Lời nói đầu Ngày nay, phát triển vợt bậc khoa học kỹ thuật đà mang lại cho ngành kỹ thuật nói chung ngành điều khiển học nói riêng khuôn mặt Cùng với phát triĨn m¹nh mÏ cđa khoa häc kü tht ,viƯc øng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào lĩnh vực tự động hoá đà mang lại chuyển biến rõ rệt ,ghóp phần thúc đẩy phát triển mạnh mẽ nhiều lĩnh vực công nghệ ,đáp ứng đợc tiêu chất lợng giá thành sản phẩm nâng cao chất lợng sống Chính nhờ đóng góp kỹ thuật đại mà ngày có nhiều loại máy móc ,thiết bị đại đợc đa vào ứng dụng thực tế mang lại không thành kinh tế, y học, quân Trong hệ thống công nghiệp , toán thờng gặp điều khiển nhiệt độ Hiện giới có nhiều thiết bị đà đợc đa vào ứng dụng để điều khiển nhiệt độ, thiết bị đem lại hiệu cao thiết bị ®iỊu chØnh nhiƯt ®é TCU(Temperature Control Unit ) TCU lµ thiết bị điều khiển quen thuộc giới, nhiên Việt Nam mẻ, đợc ứng dụng thực tế sản xuất Nhằm mục đích tìm hiều để thấy đợc u nhợc điểm thiết bị thông qua phổ biến ứng dụng thiết bị thực tế,đồng thời củng cố kiến thức đà đợc trang bị suốt thời gian học tập trờng, em đà chọn đề tài tèt nghiƯp: HƯ thèng ®iỊu chØnh nhiƯt ®é sư dơng thiết bị TCU Nội dung đồ án bao gồm vấn đề sau: Chơng Khái quát chung thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU Trình bày vấn đề chung thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU Chơng Cấu trúc kết nối vào Trình bày cấu trúc phần cứng thiết bị ,khả phối ghép thiết bị TCU thiết bị đo khác Chơng Sự hoạt động thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU hệ thống công nghiệp Trình bày chế độ hoạt động thiết bị TCU Chơng Các phơng pháp điều khiển thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU Trình bày phơng pháp đợc sử dụng thiết bị TCU nh :điều khiển PID, điều khiển ON/OFF ,điều khiển Cascade khả tự chỉnh thiết bị Chơng Kết nối truyền thông RS-485 Trình bày khả phối ghép thiết bị TCU với thiết bị ngoại vi nh máy in, thiết bị đầu cuối ,bộ điều khiển chơng trình ,máy tính trung tâm Đồng thời nêu lên phơng thức truyền nhận liệu thiết bị Chơng ứng dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU vào hệ thống công nghiệp Tùy theo yêu cầu công nghệ mà sử dụng thiết bị điều chỉnh TCU vào hệ thống điều khiển cụ thể Chơng Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU Khảo sát trình điều chỉnh nhiệt độ với đối tợng điều khiển lò điện trở Sau xác định đối tợng thực nghiệm dùng phần mềm MATLAB để xác định điều khiển PID Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Điều khiển tự động đà tận tình giảng dạy truyền đạt cho em kiến thức bổ ích suốt trình học tập nghiên cứu trờng,tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đặc biệt em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Ts.Nguyễn Văn Hoà Ths.Nguyễn Thu Hà đà trực tiếp tận tình hớng dẫn em suốt trình thực đồ án tốt nghiệp Mục lục Lời nói đầu Tra ng Chơng Khái quát chung thiết bị điều chØnh nhiƯt ®é TCU Chơng Cấu trúc kết nối vào 2.1 Bảng điều khiÓn 2.1.1 Hai d·y hiĨn thÞ 2.1.2 Sáu đèn báo chế độ hoạt động 2.1.3 Bèn nót ®iỊu khiÓn 2.2 Cấu trúc bên thiết bị điều chỉnhTCU 2.2.1 Kho¸ chän nguån chân chọn thiết bị đo nhiệt độ 2.2.2 Các modul đầu 2.3 Lùa chän kết nối đầu vào ,đầu Chơng hoạt động thiết bị TCU 3.1 Chế độ thờng 3.2 ChÕ ®é không bảo vệ thông số 3.3 Chế độ bảo vệ thông số 3.4 ChÕ ®é Èn 3.5 Các modul lập cấu hình th«ng sè 3.5.1 Modul vµo (1In) 3.5.2 Modul (2OP) 3.5.3 Modul kho¸ (3LC) 3.5.4 Modul cảnh báo (4AL) 3.5.5 Modul đầu làm lạnh (5O2) 3.5.6 Modul truyÒn th«ng (6SC) 3.5.7 Modul đầu vào tơng tự (72n) 3.5.8 Modul ®iỊu khiĨn van (8VP) 3.5.9 Modul thiết lập nhà sản xuất (9FC) Chơng phơng pháp điều khiển thiết bị tcu 4.1.Điều khiển PID 12 13 13 13 14 14 14 15 17 18 24 25 27 30 32 33 4.1.1 Kho¶ng tØ lƯ 4.1.2 H»ng sè tÝch ph©n 4.1.3 H»ng sè vi ph©n 4.2 §iỊu khiĨn ON/OFF 4.3 §iỊu khiĨn Cascade 4.3.1 Mô hình điều khiển External Cascade 4.3.2 Mô hình điều khiển Internal Cascade 4.4 VÊn ®Ị tù chØnh cña TCU Chơng kết nối truyền thông rs-485 33 5.1 Chn trun th«ng RS485 5.2 Truyền câu lệnh liÖu 5.2.1 Trun c©u lƯnh 5.2.2 NhËn d÷ liƯu chơng ứng dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ vào hệ thống công nghiệp 6.1 Điều khiển giám sát dòng cấp nhiệt 6.2 Điều khiển nung nóng/làm m¸t 6.3 §iỊu khiĨn vÞ trÝ van 6.4 §iỊu khiĨn Internal Cascade 6.5 §iỊu khiÓn External Cascade 6.6 Điều khiển giá trị đặt Master 48 34 35 38 40 41 42 43 48 49 49 50 55 55 56 57 59 60 61 62 chơng xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ tcu 7.1 Xác định đối tợng điều khiÓn 7.2 Mô hình sơ đồ mạch kết nối 7.2.1 Mô hình 7.2.2 Sơ đồ mạch kết nối 7.3 Bộ điều khiển công suất 7.3.1 Đặc điểm 7.3.2 Nguyên lí làm việc hệ thống điều chỉnh công suất 7.4 Xác định đối tợng 7.4.1 Đặc tính đối tợng 7.4.2 Xác định hàm truyền đạt đối tợng 7.5 Dùng Matlab xác định điều khiển PID 7.5.1 Hệ thống vòng điều khiển 7.5.2 HÖ thống Cascade dùng hai vòng điều khiển 7.6 Cài đặt thông số cho ®iỊu khiĨn cđa TCU KÕt ln Tài liệu tham khảo 62 64 64 65 66 67 68 80 80 81 84 84 89 92 KÕt luận Trong dây truyền công nghệ đại ngày nay, thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU với u điểm bật nh thiết bị nhỏ gọn tích hợp vào hệ thống điều khiển giám sát dòng cấp nhiệt ,điều khiển trình nung nóng/làm mát, điều khiển Internal Cascade ,điều khiển External Cascade dùng máy tính đặt giá trị từ trung tâm điều khiển ,thờng đợc sử dụng Đây thiết bị điều khiển quen thuộc giới, nhiên Việt Nam mẻ, cha đợc ứng dụng thực tế sản xuất Với mục đích tìm hiểu để thấy đợc tính thiết bị thông qua phổ biến ứng dụng thiết bị thực tế,đồng thời củng cố kiến thức đà đợc trang bị suốt thời gian học tập trờng, đồ án đà sâu vào tìm hiểu thiết bị đà đạt đợc số kết sau: +Xác định cấu trúc phần cứng thiết bị khả phối ghép thiết bị TCU với thiết bị đo khác +Thiết bị TCU hoạt động nh hệ thống công nghiệp +Xác định phơng pháp điều khiển thiết bị TCU +Khả kết nối thiết bị với thiết bị ngoại vi,có sử dụng chuẩn truyền thông RS-485 +Khả ứng dụng thiết bị vào hệ thống điều chỉnh nhiệt độ +Thực nghiệm xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị TCU Tuy nhiên hạn chế thời gian trình độ ,cũng nh hạn chế tiếp xúc thực tế sản xuất nên chắn đồ án không tránh khỏi thiếu sót, mong đợc thầy cô nhận xét bảo Chắc chắn kinh nghiệm quý báu giúp chúng em hành trang vào sống Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ts Nguyễn Văn Hòa, Ths.Nguyễn Thu Hà đà tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đề tài Quá trình làm việc thực hệ thống đề tài yêu cầu đà tạo điều kiện cho em häc hái, tiÕp cËn víi nhiỊu kiÕn thøc công nghệ chuyên ngành Chơng Khái quát chung thiết bị điều chỉnh nhiệt ®é TCU Bé ®iỊu khiĨn TCU nhËn tÝn hiƯu tõ sensor đo nhiệt độ, hiển thị nhiệt độ trình tạo tín hiệu ( tỉ lƯ thêi gian, tun tÝnh hay ®iỊu khiĨn van ) xác để điều khiển trình Với