Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ - bộ điều khiển với TCU - 12004

Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ - bộ điều khiển với TCU - 12004

Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ CHNG 1 TNG QUAN V B IU KHIN TCU 1.1. Gii thiu chung v TCU. B iu khin TCU (Ting Anh: The Temparature Controller Unit nhn tớn hiu t cm bin nhit (Cp nhit in hay cỏc phn t nhit in tr v biu th chớnh cỏc nhit quỏ trỡnh ng thi a ra tớn hiu x lý kp thi v chớnh xỏc. Mt tp hp ton din nhng chc nng d dng s dng tng bc cho phộp b iu khin gii quyt nhiu yờu cu ng dng khỏc nhau. B iu khin TCU cú th hot ng ch iu khin PID cho c s t núng v lm mỏt. Nú t ng iu khin ch xỏc lp hng s. Hng s PID cú th c tinh chnh bi s hot ng ca b iu khin thi gian bt k v c khoỏ t xa s thay i. TCU cho phộp ỏp ng u ra phanh nht m khụng cú quỏ iu chnh. Nú cú th chuyn sang ch vn hnh bng tay m ngi vn hnh cú th iu khin trc tip u ra. Ngoi ra nú cũn c chng trỡnh hoỏ hot ng ch iu khin ON/OFF m iu chnh c tr. Hai mn hỡnh hin th 4 s cho phộp quan sỏt nhit quỏ trỡnh v nhit t, cho bit tỡnh trng ca b iu khin (ang lm vic ch no, nhng Module u ra no ang hot ng, s cnh bỏo v trng thỏi u ra. Cỏc Module u ra cú th trao i u ra. Cỏc Module u ra cú th thay th v trao i ln nhau (Relay, SSR, Drive, hoc Triac) c thit lp nhm phc v cho s iu khin chớnh, u ra bnh bỏo, u ra lm mỏt v u ra nh v van. La chn bnh bỏo kộp cú th c nh dng tựy vo s thay i ca hot ng (Nhit cao hay thp, s chờnh lch) ch ch u ra v ngun nuụi s c ngn chn n khi nhng thụng s mc bỏo ng c n nh. Dũng tuyn tớnh t 4 - 20mA (hoc 0 - 10V) u ra cú th giao in vi c cu chp hnh, mỏy ghi biu , dng c ch th hay thit b iu khin khỏc. Kiu u ra tuyn tớnh mt chiu ny cú th dựng cho nhng mụ hỡnh iu 1 Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ khin tuyn tớnh c xõy dng phự hp vi nhng mụ hỡnh xõy dng sn trong b iu khin. Tớn hiu ra c s hoỏ v c truyn i mt trong nhng cỏch sau: % cụng sut u ra, giỏ tr nhit quỏ trỡnh, s chờnh lch nhit , hay giỏ tr im t. Ngoi ra cũn cú th iu chnh c di cht u ra, thi gian cp nht u ra vi nhng tham s m rng tớnh linh hot ca TCU ti nhng thit b cui cựng. Mt u ra c bỏo ng s kin, c chng trỡnh hoỏ phỏt tớn hiu cnh bỏo (khi lũ nhit hay nhng thit b khỏc b li) x lý kp thi. S bỏo ng nhit hot ng di 2 iu kin sau: 1. u ra chớnh (OP)1 ang hot ng v dũng nhit in di giỏ tr dũng bỏo ng. 2. u ra (OP1) ó tt v dũng nhit in ln hn dũng cnh bỏo 10% khi thit b iu khin b ngn mch hoc nhng s kin khỏc. u vo Analog th cp (0 - 20m ADC) cú th c nh dng hot ng nh mt b tin x lý tớn hiu th cp x lý im t ca u ra s cp. Chớnh iu ny cho phộp kh nng iu khin tng vi thit b khỏc. Nh u vo Analog th cp ny ta cú th xõy dng c mt ht iu khin tng tớch hp trong mt b iu khin TCU. Chun giao din truyn thụng RS 485 nhiu im ni tip cho phộp TCU giao tip vi cỏc thit b kt hp khỏc nh: Mỏy in, b iu khin tr trỡnh hay mỏy tớnh ch 1.2. Lp t v kt ni. 1.2.1. Mụi trng lp t. TCU cn c t ni cỏch xa i tng iu khin, trong mt mụi trng cú nhit khụng quỏ cao (khụng ln hn 45 0 C) v phi m bo lu thụng khụng khớ tt. Khụng nờn t TCU gn cỏc thit b cú s to nhit ln v tip xỳc trc tip vi ỏnh sỏng mt tri. 2 Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ Khụng s dng trc tip TCU iu khin motor, iu kin van hay c cu chp hnh khỏc m khụng phi l cỏc thit b c bo v. Lm nh vy cú th gõy nguy him ti ngi vn hnh hoc cỏc thit b, dng c kt ni vi nú. Mt iu cn chỳ ý l tớn hiu nhp vo t cm bin hay ngun nuụi AC ca TCU phi c ly c lp vi cỏc thit b khỏc. Thờm na, khi TCU ang lm vic trỏnh dựng mi dng c tỏc ng vo nú. Tt c nhng iu núi trờn nhm m bo s an ton cỏ nhõn v ngn nga thit hi ti tt c cỏc thit b khỏc trong h thng. 1.2.2. Cu to. TCU cú dng hỡnh khi ch nht hai mn hỡnh quan sỏt v iu khin cựng vi cỏc b ch th phớa trc. Cỏc nỳt bm chc nng c t phớa di ca cỏc b ch th v cỏc chõn ni vo/ra c t phớa sau bờn trong mt v hp bo v. S cỏc chõn vo/ra c mụ t nh sau: 3 Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 1.2.3. Cỏc module u ra. B iu khin TCU cú 3 module u ra cú th hot ng c lp hay thay th v trao i ln nhau. S la chn cỏc module tu theo nhng ng dng c th, cỏc module ú l: Module Relay, Module logic/ SSR Drive, Modude Triac. Cỏc module ny cú th dựng cho cỏc ng dng nh sau. Cho iu khin chớnh (OP1), cho hot ng lm mỏt hay mt s hot ng cnh bỏo. Cỏc chõn cm vi ba module ny c t kớn trong TCU, khi dựng chỳ ý la chn thớch hp v lp t ỳng vi nhón ghi trờn cỏc chõn cm ú. 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 OP 2/AL1: u ra l m mỏt/ c nh bỏo OP2 : u ra l m mỏt AL1 A: u ra cnh bỏo A B C OP1: u ra in iu khin chớnh User Input: u v o u v o: N i vi nhit in tr hay cp nhit in (4- 2mV) u ra tng t Giao din truyn thụng TS.485 Hoc: u v o Analog th cp §å ¸n tèt nghiÖp X©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é * Một số hạn chế của module đầu ra. Ở một vài mẫu trong họ TCU thì đầu ra cảnh báo và đầu ra điều khiển vị trí van có dùng chung chân cắm. Nghĩa là người thiết kế phải lựa chọn một trong hai chân cắn đó, vậy nên phải chú ý để quyết định sử dụng cho mục đích nào. * Cài đặt các module đầu ra. Khi sử dụng các module đầu ra xác định đúng nhãn của từng loại thích hợp với nhãn chân cắm và chiều cắm cho chính xác. Riêng với ứng dụng điều khiển van thì một số ký hiệu trên bo mạch có ý nghĩa như sau: AL1: đầu ra điều khiển để mở van AL2/OP2: đầu ra điều khiển đóng van OP1 - Alarm # 1 là tín hiệu ra. * Các module được biểu diễn trong hình vẽ dưới đây. Relay: Type: Form - C Rating: 5A - 120/ 240 VAC Or 28 VDC 5 C B A 5A POWER 1. Relay module §å ¸n tèt nghiÖp X©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é Logic: Type: Non - isolated switch DC, 12VDC Drive: 45ma max Triac: Type: isolated, zero crossing Deteetion Rating: 120/240 VDC; 20 to 500Hz Max: Load Cureut: 1A 0.75 @ 50 0 C Min: Load Cureut: 10mA 6 C B A POWER 2. Logic/ SSR Drire Module 4 1 SSR POWER UNIT 3 2 LOAD - + 2VDC Not isolated Không nối C B A POWER 3. Triac Module Kelay or riac device LOAD 120 VAC 1A Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 1.2.4. Chn ngun nuụi v cm bin. * Nguụn nuụi. Hai loi ngun nuụi cho TCU cú th c s dng l 115 VAC hay 230VAC. Cụng tc la chn ngun nuụi c t bờn trong v hp ca b iu khin nhm m bo an ton cho h thng, gi gỡn s la chn ca ngi vn hnh. * Cm bin. Hai cm bin thng c dựng trong cụng nghip cho cỏc ng dng cho nhit khụng quỏ cao l: Cp nhit in v nhit in tr TCU h tr hu ht cỏc loi cm bin thuc hai kiu núi trờn. Ngi thit k h thng ch cn ch ra kiu cm bin mỡnh dựng v khai bỏo vi TCU trong module tham s (1 - iN). Loi cm bin no c dựng cn c khai bỏo nht quỏn tớnh cht ca nú cú th cú trong cỏc module khỏc. Trc khi khai bỏo vi TCU v loi cm bin c dựng cn iu chnh jum la chn cm bin l loi cp nhit in hay nhit in tr v ỳng v trớ thớch hp. * Ni tớn hiu t cm bin vo TCU. Sau khi nh v c cụng tc la chn ngun nuụi v cm bin ta tin hnh ni dõy theo s ch dn sau: 7 1 2 Nc 1: Chn ngun 115 VAC Nc 2: Chn ngun 230 VAC Nc chn ngun 7 8 9 10 + 2 chõn ni vi cp nhit in - §å ¸n tèt nghiÖp X©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é * Cách nối TCU với cặp nhiệt điện. * Cách nối TCU với nhiệt điện trở. Sự thuận lợi thấy rõ là ta chỉ cần trực tiếp nối ngay cảm biến vào bộ điều khiển mà không cần làm một điều gì khác. Các công việc nhằm hiệu chỉnh lại để tăng độ chính xác như: bù nhiệt, lọc nhiễn, chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang số được TCU hỗ trợ rất hiệu quả. Điều này giảm nhẹ khá nhiều và mang lại hiệu quả cao cho người thiết bị hệ thống. 1.3. Mặt trước TCU và các mút bấm chức năng. Mặt trước TCU gồm hai màn hình sáu bộ chỉ thị và 4 nút bấm chức năng. Hai màn hình trong đó: màn hình chính (lớn) phía trên có màu đỏ, màn hình thứ hai (dưới) màu xanh. Sáu bộ chỉ thị sẽ hiển thị các thông số cần thiết tuỳ theo sự cài đặt các lựa chọn trong các module chứa tham số hay tuỳ theo kiểu hoạt động được tiến hành. Bốn nút bấm chức năng được sử dụng để truy nhập và thay đổi giá trị các tham số của hệ thống, nó cũng được thiết kế để chọn lựa chế độ hoạt động. Các nút bấm được mô tả cụ thể như sau: + Các nút bấm chức năng. DSP - Ở chế độ hoạt động bình thường, nó dùng để lựa chọn một trong những tham số được hiển thị trên màn hình thứ hai. Hay nó còn dùng để lựa chọn trực tiếp thang đo nhiệt độ là 0 F hay 0 C mà không cần truy nhập và module chứa tham số (1 - iN) 8 7 8 9 10 2 chân nối với nhiệt điện trở Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ - ch nh dng tham s n DSP thoỏt khi tham s ang truy nhp hay thoỏt hn ra ngoi ch hot ng bỡnh thng m khụng lm thay i giỏ tr ca cỏc tham s khỏc ó c ci t. UP DN - ch hot ng bỡnh thng, nỳt n UP/ DOWN cú th iu chnh trc tip giỏ tr im t nhit hoc % cụng sut u ra (tt nhiờn nu hai tham s ny cha b khoỏ). Giỏ tr im t v % cụng sut u ra c hin th trờn mn hỡnh th hai. - ch nh dng s thỡ nỳt UP/DOWN dựng thay i giỏ tr ca tham s ang truy nhp (UP: tng, DOWN: gim) PAR - tt c cỏc ch hot ng nỳt n PAR dựng truy nhp, thay i v quột ht mi tham s. Cng dựng nỳt n ny chn la ch hot ng cho b iu khin TCU. * Mt trc thit b 1.4. Quan sỏt s hot ng 9 1500 1500 DS P PA R %P W Mn hỡnh chớnh: Hin th nhit quỏ trỡnh v cng hin th tham s hay cỏc ch ó chn Mnh hớnh th hai: Hin th nhit t, giỏ tr cỏc tham s MAN: Hin lờn khi hot ng ch bng tay. REM: Hin lờn khi ch im t xa c la chn AL1: Hin lờn khi cnh bỏo 1 c ci t OPN: Hin lờn khi u ra iu khin m van c hot ng AL2: Hin lờn khi cnh bỏo 2 c ci t OPN: Hin lờn khi u ra iu khin m van c hot ng CLS: Hin th khi u ra iu khin úng van c hot ng. OP1: Hin lờn khi u ra iu khin chớnh hot ng AL1: Hin lờn khi h thng cú s c Hin th khi mn hỡnh th 2, hin th % cụng sut u ra DEV: Hin lờn khi xut hin chờnh llch gia nhit quỏ trỡnh im t. CUR: Hin lờn khi mn hỡnh th hai ch giỏ tr dũng t núng. SEC. Hin lờn khi u vo Analog th cp c s dng Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 1.4.1. Cụng sut b iu khin tng. Khi cụng sut trờn mc c dựng, b iu khin s lm tr li s ch th v hot ng iu khin hin thi trong khong 5 giõy tin hnh kim tra li. Hot ng ny c b iu khin thc hin t ng vi tc rt cao nhm nhanh chúng tỡm ra nguyờn nhõn ng thi nú s hin th tt c cỏc thụng tin c bn lờn 2 mn hỡnh v cỏc b ch th. Ban u nú s lm sỏng tt c cỏc mn hỡnh v hin th cỏc dng c ch bỏo ( ngi vn hnh cú th bit c trng thỏi ca h thng) v tin hnh kim tra li tt c cỏc chc nng ang hot ng. Sau ú b iu khin s hin th kiu senson trờn mn hỡnh chớnh kim tra li s khai bỏo, lu chn Jum cú ỳng vi thc t trong hot ng khụng. ng thi nú xem xột li chng trỡnh hot ng ca h thng. Nu sai sút bờn trong c tỡm thy thỡ b iu khin s hin th thụng tin ú lờn cho n khi sai sút ú c sa cha (khi nú khụng t sa cha c). Sau s kim tra v b sung mt cỏch tun t nh vy, b iu khin li bt u hot ng iu khin da trờn s tớnh toỏn ca b PID. 1.4.2. Cụng sut b iu khin gim. Nu nh cụng sut b iu khin t nhiờn gim, thỡ nú s t ng ghi li trng thỏi hot ng n nh (ghi li nhng tham s v ch iu khin). iu ny s giỳp b iu khin a ra ỏp ng u ra nhanh v chớnh xỏc hn nu sau ú cú s tng cụng sut ca b iu khin. 1.4.3. Khi ng h thng. Sau khi h thng c khi ng, b PID vi cỏc thụng s c t s tin hnh iu khin h thng nhm a ra ỏp ng tt nht. S iu khin ny bao gm: S iu khin ca h s t l, hng s thi gian tớch phõn, hng s thi gian vi phõn (b iu khin cú th c tớnh toỏn chnh nh mt ln nhng nht thit phi chnh nh li nu nh h thng cú s thay i quan trng cú mt vi cỏch chnh nh cỏc tham s trong b PID nh sau: a. S dng b iu khiu ch t chnh nh tham s (Auto - Tune) b. S dng k thut chnh nh bng tay (xỏc nh c tớnh i tng sau ú tớnh toỏn thụng s). 10 [...]... OP : % công suất ra - INP : đầu vào của quá trình khác - DEV : độ chênh lệch nhiệt độ - Sp : giá trị điểm đặt - DE – 2 : độ chênh lệch của vòng thứ 2 (chỉ điều khiển tầng) - SP-2 : điểm đặt nhiệt độ của vòng thứ 2 (chỉ điều khiển tầng) Điều này cho phép TCU có thể giao tiếp trực tiếp với một số thiết bị khác như máy ghi biểu đồ, thiết bị đo, bộ điều khiển công suất… 25 hoặc bộ điều khiển tuyến tính §å... báo 2 d-HI : Hoạt động cảnh báo 3 d-LO: Hoạt động cảnh báo 4 b-IN: Hoạt động cảnh báo 5 b-ot : Hoạt động cảnh báo 6 A2-HI: Hoạt động cảnh báo1 Cho đầu vào A2-LO:Hoạt động cảnh báo2 Anlog thứ hai d-HI : Hoạt động cảnh báo 3 (Dùng cho điều d-LO: Hoạt động cảnh báo 4 khiển tầng) b-IN: Hoạt động cảnh báo 5 rSt1 Reset cảnh báo AL-1 Giá trị cảnh báo1 AL-2 Giá trị cảnh báo2 AHYS Độ trễ của sự cảnh báo b-ot :... có trong chế độ điều rEd - Chỉ đọc khiển tầng Ent - Truy nhập (LOC) LOC - Khoá lại ENBL- (LOC) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (Ent) LOC - Khoá lại Các tham số này trong chế ENBL- Cho phép độ ẩn (LOC) LOC - Khoá lại ENBL- Cho phép lựa chọn (LOC) LOC - Khoá lại ENBL- Có thể lựa chọn (LOC) Lựa chọn chế độ tự chỉnh định tham số 1.6. 4- Module cảnh báo (4-AL) Sự hoạt động của hệ thống không... nhiều cấp độ với những tham số khác nhau Điều này tuỳ thuộc vào tính chất của hệ thống và yêu cầu về chất lượng… • Hoạt động cảnh báo (Act1, Act2) Sự cảnh báo có thể được lựa chọn một trong những chế độ sau: 1- Cảnh báo theo nhiệt độ cao (A-Hi) 2- Cảnh báo theo nhiệt độ thấp (A-LO) 3- Cảnh báo theo chênh lệch cao (d-HI) 4- Cảnh báo theo sự chênh lệch thấp (d-LO) 5- Cảnh báo theo dải trong (b-in) 6- Cảnh... 100% cả OP1 và OP2 OFF; -1 00% thì OP2 ON và OP1 OFF • Độ trễ của chế độ điều khiển ON/OFF (CHYS) Bộ điều khiển có thể làm việc ở chế độ điều chỉnh ON/OFF bằng cách đặt hệ số tỷ lệ (trong bộ điều khiển PID) ở 0 o Độ trễ điều khiển chỉ có thể điều chỉnh được đầu ra điều khiển chính (OP1) Giá trị CHYS từ 1o đến 250o Có thể đặt độ trễ nhỏ nhất nhằm loại trừ đến mức tối đa sự dao động quanh giá trị điểm... 4 chế độ với những tham số và sự can thiệp vào hệ thống khác 11 §å ¸n tèt nghiÖp X©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é nhau Chế độ hiển thị bình thường, chế độ không bảo vệ tham số, chế độ bảo vệ tham số, chế độ ẩm Ấn và giữ 3s CHẾ ĐỘ ẨM: - Lựa chọn điểm đặt cục bộ/ xa - Chuyển chế độ: tự động/bằng tay - Gọi/huỷ chế độ Auto - time - Reset đầu ra cảnh báo CHẾ ĐỘ KHÔNG BẢO VỆ THAM SỐ P A R P A R - Điểm... cục bộ TrnF Lựa chọn chế độ tự động hoặc bằng tay TuNE Ent - Truy nhập (Ent) LOC - Khoá Khi tham số này được rEd - Chỉ đọc chọn hiển thị nó sẽ ở thiết Ent - Truy nhập bị thiết bị chỉ thị %PW (Ent) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc (red) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc (red) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc (red) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc 0 đến 250 LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (LOC) LOC - Khoá... nhằm xác định vùng hoạt động an toàn cho hệ thống Giá trị của điểm đặt có thể được đặt bên ngoài TCU (như một thiết bị khác nối với nó) nhưng không thể nằm ngoài vùng giới hạn này được SPLO - từ -9 99 đến 9999 SPHI - từ -9 99 đến 9999 • SPrP Nhằm tránh được sự thay đổi đột ngột nhiệt độ cho bộ xử lý và giảm được độ quá điều chỉnh khi khởi động TCU đưa ra tham số SPrP (đơn vị độ / phút) SP(điểmđặt ) SP... đo nhiệt độ Độ phân giải nhiệt độ Bộ lọc số tín hiều vào dCPt FLtr SPAN và SHFt Hằng số hiệu chỉnh tín hiệu vào SPLO Giới hạn thấp của điểm đặt Giới hạn trên của điểm đặt SPHI SPrP inPt Đầu vào sử dụng HCur Dòng đốt nóng Phạm vi hoạt động và các thành phần tc-t: Kiểu cặp nhiệt điện TC tc-E: Kiểu cặp nhiệt điện E tc-J: Kiểu cặp nhiệt điện J tc-K: Kiểu cặp nhiệt điện K tc-r: Kiểu cặp nhiệt điện R tc-S:... chuyển sang chế độ tự chỉnh định tham số cần phải đặt giá trị cho tham số này Đôi với sự điều khiển tầng, trong vòng thứ cấp giá trị này vào khoảng 1.5% thang đo nhiệt độ • Lựa chọn đặc tính đầu ra trong chế độ tự chỉnh định tham số Chế độ tự chỉnh này sẽ xác định các thông số của bộ điều khiển PID giúp người thiết kế hệ thống, khi mà hoạt động nhận dạng đối tượng khó tiến hành hay với sự điều khiển mà chất . Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ CHNG 1 TNG QUAN V B IU KHIN TCU 1.1. Gii thiu chung v TCU. B iu khin TCU (Ting Anh: The Temparature. Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ YES Truy nhp vo cỏc module cha tham s c bn CNFP YES 1 - IN Module cha tham s vo 2 - OP Module cha tham s ra 3 -