Cấu trúc và kết nối vào ra
Cấu trúc bên trong thiết bị điều chỉnhTCU
Hình 3: Cấu trúc bên trong của TCU.
C Hình 4: Kết nối Modul Rơle.
Quan sát hình 3 ta thấy có ba bộ phận quan trọng cần phải cài đặt: khoá chọn nguồn, chân chọn thiết bị đo nhiệt độ và các Modul ra.
2.2.1 Khoá chọn nguồn và chân chọn thiết bị đo nhiệt độ. Đây là khoá rất quan trọng cần đặt đúng vị trí phù hợp với nguồn cấp cho TCU nếu đặt sai có thể dẫn tới hỏng TCU: Vị trí trên cho nguồn 220 V, vị trí dới cho nguồn 110 V Sai số nguồn cho phép +10v,-15v nghĩa là có 2 dải điện áp đợc phép dùng là 100 ¿ 125 V và 215 ¿ 240 V.
Có ba chân và một Jăm chọn thiết bị đo nhiệt độ: khi chọn thiết bị đo là cặp nhiệt độ thì cắm Jăm vào 2 chân dới Khi chọn thiết bị đo là RTD cắm Jăm lên 2 chân bên trên.
Có 3 chân cắm cho Modul ra bao gồm:
- Chân cắm cho đầu ra chính OP1 ( hoặc AL1 - điều khiển van ).
- Chân cắm AL2/ OP2 ( hoặc đầu ra “đóng “ - điều khiển van ).
- Chân cắm AL1 ( hoặc đầu ra “mở ” - điều khiển van ).
Khi cần sử dụng đầu ra nào ta phải cắm Modul vào chân cắm thích hợp
Dới đây là các loại Modul ra:
Modul Rơle là loại rơle 5A-120/240 VAC hay 28 VDC Tải là đối tợng cần điều khiển, cần hạn chế tải để không ảnh hởng tới tuổi thọ thiết bị Modul này th- ờng dùng cho điều khiển động cơ.
H×nh 5: KÕt nèi Modul Triac.
Thiết bị Rơle hay Triac
H×nh 6: KÕt nèi Modul Logic/SSR
Modul Triac là loại dùng cho điều khiển xoay chiều đây là loại Triac có phân cực, điện áp vào 120/240.
Modul Logic/SSR là loại modul thờng sử dụng cho điều khiển logic ON/OFF: đóng mở van, ngắt nguồn cho thiết bị
Modul này là loại không phân cực, áp một chiều 12VDC
8 9 10 11 12 Đầu vào cặp nhiệt điện +
Hình 7: Nối dây cho cặp nhiệt điện
Dòng tải cực đại 45mA.
Có thể dùng để điều khiển nhiều SSR sau nó.
Chú ý: ở ba hình vẽ trên các chân A,B,C tuỳ thuộc vào loại thiết bị, trên bảng h- ớng dẫn kết nối của TCU lôn có hớng dẫn cách nối chân.
Lựa chọn và kết nối đầu vào ,đầu ra
Trớc khi nối dây, quan sát kĩ hớng dẫn ở mặt cạnh của TCU về chức năng của từng chân Chuẩn bị các dây nối, đa đầu dây cần nối vào chân tơng ứng sau đó vặn chặt vít Khi đợc phép đấu chung dây thì có thể kết các dây thành khối để nối víi TCU.
* Nối dây đo tín hiệu vào.
Khi nối dây của cặp nhiệt điện hay RTD, hãy làm sạch và khô đầu dây Nếu đối tợng ở quá xa có thể nối thêm dây cho cặp nhiệt độ ( không nên dùng dây đồng ). Nên tham khảo chỉ dẫn của nhà sản xuất thiết bị đo nhiệt độ để nắm rõ về phạm vi nhiệt độ đo, cách bảo vệ thiết bị Đối với các ứng dụng sử dụng nhiều cặp nhiệt độ lấy nhiệt độ trung bình, hai hay nhiều cặp có thể nối tới TCU ( chú ý: luôn luôn sử dụng loại cặp nhiệt độ giống nhau ) Không nên dùng một cặp nhiệt độ cho nhiều TCU Nhìn chung dây đỏ của cặp nhiệt độ là dây âm, hãy nối nó với chân đất của TCU.
Thiết bị nhiệt kế điện trở (RTD) thờng đợc sử dụng đối với ứng dụng có yêu cầu cao về độ chính xác, tin cậy Phần lớn nhiệt kế điện trở có ba dây, dây thứ ba là dây “nghe” nhằm loại bỏ tác động của điện trở dây (của RTD) xem cách nối dây trên hình 8, hai dây thờng của RTD nối với chân 8 và 10, dây nghe nối với chân
9 Khi nèi d©y nghe cÇn chó ý nh÷ng ®iÓm sau:
+ Là dây dẫn nối trực tiếp chân 9 với chân 8.
+ Có thể sẽ tồn tại sai số nhiệt độ đo khoảng 2.5 0 C / 1 điện trở dây , sai số này có thể bù bằng lập trình ( khoảng offset )
+ Luôn đảm bảo điện trở dây nhỏ hơn 10 / 1 dây.
Hình 8: Nối dây cho thiết bị đo nhiệt độ RTD
H×nh 9: Nèi d©y cho ®iÒu khiÓn van.
CCW-open Đầu ra vị trí van
Mở hoàn toàn Đóng hoàn toàn Đầu vào hồi tiếp Để hạn chế nhiễu tới dây dẫn ( ảnh hởng tới chất lợng điều khiển ) cần:
+ Không dùng chung ống cách điện với: dây dẫn động cơ, cuộn cảm, dây nung, rơle mà nên đặt dây đo trong ống cách điện riêng.
+ Khi sử dụng loại dây có vỏ bảo vệ, nối vỏ bảo vệ với chân số 10, đầu còn lại không nối.
+ Bố trí địa điểm đặt TCU ở khoảng cách ngắn nhất có thể với đối tợng đo. + Dây đo cần phải đợc cách điện hoàn toàn với các thiết bị điện.
* Cách nối dây cho ứng dụng điều khiển vị trí van. §èi với mô h×nh ®iÒu khiển vị trí van thì có ba kết nối đầu ra để điều khiển vị trí của van và ba kết nối vào ( hồi tiếp ) Các chân 1,2,3 là ba chân đầu ra điều khiển van: Chân 1 nối với chân đất của nguồn, chân 2 là đầu ra đóng van (CW) chân 3 là đầu ra mở van (CCW).
+ Nếu có thể nên u tiên sử dụng Modul đầu ra Triac vì nó hạn chế đợc nhiễu điện từ của môi trờng và tránh đợc tính chất cơ khí của các Contac đóng mở. + Sử dụng nguồn xoay chiều riêng cho động cơ.
+ Cách li các dây đầu ra điều khiển van với các chân hồi tiếp ( nhiễu ở đầu ra bị khuyếch đại khi đi qua mạch hồi tiếp ).
Các chân đầu vào hồi tiếp không đợc đánh số cố định ( phụ thuộc version ) Chỉ sử dụng ba đầu vào này cho mô hình điều khiển vị trí van ( không cần thiết với ®iÒu khiÓn vËn tèc ).
* Cách nối đầu ra Linear DC. Đối với version có đầu ra Linear DC, tồn tại 2 chân cho đầu ra dòng một chiều
4 20 mA ( hoặc áp 0 10 VDC ) Các chân này nếu có đợc chú thích trên TCU là “đầu ra tơng tự 4 20 mA hoặc 0 10 VDC Trong hai chân này có một chân nối đất phải đợc cách điện với chân đất của cặp nhiệt độ, không cần thiết cách điện với đầu vào tơng tự thứ hai.
*Nối dây cho đầu vào tơng tự thứ hai.
Nếu version có đầu vào tơng tự thứ hai nó sẽ có hai chân đầu vào để nhận tín hiệu dòng 4 20 mA Số thứ tự chân phụ thuộc version.
*Nối dây cho đầu vào ngời dùng.
Một số version có chân số 7 dành để cho đầu vào ngời dùng, khi nối chân này với nguồn 0.7 V thì một trong các chức năng khoá ( đã đợc lựa chọn trong Modul đầu vào 1_IN – xem 4.5.1 ) sẽ đợc kích hoạt.
Chế độ không bảo vệ thông số
Các modul lập cấu hình thông số Chế độ bảo vệ thông số
PAR (không có đầu vào ng ời dùng)
(có đầu vào ng ời dùng)
Mã phù hợp Mã không phù hợp
Hình 10: Truy cập các chế độ hoạt động của TCU. chơng 3 hoạt động của thiết bị TCU.
Sự hoạt động và cấu hình bộ điều khiển đợc phân chia thành 5 chế độ hoạt động / lập trình riêng biệt nhằm đơn giản hoá sự hoạt động của bộ điều khiển: Chế độ thờng, chế độ không bảo vệ thông số, chế độ bảo vệ thông số, chế độ ẩn chức năng, chế độ lập cấu hình Ngoại trừ chế độ thờng ra các chế độ còn lại đều có cách truy cập riêng ( xem hình vẽ 10 ).
3.1 Chế độ thờng (Normal Display Mode).
Tại chế độ thờng, nhiệt độ quá trình luôn đợc hiển thị tại dãy hiển thị trên Khi ta ấn nút DSP thì 1 trong các thông số hoạt động sau sẽ xuất hiện tại dãy hiển thị dới: Điểm đặt, % đầu ra, dòng cấp nhiệt, đầu vào tơng tự thứ hai (giá trị đặt từ xa ), sai lệch điểm đặt, đơn vị đo nhiệt độ ( 0 C hay 0 F ).
Mỗi thông số có hai trạng thái:
+ Khoá: không thể truy cập từ bất kỳ chế độ nào
+ Đợc phép truy cập ở chế độ cho phép
Các thông số có tính độc lập cao, khi một thông số này bị khoá không ảnh hởng tới trạng thái của thông số khác Chỉ có từ chế độ thờng mới có thể chuyển tới các chế độ khác
3.2 Chế độ không bảo vệ thông số ( Unprotected Parameter Mode).
Cách truy cập: từ chế độ thờng ấn nút PAR (khi đầu vào ngời dùng cha đợc thiết lập - hình 10 ) Chế độ này cho phép thay đổi các thông số hoạt động của TCU nh: thông số của hai bộ điều khiển PID, điểm đặt, % đầu ra, các hệ số của điểm đặt từ xa, các giá trị ngỡng cảnh báo Khi tới cuối danh sách, cho phép ngời vận hành nhập vào các modul cấu hình.
Các modul này cho phép truy cập tới các thông số thiết lập cơ bản của bộ điều khiển Sau khi danh sách các thông số đã đợc duyệt qua hết thì dãy hiển thị dới hiện “END” và quay trở lại chế độ thờng Bộ điểu khiển tự động quay trở lại chế độ thờng nếu không có một tác động nào đợc đa ra.
3.3 Chế độ bảo vệ thông số (Protected Parameter Mode ).
Xem hình 10 ta thấy chế độ bảo vệ thông số đợc truy cập bởi việc ấn nút PAR từ chế độ thờng (khi đã có đầu vào ngời dùng) Chế độ này cho phép thay đổi các thông số hoạt động của TCU nh: thông số của hai bộ điều khiển PID, các hệ số của điểm đặt từ xa, các giá trị ngỡng cảnh báo ( khi không bị khoá ) và mã số truy cập tới chế độ không bảo vệ thông số Sự khác nhau cơ bản nhất giữa chế độ bảo vệ thông số với chế độ không bảo vệ thông số là: ở chế độ bảo vệ thông số có thể “khoá” không cho phép truy cập tới các thông số của hai bộ điều khiển PID và các giá trị ngỡng cảnh báo (các thông số này bị khoá ở modul khoá - xem phần 3.5.3 ) Phụ thuộc vào sự trùng khớp giữa mã số nhập tại đây và mã số ở modul khoá mà TCU có thể cho phép chuyển sang chế độ không bảo vệ thông số Bộ điều khiển quay trở lại chế độ thờng nếu không truy cập tiếp tới chế độ không bảo vệ thông số và các modul cấu hình thông số
3.4 Chế độ ẩn chức năng( Hidden Function Mode).
hoạt động của thiết bị TCU 12 3.1 Chế độ thờng
Chế độ không bảo vệ thông số
Cách truy cập: từ chế độ thờng ấn nút PAR (khi đầu vào ngời dùng cha đợc thiết lập - hình 10 ) Chế độ này cho phép thay đổi các thông số hoạt động của TCU nh: thông số của hai bộ điều khiển PID, điểm đặt, % đầu ra, các hệ số của điểm đặt từ xa, các giá trị ngỡng cảnh báo Khi tới cuối danh sách, cho phép ngời vận hành nhập vào các modul cấu hình.
Các modul này cho phép truy cập tới các thông số thiết lập cơ bản của bộ điều khiển Sau khi danh sách các thông số đã đợc duyệt qua hết thì dãy hiển thị dới hiện “END” và quay trở lại chế độ thờng Bộ điểu khiển tự động quay trở lại chế độ thờng nếu không có một tác động nào đợc đa ra.
Chế độ bảo vệ thông số
Xem hình 10 ta thấy chế độ bảo vệ thông số đợc truy cập bởi việc ấn nút PAR từ chế độ thờng (khi đã có đầu vào ngời dùng) Chế độ này cho phép thay đổi các thông số hoạt động của TCU nh: thông số của hai bộ điều khiển PID, các hệ số của điểm đặt từ xa, các giá trị ngỡng cảnh báo ( khi không bị khoá ) và mã số truy cập tới chế độ không bảo vệ thông số Sự khác nhau cơ bản nhất giữa chế độ bảo vệ thông số với chế độ không bảo vệ thông số là: ở chế độ bảo vệ thông số có thể “khoá” không cho phép truy cập tới các thông số của hai bộ điều khiển PID và các giá trị ngỡng cảnh báo (các thông số này bị khoá ở modul khoá - xem phần 3.5.3 ) Phụ thuộc vào sự trùng khớp giữa mã số nhập tại đây và mã số ở modul khoá mà TCU có thể cho phép chuyển sang chế độ không bảo vệ thông số Bộ điều khiển quay trở lại chế độ thờng nếu không truy cập tiếp tới chế độ không bảo vệ thông số và các modul cấu hình thông số
3.4 Chế độ ẩn chức năng( Hidden Function Mode).
Chế độ ẩn chỉ đợc truy cập từ chế độ thờng bởi việc ấn và giữ nút PAR ba giây (xem hình 10) Ngời vận hành sử dụng chế độ này để chuyển đổi kiểu hoạt động cho các chức năng cơ bản:
+ SPSL: Lựa chọn kiểu điểm đặt ( từ xa hay địa phơng ).
+ trnF: Lựa chọn kiểu hoạt động cho bộ điều khiển TCU (điều chỉnh bằng tay hay tự động).
+ tUNE: Lựa chọn kiểu tự chỉnh
+ ALrS: Reset đầu ra cảnh báo, nút UP sẽ reset cảnh báo Alarm1, nút DOWN reset cảnh báo Alarm2.
Các chức năng này chỉ hiện lên khi nó không bị khoá trong Modul khoá.
3.5 chế độ lập cấu hình (Configuration of Parameter Mode).
Chế độ lập cấu hình có thể đợc truy cập từ chế độ không bảo vệ thông số (xem hình 10), các modul cấu hình thông số cho phép thiết lập các giới hạn thông số cho ứng dụng riêng biệt Có 9 modul cấu hình cần thiết lập.
Tất cả mọi thông số liên quan đến đầu vào đều phải đợc khai báo tại modul đầu vào Mỗi thông số thể hiện bởi một biến nhớ gồm bốn Digit.
+ Khai báo loại thiết bị đo nhiệt độ ( type ): chọn ra loại thiết bị đo nhiệt độ dùng trong quá trình.
+ Lựa chọn đơn vị đo (SCAL): chọn đơn vị đo nhiệt độ là 0 F hay 0 C.
+ Lựa chọn độ phân dải (dCPt): chọn sự biến đổi nhiệt độ là 1 hay 0.1
+ Chọn hệ số lọc tín hiệu (FLtr): sử dụng hệ số này để giảm sự ảnh hởng của nhiễu tới tín hiệu đo Chọn một trong năm giá trị từ 0 4, chọn giá trị càng lớn thì khả năng lọc nhiễu cho tín hiệu vào càng cao nhng đồng thời tốc độ đáp ứng của TCU lại càng giảm.
+ Các hệ số tham chiếu (SPAN&SHFt): nhiệt độ quá trình đa vào TCU và nhiệt độ thực của quá trình có thể tồn tại sai lệch ( do tính không chính xác của thiết bị đo ), khi đó đặt giá trị cho các hệ số tham chiếu này để đạt đợc mục đích: nhiệt độ đa vào TCU là nhiệt độ thực của quá trình.
Mối quan hệ đợc biểu diễn qua công thức :
Nhiệt độ thực = (nhiệt độ TCU đọc SPAN) + SHFt.
+ Đặt phạm vi giá trị điểm đặt (SPLO&SPHI): khoảng giới hạn giá trị điểm đặt đợc phép thay đổi từ giới hạn dới ( SPLO) tới giới hạn trên ( SPHI ).
+ Tốc độ tăng điểm đặt ( SPrP – SetPoint Ramp Rate ): ngời ta không đa trực tiếp một giá trị điểm đặt vào quá trình mà phải thay đổi từ từ theo tốc độ tăng điểm đặt Điều này hạn chế sự sốc nhiệt cho quá trình khi giá trị điểm đặt quá lín.
+ Đầu vào ngời dùng: lựa chọn một trong số các hàm đợc liệt kê Sử dụng đầu vào ngời dùng để chuyển hoạt động cho TCU hoặc thực hiện khoá một số chức năng Khi nối đầu vào ngời dùng với mức điện áp cao thì sẽ kích hoạt hàm đợc lựa chọn.
+ Hệ số chuyển đổi tín hiệu dòng cấp nhiệt (HCur): là hệ số chuyển đổi giữa dòng (tính bằng ampe ) từ bộ biến dòng và dòng qua dây đốt.
Tại modul này các lựa chọn sẽ ảnh hởng tới đầu ra điều khiển: thay đổi mức phụ thuộc của đầu ra vào sự thay đổi nhiệt độ của quá trình và sai lệch của thiết bị đo nhiệt độ.
Chọn chu kì thời gian phụ thuộc vào hằng số thời gian quá trình và sử dụng modul đầu ra dạng nào
Tốt nhất nên lựa chọn chu kì thời gian bằng 1/10 hằng số thời gian quá trình hay nhỏ hơn tuỳ theo lựa chọn Nếu chọn chu kì thời gian lớn hơn thì có thể làm suy giảm nhiệt độ điều khiển, còn nếu chọn chu kì thời gian nhỏ hơn thì sẽ có đợc một số thuận lợi
Khi sử dụng modul đầu ra dang Triac hay Logic/SSR drive với SSR Power Unit thì chu kì thời gian ngắn có thể đợc chọn.
Nếu điểm đặt bằng 0 thì sẽ khiến cho đầu ra điều khiển chính và bộ chỉ thị bị ngắt Do đó nếu sử đầu ra tơng tự để điều khiển thì đầu ra chính và bộ chỉ có thể bị vô hiệu hoá Điều này không áp dụng với dạng điều khiển van.
+ Lựa chọn kiểu tác động điều khiển đầu ra (OPAC).
Trong những ứng dụng dùng cả hai chức năng nung nóng và làm mát thì cần phải lựa chọn kiểu điều khiển ( nung nóng hay làm mát ) cho hai đầu ra OP1 và OP2 Đầu ra chính (OP1) thờng đợc sử dụng cho việc nung nóng (tác động ngợc ) và đầu ra làm mát (OP2) đợc sử dụng để làm mát (tác động thuận)
+ Chọn phạm vi cho phép của giá trị % đầu ra (OPLO&OPHI): lựa chọn khoảng giới an toàn ( chỉ cho phép đầu ra thay đổi trong khoảng này )của đầu ra cho quá tr×nh
+ Hệ số lọc tín hiệu ra (OpdP – Output Power Dampening): lựa chọn giá trị phù hợp cho tác động đầu ra của bộ điều khiển PID Tuy nhiên chỉ quan tâm tới hệ số này khi quá trình có hệ số khuyếch đại hoặc hằng số vi phân quá lớn ( đồng nghĩa với sự phụ thuộc nhiễu lớn ) Giá trị của hệ số này phụ thuộc vào thời gian đáp ứng của quá trình và giá trị xác lập của cơ cấu chấp hành, nói chung nên chọn hệ số này trong khoảng từ 1/20 tới 1/50 hằng số thời gian tích phân của bộ ®iÒu khiÓn.
các phơng pháp điều khiển trong thiết bị tcu 4.1.§iÒu khiÓn PID
Khoảng tỉ lệ
- Khoảng tỉ lệ đợc định nghĩa nh là 1 khoảng nhiệt độ, quá trình thay đổi làm cho phần trăm giá trị ra đạt tới 100 % Khoảng này có thể hoặc không đạt đợc chính xác bằng giá trị đặt, phụ thuộc trạng thái ổn định của quá trình Khoảng tỉ lệ dịch chuyển bởi khoảng dịch của ngời điều chỉnh, hay do tác động tích phân nhằm đạt mục đích tối thiểu sai số tới 0 Khoảng tỉ lệ thể hiện nh là phần trăm khoảng đo sensor vào.
Ví dụ: Cặp nhiệt độ loại T với khoảng đo là 600 0 C , khoảng tỉ lệ đặt 5 % sẽ có khoảng tỉ lệ là 600*5%0 0 C.
-Khoảng tỉ lệ nên đợc đặt để có đợc đáp ứng tốt nhất hạn chế nhiễu đồng thời tối thiểu hoá độ qúa điều chỉnh.
-Khi đặt khoảng tỉ lệ quá nhỏ ( tức hệ số khuyếch đại lớn ) tạo ra đáp ứng nhanh của TCU và tăng độ quá điều chỉnh , tạo ra dao động liên tục xung quanh điểm đặt. t t Hằng số tích phân đầu ra tỉ lệ ®Çu ra tÝch ph©n Sai lệch
Hình 17: Hằng số tích phân
-Khi đặt khoảng tỉ lệ lớn ( hệ số khuyếch đại nhỏ ) làm cho đáp ứng chậm với khoảng thời gian lớn của quá trình quá độ.
- Khi ta đặt khoảng tỉ lệ 0.0 % TCU chuyển sang chế độ điều khiển ON/OFF
Hằng số tích phân
- Hằng số tích phân là thời gian tính bằng giây , mà với quá trình có sai lệch không đổi thì đầu ra theo tác động tích phân sẽ đạt tới đầu ra theo tác động tỉ lệ.
Khi mà sai lệch không đổi cần tồn tại tác động tích phân lặp lại tác động tỉ lệ trong mỗi chu kì tích phân Tác động tích phân dịch vị trí điểm tâm của khoảng tỉ lệ cho tới khi triệt tiêu sai lệch trong trạng thái ổn định.
- Tác động tích phân thay đổi giá trị đầu ra để nó đạt tới giá trị điểm đặt.
- Nếu đặt Ti quá nhỏ hạn chế khả năng đáp ứng của quá trình tới giá trị đầu ra mới dẫn tới quá trình không ổn định với độ quá điều chỉnh lớn.
- Đặt Ti quá lớn tạo ra 1 đáp ứng quá chậm để tiến tới trạng thái sai lệch ổn định. -Tác động tích phân có thể mất tác dụng khi đặt Ti = 0 Nếu đặt Ti = 0 đầu ra tích phân trớc đó đợc duy trì.
- Nếu Ti = 0 ngời điều khiển phải thay đổi độ dịch đầu ra ( thông số OPOF) để loại trạng thái sai lệch ổn định OPOF xuất hiện trong chế độ không bảo toàn t Hằng số vi phân ®Çu ra vi ph©n ®Çu ra tỉ lệ Sai lệch
Hình 18: Hằng số vi phân
Output power(%) thông số khi Ti = 0 Bộ điều khiển có thể ngăn chặn tác động tích phân khi quá trình hoạt động ngoài khoảng tỉ lệ.
Hằng số vi ph©n
- Giá trị ra theo tác động tỉ lệ sẽ bằng giá trị ra theo tác động vi phân với sai lệch quá trình thay đổi ( ramping ) Khi mà sai lệch còn tồn tại, tác động vi phân lặp lại bởi tác động tỉ lệ trong mỗi khoảng Td.
-Tác động vi phân đợc dùng để rút ngắn thời gian đáp ứng quá trình và giúp ổn định quá trình, bằng cách cung cấp một đầu ra dựa trên tỷ lệ sự thay đổi của quá trình Dới tác động vi phân vợt trớc đáp ứng ra bị chặn trớc, và buộc phải thay đổi trớc khi nó đến đích.
- Tăng Td sẽ ổn định đáp ứng, nhng nếu quá lớn đi liền với tín hiệu nhiễu cần xử lí, dẫn tới đầu ra dao động quá lớn.
- Đặt Td quá nhỏ thờng giảm ổn định và tăng độ overshoot.
-Đặt Td = 0 yêu cầu khoảng tỉ lệ rộng hơn và Ti lớn để giống với độ ổn định khi cã Td.
* Hệ số dịch tín hiệu ra (OPOF).
Nếu hằng số tích phân đặt bằng 0 (tắt chế độ tự động reset ), thì cần phải thay đổi đầu ra để triệt tiêu sai lệch tĩnh Thông số OPOF dùng để dịch khoảng tỉ lệ t
Hình 19: Các đáp ứng điển hình cho bộ PID
Hình 20: Các đáp ứng quá trình không tốt Đáp ứng chậm Dao động và quá điều chỉnh
(PrOP) cho tới khi sai lệch đạt yêu cầu Thông số OPOF xuất hiện trong chế độ không bảo vệ thông số ( chỉ khi đặt hằng số tích phân bằng 0 ).
* Yêu cầu của điều khiển PID Để giúp cho sự điều chỉnh các thông số của bộ PID đáp ứng đợc những yêu cầu phức tạp của bài toán, cần nối TCU với một thiết bị ghi đồ thị nhiệt độ, từ đó ta sẽ có phớng tiện hữu hiệu bằng hình ảnh để phân tích quá trình tốt hơn So sánh đáp ứng thực của quá trình và đáp ứng của bộ PID, với thay đổi bớc nhảy cho quá trình Tạo ra sự thay đổi cho các thông số của bộ PID nhỏ hơn 20% từ giá trị bắt đầu và cho phép quá trình đủ thời gian để ổn định trớc khi tính toán ảnh h- ởng của các giá trị mới.
Cả hai dạng đáp ứng trên đều không tốt, nếu rơi vào một trong hai dạng đáp trên cần phải chỉnh lại thông số của bộ PID cụ thể nh sau:
+TH1: Cần giảm độ quá điều chỉnh và loại bỏ dao động:
-Tăng khoảng tỉ lệ (PrOP).
-Tăng hằng số tích phân.
-Sử dụng tốc độ thay đổi điểm đặt.
-Giới hạn phạm vi đầu ra
Ng ợc pha (OP1: nung nãng) t0 ThuËn pha
Ng ợc pha (OP2: nung nãng) t0
ThuËn pha (OP2: làm mát)
-Dùng chức năng tự chỉnh với mã tốc độ đáp ứng lớn hơn (tcod).
-Tăng hằng số vi phân.
-KiÓm tra chu kú thêi gian.
+TH2: Cần tăng tốc độ đáp ứng.
-Giảm khoảng tỉ lệ (PrOP).
-Giảm hằng số tích phân (Intt).
-Mở rộng phạm vi đầu ra -Dùng chức năng tự chỉnh với mã tốc độ đáp ứng nhỏ.
-Đặt khoảng tỉ lệ bằng 0% TCU tự động bớc vào chế độ điều khiển ON/OFF. Thông số khoảng trễ điều khiển ON/ OFF là CHYS sẽ giới hạn đầu ra xung quanh giá trị đặt
- Đối với hệ thống có đầu ra điều khiển nung nóng / làm mát, đầu ra làm mát cũng có thể tạo đợc chế độ điều khiển ON/ OFF bằng cách khác là đặt hệ số quan hệ GAIN2 = 0.0 Thông số db_2 quyết định lợng khoảng chết giữa hai đầu ra.
-Pha của tác động điều khiển có thể đảo ngợc bởi thông số tác động ra Điều khiển ON/OFF thờng có u điểm rõ khi qúa trình có nhiệt độ dao động xung quanh giá trị đặt.
-Điều khiển ON/OFF chỉ nên sử dụng khi dao động không đổi là chấp nhận đợc.
Output off OP2 Đáp ứng ON/OFF của OP1 Đáp ứng ON/OFF của OP2
Hình 21: Điều khiển ON/OFF của hai đầu ra OP1 và OP2
Do có hai đầu vào là đầu vào sensor đo nhiệt độ và đầu vào tơng tự nên có thể ứng dụng TCU để thực hiện điều khiển Cascade, trong đó chế độ hoạt động đợc lựa chọn bởi chơng trình.
Giá trị đọc tại đầu vào tơng tự đợc hiển thị trên dãy dới, khi đó đèn báo chế độ hoạt động Đ4 sáng liên tục chữ SEC.
* Giá trị đặt từ xa:
Giá trị đặt từ xa đợc tính bởi công thức:
T tx =T tt ∗rtIO +bIAS trong đó:
Ttx – giá trị điểm đặt từ xa
Ttt – giá trị đầu vào tơng tự rtIO = 0.000 ¿ 9.999 bIAS = -999 ¿ 9999 Trong chế độ giá trị đặt từ xa thì trên bảng điều khiển đèn báo Đ3 sáng liên tục chữ REM Nhằm mục đích an toàn cho khoảng điều khiển ta có thể hạn chế giới hạn trên dới cho khoảng điều khiển thông qua hai thông số SPLO và SPHI.
* §iÒu khiÓn Cascade: Điều khiển Cascade chia quá trình điều khiển thành 2 vòng là vòng trong và vòng ngoài.
+Vòng trong điều khiển các biến mà nó thờng có đáp ứng nhanh, giải quyết ngay lập tức các nhiễu (mà bản thân nó có tác động rất nhanh ) xảy ra trong quá trình trớc khi chúng xuất hiện ở vòng ngoài.
+Vòng ngoài thiết lập điểm đặt cho vòng trong
+Vì vòng ngoài và vòng trong đợc xem nh là các quá trình khác biệt
( vòng trong có đáp ứng nhanh hơn ) do vậy chúng có giá trị lựa chọn thông số khác nhau.
+Đối với TCU có 2 mô hình điều khiển Cascade: mô hình Cascade trong và mô hình Cascade ngoài
Dới đây sẽ trình bày cụ thể hơn về từng mô hình điều khiển Cascade và so sánh tính u việt của mỗi mô hình.
Bộ điều khiển vòng ngoài Bộ điều khiển vòng trong
PID PID Quá trình trong
Hình 22: Mô hình điều khiển External Cascade
PID PID2 Quá trình trong
Hình 23: Mô hình điều khiển Internal Cascade
Mô hình điều khiển External Cascade
Mô hình này sử dụng 2 bộ điều khiển:
+Bộ điều khiển vòng trong điều khiển quá trình trong nhằm tránh nhiễu cho quá trình ( Ví dụ: xốc nhiệt trong qúa trình điều khiển nhiệt độ ) Thiết bị này có đầu vào tơng tự, thông qua nó nhận đợc giá trị đặt từ xa của thiết bị khác.
+Bộ điều khiển vòng ngoài điều khiển quá trình ngoài là quá trình chính cần điều khiển Ngời điều khiển nhập giá trị đặt từ bảng điều khiển, bộ điều khiển vòng ngoài sẽ so sánh giá trị đặt chính với giá trị nhiệt đo đợc của qúa trình và phát ra tín hiệu 1 chiều ( áp hoặc dòng ) Tín hiệu này sau đó đợc dùng làm giá trị đặt từ xa cho bộ điều khiển vòng trong.
+Giá trị đặt từ xa của bộ điều khiển phụ phải đợc đặt tỉ lệ, thờng thì giá trị đặt từ xa đợc đặt tỉ lệ bằng khoảng của quá trình thực của bộ điều khiển phụ
+Giá trị đặt từ xa của bộ điều khiển phụ phải đợc đổi tỉ lệ, thờng thì giá trị đặt từ xa đợc đặt tỉ lệ bằng khoảng của quá trình thực của bộ điều khiển thứ cấp.
SP tx =HSTL∗rtIO +bIAS
SPtx - điểm đặt từ xa HSTL – hệ số tỉ lệ giữa 2 thiết bị. bIAS – hệ số dịch rtIO – hệ số tỉ lệ của bộ điều khiển.
+Trong 1 số trờng hợp tín hiệu giá trị đặt từ xa có thể thay đổi qúa nhanh hoặc bị nhiễu dẫn tới sự mất ổn định của bộ điều khiển phụ Khi đó hệ số thay đổi SPrP đợc dùng tới để giới hạn lợng thay đổi của giá trị đặt từ xa nên đặt SPrP nhỏ nhất cã thÓ.
Mô hình điều khiển Internal Cascade
Trong mô hình điều khiển Internal Cascade các chức năng của hai bộ điều khiển Cascade đợc tích hợp trong cùng 1 TCU Trong mọi lĩnh vực điều khiển thì
OP1 ®Çu ra Linear DC, ®iÒu khiÓn van
Kết thúc quá trình tự chỉnh
Hình 24: Hoạt động của quá trình tự chỉnh CHYS mô hình điều khiển Internal Cascade đều tạo ra chất lợng và tính linh hoạt ngang bằng với mô hình điều khiển External Cascade
Vòng ngoài cung cấp giá trị đặt cho vòng trong: đầu ra của vòng ngoài đợc nhập vào vòng ngoài làm giá trị đặt thông qua sự điều chỉnh của các thông số tỉ lệ DSP1 và DSP2 Giá trị đặt này đợc vòng trong sử dụng để tính toán đa ra đầu ra thùc
4.4 Vấn đề tự chỉnh trong TCU
Khi thực hiện tự chỉnh trong TCU thì ta chỉ cần đặt các sơ kiện ban đầu, sau đó dựa vào đặc tính quá trình TCU sẽ tự quyết định các thông số điều khiển phù hợp để cung cấp đầu ra một cách chính xác và tin cậy nhất
Trong suốt quá trình tự chỉnh, bộ điều khiển có thể tạm thời làm cho đầu ra của hệ thống dao động từ 0 ¿ 100 % Đờng đặc tính đầu tiên của đầu ra bao giờ cũng là đặc tính do sơ kiện của chúng ta đặt trớc.
Những thông số cần phải đặt trớc khi vào chế độ tự chỉnh là độ trễ điều khiển ( CHYS ) và mã thay đổi tự chỉnh ( tcod )
Các thông số sau đây sẽ đợc tự động đặt bởi quá trình tự chỉnh:
Intt Hằng số tích phân. dErt Hằng số vi phân.
Fltr Hệ số lọc tín hiệu vào.
OPdP Tốc độ đáp ứng.
*Tự chỉnh cho các hệ thống nung nóng/làm mát.
TCU có hai đầu ra OP1 và OP2 tơng ứng để nung nóng/ làm mát Thông số cần thiết nhất cho các hệ thống này là db_2 Thông số db_2 quyết định khoảng thời gian xảy ra khoảng chết hay hiện tợng cùng tồn tại cả hai tác động nung nóng và làm mát trong quá trình tự chỉnh Thông số db_2 tiếp tục giữ nguyên giá trị của nó cho tới khi quá trình tự chỉnh hoàn thành, sau đó ta nên đặt lại giá trị cho db_2.
Chú ý: Cần hạn chế tối đa nhiễu do tải ngoài gây ra bởi nếu không chúng sẽ gây tác động cho quá trình quyết định các hằng số của bộ PID
*Tự chỉnh cho hệ thống Internal Cascade.
Tự chỉnh cho hệ thống Internal Cascade bao gồm hai phân đoạn tự chỉnh: tự chỉnh cho vòng trong và tự chỉnh cho vòng ngoài Mỗi tập thông số cho từng vòng đợc tự chỉnh một cách độc lập, và vòng trong thờng đợc chỉnh trớc. Để kích hoạt quá trình tự chỉnh, trớc hết cần “mở khoá” cho thông số tUNE ( trong modul khoá ), sau đó trong chế độ ẩn lựa chọn yES cho thông số tUNE, tiếp đó dựa vào yêu cầu cụ thể của hệ thống mà chọn tự chỉnh cho vòng trong (SEC) hay vòng ngoài (PRI).
Quá trình tự chỉnh trải qua 4 pha, trên hiển thị dới sẽ hiện chỉ số của pha tích cùc.
Pha Hiển thị cho vòng ngoài
Hiển thị cho vòng trong
Trong quá trình tự chỉnh TCU sẽ tự tính toán và thay đổi các thông số cho bộ điều khiển
Hình 25: Pha điều khiển của quá trình tự chỉnh
It_2 Hằng số tích phân. dt_2 Hằng số vi phân.
OPd2 Hằng số tốc độ đáp ứng vòng trong.
Tự chỉnh của vòng trong chịu ảnh hởng lớn của giá trị đặt Trong chế độ tự động, giá trị đặt của vòng trong là đầu ra của vòng ngoài ( đợc tính từ khi bắt đầu quá trình tự chỉnh ) Còn trong hoạt động điều chỉnh tay nó mang giá trị đọc đợc của đầu vào tơng tự thứ hai ( lúc khởi động quá trình tự chỉnh ).
Trớc khi bớc vào quá trình tự chỉnh cho vòng trong cần lu ý đặt thang đo phù hợp với phạm vi của quá trình ( do vòng trong điều khiển ).
Các bớc tiến hành điều chỉnh hệ thống điều khiển Internal Cascade:
+ B1: Đặt TCU vào kiều hoạt động điều chỉnh tay (USEr).
+ B2: Điều khiển tín hiệu ra cho tới khi các thông số của bộ điều khiển vòng ngoài gần bằng giá trị điểm đặt.
+ B3: Khởi động tự chỉnh vòng trong.
+ B4: Khởi động tự chỉnh vòng ngoài.
+ B5: Đặt TCU ở chế độ tự động.
Sau khi quá trình đã ở trạng thái xác lập, bộ điều khiển vòng trong và ngoài có thể tiếp tục đợc chỉnh định lại (tự động) Bất cứ một thông số nào của bộ PID vòng trong bị thay đổi thì lập tức TCU sẽ thay đổi các thông số cuả bộ PID vòng ngoài.
*Tự chỉnh của hệ thống điều khiển External Cascade
Hệ thống External Cascade sử dụng 2 bộ điều khiển, bộ điều khiển vòng trong và bộ điều khiển vòng ngoài Bộ điều khiển vòng trong có đầu vào là giá trị đặt từ xa và đầu ra là đầu ra chính của quá trình, bộ điều khiển vòng ngoài có đầu vào là đầu vào chính của quá trình và đầu ra làm điểm đặt cho vòng trong Các thông số của vòng trong đợc điều chỉnh trớc và cần phải đặt thang đo cho vòng trong.
Sau đây là các bớc cài đặt cho tự chỉnh của hệ thống điều khiển External Cascade:
+B1: Đặt bộ điều khiển vòng trong ở chế độ điểm đặt địa phơng và điều chỉnh tay.
+ B2: Điều chỉnh đầu ra của bộ điều khiển vòng trong cho tới khi các biến của vòng ngoài xấp xỉ giá trị điểm đặt ( 10%).
+ B3: Nhập giá trị điểm đặt cho bộ điều khiển vòng trong bằng giá trị của quá trình vòng trong.
+ B4: Tiến hành tự chỉnh cho vòng trong ở chế độ điểm đặt địa phơng.
+ B5: Đặt bộ điều khiển vòng trong ở chế độ điểm đặt từ xa và điều chỉnh tự động.
+ B6: Tiến hành tự chỉnh cho vòng ngoài trong kiểu điều chỉnh tự động.
Sau khi quá trình đã đạt xác lập, bộ điều khiển vòng trong và bộ điều khiển vòng ngoài vẫn có thể đợc điều chỉnh lại các thông số ( tự động ) khi một thông số nào đó của bộ điều khiển vòng trong bị thay đổi.
Chơng 5 kết nối truyền thông Rs 485
Chuẩn truyền thông RS-485 cho phép truyền và nhận dữ liệu trên dây cáp đơn.Chính đặc điểm này đợc sử dụng để giám sát các biến giá trị ,đặt lại các đầu ra và thay đổi giá trị ,tất cả các công việc này đều đợc thực hiện từ xa.
Các thiết bị thờng đợc ghép nối với bộ điều chỉnh nhiệt độ TCU nh máy in một thiết bị đầu cuối , bộ diều khiển chơng trình ,hay một máy tính trung tâm.
RS-485 cho phép truyền trên khoảng cách lên tới 1200m.
Có tới 32 bộ điều khiển có thể đợc nối trên cùng một đờng cáp và đờng nối chung Địa chỉ của các bộ điều khiển đợc đánh số từ 0 tới 99 Bộ chuyển đổi GCM422 đợc cài đặt nhằm mở rộng tính linh hoạt của bộ điều khiển.
Khi sử dụng một thiết bị đầu cuối hay một máy tính trung tâm mà chỉ sử dụng một bộ TCU thì địa chỉ “0” đợc sử dụng loại trừ yêu cầu đối với các địa chỉ xác định khi gửi đi một lệnh Nếu nhiều hơn một bộ TCU trên đờng truyền thì mỗi bộ TCU phải đợc đánh một địa chỉ khác nhau.
+Khuôn dạng của dữ liệu truyền.
kết nối truyền thông rs-485 48 5.1 Chuẩn truyền thông RS- 485
Truyền câu lệnh và dữ liệu
Khi gửi lệnh tới 1 bộ điều khiển ,một chuỗi lệnh phải đợc xây dựng
Chuỗi câu lệnh có thể bao gồm các mã lệnh,giá trị xác định ,và dữ liệu số
Sau đây là danh sách các lệnh và giá trị nhận dạng ,đợc sử dụng khi truyền thông với TCU.
N(4EH) Địa chỉ lệnh:tiếp theo một hoặc hai số ,số địa chỉ từ 0 tới
Hình 26: Chuỗi kí tự điển hình
K ho ản g t rố ng D ấ u t rừ D ấ u c hấ m đơ n v ị C ar ria ge r etu rn L in e f e e d
3 4 F CR LF SP CR LF
Bèn digit BiÕn nhí địa chỉ thiết bị Cuối cuộc truyền
Truyền sự lựa chọn tại phần Program Option(PoPt).
Tiếp theo là một giá trị Value Identifier (G hoặc H).
T(54H) Lệnh truyền giá trị ;Tiếp theolà một giá trị Value Identifier
C(43H) Lệnh điều khiển hoạt động.
Tiếp theo là một giá trị Value Identifier(S hoặcU) và số.
V(56H) Lệnh thay đổi giá trị Tiếp theo là một giá trị Value
Identifier (B-H,J-M,O,Q,X-Z) ,sau đó là dữ liệu số riêng.
Dữ liệu đợc truyền từ TCU khi một lệnh “T”Transmit Value hay một lệnh “P” Transmit Print Options đợc gửi tới bộ điều khiển thông qua cổng nối tiếp Dữ liệu cũng đợc truyền khi đầu vào ngời sử dụng (User Input),lập chơng trình cho chức năng yêu cầu in (Print Request),đợc kích hoạt Do đặc điểm tốc độ in cho phép lựa chọn máy in để đợc truyền tại tốc độ chơng trình qua cổng nối tiếp.
Việc truyền chuỗi số có dạng nh sau:
Hai digit đầu là địa chỉ bộ điều khiển Nếu địa chỉ bộ điều khiển là 0 thì ô đầu để trống Một khoảng tiếp theo là số địa chỉ bộ điều khiển.Ba kí tự tiếp theo là biến nhớ theo sau bởi một hay nhiều khoảng trống.Giá trị dữ liệu bằng số đợc truyền tiếp theo bằng các bộ điều khiển xác định Giá trị phủ định đợc chỉ thị bởi kí hiệu
Vị trí dấu chấm thập phân trong giới hạn trờng dữ liệu phụ thuộc vào giá trị thực mà nó thể hiện.Số dữ liệu đợc sắp đúng chỗ ,không bắt đầu bằng 0.
Khi lệnh T hay yêu cầu in có kết quả ,các chuỗi kí tự trên đợc gửi trên mỗi đ- ờng của một khối truyền.
Nếu có nhiều hơn một chuỗi đợc truyền ,có 100ms tới 200ms gán liền vào thời gian trễ sau khi truyền mỗi chuỗi và sau mỗi khối truyền.Khi giao tiếp với máy in ,việc gửi các biến nhớ thờng đợc yêu cầu.
*KÕt nèi TCU víi PC. Để sử dụng khả năng truyền thông nối tiếp của TCU thì yêu cầu máy tính phải cã card nèi tiÕp RS485.
Nếu một IBM PC thích hợp đợc sử dụng thì card nối tiếp RS485 đợc cài đặt vào chân cắm mở rộng trên bảng mạch chính
RS 485 card có thể đợc thiết lập cho việc vận hành “2 –dây đôi ”,với chế độ vận hành này thì mỗi phần thiết bị phải có thể chuyển mạch từ chế độ nhận tới chế độ truyền và ngợc lại
Bộ điều khiển hoạt động bình thờng trong chế độ nhận dữ liệu Nó sẽ tự động chuyển mạch tới chế độ truyền dữ liệu khi Transmit Value Command hoặc Print Request có kết quả Với máy tính để chuyển mạch từ chế độ nhận dữ liệu sang truyền dữ liệu thì phải có phần mềm điều khiển, đợc viết để thực hiện nhiệm vụ này.
Trên hầu hết Card nối tiếp RS 485 thì tín hiệu RTS (Request to Send)đợc thiết lập để sử dụng nh việc định hớng (truyền /nhận )tín hiệu điều khiển
Phần mềm điều khiển phải ngắt trạng thái của đờng RTS khi máy tính đang thực hiện việc truyền và nhận dữ liệu.
Bộ điều khiển dành 100 ms để máy tính thực hiện việc chuyển đổi từ chế độ truyền sang chế độ nhận
Nếu card RS 485 không đợc sử dụng và chỉ có cổng RS 232 là biến thì module chuyển đổi GCM 232&GCM 422 đợc sử dụng
Bộ chuyển đổi GCM232 chuyển từ RS 232 sang dòng điện vòng
Bộ chuển đổi GCM 422 chuyển 20mA dòng điện vòng sangRS 422/RS 485.
Bộ chuyển đổi GCM422 có 25 đầu ra.
Chú ý : GCM422 yêu cầu đầu TXEN cho chế độ vận hành riêng. Đầu TXEN là dạng phụ thuộc Nếu nó không đợc chỉ ra trên nhãn máy thì nó không có giá trị đối với máy đó
Khi nối khối đầu ra, tại đằng cuối của khối ta để ý đến tên của đầu ra để nối mỗi dây vào đúng vị trí riêng của nó. Đối với công việc này thì chỉ cần sử dụng hai dây truyền phát và một dây chung. Hai dây truyền dữ liệu nối tới TX/RX(+) và TX/RX(-).
Cáp dẫn nên là cáp đôi ,trong một số ứng dụng thì một tín hiệu đất có thể đợc yêu cầu để thiết lập một đờng đất chuẩn
Tín hiệu đất sẽ đợc yêu cầu nếu thiết bị không có điện trở điện áp lệch trong nối với đờng RS485.
Tín hiệu đầu vào thờng đợc cách điện từ đờng RS 485và đầu ra tơng tự “-”.
Chú ý : Không nối bất cứ đầu chung nào tới đầu ra tơng tự “-”.
* Kết nối TCU với máy in.
Một hay nhiều bộ TCU có thể đợc nối với máy in RLC modul DMPC , sử dụng module chuyển đổi RLC GCM 422. Đầu nối TX EN (Transmit Enable) đợc nối tới chân nối không truyền trên module GCM 422.
Máy in sau đó có thể nhận dữ liệu khi User Input, đợc lập trình cho chức năng yêu cầu in, hoạt động.
Bộ GCM 422 phải có jumper trong đặt tại 485 vị trí 25 chân nối trên module GCM 422 phải đợc cắm jumper tại các vị trí chân 2, 3 và 14, 16.
Bộ TCU phải đợc lập trình để có cùng tốc độ truyền với máy in.
Khi có nhiều hơn 1 bộ điều khiển trên đờng truyền thì mỗi đầu ghép nối TX-
EN đợc nối tới chân cha truyền của module GCM 422.
Tại mỗi thời điểm chỉ có duy nhất một bộ TCU có chức năng in ,nhằm tránh khả năng xảy ra xung đột khi có nhiều hơn một TCU yêu cầu máy in thực hiện
*Máy tính trung tâm – Sever.
Một nhà máy sử dụng nhiều bộ điều khiển TCU để điều khiển quá trình sản xuất Các bộ TCU đợc đặt tại các vị trí khác nhau để tối thiểu hoá quá trình xử lý. Đặt tại phòng điều hành sản xuất một máy tính công nghiệp, máy tính này đợc nối với các bộ TCU qua đờng dây truyền thông Mỗi bộ TCU đợc đánh một địa chỉ khác nhau, nhng tất cả đều phải đợc lập trình để đợc tơng thích với máy tính.
H×nh 27 : KÕt nèi nhiÒu TCU víi Hosterminal
Máy tính sử dụng các câu lệnh riêng để gửi và nhận dữ liệu từ các bộ TCU.
Nếu hai đờng truyền thông đợc thiết lập giữa TCU và một máy tính, trớc tiên máy tính phải nhận đợc thông tin từ TCU Kích hoạt User Input, lập chơng trình cho chức năng yêu cầu in,bắt đầu việc truyền từ TCU.
Một bộ RLC Serial Couverter Module GCM 422 đợc thiết lập nhằm mở rộng khả năng thích nghi của bộ điều chỉnh nhiệt độ TCU chơng 6 ứng dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ vào các hệ thống công nghiệp.
6.1 Điều khiển giám sát dòng cấp nhiệt. Đây là đầu vào ( không bắt buộc ) cho phép điều khiển dòng cấp nhiệt thông qua modul đầu ra chính OP1 Giá trị dòng cấp nhiệt thực đợc quan sát trên hiển thị dới Thông qua TCU ta có thể biết đợc trạng thái hiện tại của dây đốt hay khả năng hở mạch ,ngắn mạch với đất Một đầu ra cảnh báo có thể đợc lập trình để gửi ra tín hiệu báo động một sự kiện nào đó trớc khi nó ảnh hởng tới quá trình.Giá trị của cảnh báo dòng cấp nhiệt đợc đặt thấp hơn khoảng 10-20% giá trị dòng cấp nhiệt thực.
ứng dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ vào các hệ thống công nghiệp 55 6.1 Điều khiển giám sát dòng cấp nhiệt
Điều khiển nung nóng/làm mát
Hình 29: Điều khiển nung nóng /làm mát.
Hình 30: Điều khiển vị trí van.
Thiết bị TCU có hai đầu ra nung nóng và làm lạnh cho các quá trình, trong thực tế có nhiều quá trình cần cả hai tính năng này với mục đích đạt tới khoảng nhiệt độ chính xác cũng nh một giá trị nhiệt độ cố định nào đó.
Các thông số cần lập cấu hình cho chức năng làm mát:
CYC2 nhập chu kỳ thời gian làm mát.
GAN2 nhập thông số quan hệ. db_2 nhập khoảng chết(dead band).
Điều khiển vị trí van
Chức năng điều khiển vị trí van dùng hai đầu ra “đóng” và “mở” để trực tiếp đặt vị trí cho van theo một vòng kín Cũng có thể dùng trực tiếp đầu ra Linear DC để điều khiển vị trí của van thông qua một số thông số nhập vào mà không cần phải dùng tới các phơng pháp điều khiển PID hay ON/OFF.
Có hai kiểu điều khiển van: điều khiển vị trí và điều khiển vận tốc Điều khiển vị trí sử dụng tín hiệu phản hồi còn điều khiển vận tốc thì không. áp suất hơi nớc đợc điều khiển bởi TCU với Valve Positioner
TCU duy trì nhiệt độ dòng nớc nóng không đổi bằng việc điều khiển vị trí của van.
* Điều khiển vị trí. Điện trở phản hồi (thể hiện vị trí của van) đợc đo để đa vào TCU và cân bằng thang đo tơng ứng từ 0 100 % Vị trí của van đợc so sánh với đầu ra để quyết định sự thay đổi lại vị trí cho van.
Khi tín hiệu phản hồi không tơng ứng với đầu ra nghĩa là đã xảy ra sự kiện hỏng động cơ van, hỏng van hoặc mất tín hiệu phản hồi Khi đó sẽ có điều khiển cho sự lật trạng thái của tín hiệu cảnh báo cảnh báo van dùng một bộ đếm thời gian đảm bảo cho sự tơng ứng của đầu ra và phản hồi van trong một khoảng thời gian đặt trớc Khi xảy ra sự kiện cảnh báo, trên hiển thị dới sẽ hiển thị thông báo
“VALV” và nếu đợc nối với thiết bị cảnh báo thì TCU sẽ đa ra tín hiệu để thông tin về sự kiện cho ngời vận hành biết Mỗi lần tín hiệu cảnh báo lật trạng thái, để tắt báo động thì đầu ra phải bằng với vị trí phản hồi (đã quy đổi tín hiệu) Khi đặt thời gian cảnh báo van bằng 0 sẽ làm mất tác dụng cảnh báo.
Lập cấu hình cho các thông số :
+Chế độ điều khiển vị trí:
VPS1 nhập vị trí đóng van
VPS1 nhập vị trí mở van
Vudt nhËp chu kú cËp nhËt van
VFAL nhập thời gian phát hiện hỏng van
Act1 đặt đầu ra cảnh báo cho phát hiện hỏng van.
Chế độ điều khiển vật tốc của Valve Positioner là phơng pháp điều khiển van đặc biệt ,nó không sử dụng tín hiệu phản hồi Tại chế độ điều khiển này thì bộ điều khiển sẽ đáp ứng sự thay đổi giá trị đầu ra ,thay vì đáp ứng trực tiếp giá trị ra nh trong điều khiển vị trí.
Nếu có lỗi quá trình ,thì bộ điều khiển sẽ tác động trớc tiên tới đầu ra động cơ điều khiển nhằm loại trừ lỗi
+Chế độ điều khiển vận tốc:
Vudt nhËp chu kú cËp nhËt van
VOPt nhập thời gian mở van
VCLt nhập thời gian đóng van
Vòng điều khiển Cascade là phơng pháp điều khiển có chất lợng tốt hơn điều khiển một vòng cổ điển Điều khiển Cascade cho phép quá trình đợc chia thành hai vòng :vòng điều khiển trong và vòng điều khiển ngoài Vòng điều khiển ngoài nhận giá trị đặt từ vòng điều khiển trong để điều khiển biến trung gian (áp suất hơi) Mức điều khiển của biến trung gian là đầu vào quá trình trong Vòng trong(nhiệt độ) điều khiển các biến thay đổi nhanh, nhờ vậy nó tác động nhanh hơn với các nhiễu để giảm ảnh hởng của nhiễu tới quá trình chính.
Lập cấu hình cho các thông số :
OPer chọn chế độ điều khiển Cascade.
Root chọn tuyến tính hoá đầu vào tơng tự thứ hai. dPt2 chọn vị trí dấu chấm động dsP1, InP1, DsP2, InP2: chọn thang tỉ lệ cho đầu vào thứ hai.
OPd2 hệ số lọc nhiễu cho đầu vào thứ hai.
Các thông số hoạt động:
SP_2 giá trị điểm đặt của vòng trong.
Pb_2 khoảng tỷ lệ cho vòng trong.
H×nh 31: §iÒu khiÓn Internal Cascade.
H×nh 32: §iÒu khiÓn External Cascade.
It_2 hằng số tích phân cho vòng trong. dt_2 hằng số vi phân cho vòng trong.
