7.4. Xác định đối tợng
80
7.4.1. Đặc tính của đối tợng
80
7.4.2. Xác định hàm truyền đạt của đối tợng
81
7.5. Dùng Matlab xác định các bộ điều khiển PID
84
7.5.1. Hệ thống một vòng điều khiển
84
7.5.2. Hệ thống Cascade dùng hai vòng điều khiển
89
7.6. Cài đặt thông số cho các bộ điều khiển của TCU
92
Kết luận .
Tài liệu tham khảo.
Kết luận
Trong các dây truyền công nghệ hiện đại ngày nay, thiết bị điều chỉnh nhiệt độ
TCU với các u điểm nổi bật nh thiết bị nhỏ gọn có thể tích hợp vào các hệ thống
điều khiển giám sát dòng cấp nhiệt ,điều khiển quá trình nung nóng/làm mát, điều
khiển Internal Cascade ,điều khiển External Cascade và có thể dùng máy tính đặt
giá trị từ các trung tâm điều khiển ,thờng đợc sử dụng.
Đây là một thiết bị điều khiển quen thuộc trên thế giới, tuy nhiên đối với Việt Nam
nó vẫn còn rất mới mẻ, cha đợc ứng dụng trong thực tế sản xuất.
Với mục đích tìm hiểu để thấy đợc tính năng của thiết bị này thông qua đó phổ
biến ứng dụng thiết bị trong thực tế,đồng thời củng cố kiến thức đã đợc trang bị
trong suốt thời gian học tập tại trờng, đồ án đã đi sâu vào tìm hiểu thiết bị và đã đạt
đợc một số kết quả sau:
+Xác định cấu trúc phần cứng của thiết bị và khả năng phối ghép giữa thiết
bị TCU với các thiết bị đo khác.
+Thiết bị TCU hoạt động nh thế nào trong các hệ thống công nghiệp.
+Xác định các phơng pháp điều khiển của thiết bị TCU.
+Khả năng kết nối của thiết bị với các thiết bị ngoại vi,có sử dụng chuẩn
truyền thông RS-485.
+Khả năng ứng dụng thiết bị vào các hệ thống điều chỉnh nhiệt độ.
+Thực nghiệm xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị TCU.
Tuy nhiên do hạn chế về thời gian và trình độ ,cũng nh hạn chế khi tiếp xúc thực
tế sản xuất nên chắc chắn đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong đợc
các thầy các cô nhận xét chỉ bảo. Chắc chắn đó sẽ là những kinh nghiệm quý báu
giúp chúng em trong hành trang vào cuộc sống .
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ts. Nguyễn Văn Hòa,
Ths.Nguyễn Thu Hà đã tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đề tài này. Quá trình
làm việc và thực hiện hệ thống của đề tài yêu cầu đã tạo điều kiện cho em học hỏi,
tiếp cận với nhiều kiến thức và công nghệ mới trong chuyên ngành của mình.
Chơng 1
Khái quát chung về thiết bị điều chỉnh
nhiệt độ TCU.
Bộ điều khiển TCU nhận tín hiệu từ các sensor đo nhiệt độ, hiển thị nhiệt độ quá
trình và tạo ra một tín hiệu ra ( tỉ lệ thời gian, tuyến tính hay điều khiển van )
chính xác để điều khiển quá trình. Với tập các thao tác dễ dàng cho phép bộ điều
khiển giải quyết nhiều yêu cầu ứng dụng phức tạp nhất.
Bộ điều khiển có thể hoạt động trong chế độ điều khiển PID cho cả hai kiểu ứng
dụng nung nóng, làm mát. Khi yêu cầu, chức năng tự chỉnh sẽ tự lựa chọn và thiết
lập các hằng số cho bộ điều khiển PID. Sau đó các hằng số này có thể đợc tinh
chỉnh và sau đó đợc khoá lại bởi ngời dùng ở bất kì thời điểm nào. Với các thông
số đã đợc chỉnh định, bộ điều khiển tạo ra một đáp ứng phù hợp, nhanh mà không
tồn tại quá điều chỉnh. Khi chuyển sang chế độ điều chỉnh tay, ngời dùng có thể
trực tiếp thay đổi các thông số trên bảng điều khiển cho tới khi đợc đáp ứng mong
muốn. Ngoài ra , bộ điều khiển TCU còn có thể hoạt động trong chế độ điều khiển
ON/OFF với khoảng trễ cho phép điều chỉnh, thay đổi.
