4. Cấu trúc của luận văn
4.2 Xây dựng mô hình quá trình sấy
Theo sơ đồ hệ thống sấy đã đƣợc trình bày trong chƣơng 1
Để thực hiện giám sát cả quá trình sấy trong thực tế, cần yêu cầu thời gian giám sát lấy dữ liệu lâu (15-20 ngày), số đầu đo nhiệt độ lớn... Trong phạm vi mô phỏng đề tài xây dựng
4 5 1 2 3 6 8 6 9 7
75
chƣơng trình giám sát với 1 điểm đo và phạm vi ổn định nhiệt độ trong lò là 1 vùng 0,5m3 (dạng mô hình).
Một số hình ảnh mô hình
Hình 4.2. Bộ điều khiển có lập trình PLC s7-300
Hình 4.3: Modul điều khiển TCA785
76
Trong đó thực hiện bộ gia nhiệt là dây điện trở 2kW-200V, thực hiện cung cấp điện qua triac BT10A 700BRG, đƣợc điều khiển góc mở qua IC TCA 785. Quạt gió thực hiện đẩy nhiệt vào lò với kích thƣớc lò 500 x 600x 300. Sử dụng bộ điều khiển PLC s7-300 CPU 314 2DP; với modul tƣơng tự 4AI, 2AQ. Tín hiệu nhiệt đƣợc lấy phản hồi từ PT100.
4.3 Xây dựng chương trình giám sát quá trình sấy cho mô hình .
Sử dụng phần mềm WinCC flexible ta xây dựng giao diện giám sát điều khiển cho mô hình nhƣ sau:
Hình 4.5. Giao diện giám sát quá trình sấy
Sử dụng bộ tham số Kp, KI, KD theo bảng 2.1 kp = 1,2T
L =3,6 KD = 864
Tiến hành nhập chƣơng trình điều khiển (3.5.2) kết nối PLC với mô hình tiến hành vận hành mô hình với bộ thông số trên ta nhận đƣợc màn hình giám sát Trend nhƣ hình 4.3
77
Hình 4.6. Đồ thị nhiệt độ Trend quá trình sấy
Nhận thấy hệ thống gia nhiệt đƣợc của mô hình đã phản ánh đƣợc tính chất của quá trình gia nhiệt đã phân tích ở trên .
Kết luận chương 4
Tiến hành xây dựng mô hình mô tả quá trình sấy, trên cơ sở mô hình thực hiện xây dựng chƣơng trình giám sát điều khiển cho mô hình ta nhận đƣợc kết quả phù hợp với quá trình phân tích ở trên
78
KẾT LUẬN
Công nghệ sấy và điều khiển giám sát nhiệt độ quá trình sấy là một trong những vấn đề đặc biệt cần đƣợc quan tâm trong thực tế, để ngày càng đáp ứng đƣợc việc vận dụng tự động hóa nâng cao chất lƣợng hệ thống cần thực hiện vận dụng tốt các bộ điều khiển có tính năng ƣu việt nhằm nâng cao chất lƣợng hệ thống, giúp nâng cao chất lƣợng sản phẩm, giảm chi phí trong sản xuất, từ những yêu cầu trên tác giả nhận thấy việc áp dụng các bộ điều khiển cần đƣợc nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trong sản xuất
Sau một thời gian tìm hiểu nghiên cứu, đƣợc sự định hƣớng, giúp đỡ của thầy cô trong viện tự động hóa. Đặc biệt sự giúp đõ định hƣớng của PGS.TS Nguyễn Văn Liễn, cùng với sự nỗ lực của bản thân. Trong đề tài đã thực hiện đƣợc một số nội dung cụ thể nhƣ sau:
+ Nghiên cứu lý thuyết quá trình sấy trong công nghiệp , khảo sát quá trình sấy gỗ bằng phƣơng pháp sấy nóng.
+ Nghiên cứu các modul chuyên dụng cho bộ điều khiển PID của thiết bị điều khiển cso lập trình PLC
+ Nghiên cứu và xây dựng đƣợc chƣơng trình điều khiển và giám sát đƣợc quá trình giám sát nhiệt độ của lò sấy với các thông số cụ thể
Thông qua nghiên cứu ứng dụng modul điều khiển PID của thiết bị điều khiển có lập trình PLC hãng Siemens ta nhận thấy việc điều khiển giám sát hệ thống đã đáp ứng đƣợc các yêu cầu điều khiển:
Đảm bảo đƣợc các thông số kỹ thuật của đầu ra theo yêu cầu đặt.
+ Giám sát và dễ dàng hiệu chỉnh, thay đổi thông số kỹ thuật cho ngƣời sử dụng. Đáp ứng tự động hóa cao trong quá trình điều khiển.
ĐỀ NGHỊ
Mặc d đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện luận văn, song đề tài mới chỉ nghiên cứu một số ứng dụng nhỏ của bộ PID, đối tƣợng áp dụng chủ yếu đƣợc xây dựng trên hệ mô hình với tác động nhiều nhỏ, vì vậy cần nghiên cứu hệ thống trên các đối tƣợng có ảnh hƣởng trực tiếp và gián tiếp tới độ ổn định và đáp ứng của hệ thống.
79
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
[1] Nguyễn Doãn Phƣớc (2009), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[2] Hoàn Minh Sơn (2006 , Cơ sở điều khiển quá trình, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phƣớc (2006), Tự động hóa với Simatic S7-300, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[4] Hoàng Văn Chƣớc, Kỹ thuật sấy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004.
[5] Hoàng Văn Chƣớc, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006.
Tài liệu tiếng Anh
1. Ilhan CEYLAN (2009), Energy Analysis of Pid Controlled Heat Pump Dryer
2. Chuncheng Zuo (2012), Model Predictive Control of the Grain Drying Process
Các Website
1. www.Siemens.com
80
PHỤ LỤC
Phụ lục 1:Tham biến hình thức vào ra của FB41 Tham biến hình thức đầu vào
Tên biến Kiểu dữ liệu Phạm vi giới hạn Giá trị mặc định Mô tả chức năng COM- RST
BOOL FALSE COMPLETE RESTART
Khối có chức năng khởi tạo lại hệ thống hoàn toàn khi đầu vào “complete restart” đƣợc thiết lập giá trị logic TRUE.
MAN- ON
BOOL TRUE MANUAL VALUE ON
khi đầu vào “manual value on” có giá trị logic TRUE mạch vòng điều khiển sẽ bị ngắt, các giá trị sẽ đƣợc thiết lập bằng tay.
PVPER- ON
BOOL FALSE PROCESS VARIABLE
PERIPHERAL ON
Khi đọc biến quá trình từ các cổng vào/ ra, đầu vào PV_PER phải đƣợc nối với cổng vào /ra và đầu vào “process variable peripheral on “ có giá trị logic TRUE.
P-SEL BOOL TRUE PROPORTIONAL ACTION ON Hoạt động của bộ điều khiển PID có thể tích cực hoặc không tích cực từng phần riêng trong thuật điều khiển PID. Thuật điều khiển tỷ lệ đƣợc kích hoạt khi giá trị TRUE đƣợc thiết lập tại cổng vào “proportional action on”
81
Hoạt động của bộ điều khiển PID có thể tích cực hoặc không tích cực từng phần riêng trong thuật điều khiển PID. Thuật điều khiển tỷ lệ đƣợc kích hoạt khi giá trị logic TRUE đƣợc thiết lập tại cổng vào “Proportional action on “
INT- HOLD
BOOL FALSE INTERGAR ACTION HOLD Đầu ra của bộ điều khiển tích phần có thể bị “đông lạnh “( không đƣợc sử dụng) khi thiết lập giá trị logic TRUE cho đầu vào “ intergral action hold”.
I-ITL-ON BOOL FALSE INTIALIZATION OF
INTERGRAL ACTION
Đầu ra của bộ điều khiển tích phân có thể đƣợc nối vào cổng vào I_ITL_VAL nếu nhƣ cổng vào “intialization of intergral action” có giá trị logic TRUE.
D-SEL BOOL FALSE DERIVATE ACTION ON
Hoạt động của bộ điều khiển PID có thể tích cực hoặc không tích cực từng phần riêng trong thuật điều khiển PID. Thuật điều khiển vi phân đƣợc kích hoạt khi giá trị TRUE đƣợc thiết lập tại cổng vào “derivate action on”
CYCLE TIME 1ms T#1s SAMPLING TIME
Thời gian lấy mẩu là khoảng thời gian không đổi giữa các lần khối đƣợc cập nhật.
82 SP-INT REAL -100.0 …. 100.0% hoặc giá trị vật lý. 0.0 INTERNAL SEPOINT
Đầu vào “internal sepoint” đƣợc sử dụng để thiết lập tín hiệu chủ đạo ( tín hiệu mẩu) PV-IN REAL -100.0 …100.0% hoặc giá trị vật lý. 0.0 PROCESS VARIABLE IN
Gía trị khởi tạo có thể đặt ở đầu vào “process variable in” hoặc từ biến quá trình đƣợc biểu diễn dƣới dạng số thực dấu phẩy động.
PV-PER WORD W#16#000 PROCESS VARIBLE
ERIPHERAL
Biến quá trình đƣợc nối với CPU thông qua cổng vào tƣơng tự.
MAN REAL -100.0 …..100.0% hoặc giá trị vật lý.
0.0 MANUAL VALUE
Cổng vào “manual value “đƣợc sử dụng để đặt giá trị bằng các hàm giao diện.
GAIN REAL 2.0 PROPORTONAL GAIN
Đầu vào proportionall gain” đƣợc sử dụng để thiết lập hệ số tỷ lệ cho bộ điều khiển theo luật tỷ lệ.
TI TIME CYCLE T # 20s RESET TIME
Cổng vào “reset time” đƣợc thiết lập hằng số thời gian tích phân cho bộ điều khiển vi phân
TD TIME
CYCLE T # 10s DERIVATE TIME
Cổng vào “ Derivate time” sử dụng để thiết lập hằng số thời gian vi phân cho bộ điều khiển vi phân. TM-LAG Time CYCLE T # 2s TIME LAG OF DERIVATE
ACTION
83
khiển vi phân đƣợc chọn thông qua cổng vào” time lag of derivate action”. DEADB- W REAL 0.0(%) hoặc giá trị vật lý.
0.0 DEAD BAND WIDTH
Một vùng kém nhạy đƣợc sử dụng để xử lý tín hiệu sai lệch. Độ rộng của vùng kém nhạy đƣợc đặt thông qua cổng vào” dead band width”. LMN- HLM REAL LMN_LL M(%) hoặc giá trị vật lý.
100.0 MANIPULATED VALUE HIGH LIMIT.
Giá trị hạn chế đƣợc thiết lập bằng tay qua cổng vào “Manipulated value high limit‟.
LMN- LLN REAL -100 ..LMN- LLN (%) hoặc giá trị vật lý.
0.0 MANIPULATED VALUE LOW LIMIT
Gía trị hạn chế dƣới đƣợc thiết lập bằng tay qua cổng vào “manipulated value low limit”.
PV-FAC REAL 1.0 PROCESS VARIBLE FACTOR
Biến quá trình đƣợc nhân với với một hệ số cho phù hợp với phạm vi quy định của biến này.Giá trị bù đƣợc chọn thông qua cổng vào”
process variable factor”
PV-OFF REAL 1.0 PROCESS VARIBLE OFFSET Biến quá trình đƣợc cộng với một
lƣợng bù cho phù hợp với phạm vi quy định của biến này. Giá trị bù đƣợc thông qua cổng vào “process variable offset”
84
LMN- FAC
REAL 1.0 MANIPULATED VALUE
OFFSET
Giá trị giới hạn đƣợc nhân đôi với một hệ số cho phù hợp với phạm vi quy định của biến quá trình.Hệ số này đƣợc đặt qua cổng vào” “manipulated value offset”.
LMN- OFF
REAL 0.0 MANIPULATED VALUE
OFFSET
Gía trị giới hạn đƣợc cộng thêm một lƣợng bù cho phù hợp với phạm vi quy định của biến quá trình. Giá trị b đƣợc đặt qua cổng vào” I- ITLVAL REAL -100.0 … 100.0(%) hoặc giá trị vật lý. 0.0 INTIALIZATION VALUE OF THE INTERGRAL ACTION. Gía trị đầu ra của bộ điều khiển tích phân có đƣợc thiết lập thông qua cổng vào” of the integral action.” DISV REAL -100.0 …
100.0(%) hoặc giá trị vật lý.
0.0 DISTURBANCE VARIBLE
Khi điều khiển hệ thống bằng phƣơng pháp feedforward thì một giá trị bù nhiễu đƣợc đặt thông qua cổng vào “disturbance variable”.
Tham biến hình thức đầu ra
Tên biến Kiểu dữ liệu Mặc định Mô tả
LMN REAL 0.0 MAINPULATED VALUE
Giá trị ra đƣợc thiết lập bằng tay thông qua cổng ra „manipulated value” LMN- PER WORD W#16#00 MANIPULATED VALUE
85
00 PERIPHERAL
Giá trị đầu ra thiết lập bằng tay theo kiểu biểu diễn phù hợp với các cổng vào/ ra tƣơng tự đƣợc chọn qua cổng ra “manipulated value peripheral” QLMN-HLM BOOL FALSE LOW LIMIT OF MANIPULATED
VALUE REACHED
Cổng ra “low limit of manipulated value reached” thông báo giá trị của biến quá trình nhỏ hơn giá trị giới hạn dƣới .
LMN-P REAL 0.0 PROPORTIONAL COMPONENT Tín hiệu ra của bộ điều khiển tỷ lệ đƣợc xuất ra cổng ra “proportional component”.
LMN-I Real 0.0 INTEGRAL COMPONENT
Tín hiệu ra của bộ điều khiển tích phân đƣợc xuất qua cổng ra “integral component”.
LMN-D REAL 0.0 DERIVATIVE COMPONENT
Tín hiệu ra của bộ điều khiển vi phân đƣợc xuất qua cổng ra “Derivative component”
PV REAL 0.0 PROCESS VALUE
Tín hiệu quá trình đƣợc xuất qua cổng ra “process value”.
ER REAL 0.0 ERROR SIGNAL
Tín hiệu sai lệch đƣợc xuất qua cổng ra “error signal”
86
Phụ lục 2:Tham biến hình thức vào ra của FB43 Tham biến hình thức đầu vào:
Tên biến Kiểu dữ liệu Phạm vi giới hạn Giá trị mặc định Mô tả chung INV REAL - 100.0…100. 0 0.0 INPUT VARIABLE
Một giá trị tín hiệu tuần tự đƣa vào tham số đầu vào “input value” PER_TM TIME >=20*CYC
LE
T#1s PERIOD TIME
Tham số đầu vào “period time” là một chu kỳ cố định trong quá trình điều biên.
P_B_TM TIME >=CYCLE T#50ms MINIMUM PULSE/BREAK TIME
Tham biến nhập vào, giá trị xung tối thiểu.
RATIOFAC REAL 0.1 ...10.0 1.0 RATIO FACTOR
Hệ số tỷ lệ, nhằm mục đích thay đổi độ rộng của xung âm hay xung dƣơng.
STEP3_ON BOOL TRUE THREE STEP CONTROL ON Tham biến nhập để tắt mở chế độ ba vi trí. Ơû chế độ này, cả hai tín hiệu xuất đều hoạt động.
ST2BI_ON BOOL FALSE TWO STEP CONTROL FOR BIPOLAR
MANIPULATED VALUE RANGE ON
MAN_ON BOOL FALSE MANUAL MODE ON
Khi thiết lập tham số nhập này là “mannual mode on” thì các tín hiệu xuất có thể đƣợc điều khiển bằng
87
tay.
POS_P_ON BOOL FALSE POSITIVE PULSE ON
Ở chế độ đặt trị bằng tay của bộ điều khiển ba vị trí, tín hiệu xuất QPOS_P có thể đƣợc thiết lập ở tham số nhập là “positive pulse on”. Ở chế độ đặt trị bằng tay của bộ điều khiển hai haivị trí, QNEG_P luôn đƣợc thiết lập ngƣợc với QPOS_P.
NEG_P_ON BOOL FALSE NEGATIVE PULSE ON
Ở chế độ đặt trị bằng tay của bộ điều khiển ba vị trí, tín hiệu xuất QNEG_P có thể đƣợc thiết lập ở tham số nhập là “negative pulse on”. Ở chế độ đặt trị bằng tay của bộ điều khiển hai hai vị trí, QNEG_P luôn đƣợc thiết lập ngƣợc với QPOS_P.
SYN_ON BOOL TRUE SYNCHRONIZATION ON
Khi thiết lập tham số nhập “synchronization on”, xung đầu ra có thể đƣợc đồng bộ hóa với khối thay đổi giá trị biến đầu vào INV. Khi đó, một thay đổi của biến đầu vào sẽ làm thay đổi xung đầu ra. COM_RST BOOL FALSE COMPLETE RESTART
Module mềm đƣợc khởi tạo lại hoàn toàn khi ở cổng vào “complete start” có giá trị logic bằng 1.
88
1ms Khoảng thời gian giữ các lần gọi khối phải cố định. Thời gian trích mẫu (sampling time) đƣợc thiết lập qua cổng vào “sampling time”.
Tham biến hình thức đầu ra: Tên biến Kiểu
dữ liệu Phạm vi giới hạn Giá trị mặc định Mô tả chung
QPOS_P BOOL FALSE OUTPUT POSITIVE
PULSE
Tham biến đầu ra “output positive pulse” đƣợc thiết lập khi xuất ra một xung(positive pulse). Trong chế độ 2 vị trí, tham biến này luôn có giá trị TRUE, QNEG_P luôn có giá trị ngƣợc với QPOS_P
QNEG_P BOOL FALSE OUTPUT POSITIVE
PULSE
Tham biến đầu ra “output positive pulse” đƣợc thiết lập khi xuất ra một xung(negative pulse). Trong chế độ 2 vị trí, tham biến này luôn có giá trị TRUE, QNEG_P luôn có giá trị ngƣợc với QPOS_P