Báo cáo thực hành thiết bị đo_PhamPhuongThao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH
PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
‫؁؁ﻮ‬؄‫؁‬؄‫؁‬

BÁO CÁO THỰC HÀNH
MƠN HỌC: THIẾT BỊ ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

Giảng viên hướng dẫn: TS. TRẦN NGỌC THẮNG
Sinh viên thực hiện: PHẠM PHƯƠNG THẢO
MSSV: 20107281
Lớp: DHHO16C

Thành Phố HỒ CHÍ MINH, Ngày 20,Tháng 4 ,Năm 2023


Bài 1: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
Mơ hình thí nghiệm này cho phép nghiên cứu q trình điều khiển nhiệt độ. Nó là 1
mơ hình điều khiển đơn giản, bao gồm: đầu dò, 1 bộ điều khiển và bộ gia nhiệt. Dùng để
khảo sát
- Các thông số của hệ thống điều khiển vòng lặp hở
- Xác định các thông số điều khiển trong các chế độ khác nhau
- Vận dụng các thông số để khảo sát các sự ảnh hưởng và tối ưu hóa cài đặt
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
II.1. Đo nhiệt độ
- Đầu dò được sử dụng trong mơ hình này là đầu dị điện trở platin
II.2. Nguyên lý đo
- Điện trở các kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong thực tế, để chế tạo ra 1 đầu dị
tốt, phải sử dụng vật liệu có hệ số nhiệt độ cao, đường biểu diễn sự phụ thuộc điện
trở vào nhiệt độ là một đường thẳng

- Platin có ưu điểm là độ bền hóa học cao, dễ điều khiển, độ tinh khiết rất cao…
II.3. Kỹ thuật đo
- Đo nhiệt độ sử dụng nhiệt kế điện trở theo định luật Ohm:
V =I . R

-

Tốt hơn hết là chọn 1 cường độ dòng điện (CĐDĐ) đo đủ nhỏ để tránh ảnh hưởng
của nhiệt độ điện trở. VD chấp nhận CĐDĐ 1mA khơng có 1 xung lực đáng chú ý
nào.
- Điện thế đo được phải được chuyển đổi 1 cách chặt chẽ để có thể hiển thị hoặc nối
với mơ hình thí nghiệm bởi các cáp nối. Có 3 loại: bộ 2 dây, bộ 3 dây, bộ 4 dây.
- Để tính tốn và bù cho bất kỳ sự biến đổi nào, đầu dò phải được điều chỉnh tự
động. Điều chỉnh là cần thiết đối với trang thiết bị để giảm thiểu sự chênh lệch đến
mức sai số cho phép.
II.4. Khảo sát hệ thống gia nhiệt
- Nguyên lý gia nhiệt của buồng như sau: 1 dòng điện chạy qua 1 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 dòng diện.
III. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM:
1. Các thao tác cần thiết
a) Chuẩn bị
- Cơng tắc nguồn ở vị trí OFF
- Cắm chuôi điện vào nguồn cấp
- Không mở tủ điện trong suốt q trình làm TN
- Bật cơng tắc sang vị trí ON
- Chỉnh bộ điều khiển sang chế độ Manual và đặt giá trị OUTPUT là 0%


-

Sử dụng 4 đầu cắm kết nối bộ điều khiển với hệ thống
b) Cách điều chỉnh nhiễu
- Công tắc “Pertubation” cho phép điều chỉnh nguồn gia nhiệt:
+ Tại vị trí “0”, hoạt động với công suất tối đa
+ Tại vị trí “1”, cơng suất gia nhiệt giảm 10%
- Cơng tắc “Ventilation” kích hoạt cho quạt làm mát tự động:
+ Tại vị trí “Auto”, quạt làm theo sự điều khiển của bộ điều khiển
+ Tại vị trí “1”, quạt hoạt động với công suất tối đa
c) Dừng khẩn cấp
- Trong trường hợp bất thường:
+ Tháo các đầu nối, chuyển công tắc “perturbation” sang vị trí “1” để giảm
nhiệt độ trong buồng gia nhiệt
+ Nếu cháy, rút điện ra khỏi nguồn cung cấp, sử dụng bình chữa cháy phù
hợp để dập tắt ngọn lửa
d) Dừng máy kết thúc thí nghiệm
- Thay đổi giá trị đặt về 0
- Chuyển công tắc “perturbation” sang vị trí “1”
- Đợi 5p cho nhiệt độ của buồng gia nhiệt giảm dưới 60%
- Chuyển công tắc sang vị trí OFF
- Ngắt nguồn điện cấp
2. Khảo sát vịng lặp điều khiển
a) Xác định các thông số đặc trưng của hệ thống
b) Độ khuếch đại tĩnh
c) Hằng số thời gian và thời gian trễ
IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐỒ THỊ:
4.1 Độ khuếch đại tĩnh – Hằng số thời gian – Thời gian trễ.
Ở t=0, PV ứng với giá trị OP 40%, tất cả giá trị PV sau đó ứng với OP 50% .
t (s)
0.00

