báo cáo đồ án môn điều khiển quá trình đề tài điều khiển quá trình khuấy trộn thức ăn cho lợn

Lý đo chọn đề tài Trong cuộc sống ngày nay,công nghiệp hóa chất và thực phâm nói chung và công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi nói riêng chiếm một vị trí khá quan trọng.ở nhiều nước trên

KHOA DIEN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BAO CAO DO AN MON DIEU KHIEN QUA TRINH DE TAI: DIEU KHIEN QUA TRINH KHUAY TRON THUC AN CHO LON Giảng viên hướng dẫn: Trương Ngọc Bảo

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 18

2 Nguyễn Xuân Trường 1851050087 TDI8

Tp.HCM, ngày 3L tháng 12 năm 2021

Lời nói đầu Đáy là bài bảo cáo của nhóm sau thời gian nghiên cứu Với thời gian học tập ở môn Điều khiển quá trình cũng như quá trình tìm hiểu thêm tài liệu ở bên ngoài Nhóm trân trọng cảm ơn những kiến thức mà thầy Trương Ngọc Bảo đã truyền đạt, đây là một nguồn kiến thức to lớn đề nhóm có thê hoàn thành Đề tài lần này Bên cạnh đó với tình hình dịch bệnh nên liên lạc qua lại giữa các thành viên còn có hạn chế hơn việc gặp trực tiếp, dân dến việc thực hiện đề tài sẽ gặp những sơ xuất nhỏ trong quá trình hoàn thiện Nhóm mong thây có thể xem xét bỏ qua Bên cạnh đó nhóin cũng rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ thấy để nhóm có thê hoàn thiện đề tài tốt hơn Nhóm xin chân thành cảm ơn!

NHAN XET CUA GIANG VIEN

Nhóm xin chân thành cảm ơn những đóng góp của Thây, nhóm sẽ tiếp thu để tiếp tục hoàn thiện đề tai va nâng cao trình độ cua ban than hon

Trang 3

MUC LUC PHAN I: LY THUYET ooo cccecccccccsccesseessesesesssesarsereseretssessessressietareeressitsareseesssieteeseeeen 7 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHƯNG 2-2252 S222E12212221271211211111222122 2 2e 7 1 Ly do chon AG tab coco ccccccccccccecececececsesesesesevevevevesavstsevesesevevevisessecsevevssvecsecavsevessess 7 ; ¡TT 7 3 Phương án nghiên cứu và thực hiện đổ án Ặ 3 HT H111 E211 11 15125 Hee 7 CHƯƠNG II LÝ THUYẾT ĐIÊU KHIÊN QUÁ TRÌNH 5-22 c2 E22 ecr 8 1 Điều khiến quá trình 18 gi 2 cece cecccccecsesecseseeseescseesesecsessesessesessesevseseesevevseseeess 8 Bién qua tribe ccc cccccceccsessescesesscsessesessesevsesevsecersevsesevsesecsecsvensesesevevevsvseseseveveees 9 3 Cầu trúc cơ bản một HTĐKQT - 5 1 111 11111E1111111E117111171111211211121 12t 10 3.1 Sơ đồ một vòng điều khiễn essesseesessesecsesesesecstsesesesevevevsesnees 10 3.2 Những nguyên tắc điều khiến cơ bản 5s c2 E2 E11 111151 811111111 c6 II 4 Giới thiệu mô hình tổng quát - 5s S911 EE12E1212111111111111111111121 7111 xxx 12 4.1 Mục đích sử dụng mô hỉnh - L2 2222121221112 211 1211112111111 1211111152 12 4.2 Tông quan quy trình mô hình hóa 2 St E122 EE2E1215EEE522211152 22272 e6 12 PHẢN2: THIẾT KẾ VÀ THỊ CÔNG - 2 222 22122122715 1211271211211 e 13 CHƯƠNG III SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH 5c 13 L Sơ đồ công nghệ - 1 S11 111 111111 1111 1111211211111 11g11 11 ng na 13 2 Yêu cầu của hệ thống - + 1 121 1EE121111211111111111111 1111 1121011101211 tru 13 CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH HÓA HỆ THÔNG 51 St TH 2218121 xe 14

1 Phan tich cdc muc dich diéu Khién o.oo ccccccccccccecccescecececevscecsessesevevecsecevevecsees 14 2 Nhận biết các biến quá trình 5s ss E121111211211111111 2111111111111 21 111111 2n tre 14 3 Xây dựng các phương trình mô hình động học của hệ thống - 2 5z55¿ 15 4 Phân tích các bậc tự do của hệ thống levesettenutenececcececessceececseceseeececececeuausaetteesensanes 16

