ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT Tên Modul: Điều khiển quá trình Mã số: MC033Số tín chỉ: 3Trình độ: Cho sinh viên năm thứ 3Biên soạn: Nguyễn Văn Diên, Phạm Đức HùngPhiên bản: 20081005 1. Mục tiêu: Sau khi hoàn thành modul này,sinh viên có khả năng Mô tả được vai trò của mô hình hoá trong các nhiệm vụ phát triển hệ thống và những nguyên tắc cơ bản trong nhiệm vụ mô hình hoá. Phân tích đặc điểm, vai trò và ứng dụng của các cấu trúc điều khiển. Phân tích những nguyên tắc cơ bản nhất trong việc thiết kế điều khiển. 2. Điều kiện tiên quyết:Đã học các modul : Lý thuyết điều khiển tự động, Điều khiển lập trình, Ngôn ngữ lập trình CC++.3. Mô tả modul:Học phần này cung cấp cho sinh viên các kiến thức:+ Lý thuyết: Bản chất, mục đích, các chức năng và thành phần cơ bản của một hệ thống ĐKQT. Các dạng mô hình thông dụng trong ĐKQT. Xây dựng mô hình hoá bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Đặc điểm, vai trò và ứng dụng của các cấu trúc điều khiển. Phương pháp thiết kế, chỉnh định bộ điều khiển PID cho các quá trình đơn biến. Nguyên tắc cơ bản trong việc thiết kế cấu trúc điều khiển cho các quá trình đa biến. + Thí nghiệm: Điều khiển hệ thống kín để ổn định các thông số: nhiệt độ, mức, áp suất, lưu lượng sử dụng các thiết bị điều khiển công nghiệp.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc CHƯƠNG TRÌNH TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT Tên Modul: Điều khiển quá trình Mã số: MC03-3 Số tín chỉ: 3 Trình độ: Cho sinh viên năm thứ 3 Biên soạn: Nguyễn Văn Diên, Phạm Đức Hùng Phiên bản: 20081005 1. Mục tiêu: Sau khi hoàn thành modul này,sinh viên có khả năng - Mô tả được vai trò của mô hình hoá trong các nhiệm vụ phát triển hệ thống và những nguyên tắc cơ bản trong nhiệm vụ mô hình hoá. - Phân tích đặc điểm, vai trò và ứng dụng của các cấu trúc điều khiển. - Phân tích những nguyên tắc cơ bản nhất trong việc thiết kế điều khiển. 2. Điều kiện tiên quyết: Đã học các modul : Lý thuyết điều khiển tự động, Điều khiển lập trình, Ngôn ngữ lập trình C/C++. 3. Mô tả modul: Học phần này cung cấp cho sinh viên các kiến thức: + Lý thuyết: - Bản chất, mục đích, các chức năng và thành phần cơ bản của một hệ thống ĐKQT. - Các dạng mô hình thông dụng trong ĐKQT. - Xây dựng mô hình hoá bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. - Đặc điểm, vai trò và ứng dụng của các cấu trúc điều khiển. - Phương pháp thiết kế, chỉnh định bộ điều khiển PID cho các quá trình đơn biến. - Nguyên tắc cơ bản trong việc thiết kế cấu trúc điều khiển cho các quá trình đa biến. + Thí nghiệm: - Điều khiển hệ thống kín để ổn định các thông số: nhiệt độ, mức, áp suất, lưu lượng sử dụng các thiết bị điều khiển công nghiệp. Khoa Điện - Điện tử.(MC03-3) Hưng Yên, 05/2008 1 4. Nội dung modul: Tín chỉ 1: Mô hình hoá điều khiển quá trình (15 tiết trên lớp + 30 tiết tự học) TT 1 2 Chủ đề Khái niệm cơ bản Cơ sở mô hình hoá Nội dung 1.1 Điều khiển quá trình 1.1.1 Quá trình và các biến quá trình 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Bài toán điều chỉnh và bài toán bám 1.2 Mục đích điều khiển 1.3 Phân cấp chức năng ĐKQT 1.4 Cấu trúc cơ bản một hệ thống ĐKQT 2.1 Mô hình quá trình 2.1.1 Tổng quan về quy trình mô hình hoá 2.1.2 Phân loại mô hình hoá 2.2 Mô hình hoá lý thuyết 2.2.1 Nhận biết các biến quá trình 2.2.2 Xây dựng phương trình mô hình 2.2.3 Phân tích bậc tự do, tuyến tính hoá và mô hình hàm truyền đạt 2.2.4 Mô phỏng quá trình 2.3 Mô hình thực nghiệm 2.3.1 Khái niệm và những nguyên tắc cơ bản 2.3.2 Các phương pháp mô hình hoá quá trình Tài liệu -Giáo trình Điều khiển quá trình – Trường ĐHSPKT Hưng Yên - Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình – Hoàng Minh Sơn - Giáo trình Điều khiển quá trình – Trường ĐHSPKT Hưng Yên - Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình – Hoàng Minh Sơn Phương pháp - Giảng giải - Ví dụ minh họa - Đàm thoại - Hướng dẫn đọc tài liệu - Phân tích trực quan - Ví dụ minh họa - Hướng dẫn đọc tài liệu Giáo viên Thời gian Lý thuyết: 3 Tự học: 6 (LT+BT) Học Lý thuyết: 12 Tự học:24 TT Chủ đề Nội dung Tài liệu Phương pháp Giáo viên Thời gian Tín chỉ 2: Thiết kế điều khiển (15 tiết trên lớp + 30 tiết tự học) 3 4 Cấu trúc điều khiển cơ sở Phương pháp thiết kế 3.1 Điều khiển truyền thẳng 3.2 Điều khiển phản hồi 3.3 Điều khiển Cascade 3.4 Điều khiển tỷ lệ 3.5 Điều khiển lựa chọn 3.7 Điều khiển phân vùng 4.1 Chỉnh định bộ điều khiển PID 4.1.1 Phương pháp dựa trên đặc tính đáp ứng 4.1.2 Phương pháp dựa trên mô hình mẫu 4.1.3 Phương pháp nắn đặc tính tuần 4.1.4 Điều khiển PID kết hợp bù trễ 4.2 Thiết kế cấu trúc điều khiển cho quá trình đa biến 4.2.1 Giới thiệu chung 4.2.2 Lựa chọn biến quá trình 4.2.3 Điều khiển đa biến - Giáo trình Điều khiển quá trình – Trường ĐHSPKT Hưng Yên - Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình – Hoàng Minh Sơn - Giáo trình Điều khiển quá trình – Trường ĐHSPKT Hưng Yên - Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình – Hoàng Minh Sơn Tín chỉ 3: Thí nghiệm (30h thí nghiệm, 30 h tự nghiên cứu) - Thuyết trình - Phân tích trực quan qua Project - Ví dụ minh họa - Hướng dẫn đọc tài liệu Học Lý thuyết: 6; Tự học: 12 - Giảng giải - Phân tích - Đàm thoại - Hướng dẫn tự học Học Lý thuyết: 9; Tự học: 18 TT Chủ đề Nội dung Tài liệu Phương pháp 5.1 Khảo sát hệ thống 5.2 Xây dựng mô hình cho đối tượng bằng 5 Khảo sát hệ thống điều khiển nhiệt độ - Giáo trình Điều khiển quá trình – Trường ĐHSPKT Hưng Yên 5.3 Lưu đồ P&ID. - Cơ sở hệ thống điều khiển quá 5.4 Nghiên cứu cấu trúc điều khiển phản trình – Hoàng Minh Sơn - Tài liệu về phần mềm Siemen, hồi. Lucas Nülle, Festo... phương pháp thực nghiệm. - Giảng giải - Phân tích trực quan - Làm việc nhóm - Hướng dẫn tự học Giáo viên Thời gian - Phòng TN: 6h - Tự học: 6h 5.5 Thuật toán PID và bộ điều chỉnh PID thực. 6.1 Xây dựng mô hình cho đối tượng bằng phương pháp lý thuyết. 