BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH1.. Đề bài: Xây dựng bộ điều khiển nhiệt độ tự động điều chỉnh PID 2.. Giải pháp điều khiển đề xuất Trong bài toán điều khiển nhiệt độ trên thanh tr

BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

1 Đề bài: Xây dựng bộ điều khiển nhiệt độ tự động điều chỉnh PID

2 Giải pháp điều khiển đề xuất

Trong bài toán điều khiển nhiệt độ trên thanh trở, xác định các thành phần tương ứng:

Bộ điều khiển: Cảm biến đo nhiệt độ (TZN4M)

Thiết bị chấp hành: Rơle đóng cắt

Thiết bị đo: Cảm biến Pt100

Quá trình công nghệ: Thanh trở

Lưu đồ P&ID:

3 Giới thiệu thiết bị

- Cảm biến đo nhiệt độ TZN4M

Pt100 Tsp

TE

TIC

Tsp

Hình 1 2 Lưu đồ P&ID

Hình 1 1 Sơ đồ điều khiển

Hình 1 2 Cảm biến đo nhiệt độ TZN4M

Thông số kỹ thuật:

Nguồn cấp AC: 100-240VAC 50/60 Hz

Nguồn AC/DC: 24VAC 50/60Hz /24-48 VDC

Dải điện áp cho phép: 90-110% của điện áp định mức

Nguồn điện tiêu thụ:

+) Nguồn AC: Max 6VA(100-240VAC 50/60Hz)

+) Nguồn AC/DC: Max 8VA( 24VAC 50/60Hz), Max 7W(24-48VDC)

Độ chính xác hiển thị: Hiển thị bằng LED 7 vạch (PV: đỏ, SV: Xanh)

Độ chính xác hiển thị: F.S, ±0.3% hoặc 3C,chọn giá trị cao hơn

Độ trễ: Có thể thay đổi 1100C(0,1-100C)( Điều khiển ON/OFF)

Ngõ ra cảnh báo: Có thể điều chinh ON/OFF 1-100(0,1-100)C cho ngõ ra cảnh báo

Thời gian tích phân (I):03600 giây

Thời gian vi phân (D): 03600 giây

Chu kỳ điều khiển (T) :1120 giây

Cài đặt RAMP: Ramp up, Ramp down với 199 phút

Độ bền điện môi: 2000VAC 50/60Hz trong 1 phút( Giữa chân đấu nối ngõ và chân nguồn)

Điện trở cách ly: Min 100Ω( Sóng kế mức 500VDC)

Nhiệt độ môi trường: -10 đến 50C; bảo quản từ -20 đến 60C

Độ ẩm môi trường: 35-85%RH, bảo quản :35 đến 85%RH

- Relay bán dẫn ( solid state relay)

Thông số kỹ thuật:

Loại điều khiển: DC - AC

Điện áp vào: 3 - 32 VDC

Điện áp ra: 24 - 440 VAC

Tần số ra: 50/60 Hz

Dòng điện ra: 20A

Cài đặt: Bulông cố định

Đầu vào chỉ báo tình trạng: LED

- Cặp nhiệt K Type

Hình 1 4 Cặp nhiệt K Type

Thông số kỹ thuật:

Loại cảm biến: Thermocouple RTD K Type

Dải đo: 0~800 độ C

Ren bắt vít: M6

Độ dài: 2m

Hình 1 3 Relay bán dẫn

- Điện Trở Xả

Hình 1 5 Điện Trở Xả

Thông số kỹ thuật:

Công suất 200W

Điện trở 15 Ω, 300 Ω

- Sơ đồ đấu nối

4 Nhận dạng quá trình

Đo nhiệt độ điện trở xả trong 15 phút

Thông số:

Biểu diễn:

TZN4M

1 2

7

14

5 4 3

12 11 10 9

~

220 VAC

Role bán dẫn

3

4

2

1

Điện Trở Xả

48VDC

TC

Cặp nhiệt K Type

Hình 1 6 Sơ đồ đấu nối

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0

10

20

30

40

50

60

70

24.5 26.3

30 34.4

39 42.9

46.4 50

52.6 55.6

58.1 59.7 61.7 63.1

65 65.3

Nhiệt độ

Hình 1 7 Biểu diễn nhiệt độ

Áp dụng phương pháp kẻ tiếp tuyến ta có:

24.5

29.5

34.5

39.5

44.5

49.5

54.5

59.5

64.5

69.5

Phương pháp kẻ tiếp tuyến

Thời gian (phút)

Hình 1 8 Phương pháp kẻ tiếp tuyến

y = 65.3 - 24.5 = 40.8

u = 48 (V)

=> K =

 = 42 (s)

 = 378 (s)

=> Hàm truyền:

G(s) = =

5 Tính bộ điều khiển

Hàm truyền: G(s) =

Từ hàm truyền quá trình ta có kp = 0.85, θp = 42, p = 378

Áp dụng phương pháp tính BĐK theo phương pháp TH trực tiếp

Gc =

Một cách gần đúng có e-42s = 1 - 42s

Gc = =

Để hệ có đáp ứng nhanh với độ quá điều chỉnh 10 – 15% thì chọn:

c 37.8 và c 33.6

Vậy ta chọn c = 38

=> Gc = 0.01+ (1+)

Vậy bộ điều khiển cần tìm là bộ PI

6 Cài đặt giá trị PID cho bộ điều khiển và xem đáp ứng

- Cài đặt Tsp cho bộ điều khiển

Hình 1 9 Cảm biến đo nhiệt độ TZN4M

Bước 1: Ấn giữ phím “ ►” khi chữ số bên phải màn hình sv nhấp nháy

Bước 2: Sử dụng phím” ◄” để di chuyển đến vị trí mong muốn thay đổi

Bước 3: Sử dụng “▲” ”▼” để thay đổi giá trị theo mong muốn

Bước 4: Sau khi cài đặt xong ấn “MD” để trở về trạng thái “RUN”

- Cài đặt bộ điều khiển và các tham số PID

Hình 1 10 Cảm biến đo nhiệt độ TZN4M

Bước 1: Ấn và giữ “MD” trong 3s để cài đặt vào thông số thứ nhất

Bước 2: Ấn tiếp nút MD để cài đặt các thông số tiếp theo cho bộ điều khiển Khi màn hình LED hiển thị

: Cài đặt cho khâu tỷ lệ (Kp) = 5.5 : Cài đặt hằng số thời gian tích phân (Ti) = 550 : Cài đặt hằng số thời gian vi phân (Td) = 0 Bước 3: Sau khi cài đặt xong, ấn và giữ nút “MD” trong 3s để trở về chế độ

“RUN”

Hình ảnh thực nghiệm:

Hình 1 11 Thực nghiệm Tsp = 35 o C

7 Kết quả và đánh giá

- Sau khi đấu nối và cài đặt các thông số cho bộ điều khiển ta bắt đầu cho

mạch thực hiện Nhiệt độ tăng dần, sau 1 khoảng thời gian nhiệt độ tăng dần đến giá trị nhiệt độ đặt trước

- Nhiệt độ cứ tăng hoặc giảm rồi lại trở về quanh giá trị đặt.

- Bộ điều khiển nhiệt độ đã chạy đúng yêu cầu đặt ra bằng các thông số đã

được tính toán Quá trình thiết kế ta chọn đáp ứng có độ quá điều chỉnh nên nhiệt độ sẽ dao động quanh giá trị đặt trước