CHƯƠNG V PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU KHIÊN HỆ THỒNG - 18

1 Phương pháp điều khiễn - 5 S1 1 11111 E1E7151E1121111211111111111111 E11 1tr re 18 1.1 Phuong phap diéu khién truyén thang (feedforward control) 00.0ccccccee 18 2 Giới thiệu về phần mềm va phan citing m6 phOng cc ccccceeeeecseeseeeeeeeeseeeeees 19 2.1 Téng quan vé PLC SIEMENS 87-1500 0 0.ccccccscscssesesseseesesessesesesesesesnsnees 19 3 Nguyên lý hoạt động của hệ thong cece ccccsecccsesscsessesessessesessesessesevsnssesevecsees 20 CHƯƠNG VI: ĐÁNH GIÁ KẾT QUÁ - 2s 2S 1221111 11271211 51111111112 rrrk 21

Trang 5

PHAN I: LY THUYET CHUONG I: GIOI THIEU CHUNG 1 Lý đo chọn đề tài

Trong cuộc sống ngày nay,công nghiệp hóa chất và thực phâm nói chung và công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi nói riêng chiếm một vị trí khá quan trọng.ở nhiều nước trên thế giới,đặc biệt là ở các nước đang phát triển như nước ta nhu câu tối thiêu của con người về thực phẩm chưa được thỏa mãn hoàn toàn Nhiều tô chức quốc tế đã và đang tìm cách giải quyết nahnh chóng vấn đề lương thực thực phẩm toàn cầu

Trên con đường thực hiện mục tiêu đó có một khâu rất quan trọng là ngành chăn nuôi,thành công của ngành này phần lớn phụ thuộc vào mức dinh dưỡng của gia suc,gia cam vào việc tạo ra nguôn cung câp thức ăn vững chắc

Dặc biệt là ngành chăn nuôi heo ở nước ta.nhu cầu ăn và uống là hai nhu cầu cơ bản và thiết yếu đối với một cơ sở, một trang trại nuôi heo.việc sản xuất pha trộn có thê thực hiện bởi con người nhưng đối với một cơ sở, một trang trại nuôi heo thì rất tôn nhiều thời gian và công sức Vì thế một thống khuấy trộn thức ăn cho heo là vô cùng cần thiết

Do đó với kiến thức đã được học ở môn Điều khiển quá trình, cùng với sự hỗ trợ của thầy Trương Ngọc Bảo và sự tìm tòi thêm của các thành viên,

nhóm dé xuat Dé tai: DIEU KHIEN QUA TRINH TRỘN THỨC AN CHO LON 2 Muc tiéu

® Nhóm đã đề xuất các mục tiêu cụ thể của dé tai lần nảy như sau: ¢ Cac thành viên năm rõ lý thuyết của môn học

® - Áp dụng các kiến thức đã tìm hiểu, học tập đề xây dựng thành công đề tải ® Có những đánh giá đề xem khả năng phát triển của đề tài

© - Xây dựng được phương trình cân bằng của hệ thông © - Xây dựng được mô phỏng của hệ thống trên phần mềm TIAPORTAL

3 Phương án nghiên cứu và thực hiện đồ án $ Nhóm sẽ tiến hành phân tích hệ thống đưa ra các nội dung: mục đích điều

khiển, nhận biết các biến quá trình, phân tích các bậc tự do của hệ thống 4 Nhóm tiến hành mô phỏng hoá hệ thống lên phần mềm TIAPORTAL để đánh

giá được khả năng phát triển của hệ thông

CHƯƠNG II LY THUYET DIEU KHIEN QUA TRINH 1 Diéu khién qua trình là gì ?

Điều khiển quá trình được hiểu là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuât và an toàn cho con người , máy móc và môi trường

Quá trình là một trình tự các diễn biến vật lý, hoá học hoặc chuyển đổi sinh học, trong đó vật chất, năng lượng hoặc thông tin được biến đổi, vận chuyên hoặc lưu trữ

Quá trình công nghệ là những quá trình liên quan tới biến đôi vận chuyền hoặc lưu trữ vật chất, năng lượng, nẵng trong một dây chuyền công nghệ nhà máy sản xuất

Quá trình kỹ thuật là một quá trình với các đại lượng đo được hoặc/và can thiệp được Khi nói tới một quá trình kỹ thuật ta hiểu là quá trình công nghệ cùng với các phương tiện kỹ thuật và các phương tiện kỹ thuật như thiết bị đo, thiết bị chấp hành Một cách tổng quát nhiệm vụ của hệ thống điều khiến quá trình là can thiệp vào các biến điều khiến một cách hợp lý đề các biến ra của nó thoả mãn chỉ tiêu cho trước đồng thời giảm thiêu ảnh hưởng xâu của quá trình đên môi trường và con người xung quanh 2 Sơ đồ và phân loại các biến quá trình

Trang 7

Biến không cán — Biến cần điêu Biến khong can

Hình 1: Quá trình và phân loại biến quá trình Trạng thái hoạt động và diễn biến của một quá trình được thể hiện qua các biến quá trình Các biến quá trình bao gồm biến vào và biến ra Biến vào là một đại lượng hoặc một điều kiện phản ánh tác động từ bên ngoài vào quá trình, ví dụ như dòng nguyên liệu, nhiệt độ hơi nước cấp nhiét, trang thai dong/mo cua role sợi dét Bién ra là một đại lượng hoặc một điều kiện thể hiện tác động của quá trình ra bên ngoài, ví dụ nồng độ sản phâm hoặc lưu lượng sản phẩm ra, nồng độ khí thải

Biến trạng thái là các biến mang thông tin về trạng thái bên trong quá trình, ví đụ nhiệt độ lò, áp suất hơi, mức chất lỏng trong nhiều trường hợp biến quá trình có thể coi là biên ra

Biến quá trình “_ Biến cần điều khiến (Controlled variable): Biến ra, đại lượng hê trọng tới sự

vận hành an toàn, ôn định hoặc chất lượng sản phẩm, cần được duy trì tại một giá trị đặt hoặc bám thoe một tín hiệu chủ đạo

= Bién diéu khién (control variable, manipulated variable): Bién vao can thiép được theo ý muốn để tác động tới đại lượng cần điều khiển

“_ Nhiễu: biến vào không can thiệp được

THIET

ANH _ BI DO

QUA TRINH KY THUAT Hinh 2: Cau tric co ban m6t HTPKOT 3.1 Sơ đồ một vòng điều khiển

Giá trị đặt

Đại lượng đo

Thuật ngữ: Giá trị đặt Set Point (SP), Set Value (SV) Tin hiệu điêu khiến Control Signal, Controller Output (CO)

Bién duoc diéu khién Controlled Variable (CV), Process Value (PV) Đại lượng đo Measured Variable

Hình 4: Sơ đồ một vòng điều khiển quá trình

Trang 9

3.2 Những nguyên tắc điều khiển cơ bản 4) Nguyên tắc điều khiến theo sai lệch Là nguyên tắc mà tín hiệu điều khiển x(t) được thành lập dựa trên sự sai lệch của lượng ra thực tế so với yêu cầu (đặt ở đầu vào)

° x(t) = f[y() - u(Ð] = fle(Đ]

Sơ đô câu trúc như sau:

Hình 5: Cấu trúc của điều khiến sai lệch b) Nguyên tắc điều khiến theo nhiễu loạn (bù nhiễu) Là nguyên tắc mà tín hiệu điều khién x(t) doje thành lập dựa trên đo tín hiệu nhiễu và tạo hàm điều khiên đề khử nhiễu ở đầu ra x(t) = f[ft)] Những hệ thống đơợc xây dựng theo nguyên tắc này là những hệ thống hở (không có phản hỏi )

Sơ đồ câu trúc như sau:

TB 2 là thiết bị để tạo ra tín hiệu điều khiển x(t)

Hình 6: Cấu trúc điêu khiến theo nhiễu loạn 4 Giới thiệu mô hình tổng quát

"_ Mô hỉnh là một hình thức mô tả khoa học và cô đọng các khía cạnh thiết yếu của một hệ thông thực, có thê có săn hoặc cân phải xây dựng

= M6t m6 hinh phan anh hé thong thực từ một góc nhìn nào đó phục vụ hữu ích cho mục đích sử dụng

s* Phân loại mô hình: " Mô hình đồ họa: Sơ đồ khối, lưu đồ P&ID, lưu đồ thuật toán “ Mô hình toán học: ODE, Hàm truyền, mô hình trạng thái “ Mô hình máy tính: Chương trình phần mềm

" Mô hình suy luận: Co so tri thức, luật 4.1 Mục đích sử dụng mô hình 1 Hiểu rõ hơn về quá trình 2 Thiết kế cấu trúc/sách lược điều khiến và lựa chọn kiểu bộ điều khiến 3 Tính toán và chỉnh định các tham số của bộ điều khiển

