Yêu cầu: 1. Phân tích bài toán điều khiển, xác định các biến của mô hình và mô hình tổng quát 2. Thiết kế sách lược điều khiển phản hồi để điều khiển mức nước trong bình chứa. 3. Tìm phương trình hàm truyền đạt của hệ. Mô phỏng hệ hở trên Simulink 4. Thiết kế Bộ điều khiển cho quá trình bình mức, xác định giá trị của bộ điều khiển. Mô phỏng kết quả điều khiển với bộ điều khiển vừa tính được.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CỦA LÒ NHIỆT LUYỆN THÉP Sinh viên thực hiện: DƯƠNG VĂN SƠN TRẦN NGỌC TOẢN Lớp: TĐH K18A Giáo viên hướng dẫn: Ths HOÀNG THỊ THƯƠNG MỤC LỤC Mục Lục Lời mở dầu Chương 1: Tổng quan chung điều khiển trình .2 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Khái niệm điều khiển trình .2 1.1.2 Biến trình .3 1.1.3 Mục đích chức điều khiển q trình 1.1.4 Tầm quan trọng điều khiển trình 1.2 Nhiệm vụ điều khiển trình 1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển trình 1.3.1 Thiết bị đo 1.3.2 Thiết bị chấp hành 1.3.3 Các điều khiển .10 1.3.4 Hệ thống vận hành, giám sát 11 1.4 Trình tự phát triển hệ thống 11 1.4.1 Phân tích chức hệ thống .11 1.4.2 Xây dựng mơ hình tốn học 12 1.4.3 Xây dựng cấu trúc điều khiển .12 1.4.4 Thiết kế điều khiển 15 1.4.5 Lựa chọn giải pháp hệ thống 16 1.4.6 Phát triển phần mềm ứng dụng .16 1.4.7 Chỉnh định đưa vào vận hành 16 Chương 2: Mơ hình hóa hệ thống lị luyện thép .18 2.1 Giới thiệu chung 18 2.2 Mơ hình hóa lý thuyết hệ thống lò luyện thép .18 2.3 Công dụng việc luyện nhiệt thép 19 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình nhiệt luyện 19 2.5 Ứng dụng hệ thống lò luyện thép 20 a, Ủ thép 20 b, Tôi thép 21 c, Ram thép 22 d, Thường hóa 23 Chương 3: Xây dựng hệ thống điều khiển trình ổn định nhiệt độ lị nhiệt 25 3.1 Phân tích tốn điều khiển 25 3.1.1 Mơ hình tổng qt 25 3.1 Yêu cầu toán 25 3.1.2 Xác định biến trình: 26 3.1.3 Mơ hình q trình 26 3.2 Thiết kế sách lược điều khiển .27 3.2.1 Sơ đồ khối .27 3.2.2 Lưu đồ P&ID .28 3.3 Xây dựng phương trình truyền đạt .28 3.3.1 Xây dựng mơ hình hàm truyền 28 3.3.2 Mô Matlab Simulink 29 3.4 Thiết kế điều khiển cho hệ thống .31 3.4.1 Bộ điều khiển ON/OFF 31 3.4.2 Bộ điều khiển PID 36 Chương Điều khiển giám sát hệ thống PLC WINCC 39 4.1 Giao diện điều khiển 39 4.2 Giao diện đồ thị 42 4.3 Đánh giá hệ thống 44 Kết luận 45 Tài liệu tham khảo 46 LỜI MỞ DẦU Với phát triển khơng ngừng khoa học kĩ thuật, đóng góp to lớn nghành điều khiển tự động đem lại lợi ích to lớn cho người Việc phát triển hệt thống tự động giuo người ly khỏi cơng việc nặng nhọc tay chân thay vào hoạt động xác hiệu máy móc Chính lợi ích to lớn điều khiển trình mang đến cho đời sống người nên việc nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển q trình ln vấn đề quan tâm với nhà khoa học kỹ sư… Trong ngành tự động hóa tất người u thích ngành tự động Để thiết kế hệ thống tự động hóa hồn chỉnh có chất lượng tốt u cầu người thiết kế phải nắm vững kiến thức điều khiển trình Một kỹ bản, phân tích tính ổn định chất lượng hệ thống, từ thiết kế BĐK để hệ có chất lượng tốt Trong đồ án em biết khảo sát đường đặc tính thời gian, tần số thơng qua Matlab từ xác định cac thông số để hệ thống ổn định từ thiết kế điều khiển ON-OFF PID để nâng cao chất lượng đầu hệ thống Trong trình thực đồ án e nhận nhiều góp ý, động viên từ bạn thầy cô, đặc biệt – Giáo viên khoa cơng nghệ tự động hóa trường CNTT Với kiến thức hiểu biết hạn chế, em mong nhận nhiều đóng góp bổ sung ý kiến bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Khái niệm điều khiển trình Điều khiển trình điều khiển, vận hành giám sát q trình cơng nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất an tồn cho người, máy móc mơi trường Quá trình định nghĩa trình tự diễn biến vật lý, hóa học sinh học, vật chất, lượng thơng tin biến đổi, vận chuyển lưu trữ Q trình cơng nghệ trình liên quan đến biến đổi, vận chuyển lưu trữ vật chất lượng, nằm dây chuyền công nghệ nhà máy sản xuất lượng Một q trình cơng nghệ đơn giản q trình cấp liệu, trao đổi nhiệt, pha chế hỗn hợp, phức tạp tổ hợp lò phản ứng tháp chưng luyện tổ hợp lò turbin Quá trình kỹ thuật trình với đại lượng kỹ thuật đo hoặc/và can thiệp Trong nội dung mơn học, khái niệm q trình hiểu q trình cơng nghệ 1.1.2 Biến q trình Hình 1.1: Quá trình phân loại biến trình - Một biến vào Biến cần điều khiển (controlled variable): Biến ra, đại lượng hệ trọng tới vận hành an toàn, ổn định chất lượng sản phẩm, cần trì giá trị đặt, bám theo tín hiệu chủ đạo - Biến điều khiển (control variable, manipulated variable): Biến vào can thiệp theo ý muốn để tác động tới đại lượng cần điều khiển - Nhiễu: Biến vào không can thiệp được: + Nhiễu trình (disturbance, process disturbance): Nhiễu đầu vào (input disturbance): biến thiên thông số đầu vào (lưu lượng, nhiệt độ thành phần nguyên liệu, nhiên liệu) Nhiễu tải (load disturbance): thay đổi tải theo yêu cầu sử dụng (lưu lượng dòng chảy, áp suất nước, ) Nhiễu ngoại sinh (exogenous disturbance): nhiệt độ, áp suất bên ngoài, + Nhiễu đo, nhiễu tạp (noise, measurement noise) VD: Bình chứa chất lỏng Hình 1.2: Bình chứa chất lỏng biến q trình 1.1.3 Mục đích chức điều khiển trình - Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định trơn tru: Giữ cho hệ thống ổn định điểm làm việc chuyển chế độ cách trơn tru, đảm bảo điều kiện theo yêu cầu chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện - Đảm bảo suất chất lượng sản phẩm: đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất trì thông số liên quan đến chất lượng sản phẩm - Đảm bảo hệ thống vận hành an toàn: Giảm thiểu nguy xảy cố bảo vệ cho người, máy móc, thiết bị môi trường trường hợp xảy cố - Bảo vệ môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thông qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm nước sử dụng nước thải, hạn chế lượng bụi khói, giảm tiêu thụ nguyên nhiên liệu - Nâng cao hiệu kinh tế: Đảm bảo suất chất lượng theo yêu cầu giảm chi phí nhân cơng, ngun liệu nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thị trường 1.1.4 Tầm quan trọng điều khiển trình - Điều khiển trình ảnh hưởng trực tiếp đến an tồn tính tin cậy trình - Điều khiển trình định chất lượng sản phẩm trình sản xuất - Điều khiển trình ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành trình 1.2 Nhiệm vụ điều khiển trình Nhiệm vụ điều khiển trình can thiệp biến vào trình kỹ thuật cách hợp lý để biến thỏa mãn tiêu cho trước, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng xấu trình kỹ thuật người môi trường xung quanh Hơn nữa, diễn biến trình kỹ thuật tham số, trạng thái hoạt động thành phần hệ thống cần theo dõi giám sát chặt chẽ Tuy nhiên, trình kỹ thuật khơng phải biến vào can thiệp khơng phải biến cần phải điều khiển Đại lượng điều khiển (controlled variable, CV) biến biến trạng thái trình điều khiển, điều chỉnh cho gần với giá trị đặt (setpoint, SP) bám theo tín hiệu chủ đạo (reference signal) Các đại lượng điều khiển liên quan hệ trọng tới vận hành ổn định, an toàn hệ thống chất lượng sản phẩm Các biến biến trạng thái cịn lại q trình khơng điều khiển, ghi chép hiển thị Nhiệt độ, mức, áp suất nồng độ đại lượng điều khiển tiêu biểu hệ thống điều khiển trình 1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển q trình Mơ Một hệ thống điều khiển q trình bao gồm thành phần chính: + Thiết bị đo + Thiết bị chấp hành + Thiết bị điều khiển