Ứng dụng PID mờ điều khiển nhiệt độ cho thiết bị trao đổi nhiệt

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 1.1.. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TẠI NHÀ MÁY BIA DUNG QUẤT Hình 1.1: công nghệ sản xu t bia...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN ĐẮC HUYÊN

ỨNG DỤNG PID MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

CHO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

C u n n n t u t ều ển v tự n

s

T TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Ỹ THUẬT

Đ Nẵng, Năm 8

C

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴN : PGS.TS Đo n Qu n V n : TS H u n V n : TS N Đ n T n

chuyên Đ bách khoa Đ

*

- T â l T T Đ B

Đ Đ

- T Đ , T Đ B - Đ Đ

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn ề tài

Quy trình công ngh s n xu t bia g n nằm ở â x ởng

n u bia, lên men bia và chiết bia Thiết bị ổi nhi t làm l nh dịch bia nằm ở

â x ởng n u Thiết bị làm l nh dị l n cu i củ â x ởng

n l n chuy n giao dị c làm l â x ởng lên men bia Ở cu n lắng xoáy dịch bia có nhi 970C cần làm l ến nhi 90C theo yêu cầu công ngh và chủng lo i gi e lên men bia

í T ng kho 5 ến 1 lít men trên 100 lít dị ng

1 q r e

V ặt ra là hầu hế u sử dụng b u khi n PID (Proportional Integral Derivative) truy n th u khi n nhi , v i h n chế là không

ứ c s ổi thông s v n hành d ến vi u khi n không

í x ứ c yêu cầ ổi công ngh Khi nhi

ra của dịch bia không ổ ịnh, làm cho bia bị s m màu, có th gây ởng

ến men bia, d ến ởng ch l ng của bia

D ần c i tiến b u khi n PID bằng cách kết h p v i các b u khi n hi u khi n m u khi n nhi là gi i pháp cần thiết

c l a ch n

Trong quá trình v n hành thiết bị ổi nhi t khi có s ổi thông s trong h th ng m t s b u khi n tỏ ra ho ng không chính xác theo th i gian hoặ ứ c yêu cầu công ngh trong th c tế làm vi c

Đ u khi n m sử dụng kinh nghi m của chuyên gia gi i quyế c v của b u khi n là nó áp dụng r t hi u qu trong các quá trình còn thiếu thông tin, không th í x q x ịnh rõ

D c kết h u khi n m vào trong h th u khi n thiết bị ổi nhi t là gi i pháp cần thiế c i thi n ch l ng h th ng

2 Mục íc n n cứu

Nghiên cứu thiết kế b u khi n PID m cho thiết bị ổi nhi t d a trên

lý thuyết m , áp dụng th t vào u khi n t i nhà máy Bia Dung

Qu t

Nhiên cứ q ổi nhi t giữa hai ch t lỏng nóng và l nh

q m mỏng của thiết bị ổi nhi t t l c

l u khi n bằng van tuyến tính ở ngõ ra thiết bị tr ổi nhi t Dịch

q ết bị ổi nhi u khi n bở ơ ị l

4 N i dung nghiên cứu

ê ứ ứng dụng lý thuyế vào trong h th u khi n

nhi thiết bị ổi nhi t

Thiết l c củ

T ế ế D ị ủ ổ

ở õ ặ 9oC x l ủ

ê ứ ỏ ê M l l ế q

5 Ý n ĩ o ọc và thực tiễn củ ề tài

Đ gi i quyết v u khi n nhi trong các thiết bị ổi nhi t nói

“Thiết bị tr o ổi nhiệt kiểu tấm” ê

bia Nhằm mụ í i thi n, nâng cao s ổ ịnh của s n phẩm

Vi c áp dụng các b u khi q u khi n nhi

t i nhà máy bia Dung Qu t là m t gi i pháp có tính th c tiễn , ứng nhanh, ổ ị ê l i hi u qu kinh tế

C ơng 2: Xây d ng mô hình h th ổi nhi t

C ơ 3: Lý thuyết u khi n PID và PID m

C ơ 4: Đ u khi n PID và PID m ng

CHƯƠN 1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ HỆ

THỐNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

1.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

TẠI NHÀ MÁY BIA DUNG QUẤT

Hình 1.1: công nghệ sản xu t bia

* Thiết bị tr o ổi nhiệt tấm:

Hình 1.2: Thiết bị r o ổi nhiệt Alfalaval

1.2 THIẾT BỊ NẤU BIA:

1.2.1 Máy nghiền m lt ướt:

1.2.2.Nồ ường hóa

1.2.3 Nồi lọc ( Lauter tun)

1.2.4 Nồ un s

1.3.LÊN MEN BIA:

1.3.1 Cấu tạo chung:

1.3.2 Nguyên lý làm việc:

CHƯƠN 2 XÂY DỰN Ô HÌNH ĐỐI TƯỢNG HỆ THỐNG TRAO

ĐỔI NHIỆT 2.1 MÔ TẢ TOÁN HỌC VỚI ĐỐI TƯỢNG

Các biến vào củ l l l ng và nhi ò c l nh vào thiết

bị (W1, TL1), l l ng và nhi dịch bia vào thiết bị (W2, TN2) Biến ra của

l l l ng và nhi c l nh ra (W ’, T ’), l l ng và nhi dịch bia ra (W2, T ’) Trong thiết bị l l ng ch t lỏng v n chuy n liên tục không dừng l i nên ta có th l l ng dòng vào và ra của dị l nhau Trong h th ng thiết bị này, biến cần u khi n là nhi dòng dịch bia

T ’, biế u khi l l l ò c l nh ra W ’, trong mô hình

ng ở i thì biế u khi l l l c l nh ra W ’, các biến TL1, TN2 c xem là nhiễu củ ng Biến ra không cầ u khi n

là nhi c l ổi nhi t T ’

TT

Hình 2.1: nguyên lý thiết bị r o ổi nhiệt t m

Nhi của dịch bia ra T ’ ằng c m biến nhi , c m biến nhi t

sẽ gửi tín hi u dòng theo chuẩn 4-20mA v b u khi n so sánh v i nhi t

ặt B u khi n sẽ u chỉnh tín hi ầu ra tuỳ thu c vào s sai khác giữa giá trị nhi t th c và giá trị nhi ặt Tín hi ầ i van

u khi n, vị trí mở của van phụ thu c vào tín hi u khi n

T :

1 2

Hình 2.2: r o ổi nhiệt t m t i nhà máy bia Dung Qu t

Ô HÌNH THIẾT BỊ VAN ĐIỀU HIỂN

Van tuyến tính Samson có nhi m vụ u chỉnh góc mở van theo tín hi ặt nhi ở ầu ra của dịch bia Tín hi u khi ầu vào của van theo chuẩn (4 ÷ ) A ầ l u khi n góc mở van từ (0 ÷ 100)%

Hình 2.3:V ều khi n tuyến tính

2.2.2 Hàm truyền của van:

Trong th c tế hàm truy n t củ c coi là khâu quán tính b t

nh t có trễ, l y gầ ú l â q í c nh t

1 ( )

1

v v

Khi tín hi ổi từ (0÷ 5)kg/cm2 mở củ ổi từ (0 ÷ )%, s khuế x ị :

3 Ô HÌNH THIẾT BỊ ĐO CẢ BIẾN NHIỆT ĐỘ

C m biến nhi của hãng Siemens g m hai phần nhi n trở RTD dịch bia chuy ổi thành tín hi n trở v i gi ừ (-200 ÷ 400)0C và b chuy ổi tín hi u (Transmitter) có nhi m vụ chuy ổi tín hi u

n trở thành tín hi i u khi n dòng theo chuẩn (4 ÷ 20)mA

Hình 2.4:Cảm biến nhiệ ộ và bộ chuy ổi transmister

y, thiết bị này có hàm truy n là khâu quán tín b c nh t:

CHƯƠN 3 Ý THU ẾT ĐIỀU HIỂN PID VÀ PID Ờ

3 CƠ SỞ Ý THU ẾT BỘ ĐIỀU HIỂN PID VÀ BỘ ĐIỀU HIỂN

C ã í DCS ử ụ l V D,

hay u(t) = Kp e(t) + Ki∫ ( ) + Kd ( )

Đ c bi u diễ e ơ sau:

Hình 3.1: toán học ều khi n PID

3.1.2 Nhiệm vụ và các giải pháp khi thiết kế b ều khiển PID

3.1.3 Thiết kế và chỉn ịnh b ều khiển PID:

a Tổng hợp trực tiếp b ều khiển (DS-PID)

3.2 Ý THU ẾT ĐIỀU HIỂN PID Ờ:

Lý thuyế u khi n hi ơ ã i quyế u khi n

v i thông s ầ ủ, tuy nhiên v i các h th ng phức t p, tính phi tuyến cao, thông s ầu vào không chính xác hoặc thiế ủ bi u diễn

h th ng bằ ơ rình toán h ơ u khi n hi n

nay v n còn nhi u khuyế m Chính nhữ ã l x t hi n lý thuyế u khi n m i mô phỏ e ủ i hay còn g l u khi n bằng trí tu nhân t o

ơ u khi n này d ê ặ m, hành vi và nh n thức

củ i v q ế ị u khi , ơ này áp dụ ng h p thiếu thông tin hoặc thông tin v ng không chính xác

Khái ni m logic m c Zedeh nêu ra lầ ầu vào 1965, từ lý ết m

c nghiên cứu và phát tri n không ngừng Mặc dù còn nhi u tranh cãi v tính chính xác, mứ chặt chẽ của lý thuyế u khi n m ững ứng dụng của lý thuyết m gi i quyế u khi n và ph m vi ứng dụng ngày càng nhi i s ã ứng cho s ú ắ m của

a Cấu trúc bộ điều khiển mờ:

B u khi n m bao g m ba kh ơ n: M ầu vào, thiết bị h p thành và gi i m

Hình 3.2: khối bộ ều khi n mờ

Trong các kh i trên, kh i lu t m và kh i h p thành là b ph n chính của b

u khi n D ê , m củ i thiết kế tri n khai các

- Thiết bị h p thành: Khâu tri n khai các lu t h R c xây d ng trên

ơ ở lu u khi n

- Giao di ầu ra: G m khâu gi i m â ế ng

u khi n

V c u trúc h th u khi n m không khác so v i các h th u khi n t ng S khác bi t ở â l u khi n m làm vi c theo các lu ủ i, m t d ng của trí tu nhân t o

b Nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ:

Nguyên tắc tổng h p m t b u khi n m hoàn toàn d ê ơ ở toán

th ng sử dụng b u khi n m , vì v t s nguyên tắc tổng

h p b u khi n m :

- Không bao gi thiết kế b u khi n m gi i quyết v mà có th dễ dàng th c hi n bằng các b u khi n V i m t s u khi n có th kết h p giữ ơ u khi n v u khi n m t n dụng nhữ m củ ơ

- Đ i v i h th ng cầ an toàn cao, vi c sử dụng b u khi n m còn h n chế vì những yêu cầu v ch l ng và mụ í ủa h th ng chỉ có th

x ịnh thông qua th c nghi m

- B u khi n m ph c thiết kế và phát tri n thông qua th c nghi m Ngoài ra trong quá trình xây d ng các lu u khi n m , cần t n dụng t i

ững hi u biết và kinh nghi m củ i thiết kế v h th ra các lu u khi n t t nh t

3.2.3 Các bước x dựn b ều ển mờ

CHƯƠN 4: ĐIỀU HIỂN PID VÀ PID Ờ CHO ĐỐI TƯỢN

4.1 ĐIỀU HIỂN PID CHO ĐỐI TƯỢN :

Kết quả m p n tr n m tl b s mul n :

+ ị ặ ổ :

1 Đ thị nhiệ ộ ược ều khi n bằng PID

ổ ị ặ :

4 Đ ị ệ ộ ược ổ ề ằ

ết quả m p n so sán ữ b ều ển PID vớ Fuzz _PID

5 Đ thị nhiệt ộ so sánh giữa hai bộ ều khi n bằng PID và

Fuzzy_PID

Nh n xét: Từ thị hình 4.17 ta th y b u khi D q u chỉnh

l ơ t nhi u so v i b u khi n PID m và th i gian xác l p của b u khi D ũ lâ ơ u so v i b u khi n PID m

ết quả m p n so sán ữ b ều ển PID vớ Fuzz _PID khi

t ổ n ệt c ặt:

6 Đ thị nhiệ ộ so sánh giữa hai bộ ều khi n bằng PID và Fuzzy-PID

ổi các giá trị nhiệt ộ c t

N n xét: ổ D ứ

ê ầ q ỉ ứ B

D ã ứ q ỉ x l nhanh

7 Đ thị giá trị e Kp, K , Kd ổi nhiệ ộ c t

- Sai s xác l p trong b u khi n Fuzzy-PID t ơ b u khi n PID

- ổi v nhi ặt trong quá trình ho ng, mứ dao

ng nhi bằng b u khi n Fuzzy-PID t ơ u so v i bằng b u khi n PID

- Sai s xác l p trong b u khi n Fuzzy-PID t ơ u khi n PID

và nhỏ ơ 0C

4.3.1 B ều khiển PID:

- Trong công nghi p s n xu t ần b u khi D ứ c nhu cầu phần l u khi n quá trình, và th c tế c sử dụng r ng rãi trong các nhà máy s n xu t công nghi p hi n nay

- Đ q u chỉnh trong q ẽ ị ặ (setpoint) khác nhau

4.3.2 B ều khiển mờ PID (Fuzzy-PID):