4 Xác định điểm làm việc tối ưu cho hệ thống 5 Mô phỏng, đào tạo người vận hành

4.2 Tổng quan quy trình mô hình hóa

Hình 5: Quy trình mô hình hóa

Trang LÍ

PHAN 2: THIET KE VA THI CONG CHUONG III SO DO CONG NGHE VA THUYET MINH 1 Sơ đồ công nghệ

e Van | : Điều khiển mức lưu lượng ( nguyên liệu phối trộn cám và men vi sinh, các phụ phẩm nông nghiệp)

® Van 2: Điêu khiên mức lưu lượng ( các loại câm chăn nuôi)

Trang 12

CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH HOA HE THONG 1 Phân tích các mục đích điều khiến

Đảm bảo hệ thống vận hành ôn định, trơn tru: Ôn định mức trong bình khuấy trộn Duy trì nồng độ dung chất X tại giá trị đặt mong muốn (Nguyên lý cân bằng vật chất)

Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: Đảm bảo lưu lượng W và nồng độ của C trong sản phẩm được giữ én định với chất lượng yêu cầu

Đảm bảo vận hành an toàn: An toàn trong vận hành và sửa chữa tránh xảy ra các tình huống nguy hiểm ảnh hưởng đến an toản người vận hành, sửa chữa

Bảo vệ môi trường: Giảm thiêu khí thải, nước thải, tiết kiệm nguyên liệu, nhiên liệu trong quá trình vận hành

Nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng lợi nhuận: Giảm chỉ phí nhân công, nguyên liệu, thích ứng nhanh với nhu cầu với người sử dụng, cho khả năng tuỳ biến cao nên thích nghi nhanh với các nhu cầu thay đối Dé dang mở rộng quy mô của hệ thống Quản lí hệ thông đơn giản đễ đàng vận hành và sửa chữa, bảo trì

2 Nhận biết các biến quá trình đây:

Các biên quá trình của hệ thông sẽ được nhận diện và phân loại theo sơ đỗ dưới

Trang 13

se - Hệ thống có cơ chế tự tràn, nên có thê coi thê tích V không thay đôi ® Lưu lượng ra không phụ thuộc đáng kế vào chiều cao h của bồn khuấy + Xây dựng mô hình động học của hệ thông

® Phương trình cân bằng vật chất

¢ Phuong trình cân bằng thành phần =_ Tụ xét phương trình cân bằng vật chất:

dV

— =w,+w,-w =0 dt

> w=w,tw, = Phuwong trinh cin bang thanh phan:

4 Phân tích các bậc tự do của hệ thống ® - Khái niệm các bậc tự do của mô hình Số lượng các bậc tự do của hệ thống được tính theo công thức:

Trong đó: là số lượng bậc tư do : là sô các biên quá trình mô tả hệ thông

Trang 15

: là sô lượng môi quan hệ độc lập giữa các biên hay có thé hiéu don giản là sô phương trình độc lập

e Mô hình đảm bảo tính nhất quán: Yêu cầu là Số bậc tự do = Số biến vào (Biến điều khiến và Nhiễu)

© Phan tích bậc tự do của mô linh : là số các biến quá trình mô tả hệ thống là Bao gồm:

x1,x2,x,wl,w2,w,h

: là sô lượng môi quan hệ độc lập giữa các biên hay có thé hiéu don giản là sô phương trình độc lập là 2

Đó là: dx dt th (WX, + W>X, ) Ah (W¡+W;)

dh 1 + =—(w, +w, - w)

Vậy số lượng bậc tự do của hệ thống là

Tương ứng với 7 biên vào là :

x1,x2,wl,w2,w

Vậy ta thấy số bậc tự do băng số biến vào của hệ thống, điều này cho biết mô hình ta đã xây dựng được là chính xác, đảm bảo tính nhất quán đã đề cập ở trên

CHUONG V PHUONG PHAP DIEU KHIEN HE THONG 1 Phương pháp điều khiến

1.1 Phương pháp điều khiển truyền thẳng (feedforward confrol) Điều khiển truyền thắng là phương pháp điều chỉnh ( lưu lượng, nồng độ ) của các biên đâu vào đề duy trì các biên đâu ra theo giá trị đặt mong muôn

1.1.1 Cấu trúc cơ bản của điều khiến truyền thang

ĐIỀU KHIẾN l

' !

wứu =K (š)(r — G„(s)đ) K(s) = G(s)

¢ Khong thực hién do y Tóm lược về điều khiển truyền thắng

Ưu điểm: - Điều khiên đơn giản - Tác động nhanh ( bù nhiễu kịp thời trước khi ảnh hưởng tới đầu ra) Nhược điểm:

- Phải đặt thiết bị đo nhiễu

Trang L7