6.5 §iÒu khiÓn External Cascade. ở đây thiết bị PCU ( Process Control Unit ) đóng vai trò là bộ điều khiển của vòng trong.
Lập cấu hình cho các thông số:
OPer chọn chế độ điều khiển Cascade.
Root chọn tuyến tính hoá đầu vào tơng tự thứ hai. dPt2 chọn vị trí dấu chấm động dsP1, InP1, DsP2, InP2: chọn thang tỉ lệ cho đầu vào thứ hai.
SPtr chọn chế độ điểm đặt địa phơng/ từ xa.
Các thông số hoạt động:
Rtio hệ số ratio cho điểm đặt từ xa. biaS hệ số bias cho điểm đặt từ xa.
Điều khiển giá trị đặt Master
Hình 33: Điều khiển điểm đặt Master
Một TCU Master tạo điểm đặt cho nhiều TCU Slave (tối đa 50 ) Đầu ra Linear DC của TCU Master nối với đầu vào tơng tự thứ hai của các TCU Slave. Mỗi TCU Slave có thể có các hệ số ratio và bias khác nhau.
Lập cấu hình thông số cho các TCU slave:
OPer chọn chế độ điều khiển Cascade.
Root chon tuyến tính hoá đầu vào tơng tự thứ hai. dPt2 chọn vị trí dấu chấm động dsP1, InP1, DsP2, InP2: chọn thang tỉ lệ cho đầu vào thứ hai.
SPLO, SPHI: giới hạn dới, trên của điểm đặt từ xa.
SPrP tốc độ thay đổi điểm đặt từ xa.
Các thông số hoạt động của TCU slave:
Rtio hệ số ratio của đầu vào tơng tự thứ hai. biaS hệ số bias của đầu vào tơng tự thứ hai.
Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ tcu.
Tại đồ án này sử dụng lò điện trở làm đối tợng điều khiển
Lò điện trở là một thiết bị dùng để biến đổi điện năng thành nhiệt năng trong quá trình gia nhiệt bằng hình thức dùng điện trở hay còn gọi là dây nung (thanh nung ).
Lò thờng có cấu tạo đơn giản, chiều cao không thay đổi dọc theo chiều dài lò, chế độ trao đổi nhiệt trong lò chủ yếu là bức xạ phân bố đều
Dây nung Ni-Cr đợc đặt trong lòng lò và toả nhiệt theo hiệu ứng Jun-lenxơ Nhiệt lợng toả ra trên dây, khi có dòng điện chạy qua ,đợc tính theo công thức :
Q : Nhiệt lợng toả ra trên dây nung (J).
I : Dòng điện chạy qua dây nung (A). t : Thời gian dòng điện chạy qua dây nung (s).
Lò điện trở thực hiện công việc nung nóng vật ở bất kỳ chế độ nhiệt và nhiệt độ nào cần thiết Nhng nhợc điểm của các lò này là có tính ổn định không cao, chịu ảnh hởng lớn của nhiễu tác động. Đại lợng cần điều chỉnh là nhiệt độ buồng lò Việc điều khiển nhiệt độ buồng lò chính là điều khiển công suất đặt vào lò.
Có hai phơng án để xây dựng công suất này là:
-Điều chỉnh về phía tiêu thụ ,tức làm thay đổi điện trở của lò Phơng pháp này ít đợc áp dụng bởi tính không liên tục và hạn chế phạm vi điều khiển
-Điều khiển về phía cung cấp tức là thay đổi cờng độ dòng điện chạy qua dây nung Điều này có thể thực hiện bằng biến áp ,Rơle hoặc Thyristor.
*Phơng pháp dùng biến áp Đây là phơng pháp điều chỉnh điện áp theo cấp ,nó đòi hỏi biến áp phải có công suất lớn Phơng pháp này thô sơ ,ít đợc sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động
xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ tcu 62 7.1 Xác định đối tợng điều khiển
Mô hình và sơ đồ mạch kết nối
Mạch điều khiển sử dụng mô hình điều khiển Internal Cascade để điều khiển lò. Quá trình vòng trong điều khiển biến thay đổi nhanh đó là nhiệt độ của lò, quá trình vòng ngoài điều khiển biến thay đổi chậm hơn là nhiệt độ vật nung Trong đó quá trình cần điều khiển là quá trình vòng ngoài ( điều chỉnh nhiệt độ vật nung ).
Vòng trong đợc điều khiển bởi bộ điều khiển PID2 còn vòng ngoài điều khiển bởi bộ điều khiển PID.
PID PID2 Nhiệt độ lò nung Nhiệt độ vật nung
Hình 34: Mô hình dùng TCU điều khiển lò nung
Hình 35: Sơ đồ mạch kết nối TCU-lò điện trở.
7.2.2 Sơ đồ mạch kết nối.
1 – Hai cặp nhiệt điện loại XK.
4 – Bộ điều khiển công suất.
Cặp nhiệt đợc sử dụng ở đây là cặp nhiệt điện Crômen- Copen (ký hiệu XK ) Dây dơng Crômen là hợp kim 89% Ni + 9,8% Cr + 1% Fe + 0,2 % Mn ,còn dây âmCropen là hợp kim 56% Cu và 44% Ni Giới hạn đo cực đại khi đo dài hạn 600 0 C,còn khi đo ngắn hạn là 800 0 C.
Bộ điều khiển công suÊt
Có nhiều phơng pháp điều khiển công suất nhng phơng pháp dùng hai Thyristor mắc xung đối đợc sử dụng nhiều nhất.Khi có xung điều khiển thì hai
Thyristor sẽ lần lợt mở cho dòng đi qua.
Góc mở của Thyristor đợc điều khiển để bảo đảm cho công suất lò thay đổi từ 0 đến giá trị lớn nhất.
Phơng pháp này cho phép điều chỉnh trong phạm vi rộng ,độ chính xác tơng đối cao ,độ nhạy điều khiển lớn,có khả năng điều chỉnh liên tục và đều đặn
Dựa vào yêu cầu về chất lợng điều khiển và trang thiết bị sẵn có ,đồ án này chọn phơng pháp điều chỉnh công suất lò dùng hai Thyristor mắc xung đối để điều khiển lò điện trở.
+Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của Thyristor.
Thyristor là thiết bị bán dẫn gồm bốn lớp bán dẫn P1N1P2N2 khác nhau về chiều dày và mật độ điện tích ghép với nhau Giữa các lớp bán dẫn này hình thành các mặt ghép chuyển tiếp PN lần lợt là J1,J2,J3.
Khi đặt điện áp một chiều giữa hai cực A và K (anôt nối với cực dơng ,catôt nối vào cực âm) thì J1 và J3 đợc phân cực thuận còn J2 bị phân ngợc Gần nh toàn bộ điện áp nguồn đặt trên mặt ghép J2.Điện trờng nội tại E1 của J2 có chiều hớng từN1 về P2.Điện trờng ngoài tác dụng cùng chiều với Ei ,vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra ,không có dòng điện chạy qua Thyristor mặc dù nó đợc đặt dới điện áp
Khi có một xung điều khiển tác động vào cực G ,các điện tử từ N2 chảy sangP2 Các điện tử chịu sức hút của điện trờng tổng hợp của mặt ghép J2 và ngày càng nhiều điện tử chảy ào ạt vào N1 ,qua P1 và đến cực dơng của nguồn điện ngoài với tốc độ 1cm/100s Khi đó J2 trở thành mặt ghép dẫn điện Thyristor mở cho dòng chạy qua. Điện trở thuận của Thyristor khi ở trạng thái khoá khoảng100k,ở trạng thái mở khoảng 0,01.
Loại Thyristor đợc dùnglà loại Thyristor công suất nhỏ KY-202H có các thông số kĩ thuật nh sau:
+Điện áp làm việc 0,4(KV).
+Dòng điện cực đại cho phép 10(A).
VậyThyristor sẽ đợc mở khi có điện áp thuận ,nghiã là khi có hiệu điện áp giữa Anod và Catod là dơng và đồng thời có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G của nó và có dòng :
Igst:Giá trị giới hạn dòng điều khiển
Còn muốn đóng Thyristor phải đặt điện áp ngợc lên hai đầu Anod và Catod
UAK0 :trạng thái bão hoà dơng
U
