Trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin nói riêng, yêu cầu quan trọng nhất của người học đó chính là thực hành. Có thực hành thì người học mới có thể tự mình lĩnh hội và hiểu biết sâu sắc với lý thuyết. Với ngành mạng máy tính, nhu cầu thực hành được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, trong điều kiện còn thiếu thốn về trang bị như hiện nay, người học đặc biệt là sinh viên ít có điều kiện thực hành. Đặc biệt là với các thiết bị đắt tiền như Router, Switch chuyên dụng
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phạm Đình Thắng NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ DỊNG CHẢY KHƠNG KHÍ VỚI CẢM BIẾN CƠNG NGHIỆP THEO THUẬT TỐN PID Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điện tử TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HÀ NỘI – 2017 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, quy định kỹ thuật điều khiển có vai trị thiết yếu hệ thống điều khiển. Một hệ thống có thể có Cơ khí – Điện – Hóa chất vv mơ hình tốn học, phân tích thiết kế điều khiển sử dụng lý thuyết điều khiển trong nhiều thời gian, tần số, lĩnh vực phức tạp tùy theo tính chất vấn đề thiết kế Lý thuyết điều khiển kiểm sốt chia thành hai phần cổ điển đại Việc thực thiết kế điều khiển cổ điển so với hệ thống thiết kế cách sử dụng lý thuyết điều khiển đại dễ dàng điều khiển ưa thích hầu hết ứng dụng công nghiệp Các điều khiển phổ biến nhất, thiết kế sử dụng lý thuyết điều khiển cổ điển, điều khiển PID Ý nghĩa khoa học thực tiễn RYC-TAR mô-đun ứng dụng điều khiển thiết kế EDIBON. Nó thiết kế để làm việc kết hợp với đơn vị RYC. Nó cho phép nghiên cứu số khái niệm quan trọng quy chế kiểm soát cách dễ dàng nhanh chóng Đối tượng phương pháp nghiên cứu Đơn vị cung cấp thực tiễn, thông qua người sử dụng hiểu làm để mô tả hệ thống điều khiển nhiệt độ, điều chỉnh điều khiển PID để kiểm soát nhiệt độ, quan sát phản ứng hệ thống cho cấu hình PID khác Tiến hành chạy, thu thập liệu đo phân tích kết có Nội dung nghiên cứu Nội dung đề tài khảo sát đo đạc tính chất nhiệt độ hệ thống buồng khí Bố cục khóa luận chia thành chương, cụ thể sau: Chương 1: Trình bày khái niệm sơ lược Mơ-đun, đặc tính nhiệt độ cảm biến đo nhiệt độ, card giao tiếp truyền nhận liệu, LabVIEW Chương 2: Lý thuyết liên quan trình làm Chương 3: Xây dựng sở nghiên cứu đặc tính Mơ-đun điều khiển nhiệt độ dịng chảy khí trình bày bước cài đặt thử nghiệm, thu thập kết quả, tiến hành phân tích, đánh giá số liệu, so sánh kết đạt với lý thuyết Cuối đưa kết luận hướng phát triển cho đề tài CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Mô-đun điều khiển nhiệt độ dịng chảy khí(RYC-TAR) RYC-TAR cho phép nghiên cứu điều khiển khơng khí nhiệt độ buồng Mô-đun RYC-TAR tạo thành từ hai đơn vị: hệ thống buồng hộp điều khiển giao diện Hệ thống buồng chứa tất cảm biến truyền động Chẳng hạn cảm biến nhiệt độ vị trí khác nhau, quạt trục xoay, vv… giao diện Hộp chứa tất thành phần cần thiết để cấp điện, điều chỉnh tín hiệu, vv Hệ thống điều khiển nhiệt độ dịng khơng khí cấu tạo, thể hình: Máy quạt trục xoay: sử dụng điều khiển để điều chỉnh khơng khí nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ: chúng