PHẦN 2: NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 1. Bài toán về điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ TZN4M Sử dụng bộ TZN4M để đạt được nhiệt độ yêu cầu, qua đó so sánh giữa đáp ứng của hệ thống trên thực tế so với kết quả mô phỏng bằng matlab. 2. Cấu trúc điều khiển Bài toán trên sử dụng cấu trúc điều khiển vòng kín. Đây là cấu trúc mạch vòng, có phản hồi, tín hiệu ra được đo và gửi giá trị về bộ điều khiển: Cấu trúc : Hình: Cấu trúc điều khiển vòng kín + Ưu điểm: chất lượng sản phẩm tốt + Nhược điểm: thiết bị đắt,cấu trúc phức tạp hơn so với cấu trúc điều khiển vòng hở. 3. Các thành phần trong cấu trúc 3.1 Bộ điều khiển Có 4 loại bộ điều khiển khác nhau trong cấu trúc điều khiển vòng kín là : + Điều khiển bằng tay + điều khiển ONOFF + Bộ điều khiển PID + Bộ điều khiển tỷ lệ độ rông xung. Trong bài toán này, chúng ta sử dụng bộ điều khiển TZN4M với chức năng điều khiển tỷ lệ độ rộng xung. Đặc điểm : Đây thực chất là bộ PID với đầu ra thay đổi giá trị độ rộng xung của xung điều khiển với chất lượng điều khiển tốt như bộ PID Chức năng của của bộ TZN4M Chức năng Autotuning PID kép: Điều khiển PID đáp ứng tốc độ cao nhanh chóng đạt được giá trị mong muốn, điều khiển PID đáp ứng tốc độ chậm nhằm giảm thiểu độ vọt lố cho dù tính đáp ứng có hơi chậm. Độ chính xác hiển thị cao: ±0.3% (theo giá trị F.S. của từng loại ngõ vào).
Trang 1PHẦN I: GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN TZN4M
1.1 Chức năng của bộ điều khiển nhiệt độ.
Chức năng tự động điều chỉnh
Hiển thị chính xác cao là hoặc 3oC
Cài đặt bằng nút ấn
Chế độ điều khiển: ON/Off, PIDF, PIDS, PI, PD, F
Trễ: điều chỉnh từ 1 đến 100oC ở chế độ On/Off
Cảnh báo đầu ra trễ: điều chỉnh On/Off từ 1 đến 1000C
Khâu tỉ lệ: 0:0 đến 100%
Thời gian tích phân: 0 đến 3600s
Thời gian vi phân: 0 đến 3600s
Thời gian điều khiển: 1 đến 120s
Nhiễu đầu vào để lựa chọn là cảm biến nhiệt độ, điện áp, dòng điện
Nhiễu đầu ra phụ khác nhau
Hiển thị bằng led 7 vạch
Hiển thị dấu thập phân ở đầu vào analog
Chế độ điều khiển On/Off, PIDF, PIDS, PI, PD, P
1.2 Cấu tạo bộ điều khiển TZN4M
Trang 2Hình: Bộ điều khiển TZN4M
Hình: Sơ đồ chân bộ điều khiển
Trong đó:
100 – 240V xoay chiều 50 – 60Hz 6w 24V xoay chiều 50 – 60Hz 8w
24 – 48V một chiều 7w Chân 3 – 4 Đầu ra truyền thông kết nối với vi điều khiển, tín hiệu là dòng điện
Trang 3một chiều có giá trị 4 – 20mA Chân 5 – 6 – 7 Đầu ra cấp nguồn cho tải điện trở 250V AC – 3A
Chân 5 – 6 là tiếp điểm thường mở Chân 6 – 7 là tiếp điểm thường đóng
Chân 9 – 10 – 11 Cảm biến chuẩn RTD
Chân 10 – 11 cảm biến loại Tc Chân 12 – 13 – 14 Đầu ra 250V xoay chiều 1A; được chia thành hai cặp là 12 – 13 và
13 – 14 là hai đầu ra sự kiện của bộ điều khiển
Chân 15 – 16 SC2 in max 5VDC, 250A
1.3 Các tham số cài đặt chính.
* Tham số nhóm 1: Nhấn nút MD 3s
Cài đặt nhiệt độ sv2 Cài đặt nhiệt độ Ev1 Cài đặt nhiệt độ Ev2 Cài đặt giá trị on – off đầu ra Cài khâu tỉ lệ
Cài giá trị khâu tích phân Cài giá trị khâu vi phân
Trang 4Cài độ trễ bộ điều khiển on – off Sai số cảm biến
Cài thời gian tăng độ dốc tín hiệu Cài thời gian giảm độ dốc tín hiệu
Ấn các phím mũi tên để điều chỉnh các giá trị
Tham số mặc định:
* Các tham số cài đặt nhóm 2: ấn giữ hai phím MD và phím 1.
Loại ngõ vào: Lựa chọn từ 19 loại Event 1: Lựa chọn từ 9 loại
Event 2: Lựa chọn từ 9 loại Loại cảnh báo: Lựa chọn từ 4 loại Auto-tuning: Có thể lựa chọn hoặc
PID: Có thể lựa chọn hoặc Lựa chọn giữa chức năng gia nhiệt (Chức năng gia nhiệt) hoặc giảm nhiệt (Chức năng làm lạnh)
Trang 5Đơn vị nhiệt độ: 0C / 0F Cài đặt tỷ lệ giới hạn cao (gồm ngõ ra Analog) Cài đặt tỷ lệ giới hạn thấp (gồm ngõ ra Analog) Lựa chọn vị trí dấu thập phân cho ngõ vào Analog Cài đặt giới hạn cao khi ngõ ra truyền phát lại được áp dụng (20mA) Cài đặt giới hạn thấp khi ngõ ra truyền phát lại được áp dụng (20mA)
Có thể cài đặt ON và OFF cho chức năng Ramp
Cài đặt tốc độ truyền thông Cài đặt địa chỉ truyền thông (01 ~ 99) Không thể thay đổi được dữ liệu khi chưc năng khóa phím là ON
Tham số mặc định:
Trang 7TB chấp hành
Đo lường
y
ysp
PHẦN 2: NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
1 Bài toán về điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ TZN-4M
- Sử dụng bộ TZN-4M để đạt được nhiệt độ yêu cầu, qua đó so sánh giữa đáp ứng của hệ thống trên thực tế so với kết quả mô phỏng bằng matlab
2 Cấu trúc điều khiển
- Bài toán trên sử dụng cấu trúc điều khiển vòng kín Đây là cấu trúc mạch vòng, có phản hồi, tín hiệu ra được đo và gửi giá trị về bộ điều khiển:
Cấu trúc :
Hình: Cấu trúc điều khiển vòng kín
+ Ưu điểm: chất lượng sản phẩm tốt
+ Nhược điểm: thiết bị đắt,cấu trúc phức tạp hơn so với cấu trúc điều khiển vòng hở
3 Các thành phần trong cấu trúc
3.1 Bộ điều khiển
Có 4 loại bộ điều khiển khác nhau trong cấu trúc điều khiển vòng kín là :
+ Điều khiển bằng tay
+ điều khiển ON/OFF
+ Bộ điều khiển PID
+ Bộ điều khiển tỷ lệ độ rông xung
Trang 8Trong bài toán này, chúng ta sử dụng bộ điều khiển TZN-4M với chức năng điều khiển tỷ lệ
độ rộng xung
Đặc điểm : Đây thực chất là bộ PID với đầu ra thay đổi giá trị độ rộng xung của xung điều khiển với chất lượng điều khiển tốt như bộ PID
Chức năng của của bộ TZN-4M
Chức năng Auto-tuning PID kép:
Điều khiển PID đáp ứng tốc độ cao nhanh chóng đạt được giá trị mong muốn, điều khiển PID đáp ứng tốc độ chậm nhằm giảm thiểu độ vọt lố cho dù tính đáp ứng có hơi chậm
Độ chính xác hiển thị cao: ±0.3% (theo giá trị F.S của từng loại ngõ vào)
Chức năng điều khiển Auto-tuning 2-bước
Chức năng lựa chọn điện áp và dòng điện, cảm biến nhiệt độ
Chức năng nhiều ngõ ra phụ:
Gồm có LBA, SBA, 7 loại ngõ ra cảnh báo và 4 loại chức năng tùy chọn cảnh báo, ngõ ra truyền dữ liệu PV (DC4-20mA), ngõ ra truyền thông RS485
Hình: Mặt trước bộ điều khiển TZN4M
Trang 9Trong đó:
1: Hiển thị Giá trị hoạt động (PV) (đỏ)
2:Hiển thị Giá trị Cài đặt (SV) (xanh)
3: Chỉ thị hoạt động SV2
4: Chỉ thị hoạt động Auto-tuning
5: Phím Mode (chế độ hoạt động)
6: Phím hoạt động Auto-tuning
7: Phím cài đặt
8: Chỉ thị hoạt động ngõ ra điều khiển
9: Chỉ thị Ngõ ra Event 1
10: Chỉ thị Ngõ ra Event 2
3.2 Thiết bị chấp hành
Thiết bị chấp hành mà cấu trúc sử dụng Công tắc tơ
Hình: Công tắc tơ
Trang 103.3 Quá trình
Bài toán sử dụng điện trở xả nhiệt làm thành phần quá trình trong cấu trúc điều khiển
Hình: Điện trở xả nhiệt
3.4 Đo lường
Thành phần đo lường mà bài toán sử dụng là cảm biến nhiệt độ, được đấu vào chân 9, 10, 11 của bộ TZN-4M
Hình: Cảm biến nhiệt độ PT100
Trang 114 Sơ đồ ghép nối
Chân 1-2: nối với nguồn cấp cho BĐK
Chân 5-6: nối với cuộn hút công tắc tơ
Chân 9-10-11: nối với cảm biến nhiệt
Hình: Sơ đồ đấu nối của hệ thống
5 Cài đặt tham số
5.1 Tham số đầu vào
- Tham số đầu vào của bài toán là nhiệt độ của điện trở nhiệt
5.2 Tham số đầu ra
- Tham số đầu ra của bài toán là nhiệt độ cần đạt : 35ºC
- Cách cài đặt SV cho bộ TZN-4M:
Trang 12- Ấn phím bất kì giữa các phím ( ◄ ) ở chế độ RUN, chữ số bên phải hiển thị SV sẽ nhấp nháy và nó sẽ đăng nhập vào chế độ cài đặt SV
- Ấn phím ◄ đến chữ số mong muốn(100→101→102→103→100)
- Ấn phím ▲▼ để di chuyển đến chữ số mong muốn (1-5)
- Ấn phím MD để lưu lại giá trị và thiết bị sẽ thực hiện điều khiển với giá trị đã cài đặt này
5.3 Tham số bộ điều khiển
Sử dụng phím nhấn mặt trước của bộ TZN-4M để tiến hành cài đặt tham số cho bộ điều khiển
Chọn loại ngõ vào là RTD loại JPt100Ω L dải -199,9 – 199,9ºC
Cài đặt tham số nhóm 1: Nhấn nút MD 3s
Cài đặt nhiệt độ sv2 Cài đặt nhiệt độ Ev1 Cài đặt nhiệt độ Ev2
Trang 13Cài đặt giá trị on – off đầu ra Cài khâu tỉ lệ
Cài giá trị khâu tích phân Cài giá trị khâu vi phân Cài độ trễ bộ điều khiển on - off Sai số cảm biến
Cài thời gian tăng độ dốc tín hiệu Cài thời gian giảm độ dốc tín hiệu
Ấn các phím mũi tên để điều chỉnh các giá trị
Tham số mặc định:
Các tham số cài đặt nhóm 2: ấn giữ hai phím MD và phím 1
Loại ngõ vào: Lựa chọn từ 19 loại Event 1: Lựa chọn từ 9 loại
Event 2: Lựa chọn từ 9 loại Loại cảnh báo: Lựa chọn từ 4 loại Auto-tuning: Có thể lựa chọn hoặc PID: Có thể lựa chọn hoặc
Lựa chọn giữa chức năng gia nhiệt (Chức năng gia nhiệt) hoặc giảm nhiệt (Chức năng làm lạnh)
Đơn vị nhiệt độ: 0C / 0F Cài đặt tỷ lệ giới hạn cao (gồm ngõ ra Analog)
Trang 14Lựa chọn vị trí dấu thập phân cho ngõ vào Analog Cài đặt giới hạn cao khi ngõ ra truyền phát lại được áp dụng (20mA) Cài đặt giới hạn thấp khi ngõ ra truyền phát lại được áp dụng (20mA)
Có thể cài đặt ON và OFF cho chức năng Ramp
Cài đặt tốc độ truyền thông Cài đặt địa chỉ truyền thông (01 ~ 99) Không thể thay đổi được dữ liệu khi chưc năng khóa phím là ON Tham số mặc định:
6 Đáp ứng của hệ thống
Ta tiến hành khảo sát 2 chu kỳ tác động của bộ điều khiển, thời gian lấy thông số là mỗi
5 giây Ta xây dựng được đường đặc tính:
Trang 15250 500 0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
Đường đặc tính nhiệt độ
Thời gian (s)
Nhận xét:
Trên đồ thị ta thấy ở chu kỳ đầu tiên, nhiệt độ điện trở nhiệt tăng từ 33,5 đến 54,4 còn ở chu kỳ thứ 2, nhiệt độ chỉ tăng tới 44,4 Điều này là do ở chu kì đầu tiên, nhiệt độ ban đầu thấp (33,5), dưới ngưỡng đặt nên contactor đóng trong thời gian dài (cho tới khi nhiệt độ đạt 35,1) do đó quán tính nhiệt lớn làm điện trở nhiệt tiếp tục tăng nhiệt độ lên đến 54,4 Còn ở chu kỳ thứ 2, khi nhiệt độ điện trở nhiệt vừa xuống tới 34,8 thì contactor đã tác động ngay nên quán tính nhiệt lúc này nhỏ hơn và nhiệt độ của điện trở chỉ tiếp tục tăng đến 44,4 Các chu kỳ sau kết quả đo được hoàn toàn tương tự