tập thao tác dễ dàng cho phép điều khiển giải nhiều yêu cầu ứng dụng phức tạp Bộ ®iỊu khiĨn cã thĨ ho¹t ®éng chÕ ®é ®iỊu khiĨn PID cho c¶ hai kiĨu øng dơng nung nãng, làm mát Khi yêu cầu, chức tự chỉnh tự lựa chọn thiết lập số cho điều khiển PID Sau số đợc tinh chỉnh sau đợc khoá lại ngời dùng thời điểm Với thông số đà đợc chỉnh định, điều khiển tạo đáp ứng phù hợp, nhanh mà không tồn điều chỉnh Khi chuyển sang chế ®é ®iỊu chØnh tay, ngêi dïng cã thĨ trùc tiÕp thay đổi thông số bảng điều khiển đợc đáp ứng mong muốn Ngoài , điều khiển TCU hoạt động chế độ điều khiển ON/OFF với khoảng trễ cho phép điều chỉnh, thay đổi Hai dÃy hiển thị (mỗi dÃy cã digit – kh«ng kĨ dÊu chÊm ) hiƯn đồng thời nhiệt độ trình điểm đặt Sáu đèn báo chế độ thông báo đầy đủ trạng thái hệ thống bao gồm: dạng điểm đặt ( địa phơng hay từ xa ), chế độ điều khiển (tự động hay điều khiển tay ), trạng thái đầu cảnh báo Các modul đầu (Relay, SSR Drive, Triac) dễ dàng tháo lắp chuyển đổi đợc cấu hình đầu sau: đầu chính, đầu cảnh báo, đầu làm mát, đầu điều chỉnh van Đầu tuyến tính chiều cung cấp dòng 20 mA ¸p 10 VDC cho c¸c c¬ cÊu chÊp hành, máy ghi đồ thị , hiển thị hay điều khiển khác Tín hiệu đầu đợc số hoá lựa chọn để truyền thông số: % đầu ra, giá trị nhiệt độ trình, giá trị điểm đặt Đầu vào giám sát dòng nhiệt đợc dùng nh đồng hồ số đo giám sát dòng cấp nhiệt cho sợi đốt, lấy đầu vào trực tiếp từ biến dòng ( ví dơ lo¹i CT 005001 cđa h·ng Red Lion ) Mét đầu cảnh báo theo kiện đợc lập trình để phát tín hiệu cảnh báo dây đốt hay thiết bị bị hỏng, trớc cố xảy gây thiệt hại vật chất cho trình Sự kiện báo động xuất thoả mÃn hai điều kiện sau: 1.Đầu OP1 trạng thái tích cực dòng cấp nhiệt thấp giá trị cảnh báo, dấu hiệu kiện dây đốt bị hỏng 2.Đầu OP1 không tích cực dòng cấp nhiệt vợt 10% giá trị cảnh báo , cho biết thiết bị điều khiển bị ngắn mạch số vấn đề khác Đầu điều khiển van : trực tiếp điều khiển vị trí van cặp đầu ( đóng, mở van ) để điều khiển hớng mở van Vị trí động xác định vị trí mở van Có hai chế độ cho van: điều khiển vị trí van (có sử dụng vòng phản hồi ) điều khiển tốc độ Một đầu cảnh báo kiện đợc dùng tín hiệu phản hồi hay phát hỏng van Đầu vào tơng tự thứ hai (0 20 mA DC ) dùng làm điểm đặt từ xa tín hiệu vào cho trình vòng ( mô hình Internal Cascade ) Nếu kiểu giá trị đặt từ xa: cho phép thiết lập hƯ thèng mµ chØ cã mét TCU Master cung cÊp giá trị đặt cho nhiều TCU Slave dùng cho hƯ thèng External Cascade Khi lµ tÝn hiƯu vµo cđa trình tạo hệ Cascade mét thiÕt bÞ TCU ( Internal Cascade ) Giao diƯn kÕt nèi trun th«ng RS485 cung cÊp mét kÕt nèi TCU với thiết bị khác ( ví dụ: máy in , PC, điều khiển khả trình ) Với khoảng địa rộng từ 99 cho phép kết nối tới 32 thiết bị cặp dây truyền Các thông số điều khiển nh giá trị điểm đặt, % đầu ... truyền nhận liệu thiết bị Chơng ứng dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU vào hệ thống công nghiệp Tùy theo yêu cầu công nghệ mà sử dụng thiết bị điều chỉnh TCU vào hệ thống điều khiển cụ thể... bày chế độ hoạt động thiết bị TCU Chơng Các phơng pháp điều khiển thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU Trình bày phơng pháp đợc sử dụng thiết bị TCU nh :điều khiển PID, điều khiển ON/OFF ,điều khiển... cứng thiết bị khả phối ghép thiết bị TCU với thiết bị đo khác +Thiết bị TCU hoạt động nh hệ thống công nghiệp +Xác định phơng pháp điều khiển thiết bị TCU +Khả kết nối thiết bị với thiết bị ngoại