Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 1 LỜI MỞ ĐẦU Như ta đã biết ngày nay,các nhà máy và xí nghiệp đều được trang bị các hệ thống điều khiển tự động ở mức độ cao các thiết bị tiên tiến. Hệ thống điều khiển tự động đảm bảo cho sự hoạt động của quy trình công nghệ đạt được kết quả mong muốn. Cấu trúc các hệ thống điều chỉnh tự động các quá trình công nghệ rất đ a dạng. Nó có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng họat động của quy trình công nghệ.Chính vì vậy mà em nhận ra rằng qua lần làm đồ án này em đã được nhận thấy thực tế về các hệ thống điều chỉnh trong công nghiệp.Và em biết cách thiết kế cấu trúc hệ thống ,sơ đồ khối cấu trúc . Để hoàn thành đồ án môn học này ngoài sự cồ gắng lỗ lực của b ản thân em còn nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy cô trong bộ môn.Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thây Nguyễn Văn Hoà,thầy đã tân tình hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án. Hà nội,ngày 26-2-2008 Sinh viên: Lê Thị Huệ Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 2 MỤC LỤC Phần I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TĐHQTSX .3 Phần II:XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG I.Xây dựng hàm truyền đạt từ hàm quá độ cho trước : .5 1.Xác định dạng hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh: 7 2.Xác định các thông số của hàm truyền đạt: .,,,,.7 II.Xây dựng sơ đồ khối cấu trúc: . 12 2.1.Thiết bị đo: 12 2.1.1. Cảm biến đo: 13 2.1.2.Chuyển đổi đo : . 2.2.Máy điều chỉnh: 17 2.3.Phần tử chấp hành: . .20 III. Xây dựng vùng ổn định của hệ thống : . 20 IV. Xác định thông số tối ưu của máy điều chỉnh ( σ% = 15%): 23 V. Xâydựng sơ đồ nguyên lý cấu tạo của hệ thống điều chỉnh: 31 Phần I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TĐHQTSX Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 3 * Khái Niệm Tự Động Hóa : Tự động hóa là quá trình sử dụng thiết bị để thay thế chức năng đo lường kiểm tra và điều khiển của con người trong hoạt động sản xuất. Mối quan hệ giữa : đo lường kiểm tra, điều khiển và chức năng công nghệ rất mật thiết với nhau, chúng tạo thành một mạch vòng khép kín. Chức năng công nghệ Chức nă ng điều khiển Chức năng đo lường kiểm tra * Mục đích của Tự Động Hóa : - Nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất.Mục đích cuối cùng là nâng cao hiệu quả kinh tế. - Giải phóng con người khỏi những điều kiện làm việc độc hại. * Các bước phát triển của TĐH - Tự động hóa xuất hiện trên thế giới từ những năm 50 – 60 của thế kỷ XX. - Tự động hóa Việt Nam có năm 80 tại một số nhà máy xi măng. - Hiện nay TĐH có mặt ở rất nhiều lĩnh vực trong cuộc sống nhất là trong các nhà máy công nghiệp. Các nhà máy và xí nghiệp này đều được trang bị hệ thống tự động hóa ở mức cao. Hệ Thống Tự Động Hoá QTCN TĐCN TSCN CT§ CQ§ TBC CB§ C§§ CB§CCC Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 4 Hình 2 : Hệ thống tự động hoá quy trình công nghệ TSCN : Thông số công nghệ. CCCH : Cơ cấu chấp hành TĐCN : Tác động công nghệ. ĐCTĐ : Điều chỉnh tự động CBĐ : Cảm biến đo. TTĐK : Thuậ t toán điều khiển CQĐK : Cơ quan điều khiển. - Tự động hoá chia ra làm 3 loại: + Hệ thống hở (OFF - LINE): là trung tâm tính toán điều khiển làm chức năng cố vấn cho người vận hành. + Hệ thống kín (ON - LINE): điều khiển phân tán. + Hệ IN - LINE: điều khiển tập trung. Phần 2:Xây Dựng Hệ Thống Điều Chỉnh Tự Động Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 5 I.Xây dựng hàm truyền đạt từ hàm quá độ cho trước : Ta đổi trục tọa độ cũ sang trục tọa độ mới có tâm là điểm O τ . Cấu trúc của đối tượng: 1 (t) h 1(t) h (t) Hàm truyền đạt của đối tượng: W d (P) =K d . W 1 (P) .e - τ o.P W 1 (p) sẽ trễ hơn W d (p) một khoảng là 0 τ − e .Với O τ là trễ vận chuyển. + Trong đó: K d là hệ số khuyếch đại. + K d A H )(∞ = ( đơn vị là thứ nguyên đơn vị tín hiệu ra/đơn vị tín hiệuvào). Từ O τ kẻ đường h 1 (t) vuông góc với trục thời gian. Xác định hàm so chuẩn : )( )( )( 1 ∞ = H tH t σ . + Từ )(t σ =0,7 song song với trục t cắt đường đặc tính tại điểm A. + Từ điểm A kẻ song song với trục σ (t) cắt trục t tại điểm t 7 . + Chia t 7 ra làm 3 phần bằng nhau rồi lấy điểm t 3 . + Từ điểm t 3 kẻ song song với trục σ (t) cắt đường đặc tính tại điểm B . + Từ B kẻ song song với trục t cắt trục σ (t) tại σ (t 3 ) . σ (t 3 W 1(P) e - τ o. P Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 6 1 σ (t 7 ) Đồ thị đưa về dạng so chuẩn Từ giá trị )( 3 t σ ta xác định được dạng của W 1 (p): + Nếu )( 3 t σ > 0,31 thì W 1 (p) 1 1 + = Tp p e 1 τ − + Nếu 0,19 < )( 3 t σ < 0,31 thì W 1 (p) )1)(1( 1 21 ++ = pTpT + Nếu )( 3 t σ < 0,19 thì W 1 (p) )1)(1( 1 21 ++ = pTpT p e 1 τ − Trong đó p e 1 τ − , 1 τ là trễ dung lượng. 1.Xác định dạng hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh: Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 7 Qua đồ thị đưa về dạng so chẩn ta xác định được: o Đối với trục h(t)Trên đồ thị ta thấy: 11.9cm ứng với 30 0 C H(∞) ứng với10 cm ứng với: 25.21 0 C H 1(t3) ứng với 2,05cm.2,521=5.168 0 C o Đối với trục thời gian t: trên đồ thị ta thấy: 13.6 ứng với 750s 7 t =2.8 cm ứng với 154.417s ⇒ 3 t = 0.93 cm ứng với 51.47(s). 0 τ =0,62 cm ứng với: 6.13 750.62,0 =34.1911 s. ⇒ σ (t 3 ) = )( )( 31 ∞H tH = 21.25 168.5 =0.20499 Ta nhận thấy σ (t 3 ) nằm trong khoảng 0,19 ≤ σ (t 3 ) ≤ 0,31 . Hàm truyền đạt W 1 (P) là khâu quán tính bậc hai: W 1 (P) = )1.)(1.( 1 21 ++ PTPT 2.Xác định các thông số của hàm truyền đạt: Ta xác định điẻm uốn t u. Hàm quá độ: h(t) = K.[1 - 1 21 1 T t e TT T − − + 2 21 2 T t e TT T − − ] Hàm quá độ: σ (t 3 ) = 1 - 1 21 1 T t e TT T − − + 2 21 2 T t e TT T − − Lấy đạo hàm của ()t σ t a có: Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 8 σ ’(t) = 1 .( 1 21 T t e TT − − + 2 T t e − ) Lấy đạo hàm bậc hai của t a thu được có : σ ’’(t) = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − −− 12 1 1 1 221 111 TT e T e TTT Hình 1-2 Khâu quán tính bậc hai . Theo tính chất của đạo hàm bậc hai tại điểm uốn ta có : σ ’’(t u ) = 0 ⇒ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − −− 12 1 1 1 221 111 TT e T e TTT =0 Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 9 Suy ra : 2 2 1 T t e T − = 1 1 1 T t e T − Vậy giá trị b sẽ là : b = 1- σ (t u ) = 1 2 1 . 