Hai dãy hiển thị (mỗi dãy có 4 digit không kể dấu chấm ) hiện đồng thời cả
nhiệt độ quá trình và điểm đặt. Sáu đèn báo chế độ thông báo đầy đủ trạng thái của
hệ thống bao gồm: dạng điểm đặt ( địa phơng hay từ xa ), chế độ điều khiển (tự
động hay điều khiển tay ), trạng thái đầu ra cảnh báo Các modul đầu ra (Relay,
SSR Drive, Triac) dễ dàng tháo lắp và chuyển đổi có thể đợc cấu hình là một trong
các đầu ra sau: đầu ra chính, đầu ra cảnh báo, đầu ra làm mát, đầu ra điều chỉnh
van.
Đầu ra tuyến tính một chiều cung cấp dòng 4 ữ 20 mA hoặc áp 0 ữ 10 VDC cho
các cơ cấu chấp hành, máy ghi đồ thị , hiển thị ngoài hay các bộ điều khiển khác.
Tín hiệu đầu ra đợc số hoá và lựa chọn để truyền đi một trong các thông số: % đầu
ra, giá trị nhiệt độ quá trình, giá trị điểm đặt.
Đầu vào giám sát dòng nhiệt đợc dùng nh một đồng hồ số đo và giám sát dòng
cấp nhiệt cho sợi đốt, lấy đầu vào trực tiếp từ bộ biến dòng ( ví dụ loại CT 005001
của hãng Red Lion ). Một đầu ra cảnh báo theo sự kiện đợc lập trình để phát tín
hiệu cảnh báo dây đốt hay thiết bị nào đó bị hỏng, trớc khi sự cố đó xảy ra gây
thiệt hại vật chất cho quá trình. Sự kiện báo động sẽ xuất hiện khi thoả mãn hai
điều kiện sau:
1.Đầu ra chính OP1 ở trạng thái tích cực và dòng cấp nhiệt thấp hơn giá trị
cảnh báo, đây là dấu hiệu của sự kiện dây đốt bị hỏng.
2.Đầu ra chính OP1 không tích cực và dòng cấp nhiệt vợt quá 10% giá trị cảnh
báo , cho biết thiết bị điều khiển có thể bị ngắn mạch hoặc một số vấn đề khác.
Đầu ra điều khiển van : trực tiếp điều khiển vị trí của van bằng cặp đầu ra
( đóng, mở van ) để điều khiển hớng mở van. Vị trí của động cơ xác định vị trí mở
van. Có hai chế độ cho van: điều khiển vị trí van (có sử dụng vòng phản hồi ) và
điều khiển tốc độ. Một đầu ra cảnh báo sự kiện đợc dùng khi mất tín hiệu phản hồi
hay phát hiện hỏng van.
Đầu vào tơng tự thứ hai (0 ữ 20 mA DC ) dùng làm điểm đặt từ xa hoặc tín hiệu
vào cho quá trình của vòng trong ( trong mô hình Internal Cascade ). Nếu là kiểu
giá trị đặt từ xa: cho phép thiết lập hệ thống mà chỉ có một TCU Master cung cấp
giá trị đặt cho nhiều TCU Slave hoặc dùng cho hệ thống External Cascade. Khi là
tín hiệu vào của quá trình trong sẽ tạo ra một hệ Cascade trong một thiết bị TCU
( Internal Cascade ).
Giao diện kết nối truyền thông RS485 cung cấp một kết nối giữa TCU với các
thiết bị khác ( ví dụ: máy in , PC, bộ điều khiển khả trình ). Với khoảng địa chỉ
khá rộng từ 0 ữ 99 cho phép kết nối tới 32 thiết bị trên một cặp dây truyền. Các
thông số của bộ điều khiển nh giá trị điểm đặt, % đầu ra đợc thay đổi gián tiếp
từ thiết bị ngoài thông qua kết nối truyền thông RS485 tới TCU.
Chơng 2
cấu trúc phần cứng và kết nối .
2.1. Bảng điều khiển (Front Panel).
Bảng điều khiển có chiều cao 96.5 mm và chiều rộng 49.5 mm gồm hai dãy hiển
thị , sáu đèn báo chế độ hoạt động và bốn nút điều khiển.
Hình 1: Bảng điều khiển.
Dãy hiển thị trên
Đèn báo chế độ
Nút điều khiển
Dãy hiển thị dưới
2.1.1. Hai dãy hiển thị.
* Dãy trên.
- Cao 10.2 mm, khi hiển thị có màu đỏ.
