BÀI tập lớn môn kỹ THUẬT điều KHIỂN tự ĐỘNG đề tài hệ THỐNG điều KHIỂN mức CHẤT LỎNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH  BÀI TẬP LỚN MƠN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC CHẤT LỎNG LỚP L02 - HK 211 NGÀY NỘP: 10/12/2021 Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Việt Hồng Sinh viên thực Phạm Thanh Hải Vũ Quang Hiếu Huỳnh Đức Khoa Nguyễn Vũ Lực Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC Chọn hệ thống Mô tả sơ đồ khối hệ thống Tìm hàm truyền hệ thống Phân tích điểm quan trọng chọn lựa cấu chấp hành cho hệ thống 4.1 Bơm chất lỏng 4.2 Động điện 4.3 Van điều chỉnh dòng chảy Phân tích điểm quan trọng chọn lựa thiết bị đo cho hệ thống 5.1 Những điểm quan trọng chọn lựa thiết bị đo 5.2 Chọn thiết bị đo cho hệ thống Phân tích điểm quan trọng việc xử lý tín hiệu 6.1 Bộ điều khiển pid phương pháp xác định tha 6.2 Xử lý nhiễu Mô Nhận xét Tài liệu tham khảo 2|Page download by : skknchat@gmail.com Chọn hệ thống Hệ thống điều khiển mức chất lỏng Hệ thống điều khiển mức chất lỏng hệ thống thiết kế đặc biệt để kiểm soát mức chất lỏng bể chứa Mục đích hệ thống kiểm soát tốc độ mà máy bơm cung cấp chất lỏng đến bể từ đạt đến mức mong muốn bên bể Mục đích hệ thống mức chất lỏng trì mức chất lỏng cụ thể bên bể Hệ thống kiểm soát mức chất lỏng ứng dụng quy trình cơng nghiệp Bồn chứa nước có đầu vào – đầu (SISO) cho hình Lưu lượng chất lỏng Q1 bơm vào bể thay đổi Lưu lượng chất lỏng dẫn khỏi bể Q2, qua van xả đặt gần đáy bể 3|Page download by : skknchat@gmail.com Mơ tả sơ đồ khối hệ thống Trong đó: - Input: Là tín hiệu điện (U I - phụ thuộc vào tín hiệu đầu cảm biến), độ cao xác lập - Output: Chiều cao thực tế bồn nước - Controller: Bộ điều khiển PID - Actuator: Máy bơm - Sensor: Cảm biến đo mức 4|Page download by : skknchat@gmail.com Tìm hàm truyền hệ thống Ở trạng thái cân động Q1 = Q2, mực nước bể không thay đổi Sự thay đổi Q1 Q2 ảnh hưởng đến thể tích chất lỏng V bể, tức mức nước bể thay đổi theo Xét phương trình dịng chảy khỏi bồn dòng chảy hỗn loạn Q1, Q2: biểu thị lưu lượng dòng chảy trạng thái ổn định q1(t): đại diện cho thay đổi nhỏ lưu lượng chất lỏng vào so với giá trị trạng thái ổn định thời điểm t q2(t) :đại diện cho thay đổi nhỏ lưu lượng chất lỏng so với trạng thái ổn định thời điểm t H: mức nước trạng thái ổn định chất lỏng bên bể h(t): thay đổi mức chất lỏng so với giá trị trạng thái ổn định thời điểm t - Giả sử thiết diện ngang A bồn khơng đổi, ta có phương trình: A.dh( t)= (q1(t) – q2(t)) Phương trình dịng chảy khỏi bồn dòng hỗn h(t ) loạn q2(t) = Thế vào (1): R A dh(t) = q1(t) – ρg h(t) dt R  RA dh (t) dt = Rq1(t) – h( t) RA Đặt: τ = RA – số thời gian bồn nước G = R – hệ số khuếch đại (ở giá trị xác lập) hệ thống Phương trình (2) trở thành: τ dh(t ) dt + h (t )= Gq1(t) Biến đổi Laplace với H(0) = 0: dh(t ) L{τ + h ( t )}=L{ Gq (t)} dt  τ s.H ( s) + H ( s) = GQ1(s)  H(s) = G Q ( s) τ s+1 5|Page download by : skknchat@gmail.com W(s) = Phân tích điểm quan trọng chọn lựa cấu chấp hành cho hệ thống 4.1 Bơm chất lỏng Bơm máy thủy lực dùng để vận chuyển chất lỏng (nước, dầu, hóa chất, …) từ nơi thấp đến nơi cao từ nơi đến nơi khác Năng lượng cấp cho chất lỏng thường lấy từ nhiều nguồn khác nhau: Máy nổ, máy nước, …Tuy nhiên trạm nhiều bơm động cấp cho bơm lấy từ động điện, việc cho phép bơm làm việc nhiều chế độ khác đơn giản cho người công nhân vận hành Điều kiện làm việc khác nhau: Trong nhà, trời, độ ẩm cao, nhiệt độ cao, …Do vậy, tùy theo yêu cầu mà vật liệu chế tạo bơm cấu truyền động phải chống chịu với môi trường làm việc Phân loại bơm theo cấu tạo: Bơm cánh gạt: Bơm cánh gạt loại khác bơm thủy lực Được thể hình 4.1, bao gồm rôto bù đắp vỏ với cánh gạt thu vào Các cánh gạt có lị xo đẩy bịt chặt vào vỏ máy Bởi có nhiều chất lỏng cánh gạt nửa vỏ so với cùng, có chuyển dịch rịng chất lỏng từ đầu vào đến cửa xả Trong số thiết kế, vị trí trục rơto điều chỉnh Càng bù đắp trục rôto, bơm nhiều chất lỏng Một máy bơm gọi máy bơm dịch chuyển biến thiên Bơm pittong: sử dụng piston nhỏ chuyển động qua lại để bơm chất lỏng Như thể hình 4.2, máy bơm bao gồm trục quay hình trụ vịng kim loại Hình 4.1 Hình 4.2 download by : skknchat@gmail.com 6|Page gọi xoay (khơng quay) Hình trụ chứa số piston nhỏ thực việc bơm thực tế Một đầu piston cưỡi swash Bởi swash góc với hình trụ, piston buộc phải chuyển động vào theo vòng quay xi lanh Bằng cách thay đổi góc swash, lượng chất lỏng bơm vòng quay thay đổi Bơm bánh răng: bao gồm hai bánh vỏ bơm Khi bánh quay, chất lỏng bị mắc kẹt khoảng trống nhỏ vỏ (cả dưới) chuyển tải từ đầu vào đến đầu Lưới bánh tâm đủ chặt để khơng có chất lỏng di chuyển qua hai cách thời điểm Loại máy bơm cịn gọi bơm dịch chuyển tích cực bơm lượng chất lỏng khơng đổi bơm cho vịng quay bánh Bơm ly tâm (bơm cánh quạt) sử dụng nhiều mang nhiều ưu điểm: Kết cấu nhỏ gọn, làm việc tin cậy, bền, cột áp bơm cao đạt hàng trăm mét hiệu suất tương đối cao 4.2 Động điện Động điện chuyển đổi lượng điện thành mô-men xoắn học Truyền động điện cho trạm bơm không yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ, áp dụng thường biện áp điều chỉnh điện áp cấp vào mạch sato Hiện nay, động không đồng ba pha roto lồng sóc sử dụng nhiều trạm bơm Việc Hình 4.3 sử dụng động khơng đồng roto ngắn mạch dẫn đến vấn đề dòng mở máy đạt (5-7) định mức, thời gian mở máy dài gây sụt áp cho thiết bị sử dụng chung nguồn nguy hại dãy động Tuy nhiên, trạm bơm đặc biệt yêu cầu thay đổi lưu lượng bơm, động kéo bơm dùng loại không đồng ba pha roto dây quấn, động chiều, yêu cầu momen lớn động động chọn 7|Page download by : skknchat@gmail.com Môi trường làm việc máy bơm thường khác nghiệt: Trên tàu thủy