Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC Chương 1 .1 GIỚI THIỆU VỀ NƠI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP 1 I.Giới thiệu về nơi thực tập tốt nghiệp 1 Chương 2 4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 4 2.1.Giới thiệu tổng quan 4 2.2 Giới thiệu hệ thống 4 2.3 Các phần tử trong hệ thống 5 2.4 Các thiết bị chấp hành 6 2.4.1 Cảm biến áp suất VEGABAR14 6 2.4.2Van điện từ (Van tỷ lệ) BURKERT2384 8 2.4.3 Van điện từ BURKERT 0211 11 2.4.4 Máy bơm nước 12 2.5 Thiết bị điều khiển 12 2.5.1 PLC S7300 12 2.6 Nguyên lý điều khiển 13 2.7 Sơ đồ bố trí thiết bị trên mô hình 14 2.8 Sơ đồ mạch điện 15 CHƯƠNG 3 18 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC……………. 18 3.1 Mô hình chung của hệ thống 18 3.2.1 Xây dựng hàm truyền van điện từ 19 3.2.2 Xây dựng hàm truyền của bể 23 3.3 Thiết Kế BộĐiều Khiển(PID ) 26 3.4 Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển 30 3.5 Nhận xét 31 Chương 4 32 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 32 4.1 Thiết kế chương trình điều khiển 32 4.1.1 Thuật toán 32 4.1.2 Chương Trình Điều Khiển Hệ Thống 34 4.2 Kết quả thực tế của hệ thống 42 4.3 Nhận xét 48 Chương 5 49 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỜ 49 ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 49 5.1 Giới thiệu 49 5.2 Mô hình hệ thống 50 5.3 Thiết kế bộ điều khiển mờ 50 5.3.1 Xác định các ngõ vào ra 51 5.3.2Luật hợp thành 54 5.4 Nhận xét 57 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59
LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhi ều giúp đ ỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cô bạn bè Em xin g ửi l ời c ảm ơn chân thành đến T.S Đặng Văn Chí, Bộ mơn Tự Động Hóa Xí Nghiệp Mỏ Dầu Khí - trường Đại học Mỏ Địa Chất người tận tình hướng dẫn, ch ỉ b ảo em suốt trình thực tập làm đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo trường nói chung, thầy Bộ mơn Tự Động Hóa Xí Nghiệp Mỏ Dầu Khí nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều ki ện giúp đỡ em su ốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Phòng Kĩ thu ật ều ển h ệ th ống nhúng thuộc Viện nghiên cứu công nghệ thông tin (là nơi em thực tập tốt nghiệp) tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ em suốt trình th ực tập tốt nghiệp Hà Nội, ngày 29 tháng năm 2017 Sinh Viên Đỗ Văn Đạt MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Chương GIỚI THIỆU VỀ NƠI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP I.Giới thiệu nơi thực tập tốt nghiệp Viện nghiên cứu công nghệ thông tin thực chức nghiên cứu khoa học tự nhiên phát tri ển công nghệ; cung cấp luận khoa h ọc cho công tác quản lý khoa học, cơng nghệ xây dựng sách, chiến l ược, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội; đào tạo nhân lực khoa h ọc, công ngh ệ có trình độ cao theo quy định pháp luật Nghiên cứu khoa học tự nhiên phát tri ển công nghệ lĩnh vực: Tốn học; vật lý; hóa học; sinh học; cơng ngh ệ sinh h ọc; công ngh ệ thông tin; điện tử, tự động hóa; cơng nghệ vũ trụ; khoa học vật li ệu; đa d ạng sinh học chất có hoạt tính sinh học; khoa học trái đất; khoa h ọc công nghệ biển; môi trường lượng; dự báo, phòng, chống giảm nhẹ thiên tai.Đề xuất chủ trì thực chương trình khoa h ọc công ngh ệ tọng điểm cấp nhà nước theo phân công quan nhà n ước có th ẩm quy ền.Đào tạo nhân lực khoa học, cơng nghệ có trình độ cao; tổ chức đào tạo sau đại h ọc v ề khoa học tự nhiên công nghệ theo quy định pháp luật.Báo cáo cung c ấp thông tin động đất, cảnh báo sóng thần với quan có thẩm quy ền theo quy định Tuyên truyền, phổ biến kiến thức, kết nghiên cứu khoa h ọc phát triển công nghệ đáp ứng yêu cầu phát triển thị trường khoa học, công nghệ Thẩm định, tư vấn dịch vụ kỹ thuật đề án, dự án lĩnh vực CNTT Chế tạo thử nghiệm sản phẩm CNTT tự động hóa dựa kết nghiên cứu KHCN Viện Biên soạn giáo trình, đào tạo cán nghiên cứu KHCN CNTT Tổ chức hợp tác quốc tế lĩnh vực CNTT Một số thành tựu bật Viện Công nghệ thông tin th ời gian g ần đây: Kỹ thuật vi xử lý ứng dụng Trong giai đoạn đầu thành lập Viện Công nghệ thông tin nơi đưa kỹ thuật vi xử lý vào Việt Nam, đóng góp to lớn việc ứng d ụng phổ c ập rộng rãi vi tin học khắp nước Các máy tính VT8x n ước Viện chế tạo thử nghiệm ứng dụng quản lý thành cơng xí nghiệp may Sinco, xí nghiệp điện tử Tân Bình, nhà máy chế tạo cơng cụ s ố Hà N ội Vi ện tri ển khai ứng dụng hiệu kỹ thuật vi xử lý Nhà máy xi măng Hoàng Th ạch, điều độ lưới điện miền Bắc, giám sát nhiệt độ độ ẩm Lăng Bác, số lĩnh vực an ninh –quốc phòng Đặc biệt chuỗi sản phẩm máy l ập giải mã tự động LGM-1 tập thể cán Viện thiết kế chế tạo Gi ải thưởng Nhà nước KHCN năm 2007 Kết nối Internet Việt Nam Năm 1991 Viện tiến hành kết nối thử nghiệm Internet với Trường đại h ọc Karlshure Đức đến năm 1992, nhóm cán Viện Phịng Kỹ thu ật tính tốn nghiên cứu tạo account thử nghiệm chuyển email nửa th ủ công quay số điện thoại kết nối Viện CNTT (Hà Nội) Trung tâm tính tốn (CCU) Đại học Quốc gia Úc nơi có điểm truy cập vào Internet Vi ện xây dựng hệ thống máy chủ email theo tiêu chuẩn Internet đ ể có th ể k ết n ối nh ững người sử dụng qua tiến hành thử nghiệm kết nối Internet Việt nam Cơ cấu tổ chức viện Các phòng chuyên môn Nghiên cứu hệ thống quản lý - Các hệ chun gia tính tốn mềm - Thống kê - tính tốn ứng dụng - Cơng nghệ tự động hoá - Tin học điều khiển học - Các hệ quản trị liệu - Tin học quản lý - Công nghệ phần mềm quản lý sở liệu lập trình - Các hệ thống phần mềm tích hợp - Hệ thơng tin địa lý - Nhận dạng Công nghệ tri thức - Hệ thống mạng Hạ tầng sở CNTT - Tin học viễn thông - Công nghệ thực ảo Các đơn vị quản lý nghiệp vụ - Phòng Quản lý tổng hợp Các trung tâm - Trung tâm Sáng tạo Microsoft (MIC) - Trung tâm Công nghệ Giải pháp phần mềm Hệ thống điều khiên mức nước thuộc phòng 315 ( kĩ thuật điều ển h ệ thống nhúng ), phòng chuyên làm dự án liên quan đến hệ th ống ều ển tự động hóa bãi đỗ xe thơng minh, xe robot thông minh (mobile robot), dự án ứng dụng PLC cơng nghiệp Dấu ấn tiên phong phịngkĩ thuật điều ển hệ th ống nhúng đ ưa máy tính cơng nghiệp vào tự động hố sản xuất đánh dấu thành công xây dựng hệ thống đo xa truyền liệu tham s ố Tu ốc bin - Máy phát nhà máy thủy điện Hịa Bình chế tạo thành cơng hệ điều ển số tháp chưng c ất tinh dầu xuất Xí nghiệp tinh dầu thuộc Trung tâm KHTN&CNQG vào năm 1992-1993 Tiếp theo, công nghệ nhúng phát tri ển m ạnh Viện Nhiều thiết bị nhúng Phịng Cơng nghệ Tự động hóa thi ết kế chế tạo cho ứng dụng công nghiệp đời sống Nổi bật h ệ đo m ực n ước từ xa qua mạng Ethernet, hệ thống kiểm soát xâm thực AC200 (Cúp vàng Techmart 2005 giải thưởng Quả cầu vàng 2005), thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm ểm sương THDP-1 từ xa (đạt giải thưởng Grand Prize thi quốc tế thi ết kế chip PSOC năm 2004), hệ đo thông số mơi trường khí MDA 104S n ền DSP PC104 Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 2.1.Giới thiệu tổng quan Hiện nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa ngày phát tri ển m ạnh mẽ, tiến khoa học kỹ thuật, có kỹ thuật ều ển tự đ ộng góp phần lớn tạo điều kiện để nâng cao hiệu trình s ản xuất Hiện nay, tự động hố qúa trình cơng nghệ thực phát tri ển ứng dụng mạnh mẽ công nghiệp cụ thể cơng nghiệp l ọc hóa d ầu, cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp xử lý nước, sản xuất giấy, s ản xuất xi măng lĩnh vực khác đời sống Nói chung đ ể nâng cao hi ệu qu ả s ản xuất , đảm bảo an tồn cho người , máy móc môi trường công nghi ệp chế biến , khai thác vấn đề điều khiển q trình cơng nghệ r ất quan tr ọng Trong điều khiển q trình, tốn đặt ều chỉnh q trình cơng ngh ệ có u cầu cao độ tin cậy tính sẵn sàng Các đại l ượng c ần ều ển lưu lượng, áp suất, nhiệt độ cần phải điều chỉnh để đáp ứng u cầu đặt Trong cơng ngiệp hóa lọc dầu, cơng nghiệp hóa chất, cơng nghi ệp xử lý n ước, sản suất điện vấn đề điều khiển mức nước cần đáp ứng v ới độ xác cao để phục vụ q trình sản xuất hiệu tốt hơn.Chính v ậy, v ấn đ ề đ ặt đề tài điều khiển lưu lượng dòng chảy để ổn định mức chất l ỏng v ới độ xác cao.Với yêu cầu ứng dụng thực tế vậy, đề tài nghiên cứu đối tượng hệ thống điều khiển mức nước 2.2 Giới thiệu hệ thống Hệ thống điều khiển mức nước hình thành với mơ hình điều khiển mức nước gồm có hai bồn nước: Máy bơm bơm nước từ bồn nước lên thơng qua van điện từ V( V2) ều ển đ ộ m van D ưới đáy bể có lắp cảm biến áp suất van xả (V3) Hệ thống có cảm biến mực nước điều khiển chuyên dụng, nhờ giảm tiết diện ống tăng vận tốc dòng chảy h ệ th ống đường ống có áp, khép kín, tồn quản lý cách xác hi ệu quả.Các h ệ thống theo dõi giám sát làm tăng khả cải thi ện hi ệu đ ộ tin cậy Bài toán đặt : sử dụng điều khiển S7 300 thuật toán ều ển PID điều khiển độ mở van V(V2) để bể giữ mức nước yêu cầu Hình Mơ hình điều khiển mức nước Với phát triển kỹ thuật có nhiều cách đ ể ều ển m ức nước, em sử dụng điều khiển PID để điều khiển 2.3 Các phần tử hệ thống Cảm biến áp suất VEGABAR14 Van điện từ (Van tỷ lệ) BURKERT2384 ( V2 ) Máy bơm nước PLC S7300 Modun nguồn: PS307 – 5A24VDC Module xử lý trung tâm CPU 315 –2DP Module SM 323 DI8/DO8 x DC24V Module Analog: SM331AI2x12bit Module Analog SM 332 AO2x12bit Bể nước Kích thước : Dài 30 cm Rộng 23 cm Cao 17 cm Bể nước Kích thước : Dài 16,5 cm Rộng 16,5 cm Cao 23 cm Van xả đáy bể nước ( V3 ) 2.4 Các thiết bị chấp hành 2.4.1 Cảm biến áp suất VEGABAR14 Đây thiết bị chuyển đổi lực từ đo lường cảm bi ến lực, áp su ất ệt đối chân khơng Các chất đo được: khí, h nước ch ất l ỏng Ở đây, lệch áp suất chuyển đổi thành tín hiệu đo lường Nguyên lý hoạt động: Phần tử cảm biến tế bào đo “CERTEC” với màng ngăn g ốm giao (c nhau) Áp lực trình gây thay đổi điện dung tế bào đo màng gốm Sự thay đổi chuyển đổi thành tín hiệu đầu thích h ợp xuất giá trị đo 10 Khi Hđặt = Hthực tế Van đóng Hình 21 Hệ thống giám sát mức đặt 16 cm Khi Hđặt < Hthực tế Hình 22 Hệ thống giám sát Hđặt < Hthực tế 50 Hình 23 Dừng hệ thống 4.3 Nhận xét Với điều khiển PID hệ thống làm việc tương đối ổn định đáp ứng yêu cầu điều khiển Nhìn vào kết mơ Matlab kết chạy thực nghiệm em thấy độ vọt lố hệ thống mô Matlab cao thời gian độ nhanh so với thực tế Trong trình xây dựng hàm truyền hệ thống em lý tưởng hóa hệ thống (bỏ qua độ trễ van, coi hàm truyền van tuyển tính số yếu tố khác ) nên có sai lệch kết mơ Matlab chạy thực tế Cùng với hệ thống điều khiển giám sát Win CC giúp cho việc điều khiển giám sát cách hiệu 51 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 5.1 Giới thiệu Điều khiển mờ chiếm vị trí quan trọng kỹ thuật điều khiển đại Ngay từ buổi đầu, điều khiển mờ đem lại ngạc nhiên đáng kể hồn tồn trái với tên gọi nó, kỹ thuật điều khiển đồng nghĩa với độ xác khả thực Tuy ngành kỹ thuật điều khiển non trẻ ứng dụng công nghiệp điều khiển mờ thật rộng rãi như: điều khiển nhiệt độ, điều khiển giao thông vận tải, điều khiển lĩnh vực hàng hoá dân dụng… Trong thực tế, nhiều giải pháp tổng hợp điều khiển kinh điển thường bị bế tắc gặp toán có độ phức tạp hệ thống cao, độ phi tuyến lớn, thường xuyên thay đổi trạng thái cấu trúc đối tượng…, giả tổng hợp phạm vi lý thuyết thực gặp khơng khó khăn giá thành độ tin cậy sản phẩm Những khó khăn khơng cịn vấn đề nan giải điều khiển thiết kế dựa sở logic mờ đơn giản việc thực giải pháp Khác hẳn với kỹ thuật điều khiển kinh điển hoàn toàn dựa vào xác tuyệt đối thơng tin, mơ hình tốn học Điều khiển mờ cần xử lý thơng tin khơng xác hay khơng đầy đủ, hay đối tượng mô tả mơ hình tốn học mơ tả song mơ hình lại q phức tạp, cồng kềnh, khơng ứng dụng Chính khả làm cho điều khiển mờ chiếm ưu thế, giải thành cơng 52 tốn điều khiển phức tạp Ngay toán điều khiển thành công theo nguyên tắc kinh điển việc áp dụng điều khiển mờ mang lại cho hệ thống cải tiến tính đơn giản, gọn nhẹ 5.2 Mơ hình hệ thống Hình Mơ hình hóa hệ thống Ta thấy: Đối tượng điều khiển tốn van ện từ S ự thay đ ổi l ưu lượng nước bình khơng phụ thuộc vào van tay(van nắp bình chứa) Ta coi nhiễu Và biến cần điều khiển độ mở van 5.3 Thiết kế điều khiển mờ Bộ điều khiển mờ có đầu vào sai lệch chiều cao mức nước e = Hđặt – Htt đạo hàm sai lệch Đầu độ mở van Từ biến đầu vào/ra chuyên gia xây dựng luật điều khiển Theo quy tắc luật điều khiển để điểu khiển độ mở van 53 Hình Bộ điều khiển mờ 5.3.1 Xác định ngõ vào/ + Có ngõ vào : sai lệch e , đạo hàm sai lệch de + Ngõ : điểu khiển thay đổi dòng điện mở van Xác định biến ngôn ngữ: Sai lệch e = {âm lớn, âm nhỏ, không, dương nhỏ, dương lớn} Sai số e khoảng (-20 20) Âm nhiều gaussmf (4,-20) Âm vừa gaussmf (4, -10) Bằng không gaussmf (4, 0) Dương vừa gaussmf Dương nhiều gaussmf 54 (4, 10 ) (4, 20) Hình Biến sai số đầu vào Đạo hàm sai lệch De = {Âm nhiều , âm vừa, không đổi, dương vừa, dương nhiều} Âm nhiều gaussmf (4,-20) Âm vừa gaussmf (4, -10) Bằng không gaussmf (4, 0) Dương vừa gaussmf Dương nhiều gaussmf 55 (4, 10 ) (4, 20) Hình Biến đạo hàm sai lệch đầu vào Biến đầu Điểu khiển van : DK ={ Đóng nhanh , đóng chậm, khơng đổi , mở nhanh , mở chậm} Đóng gaussmf (20, 0) Mở nhỏ gaussmf (20, 25 ) Mở vừa gaussmf (20, 50) Mở lớn gaussmf (20, 75) Mở lớn gaussmf (20, 100) 56 Hình 5 Biến điều khiển van đầu 5.3.2 Luật hợp thành Ta có luật hợp thành sau : Hình Luật điều khiển mờ 57 Hình Surface viewer Hình Kết qua suy luận mờ 58 Hình Mơ fuzzy Hình 10 Kết mô 5.4 Nhận xét Với kết mô Matlab ta thấy hệ thống nhanh chóng đạt trạng thái ổn định Qua cho thấy điều dùng điều khiền mờ đơn giản đáp ứng yêu cầu hệ thống Nhưng hạn chế phần mềm cài đặt FCPA (Fuzzy Control Parmaeter Assignment) không tương thích với máy tính em chưa thể chạy thực hệ 59 thống điều khiền Mờ Tuy nhiên với điều khiển PID hệ thống đáp ứng yêu câu đặt 60 KẾT LUẬN Trong khoảng thời gian thực tập bổ sung cho em kiến thức thực tế thu thập học thực tiễn hệ thống tự động hóa cơng ty Từ đó, em rút số kết luận sau: Việc ứng dụng khoa học cơng nghệ vào sản xuất điều quan trọng khơng mang lại hiệu kinh tế mà cịn góp phần đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, nâng cao đời sống nhân dân Tự động hóa dây truyển mang lại hiệu kinh tế tối ưu ngày sử dụng phổ biến Do thời gian nhiều yếu tố khác thời gian thực tập, em không tránh khỏi thiếu sót Kính mong giúp đỡ, góp ý thầy giáo, cán kỹ thuật viên chuyên ngành tự động hóa Em tin với xu phát triển định ngành cơng nghiệp tự động hóa phải áp dụng nhiều ngành cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp mỏ nói riêng 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.vast.ac.vn/ [2] Mơ hình điều khiển mức nước tài liệu kĩ thuật Viện Khoa Học Công Nghệ [3] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà, 2007, Tự động hóa với SIMATIC S7 – 300 [4]Nguyễn Dỗn Phước, 2007, Lý thuyết điều khiển tuyến tính 62 ... NƠI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP I.Giới thiệu nơi thực tập tốt nghiệp Viện nghiên cứu công nghệ thông tin thực chức nghiên cứu khoa học tự nhiên phát tri ển công nghệ; cung cấp luận khoa h ọc cho công. .. phẩm CNTT tự động hóa dựa kết nghiên cứu KHCN Viện Biên soạn giáo trình, đào tạo cán nghiên cứu KHCN CNTT Tổ chức hợp tác quốc tế lĩnh vực CNTT Một số thành tựu bật Viện Công nghệ thông tin th ời... Bình chế tạo thành công hệ điều ển số tháp chưng c ất tinh dầu xuất Xí nghiệp tinh dầu thuộc Trung tâm KHTN&CNQG vào năm 1992-1993 Tiếp theo, công nghệ nhúng phát tri ển m ạnh Viện Nhiều thiết