6.2 Xây dựng mô hình cho đối tượng bằng 6 Xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức - Giáo trình Điều khiển quá trình – Trường ĐHSPKT Hưng Yên 6.3 Lưu đồ P&ID. - Cơ sở hệ thống điều khiển quá 6.4 Các sách lược điều chỉnh: điều khiển trình – Hoàng Minh Sơn truyền thẳng, điều khiển phản hồi, điều - Phiếu thí nghiệm phương pháp thực nghiệm. khiển tầng. 6.5 Thuật toán PID và bộ điều chỉnh PID thực. - Giảng giải - Phân tích trực quan - Làm việc nhóm - Hướng dẫn tự học - Phòng TN: 12h - Tự học: 12h TT Chủ đề Nội dung Tài liệu Phương pháp Giáo viên Thời gian 7.1 Xây dựng mô hình cho đối tượng 7 Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức thông nhau MIMO (bằng phương pháp lý thuyết và phương pháp thực nghiệm). - Giáo trình Điều khiển quá trình – Trường ĐHSPKT Hưng Yên 7.3 Thiết kế cấu trúc điều khiển tầng. - Cơ sở hệ thống điều khiển quá 7.4 Thiết kế cấu trúc điều khiển nhiều trình – Hoàng Minh Sơn - Phiếu thí nghiệm vòng (điều khiển phân tán). 7.2 Phân tích RGA, cặp đôi vào-ra. - Giảng giải - Phân tích trực quan - Làm việc nhóm - Hướng dẫn tự học 8.1 Lập trình PLC và WinCC điều khiển, - Giáo trình Điều khiển quá trình – Trường ĐHSPKT Hưng Yên 8.2 Sử dụng thiết bị Multimedia điều - Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình – Hoàng Minh Sơn khiển nhiệt độ - Tài liệu về phần mềm Siemen, 8.3 Thiết kế hệ thống bơm vòng kín Lucas Nülle, Festo... giám sát quá trình trộn và rót bể hoá chất Bài tập lớn 8 -Phân tích - Làm việc nhóm - Hướng dẫn tự học - Phòng TN: 12h - Tự học: 12h 5. Tài liệu học và tham khảo: * Tài liệu chính: Nguyễn Phúc Đáo_Phạm Đình Hùng Giáo trình Điều khiển quá trình - Đại học SPKT Hưng Yên 2008 * Tài liệu đọc thêm: [1]. Hoàng Minh Sơn Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình-NXB Đại học Bách khoa Hà nội 2006 [2]. Liptak. B. G. Process control system and edition-3rd Edition, McGraw – Hill, New York 1996 [3]. Seborg. D.E., TF Edgar, D. A. Mellichamp Process Dynamics and control- Wiley, New York 2004 6. Học liệu: - Giáo trình chính, Sách tham khảo, máy tính, Projector, phấn bảng. - Phòng thí nghiệm và các thiết bị thực hành. 7. Đánh giá: - Kiểm tra thường xuyên/ Giữa kỳ: 10% - Bài tập lớn: 20% - Thi kết thúc/Thí nghiệm: 70% 8. Kế hoạch học tập: Bài Nội dung Mục tiêu Hoạt động giáo viên TG (giờ) Hoạt động sinh viên TG (giờ) Điều kiện thực hiện Tín chỉ 1: Mô hình hoá điều khiển quá trình (15 tiết) 1 2 Khái niệm cơ bản 1.1 Điều khiển quá trình 1.1.1 Quá trình và các biến quá trình 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Bài toán điều chỉnh và bài toán bám 1.2 Mục đích điều khiển 1.3 Phân cấp chức năng ĐKQT 1.4 Cấu trúc cơ bản một hệ thống ĐKQT Cơ sở mô hình hoá 2.1 Mô hình quá trình 2.1.1 Tổng quan về quy trình mô hình hoá 2.1.2 Phân loại mô hình hoá 2.2 Mô hình hoá lý thuyết 2.2.1 Nhận biết các biến quá trình 2.2.2 Xây dựng phương trình mô hình 2.2.3 Phân tích bậc tự do, tuyến tính hoá và mô hình hàm truyền đạt 2.2.4 Mô phỏng quá trình 2.3 Mô hình thực nghiệm - Nắm vững các khái niệm cơ bản về ĐKQT - Mô tả được mục đích ĐH cũng như chức năng của từng khối trong hệ thống - Trình bày được cấu trúc cơ bản của hệ thống ĐKQT - Trình bày được những nguyên tắc chung, quy trình trong xây dựng mô hình toán học - Phân tích các dạng mô hình toán học quen thuộc -Xây dựng mô hình hoá bằng PP lý thuyết - Trình bày (Giảng giải, phân tích). - Hướng dẫn thảo luận nhóm (Tư vấn, thúc đẩy, trợ giúp...) - Đánh giá kết quả làm việc của cá nhân, nhóm - Giảng giải, phân tích, đặt và giải quyết vấn đề). - Tư vấn, thúc đẩy, trợ giúp... - Giới thiệu tài liệu tham khảo, đánh giá kết quả nhận thức của cá nhân, nhóm 3 12 - Nghe giảng - Ghi chép, thảo luận - Làm bài tập và phản hồi kết quả - Nhận xét - Nghe giảng - Làm việc theo hướng dẫn của giáo viên - Phản hồi kết quả nhận thức - Tổng hợp thông tin báo cáo... Phòng học lý thuyết 9 36 Phòng học lý thuyết có : - Máy chiếu - Project 2.3.1 Khái niệm và những nguyên tắc cơ bản 2.3.2 Các phương pháp mô hình hoá quá trình Tín chỉ 2: Thiết kế điều khiển Cấu trúc điều khiển cơ sở - Xây dựng mô hình hoá bằng PP thực nghiệm - Thiết kế cấu trúc điều khiển - Lựa chọn cấu trúc bộ điều khiển - Xác định tham số bộ điều khiển - Hướng dẫn, giải 3.1 Điều khiển truyền thẳng thích, ví dụ minh họa 3.2 Điều khiển phản hồi - Thúc đẩy, tư vấn, 3.3 Điều khiển Cascade trợ giúp sinh viên 3 3.4 Điều khiển tỷ lệ - Đánh gía kết quả 3.5 Điều khiển lựa chọn làm việc của cá nhân, 3.7 Điều khiển phân vùng nhóm. - Giao bài tập 4.1 Chỉnh định bộ điều khiển PID - Phương pháp thiết - Giảng giải lý thuyết 4.1.1 Phương pháp dựa trên đặc tính đáp kế, chỉnh định bộ điều và phân tích ứng khiển PID cho các quá - Hướng dẫn một số 4.1.2 Phương pháp dựa trên mô hình trình đơn biến ví dụ cụ thể mẫu - Thiết kế cấu trúc ĐK - Giao bài tập, hướng 4.1.3 Phương pháp nắn đặc tính tuần và đưa ra những dẫn, kiểm tra và đánh 4 4.1.4 Điều khiển PID kết hợp bù trễ nguyên tắc cơ bản giá kết quả 4.2 Thiết kế cấu trúc điều khiển cho quá trong việc thiết kế cấu trình đa biến trúc ĐK cho các quá 4.2.1 Giới thiệu chung trình đa biến 4.2.2 Lựa chọn biến quá trình 4.2.3 Điều khiển đa biến Tín chỉ 3. Thí nghiệm 6 9 - Ghi chép, làm bài tập - Đàm thoại, trao đổi thông tin - Báo cáo kết quả - Nhận xét, đưa ra các kết luận - Nghe giảng, ghi chép, làm bài tập Thảo luận, trao đổi thông tin (với giáo viên và các đối tượng học) - Báo cáo kết quả -Nhận xét, kết luận 18 27 Phòng học lý thuyết có : - Máy chiếu - Project Phòng học lý thuyết có : - Máy chiếu - Project Khảo sát hệ thống điều khiển nhiệt độ - Trình bày (Giảng giải, trình chiếu và phân tích). - Đưa ra các ví dụ minh họa - Hướng dẫn thảo luận - Tổng hợp, nhận xét 5.1 Khảo sát hệ thống 5.2 Xây dựng mô hình cho đối tượng bằng phương pháp thực nghiệm. 5 5.3 Lưu đồ P&ID. 5.4 Nghiên cứu cấu trúc điều khiển 6 - Nghe giảng, ghi chép, tổng hợp - Thảo luận, trao đổi thông tin - Phản hồi, so sánh khả năng ứng dụng 12 với các bộ Vi xử lý và nhận xét Phòng học lý thuyết có : - Nghe giảng - Ghi chép, tổng hợp - Làm bài tập theo yêu cầu - Phản hồi kết quả - Làm việc nhóm, thảo luận Phòng học lý thuyết có: - Máy tính - Project - Máy chiếu - Project phản hồi. 5.5 Thuật toán PID và bộ điều chỉnh PID thực. Xây dựng hệ thống điều khiển một - Phương pháp xây bình mức dựng mô hình cho 6.1 Xây dựng mô hình cho đối tượng một đối tượng điều bằng phương pháp lý thuyết. 6 khiển đơn giản 6.2 Xây dựng mô hình cho đối tượng -Thiết kế bộ điều bằng phương pháp thực nghiệm. khiển 6.3 Lưu đồ P&ID. -Vận dụng các cấu 6.4 Các sách lược điều chỉnh: điều khiển truyền thẳng, điều khiển phản hồi, điều khiển tầng. 6.5 Thuật toán PID và bộ điều chỉnh trúc ĐK khác nhau. - Phân tích ảnh hưởng của nhiễu đến hệ thống. - Trình bày (Giảng giải, phân tích). - Lấy ví dụ minh họa - Đặt câu hỏi (Tư vấn, thúc đẩy, trợ giúp...) 12 - Giao bài tập - Đánh giá kết quả làm việc của cá nhân, nhóm 24 PID thực. Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức thông nhau 7.1 Xây dựng mô hình cho đối tượng 7 MIMO (bằng phương pháp lý thuyết và - Củng cố và nâng cao phương pháp thực nghiệm). và áp dụng các kiến 7.2 Phân tích RGA, cặp đôi vào-ra. thức vào các bài toán 7.3 Thiết kế cấu trúc điều khiển tầng. phức tạp hơn. 7.4 Thiết kế cấu trúc điều khiển nhiều vòng (điều khiển phân tán). Bài tập lớn 8 - Làm quen với quy 8.1 Lập trình PLC và WinCC điều trình thiết kế hệ thống điều khiển ứng dụng khiển, giám sát quá trình trộn và rót bể theo yêu cầu thực tế. hoá chất - Dẫn dắt tới khả năng 8.2 Sử dụng thiết bị Multimedia điều làm việc độc lập và làm việc theo nhóm. khiển nhiệt độ - Rèn luyện kỹ năng 8.3 Thiết kế hệ thống bơm vòng kín thiết kế và tư duy sangs tạo - Giảng giải, phân tích, đưa ra và giải quyết một số bài toán điển hình - Đưa ra bài toán và đặt câu hỏi thảo luận, 12 hướng dẫn (Tư vấn, thúc đẩy, trợ giúp...) - Đánh giá kết quả làm việc của cá nhân, nhóm …Nhận xét… - Cung cấp tài liệu hướng dẫn thực hành Hướng dẫn, phân tích một số bài tập cơ bản, một số bài ứng dụng điển hình. - Tư vấn, thúc đẩy, trợ giúp...) - Đánh giá kết quả làm việc của cá nhân, nhóm …Nhận xét… - Nghe giảng - Ghi chép, thảo luận nhóm - Làm bài tập - Phản hồi kết quả - Tư đánh giá và nhận xét - Nghe giảng - Giải bài tập thực hành theo yêu cầu của giảng viên - Làm việc nhóm, thảo luận… - Phản hồi kết quả - Tổng hợp thông tin, tự nhận xét... Phòng thực hành có: - Máy tính - Project 24 Phòng học lý thuyết hoặc phòng làm Đồ án – BTL ... Minh Sơn Tín 3: Thí nghiệm (30h thí nghiệm, 30 h tự nghiên cứu) - Thuyết trình - Phân tích trực quan qua Project - Ví dụ minh họa - Hướng dẫn đọc tài liệu Học Lý thuyết: 6; Tự học: 12 - Giảng giải... Phương pháp - Giảng giải - Ví dụ minh họa - Đàm thoại - Hướng dẫn đọc tài liệu - Phân tích trực quan - Ví dụ minh họa - Hướng dẫn đọc tài liệu Giáo viên Thời gian Lý thuyết: Tự học: (LT+BT) Học... đích điều khiển 1.3 Phân cấp chức ĐKQT 1.4 Cấu trúc hệ thống ĐKQT 2.1 Mô hình trình 2.1.1 Tổng quan quy trình mô hình hoá 2.1.2 Phân loại mô hình hoá 2.2 Mô hình hoá lý thuyết 2.2.1 Nhận biết