Báo cáo thực hành môn thực hành thiết bị Đo và Điều khiển quá trình công ty cổ phần tiki

Xác định các thông số của bộ điều khiển PID theo phương pháp Brodia Từ kết quả trên ta có thể chọn được bộ điều khiển phù hợp với hệ thống theo mối quan hệ sau Tỷ số Bộ điều khiển > 20

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

 BÁO CÁO THỰC HÀNH

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Minh Tiến Sinh viên thực hiện: Nguyễn Như Phúc Long

MSSV: 22645871

Lớp: DHHO18A Môn: Thực hành thiết bị đo và điều khiển quá trình

BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

1 Mục đích thí nghiệm

Nghiên cứu quá trình điều khiển nhiệt độ Mô hình điều khiển bao gồm: đầu

dò, (sensor), nột bộ điều khiển và một bộ gia nhiệt

2 Cơ sở lý thuyết

2.1 Đo nhiệt độ

Đầu dò đo nhiệt độ được sử dụng trong mô hình điều khiển thí nghiệm này là đầu dò điện trở Pt (Platin)

2.1.1 Nguyên lý đo

Điện trở của các kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ Sự tăng điện trở tỷ lệ với nhiệt độ xác định hệ số nhiệt độ dương

2.1.2 Kỹ thuật đo

Đo nhiệt độ sử dụng nhiệt kế điện trở được tiến hành bằng việc đo hiệu điện thế (V) sinh ra của điện trở (R), cường độ dòng điện (I) theo định luật Ohm:

V=I.R

Ở 0 o C, cường độ dòng điện này kích thích 1 hiệu điện thế 0,1V đối với đầu dò Pt100 Điện thế đo được này phải được chuyển đổi một cách chặt chẽ để có thể hiển thị hoặc nối với mô hình thí nghiệm bởi các cáp nối, có 3 loại kết nối: Bộ 2 dây, bộ 3 dây, bộ 4 dây

2.1.3 Sự điều chỉnh

Để tính toán và bù cho bất kì sự biến đổi nào, đầu dò điện trở phải được điều chình tự động Bao gồm việc kiểm tra giá trị nhiệt độ đo được và trong trường hợp có

sự chênh lệch, ghi nhận sự thay đổi đã được theo dõi Vì vậy, việc điều chỉnh là cần thiết đối với trang bị để giảm thiểu sự chênh lệch đến mức sai số cho phép.

2.2 Khảo sát hệ thống gia nhiệt

Nguyên lý gia nhiệt: một dòng điện chạy qua một đai gia nhiệt mica làm kích thích sự tăng nhiệt độ bên trong vòng đai Vòng đai được kết nối với bộ điều khiển công suất điện xoay chiều mà được điều khiển bởi bộ điều khiển dòng điện 4-20mA

Bộ này cho phép điều khiển việc gia nhiệt với điện áp thấp, đã được biến áp từ nguồn điện cao áp hơn

3 Thực nghiệm

3.1 Khảo sát vòng lặp điều khiển

3.1.1 Xác định các thông số đặc trưng của hệ thống

a)

b)

c) Độ khuếch đại tĩnh

Tính biến thiên của các giá trị đo (rPV) và biến thiên giá trị Output (rOP) ở mỗi thời điểm và biểu diễn theo %

Tính độ khuếch đại tĩnh tại mỗi điểm

Gs=

d) Hằng số thời gian và thời gian trễ

Xác định thời gian để đáp ứng của hệ thống khi đạt 28% rt (gọi là ), 40% rt (gọi là ), và 63% rt như trong hình vẽ (trong sách)

Xác định hằng số thời gian:

Xác định hằng số thời gian trễ:

3.1.2 Xác định các thông số của bộ điều khiển PID theo phương pháp Brodia

Từ kết quả trên ta có thể chọn được bộ điều khiển phù hợp với hệ thống theo mối quan hệ sau

Tỷ số Bộ điều khiển

> 20 ON-OFF < 20 P

< 10 PI < 5 PID Sau đó, xác định các thông số của bộ điều khiển như sau

Bộ điều khiển Độ khuếch đại Kp Thời gian tích phân Ti Thời gian vi phân

PID

PB =

PB = … o C

V BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

PV 140.2 140.6 140.6 140.7 140.9 141.1 141.2 141.4 141.6

PV 141.8 141.9 142 142.1 143.4 143.5 143.5 143.6 143.6

PV 143.6 143.6 143.6 143.6 143.6

Tại giá trị OP ( 40%) = 122.7

OP (50%) = 143.3

⇒ Δ T=143.3−122.7=20.6

Tính t 1 = OP ( 40%) + Δ T × 0.28 = 128.47 => t = 111.53

t 2 = OP ( 40%) + Δ T × 0.4 = 130.94 = > t = 160.2

t 3 = OP ( 40%) + Δ T × 0.63 = 139 => t = 348.80

Hằng số thời gian : t = 5.5 ( 160.2 – 111.53) = 267.685

Thời gian trễ : t m = 348.80– 267.685 = 81.115

t

t m = 3.3 =>> Bộ điều khiển là PID

=>> Độ khuếch đại : = 4.32

=>> Thời gian tích phân Ti = 267.685 + 0.4 × 81.115 = 300.131

=>> Thời gian vi phân Td = 81.115+2.5 ×267.685 267.685 ×81.115 = 29

ΔOP=50−40

50 ×100 = 20%

ΔPV =143.6−123.2

143.6 = 0.142

 Gs = ΔPV ΔOP = 0.71

 PB = 100/4.32 = 23.148

Tạo nhiễu

Sự lọt lố : 81.5 – 80 = 1.5

Thời gian ổn định : 7.5 s

Sai lệch tĩnh : 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Biểu đồ

BÀI 2 : ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

- Trình bày được nguyên lý điều khiển của hệ thống điều

khiển áp suất

- Mô tả được vai trò của các bộ phận trong hệ thống điều khiển: cảm biến; bộ điều khiển’ bộ phận tác động

- Xác định được các tham số của bộ điều khiển (PB, Ti, Td) bằng phương pháp Nichols – Ziegle

- Đánh giá được khả năng điều khiển của hệ thống điều khiển

II MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

2.1 Giới thiệu về mô hình

Hệ thống thí nghiệm gồm một bình kín chứa khí làm bằng thép không gỉ có khả năng chịu áp suất đến 10 Bar và dung tích khoảng 0.2 m3, trên nắp bình chứa có gắn một đồng hồ đo áp suất và cảm biến áp suất

Một van kim – V3 dùng để tạo ra tác động nhiễu trong quá trình điều khiển

Một van xả – V4 ( V4 mở hoàn toàn khi tiến hành thí

nghiệm)

Một van điện từ V2 dùng để điều khiển lưu lượng dòng khí nén vào trong bình áp suất

Van cấp khí nén vào hệ thống V1

Để dễ dàng sử dụng hệ thống, người ta dùng một phần mềm

“SPECVIEW” để kiểm tra, hiệu chỉnh các tham số bộ điều khiển

ở thời điểm khảo sát, đồng thời hiển thị giá trị các thông số liên quan đến quá trình điều khiển

2.2 Nguyên lý

Khí nén từ máy nén được cung cấp ổn định vào hệ thống với áp suất 4 bar ( chỉnh bằng van V1) Trên bình chứa khí, có gắn 1 đồng hồ áp suất, 1 cảm biến áp suất để đo áp suất bên trong bình chứa, đồng thời chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện ( 4-20 mA) tương ứng với áp suất (0-10 bar) và truyền tín hiệu này đến bộ điều khiển

Bộ điều khiển UDC2500 nhận tín hiệu từ cảm biến, sánh với giá trị cài đặt để tính toán sai lệch, bộ điều khiển sẽ xuất tín hiệu đầu ra OP( %)

song

PID nối tiếp

PID song song

PID hỗn hợp

xBPc

1 Kế quả thí nghiệm và đồ thị

a Xác định PBc, Tc

BPc =0.09 Tc= 7s

b Tính toán các bộ điều khiển cho hệ thống

P PI nối

tiếp PI song song PID nối tiếp PID song song PID hỗn hợp

P 8

c Đánh giá và lựa chọn bộ điều khiển khi hệ thống hoạt động ở áp suất 1 bar

cân bằng

PI song song

PID nối tiếp 1.01

PID song song 1.07

PID hỗn hợp 1.02

Chọn bộ điều khiển PI nối tiếp

PB% = 0.3 PB% = 0.1

Ti = 0.15 Ti = 0.05

Td = 0 Td = 0

PV= 1.01 PV= 1.02

BÀI 3 : ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG

I MỤC TIÊU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM

- Trình bày nguyên lý điều khiển của hệ thống điều khiển lưu lượng

- Mô tả được vai trò của các bộ phận trong hệ thống điều

khiển: Đầu dò lưu lượng, bộ phận tác động, thiết bị đo chênh lệch áp suất, bộ chuyển động đổi I/P, bộ điều khiển UDC 2500…

- Xác định được chế độ của bộ điều khiển và các tham số của

bộ điều khiển (PB, Ti, Td) bằng phương pháp điều chỉnh hoặc phương pháp Nichols – Ziegler

- Đánh giá được khả năng điều khiển của hệ thống điều khiển

II MÔ TẢ THÍ NGHIỆM

- Hệ thống thí nghiệm mô tả việc điều khiển lưu lượng dòng lưu chất trong một hệ thống ống

- Hệ thống bao gồm một bồn nước 100 lít, với van dẫn nước vào và dẫn nước ra

- Một dạng bơm ly tâm dùng để bơm nước vào hệ thống Trong đó có một lưu lượng kế dạng phao và một lưu lượng

kế màng chắn được nối với cảm biến áp suất chênh lệch và

bộ hiển thị (PT)

- Lưu lượng nước một phần được điều khiển bằng van tay V3 ( Van tỉ lệ, để thiết lập khoảng làm việc) và một phần bởi van

tự động ( bộ phận tác động ) Một đường ống phía trên van

tỉ lệ dùng để tạo nhiễu trong chế độ điều khiển servo

- Lưu lượng nước được đo bởi màng chắn và cảm biến áp suất chênh lệch Hệ thống bao gồm bộ hiển thị RIA 250 để tính toán lưu lượng từ giá trị áp suất chênh lệch, sau đó gửi giá trị này về bộ điều khiển UDC 2500 dưới dạng analog 4-20

mA ( 4 – 20 mA tương ứng với giới hạn lưu lượng thiết lập theo chênh lệch áp suất được cài đặt ở bộ cảm biến )

- Bộ điều khiển UDC 2500 có giao diện người – máy Nó nhận tín hiệu và hiển thị giá trị lên màn hình, từ đó người sử dụng

có thể thay đổi cài đặt ( giá trị cài đặt, tác động tỉ lệ, tích phân, vi phân )

- Van solenoid tỉ lệ là bộ tác động, nó được vận hành bởi bộ điều khiển Đây là van tỉ lệ do đó nó có các mức độ mở khác nhau từ 0 – 100% Van được vận hành thông qua bộ chuyển đổi I/P, khi đó tín hiệu đầu ra từ bộ điều khiển trong khoảng

4 – 20 mA sẽ được chuyển thành áp suất khí nén, từ đó điều khiển van vởi độ mở tương ứng

- Hộp điện cung cấp điện cho đầu dò, bộ điều khiển, bộ

chuyển đổi

III CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Trước khi bật công tắc Power, các van trên đường ống hút và ống đẩy phải mở hoàn toàn

Kiểm tra cài đặt của UDC 2500 theo catalog của nhà sản xuất

Hệ thống phải hoạt động ở chế độ auto

3.1 Đuổi khí khỏi hệ thống ( thực hiện khi trong đường ống có khí )

Bật bơm cho dòng lưu chất chạy tuần hoàn trong hệ thống Cho nước chạy vào hệ thống với lưu lượng lớn nhất

Mở van cân bằng M3

Cho nước chạy tuần hoàn để loại không khí trong đường ống mềm nối với màng chắn

Đóng van cân bằng M3

Đóng van M5 ( phía dưới)

Mở van cân bằng M3

Mở van M2, M4 để đuổi khí sau đó đóng lại

Đóng van cân bằng M3

Mở van M5

3.2 Xác định các giá trị tham số cho bộ điều khiển

Trong bài thí nghiệm này, lưu lượng hệ thống cần điều khiển

là 1000 l/h

3.2.1 Cài đặt theo phương pháp điều chỉnh

Khảo sát ảnh hưởng của dải tác động tỉ lệ (PB)

Bộ điều khiển phải hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ khoảng cách:

Trên bộ diều khiển cài đặt ALGOR => CTR ALG: giá trị “ PD + MR” để loại bỏ tác dụng tích phân, cài đặt TUNING => RATE

T : giá trị 0

Trên màn hình máy vi tính, trang “Control monitoring”, chọn giá trị Ti = 50 để loại bỏ tác động tích phân

Khảo sát PB = 200%, PB = 100%, PB = 75% và PB = 50% ứng với 3 giá trị cài đặt SP khác nhau ( C = 500 l/h, C = 1000 l/

h và C = 1200 l/h )

Lựa chọn giá trị PB thích hợp cho mỗi chế độ lưu lượng

trong hệ thống

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tích phân Ti:

Lưu lượng mong muốn là 1000 l/h do đó, cài đặt giá trị SP =

1000 l/h

Bộ điều khiển phải hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ tích

phân bằng cách

Trên bộ điều khiển cài đặt ALGOR => CTR ALG: giá trị “PID A” Cài đặt TUNING => RATE T: giá trị 0

Trên màn hình máy vi tính, trang “Control monitoring”, dải tác động tỉ lệ (PB) được chọn theo giá trị đã khảo sát theo

bước trên

Khảo sát ảnh hưởng của Ti đến khả năng đáp ứng của hệ

thống với nhiễu: Ti = 1 phút, Ti = 0.5 phút Ti = 0.25 phút, Ti = 0.2 phút

Tạo nhiễu bằng cách cài đặt SP = 500 l/h cho hệ chạy ổn

định, sau đó thay đổi giá trị SP = 1000 l/h Ghi lại thời gian

3.3 Nội dung thí nghiệm

Xây dựng phương trình hàm truyền cho hệ thống điều khiển lưu lượng với giá trị hàm mong muốn là 1000 l/h

3.3.1 Cài đặt theo phương pháp điều chỉnh

200 1000 1523.5 14.9

2 Khảo sát ảnh hương của tác động tích phân Ti

Ti SP PV OP Thời gian đạt đến trạng thái

ổn định

3 Khảo sát ảnh hưởng của tác động vi phân Td

2

Chọn bộ điều khiển mong muốn với lưu lượng 1000 l/h

PB = 75%

Ti = 0.8 phút

Td = 0.18 s

0 5 10 15 20 25

0

50

100

150

200

250

Khao sat anh huong PB

e(t)

OP (%) PB(%)

0 100 200 300 400 500 600 700

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Khao sat Ti

OP(%)

Ti ( phút)

t(s)

BÀI 4: ĐIỀU KHIỂN MỨC CHẤT LỎNG

I MỤC TIÊU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM

- Trình bày được nguyên lý điều khiển của hệ thống điều khiển mức chất lỏng

- Mô tả được vai trò của các bộ phận trong hệ thống điều khiển: Đầu dò, thiết bị điều khiển, thiết bị phát động

- Xác định được chế độ của bộ điều khiển và các tham số của bộ điều khiển

II Cơ sở lý thuyết

III MÔ TẢ THÍ NGHIỆM

- Trình bày nguyên lý điều khiển của hệ thống điều khiển mức chất lỏng

- Mô tả vai trò của các bộ phận trong hệ thống điều khiển: đầu dò thiết bị điều khiển…

- Xác định chế độ của bộ điều khiển và các tham số của

bộ điều khiển( PB, Ti, Td)bằng phương pháp điều chỉnh hoặc phương pháp Nichols – Ziegler

- Đánh giá khả năng điều khiển của hệ thống điều khiển

1 Khảo sát ảnh hưởng của PB

SP = 70 ( mm)

- 48.4 = 21.6

= 15.5

11.4

65.1=4.9

170-66,5=103 5

 SP = 70, PB = 7

2 Ảnh hưởng của Ti:

đạt trạng thái ổn định(s)

 Chọn PB = 7 , Ti = 2

70 71 72 73 74 75 76

0

2

4

6

8

10

12

Khao sat anh huong PB

∆𝐻

OP(%) PB( %)

2 Ảnh hưởng của Td:

Td( phút

)

Lưu lượng ( l /h)

gian đạt

ổn định ( s)

Vọt lố

70

 SP = 70 , Ti = 2, Td = 0,1

0 50 100 150 200 250 300 350

71.5 72 72.5 73 73.5 74 74.5

Khao sat Ti

t(s)

Ti ( phút) OP(

%)