ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN : ThS.HOÀNG THỊ THƯƠNG : NGUYỄN DUY AN ĐỖ MẠNH CƯỜNG LỚP PHẠM VĂN ANH : TỰ ĐỘNG HÓA K14A Thái Nguyên, Ngày 13 tháng 10 năm 2019 BÀI THỰC HÀNH SỐ 2: THỰC HÀNH MÔ PHỎNG CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG VÀ MỨC CHẤT LỎNG I - Giới thiệu thiết bị thực hành - Khối cấp nguồn Bảng gắn thiết bị khí bồn chứa chất lỏng Khối sơ đồ mô thiết bị thí nghiệm Khối lập trình PLC II - Mơ tả thiết bị Tank 1: bình chứa chất lỏng hồi có gắn cảm biến - LEVEL SWICTH - Máy bơm sử dụng điện áp 12vdc - công tắc điều khiển bơm SW1 : ON –động bơm M1 OFF –dừng động bơm M1 AUTO- động bơm M1 điều khiển ON/OFF PLC - Cảm biến lưu lượng: F=7,5 x Q Tank 2: Bình chứa chất lỏng bơm vào có gắn cảm biến: +Cảm biến báo đầy bồn LEVEL SWITCH + Cảm biến đo áp suất + Cảm biến đo mức LEVEL SENSOR - Cảm biến đo lưu lượngVan xả SV điều khiển điện Công tắc điều van xả SW- SV: +ON- val SV nối nguồn +12vdc +OFF –khóa van SV +AUTO – van SV điều khiển ON/OFF PLC III - Tiến hành thí nghiệm Bước 1: Đấu nối ngõ vào PLC : PLC sử dụng ngõ vào - I0.0 nối công tắc s5 làm công tắc ON/OFF động bơm M1 I0.1 nối công tắc s6 làm công tắc ON/OFF van xả SV I0.2 nối LEVEL SWITCH báo mức đầy TANK I0.3 nối LEVEL SWITCH báo mức đầy TANK - I0.4 nối FLOW SENSOR làm ngõ vào đếm tần số xung vcamr bi ến l ưu lượng PLC sử dụng ngõ ra: - Q0.0 nối INPUT MOTOR điều khiển động bơm - Q0.1 nối INPUT SV điều khiển van xả SV Bước 2: Nếu TANK cịn nước, ON cơng tắc SW – SV để xả nước Bước 3: OFF công tắc SW –SV để khóa van xả Bước 4: ON cơng tắc SW1 để bơm nước vào TANK2 Bước 5: Quan sát tín hiệu từ cảm biến đo mức (LEVEL SENSOR ) Lập trình điều khiển phần mềm TIA PORTAL – S71200: IV - Thu thập kết từ trình đo nhận xét Kết đo: Chiếu cao mức nước (cm) Điện áp đo (v) 10 15 20 25 30 0.447 1.226 1.8 2.1 2.5 2.8 Mô mơ hình hệ thống bình chất lỏng: Tín hiệu vào độ mở (hoặc lưu lượng) van vào In Flow, tín hiệu mức chất lỏng bình lever cịn nhiễu độ mở van Out Flow Xây dựng mơ hình tốn cho hệ thống Phương trình cân vật chất: Trong đó: A tiết diện cắt ngang bình chứa (coi từ xuống) Phương trình mơ hình trạng thái xác lập: Trừ vế (1) – (2) ta được: A= 3 Mô hệ thống phần mềm Matlab Với thơng số • Course Number = 54 • Class Number = 14 • Namelist Number = 10 Cho tín hiệu tác động bậc thang đầu vào ta có đáp ứng c hàm đ ộ có dạng qn tính bậc Từ lý thuyết đồ thị ta xác định tham số mơ sau: T=2.6 K=9/(7-2.6) = 2.1 Để kiểm chứng mơ hình ta dùng mơ hình sau: Nhận thấy đồ thị mô đồ thị nhận dạng có sai khác nh ất định Để đạt sai số tối thiểu, ta điều chỉnh tham s ố K T V ới K = 2.4 T = 3.9, ta có đồ thị: • Các sách lược điều khiển Sách lược sử dụng: điều khiển phản hồi điều khiển tầng Vì: • Q trình bình định mức khâu tích phân khơng có tính tự cân b ằng, điều khiển truyền thẳng khơng làm thay đổi tính ổn đ ịnh c h ệ thống Nên tác động nhỏ nhiễu làm hệ thống tới tr ạng thái m ất cân • Điều khiển tỉ lệ áp dụng cho hệ thống : trì quan hệ biến nhằm điều khiển gián tiếp biến thứ 3, mà điều ển bình mức ch ỉ có biến điều khiển nên khơng áp dụng • Điều khiển lựa chọn điều khiển phân vùng cần bi ến ều khiển mà bình định mức có biến điều khiển Hàm truyền đạt đầy đủ PID: Thiết kế sách lược điều khiển (điều khiển phản hồi) Tính tốn thơng số điều khiển theo công thức Ziegler Nichol v ới thông số sau: K=2.4; T=3.9 Bộ điều khiển Kc P 1/K = 0.42 PI 0.9/K = 0.375 PID 1.2/K = 0.5 Dạng hàm truyền đạt PID: Lưu đồ P&ID: Sơ đồ simulink: Ti Td 10T/3 = 13 2T = 5.8 0.5T = 1.95 So sánh giá trị SP Level (bằng scope), Bộ điều khiển PI (P = 0.42), chọn stoptime = 710 = SHSV Nhận xét: Bộ điều khiển đạt giá trị đặt th ời gian đ ộ lớn Bộ điều khiển PI (P = 0.375, I = 0.03), stoptime = 2*SHSV = 1420 Nhận xét: Bộ điều khiển đạt giá trị đặt có độ ều chỉnh lớn nhiều so với điều khiển P, có khâu tích phân Bộ điều khiển PID (P = 0.5, I = 0.09, D = 0.975), stoptime = 3*SHSV =2130 Nhận xét: Bộ điều khiển PID có tính chất tương tự PI, nhiên th ời gian độ lớn Với sách lược điều khiển phản hồi vịng đơn cần P đáp ứng đủ yêu cầu bám giá trị đặt Khi thực mô với b ộ điều ển PI PID xảy tượng mức nước vượt quá, đạt ổn định Đây tượng bão hịa tích phân (Reset Winup), thường xảy b ộ ều khiển có chứa khâu I (Integral), có đặc điểm: - Độ điều chỉnh lớn - Thời gian độ dài - Tồn sai lệch tĩnh lớn Để khắc phục ta xây dựng sơ đồ có thêm khâu chống bão hịa tích phân Sử dụng khâu chống bão hịa tích phân: + PI-RW: Sơ đồ:Khâu PI nối tiếp với khâu chống bão hịa tích phân: Trong đó: Thơng số khâu PI-RW xác định theo Zinger Nichol sau: Gain: K=Kc=0.375 Gain1: K=1/Ti=0.077 Gain2: chọn khoảng từ -> Ti, K = Sơ đồ simulink: Kết mô phỏng: với stoptime = SHSV = 710 Nhận xét: có chống bão hịa giảm b ớt độ ều ch ỉnh , chất lượng điều khiển tốt + PID-RW: Sơ đồ :Khâu PID nối tiếp với khâu chống bão hịa tích phân: Trong đó: Thông số khâu PID-RW xác định theo Zinger Nichol sau: Gain: K=Kc=0.5 Gain1: K=1/Ti=0.172 Gain2: khoảng từ -> Ti, chọn K = Gain3: K=Td=1.95 Kết mô với stoptime = *SHSV = 2130 Sử dụng điều khiển PI-RW PID-RW ta thấy gi ảm hi ện tượng bão hòa tích phân, tín hiệu nhanh chóng bám tới tín hi ệu chủ đ ạo mà không dao động nhiều, q trình nhanh chóng đến ổn định: - Độ điều chỉnh nhỏ - Thời gian độ nhanh - Đã giảm sai lệch tĩnh xuống mức thấp Sử dụng điều khiển phản hồi không cần đo lưu lượng đầu Có thể kết hợp điều khiển phản hồi điều khiển truyền thẳng đ ể đạt chất lượng điều khiển tốt Khi đầu từ điều khiển phản hồi LC cộng với tín hiệu đo lưu lượng trước đưa xuống van điều chỉnh dòng cấp Trong đầu từ điều khiển phản hồi có vai trò ổn định h ệ thống triệt tiêu sai lệch tĩnh, thành phần bù nhiễu giúp h ệ đáp ứng nhanh với lưu lượng không đổi  ... nhằm điều khiển gián tiếp biến thứ 3, mà điều ển bình mức ch ỉ có biến điều khiển nên khơng áp dụng • Điều khiển lựa chọn điều khiển phân vùng cần bi ến ều khiển mà bình định mức có biến điều khiển. .. mức thấp Sử dụng điều khiển phản hồi không cần đo lưu lượng đầu Có thể kết hợp điều khiển phản hồi điều khiển truyền thẳng đ ể đạt chất lượng điều khiển tốt Khi đầu từ điều khiển phản hồi LC... đầy đủ PID: Thiết kế sách lược điều khiển (điều khiển phản hồi) Tính tốn thơng số điều khiển theo công thức Ziegler Nichol v ới thông số sau: K=2.4; T=3.9 Bộ điều khiển Kc P 1/K = 0.42 PI 0.9/K