1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink

52 15 1

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thiết Kế Hệ Điều Khiển Cho Bàn Thí Nghiệm Điều Khiển Áp Suất Sử Dụng Matlab Simulink
Tác giả Trần Minh Điệp
Người hướng dẫn TS. Đỗ Trọng Hiếu
Trường học Hà Nội
Thể loại Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản 2019
Định dạng
Số trang 52
Dung lượng 2,02 MB

Cấu trúc

  • Chương 1 Giới thiệu mô hình bàn thí nghiệm điều khiển áp suất (8)
    • 1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển quá trình (8)
    • 1.2. Mô hình bàn thí nghiệm (11)
      • 1.2.2. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của bàn thí nghiệm (12)
    • 1.3. Các thiết bị sử dụng trong bàn thí nghiệm (14)
      • 1.3.1. Thiết bị điều khiển compactlogix L32E (14)
      • 1.3.2. I/P Converter và van điều khiển khí nén (18)
      • 1.3.3. Các thiết bị khác (19)
  • Chương 2 Tổng quan về OPC và các giao thức (23)
    • 2.1. Tổng quan về chuẩn OPC (23)
      • 2.1.2. OPC server (26)
      • 2.1.3. OPC Client (27)
      • 2.1.4. OPC link (28)
    • 2.2. Khối OPC Toolbox trong matlab (29)
    • 2.3. Kết nối OPC và Rslogix500 (34)
  • Chương 3 Xây dựng các phương pháp điều khiển cho bàn thí nghiệm (35)
    • 3.1. Mô hình hóa đối tượng (35)
    • 3.2. Sử dụng bộ điều khiển PID (37)
      • 3.2.1. Lý thuyết PID và chỉnh định (37)
      • 3.2.2. Chương trình điều khiển (40)
    • 3.3. Sử dụng bộ điều khiển mờ (43)
      • 3.3.1. Lý thuyết điều khiển mờ (43)
      • 3.3.2. Xây dựng bộ điều khiển PI tự chỉnh dùng điều khiển mờ (45)
  • KẾT LUẬN (51)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (52)

Nội dung

Trong thời buổi khoa học kỹ thuật về tự động hóa ngày càng phát triển vượtt bậc và được ứng dụng rộng rãi ừong hầu hết các xí nghiệp, phân xưởng... Các hệ thống điều khiển quá trình dùng PLC ngày càng được sữ dụng rộng rãi và phổ biến để thay thế cho các thao tác chân tay không đạt đựơc độ chính xác cao. Ngoài ra trong công nghiệp sử dụng rất rộng rãi hệ thống khí nén trong các cơ cấu chấp hành, việc đo lường cũng như điều khiển áp suất khí nén một các tối ưu là rất quan trọng. Từ thực tế trên chúng em xin tìm hiểu đề tài :“Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink” và dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Đỗ Trọng Hiếu . Nội dung đồ án gồm: Chương 1 : Giới thiệu mô hình bàn thí nghiệm điều khiển áp suất Chương 2 : Tổng quan về OPC và các giao thức Chương 3 : Xây dựng các phương pháp điều khiển cho bàn thí nghiệm

Giới thiệu mô hình bàn thí nghiệm điều khiển áp suất

Tổng quan về hệ thống điều khiển quá trình

Hệ thống điều khiển quá trình giúp can thiệp hợp lý vào các biến đầu vào để đảm bảo biến ra đạt chỉ tiêu và giảm thiểu tác động xấu đến con người và môi trường Việc theo dõi và giám sát các diễn biến của quá trình cùng với các tham số và trạng thái hoạt động của các thành phần trong hệ thống là rất quan trọng Một hệ thống điều khiển bao gồm ba thành phần cơ bản: đối tượng điều khiển (Object - O), thiết bị điều khiển (Controller - C) và thiết bị đo lường (Measuring Device - M) Đối tượng điều khiển là thành phần có tín hiệu ra cần được điều khiển, trong khi thiết bị điều khiển bao gồm các phần tử tạo ra giá trị điều khiển tác động lên đối tượng để đạt giá trị mong muốn.

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động điển hình

Biến cần điều khiển (CV) là một biến trạng thái trong quá trình điều khiển, được điều chỉnh để đạt gần với giá trị mong muốn (set point, SP) hoặc theo tín hiệu mẫu.

Biến điều khiển (manipulated variable, MV) là một biến đầu vào trong quá trình mà có thể được can thiệp trực tiếp từ bên ngoài, nhằm điều chỉnh biến ra theo mong muốn.

Một biến cần điều khiển trong quá trình công nghệ không nhất thiết là biến điều khiển, vì thường chúng là các sản phẩm đầu ra Độ chính xác trong việc đo lường thành phần hoặc ảnh hưởng của nhiễu thường phản ánh chậm trong sự thay đổi của sản phẩm đầu ra Để giải quyết vấn đề này, người ta thường chọn một biến khác, đó là thành phần sản phẩm có mối quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ, dễ đo hơn và phản ánh nhanh hơn ảnh hưởng của nhiễu.

Tác động từ bên ngoài lên hệ thống được gọi là tác động nhiễu, bao gồm hai loại chính: nhiễu quá trình (disturbance) và nhiễu đo (noise) Nhiễu quá trình là những biến tác động cố hữu lên quá trình mà không thể can thiệp, trong khi nhiễu đo gây ra sai số trong giá trị đo được.

Sai lệch điều khiển (Controller Error) được định nghĩa là e = r - b, trong đó e là sai lệch, r là tín hiệu giá trị đặt và b là tín hiệu đo được từ quá trình Sai lệch này sẽ được đưa vào bộ điều khiển để điều chỉnh, nhằm giảm thiểu sai lệch về không, giúp tín hiệu cần điều khiển theo sát giá trị đặt.

 Phân loại hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, nhưng trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào một phương pháp phân loại chính để làm rõ vị trí và giới hạn của lý thuyết đang nghiên cứu Cụ thể, hệ thống ĐKTĐ được chia thành hai loại chính: hệ thống tuyến tính và hệ thống phi tuyến, dựa trên tính chất của các phần tử trong hệ thống.

- Hệ tuyến tính là hệ thống mà tất cả các phần tử của nó đều là tuyến tính

- Hệ phi tuyến là hệ thống mà chỉ cần một trong các phần tử của nó là phi tuyến

Lý thuyết điều khiển tự động chủ yếu tập trung vào nghiên cứu hệ tuyến tính, với đặc trưng quan trọng nhất là nguyên lý xếp chồng Nguyên lý này cho phép tín hiệu ra của phần tử tuyến tính bằng tổ hợp tương ứng của các tín hiệu ra thành phần khi có tổ hợp tín hiệu tác động ở đầu vào Ngược lại, hệ thống phi tuyến không sở hữu tính chất này.

