Hieän nay trong coâng nghieäp, caùc boä ñieàu khieån nhieät ñoä ñaõ trôû neân quaù quen thuoäc. Töø nhöõng boä ñieàu khieån Analog, vieäc ñieàu khieån nhieät ñoä chæ chænh caùc nuùm vaën ñeå khoáng cheá nguoàn nhieät theo mong muoán. Caùc phöông phaùp ñieàu khieån nhö vaäy thöôøng goïi laø ñieàu khieån ONOFF nhöng thoâng thöôøng vôùi caùch thöùc naøy thì vieäc oån ñònh nguoàn nhieät laø khoâng cao. Vôùi yeâu caàu chaát löôïng cao hôn, ñaõ caùc boä ñieàu khieån nhieät duøng PID tích hôïp khaû naêng Auto Turning töï ñoäng ñieàu chænh caùc tham soá P, I, D ñeå phuø hôïp vôùi quaù trình, chuùng mang laïi söï toái öu hoùa trong caùc quaù trình, hieäu quaû trong ñieàu khieån nhieät ñoä vaø chaát löôïng saûn phaåm. Khoâng döøng laïi ôû khaû naêng ñieàu khieån chính xaùc, maø hieän nay moät soá ngaønh coâng nghieäp nhö hoùa chaát, döôïc, eùp nhöïa … coù nhöõng yeâu caàu cao hôn nöõa veà tính naêng söû duïng cho caùc boä ñieàu khieån nhieät. Vì vaäy caùc haõng saûn xuaát ñaõ ñöa ra moät theá heä ñieàu khieån nhieät ñoä môùi ngoaøi tính naêng ñieàu khieån chính xaùc maø coøn coù tính naêng töï ghi laïi caùc giaù trò nhieät ñoä cho töøng thôøi ñieåm. Vieäc ghi laïi caùc giaù trò nhieät ñoä coù theå laø leân giaáy, leân caùc theû nhôù hay laø ghi döõ lieäu leân maùy tính. Vôùi xu höôùng tích hôïp nhieàu chöùc naêng vaøo boä ñieàu khieån nhieät ñoä, haõng HANYOUNG Nux (Korea) ñaõ cho ra ñôøi moät soá saûn phaåm mang nhöõng tính naêng nhö treân: Vôùi kích thöôùc tieâu chuaån 96x96mm, boä ñieàu khieån nhieät RT9 vôùi tính naêng ñieàu khieån nhieät PID vaø tích hôïp cho mình moät maùy in nhoû laø moät boä ñieàu khieån nhieät ñoä taân tieán nhaát . Boä ñieàu khieån nhieät RT9 thöïc söï mang laïi moät quaù trình vaän haønh deã daøng, nhanh choùng vaø chính xaùc vôùi ña daïng caùc chöùc naêng ñieàu khieån nhieät ñoä khaùc nhau, ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong ngaønh coâng nghieäp töï ñoäng hoùa. Moät soá chöùc naêng chính: o Ñieàu khieån vaø ghi laïi giaù trò o Heä thoáng ñieàu khieån PID o Thuaät toaùn ñieàu chænh töï ñoäng o Ñoä chính xaùc cao o Ña ngoõ vaøo: Thermocouple, RTD, Analog 420mA, 010VDC… o Ña ngoõ ra : Relay, SSR hoaëc 420mA… o Coù 2 kieåu in: Text hoaëc Graphic o Ñieàu chænh ñöôïc toác ñoä in o Tích hôïp coång truyeàn thoâng RS485 Boä töï ghi nhieät khoâng giaáy :
THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH GIỚI THIỆU VỀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HANYONG Hiện nay trong công nghiệp, các bộ điều khiển nhiệt độ đã trở nên quá quen thuộc. Từ những bộ điều khiển Analog, việc điều khiển nhiệt độ chỉ chỉnh các núm vặn để khống chế nguồn nhiệt theo mong muốn. Các phương pháp điều khiển như vậy thường gọi là điều khiển ON/OFF nhưng thông thường với cách thức này thì việc ổn đònh nguồn nhiệt là không cao. Với yêu cầu chất lượng cao hơn, đã các bộ điều khiển nhiệt dùng PID tích hợp khả năng Auto Turning tự động điều chỉnh các tham số P, I, D để phù hợp với quá trình, chúng mang lại sự tối ưu hóa trong các quá trình, hiệu quả trong điều khiển nhiệt độ và chất lượng sản phẩm. Không dừng lại ở khả năng điều khiển chính xác, mà hiện nay một số ngành công nghiệp như hóa chất, dược, ép nhựa … có những yêu cầu cao hơn nữa về tính năng sử dụng cho các bộ điều khiển nhiệt. Vì vậy các hãng sản xuất đã đưa ra một thế hệ điều khiển nhiệt độ mới ngoài tính năng điều khiển chính xác mà còn có tính năng tự ghi lại các giá trò nhiệt