ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH– EE3550 Họ và tên MSSV Lớp khóa Hà Nội, 2022 MỤC LỤC GIỚI THIỆU 5 THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁC BÀI THÍ NGHIỆM[.]
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN _ ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH– EE3550 Họ tên: ……………… MSSV: ……………… Lớp - khóa: …………… Hà Nội, 2022 MỤC LỤC GIỚI THIỆU THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁC BÀI THÍ NGHIỆM LÝ THUYẾT I HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT ( BÀI – BÀI 3) .9 BÀI MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT .11 MỤC TIÊU 11 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 11 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 11 Lập Mơ Hình Tốn Học Của Đối Tượng Bình Chứa Áp suất 11 Xác Định tham số mơ hình từ thực nghiệm 12 Mô đối tượng áp suất matlab 12 BÀI THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT 12 MỤC TIÊU 12 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 12 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 13 Thiết kế điều khiển cho trình áp suất phương pháp lý thuyết .13 Mô hệ thống điều khiển áp suất matlab 13 BÀI CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT 13 MỤC TIÊU 13 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 14 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 14 Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển áp suất 14 Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử 14 Hiệu chỉnh điều khiển .14 II HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 14 (BÀI – BÀI 6) 14 BÀI MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG .16 MỤC TIÊU 16 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 16 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 17 Lập Mơ Hình Tốn Học Của Đối Tượng Q Trình Lưu Lượng 17 Xác Định tham số mơ hình từ thực nghiệm 18 BÀI THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT 18 MỤC TIÊU 18 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 18 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 18 Thiết kế điều khiển cho trình lưu lượng phương pháp lý thuyết 18 Mô hệ thống điều khiển lưu lượng matlab .19 BÀI CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 20 MỤC TIÊU 20 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 20 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 20 Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng 20 Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử 20 Hiệu chỉnh điều khiển .20 III HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH MỨC 20 (BÀI – BÀI 9) 20 BÀI MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MỨC 22 MỤC TIÊU 22 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 22 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 22 BÀI THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT 24 MỤC TIÊU 24 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 24 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 24 Thiết kế điều khiển cho trình mức phương pháp lý thuyết 24 Mô hệ thống điều khiển MỨC matlab 24 BÀI CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC 25 MỤC TIÊU 25 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 25 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 25 Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển mức 25 Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử 25 Hiệu chỉnh điều khiển .25 PHỤ LỤC I ĐỀ CƯƠNG HỌC PHẦN CHI TIẾT 26 EE3550 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 26 GIỚI THIỆU Nội dung việc thí nghiệm điều khiển trình tìm hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển, hiểu vai trò thiết bị hệ thống cảm biến, cấu chấp hành, điều khiển Trên sở biết hiệu chỉnh thang đo cảm biến, cấu chấp hành tương ứng với dải hoạt động hệ thống Các bước tiến hành trình thực nghiệm tương ứng với trình làm việc thực tế sản xuất như: khảo sát đặc tính thực nghiệm đối tượng điều khiển từ lựa chọn phương pháp điều khiển hiệu chỉnh tham số điều khiển Để chuẩn bị thí nghiệm sinh viên cần đọc tài liệu thí nghiệm chuẩn bị nhà trước đến trường thí nghiệm Sinh viên cần nắm rõ lý thuyết bước thực thí nghiệm để việc thí nghiệm đạt hiệu hồn thành thời gian định trước Vì thời gian dành cho thí nghiệm cịn hạn chế nên thí nghiệm hướng dẫn cách làm số thí nghiệm điều khiển q trình đặc trưng cần thiết THƠNG TIN CHUNG VỀ CÁC BÀI THÍ NGHIỆM - Tên học phần: Mã học phần: Cấu trúc học phần: Khối lượng thí nghiệm: Số thí nghiệm: TT Bài Điều khiển q trình EE3550 3(3-0-1-6) tín (thời lượng 15 tiết/học kỳ) ( Cán bố trí sinh viên làm 7-8 ) Nội dung Mơ hình hóa trình điều khiển áp suất Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển áp suất Lập mơ hình tốn học đối tượng bình Chuẩn đầu HP Bài đánh giá Thời lượng Địa điểm M1, M3 A1 tiết D8 M2, M3 A1 tiết D8 M2, M3 A1 tiết M1, M3 A1 tiết D8 M2, M3 A1 tiết D8 chứa áp suất Xác định tham số mơ hình thực nghiệm Mơ đối tượng áp suất Matlab Bài Bài Bài Thiết kế điều khiển áp suất phương pháp lý thuyết Thiết kế điều khiển cho trình áp suất phương pháp lý thuyết Mơ hệ thống điều khiển áp suất Matlab Cài đặt điều khiển áp suất Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển áp suất Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển áp suất Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử hiệu chỉnh điều khiển Mơ hình hóa trình điều khiển lưu lượng D8 Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển lưu lượng Lập mơ hình tốn học đối tượng q trình lưu lượng Xác định tham số mơ hình thực nghiệm Mơ đối tượng Matlab Bài Thiết kế điều khiển lưu lượng phương pháp lý thuyết Thiết kế điều khiển cho trình lưu lượng phương pháp lý thuyết Mô hệ thống điều khiển lưu lượng TT Nội dung Chuẩn đầu HP Bài đánh giá Thời lượng Địa điểm M2, M3 A1 tiết D8 M1, M3 A1 tiết D8 M2, M3 A1 tiết D8 M2, M3 A1 tiết D8 Matlab Bài Cài đặt điều khiển lưu lượng Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển lưu lượng Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử hiệu chỉnh điều khiển Bài Mơ hình hóa q trình điều khiển mức Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển mức Lập mơ hình tốn học đối tượng q trình mức Xác định tham số mơ hình thực nghiệm Mô đối tượng Matlab Bài Thiết kế điều khiển mức phương pháp lý thuyết Thiết kế điều khiển cho trình mức phương pháp lý thuyết Mô hệ thống điều khiển mức Matlab Bài Cài đặt điều khiển mức Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển mức Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển mức Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử hiệu chỉnh điều khiển Chú ý: - Nội dung thí nghiệm phải đóng góp vào chuẩn đầu tương ứng học phần - Chuẩn đầu ra, đánh giá định nghĩa mô tả chi tiết Đề cương học phần xây dựng (như PHỤ LỤC I) LÝ THUYẾT Hệ thống điều khiển trình với mạch vịng đơn thể hình Hình Sơ đồ khối mạch vịng điều khiển Trong đó: Thiết bị đo (Measurement Sensor/Transmitter) Bộ điều khiển (Controller) Cơ cấu chấp hành (Final Control Element) Giá trị đặt Set Point (SP), Set Value (SV) Sai lệch điều khiển Controller Error (CE) Tín hiệu điều khiển Controller output signal, Control Signal, Controller Output (CO) Biến điều khiển Control Variable, Manipulated Variable (MV) Biến điều khiển Controlled Variable (CV), Process Value (PV) Tín hiệu đo Measured Variable, Measurement Signal Bài toán điều khiển cần thực biến điều khiển ổn định với giá trị đặt trước với nhiễu trình tác động khác lên hệ thống I HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT ( BÀI – BÀI 3) Hệ thống thí nghiệm điều khiển q trình áp suất TE3300/02 hệ thống nhỏ gọn cho thí nghiệm điều khiển áp suất Nó giúp sinh viên hiểu rõ tính ổn định hệ thống điều khiển đơn giản Mô tả hệ thống TE3300 / 02 module di động cho thí nghiệm điều khiển trình áp suất Nó cần nguồn cung cấp, khí nén nước để hoạt động Một máy bơm ba tốc bơm nước từ bể cấp nước, thông qua Van điều khiển áp suất (PCV) đến bể chứa (bể mức, lưu lượng,áp suất), làm tăng áp suất khơng khí chứa Một cảm biến để đo giá trị áp suất bể chứa (PT), cảm biến gửi tín hiệu điều khiển trung tâm (PIC) Nước trở lại bể chứa thông qua van vận hành tay (van xả) Một van bypass vận hành tay cho phép người dùng làm xáo trộn dòng chảy bể chứa Bộ điều khiển trung tâm xuất tín hiệu tới điều áp (I / P), dựa theo tín hiệu điều khiển điều áp điều chỉnh lượng áp suất để điều khiển góc mở cho van áp suất (PCV) (xem Hình 2) Tất thiết bị đo đạt tiêu chuẩn công nghiệp Đường ống thép không gỉ với phụ kiện nén TỪ KHĨA ĐỂ BIỂU TƯỢNG PR = Màn hình ghi áp suất PIC = Bộ điều khiển trung tâm I / P = Bộ điều áp PT = Bộ chuyển đổi áp suất PCV = Điều khiển áp suất (Van) DV = Van xả (thủ công) BV = Van Bypass (thủ cơng) Hình Sơ đồ dịng chảy Hệ thống đào tạo quy trình áp suất TE3300 / 02 Cơng tắc máy bơm Cảm biến Màn hình hiển thị Bộ điều khiển Bể chứa Bộ điều áp Van áp suất Van liên kết Van tạo nhiễu Đầu cấp khí Van xả Bơm ba tốc độ Bể cấp nước Hình TE3300 / 02 Bộ phận Dụng cụ Máy ghi biểu đồ Tham khảo Hướng dẫn sử dụng đồng hồ điều khiển (kèm theo) Đồng hồ điều khiển Hình Bộ điều khiển Các chế độ Đồng hồ điều khiển có hai chế độ hoạt động chính: Chế độ MANUAL - Đầu thay đổi người dùng thay đổi Chế độ TỰ ĐỘNG - Bộ điều khiển tự động thay đổi đầu nó, sử dụng cài đặt PID để điều khiển Cảnh báo Thiết bị có mực cảnh báo Alarm cảnh báo mức cao Alarm cảnh báo mức thấp, đèn cảnh báo điều khiển bật sáng Các cảnh báo cảnh báo trực quan - chúng không ảnh hưởng đến kết biến số khác Đồng hồ điều điều khiển Màn hình đồng hồ hiển giá trị : giá trị hiển thị biến biến trình (hoặc biến đo lường) Giá trị thị số giá trị đọc khác (tham khảo Hướng dẫn sử dụng) Màn hình hiển thị từ 'UNPLUG' Điều bình thường khơng sử dụng Hệ thống điều khiển máy tính tùy chọn (TE3300 / 06) Giá trị mặc định điều khiển cho TE3300 / 02 Những giá trị giá trị khác với giá trị thiết lập nhà máy GHI CHÚ Tất giá trị khác thiết lập nhà máy giá trị lưu lượng đo Cố định độ mở van đồng hồ đo áp suất truyền tín hiệu phản hồi điều khiển BÀI MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG MỤC TIÊU Khi hoàn thành xong tập này, sinh viên đo đạc giá trị lưu lượng Sinh viên xử lý kết thực nghiệm, tiến hành nhận dạng đối tượng so sánh giá trị thực nghiệm với mơ hình ước lượng Matlab CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA Đọc kỹ phần mơ hình hóa q trình ( chương 2) a Xác dịnh tín hiệu vào, tín hiệu nhiễu hệ thống b Trên sở nguyên lý làm việc áp suất , xây dựng mơ hình tốn học cho đối tuợng c Cách xác định tham số thực nghiệm TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH LẬP MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ĐỐI TƯỢNG Q TRÌNH LƯU LƯƠNG Ở thí nghiệm này,ta nhận dạng hàm truyền đạt đối tượng điều khiển từ đồ thị đáp ứng độ đối tượng ứng với giá trị đầu vào ta đặt trước : y K U thi dap ung qua cua qua trinh 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 1.5 2.5 3.5 Hình Đáp ứng đối tượng lưu lượng Trên sở xác định tham số: k, T, L sau: - L: khoảng thời gian kể từ đặt giá trị đầu vào tới có thay đổi đáp ứng đầu - T: khoảng thời gian kể từ có thay đổi đầu đến đầu đạt 0,632 lần giá trị xác lập - K: hệ số tỉ lệ giá trị xác lập đầu giá trị đặt đầu vào Mơ hình đối tượng điều khiển áp suất xấp xỉ khâu quán tính bậc có hàm truyền đạt: G(s) = XÁC ĐỊNH THAM SỐ MƠ HÌNH TỪ THỰC NGHIỆM Xác định tham số mơ hình từ thực nghiệm cách đặt tín hiệu giá trị đặt tín hiệu bước nhảy 1(t), kết thu hàm độ đầu y (t ) Bước 1: Xác định tham số k công thức sau: k = y ∞=lim t→∞ Bước 2: Xác định giá trị 0.632 y ∞ ta xác định tham số T Bước 3: Xác định tham số L khoảng thời gian trễ dựa hàm độ t(s)