Hệ thống tuyến tính được phân thành hai loại dựa trên tính chất truyền tín hiệu: hệ thống liên tục tuyến tính và hệ thống rời rạc tuyến tính Trong đó, các khái niệm liên tục và rời rạc được hiểu theo biến thời gian.

- Hệ thống liên tục tuyến tính nếu tất cả các tín hiệu xuất hiện trong hệ thống đều là tín hiệu liên tục theo thời gian

- Hệ thống rời rạc tuyến tính nếu chỉ cần một tín hiệu xuất hiện trong hệ thống tín hiệu rời rạc theo thời gian

Dựa trên thông tin thu thập về đối tượng điều khiển và đặc tính của nó, cần xây dựng hệ thống thiết bị điều khiển phù hợp để đảm bảo chất lượng điều khiển Hệ thống liên tục tuyến tính được chia thành hai loại: hệ điều khiển thông thường và hệ điều khiển tự thích nghi.

Hệ thống tuyến tính được thiết kế cho các đối tượng có thông tin ban đầu đầy đủ, với cấu trúc và tham số của thiết bị điều khiển không thay đổi Tuy nhiên, khi thông tin ban đầu không đầy đủ hoặc quy trình công nghệ có yêu cầu đặc biệt, hệ thống tuyến tính không còn phù hợp và cần xây dựng hệ thống thích nghi Hệ thống thích nghi không chỉ có cấu trúc thông thường mà còn bao gồm các thiết bị đặc biệt nhằm đảm bảo chất lượng của quá trình điều khiển.

Hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) được chia thành hai loại chính: hệ thống hở và hệ thống kín Trong hệ thống hở, tín hiệu của đại lượng cần điều chỉnh không được áp dụng trong quá trình tạo ra tác động điều khiển Ngược lại, hệ thống kín sử dụng phương pháp điều khiển dựa trên sai lệch để thực hiện các điều chỉnh cần thiết.

Tín hiệu đo được từ đại lượng cần điều khiển được phản hồi về đầu vào của hệ thống, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo ra tác động điều khiển hiệu quả.

Việc phân loại các hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) chỉ là một phương pháp, nhưng các loại hệ thống này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Chẳng hạn, trong hệ thống tuyến tính, chúng ta có thể thấy sự tồn tại của hệ thống liên tục và hệ thống rời rạc.

Mô hình bàn thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm điều khiển áp suất 38-714 của hãng Feedback giúp sinh viên làm quen và thực hành đo lường cũng như điều khiển các quá trình thực tế.

Hình 1.2 Bàn thí nghiệm thực tế

1.2.2 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của bàn thí nghiệm a) Sơ đồ bàn thí nghiệm

Các thiết bị trong mô hình:

 Thiết bị lọc khí đầu vào (Filter)

 Hai núm điều chỉnh áp suất R1, R2

 Thiết bị biến đổi tín hiệu dòng điện/ áp suất (I/ P Converter)

 Van điều khiển khí nén (Pneumatic Control Valve)

 Cảm biến áp suất (Pressure Sensor)

 Một bộ chuyển đổi đo chuẩn (Transmitter)

 Một bình khí nén ở cuối quá trình (Tank)

 Một lưu lượng kế thuỷ tinh (Flowmeter)

 Sáu van đóng mở bằng tay kí hiệu từ V1÷ V6 (Manual valve)

 Sáu áp kế kí hiệu từ G1- G6 b) Nguyên lý hoạt động của bàn thí nghiệm

Khí nén được tạo ra từ thiết bị nén khí, sau đó được đưa vào bộ lọc (Filter) để loại bỏ các tạp chất như hơi nước và bụi bẩn, nhằm bảo vệ hệ thống khỏi hư hại.

Hình 1.3 Sơ đồ kết nối các thiết bị bàn thí nghiệm điều khiển áp suất

7 hỏng cũng như gây sai số cho các thiết bị chấp hành, các thiết bị đo) Khí sau đi qua Filter sẽ chia làm hai nhánh:

Nhánh 1 sẽ đi qua van giảm áp R1, có chức năng điều chỉnh áp lực trong toàn bộ quá trình hoạt động, đảm bảo áp suất đầu vào và ra được cân bằng, từ đó giúp hệ thống vận hành ổn định và an toàn Sau khi qua van giảm áp, dòng khí sẽ được chuyển đổi thành áp suất khí thông qua bộ I/P converter Dựa vào áp suất khí đã được biến đổi, van khí nén sẽ được điều chỉnh độ mở, với mỗi độ mở tương ứng với một áp suất điều chỉnh cố định.

Nhánh 2 đi qua van giảm áp R2, tương tự như van R1, với đầu ra là lưu lượng kế thủy tinh giúp đo lưu lượng khí nén một cách trực quan Khí nén sau đó được dẫn đến phần chấp hành của van khí nén, nơi van sẽ hoạt động đóng mở theo tỷ lệ với độ mở tối thiểu và tối đa Qua van, khí nén tiếp tục được đo bằng cảm biến áp suất Cuối cùng, khí nén sẽ được phân phối vào hai hướng: một hướng vào bình khí nén đặt sau bảng thí nghiệm và hướng còn lại ra môi trường qua hai đường dẫn được kiểm soát bởi van tay.

Mục tiêu của bài viết này là điều khiển van khí nén để duy trì áp suất tại điểm đo, nơi thiết bị đo chuyển đổi áp suất đường khí thành tín hiệu điện mA gửi về module analog input của PLC Cần lưu ý rằng bình khí nén sau bảng thí nghiệm không kín và có một van điều chỉnh bằng tay để thoát khí, được coi là nguồn biến nhiễu Để giải quyết vấn đề này, chúng ta sử dụng thiết bị điều khiển PLC Compaclogix L32E với các module vào ra analog để nhận tín hiệu áp suất và truyền tín hiệu điều khiển đến van áp suất Có nhiều phương pháp thiết kế bộ điều khiển như PDI, bộ điều khiển mở, hoặc bộ điều khiển neuron, tuy nhiên việc sử dụng các khối điều khiển có sẵn trong PLC cũng gặp một số khó khăn.

Đối với sinh viên mới học điều khiển quá trình và có ít kiến thức về PLC, giải pháp hiệu quả là thiết kế bộ điều khiển bằng phần mềm Matlab, một công cụ phổ biến trong giới sinh viên Sau đó, thông qua giao thức giao tiếp OPC, chúng ta có thể truyền thông tin từ Matlab đến PLC Phương pháp này không chỉ giúp sinh viên nhanh chóng tiếp cận mục tiêu của bàn thí nghiệm mà còn cho phép thiết kế nhiều bộ điều khiển khác nhau mà không bị giới hạn bởi các khối định sẵn trong PLC.

Các thiết bị sử dụng trong bàn thí nghiệm

1.3.1 Thiết bị điều khiển compactlogix L32E

Compactlogix là dòng PAC thuộc họ Logix, thiết kế cho các ứng dụng vừa và nhỏ, với khả năng hỗ trợ dưới 1000 I/O Dòng sản phẩm này kế thừa những ưu điểm vượt trội từ Controllogix, mang đến cho người dùng sự linh hoạt trong việc lựa chọn giải pháp cho các ứng dụng của mình, từ máy độc lập đến dây chuyền sản xuất và hệ thống SCADA.

CompactLogix 1769– L32E cung cấp bộ điều khiển tích hợp cổng giao tiếp EthernetIP, RS 232, module 1769 SDN DeviceNet dùng đểgiao tiếp với mạng DeviceNet, module I/ODigital, Analog

Hình 1.4 Cấu trúc một bộ Compactligix L32E

3 1769-IQ32 Sinking/Sourcing 24VDC Input (Local 2)

4 1769-OB32 Current Sourcing 24VDC Output (Local 3)

- Phần mềm lập trình : RSLogix 5000 Enterprise Series

- Các ngôn ngữ lập trình :Relay ladder ,Function block diagram, Structured text ,Sequential function block

- Các cổng truyền thông : 1 EtherNet/IP port và 1 RS-232 serial port (DF1 or ASCII)

Các lựa chọn truyền thông : EtherNet/IP ,ControlNet ,DeviceNet Ở phòng thí nghiệm ta sử dụng Ethernet/IP

- Khả năng mở rộng : max là 16 modules 1769

- Cơ chế giao tiếp : hỏi đáp tuần tự

- Tốc độ vòng quét : đối với các module số và tương tự

- Xử lí đồng thời 6 tác vụ (task) trong đó có duy nhất 1 tác vụ mặc định (continuous task) c) I/O

- CompactLogix L32E có 2 module vào ra :

+ Vào ra số sử dụng tín hiệu một chiều

Module 1769-IQ32 cung cấp 32 đầu vào số (digital DC Input) với điện áp 24V Mỗi đầu vào yêu cầu dòng điện tối thiểu 2mA khi ở trạng thái On và tối đa 1,5mA khi ở trạng thái Off.

- Đầu ra số (digital DC Output) sử dụng module 1769-OB32 có 32 đầu ra, điện áp 24V

- Đầu vào tương tự (Analog Input)

 Các thông số: Số ngõ vào: 4 tín hiệu điện áp, 4 tín hiệu dòng điện

Hình 1.5 Module 1769– IF4 Analog Input

 Có 4 kênh lựa chọn mức điện áp : -10 ÷ 10VDC, 0 ÷ 10VDC, 0 ÷ 5VDC, 1 ÷ 5 VDC Giá trị dòng điện tại 5V là 105mA

 Có 2 kênh lựa chọn mức dòng điện: 0 ÷ 20mA, 4 ÷ 20mA

- Đầu ra tương tự (Analog Output)

 Số lượng ngõ ra: 2 ngõ ra điện áp, 2 ngõ ra dòng điện

 Có 4 kênh lựa chọn mức điện áp: -10 ÷ 10 VDC, 0 ÷ 10 VDC, 0 ÷ 5 VDC,1 ÷ 5 VDC Giá trị dòng điện tại 5V là 120mA

 Có 2 kênh lựa chọn mức dòng điện: 0 ÷ 20mA, 4 ÷ 20mA

- Nguồn nuôi của PLC CompactLogix 1769-L32E dùng nguồn 1769-PA2 công suất 110VA ở điện áp 110V AC, và 130

Hình 1.6 Module 1769–OF2 Analog Output

1.3.2 I/P Converter và van điều khiển khí nén a) I/P Converter

Trong mô hình thí nghiệm điều khiển áp suất, hệ thống bao gồm thiết bị biến đổi tín hiệu dòng/áp suất (I/P Converter) và cơ cấu truyền động khí nén, với van điều khiển đóng vai trò là phần tử điều khiển chính.

Thiết bị biến đổi tín hiệu dòng/áp suất (I/P Converter) là một thành phần quan trọng trong hệ thống tự động hóa, có chức năng chuyển đổi tín hiệu điện từ bộ điều khiển thành tín hiệu khí nén để điều khiển van Tín hiệu đầu vào của thiết bị này nằm trong khoảng 4-20mA, trong khi tín hiệu đầu ra đạt từ 3 đến 15psi (0,2 - 1 bar).

Van điều khiển khí nén là thiết bị chấp hành quan trọng và phổ biến trong các hệ thống điều khiển quá trình, giúp điều chỉnh lưu lượng chất lỏng qua các đường ống Cấu tạo của van bao gồm thân van kết hợp với một cơ chế chấp hành, đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong việc điều khiển lưu lượng.

(cùng với các phụ kiện liên quan) có khả năng thay đổi độ mở van theo tín hiệu điều khiển

Cơ chế chấp hành van (actuator valve): một cơ chế truyền động khí nén để định vị thành phần đóng mở van

Trong mô hình thí nghiệm điều khiển áp suất, van điều khiển được sử dụng là loại van điện khí, cho phép điều chỉnh độ đóng mở thông qua việc thay đổi tín hiệu điều khiển đầu vào.

Hình 1.7 Thiết bị chấp hành trong hệ thống điều khiển áp suất

Converter chuyển đổi tín hiệu vào từ 4 – 20mA thành áp suất khí nén tương ứng, giúp đóng mở van một cách chính xác.

+ 4mA tới đầu vào Converter = 3 psi từ đầu ra Converter (chỉ thị trên áp kế G2) Van điều khiển khí nén mở

+ 20mA tới đầu vào Converter psi từ đầu ra Conveter (chỉ thị trên áp kế G2)  Van điều khiển khí nén đóng

Van điều khiển trong thí nghiệm điều khiển áp suất là loại van mở an toàn, hoạt động hoàn toàn mở khi không có tín hiệu điều khiển Chiều tác động của van là thuận, tức là khi tín hiệu điều khiển tăng, độ mở của van sẽ giảm.

1.3.3 Các thiết bị khác a) Thiết bị lọc khí đầu vào (Filter)

Bộ lọc khí nén, hay còn gọi là bộ lọc gió, có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy nén khí khỏi bụi bẩn, hơi dầu và nước có trong không khí trước khi vào bình nén Việc sử dụng bộ lọc này không chỉ nâng cao chất lượng khí nén mà còn đảm bảo hiệu quả cho quá trình sản xuất, giúp tiết kiệm chi phí lao động đáng kể.

Hình 1.8 Cấu trúc tiêu biểu của một van khí nén

Mỗi loại máy bơm khí nén đều bao gồm ba bộ phận chính: van lọc, van tra dầu và van điều chỉnh áp suất Van lọc có nhiệm vụ tách chất bẩn và hơi nước khỏi khí nén, trong khi van điều chỉnh áp suất giữ cho áp suất luôn ổn định Van tra dầu giúp giảm ma sát, ngăn ngừa sự ăn mòn và gỉ sét trong hệ thống điều khiển khí nén.

Thiết bị đo áp suất đầu ra ghi nhận và trả tín hiệu về analog input của CPU Thiết bị đo gồm 2 thành phần cơ bản :

Cảm biến áp suất có khả năng tự động đo áp suất và truyền tín hiệu phản hồi từ hệ thống Tuy nhiên, cần lưu ý rằng áp suất tối đa mà cảm biến này có thể chịu đựng là 30psi; nếu vượt quá mức này, cảm biến có thể bị hư hỏng.

Bộ chuyển đổi đo chuẩn (Transmitter) là thiết bị chuyển đổi có đầu ra tín hiệu chuẩn như 0-10V, 0-20V, 4-20mA, RS-485, trong đó Transmitter trong hệ thống điều khiển áp suất thường sử dụng chuẩn 4-20mA để truyền tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển.

Từ đó ta có công thức tính giá trị mà PLC nhận được thông qua bộ chuyển đổi là : Giá trị áp suất = áp suất thực(psi)*

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ tách nước khí nén

 Lưu lượng kế thuỷ tinh (Flowmeter)

Lưu lượng kế là thiết bị quan trọng dùng để đo lưu lượng và tốc độ dòng chảy của chất lỏng trong các hệ thống xử lý nước Khi được kết hợp với van điều tiết, thiết bị này có khả năng kiểm soát hiệu quả tốc độ dòng chảy.

Lưu lượng kế được cấu tạo từ ba bộ phận chính: cân đo, phao và ống đo Để kiểm soát dòng chảy hiệu quả, cần lắp đặt thêm van điều tiết khi cần thiết.

Lưu lượng kế được lắp đặt theo chiều dọc của dòng chảy chất lỏng, với phao có đường kính gần bằng đường kính ống để đảm bảo hoạt động hiệu quả Phao hình cầu được thiết kế để nằm gọn trong các ống dòng chảy, sẽ được nâng lên khi chất lỏng đi vào ống Khi chất lỏng chảy qua, phao sẽ nổi lên và dừng lại ở vị trí mà dòng chảy đủ lớn, cho phép toàn bộ lượng chất lỏng chảy qua.

Hình 1.10 Lưu lượng kế thủy tinh

Tổng quan về OPC và các giao thức

Tổng quan về chuẩn OPC

OPC, viết tắt của OLE for Process Control, là một tiêu chuẩn công nghiệp được phát triển thông qua sự hợp tác giữa các nhà cung cấp phần cứng và phần mềm tự động hóa hàng đầu cùng Microsoft Tiêu chuẩn này hoạt động theo cơ chế client-server, mang lại tính linh hoạt và khả năng tương thích giữa các thành phần từ nhiều nhà sản xuất khác nhau OPC cũng định nghĩa một số giao diện phân tán, không phụ thuộc vào các mạng công nghiệp cụ thể, giúp tối ưu hóa quy trình tự động hóa trong ngành công nghiệp.

Trong thực tế, có hai cấu trúc để kết nối PLC với phần mềm SCADA:

 Cấu trúc 1(không dùng OPC):

Việc kết nối phần mềm SCADA với các PLC từ nhiều nhà sản xuất khác nhau gặp khó khăn do yêu cầu phải có driver cho từng thiết bị Ngược lại, để một PLC tương thích với nhiều phần mềm SCADA, cần phát triển nhiều phiên bản driver, điều này có thể gây khó khăn liên quan đến bản quyền Để đơn giản hóa quy trình này, việc sử dụng một cầu trung gian thống nhất trong cấu trúc số 2 là giải pháp hiệu quả.

PLC  phần mềm driver  OPC Sever  OPC Client  phần mềm SCADA

Nhà sản xuất PLC chỉ cần phát triển một driver kết nối PLC và xuất dữ liệu dưới dạng OPC Server, mà không cần quan tâm đến phần mềm SCADA Tương tự, nhà sản xuất phần mềm SCADA chỉ cần tích hợp một module OPC Client để kết nối với bất kỳ OPC nào mà không cần lo lắng về các PLC.

Cấu trúc 1 có ưu điểm nổi bật về tốc độ nhanh hơn so với cấu trúc 2, nhờ vào việc không cần qua cầu trung gian Các công ty lớn như Siemens thường kết hợp cả hai cấu trúc trong sản phẩm của mình Chẳng hạn, phần mềm WinCC của Siemens tích hợp driver để đọc trực tiếp từ PLC S7, đồng thời cũng hỗ trợ OPC client, cho phép kết nối với PLC của nhiều hãng khác.

- Cho phép các ứng dụng khai thác, truy cập dữ liệu theo một cách đơn giản thống nhất

- Hỗ trợ truy cập dữ liệu theo cơ chế hỏi tuần tự (polling) hoặc theo sự kiện (event- driven)

Hình 2.1 Ứng dụng OPC trong công nghiệp

- Được tối ưu cho việc sử dụng trong mạng công nghiệp

- Kiến trúc không phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị

- Linh hoạt và hiệu suất cao

- Sử dụng được từ hầu hết các công cụ phần mềm SCADA thông dụng, hoặc một ngôn ngữ bậc cao (C++,Visual Basic, Delphi, )

Cốt lõi của OPC là chương trình phần mềm gọi là “OPC server”, bao gồm các mục dữ liệu (OPC - Item) được tổ chức thành các nhóm (OPC - Group) Thông thường, một OPC-Server đại diện cho thiết bị thu thập dữ liệu như PLC, RTU, I/O hoặc cấu hình mạng truyền thống, trong khi các OPC-Items thể hiện các biến quá trình và các tham số điều khiển.

OPC được phát triển từ công nghệ COM với mục tiêu đơn giản hóa và chuẩn hóa việc khai thác dữ liệu từ các thiết bị cận trường và thiết bị điều khiển, tương tự như cách khai thác dữ liệu từ hệ thống cơ sở dữ liệu thông thường Khác với COM, OPC không yêu cầu thực hiện khai thác cụ thể mà chỉ định nghĩa một số giao diện chuẩn Thay vì sử dụng C/C++ để định nghĩa giao diện lập trình như thông thường, OPC sử dụng ngôn ngữ được gọi là Interface Definition Language (IDL), ngôn ngữ này không phụ thuộc vào nền tảng cài đặt hay ngôn ngữ lập trình.

Hình 2.2 Kiến trúc sơ lược của OPC

Trong kiến trúc OPC, hai đối tượng thành phần quan trọng nhất là OPC-server và OPC-Group OPC-server chịu trách nhiệm quản lý việc sử dụng và khai thác dữ liệu, trong khi OPC-Group tổ chức các phần tử dữ liệu (items) thành từng nhóm để dễ dàng truy cập Mỗi item thường tương ứng với một biến trong quá trình kỹ thuật hoặc thiết bị điều khiển.

Một OPC server đóng vai trò quan trọng trong việc truy cập dữ liệu, thiết lập kết nối giữa giao diện OPC và nhiều nguồn dữ liệu khác nhau Nó kết nối với bộ điều khiển thông qua các giao thức truyền thông, thường dựa trên các trình điều khiển đặc biệt và quy trình điều khiển để thiết lập giao diện và xử lý phần cứng Server này cung cấp các ứng dụng qua giao diện OPC dựa trên cấu trúc COM/DCOM, cho phép các ứng dụng này sử dụng dịch vụ của OPC server như một OPC client.

OPC server là một đối tượng phân tán cung cấp giao diện OPC chuẩn cho các ứng dụng, cho phép giao tiếp qua các mạng công nghiệp thông qua các lời gọi đơn giản.

Hình 2.3 OPC cùng giao thức truyền nhận

21 thống nhất không phụ thuộc vào mạng công nghiệp được thực hiện thông qua các lời gọi đơn giản, tạo ra sự đồng nhất không phụ thuộc vào mạng truyền thông trong việc sử dụng giao thức.

OPC Server hỗ trợ hai phương pháp truy cập dữ liệu

- Polling : Client chủ động yêu cầu Sever cung cấp dữ liệu mỗi khi cần

Mô hình Publisher/Subscriber cho phép khách hàng gửi yêu cầu đến Server chỉ một lần, sau đó nhận dữ liệu theo các cách khác nhau như theo chu kỳ, theo sự thay đổi của dữ liệu hoặc dựa trên sự kiện cụ thể Phương pháp này được biết đến với tên gọi truy cập không đồng bộ.

Bằng cách thiết lập mẫu COM trong client với các giao diện riêng biệt, OPC server có thể hiểu rõ hơn về quá trình truy cập của client đến một bộ điều khiển đã được cấu hình Việc thực thi các giao diện này sẽ được thực hiện thông qua giao diện tương ứng.

“TOPCGroupStateMgt” Group(s) cho phép các quá trình đọc và ghi tới các biến Các phương pháp truy cập sau có thể thực hiện

 Đọc ghi không đồng bộ

Chuẩn OPC hiện nay quy định hai loại giao diện chính: Giao diện tùy chỉnh (Custom Interfaces) và Giao diện tự động hóa (Automation Interface) Giao diện tùy chỉnh bao gồm một số giao diện dựa trên mô hình COM thuần túy, trong khi giao diện tự động hóa được phát triển dựa trên công nghệ tiên tiến hơn.

Hình 2.4 Hình Kiến trúc Client / Server trong OPC

Sự khác biệt giữa hai kiểu giao diện OLE-Automation nằm ở mô hình đối tượng, ngôn ngữ lập trình hỗ trợ và tính năng, hiệu suất sử dụng Giao diện Custom sử dụng ngôn ngữ C/C++, mặc dù phức tạp hơn nhưng mang lại hiệu suất cao nhờ vào việc dựa trực tiếp trên các đối tượng COM Trong khi đó, Giao diện Automation sử dụng ngôn ngữ đơn giản hơn và phương pháp lập trình dễ dàng, tuy nhiên hiệu suất lại thấp hơn do dựa vào công nghệ COM automation.

Wonderware OPCLink là ứng dụng trên Windows giúp chuyển đổi các giao thức, cho phép truyền dữ liệu giữa các ứng dụng và OPC servers trên cùng một máy hoặc trên hai máy khác nhau Ứng dụng này tự động nhận diện phiên bản của “OPC Data Access” và sử dụng phiên bản mới nhất để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

OPCLink kết nối tới OPC servers , chuyển đổi các lệnh của client sang chuẩn OPC , và truyền dữ liệu lại client sử dụng các chuẩn : DDE , FastDDE , SuiteLink

Khối OPC Toolbox trong matlab

MATLAB® là phần mềm do MathWorks phát triển, cung cấp môi trường tính toán số và lập trình Phần mềm này cho phép người dùng thực hiện các phép toán với ma trận, vẽ đồ thị hàm số và biểu đồ thông tin, cũng như thực hiện các thuật toán phức tạp Ngoài ra, MATLAB hỗ trợ tạo giao diện người dùng và kết nối với các chương trình viết bằng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau.

OPC Toolbox™ là một công cụ mở rộng cho MATLAB® và Simulink® giúp tương tác với các máy chủ OPC Công cụ này cho phép người dùng đọc và ghi nhật ký dữ liệu OPC từ các thiết bị công nghiệp như hệ thống điều khiển phân tán, hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu, cũng như các thiết bị điều khiển PLC Nhờ OPC Toolbox™, MATLAB và Simulink có khả năng tương tác hiệu quả với những thay đổi từ máy chủ OPC.

OPC Toolbox là công cụ hữu ích trong việc phân tích dữ liệu và dự đoán lỗi hệ thống, lỗi máy chủ hoặc thay đổi biến trong quá trình công nghệ Nó được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp để mô phỏng và thiết kế các thuật toán cho các quy trình thực tế.

Khi sử dụng trong MATLAB, hộp công cụ OPC sử dụng cấu trúc phân cấp, trực quan để giúp quản lý các kết nối đến máy chủ OPC

Chúng tôi tạo một đối tượng OPC Data Access Client để thiết lập kết nối với máy chủ OPC, cho phép duyệt tên máy chủ và truy xuất từng mục dữ liệu được lưu trữ trên máy chủ.

Bạn có thể tạo các đối tượng Nhóm Truy cập Dữ liệu để đại diện cho các mục máy chủ Hộp công cụ này cho phép bạn cấu hình và kiểm soát tất cả các đối tượng máy khách, nhóm và mục bằng cách điều chỉnh các thuộc tính của chúng.

Hình 2.5 Tạo OPC Data Access Clinets

Công cụ OPC, như thể hiện trong Hình 1, cho phép người dùng duyệt không gian tên máy chủ, cấu hình các đối tượng và thực hiện các thao tác đọc, ghi dữ liệu OPC Ngoài ra, nó còn hỗ trợ đăng nhập dữ liệu OPC vào MATLAB để phục vụ cho việc phân tích và vẽ đồ thị.

Hộp công cụ OPC của Simulink cung cấp một khối cấu hình cho phép chỉ định các OPC clients trong mô hình, xác định tác động của lỗi và sự kiện OPC, cũng như thiết lập điều khiển trong thời gian thực Trong quá trình mô phỏng, mô hình sẽ thực hiện theo thời gian thực.

Hình 2.6 Tạo Group cho OPC

Hình 2.7 Khối input và output trên OPC

Hệ thống mô phỏng có khả năng đồng bộ hóa thời gian thực bằng cách tự động điều chỉnh tốc độ mô phỏng, giúp quá trình diễn ra chậm hơn so với đồng hồ hệ thống Các tham số khối cũng có thể được cấu hình để đảm bảo mô phỏng hoạt động chậm hơn, tạo điều kiện cho việc theo dõi và phân tích chính xác hơn.

Trong cửa sổ “Cấu hình OPC”, khung “Mô phỏng giả thời gian thực” cho phép người dùng thiết lập các tùy chọn để thực hiện mô phỏng theo thời gian thực Khi chọn “Kích hoạt mô phỏng giả thời gian thực”, thời gian thực hiện mô hình sẽ được điều chỉnh để khớp gần nhất với thời gian thực của hệ thống bằng cách làm chậm quá trình mô phỏng một cách hợp lý.

"Speedup" xác định mức độ tăng tốc của mô phỏng so với hệ thống gốc Chẳng hạn, nếu "Speedup" được thiết lập là 2, điều này có nghĩa là một mô phỏng kéo dài 10 giây sẽ chỉ mất 5 giây để hoàn tất.

Cài đặt điều khiển thời gian thực trong Simulink không đảm bảo độ chính xác hoàn toàn so với thực tế Nếu mô hình hoạt động chậm hơn thời gian thực, sẽ dẫn đến lỗi báo sai lệch thời gian thực Chúng ta có thể điều chỉnh cách Simulink phản ứng với sai lệch thời gian thực bằng cách sử dụng các thiết lập phù hợp.

Hình 2.8 Cài đặt thời gian thực

Trong phần "Error control panel", có 27 cài đặt quan trọng, trong đó cài đặt “Show pseudo real-time latency port” cho phép xuất độ trễ của mô hình Simulink Khi cài đặt này được kích hoạt, sai lệch thời gian thực (tính bằng giây) sẽ hiển thị dưới dạng cổng đầu ra của khối “OPC Configuration” Nếu giá trị sai lệch này là âm, điều đó có nghĩa là mô phỏng đang chạy chậm hơn thời gian thực, và điều này được xác định thông qua cài đặt “Pseudo real-time violation”.

Trong Simulink, bạn có thể sử dụng các khối OPC Read và OPC Write để đọc và ghi dữ liệu từ máy chủ OPC một cách đồng bộ hoặc không đồng bộ Để tạo các khối này, trước tiên cần tạo các Group và items Sau đó, bạn chỉ cần nhấp chuột trái chọn “Export to” và chọn “Simulink OPC Read” hoặc “Simulink OPC Write” Hai khối này sẽ xuất hiện trong hai cửa sổ khác nhau, và bạn chỉ cần kéo chúng vào một cửa sổ để sử dụng.

Trong cửa sổ "Thuộc tính Khối", phần "Thời gian Lấy Mẫu" cần được điều chỉnh để chọn chu kỳ lấy mẫu nhỏ, đảm bảo các khối có thể nhận và truyền tín hiệu liên tục mà không bị gián đoạn Mặc định, thời gian lấy mẫu được thiết lập là 0.5 giây.

Hình 2.9 Khối đọc (OPC Read) và ghi (OPC Write) dữ liệu

Kết nối OPC và Rslogix500

Trong phần mềm lập trình Compaxlogix L32E, nhà sản xuất đã tích hợp chức năng OPC Để kích hoạt chức năng này, người dùng cần truy cập vào RSLinx Classic Gateway và chọn DDE/OPC, sau đó vào cấu hình Topic.

Sau khi cửa sổ DDE/OPC Topic Configuration xuất hiện, bạn cần đặt tên cho các khối tương ứng với các CPU mà RSLink kết nối Tên các khối này sẽ được hiển thị trong cột Topic list bên trái.

Hình 2.10 Tạo OPC cho RSLink

Xây dựng các phương pháp điều khiển cho bàn thí nghiệm

Mô hình hóa đối tượng

Chúng ta có thể nhận dạng hàm truyền đạt của đối tượng điều khiển bằng cách phân tích đồ thị đáp ứng quá độ tương ứng với giá trị đầu vào đã được xác định trước.

Với độ mở van là 100% ta có đồ thị đáp ứng quá độ như hình dưới:

Từ đồ thị ta dễ dàng xác định mô hình đối tượng:

 L = 1(s) Khoảng thời gian kể từ khi đặt giá trị đầu vào tới khi có sự thay đổi đáp ứng đầu ra

 T= 39(s) là khoảng thời gian kể từ khi có sự thay đổi đầu ra đạt 0.632 lần giá trị

Hình 3.1 Đồ thị đáp ứng quá độ của quá trình (thực tế)

 : hệ số tỉ lệ giữa giá trị xác lập ở đầu ra và giá trị đặt ở đầu vào

Hình 3.2 Đồ thị đặc tính của đối tượng (simulink)

Sử dụng bộ điều khiển PID

3.2.1 Lý thuyết PID và chỉnh định

Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển phổ biến trong các hệ thống điều khiển công nghiệp Với khả năng tính toán sai số giữa giá trị đo và giá trị đặt mong muốn, bộ điều khiển PID giúp tối ưu hóa quá trình điều chỉnh, giảm thiểu sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Đây là loại bộ điều khiển phản hồi được sử dụng nhiều nhất hiện nay.

Khâu tỉ lệ, tích phân và vi phân được kết hợp để tính toán đầu ra của bộ điều khiển PID Đầu ra của bộ điều khiển được ký hiệu là u(t), và biểu thức cuối cùng của thuật toán PID được xác định dựa trên các thành phần này.

Độ lợi tỉ lệ K P là một thông số quan trọng trong điều chỉnh hệ thống, với giá trị càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh, nhưng đồng thời cũng làm gia tăng sai số Việc lựa chọn một giá trị K P quá cao có thể gây ra tình trạng mất ổn định và dao động trong hệ thống.

Hình 3.3 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID

Độ lợi tích phân K I càng lớn thì sai số ổn định sẽ bị khử nhanh hơn, nhưng đồng thời cũng dẫn đến độ vọt lố lớn hơn Điều này có nghĩa là bất kỳ sai số âm nào trong quá trình đáp ứng quá độ cần phải được triệt tiêu bởi sai số dương trước khi đạt được trạng thái ổn định Ngược lại, độ lợi vi phân K D càng lớn sẽ giúp giảm độ vọt lố, tuy nhiên lại làm chậm đáp ứng quá độ và có thể gây mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong quá trình vi phân sai số.

Các phương pháp điều chỉnh K P ,K I ,K D a) Điều chỉnh thủ công

Để duy trì trạng thái online cho hệ thống, phương pháp điều chỉnh đầu tiên là thiết lập K I và K D bằng không, sau đó tăng K P cho đến khi đầu ra dao động K P sau đó có thể được điều chỉnh xuống khoảng một nửa giá trị dao động để đạt được "1/4 giá trị suy giảm biên độ" Tiếp theo, tăng K I đến giá trị phù hợp để đảm bảo thời gian xử lý, nhưng cần lưu ý rằng K I quá lớn có thể gây mất ổn định Cuối cùng, nếu cần thiết, tăng K D cho đến khi vòng điều khiển có thể nhanh chóng phục hồi giá trị đặt sau khi bị nhiễu, nhưng K D quá lớn sẽ dẫn đến phản ứng dư và vọt lố Trong một số hệ thống không chấp nhận vọt lố, cần thiết lập một giá trị K P nhỏ hơn một nửa giá trị K P gây ra dao động để giảm thiểu hiện tượng này.

Thông số Thời gian khởi động

Quá độ Thời gian xác lập

Sai số ổn định Độ ổn định

K P Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm Giảm cấp

K I Giảm Tăng Tăng Giảm đáng kể Giảm cấp

K D Giảm Giảm ít Giảm ít Không tác động

Cải thiện nếu nhỏ Ưu điểm: Không cần biết về toán Phương pháp online

Nhược điểm: Yêu cầu người thiết kế phải có kinh nhiệm b) Sử dụng PID tune

Hình 3.4 Thông số PID sau khi chỉnh

Hình 3.5 Sơ đồ mô phỏng trên matlab

- Đồ thị đáp ứng không có quá độ, thời gian xác lập T2%0s

- Khi có nhiễu thì đường đặc tính nhanh chóng trở về chế độ xác lập trong 8s

Trong chương trình điều khiển PLC, thiết bị này nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất qua module analog input và truyền đến PLC Sau đó, PLC gửi tín hiệu qua mạng Ethernet đến máy tính, nơi dữ liệu được xử lý qua OPC và nhập vào MATLAB để tính toán Kết quả từ MATLAB sẽ được gửi ngược lại PLC qua module analog output để điều khiển van khí nén Do đó, MATLAB được xem như một bộ điều khiển được lập trình bằng các khối trong MATLAB Simulink.

Hình 3.6 Kết quả mô phỏng

Trong chương trình giản đồ thang dưới đây, tín hiệu đầu vào từ cảm biến áp suất được ghi nhận tại chân Local:4:I.Ch0Data, với giá trị biến đổi từ 0 đến 10000 Đồng thời, tín hiệu điều khiển cho van khí nén được ghi tại Local:5:0.Ch1Data, cũng với giá trị thay đổi từ 0 đến 10000, tương ứng với phần trăm mở van áp suất từ 100% xuống 0%.

Hình 3.7 Chương trình giản đồ thang

Bằng phương pháp điều chỉnh thủ công ta chọn các giá trị Kp, Kd và kết quả như sau

 Bộ điều khiển PI với Kp,Ki=0.07,Kd=0.01(sau khi đã chỉnh định theo mô phỏng)

Hình 3.8 Bộ điều khiển PID trên Simulink

Hình 3.9 Đồ thị áp suất với bộ điều khiển PID

- Bộ điều khiển đã triệt tiêu được sai lệch tĩnh, thời gian xác lập T2%%s, không có độ quá điều chỉnh

- Ta tăng áp suất đầu vào từ 30 lên 40 thì áp suất thự tăng và đạt giá trị xác lập sau 30s, không có độ quá điều chỉnh

Khi áp suất đạt giá trị đặt, việc mở van xả thứ nhất sẽ tác động nhiễu vào hệ thống Quan sát trên đồ thị, sau 20 giây, áp suất sẽ nhanh chóng trở về giá trị đã đặt.

 Ta thấy bộ điều khiển PID trong thực tế có đường đặc tính đối tượng giống trong mô phỏng

Sử dụng bộ điều khiển mờ

3.3.1 Lý thuyết điều khiển mờ

Một bộ điều khiển mờ gồm 3 khâu cơ bản

 Thực hiện luật hợp thành

Các bước thiết kế hệ thống điều khiển mờ :

 Giao diện đầu vào gồm các khâu : mờ hóa và các khâu hiệu chỉnh như tỷ lệ , tích phân , vi phân ,

 Thiết bị hợp thành sự triển khai luật hợp thành

 Giao diện đầu ra gồm : khâu giải mờ và các khâu giao diện trực tiếp với đối tượng

Các bước thiết kế bộ điều khiển mờ :

Bước 1 : Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào / ra

Bước 2 : Xác định các tập mờ cho từng biến ngôn ngữ vào / ra ( mờ hóa )

- Miền giá trị vật lý của các biến ngôn ngữ

- Rời rác hóa tập mờ

Bước 3 : Xây dựng luật hợp thành

Bước 4 : Chọn thiết bị hợp thành

Bước 5 : Giải mờ và tối ưu hóa

Những lưu ý khi thiết kế bộ điều khiển mờ :

- Không bao giờ dùng điều khiển mờ để giải quyết bài toán mà có thể dễ dàn thực hiện bằng bộ điều khiển kinh điển

- Không nên dùng bộ điều khiển mờ cho các hệ thống cần độ an toàn cao

- Thiết kế bộ điều khiển mờ phải được thực hiện qua thực nghiệm

Bộ điều khiển PID là giải pháp phổ biến trong lĩnh vực điều khiển, được sử dụng cho cả ứng dụng điều khiển Analog và Digital, với khoảng 90% các bộ điều khiển hiện nay là PID Nếu được thiết kế tốt, bộ điều khiển PID có khả năng điều khiển hệ thống hiệu quả, mang lại chất lượng quá độ cao với phản ứng nhanh và độ quá điều chỉnh thấp, đồng thời triệt tiêu sai lệch trạng thái ổn định.

Thiết kế bộ PID kinh điển thường dựa trên các phương pháp như Ziegler-Nichols và Offerein Tuy nhiên, khi đối tượng điều khiển là phi tuyến, bộ điều khiển PID kinh điển không đảm bảo chất lượng điều khiển tại mọi điểm làm việc Do đó, để điều khiển các đối tượng phi tuyến hiện nay, người ta thường sử dụng kỹ thuật hiệu chỉnh PID mờ dựa trên phần mềm Đây là cơ sở cho thiết kế PID mờ, như thể hiện trong mô hình tổng quát của hệ thống điều khiển.

3.3.2 Xây dựng bộ điều khiển PI tự chỉnh dùng điều khiển mờ

Mục đích của bài thí nghiệm là phát triển thuật toán và chương trình để điều chỉnh thông số bộ PI cho phù hợp với các đối tượng có quán tính khác nhau, cả khi có và không có bình tích khí Các tham số đã được lựa chọn trong thí nghiệm trước không còn phù hợp với đối tượng có quán tính nhỏ hoặc khi không có bình tích khí Vì vậy, nhiệm vụ quan trọng là tự động điều chỉnh các thông số của bộ PI để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

PI cho phù hợp với từng đối tượng

Thuật toán điều chỉnh mờ được áp dụng để tối ưu hóa các tham số của bộ điều khiển PI, thông qua việc đáp ứng các yêu cầu định tính về chất lượng điều khiển trong quá trình quá độ, nhằm điều chỉnh các hệ số Kp và Ki một cách hiệu quả.

Bắt đầu với các tham số được chọn theo phương pháp Ziegler – Nichols, chúng ta sẽ điều chỉnh dần các tham số Kp và Ki dựa trên đáp ứng quá độ của mô hình để đạt được sự phù hợp tối ưu.

Hình 3.10 Sơ đồ khối điều khiển

 Lân cận a1 ta cần rút ngắn quá trình quá độ nên Kp phải lớn , Ki nhỏ

 Lân cận b1 ta cần giảm độ quá điều chỉnh nên Kp nhỏ , Ki lớn (giá trị không vượt quá 3)

 Tương tự ở lân cận c1 giống như ở lân cận a1 (tuy nhiên Kp không thể lớn như a1 )

 Tương tự ở lân cận d1 giống như ở lân cận b1

Các bước thiết kế bộ chỉnh định mờ

Bước 1 : Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào / ra

• Từ luật chỉnh định ở trên , ta thấy rằng bộ chỉnh định mờ cần có 2 biến ngôn ngữ đầu vào là :

Sai lệch (ET) được tính bằng công thức: ET = SP - PV, trong đó SP là giá trị đặt và PV là giá trị đo được từ cảm biến Giá trị PV có thể nằm trong khoảng từ 0 đến 10,000.

Bộ điều khiển PID có ba biến ngôn ngữ đầu ra chính, bao gồm các thông số Kp, Ki và Kd Bước tiếp theo là xác định các tập mờ cho từng biến ngôn ngữ đầu vào và đầu ra, quá trình này được gọi là mờ hóa.

Biên vào ET : DT = { âm; không; dương } với các giá trị lần lượt là

Biến ra Kp : Kp = {Kp tai thời gian lên; Kp tại thời gian xác lập} = {20;10}

Biến vào Ki : Ki = {Kp tai thời gian lên; Kp tại thời gian xác lập} = {0.2 ;0.1325}

Bước 3: Xây dựng luật hợp thành

Luật hợp thành khối Kp

1 If (input1 is am) then (output1 is KpLen) (1)

2 If (input1 is duong) then (output1 is KpLen) (1)

3 If (input1 is khong) then (output1 is KpXacLap) (1)

Luật hợp thành khối Ki

1 If (input1 is am) then (output1 is KiLen) (1)

2 If (input1 is duong) then (output1 is KiLen) (1)

3 If (input1 is khong) then (output1 is KiXacLap) (1)

Hình 3.11 Khối Fuzzy cho khâu tỉ lệ Kp, Ki

Sau một vài bước chỉnh định dựa trên các tham số đã tính toán ở quá trình mô phỏng ta được

Biến ra Kp : Kp = {Kp tai thời gian lên; Kp tại thời gian xác lập} = {20;10}

Hình 3.12 Sơ đồ mô phỏng khối fuzzy trên matlab

Hình 3.13 Kết quả mô phỏng khồi fuzzy

Biến vào Ki : Ki = {Kp tai thời gian lên; Kp tại thời gian xác lập} = { 0.1325; 0.08}

Hình 3.14 Bộ điều khiển mờ PI cho mô hình thực

- Đáp ứng của đối tượng dùng PI mờ

Hình 3.15 Đáp ứng của đối tượng của bộ điều khiển mờ PI

- Không có độ quá điều chỉnh, T2% s

- Ta tác động nhiễu vào hệ thống (bằng cách mở van xả) thì áp suất bị giảm nhưng trở về giá trị đặt trong 10s

- Đáp ứng cùa tối tượng khi ta tăng giá trị đặt áp xuất từ 30 lên 40 thì T2%s

Ngày đăng: 08/12/2021, 17:33

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động điển hình - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động điển hình (Trang 8)
Hình 1.2 Bàn thí nghiệm thực tế - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 1.2 Bàn thí nghiệm thực tế (Trang 11)
1.2.2. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của bàn thí nghiệm - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
1.2.2. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của bàn thí nghiệm (Trang 12)
Hình 1.4. Cấu trúc một bộ Compactligix L32E - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 1.4. Cấu trúc một bộ Compactligix L32E (Trang 14)
Hình 1.5. Module 1769– IF4 Analog Input. - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 1.5. Module 1769– IF4 Analog Input (Trang 16)
Hình 1.7. Thiết bị chấp hành trong hệ thống điều khiển áp suất - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 1.7. Thiết bị chấp hành trong hệ thống điều khiển áp suất (Trang 18)
Hình 1.8. Cấu trúc tiêu biểu của một van khí nén - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 1.8. Cấu trúc tiêu biểu của một van khí nén (Trang 19)
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ tách nước khí nén - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ tách nước khí nén (Trang 20)
Hình 2.1. Ứng dụng OPC trong công nghiệp - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 2.1. Ứng dụng OPC trong công nghiệp (Trang 24)
Hình 2.2. Kiến trúc sơ lược của OPC - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 2.2. Kiến trúc sơ lược của OPC (Trang 25)
Hình 2.3. OPC cùng giao thức truyền nhận - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 2.3. OPC cùng giao thức truyền nhận (Trang 26)
Hình 2.5. Tạo OPC Data Access Clinets - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 2.5. Tạo OPC Data Access Clinets (Trang 30)
Hình 2.6. Tạo Group cho OPC - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 2.6. Tạo Group cho OPC (Trang 31)
Hình 2.8. Cài đặt thời gian thực - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 2.8. Cài đặt thời gian thực (Trang 32)
Hình 2.9. Khối đọc (OPC Read) và ghi (OPC Write) dữ liệu - Thiết kế hệ điều khiển cho bàn thí nghiệm điều khiển áp suất sử dụng matlab simulink
Hình 2.9. Khối đọc (OPC Read) và ghi (OPC Write) dữ liệu (Trang 33)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w