Bộ điều khiển PID cho bồn trao đổi nhiệt khi lưu lượng thay đổi

Chương 5 THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ

5.2. Tính toán bộ điều khiển PID

5.2.2. Bộ điều khiển PID cho bồn trao đổi nhiệt khi lưu lượng thay đổi

Mô phỏng bộ PID của van tuyến tính trên Matlab Simulink:

Hình 5.20 Mô phỏng trên Simulink bộ PID của bồn trao đổi nhiệt.

Với 𝑲𝑷 = 100, 𝑲𝑰 = 0.001, 𝑲𝑫 = 5.

Đáp ứng nhiệt độ ngõ ra mô phỏng khi có PID.

Hình 5.21 Đáp ứng nhiệt độ ngõ ra mô phỏng khi có PID.

47 Sử dụng thông số PID vừa tìm được ta chạy trên mô hình với điều khiển và giám sát trên WinCC.

Với giá trị nhiệt đặt vào SP = 40 0C và nhiệt độ ngõ ra PV = 50 0C.

Ta có đồ thị đáp ứng của hệ thống

Hình 5.22 Đáp ứng nhiệt độ ngõ ra khi có PID chạy trên mô hình.

Nhận xét: Khi ta nhập các thông số PID tìm được vào chạy trong mô hình thì ta thấy hệ đáp ứng ổn định, có giao động nhưng ít.

5.3. Hệ thống giám sát bằng Win CC.

Mô hình được mô phỏng giám sát và điều khiển bằng WinCC.

Tạo lập giao diện của mô hình trên WinCC

48

Hình 5.23 Giao diện của mô hình trên WinCC.

Giao diện điều khiển và giam sát chính của mô hình.

Hình 5.24 Giao diện điều khiển giám sát bằng WinCC

49 Giao diện điều chỉnh các thông số PID.

Hình 5.25 Giao diện điều chỉnh thông số PID.

Giao diện điều khiển các thông số Kp và nhiễu W.

Hình 5.26 Giao diện điều khiển nhiễu và Kp.

50 5.4. Điều khiển Cascade

5.4.1. Điều khiển Cascade Control với nhiễu W không đổi

Do mô hình hệ thống có lưu lượng của hai dòng nóng và lạnh cấp cho bồn trao đổi nhiệt từ bơm là hằng số (van cơ cố định) cho nên hệ thống có 1 ngõ vào và 1 ngõ ra.

- Ngõ vào là giá trị đặt của hệ thống SP.

- Ngõ ra là giá trị đáp ứng của hệ thống PV.

Đặt nhiệt độ ban đầu của mô hình là 500𝐶.

Nhiệt độ ngõ ra mong muốn SP = 400𝐶.

Nhiễu là lưu lượng dòng lạnh qua van tuyến tính cố định ứng với một giá trị dòng điện I = 7 mA.

Quan sát trên WinCC, đồ thị nhiệt độ đáp ứng của mô hình:

Hình 5.27 Đồ thị đáp ứng của mô hình.

Dựa vào đồ thị có thể thấy nhiệt độ đáp ứng ngõ ra gần bằng giá trị đặt mong muốn, sai số xác lập được triệt tiêu. Tuy nhiên, môi trường xung quanh luôn có nhiễu tác động lên quá trình, nhưng hệ có xu hướng trở về trạng thái ổn định, nhiệt độ của đáp ứng vòng trong và vòng ngoài có chênh lệch với nhau không nhiều khoảng 10𝐶 đến 20𝐶.

51 5.4.2. Điều khiển Cascade Control với nhiễu thay đổi của van tuyến tính

Do mô hình hệ thống có lưu lượng của hai dòng nóng và lạnh cấp cho bồn trao đổi nhiệt từ bơm là hằng số (van cơ cố định) cho nên hệ thống là có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra.

- Ngõ vào thứ nhất là giá trị đặt của hệ thống SP.

- Ngõ vào thứ hai là giá trị nhiễu của hệ thống (dòng điện cấp cho van tuyến tính) W.

- Ngõ ra là giá trị đáp ứng của hệ thống PV.

Đặt nhiệt độ ban đầu của mô hình là 450𝐶.

Nhiệt độ ngõ ra mong muốn SP = 400𝐶.

Nhiễu là giá trị lưu lượng dòng lạnh qua van tuyến tính của mô hình được thay đổi ngẫu nhiên bằng cách thay đổi tín hiệu cấp van tuyến tính.

Quan sát trên WINCC, đồ thị nhiệt độ đáp ứng của mô hình:

52

Hình 5.28 Đồ thị đáp ứng của mô hình.

53 Ta thấy khi thay đổi nhiễu quá của hệ thống thì đáp ứng của hệ thống cũng thay đổi theo sau đó sau 1 thời gian sau thì đáp ứng hệ thống cũng ổn định.

 Khi thay đổi nhiễu bằng cách thay đổi dòng điện cấp cho van tuyến tính từ 6mA tăng lên 20 mA thì nhiệt độ đáp ứng của hệ thống giảm xuống do nhiễu thay đổi đột ngột (dòng lạnh tăng lên) sau đó nhiệt độ tăng lên dần cho tới khi ổn định, nhiệt độ đáp ứng của hệ thống PV và nhiệt độ của bồn nóng PV1 (đáp ứng vòng trong của hệ thống) có chênh lệch với nhau khoảng 20𝐶- 30𝐶.

 Khi thay đổi nhiễu với tín hiệu vào van tuyến tính từ 20mA giảm xuống 5mA thì ta thấy nhiệt độ đáp ứng của hệ thống đột ngột tăng lên do nhiễu giảm xuống (dòng lạnh giảm xuống), sau một thời gian sau thì nhiệt độ giảm cho đến khi gần bằng với giá trị đặt, ít dao động, nhiệt độ đáp ứng của hệ thống PV và nhiệt độ của bồn nóng PV1 (đáp ứng vòng trong của hệ thống) có chênh lệch với nhau ít có lúc gần bằng nhau.

 Kết luận: Khi hệ thống ổn định, mặc dù ta thay đổi giá trị nhiễu tăng hay giảm của hệ thống thì đáp ứng của hệ có thay đổi nhưng sau một thời gian nhỏ thì đáp ứng của hệ thống sẽ ổn định như lúc ban đầu.

54

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

Kết luận.

Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và thực nghiệm, nhóm đã thu được những kết quả như sau:

- Thiết kế và chỉnh sửa mô hình hoàn thiện, đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu của đề tài

- Áp dụng phương pháp điều khiển Cascade Control vào trong mô hình và kiểm chứng nó.

- Mô hình được giám sát và điều khiển trên WinCC trực quan, dễ hiểu và điều khiển mô hình dễ dàng.

Về cơ bản, đề tài đã đạt được mục tiêu nghiên cứu đặt ra, tuy nhiên vẫn còn nhiều điểm hạn chế:

- Chỉ sử dụng PLC thuần túy mà không mô hình hóa toàn bộ hệ thống trên Matlab.

Đề nghị, định hướng phát triển của đề tài.

Với những kết quả đã đạt được và những điểm hạn chế của đề tài, nhóm có đề xuất hướng phát triển của đề tài, đó là:

- Tiếp tục nghiên cứu thêm các phương pháp điều khiển khác hiện đại hơn nhằm khắc phục những hạn chế của hệ thống. Do đặc điểm của các quá trình trong công nghiệp nói chung và mô hình này nói riêng thì đặc tính trễ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng điều khiển của mô hình.