Đồ án tốt nghiệp - Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ

Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN TCU 1.1. Giới thiệu chung về TCU. Bộ điều khiển TCU (Tiếng Anh: The Temparature Controller Unit nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện hay các phần tử nhiệt điện trở và biểu thị chính các nhiệt độ quá trình đồng thời đưa ra tín hiệu xử lý kịp thợi và chính xác. Một tập hợp toàn diện những chức năng dễ dàng sử dụng từng bướ c cho phép bộ điều khiển giải quyết nhiều yêu cầu ứng dụng khác nhau. Bộ điều khiển TCU có thể hoạt động ở chế độ điều khiển PID cho cả sự đốt nóng và làm mát. Nó tự động điều khiển chế độ xác lập hằng số. Hằng số PID có thể được tinh chỉnh bởi sự hoạt động của bộ điều khi ển ở thời gian bất kỳ và được khoá từ xa sự thay đổi. TCU cho phép đáp ứng đầu ra phanh nhất mà không có quá độ điều chỉnh. Nó có thể chuyển sang chế độ vận hành bằng tay mà người vận hành có thể điều khiển trực tiếp đầu ra. Ngoài ra nó còn được chương trình hoá để hoạt động ở chế độ điều khiển ON/OFF mà điều chỉnh được độ trễ . Hai màn hình hiển thị 4 số cho phép quan sát nhiệt độ quá trình và nhiệt độ đặt, cho biết tình trạng của bộ điều khiển (Đang làm việc ở chế độ nào, những Module đầu ra nào đang hoạt động, sự cảnh báo… và trạng thái đầu ra. Các Module đầu ra có thể trao đổi đầu ra. Các Module đầu ra có thể thay thế và trao đổi lẫn nhau (Relay, SSR, Drive, hoặc Triac) được thiết lập nhằm phục vụ cho sự điề u khiển chính, đầu ra bảnh báo, đầu ra làm mát và đầu ra định vị van. Lựa chọn bảnh báo kép có thể được định dạng tùy vào sự thay đổi của hoạt động (Nhiệt độ cao hay thấp, sự chênh lệch) ở chế độ chờ đầu ra và nguồn nuôi sẽ được ngăn chặn đến khi những thông số ở mức báo động được ổn định. Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 2 Dòng tuyến tính từ 4 - 20mA (hoặc 0 - 10V) ở đầu ra có thể giao điện với cơ cấu chấp hành, máy ghi biểu đồ, dụng cụ chỉ thị hay thiết bị điều khiển khác. Kiểu đầu ra tuyến tính một chiều này có thể dùng cho những mô hình điều khiển tuyến tính được xây dựng phù hợp với những mô hình xây dựng sẵn trong bộ điều khiển. Tín hiệu ra được s ố hoá và được truyền đi một trong những cách sau: % công suất đầu ra, giá trị nhiệt độ quá trình, sự chênh lệch nhiệt độ, hay giá trị điểm đặt. Ngoài ra còn có thể điểu chỉnh được dải chết đầu ra, thời gian cập nhật đầu ra với những tham số mở rộng tính linh hoạt của TCU tới những thiết bị cuối cùng. Một đầu ra được báo động sự kiệ n, được chương trình hoá để phát tín hiệu cảnh báo (khi lò nhiệt hay những thiết bị khác bị lỗi) để xử lý kịp thời. Sự báo động nhiệt độ hoạt động dưới 2 điều kiện sau: 1. Đầu ra chính (OP)1 đang hoạt động và dòng nhiệt điện dưới giá trị dòng báo động. 2. Đầu ra (OP1) đã tắt và dòng nhiệt điện lớn hơn dòng cảnh báo 10% khi thiết bị đi ều khiển bị ngắn mạch hoặc những sự kiện khác. Đầu vào Analog thứ cấp (0 - 20m ADC) có thể được định dạng để hoạt động như một bộ tiền xử lý tín hiệu thứ cấp để xử lý điểm đặt của đầu ra sơ cấp. Chính điều này cho phép khả năng điều khiển tầng với thiết bị khác. Nhờ đầu vào Analog thứ cấp này ta có thể xây dựng được một ht điều khiển tầng tích hợp trong một bộ điều khiển TCU. Chuẩn giao diện truyền thông RS 485 nhiều điểm nối tiếp cho phép TCU giao tiếp với các thiết bị kết hợp khác như: Máy in, bộ điều khiển trả trình hay máy tính chủ… 1.2. Lắp đặt và kết nối. 1.2.1. Môi trường lắp đặt. TCU cần được đặt ở nơi cách xa đối tượng điều khiển, trong một môi trường có nhiệt độ không quá cao (không lớn hơn 45 0 C) và phải đảm bảo lưu Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 3 thông không khí tốt. Không nên đặt TCU gần các thiết bị có sự toả nhiệt lớn và tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Không sử dụng trực tiếp TCU để điều khiển motor, điều kiện van hay cơ cấu chấp hành khác mà không phải là các thiết bị được bảo vệ. Làm như vậy có thể gây nguy hiểm tới người vận hành hoặc các thiết bị, dụng cụ k ết nối với nó. Một điều cần chú ý là tín hiệu nhập vào từ cảm biến hay nguồn nuôi AC của TCU phải được lấy độc lập với các thiết bị khác. Thêm nữa, khi TCU đang làm việc tránh dùng mọi dụng cụ tác động vào nó. Tất cả những điều nói trên nhằm đảm bảo sự an toàn cá nhân và ngăn ngứa thiệt hại tới tất cả các thiết bị khác trong hệ th ống. 1.2.2. Cấu tạo. TCU có dạng hình khối chữ nhật hai màn hình quan sát và điều khiển cùng với các bộ chỉ thị ở phía trước. Các nút bấm chức năng được đặt ở phía dưới của các bộ chỉ thị và các chân nối vào/ra được đặt ở phía sau bên trong một vỏ hộp bảo vệ. Sơ đồ các chân vào/ra được mô tả như sau: Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 4 1.2.3. Các module đầu ra. Bộ điều khiển TCU có 3 module đầu ra có thể hoạt động độc lập hay thay thế và trao đổi lẫn nhau. Sự lựa chọn các module tuỳ theo những ứng dụng cụ thể, các module đó là: Module Relay, Module logic/ SSR Drive, Modude Triac. Các module này có thể dùng cho các ứng dụng như sau. Cho điều khiển chính (OP1), cho hoạt động làm mát hay một số hoạt động cảnh báo. Các chân cắm v ới ba module này được đặt kín trong TCU, khi dùng chú ý lựa chọn thích hợp và lắp đặt đúng với nhãn ghi trên các chân cắm đó. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 OP 2/AL1: Đầu ra làm mát/ cảnh báo OP2 : Đầu ra làm mát AL1 A: Đầu ra cảnh báo A B C OP1: Đầu ra điện điều khiển chính User Input: Đầu vào Đầu vào: Nối với nhiệt điện trở hay cặp nhiệt điện (4- 2mV) Đầu ra tương tự Giao diện truyền thông TS.485 Hoặc: Đầu vào Analog thứ cấp Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 5 * Một số hạn chế của module đầu ra. Ở một vài mẫu trong họ TCU thì đầu ra cảnh báo và đầu ra điều khiển vị trí van có dùng chung chân cắm. Nghĩa là người thiết kế phải lựa chọn một trong hai chân cắn đó, vậy nên phải chú ý để quyết định sử dụng cho mục đích nào. * Cài đặt các module đầu ra. Khi sử dụng các module đầu ra xác định đúng nhãn của từng loại thích hợp với nhãn chân cắm và chiều cắm cho chính xác. Riêng với ứng dụng điều khiển van thì một số ký hiệu trên bo mạch có ý nghĩa như sau: AL1: đầu ra điều khiển để mở van AL2/OP2: đầu ra điều khiển đóng van OP1 - Alarm # 1 là tín hiệu ra. * Các module được biểu diễn trong hình vẽ dưới đây. Relay: Type: Form - C Rating: 5A - 120/ 240 VAC Or 28 VDC C B A 5A POWER 1. Relay module Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 6 Logic: Type: Non - isolated switch DC, 12VDC Drive: 45ma max Triac: Type: isolated, zero crossing Deteetion Rating: 120/240 VDC; 20 to 500Hz Max: Load Cureut: 1A 0.75 @ 50 0 C Min: Load Cureut: 10mA C B A POWER 2. Logic/ SSR Drire Module 4 1 SSR POWER UNIT 3 2 LOAD - + 2VDC Not isolated Không nối C B A POWER 3. Triac Module Kelay or riac device LOAD 120 VAC 1A Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 7 1.2.4. Chọn nguồn nuôi và cảm biến. * Nguôn nuôi. Hai loại nguồn nuôi cho TCU có thể được sử dụng là 115 VAC hay 230VAC. Công tắc lựa chọn nguồn nuôi được đặt bên trong vỏ hộp của bộ điều khiển nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống, giữ gìn sự lựa chọn của người vận hành. * Cảm biến. Hai cảm biến thường được dùng trong công nghiệp cho các ứng dụng cho nhiệt độ không quá cao là: Cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở TCU hỗ trợ hầu hết các loại cảm biến thuộc hai kiểu nói trên. Người thiết kế hệ thống chỉ cần chỉ ra kiểu cảm biến mình dùng và khai báo với TCU trong module tham số (1 - iN). Loại cảm biến nào được dùng cần được khai báo nhất quán tính chất của nó có thể có trong các module khác. Trước khi khai báo với TCU về loại cảm biế n được dùng cần điều chỉnh jum lựa chọn cảm biến là loại cặp nhiệt điện hay nhiệt điện trở về đúng vị trí thích hợp. * Nối tín hiệu từ cảm biến vào TCU. Sau khi định vị được công tắc lựa chọn nguồn nuôi và cảm biến ta tiến hành nối dây theo sơ đồ chỉ dẫn sau: 1 2 Nấc 1: Chọn nguồn 115 VAC Nấc 2: Chọn nguồn 230 VAC Nấc chọn nguồn 7 8 9 + 2 chân nối với cặp nhiệt điện - Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 8 * Cách nối TCU với cặp nhiệt điện. * Cách nối TCU với nhiệt điện trở. Sự thuận lợi thấy rõ là ta chỉ cần trực tiếp nối ngay cảm biến vào bộ điều khiển mà không cần làm một điều gì khác. Các công việc nhằm hiệu chỉnh lại để tăng độ chính xác như: bù nhiệt, lọc nhiễn, chuy ển đổi từ tín hiệu tương tự sang số được TCU hỗ trợ rất hiệu quả. Điều này giảm nhẹ khá nhiều và mang lại hiệu quả cao cho người thiết bị hệ thống. 1.3. Mặt trước TCU và các mút bấm chức năng. Mặt trước TCU gồm hai màn hình sáu bộ chỉ thị và 4 nút bấm chức năng. Hai màn hình trong đó: màn hình chính (lớn) phía trên có màu đỏ, màn hình thứ hai (dưới) màu xanh. Sáu bộ chỉ thị sẽ hiển thị các thông số cần thiết tuỳ theo sự cài đặt các lựa chọn trong các module chứa tham số hay tuỳ theo kiểu hoạt động được tiến hành. Bốn nút bấm chức năng được sử dụng để truy nhập và thay đổi giá trị các tham số của hệ thống, nó cũng được thiết kế để chọn lựa chế độ hoạt động. Các nút bấm được mô tả c ụ thể như sau: + Các nút bấm chức năng. DSP - Ở chế độ hoạt động bình thường, nó dùng để lựa chọn một trong những tham số được hiển thị trên màn hình thứ hai. Hay nó còn dùng để lựa 7 8 9 10 2 chân nối với nhiệt điện trở Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 9 chọn trực tiếp thang đo nhiệt độ là 0 F hay 0 C mà không cần truy nhập và module chứa tham số (1 - iN) - Ở chế độ định dạng tham số ấn DSP để thoát khỏi tham số đang truy nhập hay thoát hẳn ra ngoài chế độ hoạt động bình thường mà không làm thay đổi giá trị của các tham số khác đã được cài đặt. UP DN - Ở chế độ hoạt động bình thường, nút ấn UP/ DOWN có thể điều chỉnh trực tiếp giá trị điểm đặt nhiệt độ hoặc % công suất đầu ra (tất nhiên nếu hai tham số này chưa bị khoá). Giá trị điểm đặt và % công suất đầu ra được hiển thị trên màn hình thứ hai. - Ở chế độ định dạng số thì nút UP/DOWN dùng để thay đổi giá trị của tham số đang truy nhập (UP: tăng, DOWN: giảm) PAR - Ở tất cả các chế độ hoạt động nút ấn PAR dùng để truy nhập, thay đổi và quét hết mọi tham s ố. Cũng dùng nút ấn này để chọn lựa chế độ hoạt động cho bộ điều khiển TCU. * Mặt trước thiết bị 1500 1500 DS PA %P Màn hình chính: Hiển thị nhiệt độ quá trình và cũng hiển thị tham số hay các chế độ đã chọn Mành hính thứ hai: Hiển thị nhiệt độ đặt, giá trị các tham số MAN: Hiện lên khi hoạt động ở chế độ bằng tay. REM: Hiện lên khi chế độ điểm đặt xa được lựa chọn AL1: Hiện lên khi cảnh báo 1 được cài đặt OPN: Hiện lên khi đầu ra điều khiển mở van được hoạt động AL2: Hiện lên khi cảnh báo 2 được cài đặt OPN: Hiện lên khi đầu ra điều khiển mở van được hoạt động CLS: Hiển thị khi đầu ra điều khiển đóng van được hoạt động. OP1: Hiện lên khi đầu ra điều khiển chính hoạt động AL1 Hiệ lê khi hệ thố ó ự ố Hiển thị khi màn hình thứ 2, hiển thị % công suất đầu ra DEV: Hiện lên khi xuất hiện độ chênh llệch giữa nhiệt độ quá trình điểm đặt. CUR: Hiện lên khi màn hình thứ hai chỉ giá trị dòng đất nóng. SEC. Hiện lên khi đầu vào ấ [...]... AL Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt • OUT PUT: Đầu ra cảnh báo; AL: Giá trị cảnh báo • LED : Bộ chỉ thị • Hoạt động cảnh báo 1 nhiệt độ Độ trễ AL out put: OFF LED: OFF out put: ON LED: ON out put: OFF LED: OFF out put: ON LED: ON • Hoạt động cảnh báo 2 Nhiệt độ Độ trễ SP+AL 32 Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt • Hoạt động cảnh báo 3 với giá trị AL dương Nhiệt. .. của người thiết kế (hay vận hành) hệ thống Tham số ANAS có thể được đặt ở : - OP : % công suất ra 26 Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt - INP : đầu vào của quá trình khác - DEV : độ chênh lệch nhiệt độ - Sp : giá trị điểm đặt - DE – 2 : độ chênh lệch của vòng thứ 2 (chỉ điều khiển tầng) - SP-2 : điểm đặt nhiệt độ của vòng thứ 2 (chỉ điều khiển tầng) Điều này cho phép TCU có thể giao... dương Nhiệt S Độ trễ SP+A out put: OFF out put: ON out put: OFF 33 out put: ON Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt • Hoạt động cảnh báo 3 với giá trị AL âm Nhiệt độ Độ trễ SP+AL SP out put: OFF LED: OFF out put: ON LED: ON out put: OFF LED: OFF out put: ON LED: ON • Hoạt động cảnh báo 4 với giá trị AL dương 34 Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt Nhiệt S Độ trễ SP+A.. .Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt 1.4 Quan sát sự hoạt động 1.4.1 Công suất bộ điều khiển tăng Khi công suất ở trên mức được dùng, bộ điều khiển sẽ làm trễ lại sự chỉ thị và hoạt động điều khiển hiện thời trong khoảng 5 giây để tiến hành kiểm tra lại Hoạt động này được bộ điều khiển thực hiện tự động với tốc độ rất cao nhằm nhanh chóng tìm ra nguyên nhân đồng thời nó... rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (Ent) 30 Mô t - Ghi chú Khi tham số này được chọn hiển thị nó sẽ ở thiết bị thiết bị chỉ thị %PW Chỉ có trong chế độ điều khiển tầng Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt AlrS Reset lại hoạt động cảnh báo SPSL Lựa chọn điểm đặt xa hay điểm đặt cục bộ TrnF Lựa chọn chế độ tự động hoặc bằng tay TuNE LOC - Khoá lại ENBL- Cho phép (LOC) LOC - Khoá lại ENBL-... các tham Không hoạt động số của bộ điều khiển cũng như của hệ thống Hoạt động Không hoạt động 0 Chỉ truy nhập được vào trong chế độ có bảo vệ tham số 1 ÷ 250 Chỉ truy nhập được vào chế độ bảo vệ tham số 1.6 Các module định dạng tham số 19 Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt Đây là những module chứa những tham số cơ bản và quan trọng của bộ điều khiển và của cả hệ thống Các module này... 2 8 - VP Module điều khiển vị trí van 9 - FS End Module chứa tham số vào Module dịch vụ Trở về chế độ hiển thị bình thường 1.5.4 Chế độ bảo vệ tham số 16 Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt Ở chế độ này chỉ một vài tham số của thiết bị là có thể thay đổi được (nếu như không bị khoá trong modul 3 - L (ở chế độ không bảo vệ tham số) còn những tham số của hệ thống và của bộ điều khiển. .. thiết bị khác nối với nó) nhưng không thể nằm ngoài vùng giới hạn này được SPLO - từ -9 99 đến 9999 SPHI - từ -9 99 đến 9999 • SPrP Nhằm tránh được sự thay đổi đột ngột nhiệt độ cho bộ xử lý và giảm được độ quá điều chỉnh khi khởi động TCU đưa ra tham số SPrP (đơn vị độ / phút) 22 Đồ án tốt nghiệp độ Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt SP(điểmđặt) SP 500 30o/ phút 200 điểm đặt đầu tiên t Bảng tham chiếu các... định (ghi lại những tham số và chế độ điều khiển) Điều này sẽ giúp bộ điều khiển đưa ra đáp ứng đầu ra nhanh và chính xác hơn nếu sau đó có sự tăng công suất của bộ điều khiển 1.4.3 Khởi động hệ thống Sau khi hệ thống được khởi động, bộ PID với các thông số được đặt sẽ tiến hành điều khiển hệ thống nhằm đưa ra đáp ứng tốt nhất Sự điều khiển này bao gồm: Sự điều khiển của hệ số tỷ lệ, hằng số thời gian... hoạt động và thành phần LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (Ent) LOC - Khoá rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (Ent) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc (red) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc (red) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc (red) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc 0 đến 250 LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (LOC) LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (LOC) LOC - Khoá lại ENBL- (LOC) LOC - Khoá . Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN. tượng điều khiển, trong một môi trường có nhiệt độ không quá cao (không lớn hơn 45 0 C) và phải đảm bảo lưu Đồ án tốt nghiệp Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt