Hệ thống điều khiển quá trình dùng cho các trường đại học kỹ thuật phan chí chính pdf

Nội dung học phần đi sâu vào các chủ điểm: làm chủ các thông sô điều khiển cụ thể trong thiết bị điểu khiển nối mạng trong các quá trình công nghệ; các thành phần cơ điện tử của hệ thống

DÙNG CHO CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẨT

TS PH AN CHÍ CHÍNH

HẸ THONG ĐIỂU KHIỂN QUÁ TRÌNH

(Dùng cho các trường đại học kỹ thuật)

(Ệế\

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

MỞ ĐÀU

(Thay cho lời nói đầu và bài mở đầu)

Cuốn “Hệ thông điều khiển quá trình'" này chủ yêu sử dụng cho

giảng dạy học phần về kết nối và vận hành hệ thống điều khiến tự động các quá trình thường gặp ở các dây chuyền công nghệ hiện dại Nội dung học phần đi sâu vào các chủ điểm: làm chủ các thông sô điều khiển cụ thể trong thiết bị điểu khiển nối mạng trong các quá trình công nghệ; các thành phần cơ điện tử của hệ thống điều khiển công nghiệp; vận hành và bảo trì hệ thống điều khiển quá trình bằng mô hình mô phỏng hoàn toàn giống như hệ thống công nghiệp bằng chính bộ điều khiển số dùng trong còng nghiệp.

Nghiên cứu về điều khiển tự động các quá trình thường gặp trong công nghiệp, bao gồm:

- Điều khiển mức chất lỏng;

- Điều khiển lưu lượng dòng chảy lỏng;

- Điều khiển nhiệt độ của quá trình;

- Điều khiển áp suất của quá trình.

Đối tượng điều khiển ở đây là các quá trình trong các dây chuyền công nghệ có liên quan đến dòng chảy của chất lỏng: các quá trình sản xuất các sản phẩm ngành hoá, hoá dầu; các dạng chế biến thực phẩm, đồ uống và

nhiều loại hàng tiêu dùng Đây là học phần ứng dụng “lỷ thuyết điều khiển

tự đ ộ n g ” vào đối tượng điều khiển là các quá trình.

Tài liệu này cũng có ích cho người làm công tác kỹ thuật trong các dây truyền công nghệ có điều khiển tự động các quá trình Tự động điều khiển đang là xu thế tất yếu cho các dây truyền công nghệ cho nên các kiến

thức liên quan và cập nhật cũng là một đòi hỏi đổi với cán bộ kỹ thuật và/hoặc tổ chức sản xuất trong dây truyền công nghệ hiện đại.

Học phần đi sâu vào việc làm chủ các phương pháp điều khiển cụ thê trong các thiết bị điều khiển được nối mạng và kiểm soát trung tâm băng máy tính với các kiểu giao diện thân thiện với người sử dụng trong các quá trình công nghệ hiện đại Học lý thuyết gắn liền với thực nghiệm, vận hành

và bảo trì các thành phần cơ điện tử trên thiết bị mô phỏng các quá trình thực như trong các dây truyền công nghệ của công nghiệp Trên thế giới, có nhiêu hãng có sản phẩm truyền thống về tự động hóa có các thiết bị thực nghiệm

hệ thống điều khiển quá trình dành cho đào tạo và nghiên cứu Thiết bị được

sừ dụng nhiều và khá điển hình ở Việt Nam hiện nay là của hai hãng Festo

và Siemens (CHLB Đức); ngoài ra cũng có sản phẩm của các hãng khác là Edibon (Tây Ban Nha), Lap Vol (Mỹ).

Phần cơ sở lý thuyết chỉ cô đọng với mục đích ứng dụng cho thực nghiệm và trực tiếp phục vụ cho các các quá trình cụ thể đề cập trong thiêt bị

thực nghiệm Những khái niệm chung về “lý thuyết điều khiển tự đ ộ n g ”

được sử dụng ngay vào các dạng điều khiển và các ví dụ về các thiết bị điêu khiển để minh hoạ Tuy vậy vì môn học gồm các kiến thức giao của nhiêu chuyên ngành đặc trưng cho ngành cơ điện tử đang phát triển nên mức độ trừu tượng khá đậm nét.

Phần thực nghiệm đề cập ở đây phần cơ bản và từng bước hướng dân triển khai trên thiết bị mô phỏng các quá trình thực của hãng Festo (hình 0.1) gọi tắt là mô hình HTĐKQT Nó được kết cẩu thành các trạm, bao gồm:

- Trạm điều khiển mức chất lỏng;

- Trạm điều khiển lưu lượng dòng chất lỏng;

- Trạm điều khiển áp suất;

- Trạm điều khiển nhiệt độ;

- Trạm Bypass.

Đặc biệt trạm Bypass là phần kết nối dùng để liên kết dòng chảy của các trạm thành mạng và điều khiển trung tâm bằng hệ thống van điều khiển

điện từ và các van tuyến tính bố trí trong các ổng dẫn liên thông các trạm riêng lẻ vào hệ thống Các bài thực nghiệm được thực hiện từ các phần kết nối cơ khí (gồm cả việc xây dựng các sơ đồ liên kết của từng trạm và hệ thống) đến đặt thông số cẩu hình cho từng trạm và cho hệ thống Việc thực nghiệm vận hành được thực hiện từng bước từ điều khiển bằng tay các trạm đơn lẻ đến vận hành cả hệ thống trên máy tính trung tâm bàng phần mềm điều khiển.

Các phần mở rộng đề cập đến ứng dụng cho các thiết bị công nghệ thực Phần nội dung liên quan tự động điều khiển thiết bị chưng cất được chủ nhiệm đề tài - Tiển sĩ Lê Phan Hoàng Chiêu đồng ý cho sử dụng kết quả nghiên cứu Chủng tôi xin chân thành cám ơn TS.Lê Phan Hoàng Chiêu - Phó Giám đốc Trung Tâm Neptech Sở Khoa học Công nghệ TP Hồ Chí Minh và tập thể nhóm triển khai đề tài trường ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã cung cấp và cho sử dụng các kết quả nghiên círu triển khai để kịp thời cập nhật cho ấn phẩm này.

Chúng tôi chân thành cám ơn PGS.TS Vũ Quý Đạc (Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên); Thạc sĩ Trần Trọng Toàn (ĐH công nghiệp TP.HỒ Chi Minh) đã có những đóng góp quý báu, những ý kiến xác đáng cho nội dung cuốn sách; xin cám ơn các anh chị Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật đã hết sức giúp đỡ, cho thẩm định và phản biện nội dung để cuốn sách sớm được xuất bản.

Chúng tôi cũng xin độc giả lượng thứ cho các thiếu sót có thể gặp phải

và xin được quý vị góp ý để ấn phẩm có điều kiện hoàn thiện hơn sau này.

Hình 0.1 Thiết bị mô phỏng HTĐKQT của FESTO (CHLB Đức)

Thông số điều khiển

Cơ cấu đo lường Điều khiên tự động Thiết bị điều khiển

Bộ điều khiển số công nghiệp

Cơ cấu điều khiển hay gọi là bộ điều chỉnh (controller)

Bộ điều chỉnh

Hệ thống điều khiển

Cơ cấu chấp hành Set point- giá trị đặt ban đầu đưa vào hệ điều khiển Process Control System- Hệ thống điều khiển quá trình Phần tử so sánh

Điều khiển tỷ lệ (P) - tích phân (I) - đạo hàm (D) Direct Digital Control- điều khiển bằng tín hiệu số (trực tiếp)

Process Value - giá trị của đại lượng được điều khiển (giá trị thực đo được)

Programmable Logical Controller - Bộ điều khiển (logic) khả lập trình

Chương 1

KHÁI NIỆM VÀ C ơ SỞ LÝ THUYẾT

Lị» CÁC KHÁI NIỆM C ơ BẢN TRONG ĐIỀU KHIỂN T ự ĐỘNG 1.1.1 Các khái niệm chung

khiển (ĐTĐK), (các chữ viết tắt xin xem phần “Các thuật ngữ viết tắt” tiếp ngay phần “Mở đầu”).

- ĐTĐK là đối tượng được tác động có mục đích, ở đây là các quá trình đã được giới thiệu.

- Điều khiển tự động (ĐKTĐ) là quá trình điều khiển được thực hiện không cần sự tác động trực tiếp của con người lên ĐTĐK Sự tác động lên ĐTĐK trong ĐKTĐ được thực hiện nhờ thiết bị điều khiển (TBĐK).

- Thiểt bị điều khiển (TBĐK) là một phần của hệ thống điều khiển, trong

đó tín hiệu vào là tín hiệu chủ đạo (tín hiệu của giá trị yêu cầu), còn có thể thêm các đại lượng được điều khiển từ đối tượng điều khiển phản hồi; tín hiệu ra ỉà đại lượng tác động, tác động lên ĐTĐK (ở đây là quá trình).

- Hệ thống điều khiển (HTĐK) là hệ thống thực hiện quá trình tác động của

Hình 1.1 Hệ thống điều khiển

ĐKTĐ được hình thành dần dần và đến ngày nay có nhiều dạng ĐKTĐ mà thông thường nhất có thể phân thành hai loại:

ĐKTĐ theo mạch hở (feedforward control - sơ đồ hình 1.2)

nguyên tắc điều khiển theo độ lệch).

1.1.2 ĐKTĐ theo mạch hở và ĐKTĐ theo vòng lặp kín

ĐKTĐ theo mạch hở, biểu diễn bằng sơ đồ sau:

z

Hĩnh 1.2 ĐKTĐ theo mạch hở

Trong sơ đồ hình 1.2 cần giải thích thêm :

CCĐK: Cơ cấu điều khiển hay gọi là bộ điều chỉnh (controller);

Điều khiến theo vòng lặp kín, có sơ đồ như sau:

Hĩnh 1.3 Sơ đồ điều khiển theo vòng lặp kín

Trong sơ đồ hình 1.3 có thêm các ký hiệu cần được giải thích:

BĐC: bộ điều chỉnh;

ra tín hiệu vào cơ cấu chấp hành ( CCCH ) rồi từ đó tạo ra tác động Y vào ĐTĐK;

- Xd: giá trị hiệu của w và X (độ lệch) là tín hiệu ra từ phần tử so sánh (PTSS) đồng thời cũng là tín hiệu vào bộ điều chỉnh.

Các loại BĐC gồm các kiểu điều khiển P, I, D, PI, PD, PID

+ PD: Điều khiển “tỷ lệ - đạo hàm”

+ PID: Điều khiển “tỷ lệ - tích phân - đạo hàm”

ĐTĐK ở đây là các quá trình

Y còn được gọi là thông số điều khiển (TSĐK) ký hiệu là c o , TSĐK

do TBĐK tạo ra để tác động vào ĐTĐK

X là thông số thực của ĐTĐK, có thể đưa phản hồi ngay vào PTSS ở đầu vào, nhưng thông thường khi qua cơ cấu đo lường (CCĐL) được khuếch đại (tín hiệu sau đó được ký hiệu là X ’) rồi mới vào phần tử so sánh.

Thiết bị điều khiển (TBĐK) là một phần của hệ thống điều khiển, trong đó tín hiệu vào là đại lượng được điều khiển X từ đổi tượng điều khiển

chủ đạo ; tín hiệu ra là đại lượng tác động Y, tác động lên ĐTĐK (quá trình điều khiển ).

Có nhiều cách phân loại BĐC (còn gọi là cơ cấu điều chỉnh), bao gồm: phân loại theo dạng tín hiệu điều khiển, phân loại theo theo năng lượng sử dụng, phân loại theo đặc tính quá độ.

1.1.3 Phân loại bộ điều chỉnh

a Theo tín hiệu :

-Cơ cấu điều chỉnh tín hiệu liên tục (tương tự)

-Cơ cấu điều chỉnh tín hiệu gián đoạn, điển hình là cơ cấu điều chỉnh hai điểm và cơ cấu điều chỉnh 3 điểm

-Cơ cấu điều chỉnh tín hiệu rời rạc (tín hiệu số, DDC-Direct Digital Control)

b Theo năng lượng sử dụng:

-Cơ cấu điều chỉnh bằng khí nén (đại lượng ra tiêu chuẩn áp suất p từ

0 1 bar)

-Cơ cấu điều chỉnh bằng thuỷ lực

-Cơ cấu điều chỉnh bằng điện, điện tử (đại lượng điện ra tiêu chuẩn dòng điện I từ 0 2 0 mA và điện áp u từ 0 10 V)

c Theo đặc tính quá độ:

-Cơ cấu điều chỉnh tỷ lệ (nguyên hàm), được gọi là cơ cấu p

-Cơ cấu điều chỉnh tích phân (cơ cấu I)

-Tương tự có các loại cơ cấu đạo hàm (D), cơ cấu tỷ lệ-tích phân (PI), cơ cấu tỷ lệ- đạo hàm (PD), cơ cấu PID.

1.2 MINH HOẠ, GIẢI THÍCH CÁC ĐẠI LƯ Ợ NG c ơ BẢN VÀ CÁC VÍ DỤ ĐKTĐ

1.2.1 Đại lượng được điều khiển X (PV)

Giá trị thực của đại lượng được điều khiển (còn gọi là đại lượng ra) Trong hệ thống điều khiển quá trình, giá trị này được kí hiệu là PV (Process Value) Trong minh họa hình 1.4 là mức chất lỏng trong bể chứa (bể cao là

bể được điều khiển mức) tại mỗi thời điểm.

Giá trị này được cơ cấu đo ghi lại (qua cảm biến mức) đưa về bộ điều khiển số công nghiệp (trong mô hình ví dụ ) cùng với giá trị yêu cầu ban đầu, cùng qua bộ so sánh vào bộ phận xử lý của bộ điều chỉnh.

Là đại lượng do cơ cấu điều khiển tạo ra để tác động vào đối tượng điều khiển làm cho thay đổi đại lượng được điều khiển X (sao cho X dần dần xấp xỉ với giá trị yêu cầu W).

1.2.2 Đại lượng tác động Y

Hình 1.5 Đại lượng tác động Y trong điều khiển mức

Trong hệ thống điều khiển quá trình còn kí hiệu đại lượng tác đỴìg là

CO Ở hình 1.5, đại lượng tác động Y trong ví dụ trạm điều khiển mức là độ

mở của van điều khiển, nếu mức đo được (giá trị PV) lớn hơn giá trị yêu cầu thì độ mở của van giảm (thu nhỏ dòng cung cấp), ngược lại thì độ mở của van tăng.

1.2.3 Giá trị yêu cầu hay mục tiêu điều khiển w

Giá trị đưa vào ban đầu ( Set Point - SP ), đó chính là mục tiêu điều

X (PV).

Hĩnh ỉ 6 Giá trị yêu cầu SP ở trạm điểu khiển mức

tử so sánh để vào bộ phận xử lý tiếp trong TBĐK.

Ở ví dụ hình 1.6 giá trị yêu cầu SP ở trạm điều khiển mức là mức chât lỏng cần ổn định ở bể chửa (bể cao) được biểu diễn trên hình là vạch đậm ký hiệu SP.

1.2.4 Đại lượng nhiễu (z)

Đại lượng nhiễu trong quá trình điều khiển và điều chỉnh là các đại lượng tác động vào quá trình làm thay đổi hành vi của tác động (nhiễu ở cơ cẩu chấp hành) hoặc đại lượng ra (nhiễu ở ĐTĐK) của hệ mà HTĐK không làm thay đổi chúng.

Ở ví dụ hình 1.7 van xả từ đáy của bể cao (bể được điều khiển mức) thay đổi lượng chất lỏng xả về bể nguồn (bể thấp) để mô phỏng nhiễu ở trạm

điều khiển mức Trong dây chuyền công nghệ đó vừa là lượng chất lỏng tiêu thụ thay đổi trong dây truyền công nghệ, vừa bao gồm cả những thất thoát do bay hơi, rò rỉ Ở ví dụ trên mô hình thiết bị, thay đổi độ mở của van bằng tay để mô phỏng quá trình nhiễu.

'X*.

Hình 1.7 Van mô phỏng nhiễu ở trạm điều khiển mức

1.2.5 Độ chênh lệch (e) giữa giá trị yêu cầu và giá trị đo hồi tiếp

Trong hình 1.8 đối tượng điều khiển là nước của bể chứa ( bể cao )

thời điểm đo (mức nước đo được) được ký hiệu là e:

Hình 1.8 Đ ộ chênh lệch e

Trong mô hình HTĐKQT của FESTO, đại lượng này kí hiệu là Xdỉ

Đó chính là dữ liệu từ đầu ra của phần tử so sánh đi vào bộ phận xử lý tiêp của TBĐK.

1.2.6 Các ví dụ ĐKTĐ theo mạch hở và ĐK TĐ theo vòng lặp kín

Đe minh hoạ và so sánh hai dạng điều khiển theo mạch hở và kín ta khảo sát vỉ dụ hai trường hợp điều khiển thiết bị sưởi sử dụng nước nóng đế điều khiển nhiệt độ trong phòng theo yêu cầu.

+ Trường họp 1, điều khiển theo mạch hở (hình 1.9)

Trong hình 1.9 A:

3 Nam châm điện;

Lưu đồ khối hình 1.9 phần B:

TI biểu diễn bằng 2 mũi tên chỉ 2 yếu tố đầu vào của cảm biến nhiệt độ

A, đó là nhiệt độ bên ngoài và nhiệt độ yêu cầu (nhiệt độ mong muốn đạt được ở trong phòng)

Hình 1.9 ĐKTĐ đóng cắt thiết bị sưởi sử dụng hơi nước nóng

T2 là tín hiệu ra từ A tức là dòng điện tác dụng vào rơle B

T3 là lực hút do rơle tạo ra để đóng tiếp điểm thường mở công tắc điện làm

cung cấp cho thiết bị sưởi D.

T5 là nhiệt tác dụng toả ra cung cấp cho phòng E

T6 là nhiệt độ trong phòng.

Đầu tiên điều chỉnh công tắc nhiệt kế theo nhiệt độ yêu cầu, Khi nhiệt độ bên ngoài giảm xuống, rơle nhận tín hiệu từ công tắc nhiệt kế, tác động vào van đóng nam châm điện để van mở hơi nước nóng vào thiết bị sưởi, nhiệt

độ trong phòng tăng lên, dự liệu bù đắp được nhiệt lượng mất mát do thoát nhiệt ra môi trường bên ngoài Khi nhiệt độ bên ngoài tăng lớn hơn nhiệt độ yêu cầu, rơle mất tín hiệu, van hơi nước nóng đỏng lại Như vậy nhiệt độ trong phòng không được đo lại để phản hồi về cơ cẩu đóng mở van hơi nước nóng; mà nhiệt độ trong, phòng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng như độ mở của cửa sổ, các yếu tố truyền nhiệt ra ngoài như truyền nhiệt qua tường, gió v v Đặc điểm quan trọng trong dạng điều khiển này là đại lượng được điều khiển ( nhiệt độ trong phòng ) không được kiểm soát.

+ Trường hựp thứ 2, ĐKTĐ theo vòng lặp kín ( hình 1.10)

Quá trình thực hiện theo nguyên tắc phản hồi, tức là đại lượng được điều khiển (nhiệt độ trong phòng) được đo lường liên tục và dẫn trở lại so sánh với giá trị yêu cầu (mục tiêu điều khiển hay giá trị đặt) Kết quả so sánh này được đưa vào bộ điều chỉnh, từ đó TBĐK tạo ra tác động lên ĐTĐK để đảm bảo cho đại lượng được điều khiển có giá trị mong muốn (xấp xỉ gần nhất với giá trị đặt).

Khi nhiệt độ bên ngoài giảm xuống, lượng nhiệt thoát ra ngoài khe cửa sổ, truyền nhiệt qua tường, m ái nhiệt độ trong phòng giảm xuống Các yếu tố ảnh hưởng khác như số người trong phòng thay đổi, số lần mở cửa ra v à o cũng ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong phòng Tất cả các yếu tố ảnh hưởng gây nên sự chênh lệch nhiệt độ trong phòng so với nhiệt độ yêu cầu gọi là những đại lượng nhiễu Các đại lượng nhiễu này cũng không phải là

hằng số mà thay đổi Ớ đây việc điều chỉnh là nhiệt độ trong phòng được kiểm soát liên tục để tác động loại trừ các ảnh hưởng của các nhiễu.

Trong hình 1.10:

A Cảm biến nhiệt độ (1)

B Van điện (2)

(dùng van điều khiển lưu lượng)

T l Nhiệt độ yêu cầu

Hĩnh 1.10 Điều khiển nhiệt độ phòng bằng Đ KTĐ theo vòng kín

1.3 C ơ SỞ XÂY DựNG HÀM TRUYỀN BẰNG THựC NGHIỆM HTĐK VÒNG KÍN

1.3.1 Điều kiện và nền tảng kiến thức

Học phần này có điều kiện tiên quyết là người học đã được học môn

lý thuyết điều khiển tự động Trên nền tảng kế thừa các kiến thức, phục vụ cho thực nghiệm, ở đây đề cập cơ sở lý thuyết xây dựng hàm truyền của hệ thống điều khiển vòng kín.

Khảo sát một hệ ĐKTĐ sẽ thuận tiện hơn rất nhiều nếu không dùng đặc tính biên độ - pha với trục tần số thông thường, mà được chia theo thang logarithm.

Đặc tính biên độ-pha với trục tần số chia theo thang logarithm được xác định bằng biểu thức sau:

W{j ( 0) = H{ca)emũ,)

H{(X>) - đặc tính biên tần

6 (0 ) - đặc tính pha tần

Lay logarithm cơ số 10 (lg) của đẳng thức và ký hiệu:

Lm(íy) = 201g|lL(íy)| = L\W{jco)\.

Đặc tính biên tần logarithm LMD (Log magnitude diagram) là đường

cong Lm(ry) với trục tần số co được chia theo thang logarithm cơ số 10, thứ

nguyên là decibel (dB)

Đặc tính pha tần logarithm LPD (Log phase diagram) là đường cong

là độ.

Khảo sát LMD và LPD của một vài phần tử cơ bản.

1.3.2 Phần tử khuếch đại

Phần tử khuếch đại có hàm truyền dạng: W(s) = k , tức là LMD và

LPD không phụ thuộc vào tần số và được xác định theo công thức

Lm(<y) = 201gft = const và 6(co) = 0 trên toàn vùng tân sô.

Từ các biểu thức trên cho thấy rằng LMD của phần tử có thể biểu diễn gần

đúng bằng hai đoạn thẳng có tần sổ liên kết là colK - MT

1.3.4 Phán tu* dao dong

W (s) = —— —

-T2s2+2¿;Ts + \k,T,¿; - he so khuéch dai, thdi gian có dinh va he só dao dong cua he,

Khi k = 1 LMD va LPD dutrc xác dinh bdi biéu thúc:

6{co) = - a r c tg — —, ,

i - r V

khi T = cora/ diroc ve ó hinh duói.

Bode Diagram

Hinh 1.12 LMD va LPD cúa phán tú vúi nhüng giá tri khác nhau cua ¿¡

1.3.6 Phương pháp gần đúng tính và dựng đặc tính biên-pha tần logarithm của hệ 1 vòng kín

Biểu thức tổng quát hàm truyền của hệ 1 vòng kín được biểu diễn như sau:

Sau dó dung LMD á vüng tan so tháp, vúng náy ducmg LMD

nghiéng -20dB/dec, doan tháng di den diém tan so co = 1 có tung do

Chú y : LMD có do nghiéng khi tan so tién tói vó cúng la: -20(n-m) = -20

(5-2) = -60(dB/dec), a dáy m - bác máu so cüa hám truyén, con n - bac tír so.

LPD khi tan só tién den vó cúng la:

- j ( n - m ) = - j ( 5 - 2 ) =

150 Bode Diagram

-20dB/dec

Hinh 1,14 B ác tính LMD va LPD cúa hé

1.3.7 Bài toán ngược để xác định hàm truyền của một hệ

ĐKTĐ 1 vòng kín

Giả sử chúng có một hệ thống điều khiển tự động, nhưng không biết hàm truyền của hệ, chúng ta chỉ có thể đo được tín hiệu vào và tín hiệu ra, vậy băng những dữ liệu đo được, băng cách nào đê tìm được hàm truyền của hệ?

Để giải quyết vấn đề trên thì trước tiên phải tìm được đặc tính biên- pha tần gần đúng của hệ Cách làm như sau, ở đầu vào của hệ, cho tín hiệu

có dạng sin(íy/) và đo tín hiệu ở đầu ra, tính độ khuếch đại biên độ và độ lệch pha của hệ tại tần số trên Quá trình lặp lại với những giá trị khác nhau

truyền gần đúng của hệ.

Trên thực tế để đo được tín hiệu vào và tín hiệu ra của hệ ĐKTĐ thì cần những dụng cụ đo khá phức tạp Có thể minh họa cho phương pháp được nêu trên cách tìm hàm truyền của một hệ ĐKTĐ bằng mô phỏng trên Simulink (một phần của Matlab)

Cho hàm truyền của hệ ĐKTĐ có dạng:

Để xác định hàm truyền của hệ, ở đầu vào ta cho tín hiệu cỏ dạng hàm

sin với biên độ cố định và tần số thay đổi u = sin(iyf), co e [0.001;2000], đo

biên độ và độ lệch pha giữa tín hiệu ra so với tín hiệu vào.

Hình 1.16 Tin hiệu vào và ra cùa hệ khỉ tần sổ co = 0,02 ra d / s

Hình 1.17 Tin hiệu vào và ra của hệ khi tần số (ờ = 0,2 r a d / s

Kết quả thu được với những giá trị của tần số co được liệt kê trong bảng sau

Theo kết quả thu được có thể vẽ gần đúng đặc tính biên tần logarithm

và đặc tính pha tần logarithm của hệ như sau:

Từ kết quả thu được, hàm truyền của hệ có dạng:

2,3(0,0025 + 1)

~~ (33,33^ + 1)(0,012252 + 2 • 0,012 -^5 +1)

dựng LMD của hệ với những giá trị khác nhau của ậ và so sánh với kết quả

thu được từ thực nghiệm.

Hình 1.20 LMD tại tần sổ cộng hưởng với những giá trị khác nhau của Ç

Từ hình vẽ ta chọn ệ = 0,016.

Kết quả thu được cho phép tìm ra hàm truyền gần đúng của hệ:

Hình 1.21 Đường định tuyến của hệ gần đúng và hệ đúng

Kết quả thu được từ hình vẽ, thấy rằng giữa hai hệ có sai số, nhưng sai số nằm trong khả năng cho phép Vì vậy đối với hệ không quá phức tạp,

ta có thể dùng phưcmg pháp thực nghiệm như trên để tìm hàm truyền gần đúng của hệ điều khiển Khi đó dựa trên hàm truyền gần đúng có thể phân tích, khảo sát hoạt động và tổng hợp các mô hình ổn định của hệ bằng những phưcmg pháp khác nhau, hoặc có thể điều khiển trực tiếp bằng phưcmg pháp

“mô hình điều khiển dự đoán” (Model Predictive Control - MPC) dựa trên hàm truyền gần đúng đã thu được.

Chương 2

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

CỦA HTĐKQT

H T Đ K Q T tro n g c ô n g n ghiệp ở nhiều dâ y chuyển cô n g n g h ệ đều cỏ th ể q u i

về n g u yên lý cấu tạ o và h o ạ t đ ộ n g tư ơ n g tự n h ư ở m ô hình th iế t bị

H T Đ K Q T củ a h ã n g F E ST O , n h ư ở g iả o trình n ày trìn h bà y nguyên m ẫu.

2.1 TRẠM ĐIỀU KHIỂN MỨC s ử DỤNG BỘ ĐKSCN (F illin g level control using industrial controller)

Mô hình thiết bị (hình 2.1) được xây dựng bao gồm các phần tử và

bộ phận sau:

- 1 bom;

-1 bộ điều khiển motor;

-1 cảm biến siêu âm (có thể dùng cảm biến điện dung);

- 1 bộ điều chỉnh sổ công nghiệp;

Trong lưu đồ trạm điều khiển mức, 2 van điều khiển bằng tay.

- Van trên đường ống từ bom đẩy lên bể cao là van điều chỉnh lưu lượng cung cấp bằng tay.

- Van xả trên đường ống phía đáy của bể cao nối với phía trên của bê thấp.

- Bể cao là bể chứa được điều khiển mức, bể thấp là bể nguồn.

- Các đường ống dẫn nước ở mô hình thiết bị bao gồm các đoạn ổng nhựa và cút chuyển để dễ tháo lắp Trong thực tế sản xuất là các đường ống dẫn chất lỏng trong dây chuyền công nghệ.

Hình 2 ỉ Trạm điều khiến mức

- Cảm biến mức LI/30 là cảm biến siêu âm.

- LIC/30 là bộ điều chỉnh, ở đây dùng bộ điều khiển số công nghiệp.

- M là động cơ của bơm.

- Vab là van để xả thay nước khi đã bị ô nhiễm.

Quá trình điều khiển mức được tiến hành như sau:

Sau khi cài đặt các thông số cấu hình, đó là khai báo các giá trị giới

Quá trình điều khiển sẵn sàng để thực hiện.

Đưa vào giá trị yêu cầu (SP-Setpoint;W) tiếp đến cho bom hoạt động Mức nước trên bể cao được cảm biến LI/30 đo lường liên tục và đưa tín hiệu

đo (coi như giá trị thực X của đại lượng điều khiển) về bộ điều chỉnh LIC/30, giá trị đo (X) được so sánh với giá trị đặt (SP-W), độ chênh lệch Xd được bộ điều chỉnh tạo ra tín hiệu điều khiển motor, để bơm thay đổi (tăng hoặc giảm) tốc độ bom sao cho dẫn tới sự ổn định của nứơc (gần với giá trị đặt nhất).

2.2.TRẠM ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG (sử dụng BĐCSCN) (F low control u sing industrial controller)

Hình 2.3 Trạm điều khiển lưu lượng

Mô hình thiết bị trạm điều khiển luư lượng bao gồm các phần tử và

bộ phận sau: