Các bơm gọi là làm việc nối tiếp nêu sau khi ra khỏi bơm này, chấ ỏng được đưa t l tiếp vào ống hút của bơm kia, rồi sau đó mới được đưa vào hệ thông. Như vậy khi các bơm làm vi c n i tiệ ố ếp, lưu lượng c a chúng b ng nhau và bủ ằ ằng lưu lượng t ng c ng c a h ổ ộ ủ ệ thống:
𝑄1 = 𝑄2 =...=𝑄ℎ𝑡 còn cột áp của hệ thông băng tông cột áp của các bơm:
𝐻ℎ𝑡 =𝐻2 + 𝐻2+ 𝐻3+...
Các bơm làm việc nối tiếp được sử dụng khi hệ thống yêu cầu áp lực cao mà một bơm không đáp ứng được.
Figure 3.3-3 H ệthống 2 bơm (cùng đặc tính) ghép n i tiố ếp
Hệ thống 2 bơm (cùng đặc tính) ghép nối tiếp:
Trên Figure 3.3-4 gi i thiớ ệu đặc tính của hai bơm giống nhau làm vi c n i tiệ ố ếp. Đặc tính t ng c ng cổ ộ ủa hai bơm được d ng b ng cách: ng v i mự ằ ứ ớ ỗi điểm trên đường đặc tính của bơm, giữ nguyên hoành độ và nhân đôi tung độ. Ví dụ điểm c trên đường đặc tính t ng ổ cộng Q-𝐻(1+2) nhận được bằng cách lấy tung độ ac = 2ab, còn hoành độ giữ nguyên. Đặc tính đường ng CE cố ắt đặc tính Q-𝐻(1+2) tại A xác định điểm làm vi c cệ ủa hai bơm trong hệ thống. T ừ đường đặc tính xác định được lưu lượng 𝑄(1+2) và cột áp 𝐻(1+2) của hai bơm làm việc nố ếp. Lưu lượi ti ng của mỗi bơm:
𝑄1= 𝑄2= 𝑄(1+2)
Và cột áp:
𝐻1= 𝐻2=𝐻(1+2) 2
Figure 3.3-4 Đặc tính làm việc của hai bơm ghép nối ti p ế
Figure 3.3-5 Đặc tính làm việc của hai bơm ghép nối ti p ế
Trên Figure 3.3-5 gi i thiớ ệu đặc tính của hai bơm giống nhau ghép n i ti p khi có ố ế . Cách dựng đường đặc tính t ng cổ ộng cũng giống như trường hợp trên. A là điểm
hệ thống y. Tấ ừ đồ thị thấy răng, trong trường hợp này khi ghép hai bơm làm việc nối tiếp không nh ng có khữ ả năng tăng cột áp mà còn tăng cả lưu lượng của hệ thống.
3.4 Tổng quan bộđiều khiển PID 3.4.1 Tổng quan bộđiều khiển PID
Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative controller) là b ộ điều khi n s ể ử dụng k ỹthuật điều khi n theo vòng l p có h i tiể ặ ồ ếp được s d ng r ng rãi trong các h ử ụ ộ ệthống điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID c g ng hi u ch nh sai l ch gi a tín hi u ngõ ra ố ắ ệ ỉ ệ ữ ệ và ngõ vào sau đó đưa ra một tín hiệu điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù hợp.
Hệ thống được thiết kế hồ ếp âm đơn vị có sơ đồi ti khối như sau:
Figure 3.4-1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vòng kín
Bộ điều khi n PID là mể ột cơ chế điều khi n l p h i tiể ặ ồ ếp được sử d ng r ng rãi trong ụ ộ hệ thống điều khiển công nghi p do d s d ng. M t b ệ ễ ử ụ ộ ộ điều khiển PID điều ch nh gi a giá ỉ ữ trị biến đo được và giá tr mong muị ốn đạt được b ng cách tính toán và xu t ra m t "tín hiằ ấ ộ ệu điều ch nh" ỉ nhanh chóng để ữ cho sai lệch ở mức nhỏ nhất có thể gi được.
Figure 3.4-2 Sơ đồ khối PID
Thành phần t l (Kp) có tác dỉ ệ ụng làm tăng tốc độ đáp ứng c a h và làm gi m ch ủ ệ ả ứ không tri t tiêu sai s xác l p cệ ố ậ ủa hệ (steady-state error).
Thành ph n tích phân (Ki) có tác d ng tri t tiêu sai s xác lầ ụ ệ ố ập nhưng có thể làm giảm tốc độ đáp ứng của hệ.
Thành phần vi phân (Kd) làm tăng độ ổn định hệ thống, giảm độ ọ ố v t l và c i thiả ện tốc độ đáp ứng của hệ.
Như vậy, từ ba thành phần (tỉ lệ, tích phân, vi phân), có thể xây dựng thêm các bộ điều khiển khác như bộ điều khiển P, b ộ điều khi n PI, b ể ộ điều khiển PD, tùy vào đối tượng tác động cụ thể mà ta sử dụng các bộ điều khiển cho thích hợp. ở đây chỉ nghiên cứu sâu về bộ điều khi n PID. ể
Xét ảnh hưởng c a các thành phủ ần Kp, Ki, Kd đối v i h ớ ệ kín được tóm t t trong bắ ảng sau:
Thành phần Thời gian đáp ứng
Độ quá điều chỉnh
Thời gian quá độ
Ổn định ở trạng thái xác l p ậ
KP Giảm Tăng Thay đổi ít Giảm
KI Giảm Tăng Tăng Bị loại bỏ
KD Thay đổi ít Giảm Giảm Thay đổi ít
Table 3.4-1 Ảnh hưởng của các thành ph n Kp, Ki, Kd vầ ớ ệi h kín
Khi thiết kế b ộ PID nên theo các bước sau để có kết quả như mong muốn: + Tìm đáp ứng hệ hở và xác định thông số nào cần cải thiện. + Thêm thành phần Kp để ải thiệ c n thời gian đáp ứng. + Thêm thành phần Kd để ảm độ ọt lố gi v .
+ Thêm thành phần Ki đểtriệt tiêu sai số xác l p. ậ
3.4.2 Tìm hiểu khối hàm PID_Compact trong Tia Portal
Figure 3.4-3 Khối PID Compact trong Tia Portal
Công d ng: PID_Compact cung c p 1 b ụ ấ ộ điều khi n PID v i chể ớ ức năng tự điều ch nh ỉ cho chế t ng hođộ ự độ ặc bằng tay.
Thông s ố Ngõ vào/ra
Kiểu Mô tả
Setpoint IN Real Điểm đặt của bộ điều khiển PID trong chế độ tự động.Giá tr mặc định:0.0 ị
Input IN Real Giá trị t quá trình. Giá tr mừ ị ặc định: 0.0. Phải đặt sPid_Cmpt.b_Input_PER_On=FALSE Input_PER IN Word Giá trị xử lý analog (tùy chọn).Giá tr mị ặc định:
W#16#0.
Phả ặi đt sPid_Cmpt.b_Input_PER_On =TRUE. ManualEnable IN Bool Cho phép ho c không cho phép chặ ế độ ậ v n
hành b ng tay.Default value: FALSE . Trên ằ cạnh c a s chuyủ ự ển đổi từ FALSE sang TRUE,bộ điều khi n PID chuy n sang ch ể ể ứ độ bằng tay,State=4 và sRet.i_Mode v n không ẫ đổi Trên cạnh c a sự ủ thay đổi từ TRUE sang
FALSE,bộ điều khi n PID chuy n t i ch ể ể ớ ế độ v n ậ hành cu i cùng và State = sRet.i_Mode ố ManualValue IN Real Giá x lí cho vi c v n hành b ng tay. Default trị ử ệ ậ ằ
value: 0.0
Reset IN Bool Khởi động lại bộ điều khiển Default value: FALSE.
Nếu Reset=TRUE, những điều sau đây được áp dụng:
Mode: Ch ế độ vận hành không hoạt động Input Value = 0
Integral part of the process value = 0 Giá tr trung gian c a h ị ủ ệthống được reset
(các thông số PID được duy trì)
ScaledInput OUT Real Giá tr ị quá trình được tỷ l . Giá tr mệ ị ặc định: 0.0 Output(1) OUT Real Giá trị đầu ra. Giá tr mị ặc định: 0.0
Output_PER(1) OUT Word Giá trị đầu ra analog. Giá tr mị ặc định: W#16#0 Output_PWM(1) OUT Bool Giá trị đầu ra cho điều chế độ r ng xung. Giá tr ộ ị
mặc định: FALSE
SetpointLimit_H OUT Bool Giới hạn trên c a SP. Default value: FALSE ủ Nếu SetpointLimit_H=TRUE, đạt đến giới hạn trên tuyệt đối của SP Default value: FALSE SetpointLimit_L OUT Bool Giới hạn dướ ủa SP .Default value: FALSE i c
Nếu SetpointLimit_H=TRUE, đạt đến giới hạn dưới tuyệt đối của SP. Default value: FALSE InputWarning_H OUT Bool N u InputWarning_H = TRUE, giá tr xế ị ử lí
(PV) đạt đến hay vượt m c gi i h n trên Default ứ ớ ạ value: FALSE
InputWarning_L OUT Bool N u InputWarning_H = TRUE, giá tr x lí(PV) ế ị ử đạt đến hay vượt mức giới hạn dưới Default value: FALSE
State OUT Int Chế độ v n hành hi n tậ ệ ại của bộ điều khi n PID ể Default value: 0
Sử dụng sRet.i_Mode để chuy n ch ể ế độ State = 0: Inactive
State = 1: Pretuning (điều chỉnh sơ bộ) State = 2: Manual fine tuning State = 3: Automatic mode State = 4: Manual mode
Error OUT DWord Giá tr mị ặc định báo l i: DW#16#0000 (no ỗ Error)
Table 3.4-2 Thông s b PID_Compact ố ộ
3.5 Mạng truy n thông trong công nghiề ệp – mạng RS 485 3.5.1 Khái niệm và vai trò m ng truy n thông công nghi p ạ ề ệ
3.5.1.1 Khái niệm
Đây là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp. Các hệ thống truy n thông công ề nghiệp ph bi n hi n nay cho phép liên kổ ế ệ ết mạng nhi u m c khác nhau, t các c m biở ề ứ ừ ả ến, cơ cấu chấp hành dướ ấp trường cho đến các máy tính điềi c u khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.
3.5.1.2 Vai trò
Việc s dử ụng m ng truy n thông công nghiạ ề ệp, đặc biệt là bus trường để thay th ế cách nối điểm-điểm cổ điển giữa các thiết b công nghi p mang l i hàng loị ệ ạ ạt những l i ích ợ như sau:
- Một đường truyền duy nhất: Việc này giúp đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thi t bế ị công nghi p. M t sệ ộ ố lượng l n các thi t bớ ế ị thuộc các ch ng ủ loại khác nhau được ghép n i v i nhau thông qua mố ớ ột đường truy n duy nhề ất.
- Tiết ki m dây n i và công thi t k , lệ ố ế ế ắp đặ ệ thốt h ng: Nh cờ ấu trúc đơn giản, việc thi t k h ế ế ệthống tr nên d ở ễ dàng hơn nhiều. M t s ộ ố lượng l n cáp truyớ ền được thay thế bằng một đường duy nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu và công lắp đặt.
- Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin: Khi dùng phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động của nhi u d ễ ễ làm thay đổi nội dung thông tin mà các thi t b không có cách nào nh n bi t. Nh kế ị ậ ế ờ ỹ thuật truyền thông s , không nh ng thông tin truyố ữ ền đi khó bị sai lệch hơn, mà các thiết bị nối m ng còn có thêm khạ ả năng tự phát hi n lệ ỗi và chẩn đoán lỗ ếi n u có. Hơn thế nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự-số và số- tương tự nâng cao độ chính xác của thông tin.
nhau. Vi c thay thệ ế thiế ịt b , nâng c p và m r ng ph m vi ấ ở ộ ạ chức năng của h ệ thống cũng dễ dàng hơn nhiều. Kh ả năng tương tác giữa các thành ph n (phầ ần cứng và ph n mầ ềm) được nâng cao nhờ các giao diện chuẩn.
- Đơn giản hóa/tiện lợi hóa việc tham số hóa, chẩn đoán, định vị lỗi, sự cố của các thi t b : V i mế ị ớ ột đường truyền duy nh t, không nh ng các thi t b có th ấ ữ ế ị ể trao đổi d u quá trình, mà còn có th g i cho nhau các d ữliệ ể ử ữliệu tham s , d ố ữ liệu tr ng thái, d ạ ữ ệu c nh báo và d u chli ả ữliệ ẩn đoán. Các thiế ịt b có thể tích hợp khả năng tự chẩn đoán, các trạm trong mạng cũng có thể có khả năng cảnh gi i l n nhau. Vi c c u hình h ớ ẫ ệ ấ ệthống, l p trình, tham s hóa, chậ ố ỉnh định thiết bị và đưa vào vận hành có thể thực hi n t xa qua m t tr m k thuệ ừ ộ ạ ỹ ật trung tâm.
- Mở ra nhi u chề ức năng và khả năng ứng d ng mụ ới của hệ thống: S d ng ử ụ mạng truy n thông công nghi p cho phép áp d ng các kiề ệ ụ ến trúc điều khiển mới như điều khiển phân tán, điều khi n phân tán v i các thi t b ể ớ ế ị trường, điều khiển giám sát ho c chặ ẩn đoán lỗ ừi t xa qua Internet, tích hợp thông tin của hệ thống điều khiển và giám sát với thông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty.
3.5.2 Chuẩn truy n thông RS485 ề
3.5.2.1 Tổng quan RS485
Khi m t m ng c n ph i chuy n các kh i nh thông tin trên m t kho ng cách dài, ộ ạ ầ ả ể ố ỏ ộ ả RS-485 thường là chu n giao tiẩ ếp đượ ựa chọn. Các nút mạng có th là máy tính cá nhân, c l ể vi điều khi n, ho c b t k ể ặ ấ ỳthiết b có kh ị ả năng truyền thông n i tiố ếp không đồng b . So vộ ới Ethernet và giao diện m ng khác, ph n c ng và giao th c yêu c u c a RS-ạ ầ ứ ứ ầ ủ 485 đơn giản hơn và rẻ hơn.
Năm 1983, Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA) đã phê duyệt một tiêu chuẩn truyền cân b ng m i g i là RS-ằ ớ ọ 485. Đã được ch p nh n r ng rãi và s d ng trong công nghi p, y ấ ậ ộ ử ụ ệ tế, và dân d ng. Có thụ ể coi chuẩn RS485 là một phát triển c a RS232 trong vi c truyủ ệ ền dữ liệu n i ti p. Nh ng b chuyố ế ữ ộ ển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giao ti p v i bế ớ ất
kỳ thi t b mà s d ng liên k t n i ti p RS232 thông qua RS485. Liên kế ị ử ụ ế ố ế ết RS485 được hình thành cho vi c thu nh n dệ ậ ữ liệ ởu khoảng cách xa và điều khi n cho nh ng ng d ng. ể ữ ứ ụ Những đặc điểm nổi trội của RS485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng một đường truy n, tề ốc độ baud có th lên t i 115.200 cho m t kho ng cách là ể ớ ộ ả 4000feet (1200m).
Với ki u truy n cân bể ề ằng và các dây được xo n l i v i nhau nên khi nhi u x y ra ắ ạ ớ ễ ả ở dây này thì cũng xảy ra ở dây kia, tức là hai dây cùng nhiễu giống nhau. Điều này làm cho điện áp sai biệt giữa hai dây thay đổi không đáng kể nên tại nơi thu vẫn nhận được tín hi u ệ đúng nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ nhiễu. Liên kết RS485 được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nơi mà môi trường nhi u khá cao và sễ ự tin tưởng vào tính ổn định của hệ thống là điều quan tr ng. Bên cọ ạnh đó khả năng truyền thông qua kho ng cách ả xa tở ốc độ cao cũng rất được quan tâm, đặc bi t là t i nhệ ạ ững nơi mà có nhiều tr m giao ạ tiếp được trải ra trên di n r ng. ệ ộ
Ngoài ra trong mạng truy n thông công nghi p chu n RS485 là n n t ng cề ệ ẩ ề ả ủa các hệ thống bus điều khiển, bus trường tiên tiến nhất hiện nay như Control Net (DH485, DH+,DH++)(Rockwell Atomation), Profibus, FieldBus (Siemens)...
3.5.2.2 Đặc tính k thuỹ ật
Đặc tính RS485
Số thiết bị truy n ề 32
Số thiết bị nh n ậ 32
Chiều dài cable cực đại 1200m
Tốc độ truy n cề ực đại (12-1200m) 10Mbps 100Kbps – Điện áp cực đạ ại t i ngõ ra thi t bị truyền ế -7V ÷ 12V Điện áp ngõ vào thi t bị nh n ế ậ -7V ÷ 12V
3.5.3 Board truy n thông ề CB 1241 RS485
Figure 3.5-1 Board truy n thông CB 1241 RS485 ề Thông số kỹ thuật Board CB 1241 RS485:
Thông tin chung
Kiểu sản phẩm CB 1241 RS 485
Dòng điện vào
Từ backplane bus 5 VDC 50mA
Công suất tổn thất
Công suất tổn thất 1.5W
Cổng giao tiếp
Kết nối point-to-point
· Chiều dài tối đa dây dẫn truyền thông 1000 m
Các chuẩn tích hợp
· Freeport
· ASCII Có
· ModBus Có
· ModBus RTU Master Có
· ModBus RTU Slave Có
· USS Có
Chuẩn giao tiếp
Freeport
· Chiều dài teleram tối đa 1 kbyte · Số lượng bit cho mỗi kí tự 7 hoặc 8
· Số lượng bit dừng 1 (tiêu chuẩn) hoặc 2
· Cờ chẵn lẻ Không cờ chẵn lẻ (tiêu chuẩn)
Chẵn, không chẵn, mark (bit cờ chẵn lẻ luôn là 1)
Space (bit cờ chẵn lẻ luôn là 0)
3964®
· Chiều dài teleram tối đa 1 kbyte · Số lượng bit cho mỗi kí tự 7 hoặc 8
· Số lượng bit dừng 1 (tiêu chuẩn) hoặc 2
· Cờ chẵn lẻ Không cờ chẵn lẻ (tiêu chuẩn)
Chẵn, không chẵn, mark (bit cờ chẵn lẻ luôn là 1)
Space (bit cờ chẵn lẻ luôn là 0)
ModBus RTU Master
· Địa chỉ Từ 1 đến 49999 (tiêu chuẩn)
· Số lượng Slave tối đa 247, slave từ 1 đến 247
Mỗi network ModBus segment có tối đa 32 slave
Dùng repeater để mở rộng