Đồ án ổn định mức chất lỏng , tài liệu tham khảo để làm đồ án , khóa luận tốt nghiệp.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT KHOA CƠ-ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HĨA XÍ NGHIỆP MỎ VÀ DẦU KHÍ -*** - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Sinh viên thực hiện: Ngày sinh: Mã số sinh viên: Khóa: Chuyên ngành:Tự động hóa Mã số: Hệ đào tạo:Chính quy Đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH MỨC CHẤT LỎNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN: GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: HÀ NỘI 2022 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Để đạt ngày hôm nay, em xin chân thành cảm ơn sâu đến tồn thể thầy(cơ) môn khoa Cơ-Điện,đặc biệt thầy(cô) môn Tự Động Hóa trường Đại Học Mỏ Địa Chất tận tình dạy chúng em suốt trình học trường.Đó kiến thức quý báu làm tảng cho em hoàn thành đồ án đồng thời móng vững để sau em tiếp tục học tập lao động xã hội Xin chân thành cảm ơn thầy ********là hướng dẫn người tận tình bảo,góp ý định hướng cho em suốt thời gian làm đồ án Xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè giúp em thời làm đồ án Cuối kinh nghiệm kiến thức cịn hạn chế,khả tiếp thu vấn đề cịn giới hạn khơng tránh sai sót ,chúng em mong nhận quan tâm giúp đỡ thầy(cô) để đồ án đầy đủ hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! HàNội,Ngày….Tháng….Năm… Người Viết SV: Phạm Văn Nam i MSSV: 1721060048 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp TÓM TẮT Trong đồ án em vận dụng kiến thức học trường để ứng dụng vào việc xây dựng hệ thống ngồi thực tế,em chọn tốn ổn định mức bồn chứa qua vừa củng cố kiến thức vừa tìm hiểu,thiết kế thi cơng hệ thống với mục tiêu sau: Tổng kết phân tích ứng dụng giải pháp thực tế vấn đề điều khiển mức nước bồn chứa Giải pháp tiết kiệm lượng Tính tồn,lựa chọn thiết bị động lực điều khiển Tìm hiểu biến tần ACS355 ABB Hệ thống hoạt động ổn định,tin cậy,đảm bảo yêu cầu kĩ thuật Xây dựng hệ thống Scada phần mềm Wincc với chức điều khiển,giám sát thông số kĩ thuật mức nước , áp suất , lưu lượng SV: Phạm Văn Nam ii MSSV: 1721060048 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ HÌNH VẼ vi CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 1.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA MƠ HÌNH .1 1.1.1 Giới thiệu mơ hình hệ thống điều khiển trình: 1.1.2 Sơ đồ cơng nghệ mơ hình 1.1.3 Nguyên lý hoạt động 1.2 CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN TRÊN MƠ HÌNH 1.2.1 Bơm ly tâm trục ngang 1.2.2 Cảm biến áp suất 1.2.3 Valve tiết lưu 1.2.4 Cảm biến lưu lượng 1.2.5 PLC 1.2.6 Biến Tần .8 CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT LẤY SỐ LIỆU XÂY VÀ XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN 14 2.1 KHẢO SÁT MƠ HÌNH HỆ THỐNG 14 2.1.1 Mơ hình hệ thống 14 2.1.1 Khảo sát mơ hình hệ thống .16 2.2 XÂY DỰNG HÀM TRUYỀN ĐẠT THƠNG QUA MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐƯỢC XÂY DỰNG TỪ THỰC TẾ 18 2.2.1 Xây dựng hàm truyền đạt cho đối tượng van tiết lưu 18 2.2.2 Xây dựng hàm truyền cho đối tượng bồn chứa 25 2.2.3 Xây dựng hàm truyền cho đối tượng cảm biến áp suất .26 2.2.4 Xây dựng hàm truyền đạt tương đương hệ thống 27 2.3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH MỨC 28 2.3.1 Tổng quan điều khiển PID 28 SV: Phạm Văn Nam iii MSSV: 1721060048 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp 2.3.3 Các phương pháp hiệu chỉnh thông số PID 29 2.3.4 Thiết kế điều khiển sở hàm độ h(t) 30 2.3.4 Thiết kế điều khiển miền tần số 33 2.3.5 Thiết kế điều khiển toán ổn định mức 35 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BÀI TỐN ỔN ĐỊNH MỨC CHẤT LỎNG .37 3.1 KẾT NỐI BÀN ĐIỀU KHIỂN VỚI MÔ HÌNH 37 3.2 XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH MỨC CHẤT LỎNG 39 3.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 42 3.3.1 Khởi tạo chương trình .42 3.3.2 Chương trình đọc tín hiệu từ cảm biến 44 3.3.3 Chương trình hàm ngắt Cylic Interrupt cho PID_Compact .46 3.4 CÀI ĐẶT CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CHO BIẾN TẦN 47 3.5.1 Giới thiệu PID_Compact 49 3.5.2 Chạy chương trình đánh giá kết hệ thống 52 3.5.3 Giao diện giám sát 54 KẾT LUẬN .56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 SV: Phạm Văn Nam iv MSSV: 1721060048 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ ngun lý mơ hình thí nghiệm điều khiển q trình Hình 1.2: Mơ hình điều khiển q trình .2 Hình 1.3:Bàn điều khiển Hình 1.4: Sơ đồ cơng nghệ mơ hình Hình 1.5: Bơm ly tâm PTN Hình 1.6: Cảm biến áp suất Hình 1.7: Valve tiết lưu PTN Hình 1.8: Cảm biến lưu lượng WaterMaster FEW 121 Hình 1.9: PLC-S7 1200 .8 Hình1.10: Nguyên lý làm việc biến tần Hình 1.11: Hình ảnh biến tần PTN .9 Hình 1.12: Sơ đồ mạch động lực .10 Hình 1.13: Sơ đồ mạch điều khiển .10 Hình 1.14: Sơ đồ tủ điện mơ hình 11 Hình 1.15: Thuật tốn điều khiển lưu lượng độ mở van 12 Hình 1.16: Thuật tốn ổn định mức thơng qua biến tần điều khiển tốc độ động 12 Hình 1.17: Thuật toán điều khiển phối trộn tỉ lệ 13 Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống .14 Hình 2.2: Hình ảnh thực tế bồn mức 14 Hình 2.3: Hình ảnh thực tế van xả đáy cảm biến áp suất .14 Hình 2.4: Hình ảnh thực tế van tiết lưu 15 Hình 2.5: Cấu trúc hệ điều khiển kín mơ hình 16 Hình 2.6: Hình ảnh thực tế kêt nối từ mơ hình bàn điều khiển 18 Hình 2.7: Hình ảnh thực tế từ bàn điều khiển 18 Hình 2.8: Sơ đồ kết nối thiết bị 19 Hình 2.9: Lưu đồ thuật tốn lấy mẫu lưu lượng đầu vào 20 Hình 2.10: Chương trình lấy giá trị từ cảm biến lưu lượng .21 Hình 2.11: Chương trình lấy giá trị từ cảm biến lưu lượng .21 Hình 2.12: Chương trình lấy giá trị từ cảm biến lưu lượng .21 Hình 2.13: Hình ảnh độ mở van tiết lưu (100 %) .22 SV: Phạm Văn Nam v MSSV: 1721060048 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Hình 2.14: Bảng số liệu thu từ cảm biến lưu lượng phịng thí nghiệm 23 Hình 2.15: Bảng số liệu thu từ cảm biến lưu lượng phịng thí nghiệm 23 Hình 2.16: Đường đặc tính lưu lượng 24 Hình 2.17: Xác định thơng số K,L,T 24 Hình 2.18: Sơ đồ khối điều khiển hệ thống .27 Hình 2.19: Sơ đồ khối điều khiển hệ thống 28 Hình 2.20: Cấu trúc điều khiển PID 28 Hình 2.21: Độ điều chỉnh ∆h .30 Hình 2.22: Xác định tham số cho mơ hình xấp xỉ 30 Hình 2.23: Xác định số khuếch đại tới hạn .32 Hình 2.24: Đồ thị độ 32 Hình 2.25: Sơ đồ điều khiển miền tần số 33 Hình 2.26: Sơ đồ khối điều khiển hệ thống 35 Hình 3.1: Sơ đồ kết nối hệ thống .37 Hình 3.2: Hình ảnh thực tế kết nối thiết bị từ bàn điều khiển 38 Hình 3.3: Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất dây 4-20mA 38 Hình 3.4: Các chân tín hiệu cảm biến từ mơ hình 39 Hình 3.5: Cơ cấu chấp hành thiết bị 40 Hình 3.6: Lưu đồ thuật tốn hệ thống 40 Hình 3.7: Lưu đồ thuật tốn chương trình PLC 41 Hình 3.8: Biểu tưởng phần mềm Tia Portal .42 Hình 3.9: Tạo dự án 42 Hình 3.10: Set địa TC/IP cho PLC .43 Hình 3.11: System and clock memory .43 Hình 3.12: CPU Module mở rộng 44 Hình 3.13: Hàm quy đổi giá trị Norm_X Scale_X .44 Hình 3.14: Hàm quy đổi giá trị Norm_X Scale_X 45 Hình 3.15: Chương trình khởi động hệ thống 45 Hình 3.16: Hàm PID_Compact .46 Hình 3.17: Hàm PID_Compact .49 Hình 3.18: Nhập thơng số PID vào PID Parameters 52 SV: Phạm Văn Nam vi MSSV: 1721060048 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Hình 3.19: Đồ thị sau nhập giá trị PID 52 Hình 3.20: Đồ thị sau chỉnh tinh Finetuning 53 Hình 3.21: Cấu hình phần cứng hình WinCC 54 Hình 3.22: Sơ đồ kết nối CPU với hình giám sát .54 Hình 3.23: Giao diện giám sát hình Wincc 55 SV: Phạm Văn Nam vii MSSV: 1721060048 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 1.1 SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ CỦA MƠ HÌNH 1.1.1 Giới thiệu mơ hình hệ thống điều khiển q trình: Mơ hình phịng thí nghiệm điều khiển trình thực chất hệ thống “Điều khiển mức, lưu lượng chất lỏng tự động” – ứng dụng để thí nghiệm cơng nghệ điều khiển, thiết kế riêng cho ứng dụng đào tạo Hệ thống nhỏ gọn gồm: ba bể điều khiển, ba cảm biến áp suất để xác định mực chất lỏng thực, ba cảm biến lưu lượng, ba động bơm điều khiển thông qua ba biến tần Để đạt công suất bơm khơng đổi, thực cài đặt vịng điều khiển thứ cấp với dụng cụ đo lưu lượng cài đặt sẵn Tham số nhiễu mơ hóa sử dụng van tiết lưu để điều chỉnh được, van tiết lưu thay đổi lưu lượng dòng chảy đầu vào bình chứa Bình chứa chất lỏng có thời gian trễ tuân theo quy luật hàm bậc Hình 1.1: Sơ đồ ngun lý mơ hình thí nghiệm điều khiển trình Các hệ thống bơm – van – bể điều khiển mơ hình làm việc độc lập phối hợp với tùy thuộc thí nghiệm Mỗi bơm có chế độ điều khiển trực tiếp (ấn Start/Stop tay) qua biến tần (gửi tín hiệu từ PLC) SV: Phạm Văn Nam MSSV: 1721060048 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2: Mơ hình điều khiển trình Hình 1.3:Bàn điều khiển SV: Phạm Văn Nam MSSV: 1721060048