- Tác dụng: hiển thị nhiệt độ quá trình, đồng thời cũng hiện tên gợi nhớ của các
thông số trong chế độ đặt cấu hình ( xem phần 3.5 ). Mặt khác tuỳ thuộc vào
trạng thái hoạt động của thiết bị dãy này có thể hiện một số thông báo trạng
thái.
* Dãy dới.
- Cao 7.6 mm, khi hiển thị có màu xanh.
- Tác dụng: Hiển thị một trong các biến hoạt động, tên gợi nhớ hay các giá trị số
khi thay đổi thông số.
2.1.2. Sáu đèn báo chế độ hoạt động.
- Đèn Đ1: Sáng liên tục % PW khi dãy 2 đang hiển thị % giá trị đầu ra.
- Đèn Đ2: Nhấp nháy MAN khi TCU đang trong chế độ điều chỉnh tay. Sáng liên
tục REM khi TCU đang trong chế độ điểm đặt ngoài ( điểm đặt này do một thiết
bị khác chẳng hạn PC ). Tắt hoàn toàn khi TCU trong chế độ điểm đặt địa phơng.
- Đèn Đ3: Sáng liên tục AL1 khi đầu ra ( lựa chọn ) cảnh báo 1 đợc cài đặt. Sáng
liên tục OPN khi đầu ra van đang mở.
- Đèn Đ4: Sáng liên tục DEV khi dãy 2 hiển thị sai lệch quá trình. Sáng liên tục
CUR khi dãy 2 hiển thị dòng nhiệt. Sáng liên tục SEC khi dãy 2 hiển thị đầu vào
số giá trị điểm đặt ngoài.
Đ1 Đ2 Đ3
Đ6Đ5Đ4
Hình 2: Sáu đèn báo chế độ hoạt động.
Hình 3: Cấu trúc bên trong của TCU.
- Đèn Đ5: Sáng liên tục OP1 khi đầu ra điều chỉnh chính tích cực. Sáng liên tục
AL1 khi đầu ra báo động 1 tích cực.
- Đèn Đ6: Sáng liên tục AL2 khi có cài đặt đầu ra báo động ra. Sáng liên tục khi
đầu ra chính đặt lựa chọn làm mát. Sáng liên tục CLS khi van ở vị trí đóng.
2.1.3. Bốn nút điều khiển.
- Nút DSP: Khi TCU đang ở trong chế độ thờng ( xem phần 3.1 ) dùng nút DSP để
lựa chọn một trong các thông số hoạt động trên hiển thị dới hay đơn vị đo nhiệt độ.
- Nút PAR: Nút PAR đợc dùng để truy cập, thay đổi và cuốn qua các thông số ở
bất kì chế độ nào ( khi thông số đó đợc phép truy cập ).
- Nút UP và DOWN: Nút UP trên bảng điều khiển có hình mũi tên hớng lên,
nút DOWN có hình mũi tên hớng xuống. Hai nút này đợc dùng để trực tiếp thay
đổi giá trị ( tăng hoặc giảm ) điểm đặt hay phần trăm đầu ra ( chỉ dùng khi TCU
đang ở chế độ điều chỉnh tay ) khi nhìn thấy biến nhớ của thông số đó xuất hiện
trên hiển thị dới. Đối với các thông số khác khi muốn cập nhật thì cần phải tìm tới
biến nhớ của nó trớc khi thay đổi giá trị.
2.2. Cấu trúc bên trong TCU.
Quan sát hình 3 ta thấy có ba bộ phận quan trọng cần phải cài đặt: khoá chọn
nguồn, chân chọn thiết bị đo nhiệt độ và các Modul ra.
2.2.1. Khoá chọn nguồn và chân chọn thiết bị đo nhiệt độ.
Đây là khoá rất quan trọng cần đặt đúng vị trí phù hợp với nguồn cấp cho TCU
nếu đặt sai có thể dẫn tới hỏng TCU: Vị trí trên cho nguồn 220 V, vị trí dới cho
nguồn 110 V. Sai số nguồn cho phép +10v,-15v nghĩa là có 2 dải điện áp đợc phép
dùng là 100
ữ
125 V và 215
ữ
240 V.
Có ba chân và một Jăm chọn thiết bị đo nhiệt độ: khi chọn thiết bị đo là cặp nhiệt
độ thì cắm Jăm vào 2 chân dới. Khi chọn thiết bị đo là RTD cắm Jăm lên 2 chân
bên trên.
2.2.2. Các Modul đầu ra.
Có 3 chân cắm cho Modul ra bao gồm:
- Chân cắm cho đầu ra chính OP1 ( hoặc AL1 - điều khiển van ).
- Chân cắm AL2/ OP2 ( hoặc đầu ra đóng - điều khiển van ).
- Chân cắm AL1 ( hoặc đầu ra mở - điều khiển van ).
Khi cần sử dụng đầu ra nào ta phải cắm Modul vào chân cắm thích hợp.
Dới đây là các loại Modul ra:
* Modul Rơle.
Modul Rơle là loại rơle 5A-120/240 VAC hay 28 VDC . Tải là đối tợng cần điều
khiển, cần hạn chế tải để không ảnh hởng tới tuổi thọ thiết bị. Modul này thờng
dùng cho điều khiển động cơ.
* Modul Triac.
Modul Triac là loại dùng cho điều khiển xoay chiều đây là loại Triac có phân cực,
điện áp vào 120/240.
- Dòng cực đại: 1A ở 35
0
C và 0.75A ở 50
0
C.
- Dòng cực tiểu: 10mA.
- Dòng rò: 7mA.
Tải
Nguồn
5A
220v
A
B
C
Hình 4: Kết nối Modul Rơle.
Tải
240
Hình 5: Kết nối Modul Triac.
A
B
Không nối
C
Thiết bị
Rơle hay
Triac
Nguồn
* Modul Logic/SSR.
Modul Logic/SSR là loại modul thờng sử dụng cho điều khiển logic ON/OFF:
đóng mở van, ngắt nguồn cho thiết bị
Modul này là loại không phân cực, áp một chiều 12VDC .
Dòng tải cực đại 45mA.
Có thể dùng để điều khiển nhiều SSR sau nó.
Chú ý: ở ba hình vẽ trên các chân A,B,C tuỳ thuộc vào loại thiết bị, trên bảng hớng
dẫn kết nối của TCU lôn có hớng dẫn cách nối chân.
2.3. Lựa chọn và kết nối đầu vào, đầu ra.
Trớc khi nối dây, quan sát kĩ hớng dẫn ở mặt cạnh của TCU về chức năng của
từng chân. Chuẩn bị các dây nối, đa đầu dây cần nối vào chân tơng ứng sau đó vặn
chặt vít. Khi đợc phép đấu chung dây thì có thể kết các dây thành khối để nối với
TCU.
* Nối dây đo tín hiệu vào.
Hình 6: Kết nối Modul Logic/SSR
Không nối
Thiết bị
Logic/SSR
Nguồn
Tải
A
B
C
Khi nối dây của cặp nhiệt điện hay RTD, hãy làm sạch và khô đầu dây. Nếu đối
tợng ở quá xa có thể nối thêm dây cho cặp nhiệt độ ( không nên dùng dây đồng ).
Nên tham khảo chỉ dẫn của nhà sản xuất thiết bị đo nhiệt độ để nắm rõ về phạm vi
nhiệt độ đo, cách bảo vệ thiết bị Đối với các ứng dụng sử dụng nhiều cặp nhiệt
độ lấy nhiệt độ trung bình, hai hay nhiều cặp có thể nối tới TCU ( chú ý: luôn luôn
sử dụng loại cặp nhiệt độ giống nhau ). Không nên dùng một cặp nhiệt độ cho
nhiều TCU. Nhìn chung dây đỏ của cặp nhiệt độ là dây âm, hãy nối nó với chân
đất của TCU.
Thiết bị nhiệt kế điện trở (RTD) thờng đợc sử dụng đối với ứng dụng có yêu cầu
cao về độ chính xác, tin cậy. Phần lớn nhiệt kế điện trở có ba dây, dây thứ ba là
dây nghe nhằm loại bỏ tác động của điện trở dây (của RTD) xem cách nối dây
trên hình 8, hai dây thờng của RTD nối với chân 8 và 10, dây nghe nối với chân 9.
Khi nối dây nghe cần chú ý những điểm sau:
+ Là dây dẫn nối trực tiếp chân 9 với chân 8.
+ Có thể sẽ tồn tại sai số nhiệt độ đo khoảng 2.5
0
C / 1 điện trở dây , sai số này
có thể bù bằng lập trình ( khoảng offset ).
+ Luôn đảm bảo điện trở dây nhỏ hơn 10 / 1 dây.
Để hạn chế nhiễu tới dây dẫn ( ảnh hởng tới chất lợng điều khiển ) cần:
8
9
10
11
12
Đầu vào cặp
nhiệt điện
+
-
Hình 7: Nối dây cho cặp nhiệt điện
Hình 8: Nối dây cho thiết bị đo nhiệt độ RTD
7
8
9
10
11
đầu vào RTD
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét