Báo cáo thí nghiệm cơ sở điều khiển quá trình

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ ؄؄؄؄؄؄؄؄؄ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CS ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH MSMH 3342 BÀI ONLINE THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHƯNG CẤT Sinh viên: MSSV: Lớp: Ngày thí nghiệm: GVHD: TP.HCM, 25/10/2021 Nguyễn Quốc Thái 1915115 HC19CHC 12/10/2021 TS Bùi Ngọc Pha Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài MỤC LỤC Contents MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH PHẦN TỔNG QUAN THÍ NGHIỆM .4 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM .4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG CHƯNG CẤT .4 PHẦN THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG/TẮT HỆ THỐNG CHƯNG CẤT 1.1 Quy trình vận hành 1.2 Sơ đồ lắp mạch 1.3 Thiết kế chương trình 1.4 Video kết ĐIỀU CHỈNH ỔN ĐỊNH CÁC BIẾN QUÁ TRÌNH Ở TRẠNG THÁI LÀM VIỆC 2.1 Yêu cầu .9 2.2 Sơ đồ lắp mạch 10 2.3 Thiết kế chương trình 10 2.4 Video kết 12 Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Hệ thống chưng cất Hình Sơ đồ khối quy trình khởi động hệ thống chưng cất Hình Sơ đồ khối quy trình dừng hệ thống chưng cất Hình Sơ đồ lắp mạch điều khiển khởi động/tắt hệ thống chưng cất Hình Hình ảnh trích từ video điều khiển khởi động tắt hệ thống chưng cất Hình Sơ đồ khối điều khiển ổn định mức chất lỏng bình Hình Sơ đồ khối điều khiển ổn định nhiệt độ nhập liệu 10 Hình Sơ đồ lắp mạch điều chỉnh ổn định biến trình trạng thái làm việc trình chưng cất 10 Hình Hình ảnh trích từ video kết điều chỉnh ổn định biến trình trình chưng cất 12 Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài PHẦN 1 TỔNG QUAN THÍ NGHIỆM MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống trình cơng nghệ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Viết chương trình tự động để thực hiện: - Điều khiển khởi động dừng hệ thống chưng cất - Điều chỉnh ổn định đại lượng nhiệt độ mức chất lỏng tháp chưng cất HỆ THỐNG CHƯNG CẤT Hình Hệ thống chưng cất Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài Chú thích: 1) Mâm xuyên lỗ 2) Bộ phận ngưng 3) Nước nguội 4) Van giảm áp 5) Bình chứa sản phẩm đỉnh 6) Bình chứa nguyên liệu 7) Bơm hoàn lưu 8) Bơm lên bồn cao vị 9) Bơm sản phẩm đáy 10) Điện trở nồi đun 220V 11) Nồi đun 12) Lưu lượng kế dòng nhập liệu 13) Lưu lượng kế dịng hồn lưu 14) Điện trở đun nóng dịng nhập liệu 15) Điện trở đun nóng dịng hoàn lưu 16) Cửa nhập liệu 17) Bồn cao vị PHẦN THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG/TẮT HỆ THỐNG CHƯNG CẤT 1.1 Quy trình vận hành (1) Khởi động Nhập liệu vào nồi đun: (khoảng 1/3 nồi)  Khóa van: van xả sản phẩm đáy (dưới đáy nồi đun) van hút gồm van điện từ van bơm sản phẩm đáy (phía sau hệ thống - ngang tầm với đáy nồi đun)  Bật công tắc bơm nhập liệu P1 mở van điện từ nồi đun V1  Theo dõi mực chất lỏng ống thủy bên hông trái nồi đun, thấy mực chất lỏng đến vạch đỏ (giả sử 2s bơm đủ 1/3 nồi)  Tắt van nồi đun V1 Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển q trình - Bài Gia nhiệt cho nồi đun:  Kiểm tra lần mực chất lỏng ống mực nồi đun để đảm bảo hỗn hợp ngập điện trở nồi đun, không gia nhiệt, nồi đun bị “cháy” điện trở  Bật công tắc điện trở nồi đun (R1)  Mở van nước gồm công tắc van điện từ phía trước (V4) cấp nước cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh làm việc Chờ nồi đun sôi (giả sử 2s) Nhập liệu vào mâm Khi thấy có pha bốc lên (giả sử 2s) nhiều ngưng tụ chảy thành giọt lỏng mâm tháp, mở van công tắc van điện từ (V2) Bật công tắc điện trở gia nhiệt cho dịng nhập liệu (R2) Khởi động dịng hồn lưu Khi thấy có dịng sản phẩm đỉnh ngưng tụ - chảy bình chứa sản phẩm đỉnh, mở van điện từ dịng hồn lưu khố van chảy tràn (giả sử 2s); Bật cơng tắc bơm hồn lưu (P3), van (V3), điện trở gia nhiệt cho dịng hồn lưu (R3) (2) Dừng hệ thống chưng cất: Tắt bơm P1 Tắt điện trở R1, R2, R3 Đóng van V2 Tắt bơm P3 Đóng van V4 Bật bơm P2 Sơ đồ khối quy trình điều khiển khởi động/ tắt hệ thống chưng cất: Hình Sơ đồ khối quy trình khởi động hệ thống chưng cất Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển q trình - Bài Hình Sơ đồ khối quy trình dừng hệ thống chưng cất 1.2 Sơ đồ lắp mạch Hình Sơ đồ lắp mạch điều khiển khởi động/tắt hệ thống chưng cất 1.3 Thiết kế chương trình // Điều khiển khởi động tắt hệ thống chưng cất void setup() { //Lần lượt bơm 1, pinMode(6, OUTPUT); pinMode(2, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); //Lần lượt van 1, pinMode(4, OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); pinMode(7, OUTPUT); //Lần lượt điện trở 1, pinMode(10, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển q trình - Bài pinMode(8, OUTPUT); //Cơng tắc pinMode(13, INPUT); } void loop() { if (digitalRead(13) == HIGH) { // Nhập liệu vào nồi đun digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(4, HIGH); delay(2000); // Gia nhiệt cho nồi đun digitalWrite(4, LOW); digitalWrite(10, HIGH); digitalWrite(7, HIGH); delay(2000); // Nhập liệu vào mâm digitalWrite(5, HIGH); digitalWrite(9, HIGH); delay(2000); // Khởi động dịng hồn lưu digitalWrite(3, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); } else if (digitalRead(13) == LOW) { // Tắt bơm P1 digitalWrite(6, LOW); // Tắt điện trở R1, R2, R3 digitalWrite(10, LOW);digitalWrite(9, LOW);digitalWrite(8, LOW); // Đóng van V2 digitalWrite(5, LOW); // Tắt bơm P3 digitalWrite(3, LOW); // Đóng van V4 digitalWrite(7, LOW); // Bật bơm P2 digitalWrite(2, HIGH); } } Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển q trình - Bài 1.4 Video kết Hình Hình ảnh trích từ video điều khiển khởi động tắt hệ thống chưng cất ĐIỀU CHỈNH ỔN ĐỊNH CÁC BIẾN QUÁ TRÌNH Ở TRẠNG THÁI LÀM VIỆC 2.1 Yêu cầu Sơ đồ khối điều khiển: Hình Sơ đồ khối điều khiển ổn định mức chất lỏng bình Trang 10 Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài Hình Sơ đồ khối điều khiển ổn định nhiệt độ nhập liệu 2.2 Sơ đồ lắp mạch Hình Sơ đồ lắp mạch điều chỉnh ổn định biến trình trạng thái làm việc trình chưng cất 2.3 Thiết kế chương trình // Điều khiển mực chất lỏng bơm // Đo khoảng cách cảm biến siêu âm HC-SR04 // Khai báo chân cảm biến int trig = 12; // chân TRIG Trang 11 Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài int echo = 11; // chân ECHO // Khai báo biến trình đo float distance_cm, level; float H = 60; // Chiều cao từ cảm biến đến vạch cm bình chứa unsigned int time_s; // Khai báo chân điều khiển bơm int pump = 3; // Sử dụng chân PWM : 3, 5, 6, 9, 10, 11 // Khai báo điều khiển float Kp = 10.0, Ki = 0.5, Kd = 15.0; float P, I, D, PID; float input, output, error, pre_error; float Setpoint = 20; float delta_t = 1; // Thời gian sấp xỉ vòng lặp void setup() { // Khai báo loại tín hiệu giao tiếp Serial.begin(9600); // Cổng giao tiếp máy tính Arduino pinMode(trig, OUTPUT); // Chân Trig chân phát tín hiệu pinMode(echo, INPUT); // Chân Echo chân nhận tín hiệu vào pinMode(pump, OUTPUT); } void loop() { //Đo khoảng cách từ cảm biến đến mặt nước // Đặt lại mốc thời gian đo // Lưu ý biến time biến hệ thống cần đặt tên khác time_s = 0; //Phát tắt tín hiệu digitalWrite(trig,0); // Tắt tín hiệu, đảm bảo khơng bị nhiễu từ lần đo trước delayMicroseconds(10); // Duy trì trạng thái tắt 10 micro giây digitalWrite(trig,1); // Phát tín hiệu sóng siêu âm delayMicroseconds(10); // Duy trì trạng thái tín hiệu 10 micro giây digitalWrite(trig,0); // Tắt tín hiệu // Thu tín hiệu // Thời gian chu kỳ thời gian từ lúc sóng phát ra, // Đến sóng phản xạ trở lại cảm biến time_s = pulseIn(echo, HIGH); // Tính khoảng cách từ cảm biến đến mặt nước Trang 12 Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài // Thời gian đo lần thời gian sóng di chuyển // Biến đổi vận tốc âm 30 độ C: 349 m/s thành 0.0349 cm/micro giây distance_cm = time_s*0.0349/2.0; // Lưu ý phép chia số thực // Chuyển đổi hiển thị mức chất lỏng level = H - distance_cm; Serial.println(level); // Điều khiển trì mực chất lỏng float input = level; // Đặt biến vào điều khiển float error = Setpoint - input; // Tính sai số theo đáp ứng xi float P = Kp*error; // Thành phần P = Kp*e(t) float I = Ki*error*delta_t; // Phép tính gần tích phân Ki*e(t)*dt float D = Kd*(error - pre_error)/delta_t; // Phép tính gần vi phân Kd*de(t)/dt float PID = P + I + D; PID = constrain(PID,50,255); // giới hạn tín hiệu khả hoạt động bơm float output = constrain(PID,50,255); analogWrite(3, output); float pre_error = error; delay(1000); // Tạo chu kỳ đo 1000 mili giây 2.4 Video kết Hình Hình ảnh trích từ video kết điều chỉnh ổn định biến trình trình chưng cất Trang 13 ... quy trình điều khiển khởi động/ tắt hệ thống chưng cất: Hình Sơ đồ khối quy trình khởi động hệ thống chưng cất Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở. .. 2.1 Yêu cầu Sơ đồ khối điều khiển: Hình Sơ đồ khối điều khiển ổn định mức chất lỏng bình Trang 10 Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài Hình Sơ đồ khối điều khiển ổn định nhiệt độ nhập... HIGH); } } Trang Báo cáo thí nghiệm Cơ sở Điều khiển trình - Bài 1.4 Video kết Hình Hình ảnh trích từ video điều khiển khởi động tắt hệ thống chưng cất ĐIỀU CHỈNH ỔN ĐỊNH CÁC BIẾN QUÁ TRÌNH Ở TRẠNG