Báo cáo thực tập kỹ thuật Điều khiển tự Động

Vì thế điều chỉnh lưu lượng nước bơm được thực hiện bằng các phương pháp sau: - _ Điều chỉnh bằng cách khép van trên ống đầy của bơm - _ Điều chỉnh bằng đóng mở các máy bơm hoạt động đồn

TRUONG DAI HOC MO - DIA CHAT

KHOA CO DIEN

BO MON TU DONG HOA Xi NGHIEP MO VA DAU KHi

BAO CAO THUC TAP

KY THUAT DIEU KHIEN TU DONG

LOP:

CHUYEN NGANH:

NHOM:

Hà Nội, tháng 5 năm 2024

Hà Nội, ngày 28 tháng 6

MUC LUC

NOI DUNG BAO CAO

Phan tich yéu cau céng nghé

._ Thu thập dữ liệu

._ xác định mô hình toán của hệ thông

3.1 _ Trình bày các phương pháp xây dựng mô hình

3.2 Xác định mô hình toán cho bộ đữ liệu thu thập

Xác định tham số của bộ điều khiển PID

Mô phỏng hệ thông dùng Matlab; Thay đối các tham số của bộ điều khiến, nhận

xét

af

Vv Cd on

2l

ot

“|i

oe ị CAC CHI TIET TRONG HE THONG

tt ® ® ®@ G4 Bếchostệncso3 X4BơmX XâVarsegsorg ˆ X.12s3Vanlênk#-đây các bế tên cao

1.1

PHAN 1: TONG QUAN VE HE THONG

Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cùng cấp nước vào cùng một đường Ống

Áp lực và lưu lượng của đường ống thay đôi hàng giờ theo yêu cầu Bơm và các thiết bị đi kèm như đường ống van đài nước được thiết kế với lưu lượng nước bơm rất lớn Vì thế điều chỉnh lưu lượng nước bơm được thực hiện bằng các phương pháp sau:

- _ Điều chỉnh bằng cách khép van trên ống đầy của bơm

- _ Điều chỉnh bằng đóng mở các máy bơm hoạt động đồng thời

Điều khiến theo những phương pháp trên không những không tiết kiệm được năng lượng điện tiêu thụ mà còn gây nên hỏng hóc thiết bị và đường ống do chấn động khi đóng mở van gây nên

Để giải quyết các vấn đề kể trên chỉ có thể sử dụng phương pháp điểu khiển truyền động biến đổi tốc độ bằng thiết bị biến tân Thiết bị biến tần là thiết bị điều chỉnh biến đôi quay của động cơ bằng cách thay đổi tần số của dòng điện cung cấp

cho động cơ

Mô hình thí nghiệm điều khiển quá trình

Phần mô hình gồm có một bề dưới, 3 bể trên, 3 bơm ly tâm, 3 van điều khiển điện khí nén, 3 cảm biến lưu lượng, 3 cảm biến áp suất và hệ thống đường ống cùng với các van đóng mở bằng tay Thông số cụ thê các thiết bị điều khiên như sau:

Bơm ly tâm

Thông số kỹ thuật:

+ Công suất định mức (KW) 0.25

+ Điện áp định mức (V) 220

+ Cột áp định mức (m) 12

+ Lưu lượng định mức (m3/h) 3

+ Tần số định mức (Hz) 50

Van điều khiển KEM

Thông số kỹ thuật:

+ Kích thước: l mch

+ Ghép nối: Ren

+ Vật liệu thân van: Hop kim Nickel 316L SS

+ Ap suat: 3000 psig CWP

+ Nhiét d6 lam viéc: -1950C to 5370C

Cảm biến áp suất SITRANS P200

Thông số kỹ thuật:

+ IEC60770: 0.35% Sai số, chọn lựa lên

0.25%/0.1% FSO

+ Thang do: 0 1Obar

+ Tín hiệu ra: 2 dây 4-20mA, 3 dây 0-10VDC

Cảm biến lưu lượng WaterMaster FEW 121

+ Áp suất cực đại 100 bar (Max 1450 psi)

+ Nhiệt độ làm việc -40 to 100 °C (-40 to +212 °F)

Trên bàn điều khiển có hệ thiết bị điều khiển PLC của Siemens dòng mã hiệu

1200 với các module vào ra số, tương tự, truyền thông hỗ trợ đóng vai trò làm

CPU điều khiển mô hình Ngoài ra trên bàn thí nghiệm còn có hệ thông mạch điều khiển cho các bơm trên mô hình với 2 lựa chọn điều khiến là điều khiển qua biến tần để kết nối với PLC hoặc điều khiển qua hệ relay-contactor Thông số cụ thể

PLC và biến tần như sau:

12

S7-1200, CPU 1215C

+ Nguồn DC 20.4 - 28.8 V DC

+ Bộ nhớ I00Kb tích hợp 2 cổng

profinet, tích hợp I/O

+ 14 đầu vào số 24V DC

+ 10 đầu ra số 24V DC 0.5A

+2 đầu vào tương tự 0-10V DC +

+2 đầu ra tương tự 0-20mA DC

Đồng hồ đo lưu lượng nước ABB-watermaster fet100

Nguyên tắc điều khiến trong hệ thống

Đầu ra của PLC được nối với biến tần để điều khiển biến tần và từ đây biến tần

điều khiển tốc độ động cơ Khi sử dụng thiết bị bién tần cho phép điều chỉnh một

cách linh hoạt lưu lượng và áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu Với tín hiệu từ

cảm biến áp lực phản hồi về PLC PLC sé so sanh gia trị truyền về này với giá trị đặt để từ đó ra lệnh cho biến tần giúp thay đổi tốc độ của động cơ bằng cách thay đôi tần số dòng điện đưa vào động cơ đề đảm bảo áp suất nước trong đường ống là

ôn định Sự điều chỉnh linh hoạt các máy bơm khi sử dụng biến tần được cụ thể

như sau:

- _ Điều chỉnh tốc độ quay khi áp suất thay doi

thiết bị biến tần có thể điều khiển tới 5 máy bơm)

1.2.1 Phương thức điều khiển bom

Ta sẽ dùng phương pháp thay đối tốc độ động cơ (giữ nguyên độ mở van) Trên cơ

sở tín hiệu mực chất lỏng trong bê hút hồi tiếp về PLC Bộ vi xử lý sẽ so sánh tín

hiệu hồi tiếp với mực chất lỏng được cài đặt Trên cơ sở kết qua so sanh PLC sé

điều khiển đóng mở các máy bơm sao cho phù hợp để mực chất lỏng trong bê

1.3

luôn bằng giá trị cài đặt Ngược lại khi tín hiệu hồi tiếp lớn hơn giá trị cài đặt,biến

tần sẽ điều khiển các bơm để mực chat lỏng luôn dat gia tri dat

1.2.2 Những ưu điểm khi điều khiến tốc độ bơm bằng thiết bị biến tần Hạn chế được đòng khởi động cao

Tiết kiệm năng lượng - Điều khiên linh hoạt các máy bơm

Dãy công suất rộng tir 1,1 — 400Kw

Tự động ngừng khi đạt tới điểm cài đặt

Tăng tốc nhanh giúp biến tần bắt kịp tốc độ hiện thời của động cơ

Tự động tăng tốc giảm tốc tránh quá tải hoặc quá điện áp khi khởi động Bảo vệ được động cơ khi: ngắn mạch,mất pha,lệch pha,qua tải,quá dòng

Kết nối với máy tính chạy trên hệ điều hành Windows

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

~

‘BIEN TANT

° š

§r "_ ow

g

MODULE DIEU KHIEN QUA TRINH

CAC CHI TIET TRONG HE THONG

X 138.6 Vr chợt bề 203 trết cao

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống 'Yêu cầu công nghệ

Hệ thống điều khiển là I PLC S7-1200, CPU 1215C dam bảo cho việc tự động

hóa hoàn toàn quá trình bơm cấp nước của Nhà máy Vận hành hệ thống thông

qua WinCC Hé thong được hoạt động ở 2 chế độ:bằng tay và bằng WinCC Viéc

chuyển đổi giữa hai chế độ tự động và bằng tay được thực hiện bằng các công

tác chuyển đôi vị trí Hệ thống mới và cũ sẽ được đầu nỗi đảm bảo chính xác, và vận hành an toàn trong mọi tình huống

Đảm bảo tính an toàn cao nhất của cả hệ thống

Như vậy với việc đưa biến tần vào hệ thông sẽ hoạt động bám sát theo đúng thực tế lưu lượng phụ tải, vì vậy sẽ giảm đáng kê năng lượng tiêu hao không cần

thiết vào các phụ tái

Hệ thống sẽ tự động giám sát áp suất nước trên đường ông mạng và điều khiển ngược lại để đảm bảo giữ đúng áp suất theo yêu cầu PLC sẽ điều khiên áp suất nước trên đường ống mạng theo đồ thị phụ tải ngày, tức là hệ thống sẽ điều khiên áp suất theo thời gian thực Hệ thống điều khiến tự động này một số chức năng chính sau:

Đo lường: đo đầu đo áp suất đo lường và chuyên đôi để đưa về CPU của 57-1200

Xử lý thông tin: bộ điều khiển trung tâm sẽ đảm nhiệm van dé nay Điều khiển: S7-1200 sẽ phối hợp với biến tần làm việc này theo yêu cầu Giám sát: S7-1200 sẽ kết đầu đo áp suất để giám sát hệ thông hoạt động Giao tiếp giữa người vận hành và thiết bị: sử dụng phần mềm giao điện người máy (HMI) WmCC

Hệ thống có thể chuyên đổi qua lại giữa các motor bơm chạy với biến tần nhằm mục đích nâng cao tuôi thọ bơm, phục vụ bảo trì bảo dưỡng mà không làm gián đoạn sản xuất

PHAN 2: THU THAP DU LIEU

A

Time

B Thé tich

0

10.5

2 1.0

3 1.67

4 2.39

5 3.2

6 3.55

7 4.0

8 4.34

9 4.66

10 5.0

11 5.16

12 5.4

13 5.52

14 5.66

15 5.78

16 5.88

17 5.95

18 6.03

19 6.09

20 6.13

21 6.17

22 6.21

23 6.24

24 6.27

25 6.29

26 6.31

27 6.33

28 6.34

29 6.35

30 6.36

31 6.37

32 6.38

33 6.39

34 6.40

35 6.41

36 6.41

37 6.42

38 6.43

39 6.43

40 6.43

41 6.43

42 6.43

43 6.43

44 6.43

45 6.43

46 6.43

PHAN 3: XAC DINH MÔ HÌNH TOÁN CỦA HE THONG

3.1 Trình bày các phương pháp xây dựng mồ hình

Các phương pháp nhận dạng:

- Theo dang MH:

e Liên tục/ gián đoạn

- Dang số liệu

- - Mục đích sử dụng

- Thuật toán ước lượng

- - Nhận dạng

b) Nhận dang vong kin

a Phương pháp dựa trên đáp ứng quá độ

Mô hình quán tính bậc nhất có tré: FOPDT (first-order plus dead time)

————@€©

1+Ts

L =1.5(t,- t,/3) =t,- T

G(s) =

O5F

Time (sec)

b Phương pháp dựa trên đáp ứng quá độ ( diện tích )

k -Ls

T+L=Ô»

kAu

_ ƒ[Ay,-Ay(t)kt

+L

_eA, _j Aydt

T

Ay = }

+

3.2 Xác định mô hình toán cho bộ dữ liệu thu thập

Figure 1

File Edit View Insert Tools Desktop Window Help

'ơn#2dố h|AS%S2đọ=x- 8|ng|am

* OneDrive - Hanoi University of Mining and Geology * Mỏy tớnh

[LJ bieudom+ x | + | 7 T ĩ ĩ T ĩ E

Đ

Fa

E2

1

New to MATLAB? See resources for Getting Started

Đường đặc tớnh từ sỐ liệu thu thập

Bieu do

so lan do cach nhau 1 giay

Phương pháp 2 điểm quy chiếu

Y(s)

Hàm truyền gần đúng của động cơ: WG}=Us)

Hàm bước nhảy U(s)= =

Tín hiệu ra gần đúng là y(t)=f(t-L)

Mà f()=k(1-e “2

Do mô hình quán tính bậc nhất có trễ:

K

> GO= TT) e ”

Str dung phuong phap 2 diém quy chiéu:

Có y„= 6,43

> Ay =0,283.6,43 = 1,811969 > tl =3(s)

> Ay =0,632.6,43 = 4,06376 > t2 = 7(s)

> T=1,5.02-tl)=6

> L=7-6=1

=> K= 78 = 643

6,43

3.92+7,s+1

> G(s) =

PHAN 4: XAC DINH THAM SO CUA BO DIEU KHIEN PID

4.1 Các phương pháp xác định tham số của bộ điều khiển PID

09Ƒ-:

0.8 Cod

PID

r{0)

cặ)

Plant

Pcr T

L/2

4.2:Xác định tham số bộ điều khiển PID

T=6

L=l

K =6,43

Với các thông số L.T,k của hàm truyền cần tìm

=> Thông số bộ điều khiến PID cần tìm là:

PHAN 5: MO PHONG HE THONG SỬ DỤNG MATLAB SIMULINKS

5.1: Plot cha ham truyén đạt khi chưa có bộ điều khiển PID

5.2:Thêm bộ điều khiển PID vào hàm truyền và thay đổi tham số bộ PID

- THI: Tham sô P=0,596;I=0, 1604;D=0,3257

Time (seconds) 'Controller Parameters: P = 0.596, | = 0.1604, D = 0.3257, N

Đường đặc tính THỊ

- TH2:P=1,247;I=0,3403;D=0

‘Time (seconds)

Controller Parameters: P = 1.247, | = 03403,D = Q!

Đường đặc tỉnh TH2

- TH3:

=> Từ các trường hợp thay đổi bộ điều khiển PID em thấy rằng hệ thống hoạt động tốt , nêu

tính toán và chọn các thông số của bộ điều khiển PID thì sẽ thu được đường đặc tỉnh của

hệ đạt chất lượng cao

c> Việc thiết kế lựa chọn thôgn số của PID rất quan trọng vì em thấy nó ảnh hưởng trực tiếp tới thời gian của quá trình