việc tản nhiệt bơm khó khăn (vì khơng gian hẹp) nên nhiệt độ động thường cao, nước mặn gây ăn mịn kết cấu bơm, hóa chất, xăng dầu Trong môi trường dễ cháy xăng dầu, nhựa, …động kéo thường không dùng loại chiều không đồng roto dây quấn làm việc gây tia lửa cổ góp chổi điện dẫn đến cháy nổ Ngồi cịn yếu tố lựa chọn động cơ: Công suất sử dụng cần thiết (tốc độ, momen xoắn, …) Độ xác vận hành khả phản hồi tín hiệu tốt Cơ cấu điều khiển Điện áp tần số phù hợp với lưới điện sẵn có, sử dụng Phổ biến, giá thành rẻ Khối lượng, kết cấu nhỏ gọn 4.3 Van điều chỉnh dòng chảy Một loại cấu chấp hành phổ biến sử dụng hệ thống điều khiển q trình van điều khiển dịng chảy, điều chỉnh dòng chảy chất lỏng Van điều khiển có van vận hành tích hợp, cho phép điều khiển từ xa tín hiệu từ điều khiển Thơng thường, tín hiệu điện khí nén Hình 4.4 cho thấy ba loại van điều khiển lưu lượng Hình 4.4 (a) cho thấy van bật-tắt, kích hoạt điện từ Khi điện từ cung cấp lượng, van kéo mở, chất lỏng chảy Khi điện từ khử khí hóa, lị xo trả lại van đến vị trí đóng Van bật-tắt sử dụng quy trình hàng loạt (ví dụ, máy giặt nơi bồn chứa làm đầy đến mức quy định nhanh tốt, kích hoạt thời gian, sau trống rỗng) Nhiều quy trình địi hỏi khả thay đổi lưu lượng chất lỏng đường ống cách liên tục Để làm điều này, thân van phải điều khiển truyền động tuyến tính số kiểu Hình 4.4 (b) mơ tả van hoạt động điện Trong trường hợp này, điện động dẫn động trụ van kiểu trục vít, đặt vị trí 8|Page download by : skknchat@gmail.com Van hoạt động khí nén sử dụng áp suất khơng khí làm tín hiệu điều khiển Được thể Hình 4.4 (c), bạn thấy áp suất khơng khí tăng lên, màng ngăn di chuyển xuống (chống lại lị xo) đóng van Loại van sử dụng chế độ tắt mở ứng dụng dịng chảy thay đổi Hình 4.4 9|Page download by : skknchat@gmail.com Phân tích điểm quan trọng chọn lựa thiết bị đo cho hệ thống 5.1 Những điểm quan trọng chọn lựa thiết bị đo 5.1.1 Phương pháp đo mức nước Phương pháp đo mức nước cách thức để đo lường mức nước hay mức chất lỏng cách đơn giản hiệu tối ưu Với phương pháp đo mức khác đo lường xác loại nước hay chất lỏng điều kiện môi trường khác Phương pháp đo ảnh hưởng tới khoảng đo tầm đo làm, điều định nhiều vào mức độ phù hợp thiết bị đo hệ thống Các phương pháp đo mức nước đa dạng, kể đến phương pháp đo mức nước sóng siêu âm, đo mức nước radar, đo mức nước phương pháp thủy tĩnh, hay đo mức phương pháp điện dung 5.1.2 Độ xác Độ xác chất lượng việc điều chỉnh tiếp cận coi Độ xác dụng cụ đo liên quan đến mức độ gần gũi mà kết đo có với giá trị tham chiếu, gọi giá trị thực cường độ thực Độ xác phụ thuộc vào chất lượng hiệu chuẩn thiết bị nghiên cứu phương pháp đo lường Độ xác kết xác, kết xác khơng thiết phải xác, kết tập trung khác xa với giá trị thực Độ xác định tới độ tin cậy hệ thống Việc hệ thống đạt yêu cầu hay không phụ thuộc