Đang tải... (xem toàn văn)
báo cáo thực hành bộ môn kỹ thuật đo lường và tự động hóa
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN MÁY VÀ THIẾT BỊ HÓA HỌC - BÁO CÁO THỰC HÀNH BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GVHD: NGUYỄN TIẾN ĐẠT SVTH: PHÙNG MINH TÂN MSSV: 11046851 LỚP: DHHO7 NHĨM: TỔ: HỌC KÌ: NĂM HỌC: 2013- 2014 BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ MỤC ĐÍCH THÍ NGHỆM: Mơ hình thí nghiệm cho phép nghiên cứu trình điều khiển nhiệt độ Nó mơ hình điều khiển đơn giản, bao gồm: đầu dò (sensor), điều khiển gia nhiệt Mơ hình trang thiết bị cần thiết dùng để khảo sát: Các thông số hệ thống điều khiển với khái niệm: độ khuếch tán tĩnh, số thời gian, thời gian trễ Xác định thông số điều khiển bẳng phương pháp Proda BÁO CÁO THÍ NGHIỆM: 2.1 Kết Quả Thí Nghiệm: a Xác định thơng số đặc trưng hệ thống Bảng 1: Giá trị nhiệt độ đo tương ứng thay đổi OP b OP % PV(oC) 33.5 10 35.2 20 37.7 30 38.1 40 38.3 OP=50% 50 38.7 Manual 60 Xác định 38.9 Bảng 2: Giá mức STT 70 T (s) 39.1 OP% thông số điều khiển theo phương pháp Broida trị PV OP=40% chế độ PV(oC) 80 40 39.4 39.9 90 30 50 39.6 40 100 60 50 90 50 39.8 40.1 40.1 120 50 40.1 150 50 40.2 180 50 40.2 210 50 40.3 240 50 40.3 10 270 50 40.3 11 300 50 40.3 12 330 50 40.3 13 360 50 40.5 14 390 50 40.5 15 420 50 40.5 16 450 50 40.5 17 480 50 40.5 18 510 50 40.5 19 540 50 40.6 20 570 50 40.6 21 600 50 40.7 22 630 50 40.7 23 660 50 40.7 24 690 50 40.7 25 720 50 40.7 26 750 50 40.7 c Kiểm chứng khả điều khiển hệ thống ứng với thông số PB, Ti, Td: Bảng 3: Đáp ứng hệ thống chế độ điều khiển Auto STT T(s) SP(oC) PV(oC) 90 40 30 90 40.1 60 90 40.2 90 90 40.3 120 90 40.4 150 90 40.4 180 90 40.6 210 90 40.7 240 90 40.7 10 270 90 40.7 11 300 90 40.8 12 330 90 40.9 13 360 90 40.9 14 390 90 40.9 2.2 Xử Lý Kết Quả: a Xác định thông số đặc trưng hệ thống Bảng 4: Xác định độ khuếch tán đại tĩnh Gs OP % OP PV ∆PV ∆PV 0 ∆OP% 33.5 Gs 10 10 10 35.2 1.7 0.425 0.0425 20 10 10 37.7 2.5 0.625 0.0625 30 10 10 38.1 0.4 0.1 0.01 40 10 10 38.3 0.2 0.05 0.005 50 10 10 38.7 0.4 0.1 0.01 60 10 10 38.9 0.2 0.05 0.005 70 10 10 39.1 0.2 0.05 0.005 80 10 10 39.4 0.3 0.075 0.0075 90 10 10 39.6 0.2 0.05 0.005 100 10 10 39.8 0.2 0.05 0.005 b Xác định thông số điều khiển theo phương pháp Broida Bảng 5: Xác định thời gian trễ số thời gian ∆t(oC) τ1(s) τ2(s) τ(s) τm(s) 0.8 135 190 302.5 42.5 Bảng 6: Xác định điều khiển Tỷ số / Bộ điều khiển 7,12 PI Bảng 7: Xác định thông số điều khiển Bộ điều khiển Bộ khuếch đại Thời gian tích phân Thời gian vi phân Kp Ti Td PI 5,7 τ Bảng 8: Các thông số cài đặt cho điều khiển Bộ điều khiển PB Ti(s) 302.5 PI Td(s) ĐỒ THỊ: Hình 1: nhiệt độ theo giá trị OP Hình 2: độ khuếch đại tĩnh theo giá trị OP Hình 3: xác định số thời gian thời gian trễ Hình 4: đáp ứng hệ thống chế chế độ điều khiển tự động PHỤ LỤC: Tmax= 400 oC 4.1 Tính mẫu OP % OP OP% PV PV PV % Gs 0 33.5 0 10 10 10 35.2 1.7 0.425 0.0425 *Tính giá trị OP: OP = OP2- OP1 = 10-0 = 10 *Tính giá trị OP (%): OP (%) = với OPmax =100% *Tính giá trị P: P = P2- P1 =35,2 – 33,5 = 1,7 (oC) *Tính giá trị P (%): P (%) = (%) với PVmax =400(oC) *Tính độ khuếch đại tĩnh: Gs = = * Xác định thời gian trễ số thời gian T (oC) (s) (s) (s) (s) 0,8 135 190 302,5 42,5 Tỉ số: nên ta chọn điều khiển PI Tmax = 400 (oC) *Xác định thông số điều khiển: Bộ điều khiển Bộ khuếch đại Kp Thời gian tích phân Ti Thời gian vi phân Td PI 5,7 τ= 302,5 (s) Gs = KP = 5,7 PB = Nên ta cài thông số máy sau : PB = 0,175 (oC) Ti = (s) Td=0 4.2 Tài liệu tham khảo: [1].Hướng dẫn thực hành kỹ thuật đo lường & tự động hóa,Khoa Máy-Thiết bị,Trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM BÀI 2: ĐIỀU KHIỂN VAN MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Các van điều khiển thường sử dụng rộng rãi thành phần then chốt nhiều hệ thống điều khiển tự động như: điều khiển lưu lượng, điều khiển mực chất lỏng,… Bài thí nghiệm giúp sinh viên: Hình dung nguyên lý điều khiển vai trò phận hệ thống điều khiển van Định cỡ van theo hệ số lưu lượng Kv Xác định quy tắc điều khiển lưu lượng hàm số theo độ mở van thơng số dịng sẵn có thơng số van lắp đặt Thay đổi số đĩa van để điều chỉnh hệ số lưu lượng Kv KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: a) Xác định hệ số lưu lượng van: TN1: Chế độ khơng có định vị Q(lít/giờ ) 20 30 40 50 60 70 80 ∆P (bar) 0.17 0.12 0.17 0.21 0.29 0.32 0.34 TN2: Chế độ có định vị: Q(lít/giờ ) 20 40 60 80 100 120 140 160 ∆P (bar) 0.07 0.09 0.13 0.19 0.28 0.37 0.49 0.63 b) Xác định đặc trưng van độ chênh lệch áp suất qua van không đổi: TN3: Chế độ khơng có định vị: Độ mở 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Q mở 0 0 10 15 25 38 60 88 Q đóng 0 13 17 32 50 75 88 88 88 TN4: Chế độ có định vị: Độ mở 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Q mở 45 46 55 45 50 45 45 45 45 45 Q đóng 40 40 40 40 41 41 41 42 44 45 c) Xác định đặc trưng van độ chênh lệch áp suất qua van thay đổi: TN5: Chế độ khơng có định vị: Độ mở 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 P mở 2.17 2.17 2.16 2.15 2.18 2.18 2.17 2.16 2.16 2.04 1.99 0 0 10 15 26 40 60 88 2.17 2.06 2.05 2.05 2.01 2.08 2.13 1.98 2.04 1.94 1.94 0 12 20 33 50 75 90 86 86 Q mở P đón g Q đón g 10 60 10 10 0.54 0.14 8.48 0.848 70 10 10 0.76 0.22 13.33 1.333 80 10 10 1.12 0.36 21.82 2.182 90 10 10 1.42 0.3 18.18 1.818 100 10 10 1.65 0.23 13.94 1.394 Bảng 10: Xác định thông số khuếch đại tĩnh Gs (V2 mở vòng) P ∆P ∆P(%) Gs 10 ΔOP (%) 10 0.29 0 10 10 10 0.34 0.05 2.78 0.278 20 10 10 0.4 0.06 3.33 0.333 30 10 10 0.49 0.09 5.00 0.500 40 10 10 0.62 0.13 7.22 0.722 50 10 10 0.81 0.19 10.56 1.056 60 10 10 1.12 0.31 17.22 1.722 70 10 10 1.41 0.29 16.11 1.611 80 10 10 1.59 0.18 10.00 1.000 90 10 10 1.75 0.16 8.89 0.889 100 10 10 1.8 0.05 2.78 0.278 OP ΔOP ĐỒ THỊ Hình 1: Đồ thị áp suất đo theo giá trị OP Hình 2: Đồ thị độ khuếch đại tĩnh theo giá trị OP Hình 3: Đồ thị xác định số thời gian thời gian trễ mức OP = 60% (van mở vịng) Hình 4: Đồ thị đáp ứng hệ thống chế độ điều khiển tự động PID 21 BÀN LUẬN *Nguyên lý điều khiển vai trò phận hệ thống điều