sử dụng để đo nhiệt độ vị trí khác Chúng bao gồm đầu dị nhiệt độ platin có điện trở thay đổi với nhiệt độ Nguồn nóng: sử dụng để tăng nhiệt độ buồng Buồng kín: Tủ sợi thủy tinh rắn 1.2 Cấu tạo giao diện bảng điều khiển Bảng điều khiển hộp giao diện chứa: Nguồn cung cấp đầu vào: đầu vào đầu vào sử dụng để cung cấp kiểm soát hộp từ nguồn điện bên (ALI-02, ALI-03) Bộ chuyển đổi nguồn: sử dụng để điều khiển cơng suất Cầu chì: có số cầu chì để bảo vệ Phích cắm ST-1, ST-2 ST-3: phích cắm nơi ST-1, ST-2Và cảm biến ST-3 phải kết nối Ngồi cịn có hai thiết bị đầu cuối (Màu xanh lam màu đen), nơi tỷ lệ điện áp (0.1V / ºC) đến nhiệt độ có sẵn Phích cắm phần tử sưởi ấm: phích cắm nơi mà phận làm nóng nênĐược kết nối với Ngồi cịn có hai thiết bị đầu cuối (màu vàng đen) nơiMột điện áp điều khiển nên áp dụng để kiểm soát sức mạnh hệ thống sưởi ấmthành phần. 1.3 Mô-đun điều khiển với máy tính RYC mơ-đun nghiên cứu điều chỉnh điều khiển thiết kế EDIBON Nó cho phép sinh viên học khái niệm quan trọng điều chỉnh, điều khiển kiểm soát cách dễ dàng nhanh chóng Đơn vị cung cấp thực tiễn, qua người dùng hiểu làm để mơ tả hệ thống tích hợp, hệ thống bậc 1, hệ thống bậc 2, làm điều khiển PID hoạt động, vv Mô-đun RYC cho phép thực hoạt động khác liên quan đến điều chỉnh kiểm soát Đơn vị có mơ-đun khác Các mơ-đun hệ thống là: 1) Các tín hiệu tham chiếu 2) Bộ điều khiển PID 3) Bộ điều khiển chậm pha/sớm pha 4) Khối nhiễu loạn 5) Hệ thống bậc 6) Hệ thống bậc 7) Hệ thống tích hợp 8) Mô-đun bù đắp 9) Mô-đun đầu vào tương tự 1.4 Phần mềm Labview LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) phần mềm máy tính phát triển công ty National Instruments, Hoa kỳ LabVIEW môi trường phát triển hiệu cao để tạo ứng dụng tùy chỉnh tương tác với liệu thực tế tín hiệu lĩnh vực khoa học kỹ thuật LabVIEW ngôn ngữ lập trình với khái niệm hồn tồn khác so với ngơn ngữ lập trình truyền thơng C/C++, Pascal Bằng cánh diễn đạt cú pháp thông qua hình ảnh trực quan mơi trường soạn thảo, LabVIEW gọi với tên khác lập trình G Ngơn ngữ lập trình G trung tâm LabVIEW: + Mơ hình lập trình luồng liệu trực quan, flowchart trực quan + Đường cong học tập ngắn so với chương trình dựa văn truyền thống Đương nhiên đại diện cho ứng dụng liệu với thời gian tính song song CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1 Bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID (Proportional Integral Derivative) một cơ chế phản hồi vòng điều khiển được sử dụng cách rộng rãi tất lĩnh vực sống đặc biệt hệ thống điều khiển công nghiệp [2] Hình 2.1 Sơ đồ khối điều khiển PID Một điều khiển PID gồm khâu: Khâu tỉ lệ P (proportional) tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với sai số (error – e) Khâu tích phân I (integral) tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tích phân theo thời gian sai số Khâu vi phân D (derivative) tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với vi phân theo thời gian sai số 2.2 Sơ đồ khối hệ thống trao đổi nhiệt buồng khí Nhiệt độ cảm biến n chức điện áp nóng (𝑉h),Điện áp thổi (𝑉b ), nhiệt độ môi trường (𝑇a ) khoảng cách cảm biến phận làm nóng (𝑥𝑛) Chức khó để có gần Hệ thống hai chức chuyển lệnh thứ với số không xác định Xác định số thực nghiệm Ý tưởng đơn giản thể hình phía Hình 2.2 Sơ đồ khối đơn giản hóa RYC-TAR 𝑃1 (𝑠) đại diện cho mối quan hệ nhiệt độ phận làm nóng.Điện áp 𝑃2 (𝑠) chức truyền liên quan đến nhiệt độ với máy thổi Trong mơ hình đơn giản này, thấy nhiệt độ cuối tăng bị ảnh hưởng hai đầu vào: điện áp nóng điện áp thổi Chúng ta quên ảnh hưởng nhiệt độ mơi trường xung quanh khối sơ đồ Nó xem xét xáo trộn Trong thực hành thấy khái niệm lần tính toán 𝑃1(𝑠) Và 𝑃2 (𝑠) thực nghiệm CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH MƠ-ĐUN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ DỊNG CHẢY KHÍ 3.1 Mục đích u cầu Mục đích: + Xác định đặc tính mơ-đun điều khiển nhiệt độ dịng chảy khí +.Điều khiển nhiệt độ dịng chảy khí PID u cầu: + Mơ-đun + Bộ kết nối thu thập liệu + Card PCIe-6321 + Máy tính phần mềm LabVIEW + Các phụ kiện kết nối Nhiệt độ khơng khí thay đổi tác động đến cảm biến đặt buồng Tín hiệu đầu cảm biến nhiệt độ dạng điện áp đưa qua điều khiển để khuếch đại Phần mềm LabVIEW đọc giá trị điện áp thu lên máy tính, tách xử lý tín hiệu sau đưa chúng lên giao diện đo Sử dụng cơng thức chuyển đổi tính tốn để hiển thị đặc tính cần đo điện áp,tần số 3.2 Kết thực nghiệm Dễ dàng nhận thấy chênh lệch nhiệt độ phản hồi ba cảm biến( ST1> ST-2> ST-3 ), phù hợp với vị trí tương ứng ba cảm biến buồng khí Cho thấy thay đổi nhiệt độ bị ảnh hưởng khoảng cách ảnh hưởng nhiệt độ mơi trường ngồi Ở đây,nhiệt độ hai cảm biến ST-2 ST-3 bám sát Cho thấy cân tương đối nhiệt độ buồng kín vị trí hai cảm biến với nhiệt độ mơi trường ngồi,khiến cho thay đổi nhiệt độ khơng kể Bắt đầu tăng biên độ giữ nguyên tần số mức 5Hz, tiếp tục quan sát tín hiệu phản hồi từ ba cảm biến Hình 3.1 Tín hiệu kênh hiển thị đặt biên độ 8V 5Hz Từ thực nghiệm cho thấy thay đổi nhiệt độ chậm, tín hiệu phản hồi chênh lệch so với nhiệt độ ban đầu cài đặt, dẫn đến q trình lần thực hành thí nghiệm thời gian tương đối lâu để quan sát giá trị thay đổi cảm biến Sau đặt giá trị biên độ cao 10 V quan sát sau khoảng thời gian 20 phút,giá trị phản hồi ổn định ta thu bảng số liệu sau: Bảng 3.1 Giá trị cảm biến vị trí đặt biên độ cao Cảm biến Biên độ phản Nhiệt độ hồi (V) (oC) ST-1 ST-2 4,8 3,87 48 38,7 ST-3 3,5 35 KẾT LUẬN Trong q trình thực đề tài, khóa luận rút số kết sau: Tìm hiểu số kiến thức dịng chảy khí hệ thống buồng kín,ảnh hưởng nhiệt độ mơi trường ngồi khoảng cách từ nguồn nóng tới nhiệt độ mong muốn Cách xây dựng thiết kế điều khiển PID cho hệ thống đo điều khiển nhiệt độ dịng chảy khí Biết cách sử dụng phần mềm LabVIEW để lập trình giao diện để điều khiển giám sát hệ thống đo nhiệt độ dịng chảy khí ống TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Data Acquisition and Signal Conditioning Exercises, Course manual, Course Software Version 2011, February 2012 Edition [2] Data Acquisition and Signal Conditioning Exercises, Course Software Version 2011, February 2012 Edition [3] Jovitha Jerome, Virtual Instrumentation Using LabVIEW, Professor and Head Department of Instrumentation and Control Systems Engineering, Tamil Nadu [4] Computer Controlled Teaching Unit for The Study of Regulation and Control, Course Manual