vào mức độ xác thiết bị đo 5.1.3 Độ nhạy Độ nhạy tỷ số biến thiên tín hiệu với biến thiên tín hiệu vào phương tiện đo xác độ nhạy lớn phương tiện đo có khả phát biến đổi nhỏ đại lượng đo Phân loại: - Độ nhạy tuyệt đối 10 | P a g e download by : skknchat@gmail.com - Độ nhạy tương đối (thường dùng): tỷ số biến thiên đại lượng với biến thiên tương đối đại lượng vào 5.1.4 Độ trễ băng thông Độ trễ thời gian cảm biến đo mức truyền liệu tới xử lý số liệu để hệ thống vận hành Thời gian ảnh hướng tới thời gian làm việc tồn hệ thống Độ trễ băng thơng thuật ngữ dùng để chậm trễ thường phát sinh xử lý liệu xử lý Ngược lại với băng thông, độ trễ nhỏ tốc độ mạng nhanh delay ngược lại, độ trễ lớn tốc độ mạng chậm delay nhiều 5.1.5 Truyền liệu Chọn cảm biến phận xử lý liệu thống chung chuẩn để thuận lợi trình nhận truyền liệu 5.2 Chọn thiết bị đo cho hệ thống 5.2.1 Các phương pháp cảm biến đo mức thông dụng Phương pháp đo Đo mực nước trọng lượng vật liệu bồn chứa vấn đề thường gặp trình công nghiệp - Phương pháp đo trực tiếp: theo dõi bề mặt chất lỏng – dùng cấu phao nối liền với phận hiển thị Phương pháp đơn giản tin cậy, khơng tạo nên tín hiệu điều khiển dễ dàng - Phương pháp đo gián tiếp: đo biến khác mà có liên quan đến mực nước – đo áp suất tĩnh điểm vùng thể tích Phương pháp dựa sở áp suất tĩnh tỉ lệ thuận với khối lượng riêng chiều cao khối chất lỏng phía điểm đo Các loại cảm biến đo mức phân thành hai loại - Rời rạc: cảm nhận mực nước giá trị định - Liên tục: cho tín hiệu tương tự tỉ lệ với mực chất lỏng Cảm biến đo mức nước dạng phao Đo mức nước phao inox phao nhựa phương pháp giám sát mực nước bồn đơn giản nhất; rẻ nhất; cảm biến báo mức chất lỏng có độ xác thấp Phao cảm biến mực nước hoạt động theo nguyên lý nước dâng đến đâu phao nhựa phao inox lên đến Cho đến nước làm chìm phao cho tín hiệu báo đèn sáng lên đồng thời ngưng bơm Khi nước 11 | P a g e download by : skknchat@gmail.com bồn rút phao lại hạ thấp từ từ theo mức nước rút tắt đèn phao mức nước có khoảng cách biểu thị cho việc gần cạn nước bồn Trường hợp dùng phao; thường thấy nhà dân chung cư dùng để báo đầy bào tràn hay báo cạn mực nước Phương pháp áp dụng nhà máy cũ Tuy nhiên; việc sử dụng dòng siêu âm; thủy tĩnh thay hoàn toàn dạng phao triển khai nhiều đểm đảm bảo độ tin cậy báo cao tín hiệu giúp giám sát vi tính; điện thoại thơng qua mạng internet Cảm biến đo mức nước thủy tĩnh Cảm biến thủy tĩnh hay gọi phao đo mực nước dạng áp suất hoạt động theo nguyên lý áp suất nước ép vào đầu cảm biến thông qua phận xử lý đưa tín hiệu 4-20mA 0-10V (cảm biến đo mức 0-10V ) Thiết bị đo mực nước bể bao gồm dây cáp bọc nhựa bảo vệ phận xử lý tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện với lớp bảo vệ IP68 chống nước xâm nhập Chủ yếu dùng để đo mức nước bể nước sạch; nước thải Thường phao đo mức nước dạng thả chìm hay kết hợp với hiển thị mức nước điều khiển mức nước nước hợp nước gần đầy gần cạn để tránh cháy bơm tràn nước khỏi bể Tuy nhiên; có độ sai số mức 0.5% thiết bị đo bền tốt mơi trường nước bình thường Cịn môi trường nước thải; hầu hết bể nước thải khu công nghiệp chứa tạp chất axit hóa chất ăn mịn nên thiết bị không bền môi trường nước thải công nghiệp Cảm biến báo mức nước dạng que Thiết bị báo mức nước dạng que hay gọi đầu dò mực nước ( Phao ty cực đo mức nước) Đây dịng thiết bị có thiết kế gồm que dị đường kính 68mm chiều dài tự theo cầu khách hàng; Và đầu chứa vi mạch chuyển đổi thành dạng tín hiệu 4-20mA 0-10V tín hiệu dạng truyền thơng Que dị mực nước có dạng chính: Đo mức liên tục xuất tín hiệu analog modbus rtu dạng báo tràn báo cạn mức chất lỏng Đa dạng chức đo tất môi trường rắn lỏng như: Nước; nước sạch; khu vực nước nóng lị hơi; nước thải; xi măng; hạt nhựa; axit; hóa chất ăn mịn cao… Độ sai số mm….1% tùy loại với mức giá tương đối rẻ so với dòng siêu âm radar Nhiệt độ chịu max 300 oC áp suất chịu max 100 bar 12 | P a g e download by : skknchat@gmail.com Cảm biến đo mức chất lỏng dạng điện dung Cảm biến điện dung đo liên tục hoạt động theo nguyên lý cảm nhận mức chất lỏng dâng lên dựa vào que điện cực chuyển chiều cao mức nước thành tín hiệu analog modbus để đưa đọc hiển thị PLC Cảm biến điện dung đo on/off ( Phao báo cạn báo đầy dạng điện cực) hoạt động theo nguyên lý cảm biến gắn ngang Mực chất lỏng dâng lên vượt qua que điện cực cảm biến output tín hiệu PNP truyền báo tràn cần tắt bơm mực chất lỏng bồn gần cạn rút qua cảm biến gắn phái kích bơm để bơm chất lỏng vào Tuy nhiên, để điều khiển dạng tín hiệu PNP xuất từ cảm biến ta phải kết hợp thêm rơle kiếng hay gọi rơ le trung gian Cảm biến đo mức dùng sóng siêu âm Thiết bị đo mức chất lỏng với phương pháp đo sóng siêu âm loại cảm biến đo mức nước có độ xác cao; hầu hết sử dụng đo mức nước; nước thải công nghiệp nước cất nhà máy sản xuất thuốc Đây coi cảm biến đo mức liên tục 4-20mA hay cảm biến đo mức liên tục 0-10V cảm biến đo mức liên tục truyền thông modbus rtu Hoặc đo mức Dầu Diezen; dầu Do trạm xăng; Đo mức dầu điều, dầu nành; dầu nhà máy… Điểm mạnh dòng độ xác cao 0.15% Đây mức đạt chuẩn Châu Âu Bên cạnh đó; trình đo khơng xúc với chất lỏng nên độ bền cao Tốc độ truyền tín hiệu nhanh Cài đặt thay đổi dãy đo cách tự mà không làm thay đổi độ sai số thiết bị Đo mức chất lỏng siêu âm dạng sóng có dịng đo liên tục đo on/off tín hiệu output giống phao ty cực điện dung Nguyên lý cảm biến siêu âm bắn sóng Sóng chạm vào chất lỏng phản hồi tín hiệu truyền qua phận xử lý đưa tín hiệu analog | Modbus rtu hay PNP kết nối với hiển thị mức nước liên tục để người dùng quan sát mức nước Cảm biến đo mức chất lỏng radar Cảm biến báo mức radar hay gọi thiết bị đo cảm biến radar; xem dòng thiết bị đo mức chất lỏng chất rắn có độ tín cậy cao; thời gian phản hồi tín hiệu nhanh Đặc biệt; dòng cảm biến mức radar đo tất loại chất lỏng công nghiệp với nhiệt độ áp suất cao; trừ dịng axit hóa chất ăn mịn Bên cạnh đó; thiết bị radar cịn đo mức chất rắn xi măng silo dạng tro bay đo mức xăng xác 13 | P a g e download by : skknchat@gmail.com Các hãng radar có độ xác cao nay: Cảm biến mức radar hãng Vega; Cảm biến mức radar hãng Dinel; cảm biến mức radar hãng endress hauser Đây hãng tiếng xuất xứ Châu Âu Trong đó; thiết bị đo mức radar hãng Dinel dịng cảm biến mức radar có mức giá tốt dịng endress hauser có mức giá gần cao hãng thiết bị đo mức thuộc EU/ G7 5.2.2 Chọn thiết bị đo cho hệ thống Yêu cầu kỹ thuật - Độ xác cao - Độ tin cậy cao - Hoạt động ổn định - Phù hợp với môi trường - Độ trễ thấp - Đo mức liên tục Thiết bị đo cho hệ thống Với yêu cầu trên, nhóm chúng em định chọn thiết bị đo mức dùng sóng siêu âm, với độ xác cao 0,15%, nguyên lý hoạt động phù hợp với hệ thống Nguyên lý cảm biến siêu âm bắn sóng Sóng chạm vào chất lỏng phản hồi tín hiệu truyền qua phận xử lý đưa tín hiệu analog | Modbus rtu hay PNP kết nối với hiển thị mức nước liên tục để người dùng quan sát mức nước 14 | P a g e download by : skknchat@gmail.com Phân tích điểm quan trọng việc xử lý tín hiệu Bộ xử lý tín hiệu có chức chuyển đổi tín hiệu sơ cấp thành tín hiệu sử dụng phần tử hệ thống Những công việc xử lý tín hiệu thường gặp là: cách ly biến đổi trở kháng, khuếch đại tín hiệu; lọc (chống nhiễu); tuyến tính hóa; lấy mẫu; chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ngược lại 6.1 Bộ điều khiển pid phương pháp xác định tham số điều khiển PID PID bộđiều khiển phản hồ i vịng kín sử dụng rộng rãi hệthống điện, tựđộng hóa, điện tử Một bộđiều khiển PID kết hợp bộđiều khiển: tỉ lệ, tích phân vi phân mơ tả 6.1a Ảnh hưởng thông số chỉnh định PID Trong bộđiều khiển PID, thành phần P, I, D có liên hệtrực tiếp với đáp ứng đầu có sựảnh hưởng lẫn trình chỉnh định Cụ thể: •Thành phần tỷ lệ P (Proportional): Giúp triệt tiêu sai lệch tĩnh •Thành phần tích phân I (Integral): Có vai trị làm sai lệch tĩnh giảm nhanh •Thành phần vi phân D (Derivative): Giúp cải thiện trình độ Giống điều khiển khác, điều khiển PID có đầu vào sai số giá trị đặt, giá trị đáp ứng Khi đưa vào điều khiển, thành phần tỷ lệ P tác động đến sai số tại, thành phần tích phân I xác định tác động tổng sai số khứ, thành phần vi phân D xác định tác động tốc độ biến đổi sai số (dự đoán sai số tương lai) Sự kết hợp tham số làm cho điều khiển PID có đáp ứng nhanh khó điều chỉnh điều khiển khác Các ảnh hưởng cụ thể thành phần tỷ lệ P thành phần tích phân I phân tích chi tiết chương trước Riêng với thành phần vi phân D nhạy với nhiễu nên thường cần thêm lọc thông thấp để loại bỏảnh hưởng nhiễu tần số cao.Việc tinh 15 | P a g e download