BÀI THÍ NGHIỆM TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ pps

BÀI THÍ NGHIỆM : TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ

Bài 1: ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ GIÓ NÓNG.


1. Mục đích thí nghiệm
- Tìm hiểu cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động.
- Khảo sát quá trình điều chỉnh nhiệt độ gió nóng.
- Đánh giá chất lượng quá trình điều chỉnh.
2. Mô tả thí nghiệm

Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm được mô tả trong hình 1-1.

1- Quạt gió. 3- Sợi đốt. TX: mạch Tạo xung
2- Buồng đốt. 4- PT100 MT: Máy tính
Đối tượng điều chỉnh là dòng không khí cấp từ quạt gió được đốt nóng khi
đi qua buồng đốt. Đại lượng cần điều chỉnh là nhiệt độ gió nóng được đo bằng
nhiệt kế điện trở bạch kim PT-100 với giới hạn đo là 0-100
o
C và được bộ
chuyển đổi R/U chuyển sang điện áp một chiều 0-10V. Hệ thống điều chỉnh sử
dụng máy tính có cài phần mềm MATLAB với công cụ Realtime Toolbox để
điều chỉnh. Tín hiệu ra thay đổi trong khoảng 0-10V. Bộ khuếch đại công suất
gồm mạch tạo xung (TX) và hai van thyristor mắc song song ngược bảo đảm
chuyển đổi tín hiệu một chiều 0 -10V thành điện áp xoay chiều 0-220V cấp cho
buồng đốt. Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống điều chỉnh được mô tả trong hình1-2.

Đối tượng điều chỉnh là khâu bậc hai có trễ với hàm truyền đạt dạng :
W
m
(p) W

đ
(p)
Hình 1
-
2 Sơ đ
ồ
kh
ối
c
ấu trúc hệ thống điều chỉnh

)1
2
)(1
1
(
.
.
)(



pTpT
p
e
đ
K
p
đ
W



Các thông số K
đ
, T
1
, T
2
được xác định bằng thực nghiệm.
Máy điều chỉnh tác động theo quy luật tỉ lệ tích phân với hàm truyền đạt
được mô tả dưới dạng:










1
.
1
1)(
p
d
Ta
p
d

T
p
i
T
m
Kp
m
W
Quá trình quá độ của hệ thống điều chỉnh được ghi lại bằng máy ghi tự
động với thang chia độ 0-10V tương ứng với 0
o
C - 100
o
C. Tốc độ của máy ghi
có thể thay đổi theo yêu cầu cần thiết.

3. Trình tự thí nghiệm
 Tìm hiểu cấu trúc của hệ thống thí nghiệm theo chỉ dẫn của cán bộ
hướng dẫn thí nghiệm.
 Đặt giá trị hệ số khuếch đại K
m
, hằng số thời gian vi phân T
d
, hằng số
thời gian tích phân T
i
và giá trị tín hiệu chủ đạo theo sự hướng dẫn của
cán bộ thí nghiệm.
 Khởi động hệ thống điều chỉnh nhiệt độ và máy ghi để ghi lại sự thay
đổi của nhiệt độ gió nóng theo thời gian. Quá trình điều chỉnh kết thúc

khi nhiệt độ đạt trạng thái xác lập.

3. Mẫu báo cáo thí nghiệm

BÀI 1: ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ GIÓ NÓNG

I. Mục đích thí nghiệm
II. Mô tả thí nghiệm

+ Vẽ sơ đồ mô tả thí nghiệm.
+ Vẽ sơ đồ hệ thống điều khiển sử dụng MATLAB – Simulink.

III. Kết quả thí nghiệm

+ Xây dựng đồ thị quá trình điều chỉnh.
+ Xây dựng các chỉ tiêu chất lượng:

Giá trị sai lệch tĩnh, độ quá điều chỉnh và thời gian điều chỉnh
với giá trị sai lệch cho phép 5% tín hiệu chủ đạo trên đồ thị.

M
ỗi sinh vi
ên ph
ải l
àm m
ột báo cáo thí nghiệm ri
êng.

BÀI 2: ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT.

1. Mục đích thí nghiệm
 Tìm hiểu cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động áp suất.
 Khảo sát ảnh hưởng của cấu trúc và thông số của thiết bị điều chỉnh lên
chất lượng của quá trình điều chỉnh.
 Khảo sát biên giới ổn định của quá trình điều chỉnh.
2. Mô tả thí nghiệm
Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm được mô tả trong hình 2.1. Đối
tượng điều chỉnh là dòng không khí cấp từ máy nén khí chảy vào bình tích
và ra ngoài. Đại lượng cần điều chỉnh là áp suất của bình tích. Hệ thống
điều chỉnh sử dụng máy điều chỉnh PI khí nén kiểu P3-31. Tín hiệu ra
của bộ điều chỉnh thay đổi trong khoảng 0,2-1KG/cm
2
. Tín hiệu này tác
động nên màng của van khí nén làm thay đổi độ mở của van, nghĩa là làm
thay đổi trở lực trên đầu ra của bình tích dẫn đến áp suất của bình tích
thay đổi. Các giá trị của tín hiệu chủ đạo P
o
, tín hiệu áp suất của bình tích
P
t
và tín hiệu điều khiển P
r
được đo bằng các áp kế lò xo ống một vòng.

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống điều chỉnh áp suất

Sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống điều chỉnh được mô tả trong hình 2.2.

Đối tượng điều chỉnh là khâu bậc nhất có trễ với hằng số thời gian và
độ trễ rất nhỏ. Hàm truyễn đạt của đối tượng được mô tả dưới dạng:
1.
.
)(
.



pT
eK
pW
p
đ
đ


Các thông số K
đ
, T và  được xác định bằng thực nghiệm.
W
m
(p) W
đ
(p)

Hình 2.
2
:
Sơ đ
ồ
kh
ối
c
ấu trúc hệ thống điều chỉnh

Máy điều chỉnh khí nén tác động theo quy luật tỉ lệ tích phân với hàm
truyền đạt :
pT
KpW
i
mm
.
1
)( 
Trong cấu trúc của máy hệ số khuếch đại được biểu diễn dưới dạng độ
biến động %=100/K
m
.

3. Trình tự thí nghiệm
 Tìm hiểu cấu trúc của hệ thống thí nghiệm theo chỉ dẫn của cán bộ
hướng dẫn thí nghiệm.
 Khảo sát kết quả điều chỉnh khi sử dụng máy điều chỉnh tỉ lệ với giá trị
điểm làm việc là giá trị áp suất cố định tác động ở đầu ra khi giá trị sai
lệch bằng không. Đặt các giá trị P

o
theo yêu cầu, ghi lại các giá trị P
t
, P
r

tương ứng. Thí nghiệm được tiến hành cho 5 giá trị P
o
. Kết quả thí
nghiệm được ghi theo bảng 3-1.

B
ảng 3
-1 Kết quả thí nghiệm với

% = ;P
đ
=
TT P
0
P
t
P
r
P=P
0
-P
t
1

5

 Theo chỉ dẫn của cán bộ thí nghiệm đặt giá trị điểm làm việc P
đ
và tiến
hành khảo sát hệ thống như thí nghiệm trên. Kết quả thí nghiệm ghi
theo mẫu bảng 3-2.

B
ảng 3
-2 Kết quả thí nghiệm với

% = ;P
đ
=
TT P
0
P
t
P
r
P=P
0
-P
t
1
…
5

 Khảo sát thí nghiệm với các máy điều chỉnh tác động theo quy luật tỉ lệ

tích phân. Đặt các giá trị K
m
và T
i
cần thiết sau đó tiến hành thí nghiệm
như trên. Kết quả thí nghiệm ghi theo mẫu bảng 3-3.

B
ảng 3
-3 Kết quả thí nghiệm với

% = ;T
i
=
TT P
0
P
t
P
r
P=P
0
-P
t
1

5

 Trên cơ sở thí nghiệm với máy điều chỉnh tác động theo quy luật tỉ lệ
tích phân ở trên giảm dần giá trị % cho đến khi hệ thống đạt biên giới

ổn định (dao động với biên độ không đổi). Ghi lại các kết quả sau:
- T
i
= K
m
=
- Tín hiệu chủ đạo P
0
=
- Tín hiệu đo : P
t max
= P
t min
=
- Chu kỳ dao động T
c
=
Bài 3: ĐIỀU CHỈNH MỨC DỊCH THỂ.

I. Mục đích thí nghiệm:
- Tìm hiểu cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động mức dịch thể.
- Khảo sát quá trình điều chỉnh với các thông số khác nhau của thiết bị điều
chỉnh.
- Tính toán các chỉ tiêu chất lượng của quá trình quá độ.
II. Mô tả thí nghiệm:

Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm được mô tả trong hình 3-2. Đối tượng
điều chỉnh là bình chứa phía trên có dòng nước chảy vào với lưu lượng điều chỉnh
bằng van khí nén, phía dưới bình có dòng nước chảy ra tự nhiên. Đại lượng cần
điều chỉnh là mức nước trong bình tích. Tác động điều chỉnh là lưu lượng nước

chảy vào bình tích. Hệ thống điều chỉnh sử dụng máy điều chỉnh PID khí nén. Tín
hiệu ra của bộ điều chỉnh thay đổi trong khoảng 0.2-1KG/cm
2
. Tín hiệu này tác
động lên màng của van khí nén làm thay đổi độ mở của van dẫn đến lưu lượng
của dòng nước chảy vào bình tích thay đổi. Vì vậy mức nước trong bình tích sẽ
thay đổi theo. Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống điều chỉnh được mô tả trên hình 3-1.








Đối tượng điều chỉnh thực chất là khâu bậc nhất có trễ nếu chiều cao của
bình tích rất lớn. Trong thực tế chiều cao của bình tích rất nhỏ (200mm). Với
chiều cao này khi mực nước trong bình thay đổi thì lưu lượng nước ra thay đổi
không đáng kể. Vì vậy đối tượng được xem như là khâu tích phân có trễ với hàm
truyền đạt được mô tả dưới dạng:
p
e
pT
p
.
.
1
)(
d
W





Các thông số T và  được xác định bằng thực nghiệm.
Máy điều chỉnh khí nén tác động theo quy luật tỷ lệ vi tích phân với hàm
truyền đạt :
).
.
1
1()( p
d
T
p
i
T
m
Kp
m
W 

Trong cấu trúc của máy, hệ số khuếch đại được biểu diễn dưới dạng độ biến
động:
%=100/ K
m
.
Quá trình điều chỉnh được ghi lại bằng máy ghi với tốc độ 60mm/phút.

III. Trình tự thí nghiệm:
1. Tìm hiểu cấu trúc hệ thống thí nghiệm theo sự chỉ dẫn của cán bộ hướng dẫn

thí nghiệm.
2. Khảo sát quá trình điều chỉnh với các chế độ hoạt động khác nhau của máy
điều chỉnh.
W
m
(p) W
đ
(p)
Hình 3
-
1
:
Sơ đ
ồ
kh
ối
c
ấu trúc hệ t
h
ống điều chỉnh


Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh mức nước

IV . Mẫu báo cáo thí nghiệm:

BÀI 3 ĐIỀU CHỈNH MỨC DỊCH THỂ

I. Mục đích thí nghiệm.
II. Mô tả thí nghiệm.

III. Kết quả thí nghiệm
1. Xây dựng các đồ thị kết quả điều chỉnh.
2. Xác định các chỉ tiêu chất lượng của quá trình điều chỉnh.
3. So sánh kết qủa của các quá trình điều chỉnh.

Mỗi sinh viên phải làm một báo cáo thí nghiệm riêng !