Hai bơm cùng đặc tính làm việc song song:
Trên Figure 3.3-1 gi i thiớ ệu hai bơm cùng đặc tính Q-H làm vi c song song trên ệ cùng đường ống.
Do khi làm vi c song song, c t áp tệ ộ ổng H,„ của h ệthống băng cột áp c a tủ ừng bơm: 𝐻𝑡𝑐 = 𝐻1 = 𝐻2 =𝐻3 =... = 𝐻𝑛 (1)
nên khi dựng đường đặc tính t ng c ng ch cổ ộ ỉ ần nhân đơi hồnh độ ( lưu lượng) còn tung độ (cột áp) giữ nguyên.
Figure 3.3-2 Đặc tính làm việc song song của hai bơm giống nhau
Ví dụ : tìm c trên đường đặc tính t ng c ng Q-ổ ộ 𝐻(1+2), ch vi c lỉ ệ ấy ac = 2ab. Tương tự như vậy s ẽ tìm được các điểm của đường đặc tính tổng cơng Q-𝐻(1+2).
Giao điểm giữa hai đường đặc tính đường ống DE và đường đặc tính tổng cộng Q- 𝐻(1+2)là điểm làm việc của hai bơm ghép song song, hoành độcho lưu lượng tổng cộng Q-𝐻(1+2), tung độ cho c t áp t ng c ng ộ ổ ộ 𝐻(1+2). Từ điểm 2 kẻ đường song song v i trớ ục hồnh, đường này cắt đường đặc tính c a mủ ỗi bơm Q- 𝐻1,2 tại điểm 1 cho lưu lượng 𝑄1, cột áp 𝐻1 c a tủ ừng bơm khi làm việc song song trong h ệthống. Như vậy khi hai bơm làm việc song song trong hệ thống, chúng luôn tuân theo điều ki n (1) và (2). Tệ ừ đồ thị Figure 12 thấy :
𝐻(1+2)= 𝐻1= 𝐻2 𝑄1= 𝑄2=𝑄(1+2) 2
Từ điểm I k ẻ đường song song v i trớ ục tung được điểm 3 và 4 cho công su t và hiấ ệu suất của từng bơm khi làm việc song song trong hệ thống.
Giao điểm 5 của đường đặc tính từng bơm Q- 𝐻1,2 với đường đặc tính đường ng ố xác định điểm làm việc của từng bơm trong hệ ống cho lưu lượ th ng Q, cột áp H. Từ điểm 5 kẻ đường song song v i trớ ục tung được điểm 6 và 7 xác định công su t và hi u su t cấ ệ ấ ủa tưng bơm khi làm việc riêng rẽ.
Từ đồthị Figure 3.3-2 thấy:
2𝑄1= 𝑄(1+2)< 2𝑄
Tức là lưu lượng tổng cộng của hai bơm ghép song song trên một hệ thống đường ống nhỏ hơn tổng lưu lượng của chúng khi làm việc riêng rẽ trong hệ thống ấy. Nguyên nhân c a s giủ ự ảm lưu lượng này là do khi các bơm làm việc song song, lưu lượng trong đường ống tăng lên sẽ làm tăng tơn thất cột áp. Do đó cột áp toàn phần của bơm cũng tăng lên, điểm làm việc lùi về phía có cột áp lớn, vì thế lưu lượng của bơm khi làm việc song song bị giảm đi so với khi làm việc riêng rẽ.
Sự làm vi c song song c a hai ệ ủ bơm có lợi nhất trong trường hợp điểm làm việc 1 ứng với giá tr hi u su t l n nhị ệ ấ ớ ất. Điều đó có thê thực hiện được n u chế ọn bơm hợp lý. Khi chọn bơm, lấy lưu lượng của mỗi bơm bằng nửa lưu lượng tính tốn, cịn cột áp tồn phần xác định ứng với giá trị lưu lượng tính tốn.
3.3.2.2 Ghép bơm nối tiếp
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 cịn cột áp của hệ thơng 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 ngun hồnh độ và nhân đơi 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, cịn hồnh 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 khơng nh ng có khữ ả năng tăng cột áp mà còn tăng cả lưu lượng của hệ thống.
3.4 Tổng quan bộ điều khiển PID
3.4.1 Tổng quan bộ điều 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 vịng 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 vịng 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 tốn 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 trị m ng truy n thơng cơng 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 cơng ty.
3.5.1.2 Vai trị
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 thơng 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 khơng có cách nào nh n bi t. Nh kế ị ậ ế ờ ỹ thuật truyền thông s , không nh ng thơng tin truyố ữ ền đi khó bị sai lệch hơn, mà các thiết bị nối m ng cịn có thêm khạ ả năng tự phát hi n lệ ỗi và chẩn đốn 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 đốn, 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 q trình, mà cịn 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 đốn, 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 thơng 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 thơng 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