by : skknchat@gmail.com chỉnh thông số PID thường thông qua phương pháp phương pháp Ziegler Nicholes phương pháp chỉnh định tay 6.1b Phương pháp Ziegler Nichols Phương pháp Ziegler-Nichols phương pháp thực nghiệm đểxác định tham sốcủa bộđiều khiển, cách dựa vào đáp ứng độcủa đ ối tư ợng điều khiển Tùy theo đặc điểm đối tư ợng ều khiển mà Ziegler-Nichols đưa hai phương pháp lựa chọn tham số Ziegler-Nicholes Ziegler-Nichols *Phương pháp Ziegler Nicholes thứ Là phương pháp lựa chọn tham sốvới nhữ ng đối tượng có đáp ứng chậm, đặc tính đối tư ợng dạng hàm nấc chữ S hình Với L thời gian trễcủa hệ thống, T thời gian xác lập Tham số PID tính chọn bảng * Phương pháp Ziegler Nicholes thứ hai Là phương pháp lựa chọn tham số với nhữ ng đ ối tư ợng có hàm truyền mang khâu tích phân độcao mực nư ớc, vịtrí đ ộng cơ, Các bước tính chọn tham sốđư ợc thực theo thứ tựnhư sau:•Bước 1: Cho thành phần tích phân I vi phân D 16 | P a g e download by : skknchat@gmail.com 0, tăng dần thành phân tỷlệ P hệthống đạt trạng thái ổn định biên (ranh giới ổn đ ịnh khơng ổn đ ịnh) dao động tuần hồn với chu kỳT ghnhư hình Bước 2: Với giá trịthành phần tỷ lệ Kp=Kgh, tham sốcủa PID tính toán sau: *Phương pháp chỉnh định tay: Là phương pháp chỉnh định thành phần tỷlệ, tích phân, vi phân dựa theo ảnh hưởng chúng đến hệ thống Quy trình chỉnh định tay thực theo thứ tựnhư hình 17 | P a g e download by : skknchat@gmail.com Đầu tiên đặt thành phần tích phân vi phân 0, tăng dần thành phần tỷlệ P cho hệthống đạt cỡ 10-15% độquá điều chỉnh Tiếp theo, tiến hành tăng thành phần vi phân D để hạn chế vọt lố gây từ thành phần tỷlệP Sau đạt 24 độ điều chỉnh mong muốn, tiến hành thêm thành phần vi phân I để hệ thống đạt cỡ15% độ điều chỉnh Với kết hợp thành phần, điều khiển PID cho phép thành phần tỷ lệ P lớ n 25-50%, thành phần tích phân I lớn 20-40% so vơi P PI thông thường *So sánh hai phương pháp chỉnh định Có thể thấy đáp ứng củ a phương pháp Ziegler Nicholes phương pháp chỉnh định tay cho kết tốt Tuy nhiên phương pháp Ziegler Nicholes có phần vượt trội độ điều chỉnh, thời gian đáp ứng độ dự trữ biên, độ trữ pha 6.2 Xử lý nhiễu Tín hiệu 4-20mA thường dùng lập trình PLC tín hiệu analog sử dụng nhiều cơng nghiệp Loại tín hiệu khơng bị giảm truyền xa đặc tính không phụ thuộc vào khoảng cách mà phụ thuộc vào nội trở dây dẫn Tuy nhiên, nhà máy có nhiều thiết bị gây nhiễu cho tín hiệu này, chẳng hạn biến tần motor có cơng suất cao Đối với tín hiệu 4-20mA truyền PLC để xử lý, tín hiệu bị nhiễu chập chờn, thấy tín hiệu khơng ổn định Nếu có thiết bị chun dụng để đo thấy tín hiệu lúc khơng phải 4-20mA mà 3,75-19,75mA Điều gây khó khăn cho việc lập trình PLC 18 | P a g e download by : skknchat@gmail.com Ngoài tín hiệu bị nhiễu, dẫn đến tình trạng hệ thống hoạt động không ổn định Tín hiệu 4-20mA bị nhiễu tín hiệu có giá trị nhỏ 4-20mA lớn 4-20mA Để giảm tình trạng nhiễu tín hiệu, ta xử lý phương pháp sau: Xử lý tín hiệu 4-20mA bị nhiễu cách điều chỉnh tín hiệu: Khi tín hiệu 4-20mA bị nhiễu, phát cách sử dụng đo dịng analog để đo, sau chỉnh lại giá trị thiết bị đầu vào tín hiệu 4-20mA chuẩn Việc phương pháp tạm thời để xử lý trước mắt cách xử lý triệt để Xử lý tín hiệu 4-20mA bị nhiễu cách sử dụng cách ly chống nhiễu: Cách xử lý triệt để an toàn nên sử dụng cách ly tín hiệu để chống nhiễu cho thiết bị Đây thiết bị thiết kế với tính cách ly chống nhiễu nguồn cấp, tín hiệu input, output để đảm bảo tín hiệu 4-20mA truyền ln ổn định * Ngồi lọc nhiễu lọc thông thấp lọc Norch Mô Ta sử dụng MATLAB Simulink để mô hệ thống Chọn giá trị cho biến để tiến hành mô phỏng: 19 | P a g e download by : skknchat@gmail.com Sau có liệu file excel, ta lựa chọn thông số tối ưu cho giá trị Kp, Ki, Kd ta chọn: KP = 1/1.36300043 KI = (1/1.36300043)/97 Kd = Kết quả: Hình 1: Đồ thị sau mơ Hình 4: Đồ thị tank sau mơ 20 | P a g e download by : skknchat@gmail.com Hình 5: Đồ thị đáp ứng sau mơ Hình 6: Đồ thị đáp ứng Pump sau mô Nhận xét Hệ thống tự động điều chỉnh mức chất lỏng thiết kế sở ứng dụng lý thuyết học điều khiển PID, phù hợp với yêu cầu thực tế q trình cơng nghệ, ứng dụng nhiều lĩnh vực Kết mơ phóng cho MATLAB cho thấy hệ thống hoạt động đảm bảo độ tin cậy, độ xác, dễ thực kỹ thuật, đơn giản cơng việc kiểm sốt mức chất lỏng bể chứa Ngồi ra, em đề xuất ngồi PID xử dụng điều khiển PID + PI+ có khả lọc nhiễu trước vào hệ thống 21 | P a g e download by : skknchat@gmail.com Tài liệu tham khảo Christopher T Kilian, “Modern control technology: components and systems”, Novato, CA: Delmar Thomson Learning, 2000 Nguyễn Thành Tín, “Nghiên cứu tổng quan PLC hãng Siemens ứng dụng thiết kế điều khiển từ động hệ thống nhiều bơm lên bể chứa”, Đồ án tốt nghiệp đại học hệ quy ngành điện tử công nghiệp, 2018 Electronics Coach (2016), “Liquid Level Control System”, https://electronicscoach.com/liquid-level-control-system.html, truy cập ngày 28/11/2021 HUPHACO, “Xử lý tín hiệu 4-20mA bị nhiễu”, https://cambiendo.vn/xu-ly-khi- tin-hieu-4-20ma-bi-nhieu/, truy cập ngày 6/12/2021 22 | P a g e download by : skknchat@gmail.com ... skknchat@gmail.com Chọn hệ thống Hệ thống điều khiển mức chất lỏng Hệ thống điều khiển mức chất lỏng hệ thống thiết kế đặc biệt để kiểm soát mức chất lỏng bể chứa Mục đích hệ thống kiểm soát tốc... tốc độ mà máy bơm cung cấp chất lỏng đến bể từ đạt đến mức mong muốn bên bể Mục đích hệ thống mức chất lỏng trì mức chất lỏng cụ thể bên bể Hệ thống kiểm soát mức chất lỏng ứng dụng quy trình cơng... 6.1 Bộ điều khiển pid phương pháp xác định tham số điều khiển PID PID b? ?điều khiển phản hồ i vịng kín sử dụng rộng rãi h? ?thống điện, tự? ?ộng hóa, điện tử Một b? ?điều khiển PID kết hợp b? ?điều khiển: