kỹ thuật đo lường và tự động hóa

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TS LÊ NGỌC TRÂN Email: lengoctranbvu@gmail.com HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ * Nhiệm vụ sinh viên: - Dự lớp lý thuyết: - Thảo luận, tập: - Thi kết thúc tín thứ nhất: * Đánh giá: - Điểm chuyên cần: 20% - Điểm tiểu luận, thuyết trình: 20% - Điểm thi: 60% 22 tiết 15 tiết 01 tiết TÀI LIỆU HỌC TẬP Giáo trình Đo Lường Cảm Biến, Lê Chí Kiên, ĐH Sư Phạm Kỹ thuật TP HCM Giáo trình Kỹ Thuật Cảm Biến, Vũ Quang Hồi, NXB Giáo Dục Việt Nam Giáo trình Cơ Sở Về Đo Lường Quá Trình, Trường Đào Tạo Nhân Lực Dầu Khí Vũng Tàu Giáo trình Đo Lường Điều Khiển Dùng Máy Tính, Hồ Đắc Lộc, NXB Xây Dựng Giáo trình Mechatronics, Electronic in products and process, D.A.Bradley, D.Dawson, N.C.Burd and A.J.Loader NỘI DUNG MÔN HỌC PHẦN I: ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN Chương 1: Tổng quan đo lường, điều khiển giám sát tự động Chương 2: Các khái niệm, định nghĩa, nguyên lý cảm biến Chương 3: Cảm biến đo lường ứng dụng 3.1 Cảm biến nhiệt độ 3.2 Cảm biến áp suất 3.3 Cảm biến mức 3.4 Cảm biến lưu lượng 3.5 Cảm biến khoảng cách 3.6 Cảm biến quang 3.7 Cảm biến độ ẩm 3.8 Cảm biến thành phần khí PHẦN II: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Q TRÌNH Chương 4: Vòng điều khiển phần tử hệ thống tự động trình Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động trình HT điều khiển tiếp điểm Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động QT HT điều khiển lập trình Chương 7: Phân tích thiết kế số hệ thống điều khiển trình Nội dung Tổng quan đo lường, điều khiển giám sát tự động ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN Các khái niệm, định nghĩa, nguyên lý cảm biến Cảm biến đo lường ứng dụng Video dây chuyền sản xt mì gói tự động Tổng quan đo lường, điều khiển giám sát tự động Trong dây chuyền cơng nghiệp, có nhiều đại lượng vật lý quan trọng cần phải đo đạc như: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, mức, vị trí, dịch chuyển, độ ẩm, lực, khối lượng, Mục đích quan trọng cho việc đo lường đại lượng dùng để điều khiển quy trình Quy trình hiểu trình tự hoạt động thực để đạt kết cuối mong muốn Quy trình điều khiển người máy móc tự động, giảng khái niệm điều khiển quy trình đề cập điều khiển hồn tồn tự động máy móc Tổng quan đo lường, điều khiển giám sát tự động Ví dụ hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy công nghiệp Bước 1: Bộ phận cảm biến đo gia trị đại lượng vật lý liên quan đến đầu quy trình chuyển đến phận trung tâm gọi Bộ Điều Khiển Bước 2: Bộ ĐK so sánh giá trị chuyển với giá trị định trước mà quy trình phải đạt gửi tín hiệu điều đến phận thi hành gọi Cơ Cấu Chấp Hành Bước 3: Bộ phận thi hành thay đổi giá trị đại lượng vật lý quy trình cho phù hợp với mong muốn So sánh điều chỉnh tay điều chỉnh tự động ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY  Đáp ứng chậm  Phụ thuộc vào trạng thái tâm lý người thao tác  Sai số lớn do: sai số nhiệt kế khí, sai số mắt người đọc  Khi hệ thống phức tạp người vận hành khó vừa thao tác vừa thi hành điều khiển  Dễ tai nạn lao động ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG  Đáp ứng nhanh điều khiển hoàn toàn tự động  Đo biến nhiệt độ cảm biến: chuyển nhiệt độ -> tín hiệu điện -> BĐK (Cảm biến to = Nhiệt kế + mắt người)  Sai số cảm biến bé  Thao tác nhanh tự động xác  An tồn Sơ đồ hệ thống điều khiển q trình  Hệ thống điều khiển vòng hở Yêu cầu Thiết bị điều khiển Tác động Đối tượng điều khiển Nhiễu Kết  HT điều khiển hoạt động đạt độ xác cần thiết cách điều chỉnh trực tiếp hoạt động ngỏ HT Không có thơng tin phản hồi đến BĐK để xác định hiệu chỉnh tín hiệu  HT điều khiển dạng cho tín hiệu với sai số lớn  Hệ thống điều khiển vòng kín Thơng tin phản hồi Yêu cầu Thiết bị điều khiển Thiết bị đo lường Tác động Đối tượng điều khiển  HT điều khiển kín, loại bỏ nhiễu cách đo ảnh hưởng nhiễu tín hiệu ngõ HT (thơng tin phản hồi), từ tính tốn tác động hiệu chỉnh cần thiết nhằm làm tác dụng nhiễu Kết để trì tín hiệu hay sản phẩm ổn định mong muốn Tín hiệu sai lệch = Giá trị mong muốn – giá trị thực tế So sánh Nhiễu  HT điều khiển dạng cho tín hiệu có độ xác cao Ví dụ: Nhận dạng HT điều khiển với máy phay CNC  Người vận hành xác định trước tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, sau thực q trình gia cơng  Nếu khơng có nhiễu chất lượng kích thước bề mặt đạt yêu cầu dự kiến  Những yếu tố nhiễu độ mòn dụng cụ, độ cứng thay đổi bề mặt chi tiết gia công, làm kết gia công không đạt kết mong muốn Như hệ thống vòng hở khơng có khả bù trừ tác động nhiễu gây Ví dụ: Nhận dạng HT điều khiển với trình cắt Trình tự bước điều khiển quy trình cơng nghệ COMPARE CONTROLLER SENSOR ACTUATOR COLLECT CORRECT PROCESS Một quy trình cơng nghệ dù phức tạp hay đơn giản, sở điều khiển q trình giống bao gồm bước sau:  PT cảm biến thu thập thông tin biến cần theo dõi gửi đến BĐK  Bộ Điều Khiển so sánh thông tin nhận từ Bộ Cảm biến với điểm setpoint gửi tín hiệu đến PT Điều Khiển  PT chấp hành thực hiệu chỉnh cần thiết để điều chỉnh biến thao tác đạt đến điểm setpoint Ví dụ nhận dạng hệ thống điều khiển trình sau COMPARE CORRECT COLLECT Sơ đồ P&ID     Quá trình chuyển vật liệu vào bồn D Biến đo lường (biến theo dõi): áp suất bên bồn D Biến điều khiển: điều khiển áp suất khí nén đóng mở van C Kết mong muốn: Duy trì áp suất mong muốn bồn D theo giá trị setpoint Các loại tín hiệu HT điều khiển q trình Các tín hiệu dạng khác sau đây: Dạng nhị phân (Binary)- có giá trị ON OFF Dạng tương tự (Analog)- cho dải giá trị không bị gián đoạn Dạng số (Digital)-chuỗi xung Analog Binary Trong hệ thống điều khiển tự động q trình, tín hiệu phải chuyển đổi cho phù hợp Các loại tín hiệu HT điều khiển trình Trong hệ thống điều khiển tự động trình, tín hiệu phải chuyển đổi cho phù hợp  Khi Bộ Điều Khiển vòng điều khiển máy tính liệu vào máy tính phải dạng số Tín hiệu điều khiển từ máy tính dạng số  Kết đọc từ cảm biến thường dạng tương tự  Thiết bị điều khiển cuối đòi hỏi dạng tín hiệu vào liên tục khí nén  Các Transducer chuyển đổi tín hiệu từ dạng sang dạng khác để PT vòng điều khiển truyền thơng tin với Các loại tín hiệu HT điều khiển trình P/I Transducer: Chuyển đổi tín hiệu khí nén (P) thành dòng điện tương tự (I) A/D Converter: Chuyển đổi dòng điện tương tự (I) thành tín hiệu số (D) D/A Converter: Chuyển đổi tín hiệu số (D) thành dòng điện tương tự (I) I/P Transducer: Chuyển đổi dòng điện tương tự (I) thành tín hiệu khí nén (P) Các loại tín hiệu HT điều khiển trình Quy ước ký hiệu biểu thị dạng tín hiệu sơ đồ P&ID HT điều khiển trình Các phần tử hệ thống điều khiển trình COMPARE CORRECT COLLECT PROCESS Nhận dạng trình điều khiển Nhận dạng trình điều khiển