21 1 T t u e T T TT T − − - 2 21 2 T t u e TT T − − =(T 1 +T 2 ) 2 1 T 2 T t u e − :Giá trị của đạo hàm tại điểm uốn : σ ’(t u ) = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − −− 21 21 1 T t T t uu ee TT = 2 1 T . 2 T t u e − Như vậy sẽ xác định đuựơc a : a = (tu)' σ b = T 1 + T 2 Xét tại điểm t=2t u : c = 1- σ (2t u ) = 1 2 21 1 T t u e TT T − − - 1 2 21 2 T t u e TT T − − Mà : 1 2 T t u e − = 2 2 2 2 1 T t u e T T − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ (*) Như vậy : c = 21 1 TT T − . 2 2 2 2 1 T t u e T T − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ - 2 21 2 T t u e TT T − − = > c = 2 2 2 2 2 221 2 1 . T t u e T TTTT − ++ Tính được : 2 b c = () 2 21 2 221 2 1 TT TTTT + ++ 2 b c - 0,75 = () 2 21 2 221 2 1 TT TTTT + ++ - 0,75 2 b c - 0,75 = 2 21 2 21 )( )(25,0 TT TT + − Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn Hoà. Sinh viên:Lê Thị Huệ. - Lớp:ĐKTĐK7-CA. 10 0,75 - b c 2 = )( )(5,0 21 21 TT TT + − 0,75 - b c 2 + 0,5 = )( )(5,0 21 21 TT TT + − + 0,5 = 21 1 TT T + 0,75 - b c 2 + 0,5 = a T 1 => T 1 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − 0,5 +75,0 b c 2 .a => T 2 = a – T 1 .Từ đồ thị ta xác định được: a = 143.3822 b = 0.755 c = 0.45 Thay vào ta có: T 1 =143.3822. ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ +− ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ 5.075.0 2 45.0 755.0 =100.1657 . T 2 = 143.3822-100.1657=43,2614 Hàm truyền đạt W 1 (P) là : W 1 (P) = . )12614.43)(11657.100( 1 ++ PP Hệ số khuyếch đại: K DT = A hh )0()( − ∞ = 12 21.25 = 2,1008 ( o C / %) Hàm truyền đạt đối tượng có dạng sau: W 1 (P) = . )12614.43)(11657.100( 1008.2 ++ PP p e 19.34− Mô phỏng trên sơ đồ simulink ta có đường đặc tính sau : [...]... được: Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 26 Đồ án môn học :Tự Động hoá Hoà - GVHD:Nguyễn Văn Vùng ổn định Nhận xét: Qua đồ thi (C0 ,C1) ta thấy vùng gạch sọc chính là vùng có khả năng ổn định nhất của hệ thống Ta khảo sát chất lượng mô phỏng với 5 điểm:A,B,C,D,E Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 27 Đồ án môn học :Tự Động hoá GVHD:Nguyễn Văn Hoà Từ sơ đồ cấu trúc của cả hệ thống ta xây dựng được... sạch được nén ở áp suất cao Ta dùng máy điều chỉnh khí nén tác động theo quy luật PI có sơ đồ: Pv VIII Pn Trong đó:I:khối so sánh đầu vào II:khâu quán tính bậc nhất Rt-V Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 17 Đồ án môn học :Tự Động hoá Hoà III:khối lặp - GVHD:Nguyễn Văn IV:bộ cộng van mạch thuận V:bộ cộng van mạch hồi tiếp VI: khối so sánh đầu ra VII:mạch ổn dòng q=const VIII:khuyếch đại công suất... 28 Đồ án môn học :Tự Động hoá Hoà *Xét tại điểm B có ( C0 =0.80032 ; C1= 0.0137): GVHD:Nguyễn Văn Kết quả mô phỏng: Ymax Y∞ tqđ Từ đồ thị ta xác định được: Độ quá điều chỉnh : σ % = Thời gian quá độ ∫ e 2 dt → min = 130 Ym· − Yül 1.5209 − 1 *100 = *100 = 52.09% Yül 1 t qd =895.12 (sec) *Xét tại điểm C có ( C0 =0.9842 ; C1= 0.0138): Kết quả mô phỏng: Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 29 Đồ án môn học. .. - Lớp:ĐKTĐK7-CA 29 Đồ án môn học :Tự Động hoá Hoà Ymax tqđ GVHD:Nguyễn Văn Y∞ Từ đồ thị ta xác định được: Độ quá điều chỉnh : σ % = - ∫ e 2 dt → min = 115.87 Ym· − Yül 1.4556 − 1 *100 = * 100 = 45.56% 1 Yül Thời gian quá độ: t qd =807.2 (sec) *Xét tại điểm D có ( C0 =1.041 ; C1= 0.012): Kết quả mô phỏng: Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 30 Đồ án môn học :Tự Động hoá Hoà - GVHD:Nguyễn Văn Ymax Y∞... số của phương trình đặc tính với tiêu chuẩn chất lượng là mức độ dao động m Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 23 Đồ án môn học :Tự Động hoá GVHD:Nguyễn Văn Hoà của hệ thống Mối liên hệ giữa mức độ dao động m và độ quá điều khiển σ% theo công thức: σ% =100.emπ Ta biết được độ quá điều khiển σ% thì dễ dàng xác định được mức độ dao động của hệ thống theo công thức: 1 100 π σ οο m = ln 1 = ln π 100 =.. .Đồ án môn học :Tự Động hoá Hoà - GVHD:Nguyễn Văn II.Xây dựng sơ đồ khối cấu trúc: u x e ĐTĐK TBĐK y - Thiết bị điều khển là thiết bị khí nén Yêu cầu của đối tượng điều khiển tín hiệu vào ra của đối tượng điều khiển phải cùng thứ nguyên với thiết bị điều khiển Đối tượng công nghệ:tác động công nghệ là dòng nguyên liệu. Muốn chuyển đối tượng công nghệ sang đối... trong phương trình đặc tính và cho ω chạy từ 0 đến ∞ Đối tượng điều khiển ta xét do không cần tác động nhanh, nên ta chọn bộ điềukhiển là bộ tỉ lệ tích phân(PI) Sơ đồ hệ thống được mô tả như hình vẽ sau: Phương trình đặc tính : (ở câu 3 (* *)) Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 24 Đồ án môn học :Tự Động hoá Hoà - GVHD:Nguyễn Văn T1T2p3 + (T1+T2)p2 + p + (Cop+C1)ke τ op = 0 - Để xác định các thông số... Rt - là điện trở của nhiệt kế ở toC Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 12 Đồ án môn học :Tự Động hoá GVHD:Nguyễn Văn Hoà Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu chế tạo nhiệt kế điện trở là phải có hệ số nhiệt điện trở lớn , ổn định và phải có điện trở suất lớn Trong công nghiệp thường sử dụng hai loại nhiệt kế điện trở dây dẫn bằng đồng hoặc bạch kim.Ta sử dụng nhiệt kế điện trở bạch kim Nhiệt kế điện trở... tích phân (PI) là tác động nhanh do có thành phần tỷ lệ và có khả năng triệt tiêu sai lệch tĩnh do có thành phần tích phân Nếu ta chọn được tham số Km và Ti thích hợp thì quy luật điều chỉnh PI có thể được áp dụng cho phần lớn các đối tượng trong công nghiệp Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 19 Đồ án môn học :Tự Động hoá GVHD:Nguyễn Văn Hoà Nhược điểm của quy luật PI là tốc độ tác động nhỏ hơn quy luật... hiệu ra là dòng điện Để tín hiệu ra là áp suất ta dùng bộ chuyển đổi I/P.Sơ đồ nguyên lý của bộ chuyển đổi được mô tả như sau: Trong đó: 2: là nam châm vĩnh cửu ; 3: là nắp đậy , 4: là vòi phun ; 5:là van cầu : 6:là van xiphông Sinh viên:Lê Thị Huệ - Lớp:ĐKTĐK7-CA 15 Đồ án môn học :Tự Động hoá Hoà - GVHD:Nguyễn Văn Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi như sau:Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây bị nam . nén tác động theo quy luật PI có sơ đồ: Trong đó:I:khối so sánh đầu vào. II:khâu quán tính bậc nhất R t -V. P n VIII P v Đồ án môn học :Tự Động hoá. -. được trang bị hệ thống tự động hóa ở mức cao. Hệ Thống Tự Động Hoá QTCN TĐCN TSCN CT§ CQ§ TBC CB§ C§§ CB§CCC Đồ án môn học :Tự Động hoá. - GVHD:Nguyễn Văn