Hình 1.9.Sơ đồ khối bàn thí nghiệm
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 23
1.3.2. Các thành phần trong sơ đồ thí nghiệm:
1.3.2.1. Các module của PLC S7300 trong bàn thí nghiệm.- Có các module
- Modul nguồn nuôi 307-1EA00 -0AA0.
- Module CPU 314 1AE04 0AB0. - -
- Module vào tương tự AI 2 ×128bit 331-7KB01 0AB0. - - Module vào ra số DI8/DO8×DC24 323-1BH00-0AA0.
1.3.2.2. Cảm biến đo nhiệt độ của lò:
Cặp nhiệt điện WRN130. Có nhiệm vụ đo nhiệt độ của lò và chuyển thành tín hiệu điện áp để đưa vào cổng AI của PLC.. Cặp nhiệt có các thông số kĩ thuật sau:
- Độ dài cặp nhiệt 350 mm
- Nhiệt độ cực đại đo được là 1000oC
- Đặc tuyến của cặp nhiêt điện khá phi tuyến tuy nhiên trong khoảng 100→7000C có thể coi là tuyến tính.
1.3.2.3. Cơ cấu chấp hành: kiểu tỉ lệ
Tín hiệu ra từ cổng DI/DO của PLC cụ thể là từ cổng Q0.0 được đưa tới AC SOLID STATE ROLE để điều khiển đóng mở role tạo ra điện áp cấp cho lò.Điện áp cấp cho lò được điều khiển theo độ rộng xung với nguyên lý mô tả bên dưới:
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 24
Hình 1.10 .Điều khiển độ rộng xung Điện áp cấp cho lò
T U t
Ulò = với t là độ rộng xung. T là chu kì của xung U là điện áp nguồn cung cấp.
Các đặc điểm của Rơle:
- Điện áp cực đại 480V.
- Dòng điện cực đại 20A.
- Tần số dòng điện 50/60Hz.
Hình 1.11.AC SOLID STATE ROLE 1.3.2.4 Lò điện trở:
Đối tượng của bài toán nhận dạng và điều khiển.
Hình 1.12. Lò điện trở trong phòng thí nghiệm
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 25
Lò điện trở là thiết bị dùng để biến đổi điện năng thành nhiệt năng trong quá trình gia nhiệt bằng hình thức dùng các điện trở gọi là dây nung. Khi có dòng điện chạy qua các dây nung sẽ làm nóng dây nung và tỏa ra nhiệt độ tuân theo định luật Jun-Lenz.
Lò điện trở là một đối tượng nhiệt có quán tính và có trễ. Lý do gây trễ ở đây là nhiệt độ của buồng lò không đồng nhất.
Một số đặc điểm của lò điện trở:
Quán tính nhiệt của lò lớn, sự thay đổi nhiệt độ của lò xảy ra chậm. Lò có hệ số dung lượng lớn thì quán tính của lò càng lớn.
Nhiệt độ của buồng lò không hoàn toàn đồng đều và cặp nhiệt cũng có quán tính nhất định nên việc xác định nhiệt độ còn phụ thuộc vào vị trí đặt bộ cảm biến nhiệt độ. Trong luân văn này cảm biến được đặt sao cho đầu cảm biến nằm giữa buồng đốt của lò.
Biến thiên nhiệt độ của lò có tính tự cân bằng. Nhờ tính chất này mà khi mất cần bằng giữa lượng nhiệt cung cấp và lượng nhiệt tiêu thụ thì nhiệt độ của lò có thể tiến tới một giá trị xác lập mới mà không cần có sự tham gia của máy điều chỉnh. Các dây nung cần thỏa mãn một số điều kiện sau: Chịu được nhiệt độ cao, độ bền cơ học lớn,c ó điện trở suất nhỏ.Thông số của lò điện trở trong phòng thí nghiệm.
- Điện áp cấp cực đại 220V.
- Công suất cực đại 2.3KW.
- Nhiệt độ cực đại 10000C.
- Kích cỡ buồng đốt 200 ×120×80 mm.
1.3.3 Thu thập dữ liệu thực nghiệm
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 26
Đặt giá trị tín hiệu u(t)=INV =30=constở đầu vào của khối hàm tạo xung FB43 bằng phần mềm STEP7.Dưới đây là Project đo đặc tính trong PLC.
Hình 1.13.Project đo đặc tính Chương trình đo đặc tính được viết trong OB1như sau:
L PIW272 T MW0 A I 0.0 FP M 0.0
JCN bx // cho suon len i0.0 AN Q 0.1
= Q 0.1 // bat tat den tin hieu = M 0.1
bx: A M 0.1 AN T 1 L W#16#1100 SD T 1
L W#16#1030 //phat xung theo 30%
LC T 1 >=I
ĐHBK-HÀ NỘI Điều khiển đối tượng nhiệt trên cơ sở hệ logic mờ
Học Viên : Đặng Xuân Vinh CH Điều Khiển & Tự Động Hóa 06 – 08 27
A M 0.1 = Q 0.0 END : BEU
Xung tạo ra đưa qua cổng ra Q0.0 của Module DI/DO để điều khiển đóng mở Rơle tạo ra điện áp ra Ulò ≈ 220.30%=66V đưa vào lò điện trở.
Nhiệt độ của lò điện trở được đo bởi cặp nhiệt điện. Giá trị điện áp ra của cặp nhiệt điện Ucbđược đưa vào cổng vào PIW272 của module AI của PLC.
Tín hiệu thu được tại cổng PIW272 trong PLC là một số nguyên 16 bit mang thông tin về điện áp sẽ được tính toán để được giá trị nhiệt độ thật và cất vào một ô nhớ.
Chương trình đo đặc tính như sau:
Dùng phần mềm WinCC với thời gian thu thập dữ liệu 20s để thu thập bảng số liệu thực nghiệm và vẽ đặc tính của lò.
Dưới đây là đường đặc tính lò vẽ bằng WinCC.