độ cho từng thời điểm. Việc ghi lại các giá trò nhiệt độ có thể là lên giấy, lên các thẻ nhớ hay là ghi dữ liệu lên máy tính. Với xu hướng tích hợp nhiều chức năng vào bộ điều khiển nhiệt độ, hãng HANYOUNG Nux (Korea) đã cho ra đời một số sản phẩm mang những tính năng như trên: Trang 1 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH Với kích thước tiêu chuẩn 96x96mm, bộ điều khiển nhiệt RT9 với tính năng điều khiển nhiệt PID và tích hợp cho mình một máy in nhỏ là một bộ điều khiển nhiệt độ tân tiến nhất . Bộ điều khiển nhiệt RT9 thực sự mang lại một quá trình vận hành dễ dàng, nhanh chóng và chính xác với đa dạng các chức năng điều khiển nhiệt độ khác nhau, được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp tự động hóa. Một số chức năng chính: o Điều khiển và ghi lại giá trò o Hệ thống điều khiển PID o Thuật toán điều chỉnh tự động o Độ chính xác cao o Đa ngõ vào: Thermocouple, RTD, Analog 4-20mA, 0-10VDC… o Đa ngõ ra : Relay, SSR hoặc 4-20mA… o Có 2 kiểu in: Text hoặc Graphic o Điều chỉnh được tốc độ in o Tích hợp cổng truyền thông RS-485 Bộ tự ghi nhiệt không giấy : Trang 2 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH GR100 của Hanyoung Nux không chỉ là bộ tự ghi không giấy thông thường mà đây còn là thiết bò đo lường thông minh. Với đầu vào 6 kênh nhiệt hoặc 12 kênh nhiệt , màn hình màu LCD hiển thò đa dạng và chuyên nghiệp: chỉ thò mọi giá trò cùng lúc hoặc riêng biệt với nhiều phương thức khác nhau như đồ thò, chỉ số, bảng, cột. Ngoài ra còn tích hợp cổng USB 2.0, đầu ghi thẻ SD card (FAT16/32), có thể nói GR100 đã đưa ra các giải pháp đònh hướng tương lai cho bất kỳ ứng dụng đo lường, theo dõi, ghi lại và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Một số chức năng chính: o Màn hình LCD touch Screen o Đa ngõ vào: 17 loại o 4 Ngõ cảnh báo cho 1 kênh o Nhiều kiểu hiển thò: Bar Graph, Vertical Trend, Text, History View . o Tích hợp cổng truyền thông RS-232c, RS-422/485 o Tích hợp cổng ETHERNET (MODBUS-RTU, MODBUS on TCP) o Tích hợp cổng USB, đầu đọc thẻ nhớ. Trang 3 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH Một số kiểu hiển thò của GR-100: Kiểu hiển thò Trend: Kiểu hiển thò Bar graph/History-view : Kiểu hiển thò Text: Qua các tính năng của hai thiết bò nêu trên, Chúng ta đều nhận thấy rằng tất cả đều tích hợp cổng truyền thông RS-485. Đây cũng là một xu hướng mà tất cả các thiết bò đều hướng tới đó là khả năng kết nối mạng, đối với các hệ thống có nhiều máy, mỗi máy sử dụng một bộ điều khiển nhiệt độ, và Chúng ta muốn giám sát chúng từ xa thì đây là một chức năng tuyệt vời. Trang 4 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH Một yếu tố quan trọng khác là các thiết bò điều khiển nhiệt của Hanyoung Nux có tích hợp cổng truyền thông RS-485 thì luôn có các phần mềm miễn phí chạy trên máy tính do hãng cung cấp. Tính năng này ngoài việc có thể lưu trữ dữ liệu trên máy tính mà còn nâng cao hiệu quả lắp đặt vì các thông số của một máy có thể sao chép cho nhiều bộ điều khiển. Như vậy mang lại hiệu quả về thời gian và kinh tế. Thay vì phải nhập thông số từ bàn phím, Chúng ta có thề dùng phần mềm để xác lập các thông số rồi đưa xuống bộ điều khiển một cách nhanh chóng và dễ dàng . Trang 5 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.Giới thiệu về rs6 - Điều khiển ON / OFF - Chế độ làm nóng, làm lạnh - Đặt được thời gian trễ đầu ra - Hiển thị chính xác (0.1độ C) Đặc tính kỹ thuật - Kích thước: RS6 - 72x36mm - Nguồn cấp: 12Vac ( Cung cấp biến thế TR6 nguồn sơ cấp 110/220Vac, thứ cấp 12Vac) - Điều khiển ON / OFF - Đầu vào: Lựa chọn K (-50.0 - 199.9 độ C), Pt100 (-199.9 - 199.9độ C), NTC (-40.0 - 80.0 độ C) - Đầu ra điều khiển: Relay (1NO+1NC) - Đầu ra cảnh báo (2 Relay) 2.Thiết lập tham số cho bộ điều khiển VD: + Nhiệt độ đặt 80 + Giá trị cảnh báo nhiệt độ cao 90 + Giá trị cảnh báo nhiệt độ thấp 60 Trang 6 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH + loại cảnh báo: Alarm 1 : Cảnh báo nhiệt độ thấp, chế độ cảnh báo mức 10 Alarm 2 : Cảnh báo nhiệt độ cao , chế độ cảnh báo mức 01 +Hysteresis =0 + Chọn loại điều khiển - Nhấn và giữ phím M 2.5s để hiển thị chữ FYP để chọn loại điều khiển Heating/ Cooling, ấn phím ^ hoặc v để chọn chế độ điều khiển là Heat + Chọn chế độ cảnh báo và giá trị cảnh báo - Nhấn và giữ phím M 2.5s để hiển thị chữ FYP, tiếp tục ấn phím M để hiển thị chữ Alarm ,ấn ^ hoặc v để chọn loại cảnh báo - Alarm 1: + cảnh báo nhiệt độ ở mức thấp + Chế độ cảnh báo 10 + Nhiệt độ cảnh báo là 60 độ - Alarm 2 : + Cảnh báo nhiệt độ ở mức cao + Chế độ cảnh báo 01 + Nhiệt độ cảnh báo là 90 độ + Cài đặt Hysteresis :( độ rộng vùng không nhạy) - Nhấn và giữ phím M 2.5s để hiển thị chữ FYP, tiếp tục ấn phím M để hiển thị chữ HYS, nhấn ^ hoặc v để cài đặt HYS - Chọn HYS = 0 + Đặt điểm đặt - Sau khi hoàn chỉnh việc cài đặt tham số, ấn phím Mode khoảng 2s để trở về chế độ làm việc. Sau đó ấn phím ^ hoặc v để đặt giá trị điểm đặt = 80 3 .Thực hiện quá trình điều khiển - Đóng automat về vị trí tắt, cắm dây cám nguồn cho lò - Đóng automat về vị trí bật quá trình điều khiển bắt đầu Trang 7 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH - Quan sát nhiệt độ hiển thị trên bộ điều khiển và tiến hành thay đổi điểm đặt theo quy định chung( nhiệt độ đặt <= nhiệt độ lò + 5 độ) để nâng dần nhiệt độ lò lên 80 4.Kết quả thí nghiệm - Đóng automat về vị trí bật quá trình điều khiển bắt đầu, đèn báo đốt sang lên nhiệt độ lò bắt đầu tăng dần đến khi đạt giá trị cài đặt là 80 thì đèn báo đốt tắt, cũng đồng nghĩa quá trình đốt đã ngưng, tuy nhiên trong vài giây tiếp nhiệt độ lò vẫn tăng,đến khi lên tới giá trị 90 thì đèn báo Alarm 2 sáng lên cảnh báo nhiệt độ đang ở mức cao, - Sau 1 khoảng thời gian nhiệt độ lò bắt đầu giảm, đèn báo alarm2 tắt, nhiệt độ giảm tiến dần về giá trị cài đặt, và khi nhiệt độ giảm tới giá trị 79.5 đèn báo đốt lại sáng lên quá trình đốt lại tiếp tục cứ như vậy quá trình được lặp đi lặp lại theo chu kỳ 5.Nhận xét Nhìn chung nhiệt độ lò được điều khiển và giữ được nhiệt độ cài đặt là 80, tuy nhiên khoảng dao động nhiệt độ trên nhiệt độ cài đặt là quá cao + khoảng dao động trên là: 15 đến 20 độ + Khoảng dao động dưới tùy thuộc vào giá trị cài đặt HYS, VD: Hys = 2, nhiệt độ 78 Hys = 4, nhiệt độ 76………. 6. Các câu hỏi kiểm tra Câu 1: Mô tả ngắn gọn các bộ điều khiển liên tục và không liên tục + Bộ điều khiển liên tục: Bộ điều khiển được gọi là liên tục khi tín hiệu điều khiển thay đổi liên tục +Bộ điều khiển không liên tục: Bộ điều khiên là không liên tục khi tin hiệu điều khiển là các giá trị rời rạc Trang 8 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Câu 2 :Mô tả tóm tắt quan hệ đầu ra, đầu vào của một bộ diều khiền hai vị trí hoạt động thuận có vùng không nhạy. - Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển đạt giá trị min khi giá trị biến đo lường thấp hơn giá trị đặt. Điều này tương đương với trạng thái ngắt (OFF). Tín hiệu đầu ra sẻ đạt giá trị max khi giá trị của biến đo lường vượt quá giá trị đặt, điều này tương đương với trạng thái đóng (ON) Câu 3: Trong hệ thống điều khiển quá trình sử dụng bộ điều khiển hai vị trí, hãy mô tả các vấn đề xảy ra về biên độ và tần số của biến điều khiển khi thiết lập một vùng không nhạy cho bộ điều khiển. - Về biên độ: Biên độ trên giá trị đặt lúc nào cũng lớn hơn giá trị đặt từ 15 đến 20 độ. Biên độ dưới giá trị đặt phụ thuộc vào giá trị cài đặt vùng không nhạy VD: Nhiệt độ cài đặt là 80. Và giá trị cài đặt vùng không nhạy là Hys = 2 biên độ dưới sẻ là 78. Hys = 4 biên độ dưới sẻ là 76. - Về tần số: Tần số dao động thì không ổn định Câu 4: Ưu nhược điểm của bộ điều khiển hai vị trí có vùng không nhạy. - Ưu điểm: Dễ điều khiển , đáp ứng được giá trị đặt ở mức ổn định - Nhược điểm: Biên độ dao động trên giá trị cài đặt lớn.( do lò điện trở là một đối tượng nhiệt có trễ và quán tính lớn BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ PID Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID được sử dụng phổ biến nhất trong số các bộ điều khiển phản hồi. Một bộ điều khiển Trang 9 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PID tính toán một giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào. Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản về quá trình, bộ điều khiển PID là bộ điều khiển tốt nhất. [1] Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống. Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó đôi khi nó còn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D. Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ, và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số. Tổng chập của ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển như vị trí của van điều khiển hay bộ nguồn của phần tử gia nhiệt. Nhờ vậy, những giá trị này có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ, và D dự đoán các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại. [2] Bằng cách điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID, bộ điều khiển có thể dùng trong những thiết kế có yêu cầu đặc biệt. Đáp ứng của bộ điều khiển có thể được mô tả dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều khiển, giá trị mà bộ điều khiển vọt lố điểm đặt và giá trị dao động của hệ thống. Lưu ý là công dụng của giải thuật PID trong điều khiển không đảm bảo tính tối ưu hoặc ổn định cho hệ thống. Vài ứng dụng có thể yêu cầu chỉ sử dụng một hoặc hai khâu tùy theo hệ thống. Điều này đạt được bằng cách thiết đặt đội lợi của các đầu ra không mong muốn về 0. Một bộ điều khiển PID sẽ được gọi là bộ điều khiển PI, PD, P hoặc I nếu vắng mặt các tác động Trang 10 [...]... các nhiễu lớn Dạng PID lý tưởng và tiêu chuẩn Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển xuất hiện nhiều nhất trong công nghiệp, và bộ điều khiển thích hợp nhất để điều chỉnh thuật toán là dạng chuẩn Trong dạng này, độ lợi được dùng trong khâu , và ,đạt được:: trong đó là thời gian tích phân là thời gian vi phân Trong dạng song song lý tưởng, được trình bày trong phần lý thuyết bộ điều khiển các thông số độ. .. Trang 16 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Các bộ điều khiển PID, khi sử dụng độc lập, có thể cho kết quả xấu khi độ lợi vòng PID buộc phải giảm vì thế hệ điều khiển không xảy ra vọt lố, dao động hoặc rung quanh giá trị điểm đặt điều khiển Chúng cũng khó khăn khi xuất hiện phi tuyến, có thể cân bằng sự điều tiết chống lại đáp ứng thời gian, không phản ứng lại việc thay đổi hành vi điều khiển (do đó, quá... khăn cơ bản của điều khiển PID là nó là một hệ thống phản hồi, với các thông số không đổi, và không có tin tức trực tiếp về quá trình, và do đó tất cả kết quả là phản ứng và thỏa hiệp - trong khi điều khiển PID là bộ điều khiển tốt nhất mà không cần mô hình điều khiển, kết quả tốt hơn có thể đạt được bằng cách kết hợp với một mô hình điều khiển Cải tiến quan trọng nhất là kết hợp điều khiển nuôi-tiến... giảm độ vọt lố, nhưng lại làm chậm đáp ứng quá độ và có thể dẫn đến mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong phép vi phân sai số CÁC HẠN CHẾ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Trong khi các bộ điều khiển PID có thể được dùng cho nhiều bài toán điều khiển, và thường đạt kết quả như ý mà không cần bất kỳ cải tiến hay thậm chí điều chỉnh nào, chúng có thể rất yếu trong vài ứng dụng, và thường không cho ta điều khiển. .. và tạo ra một độ lệch với các hướng khác) Để tìm hiểu thêm các đặc điểm của việc điều chỉnh độ lợi tích phân và độ ổn của bộ điều khiển Đồ thị PV theo thời gian, với 3 giá trị Kd (Kp and Ki không đổi) Tốc độ thay đổi của sai số qua trình được tính toán bằng cách xác định độ dốc của sai số theo thời gian (tức là đạo hàm bậc một theo thời gian) và nhân tốc độ này với độ lợi tỉ lệ Biên độ của phân phối...THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH bị khuyết Bộ điều khiển PI khá phổ biến, do đáp ứng vi phân khá nhạy đối với các nhiễu đo lường, trái lại nếu thiếu giá trị tích phân có thể khiến hệ thống không đạt được giá trị mong muốn SƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Lý thuyết điều khiển PID Phần này chỉ mô tả dạng song song hoặc không tương tác của bộ điều khiển PID Xin xem thêm "Alternative... vi phân (đôi khi được gọi là tốc độ) trên tất cả các hành vi điều khiển được giới hạn bởi độ lợi vi phân, Thừa số vi phân được cho bởi: Trang 14 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH trong đó : thừa số vi phân của đầu ra : Độ lợi vi phân, một thông số điều chỉnh : Sai số : thời gian hoặc thời gian tức thời (hiện tại) Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi của đầu ra bộ điều khiển và đặc tính này là đang chú... khiển PID Đôi khi cách viết điều khiển PID dưới dạng biến đổi Laplace lại rất thuận tiện: Ta vừa có bộ điều khiển PID được viết dưới dạng Laplace và hàm truyền của hệ điều khiển khiến cho việc xác định hàm truyền vòng kín hệ thống một cách dễ dàng Dạng nối tiếp/tương hỗ Một dạng biểu diễn khác của bộ điều khiển PID là dạng nối tiếp, hay dạng tương hỗ trong đó các thông số quan hệ với các thông số của... các thông số quan hệ với các thông số của dạng chuẩn qua , , and với Dạng này về cơ bản bao gồm bộ điều khiển PD và PI ghép nối tiếp với nhau, và nó giúp cho các bộ điều khiển đời đầu (analog) dễ dàng xây dựng hơn Khi các bộ điều khiển đời sau được số hóa, nhiều kế thừa sau đó sử dụng dạng tương hỗ Trang 18 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Trang 19 ... đó các thông số được xử lý như là các độ lợi đơn giản, là dạng tổng quá và linh hoạt nhất Tuy nhiên, nó cũng là dạng mà các thông số có sự liên quan vật lý ít nhất và thường được dành riêng cho việc khảo sát lý thuyết của bộ điều khiển PID Dạng chuẩn, mặc dù ít phức tạp hơn về mặt toán học, nhưng lại phổ biến hơn trong công nghiệp Trang 17 THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Dạng Laplace của bộ điều khiển