thuật toán, điện trở và tụ điện Nhược điểm của bộ PD này là rất nhạy về nhiễu vìbản thân bộ PD là mạch lọc thông cao, với độ lợi lớn hơn 1 sẽ làm tăng sự ảnh hưởng của tínhiệu nhiễu

D) Điều khiển bằng khâu tích phân tỉ lệ (PI)

Vấn đề về sai số xác lập có thể khắc phục bằng hiệu chỉnh PI Hiệu chỉnh PI có tácdụng làm chậm đáp ứng quá độ, tăng độ vọt lố, giảm sai số xác lập Do hệ số khếch đại củakhâu PI bằng vô cùng tại tần số bằng 0 nên khâu hiệu chỉnh PI làm cho sai số đối với tínhiệu vào là hàm nấc của hệ thống không có khâu tích phân lý tưởng bằng 0 (hệ vô sai bậc

1) Ngoài ra khâu PI là một bộ lọc thông thấp nên nó còn có tác dụng triệt tiêu nhiễu tần sốcao tác động vào hệ thống.

Ki = Kp/TI, TI là thời hằng tích phân của bộ điều khiển PI

Đáp ứng ra của điều khiển bằng khâu vi phân tỉ lệ (PI) với P = 1

Khâu hiệu chỉnh PI làm cho sai số xác lập của hệ thống đối với tín hiệu vào là hàmnấc bằng 0 Tuy nhiên khâu hiệu chỉnh PI lại làm cho hệ thống kém ổn định do làm tăng thờigian xác lập

Dựa trên đáp ứng quá độ của hệ thống khi giảm thời hằng tích phân TI thì độ vọt lốcủa hệ thống càng cao, hệ thống càng chậm xác lập Vậy hằng số thời hằng tích phân TI tanên cho giá trị lớn nhằm hạn chế độ vọt lố Tuy vậy khi TI bằng hằng số thì ảnh hưởng của Pđến chất lượng của hệ thống chính là ảnh hưởng của khâu khếch đại, P càng tăng thì độ vọt

lố càng cao, tuy nhiên thời gian quá độ lại không thay đổi

E) Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỉ lệ (PID)

Bộ điều khiển PID được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế để điều khiển nhiều loạiđối tượng khác nhau như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ, mực chất lỏng trong bồn chứa,…

Lý do bộ điều khiển này được sử dụng rộng rãi là vì nó có khả năng triệt tiêu sai số xác lập,tăng đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các tham số bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp.

Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ (P) được đưa vào hệ thống nhằm làm giảm sai số xáclập, với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây ra vọt lố và trong vài trường hợp là khôngchấp nhận được đối với mạch động lực Sự có mặt của khâu vi phân tỉ lệ (PD) làm giảm độvọt lố và đáp ứng ra bớt nhấp nhô hơn và hệ thống sẽ đáp ứng nhanh hơn Khâu tích phân tỉlệ(PI) có mặt trong hệ thống sẽ dẩn đến sai lệch tĩnh triệt tiêu( hệ vô sai) Muốn tăng độchính xác ta phải tăng hệ số khuếch đại, song với mọi hệ thống thực đều bị hạn chế và sự cómặt của khâu PI là bắt buộc Khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ (PID) kết hợp những ưu điểmcủa khâu PI và PD, có khả năng tăng độ dự trử pha ở tần số cắt, khử chậm pha Sự có mặtPID ở vòng hồi tiếp có thể dẩn đến sự dao động trong hệ do đáp ứng quá độ bị vọt lố bởihàm Dirac (t).Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dưới dạngthiết bị điều khiển hay thuật toán phần mềm

Do sự thông dụng của nó nên nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển đã cho ra đờicác bộ điều khiển thương mại rất thông dụng

Thực tế các phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID dùng quỹ đạo nghiệm số, giản

đồ Bode hay phương pháp giải tích rất ít được sử dụng do việc khó khăn trong xây dựnghàm truyền đối tượng Phương pháp phổ biến nhất để chọn tham số PID thương mại hiệnnay là phương pháp Ziegler-Nichols

Sơ đồ điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID có hàm truyền liên tục như sau:

Với các giá trị Kp, Ki, Kd là các hằng số thực.

Phương trình vi tích phân mô tả sự tương quan giữa tín hiệu ra u(t) với tín hiệu sailệch e(t) của bộ điều khiển PID là:

(2.11)Trong đó: e(t) là sai lệch trong hệ thống e(t) = r(t) – c(t)

r(t) và c(t) là tín hiệu vào và đáp ứng ra của hệ thống

Vấn đề thiết kế là cần xác định giá trị Kp, Ki, Kd sao cho thoả mãn các yêu cầu về chấtlượng

Ta có bảng so sánh giữa các phương pháp điều khiển như sau:

Các phương pháp

điều khiển

Điều khiển ON-OFF - Điều khiển đơn giản

- Không xảy ra offset

- Xảy ra quá tải vàhunting

Hiệu chỉnh P - Quá tải và hunting

nhỏ

- Thời gian yêu cầu dàiđến khi biến điềukhiển được thiết lập

- Vọt lố xảy ra

Điều khiển PI - Loại bỏ sai xác lập - Thời gian yêu cầu dài

hơn P cho đến khi biếnđiều khiển được thiếtlập

Điều khiển PD - Đáp ứng nhanh - Điều khiển này

không thể thực hiệnmột mình

- Sai số xác lập luônkhác 0

Hiệu chỉnh PID - Có thể điều khiển tốt

nhất

- Đặt thông số PID làcần thiết

So sánh các phương pháp điều khiển

So sánh đáp ứng của hệ thống so với các bộ điều khiển

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU PLC S1200 2.1 Giới thiệu PLC

2.1.1 Khái niệm về PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được.Cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lậptrình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện.Các sự kiệnnày được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạtđộng có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm Một khi sự kiện được kích hoạtthật sự,nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý.Một bộđiều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình đó “người sử dụng lập ra chờ tínhiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằngRelay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thoả mãn những yêu cầu sau:

• Lập trình dễ dàng,ngôn ngự lập trình dễ học

• Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa