Cấu trỳc cơ bản của một hệ thống điều khiển quỏ trỡnh được minh họa như hỡnh 2.1:
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2.2.2.Thiết bị đo
a. Cấu trỳc cơ bản:
Một thiết bị đo quỏ trỡnh cú nhiệm vụ cung cấp thụng tin về diễn biến của quỏ trỡnh kỹ thuật và cho đầu ra là một tớn hiệu chuẩn. Cấu trỳc cơ bản của một thiết bị đo quỏ trỡnh được minh hoạ như trờn hỡnh 2.2.
Thành phần cốt lừi của một thiết bị đo là cảm biến. Một cảm biến cú chức năng chuyển đổi một đại lượng vật lý, vớ dụ nhiệt độ, ỏp suất, mức, lưu lượng, nồng độ sang một tớn hiệu thụng thường là điện hoặc khớ nộn. Một cảm biến cú thể bao gồm một hoặc vài phần tử cảm biến, trong đú mỗi phần tử cảm biến lại là một bộ chuyển đổi từ một đại lượng này sang một đại lượng khỏc dễ xử lý hơn. Tớn hiệu ra từ cảm biến thường rất nhỏ, chưa truyền được xa, chứa sai số do chịu ảnh hưởng của nhiễu hoặc do độ nhạy kộm của cảm biến, phi tuyến với đại lượng đo. Vỡ thế sau phần tử cảm biến người ta cần cỏc khõu khuếch đại chuyển đổi, lọc nhiễu, điều chỉnh phạm vi, bự sai lệch và tuyến tớnh hoỏ. Những chức năng đú được thực hiện trong một bộ chuyển đổi đo chuẩn. Một bộ chuyển đo đổi chuẩn đúng vai trũ là một khõu điều hoà tớn hiệu, nhận tớn hiệu đầu vào từ một cảm biến và cho đầu ra là một tớn hiệu chuẩn để cú thể truyền xa và thớch hợp với đầu vào của bộ điều khiển. Trong
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/ thực tế nhiều bộ chuyển đổi đo chuẩn được tớch hợp luụn cả phần tử cảm biến, vỡ vậy khỏi niệm 'Trasmitter' cũng được dựng để chỉ cỏc thiết bị đo.
Thuật ngữ:
Measurement device: Thiết bị đo Sensor: Cảm biến
Sensor element: Phần tử cảm biến, đầu đo Signal conditioning: Điều hoà tớn hiệ Transmitter: Bộ chuyển đổi đo chuẩn
Transducer: Bộ chuyển đổi theo nghĩa rộng
Chất lượng và khả năng ứng dụng của một thiết bị đo phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà ta khỏi quỏt là cỏc đặc tớnh thiết bị đo, bao gồm đặc tớnh vận hành, đặc tớnh tĩ
tiết về khả năng đo chi tiết vận hành và tỏc động mụi trường. Đặc tớnh tĩnh biểu diễn quan hệ giữa đại lượng đầu vào và giỏ trị tớn hiệu đầu ra của thiết bị đo ở trạng thỏi xỏc lập, trong khi đặc tớnh động học biểu diễn quan hệ giữa biến thiờn đầu vào và tớn hiệu ra theo thời gian. Đặc tớnh tĩnh liờn quan tới độ chớnh xỏc khi giỏ trị của đại lượng đo khụng thay đổi hoặc thay đổi rất chậm.
Hỡnh 2.3: Một số hỡnh ảnh thiết bị đo cụng nghiệp Lưu lượng kế Thiết bị đo ỏp suất
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Ngược lại, đặc tớnh động học liờn quan tới khả năng phản ứng của thiết bị đo khi đại lượng đo thay đổi nhanh.
b. Đặc tớnh động
Khi giỏ trị đại lượng đo ớt thay đổi hoặc thay đổi rất chậm, tớn hiệu đo chỉ phụ thuộc vào giỏ trị đầu vào và ta chỉ cần quan tõm tới đặc tớnh tĩnh của thiết bị đo. Tuy nhiờn tớn hiệu đầu ra sẽ khụng thể đỏp ứng ngay với sự thay đổi tương đối nhanh của đại lượng đo. Quan hệ phụ thuộc của tớn hiệu đầu ra vào cả đại lượng đo và biến thời gian được gọi là đặc tớnh động học của thiết bị đo. Đặc tớnh động học của hầu hết cỏc thiết bị đo cú thể được mụ tả được mụ tả bằng một phương trỡnh vi phõn cấp một hoặc cấp hai. Coi đặc tớnh của thiết bị đo là tuyến tớnh coi động học của nú cú thể được biểu diễn với một khõu quỏn tớnh bậc nhất: m m k y( s ) G ( s ) x( s ) 1 s Hoặc một khõu ổn định: m m 2 2 k y( s ) G ( s ) x( s ) 2 s s
Núi chung, đặc tớnh động học của một thiết bị đo cú ảnh hưởng ớt nhiều tới chất lượng điều khiển. Nếu hằng số thời gian trong hai mụ hỡnh trờn rất nhỏ so với hằng số thời gian của quỏ trỡnh cụng nghệ, hay núi cỏch khỏc là phộp đo cú động học nhanh hơn nhiều so với động học của quỏ trỡnh, ta cú thể bỏ qua quỏn tớnh của thiết bị đo và coi đặc tớnh của thiết bị đo như một khõu khuếch đại thuần tuý. Ngược lại, nếu hằng số thời gian này khụng nhỏ hơn nhiều so với hằng số thời gian của quỏ trỡnh, ta cú hai phương ỏn giải quyết:
+ Đưa mụ hỡnh động học của thiết bị đo vào mụ hỡnh quỏ trỡnh
+ Vẫn chỉ sử dụng mụ hỡnh tĩnh của thiết bị đo và coi sai số động gõy ra là nhiễu đo.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hàm truyền đạt thiết bị đo mức nước lũ hơi là bộ chuyển đổi EJA 210A của hóng YOKOGAWA cú dải đo 0 1000mm, tương ứng cho tớn hiệu đầu ra dạng dũng liờn tục 4 20mA. Thiết bị này cú hàm truyền đạt là một khõu quỏn tớnh bậc nhất. ( ) 1 H K W s Ts Trong đú:
K: hệ số khuyếch đại của thiết bị đo, được xỏc định như sau: max max 20 4 0, 016 1000 I mA K H mm
T: thời gian trễ của thiết bị đo, thường lấy T = 0,005(s)
0,016 ( ) 1 0.005 m G s s
Hàm truyền đạt của bộ chuyển đổi dũng điện-khớ nộn (I/P)
Bộ chuyển đổi I/P được chọn là PK200 của hóng YOKOGAWA cú tớn hiệu đầu vào là dũng điện I: 4 20mA và tớn hiệu đầu ra là ỏp suất khớ nộn P: 0,2 1KG/cm2.
Như vậy, thiết bị này cú hàm truyền là một khõu khuyếch đại với hệ số khuyếch đại K được xỏc định như sau:
2max max max 1 0,2 / 0,05 20 4 IP P KG cm K I mA 2.2.3. Thiết bị chấp hành , van on/off
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/ . Trong .
a. Cấu trỳc cơ bản (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- .
Hỡnh 2.4: Cấu trỳc cơ bản của thiết bị chấp hành
Cổng lưu chất ra Lũ xo Chỉ thị hành trỡnh Chốt van Cửa vào khớ nộn Chõn van Màng chắn Cầu van Cổng lưu chất vào
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/ : . - . - . - : - Van kh - (I/P . - - . - . - .
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/ .
ều khiể 2.6 minh
họ (fail-closed FC, hoặc air-to-open AO
(fail-open FO, hoặc air-to-close AC) sử dụng trong điều khiển quỏ trỡnh. ều khiể
ều khiể .
ều khiể van điều khiể
ều khiển tăng
2.6: ều khiển
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Nếu van được định cỡ tốt thỡ quan hệ giữa lưu lượng ra và độ mở van cú thể được coi là tuyến tớnh, ớt ra cũng trong phạm vi quan tõm. Trong thực tế hàm truyền của van thường được coi là khõu quỏn tớnh bậc nhất cú trễ, lấy gần đỳng thỡ xem là khõu quỏn tớnh bậc nhất:
( ) 1 V V v K G s T s Trong đú:
K: hệ số khuyếch đại của van
T: thời gian trễ của van, thường lấy T = 10 ms = 0,01s
Khi tớn hiệu vào thay đổi từ 0,2 1KG/cm2 thỡ độ mở của van thay đổi từ 0 80%, khi đú hệ số khuyếch đại được xỏc định như sau:
2%độ ở %độ ở 80 100 1 0,8 / V m K KG cm
Ta cú khi độ mở của van thay đổi từ 5 80% thỡ lưu lượng nước qua van thay đổi từ 0 40 T/h. Từ đú hệ số truyền của sự liờn hệ giữa lưu lượng nước qua van và độ mở của van là:
40 / 0,5 80 5 %độ ở T T h K m
Kết hợp cỏc hàm truyền ở trờn ta cú hàm truyền đạt với tớn hiệu vào là ỏp suất khớ nộn và tớn hiệu ra là lưu lượng nước cấp thụng qua cơ cấu van:
2% / % / ( ) . / % V 50 T h G s 1+ 0.01s KG cm
Việc xỏc định hệ số khuếch đại kv và hằng số thời gian v của van cú
thể tiến hành từ thực nghiệm. Hằng số thời gian v của van phụ thuộc chủ yếu vào cơ cấu chấp hành. Thụng thường, v cú giỏ trị khoảng một vài giõy, đối
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/ với van cỡ lớn cú thể tới 3 † 15 giõy. Hệ số khuếch đại kv cũng cú thể được
tớnh toỏn như sau:
v
dF dF dp
k
du dp du (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cơ cấu chấp hành cú thể coi là tuyến tớnh trong toàn bộ dải làm việc, nờn đạo hàm dp/du bằng “1” cho van FC và bằng “-1” cho van FO. Vỡ thế với việc chọn van FC ta cú:
v
dF k
dp
Nếu van được định cỡ tốt thỡ ta cú thể coi kv là hằng số trong toàn
dải làm việc.