khiển: Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến, so sánh với giá trị cài đặt ban đầu để tính toán sai lệch.Giá trị sai lệch thay vào phương trình hàm truyền để xác định tín hiệu đầu điều khiển OP.Dưới tác động điều khiển OP,van điều khiển khí nén PV 01 đóng mở tương ứng để điều chỉnh áp suất bình (OP điều khiển dịng khí nén để đóng/mở van) *Nhận xét khả đáp ứng hệ thống điều khiển cài đặt thơng số tìm phương pháp Proda: Nhìn vào hình 4.4 ta nhận thấy khả đáp ứng hệ thống tương đối tốt.Khi SP=0.5 bar SP=0.7 bar hệ thống ổn định Cịn SP=1.2 bar hệ thống tương đối ổn định có vọt lố xảy ra.Thời gian đáp ứng để hệ thống ổn định nhanh *Phạm vi ứng dụng phương pháp Proda việc xác định thông số điều khiển : Khảo sát đáp ứng hệ thống thay đổi OP.Giá trị PV ghi nhận theo thời gian hệ thống đạt trạng thái ổn định.Dựa vào đồ thị PV theo thời gian ta tính số thời gian, thời gian trễ xác định thơng số thích hợp cho điều khiển.Do ta xác định sai hệ thống khơng ổn định.Phương pháp địi hỏi độ xác số liệu phải cao hệ thống có đáp ứng chậm *Ứng dụng điều khiển áp suất cơng nghiệp: - Dùng cho quạt thơng gió hệ thống thơng gió trung tâm , hệ thống gia nhiệt … - Điều khiển q trình nóng – lạnh - Điều khiển nhiệt độ theo cấp PHỤ LỤC 7.1.Tính mẫu OP 10 OP 10 Pmax= 1.76 bar OP(%) 10 P (bar) 0.22 0.26 *Tính giá trị OP: 22 P (bar) 0.04 P (%) 2.27 Gs 0.227 OP = OP2- OP1 = 10-0 = 10 *Tính giá trị OP (%): OP (%) = với OPmax =100% *Tính giá trị P: P = P2- P1 = 0,26 – 0,22 = 0,04 (bar) *Tính giá trị P (%): P (%) = (%) với PVmax =1,76 bar *Tính độ khuếch đại tĩnh: Gs = = * Xác định thời gian trễ số thời gian P (bar) 0.24 (s) 6,5 (s) (s) 8,25 (s) 0,75 Tỉ số: nên ta chọn điều khiển P *Xác định thông số điều khiển: Bộ khiển Pmax = bar điều Bộ khuếch đại Thời gian tích phân Thời gian vi phân Kp Ti Td P 7.33 Max Gs = KP = 7,33 PB = Nên ta cài thông số máy sau : PB = 0,136 Bar Ti = Td=0 7.2.Tài liệu tham khảo: [1].Hướng dẫn thực hành kỹ thuật đo lường & tự động hóa,Khoa Máy-Thiết bị,Trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM 23 BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN MỰC CHẤT LỎNG MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Giúp sinh viên hiểu được: Chức vòng điều khiển phận hệ thống thí nghiệm: đầu dị, thiết bị chuyển đổi tín hiệu, thiết bị điều khiển, thiết bị phát động… Các chương trình điều khiển (ON-OFF, điều khiển P/PI/PID) Nguyên lý điều khiển mực chất lỏng Thiết lập phương trình hàm truyền ảnh hưởng tham số đến trình điều khiển Sử dụng phần mềm kiểm soát 2.NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN Chiều cao cột chất lỏng đo thông qua đo áp suất đáy cột theo công thức sau: = 3.KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU: Kết số liệu: Bảng 1.1 : Khảo sát ảnh hưởng PB PB (%) SP (cm) PV (cm) OP (%) e(t) 100 50 43.54 8.4 1.66 75 50 45.66 8.4 1.74 50 50 48.23 2.7 2.08 25 50 49.35 3.9 0.54 24 20 50 49.25 3.4 0.80 10 50 49.17 3.9 0.38 Bảng 1.2 : Khảo sát ảnh hưởng tác động tích phân Ti Ti (phút) SP (cm) PV (cm) 10 50 46.98 Thời gian đạt đến trạng thái ổn định (s) 140 50 48.21 60 50 49.9 58 0.5 50 49.6 60 0.1 50 49.33 40 Bảng 1.3 : Khảo sát ảnh hưởng tác động vi phân Td Td (phút) SP (cm) PV (cm) Vọt lố Thời gian đạt ổn định (s) 0.2 50 50.27 0.05 120 50 50.70 0.41 180 Bảng 1.4 : Kiểm tra khả điều khiển hệ thống t(s) SP=70 SP=30 50,52 60,9 24 68,48 67,23 48 72,46 65,32 72 73,48 62,16 96 72,9 59,04 120 71,34 56,34 144 70,01 54,44 168 69,22 51,52 192 68,67 49,46 25 Ghi 216 68,59 46,8 240 68,7 44,93 264 68,86 42,42 288 69,3 40,65 312 69,6 38,35 336 69,91 36,57 360 70,17 35,15 384 70,63 33,05 408 70,81 31,5 432 70,86 30,05 456 70,88 29,5 480 29,9 504 30,27 528 30,37 552 30,17 4.ĐỒ THỊ: Hình 1.1: Đồ thị ảnh hưởng PB đến sai lệch tĩnh Hình 1.2: Đồ thị ảnh hưởng Ti đến thời gian hệ thống đạt ổn định Hình 1.3 : Đồ thị kiểm tra khả điều khiển SP=70 cm 30cm 5.NHẬN XÉT VÀ BÀN LUẬN: 26 Đặc tính điều khiển mô tả sau: Chiều cao mực chất lỏng điều khiển thông qua việc điều chỉnh lưu lượng dòng vào dòng khỏi cột Trong thí nghiệm van dịng mở vị trí cố định khoảng ¼ van.Khi cần tăng chiều cao mực chất lỏng cột ,van tỉ lệ điều khiển khí nén mở ra,cho phép lưu lượng vào cột tăng lên ngược lại Bộ điều khiển UDC 2500 có giao diện người- máy.Nó nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu xuất tín hiệu điều khiển đến chuyển đổi IP ( Cường độ dịng điện → Áp suất khí nén) để điều khiển van Với thông số xác định PB, Ti,Td, ta thấy điều khiển hoạt động ổn định điều khiển mực chất lỏng.Tuy nhiên điều khiển mực chất lỏng từ SP= 50 cm SP=30 cm thời gian ổn định lâu ( khoảng 360 giây) so với điều khiển mực chất lỏng từ SP= 50 cm lên SP=70 cm Ảnh hưởng PB,Ti,Td lên hệ thống: Đối với ảnh hưởng PB : nghịch đảo PB dải tác động tỉ lệ PB=1/G Khi tăng dải tác động tỉ lệ ứng với giảm độ dốc giá trị OP,sẽ tránh tượng vọt lố lại tăng thời gian để hệ đạt trạng thái ổn định có sai lệch tĩnh lớn Đối với ảnh hưởng Ti: tăng tốc độ điều khiển trình tới điểm SP,nhưng Ti khâu tích phân đáp ứng cho sai số tích lũy khứ nên khiến giá trị vọt lố qua giá trị SP ban đầu Đối với ảnh hưởng Td:Tác động tích phân tính tốn dựa sai lệch PV so với giá trị SP ban đầu thời gian bao lâu.Tác động vi phân tính tốn cộng dồn sai số e(t).Khi PV tăng theo phương trình hàm truyền tỉ lệ vi phân OP giảm ngược lại.Điều giúp cho hệ thống tránh vọt lố hệ thống ổn định sau nhiễu 27 ... [1].Hướng dẫn thực hành kỹ thuật đo lường & tự động hóa, Khoa Máy-Thiết bị,Trường ĐH Cơng Nghiệp TP.HCM BÀI 2: ĐIỀU KHIỂN VAN MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Các van điều khiển thường sử dụng rộng rãi thành phần... máy sau : PB = 0,136 Bar Ti = Td=0 7.2.Tài liệu tham khảo: [1].Hướng dẫn thực hành kỹ thuật đo lường & tự động hóa, Khoa Máy-Thiết bị,Trường ĐH Cơng Nghiệp TP.HCM 23 BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN MỰC CHẤT... Khảo sát ảnh hưởng nhiễu tác động lên hệ thống điều khiển tự động CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đo áp suất theo nguyên lý Piezo Cảm biến màng silicon chế tạo tinh vi hoạt động dựa hiệu ứng Piezo Cảm biến