30.00
60.00
90.00
120.00
150.00
180.00
210.00
240.00
270.00
300.00

PV(oC)
118.30
118.90
120.00
121.20
122.50
123.70
125.10
126.30
127.50
128.30
130.10

t (s)
330.00
360.00
390.00
420.00
450.00

480.00
510.00
540.00
570.00
600.00
630.00

PV(oC)
130.90
131.40
132.30
132.80
133.00
133.40
133.80
134.10
134.50
135.80
135.00

t (s)
660.00
690.00
720.00
750.00
780.00
810.00
840.00
870.00
900.00

930.00
960.00

PV(oC)
135.50
135.80
136.00
136.30
136.40
136.30
136.40
136.40
136.60
136.80
137.20

t (s)
990.00
1020.00
1050.00
1080.00
1110.00
1140.00
1170.00
1200.00
1230.00
1260.00
1290.00

PV(oC)

137.50
137.50
137.40
137.50
137.70
137.70
137.70
137.70
137.70
137.70
137.70


Xác định hằng số thời gian và thời gian trễ
140.00
135.00

PV(s)oC)

130.00
125.00
120.00
115.00
110.00
105.00
0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

t (s)s))

1 (s)s))
150.22

t
19.5

2 (s)s))
205

3 (s)s))
348

OP% =

OPi +1−OP i
50−40
×100 %=

×100=10 %
100 %
100 %

PV% =

PV i +1−PV i
137.8−118.3
×100 %=
×100=4.9 %
400
400

Gs =

 (s)s))
301.29

m (s)s))
53.29

PV % 4.9
=
=0.49
OP % 10

4.2.Xác định thông số bô điều khiển PID theo phương pháp Broida

Bộ điều khiển
PI

Tỷ số /m
5<5.65<10

Bộ điều khiển

Độ khuếch đại Kp

Thời gian
phân Ti

tích Thời gian vi phân
Td

PI

0.8
Gs.❑m



0

PI

9.23

301.29

0

PB =

100 100
=
=10.83 %
Kp 9.23

Bộ điều khiển
PB
Ti
PI
10.83
301.29
4.3.Kiểm chứng thông số sau khi thay đổi thiết lập.

Td
0

SP 90 oC
t (s)
0
30
60
90
120
150
180
210

240
270
300
330
360
390
420
450

PV(oC)
32.00
33.30
40.30
51.00
63.20
72.70
76.00
75.00
73.10
70.90
68.70
68.30
70.50
74.20
76.80
77.30

t (s)
480
510

540
570
600
630
660
690
720
750
780
810
840
870
900
930

PV(oC)
76.20
75.80
76.70
79.20
81.80
83.00
82.80
82.10
82.10
83.30
85.10
86.10
87.10
86.30

85.30
85.50

t (s)
960
990
1020
1050
1080
1110
1140
1170
1200
1230
1260
1290
1320
1350
1380
1410

PV(oC)
86.80
88.60
89.00
88.60
87.70
87.10
87.50
88.80

89.70
89.80
89.20
88.50
88.30
88.70
89.60
90.20

t (s)
1440
1470
1500
1530
1560
1590
1620
1650
1680
1710
1740
1770
1800
1830
1860
1890

PV(oC)
90.10
89.60

89.10
88.80
89.40
90.00
90.40
90.20
89.70
89.40
89.20
89.70
90.20
90.50
90.00
89.70

t (s)
1920
1950
1980
2010
2040
2070
2100
2130
2160
2190
2220
2250
2280
2310

2340
2370

PV(oC)
89.40
89.50
89.90
90.20
90.40
90.10
89.70
89.50
89.70
90.20
90.40
90.20
90.00
89.60
89.70
89.70

SP 100 oC
t (s)
2400
2430
2460
2490
2520
2550
2580

2610
2640
2670

PV(oC)
100.20
105.20
106.30
100.90
97.40
95.30
96.30
99.70
102.30
102.30

t (s)
2820
2850
2880
2910
2940
2970
3000
3030
3060
3090

PV(oC)
100.50

102.30
101.70
99.60
97.60
97.50
99.30
101.30
102.10
101.10

t (s)
3240
3270
3300
3330
3360
3390
3420
3450
3480
3510

PV(oC)
101.80
100.50
98.60
98.00
98.80
100.70
101.90

101.10
98.90
98.50

t (s)
3660
3690
3720
3750
3780
3810
3840
3870
3900
3930

PV(oC)
100.00
98.90
98.80
98.90
99.10
98.70
98.60
99.10
99.30
98.70


2700

2730
2760
2790

100.10
97.60
96.60
98.00

3120
3150
3180
3210

97.80
98.10
99.90
101.60

3540
3570
3600
3630

98.70
100.10
101.30
101.10

3960

3990
4020
4050

98.80
99.10
98.80
99.20

PV(oC)
99.00
96.10
93.00
89.60
87.40
88.50
91.40
92.90
92.80
92.20
89.60
87.60
88.30
90.30

t (s)
4500
4530
4560
4590

4620
4650
4680
4710
4740
4770
4800
4830
4860
4890

PV(oC)
92.30
92.10
91.10
89.10
88.10
88.90
90.60
92.00
91.70
90.00
88.50
88.30
89.40
91.10

t (s)
4920
4950

4980
5010
5040
5070
5100
5130
5160
5190
5220
5250
5280
5310

PV(oC)
91.90
91.50
89.10
88.10
88.30
90.10
91.90
92.00
90.50
88.70
88.20
88.50
88.40
89.50

t (s)

5340
5370
5400
5430
5460
5490
5520
5550
5580
5610
5640
5670
5700
5730

PV(oC)
89.90
90.10
91.60
91.20
90.10
89.80
89.70
90.10
90.00
89.90
90.00
89.90
90.10
89.80

SP 90 oC
t (s)
4080
4110
4140
4170
4200
4230
4260
4290
4320
4350
4380
4410
4440
4470

12.00

120

10.00

100

8.00

80

6.00

60

4.00

40

2.00

20

0.00

0

1000

2000

3000

t (s)s))

4.4.Kiểm chứng các thông số với nhiễu

4000

5000

0

SP

PV(s)oC)

Đáp ứng của hệ thống ở chế độ ĐK tự động

SP = 90
SP=100
SP=90


Đáp ứng của hệ thống ở chế độ ĐK tự động có nhiễu
120.00

100.00

PV(s)oC)

80.00

60.00

40.00

20.00

0.00

0

200

400

600

800

1000

1200

t (s)s))

SP 90oC
t (s)
0
30
60
90
120
150
180

PV(oC)
90.20
83.00
82.50

89.70
91.10
99.70
98.80

t (s)
210
240
270
300
330
360
390

PV(oC)
96.30
93.20
89.90
87.10
86.50
89.00
92.20

t (s)
420
450
480
510
540
570

600

PV(oC)
93.50
91.90
89.00
88.50
87.60
86.90
87.50

t (s)
630
660
690
720
750
780
810

PV(oC)
88.90
90.10
90.20
88.70
87.60
88.90
89.50

t (s)

840
870
900
930
960
990
1020

PV(oC)
88.70
87.50
88.80
89.90
88.50
88.40
88.50

V.THẢO LUẬN VÀ KẾT LUẬN:
5.1 Độ khuếch đại tĩnh – Hằng số thời gian – Thời gian trễ.
Ở thí nghiệm này khi tăng OP từ 40 % lên 50% thì PV tăng khá chậm và thời gian
đáp ứng của hệ thống để ổn định là khá lâu ( hơn 23 phút). Chênh lệch nhiệt độ giữa 2 giá
trị OP không quá lớn ( 19.5 oC). Thời gian trễ khá đáng kể ( 53.29 s).
Đồ thị đi theo đường cong dao động khá ít.
5.2.Kiểm chứng thơng số sau khi thay đởi thiết lập.


Sau khi thiết lập các thông số vào bộ điều khiển, có thể thấy ở mức SP 90 oC thời
gian đáp ứng của hệ thống khá lâu để đạt ổn định, nhiệt độ tăng từ 37oC lên 86 oC và sau
đó dao động trong khoảng86 oC - 91oC với biên độ giảm dần và ổn định ở mức 89.8 oC.
Sau đó tăng SP lên 100 oC thì nhiệt độ tiếp tục dao động trong khoảng 96 oC – 100

o
C với biên độ giảm dần và ổn định ở mức 99.2 oC và có thể thấy thời gian đáp ứng của
hệ thống đã nhanh hơn mức SP 90 oC ban đầu.
Tương tự khi tiếp tục giảm về SP 90 oC nhiệt độ tiếp tục dao động trong khoảng
86oC – 99oC với biên độ giảm dần và ổn định ở mức 89.8 oC trở về mức SP 90 oC ban đầu
 Hệ thống đáp ứng khá tốt với những thông số đã cài đặt.
5.3.Kiểm chứng các thông số với nhiễu
Với nhiễu là quạt được bật trong 5 s, PV đã nhanh chóng giảm từ 90.2 oC xuống 82.5 oC.
Sau khi tắt nhiễu hệ thống nhanh chóng phục hồi PV lên mức 99 oC sau đó nhiệt độ tiếp
tục dao động trong khoảng 87oC – 93 oC với biên độ giảm dần và ổn định ở mức 89.8 oC
và thời gian khôi phục ổn định khá nhanh khoảng 16 phút.

BÀI 2 ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT
I.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
- Trình bày được ngun 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 tham số của bộ điều khiển (PB,Ti,Td) bằng phương pháp NicholsZiegler.
- Đánh giá được khả năng điều khiển của hệ thống điều khiển.
II.CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Nguyên Lý
Khí nén từ máy nén được cung cấp ổn định vào hệ thống với áp suất 4 Bar (chính
bằng van V1). Trên bình thường khi gắn một đồng hồ áp suất, một cảm biển áp suất cao
đo áp suất bên trong bình chứa, đồng thời chuyển đổi tín hiệu hiệu suất cao sang tín hiệu
điện (4– 20mA) tương ứng với áp suất ( 0- 10bar) và truyền tín hiệu điện này đến bộ điều
khiển.
Bộ điều khiển UDC2500 nhận tín hiệu từ biến cảm biến, so sánh với giá trị cải tiến
được đặt để tính tốn sai lệch.Dựa trên giá trị sai lệch này, bộ điều khiển sẽ xuất hiện tín

hiệu ở đầu ra OP (%) để điều khiển van điện từ,điều chỉnh độ mở của van để điều khiển
dòng khí nén vào trong bình áp suất.
Bộ điều khiển UDC2500 có hai chế độ điều khiển
 Manual: chế độ điều khiển bằng tay
 Auto: chế độ điều khiển tự động
2.2 Lý Thuyết Điều Khiển:
Có rất nhiều cách điều khiển khác nhau cho một quá trình. Tuy nhiên, để điều
khiên tốt cịn phụ thuộc vào chính đặc điểm của q trình đó: Sai số chấp nhận được, điều
kiện của q trình (thời điểm bắt đầu; tính ổn định....). Vì vây, nhất thiết ta phải chọn một
bộ điều khiển đúng điều khiển được chính xác.
Cách tốt nhất để điều khiển tự động một q trình nào đó là sử dụng tín hiệu phản
hồi.Chúng ta dùng cảm biến đo giá trị thực và truyền tín hiệu này đến bộ điều khiển. Ở
đây giá trị đo được sánh với giá trị đặt. Dựa trên chênh lệch giữa giá trị đo và giá trị đặt
này, bộ điều khiến xử lý xuất tín hiệu đầu ra để làm giảm sai số này.
2.2.1 Phương Pháp Điều Chỉnh:
Xác định từng bước,dải tác động tỷ lệ PB được xác định khi hệ thống hoạt động ở
chế độ điều khiển tỉ lệ,thời gian tích phân Ti được xác định ở chế độ điều khiển tỉ lệ tích
phân,thời gian vi phân Td được xác định trong điều khiển tỉ lệ-tích phân-vi phân,PID.
Cách tiến hành này sẽ được thực hiện từng bước để chúng ta thấy được sự ảnh
hưởng của từng tham số trong bộ điều khiển đến hệ thống.
2.2.2 Phương Pháp Nicols-Ziegler:
Đặt bộ điều khiển ở chế độ điều khiển tỉ lệ giảm dần giá trị PB cho đến khi hệ
thống trở nên không ổn định( PV dao động đều) và xác định được giá trị PBc và Tc
Đánh giá các chế độ điều khiển: P,PI nối tiếp,PI song song,..dựa trên các tiêu chí
đánh giá bộ điều khiển để chọn lựa chế độ thích hợp cho bộ điều khiển.
III.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:
- Trước khi bật công tác nguồn, kiểm tra máy khí nén, đường ống khí nén vào hệ thống
- Kiểm tra cài đặt ban đầu của bộ điều khiển theo catalog của nhà sản xuất.
- Mở van cấp khí nén V1, điều chỉnh áp suất đầu vào 4 Bar
- Khi nhấn nút strart, bộ điều khiển UDC2500 bắt đầu ở chế độ manual, tương ứng với

độ mở của van điện từ là 0%


- Mở van nhiễu V3 – 3 vòng
- Mở van V4
- Khảo sát ảnh hưởng của Pb đến quá trình điều khiển, tìm ra giá trị của PBc
- Tính tốn các giá trị tham số của các bộ điều khiển bằng phương pháp Nichols – Ziegler
Dựa vào các tiêu chí đánh giá bộ điều khiển, khảo sát các chế độ đã tính tốn để
chọn ra một chế độ phù hợp nhất với hệ thống.
IV.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐỒ THỊ:
4.1. Xác định PBc, Tc
PB (%)
10
4
3
2
1,5
1
0,15

SP (bar)
1
1
1
1
1
1
1
1
PBc = 0,15

PV
0,30
0,64
0,72
0,80
0,89
0,94
0,98

OP (%)
75,4
78,3
79,2
77,4
77,0
72,6
72,9
Tc = 0,17

Ghi chú


Quan hệ giữa dải tác động tỉ lệ với độ lệch tĩnh
250

200
200

PB%

150

100

100

50

50

30
20
1.42
0
1.42

1.42

1.42

1.42

1.42

10
0.71

5
0.68

1.42

1.42

1.42

1.42

0.71

0.68

e(t) = (SP - PV) Bar

PB%

et

4.2. Tính tốn các bộ điều khiển cho hệ thống:
PB
Ti
Td

P
2
13
0

PI nối tiếp

2,2
26
0

PI song song
2,2
0,26
0

PID nối tiếp
3,3
3,25
1,625

PID hỗi hợp
1,7
0,5
1,625

3. Đánh giá và lựa chọn bộ điều khiển khi hệ thống hoạt động ở áp suất 1 bar.
Bộ điều khiển
P
PI nối tiếp
PI song song
PID nối tiếp
PID hỗn hợp

PV
0,95
0,96

0,98
0,97
0,99

Thời gian đạt đến cân bằng
120
152
180
123
180

e(t)
0,05
0,04
0,02
0,03
0,01

Sự vọt lố
0,05
0,04
0,02
0,03
0,01


Chọn bộ điều khiển PID hỗn hợp vì sai số lệch tĩnh và sự vọt lố thấp, thời gian đạt
trạng thái ổn định tương đối nhanh.
V.

BÀN LUẬN

Bộ điều khiển PID sẽ tính tốn giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số
biến đổi và giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng
cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào.Khi SV, PV, PB có giá trị khác nhau thì khơng
ảnh hưởng đến q trình mấy vì chúng ta sử dụng điều khiển PID, PID sẽ tự điều chỉnh
để duy trì áp suất một cách chính xác nhất.
PID giúp giảm sai số, hạn chế sự dao động, giảm thời gian xác lập và độ vọt lố.
PID là sự kết hợp của 3 bộ điều khiển: tỉ lệ, tích phân và vi phân, có khả năng điều chỉnh
sai số thấp nhất có thể, Nghĩa là các tín hiệu sai số xảy ra sẽ được làm giảm đến mức tối
thiểu nhất bởi ảnh hưởng của tác động tỉ lệ, ảnh hưởng của tác động tích phân và được
làm rõ bởi một tốc độ đạt được với tác động vi phân số liệu trước đó

BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
I.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Trình bày được ngun lý điều khiển của hệ thống điều khiển lưu lượng
- Mô tả được vai trò của các bộ phận trong hệ thống điều khiển
- Xác định được chế độ điều khiển và các tham số trong bộ điều khiển
- Đánh giá khả năng điều khiển của hệ thống điều khiển.
II. 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.
2.1. Đuổi khí khỏi hệ thống (thực hiện khi trong đường ống có khí)
Bật bơm cho dịng lu chất chạy tuần hồn trong hệ thốngMở 2 van M1 & MS
(shut-off valves)Cho nước chạy vào bệ thống với lưu lượng lớn nhấtMở van cân
bằng M3Cho nước chạy tuần hồn để loại khơng khí trong đường ống mềm nối với
màn 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

2.2. Xác định các giá trị tham số cho bộ điều khiển
Trong bài thí nghiệm này, lưu lượng của hệ thống cần điều khiển là 1000 l/h.
2.2.1. Cài đặt theo phương pháp điều chỉnh
Khảo sát ảnh hưởng của dải tác đông tỉ lệ (PB):
Bộ điều khiển phải hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ bằng cách :
Trên bộ điều 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 1/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 l000 l/h do đó, cài đặt giá trị SP = 1000 1/h
Bộ điều khiển phải hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ tích phân bằng cách :
Trên bộ điều khiến cài đặt ALGOR→ CTRALG: giá trị "PID A". Cài đặt TUNING →
RATE T: giá trị 0.
Trên màn hình máy vi tính, trang "Control monitoring", dải tác động ti lệ (PB) được chọn
theo giá trị đã khảo sát ở bước trên.
Khảo sát ảnh hưởng của Ti đển khả năng đáp ứng của hệ thống với nhiều : Ti = l phút, Ti
= 0.5, Ti= 0.25 phút và 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 từ lúc tạo nhiễu đến khi hệ thiết lập lại trạng thái cân bằng –
thời gian đạt ổn định.
Giá trị Ti được lựa chọn tương iing với thời gian đạt trạng thái ôn định là nhanh nhất.
Tác đông ti lê, tich phân, vi phân

Để nhận thấy ảnh hưởng của tác động vi phân lên hệ thống, quan sát đáp úng của hệ
thống dưới tác động của nhiễu (thời gian hệ trở về ổn định, đơ vọt lố...) khi chế độ điều
khiển có và khơng có tác động vi phân (Td=0.2 phút và Td = 0).
III. KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM:
3.1.Khảo sát ảnh hưởng của PB:
PB (%)
200
100
75
50
25

SP( l/h)
1200
1200
1200
1200
1200

PV
1206.1
1198.1
945.5
890.1
787.3

OP (%)
7.7
13.1
14.3

17.5
20.1

3.2.Khảo sát ảnh hưởng của tác động tích phân( PB được chọn ở thí nghiệm trên ) :

Ti ( phút ) SP( l/h)
PV
OP (%)
Thời gian đạt trạng thái ổn định (s)
1
1200
1206.1
21.4
219s
0.5
1200
1198.1
11.6
174s
0.25
1200
1196.6
10
144s
0.15
1200
1190.8
8.7
107s
3.3.Khảo sát ảnh hưởng của tác động vi phân( PB,Ti được chọn ở 2 thí nghiệm trên ) :

Td ( phút ) Lưu lượng ( PV
l/h)
0
1200
1204.1
0.2
1200
1198.7

Thời gian đạt Sự vọt lố
ổn định (s)
104s
4.1
89s
1.3

3.3.Vẽ đồ thị:
Khảo sát ảnh hưởng của tác động tỉ lệ PB đến sai số ∆Q
SP=1200
PB (%)
200
100
75
50

PV
1206.1
1198.1
945.5
890.1

OP (%)
7.7
13.1
14.3
17.5

e(t) = |PV-SP|
6.1
1.9
254.5
309.9


25

787.3

20.1

412.7

Vẽ
Khảo sát ảnh hưởng của Ti đến thời gian đạt trạng thái ổn định ( t ):
Ti ( phút)

PV

OP (%)

1
0.5
0.25
0.15

1206.1
1198.1
1196.6
1190.8

21.4
11.6
10
8.7

Thời gian đạt trạng
thái ổn định ( s)
219s
174s
144s
107s

Vẽ
IV.Bàn luận kết quả thực nghiệm:
Ảnh hưởng PB: điều chỉnh dãy tác động tỉ lệ PB để điều khiển tốt hơn, khi PB
càng giảm thì sai lệch tĩnh càng nhỏ. PV càng gần SP. Khi giảm PB = 0 ta có bộ điều
khiển On-Off.
Ảnh hưởng Ti: khâu tích phân làm q trình nhanh đạt đến điểm cài đặt SP. Khi Ti
càng nhỏ thì thời gian đáp ứng hệ thống càng nhanh.
Ảnh hưởng Td: Khi PV tăng Td có hướng làm giảm OP, ngược lại khi PV giảm

Td lại làm tăng OP. Khi thêm phần vi phân sẽ làm giảm sự vọt lố, hệ thống hoạt động tốt
hơn sau nhiễu.
Chọn bộ điều khiển thích hợp cho hệ thống trên. Viết phương trình hàm truyền :
- Bộ điều khiển thích hợp : PB = 75 , Ti = 0.25, Td = 0
- Phương trình hàm truyền : OPout = ± ¿
OP out

2
= ± (2× (700-890.1)+
×
0.25

144

1

∫ (1200−945.5)dt+ 0.2 5 × 0 ×
0

d (1200−1204.1)
dt

BÀI 5 ĐIỀU KHIỂN MỰC CHẤT LỎNG


I.
II.

MỤC TIÊU CỦA BÀI THÍ NGHIỆM.
Trình bày được ngun 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 (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.
MƠ TẢ THÍ NGHIỆM.

-

Hệ thống thí nghiệm mơ tả việc điều khiển mức chất lỏng trong cột.

-

Hệ thống bao gồm 1 cột trụ plexiglas có đường kính 190mm, chiều cao 1250mm.

-

Một bơm ly tâm dùng để bơm nước liên tục từ bồn chứa vào cột.

-

Nước được dẫn ra ngoài thơng qua 1 van rỉ đặt ở đáy cột. Ngồi ra cịn có 1 van xả
đáy để tháo nước trong cột ra ngồi. Ống chảy tràn để thốt nước ra ngoài khi mức
nước quá cao. Một cảm biến áp suất, đặt ở đáy tháp, để đo mức nước trong cột. Bộ
truyền tín hiệu sẽ lấy giá trị áp suất đọc được (tương ứng với chiều cao của nước
trong cột) gởi về bộ điều khiển UDC 2500 dưới dạng tín hiệu analog 4-20mA. (420mA tương ứng với khoảng áp suất áp từ 0 - 100mbar đo được ở đầu dò và cũng
tương đương với khoảng chiều cao của mức chất lỏng 0-1000mm chất lỏng).

-

Bộ điều khiển UDC 2500 có giao diện người máy nó nhận tín hiệu từ bộ truyền và
hiển thị cho người sử dụng, từ đó ta có thể thay đổi các giá trị cài đặt, tác động tỉ lệ
PB, tác động tích phân Ti, tác động vi phân Td).

-

Van tỉ lệ soleniod là thiết bị tác động trong vịng điều khiển. Nó được vận hành bởi
bộ điều khiển. Đây là van tỉ lệ, đo độ mở van có mức trong khoảng từ 0-100%. van
này được điều khiển thông qua bộ chuyển đổi cường độ (I)/Áp suất (P). Trong đó,
giá trị đầu ra của bộ điều khiển trong khoảng 4-20mA sẽ được chuyển thành áp
suất khí nén tương ứng để xác định mức độ mở của van.

III. CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:
3.1. Xác định tác động PID
Có 2 phương pháp được sử dụng phổ biến.
• Phương pháp điều chỉnh


• Phương pháp Ziegler - Nichols
3.1.1 Cài đặt theo phương pháp điều chính
Khảo sát ảnh hưởng của đài tác động tỉ lệ (PB)
Bộ điều khiển phải hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ bằng cách:
 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 mán hình máy vi tính, trang “Control
monitoring", chọn giá trị Ti = 50 để loại bỏ tác động tích phân
 Chọn một giá trị cài đặt (Chiều cao mong muốn của cột chất lỏng),
 Giảm dần giải tác động tỉ lệ tử PB 300% cho đến khi hệ thống bắt đầu xuất hiện sự
không ổn định. Khi đó, chọn giá trị PB nhỏ nhất mà hệ thống vẫn duy trì trạng thái
ổn định.
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tích phân Ti:

Bộ điều khiển phải hoạt động ở chế độ điều khiển tỉ lệ tích phân bằng cách:
Cài đặt ALGOR → CTR ALG: giá trị “PID A”.
Cài đặt TUNING → RATE T: giá trị 0.
Cài đặt SP ở trên và PB theo giá trị đã tìm được.
Khảo sát đáp ứng của hệ thống (thời gian để hệ trở về trạng thái ổn định ban đầu)
đối với nhiễu ứng với các giá trị Ti khác nhau (4 phút, 3 phút ...)
 Tạo nhiều bằng cách thay đổi giá trị cài đặt: SP mới=SP ban đầu +- 100 mm.
 Chúng ta có thể nhận thấy khi Ti lớn, quá trình điều khiển mất nhiều thời gian để
đạt đến trạng thái ổn định. Tí nhỏ + thời gian để hệ đạt đến trạng thái ổn định nhỏ
tuy nhiên nếu tiếp tục giảm Ti trạng thái không ổn định sẽ xuất hiện.
 Chọn giá trị Ti tương ứng với thời gian để hệ trở về trạng thái ổn định nhanh nhất.





Khảo sát ảnh hưởng của tác động vi phân
 Tác động vi phân khơng thích hợp cho q trình điều khiển lưu lượng. Nếu thời
gian vi phân quá cao sự thay đổi vận tốc diễn ra nhanh kết quả là hệ thống
không ổn định và giao động quanh điểm cài đặt.
 Để nhận thấy ảnh hưởng của tác động vi phân, quan sát đáp ứng của hệ thống
khi có và khơng có tác động vi phân đối với nhiễu (sai lệch tĩnh,thời gian để đạt
trạng thái ổn định, sự vọt lố)


3.1.2. Theo phương pháp Nichols – Ziegler:
Cài đặt bộ điều khiển UDC 2500
SP
40
50

60

IV.

PV

OP

Kết quả và xử lí số liệu

4.1Khảo sát ảnh hưởng của PB:

PB (%)
200
100
50
25
10

SP( l/h)
80
80
80
80
80

PV
40.69
53.89
68.13

74.12
79.36

OP (%)
38.2
40
58.3
78.5
82

Ghi chú
Van đóng 85.8 %
Van đóng 78 %
Van đóng 71.7 %
Van đóng 68.5 %
Van đóng 64.7 %

 Chọn giá trị PB = 10%
4.2 Khảo sát ảnh hưởng của tác động tích phân( PB được chọn ở thí nghiệm trên ) :

Ti ( phút )

SP( l/h)

4
80
3
80
2
80

1
80
0.75
80
 Chọn giá trị Ti = 0.75

PV

OP (%)

79.03
79.05
79.48
79.7
80.09

91.5
87
90
98
86

Thời gian đạt trạng thái
ổn định (s)
122
90
83
79
70

4.3 Khảo sát ảnh hưởng của tác động vi phân( PB,Ti được chọn ở 2 thí nghiệm trên ):

Td ( phút )
5

Lưu lượng
( l/h)
80

PV
77.5

Thời gian đạt ổn
định (s)
70

Sự vọt lố
7.5


1
0.5
0.25

80
80
80

76.64
78.6

79.04

87
102
135

10.36
23.4
55.96

4.4 Vẽ đồ thị biểu diễn kết quả:
Khảo sát ảnh hưởng của tác động tỉ lệ PB đến sai số ∆Q
PB (%)
200
100
150
25
10

SP( l/h)
80
80
80
80
80

PV
40.69
53.89
68.13

74.12
79.36

OP (%)
38.2
40
58.3
78.5
82

E e (t) = |PV – SP|
39.31
26.11
16.32
5.88
-0.64

Ảnh hưởng của tác động tích phân đối với bộ điều khiển
140

100
98

120
96
100

94

t(s)s))

90
60

88
86

40

84
20
82
0
0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

80

Ti (s)phút)

Khảo sát ảnh hưởng của Ti đến thời gian đạt trạng thái ổn định ( t ):
Ti ( phút )

SP( l/h)

PV

OP (%)

Thời gian đạt trạng thái

OP(s)%)

92

80


4
3
2
1
0.75

80

80
80
80
80

79.03
79.05
79.48
79.7
80.09

ổn định (s)
122
90
83
79
70

91.5
87
90
98
86

Ảnh hưởng của tác động tỉ LỆ đối với bộ điều khiển
250

90
80

200

70
60

150

40
100

OP%

PB%

50

30
20

50

10
-5

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

E e (s)t) = |PV – SP|

Bộ điều khiển có PB =10% , Ti = 0.75 (min) và Td =0.25 (min) có thể đáp ứng cho giá
trị cài đặt bộ điều khiển từ 70- 80 l/h
V.

Bàn luận kết quả:
Ảnh hưởng PB: có thể điều chỉnh dãy tác động tỉ lệ PB để điều khiển tốt hơn trong
những điều kiện khác nhau của quy trình, khi PB càng giảm thì sai lệch tĩnh càng nhỏ.
PV càng gần SP.Nếu giảm dải tác động về 0 ta được bộ điều khiển On/Off.
Ảnh hưởng tích phân: Ti khi khảo sát khơng làm cho SP,PV giẩm dần hay tăng
dần mà nó thay đổi liên tục, thời gian ổn định để quá trình ổn định cũng như vậy.Bước

tích phân tăng tốc độ chuyển động của quá trình tới điểm đặt và khử sai lệch độ tĩnh của
bộ điều khiển chỉ có tác động tỉ lệ.Tuy nhiên,vì bước tích phân là đáp ứng sai số tích lũy
trong q khứ,nó có thể khiến giá trị hiện tại vọt lố.