Báo cáo thí nghiệm tự động hóa quá trình công nghệ

111Equaon Chapter 1 Secon 1
Báo cáo thí nghiệm
Tự động hóa quá trình công nghệ
Họ và tên : Nguyễn Thị Toàn
MSSV : 20082706
Lớp : DKTD1 – K53
Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Việt Dũng
Bài 1: Điều chỉnh nhiệt độ gió nóng
I. 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.
II. Mô tả thí nghiệm.
Sơ đồ cấu trúc thí nghiệm:
Đối tượng điều chỉnh: dòng không khí cấp từ quạt gió được đốt nóng khi đi qua buồng đốt.
Đại lượng cần điều chỉnh: nhiệt độ gió nóng được đo bằng Pt-100.
- Giới hạn đo: 0 - 100℃.
- Bộ chuyển đổi R/U với dải tín hiệu: 0 – 10V.
Điều chỉnh thong qua van điện Triac, phương pháp điều khiển theo … ?.
Thiết bị điều chỉnh: sử dụng máy tính, công cụ Realtime Toolbox của Matlab.
Sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống:
Hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh, quy luật điều chỉnh:
.
1 2
. .
1
W ( ) ;W ( ) 1
( 1)( 1) . . . 1
p
d d
d m m

i d
K e T p
p p K
T p T p T p a T p
τ
−
 
= = + +
 ÷
+ + +
 

Nhiệt độ đặt: 40℃.
Vận tốc giấy: 300 mm/h.
Khảo sát 3 quy luật điều chỉnh P, PI và PID để xác định các chỉ êu chất lượng của quá trình điều chỉnh:
Chế độ P Chế độ PI Chế độ PID
Thông số
8.0
0
p
i
d
K
T
T
=
= ∞
=

7.5

120
0
p
i
d
K
T
T
=
=
=
6.5
120
0.5; 0.5
p
i
d
K
T
T a
=
=
= =
Đường quá độ:
Chỉ êu chất
lượng
Sai lệch >nh:
Thời gian xác
lập:
Độ quá điều

chỉnh
21.43%
s
e
t
h
∞
=
=
∆ =

14.2%
s
e
t
h
∞
=
=
∆ =
2.15%
s
e
t
h
∞
=
=
∆ =
Nhận xét:

Bài 2: Điều chỉnh áp suất.
III. Mục đích thí nghiệm.
- Tìm hiểu cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động áp suất.
- Khảo sát ảnh hưởng của cấu trúc và thong số của TBĐC lên chất lượng của quá trình điều
chỉnh.
- Khảo sát biên giới ổn định của QTĐC.
IV. Mô tả thí nghiệm.
Sơ đồ cấu trúc thí nghiệm:
Đối tượng điều chỉnh: dòng không khí cấp từ máy nén khí chảy vào bình tích và ra ngoài.
Đại lượng cần điều chỉnh: áp suất của bình tích.
Điều chỉnh thong qua thay đổi độ mở van V3.
Thiết bị điều chỉnh: sử dụng MĐC PI khí nén kiểu πP3-31.
Các van:
- Van V1: thay đổi áp suất nguồn cấp.
- Van V2: thay đổi giá trị đặt P0 cho thiết bị điều khiển.
- Van V3: tín hiệu ra của BĐC thay đổi trong khoảng 0.2-1 kG/cm
2
được tác động lên
màng của van khí nén làm thay đổi độ mở của van  áp suất của bình tích thay đổi.
Các giá trị của tín hiệu chủ đạo Po, tín hiệu của áp suất bình tích Pt, tín hiệu điều khiển Pr được
đo bằng các áp kế lò xo ống một vòng.
Sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống:
Hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh, quy luật điều chỉnh:
.
.
1
W ( ) ;W ( )
. 1 .
p
d

d m m
i
K e
p p K
T p T p
τ
−
= = +
+

Trong cấu trúc của máy, hệ số khuếch đại được biểu diễn dưới dạng độ biến động
100
%
m
K
σ
=

V. Kết quả thí nghiệm.
Bảng 3-1: Kết quả thí nghiệm với
% 90; 0.08
d
P
σ
= =

STT Po Pt Pr ∆P = Po - Pt
1 0.2 0.11 0.15 0.09
2 0.3 0.13 0.23 0.17
3 0.4 0.14 0.31 0.26

4 0.5 0.15 0.4 0.35
5 0.6 0.17 0.48 0.43
Nhận xét: do hệ số khuếch đại nhỏ (Km = 1.111) nên áp suất đầu ra bám rất chậm áp suất chủ
đạo. Với quy luật tỷ lệ hệ luôn tồn tại sai lệch tĩnh.
Bảng 3-2: Kết quả thí nghiệm với
% 125; 0
d
P
σ
= =

STT Po Pt Pr ∆P = Po - Pt
1 0.3 0.16 0.14 0.14
2 0.4 0.18 0.22 0.22
3 0.5 0.2 0.28 0.3
4 0.6 0.22 0.34 0.38
5 0.7 0.24 0.41 0.46
Nhận xét: việc giảm hệ số khuếch đại còn làm quá trình bám giá trị đặt chậm hơn nữa. Với quy
luật tỷ lệ hệ luôn tồn tại sai lệch tĩnh.
Khảo sát MĐC theo tác động quy luật tỷ lệ tích phân:
Bảng 3-3: Kết quả thí nghiệm với
% 80; 0.5
i
T
σ
= =

STT Po Pt Pr ∆P = Po - Pt
1 0.2 0.18 0.18 0.02
2 0.3 0.2 0.28 0.1

3 0.4 0.21 0.35 0.19
4 0.5 0.25 0.42 0.25
5 0.6 0.27 0.52 0.33
Nhận xét: do hệ số khuếch đại nhỏ (Km = 1.111) nên áp suất đầu ra bám rất chậm áp suất chủ
đạo. Việc đưa them thành phần tích phân, trên lý thuyết sẽ khử được sai lệch tĩnh của hệ thống.
Tuy nhiên, do giá trị hằng số thời gian tích phân Ti có thể chưa được chọn hợp lý nên vẫn còn sai
lệch tĩnh, so với trường hợp chỉ có khuếch đại thuần túy thì sai lệch đã giảm đi đáng kể.
Khảo sát biên giới ổn định của quá trình điều chỉnh:
Trên cơ sở MĐC tác động theo luật PI, giảm dần σ% cho đến khi hệ thống đạt biên giới ổn định.
Xác định được các thong số sau:
- Ti = 0.5, Km = 100/14 = 7.15.
- Tín hiệu chủ đạo: Po = 0.4 kG/cm
2
- Tín hiệu đo:
,max ,min
0.42; 0.36
t t
P P
= =

- Chu kỳ dao động: Tc = 1.35s
VI. Kết luận.
Như vậy bài thí nghiệm đã đạt được mục tiêu đề ra.
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 thong số khác nhau của TBĐC.
- Tính toán các chỉ tiêu chất lượng của quá trình quá độ.
II. Mô tả thí nghiệm.
Sơ đồ cấu trúc thí nghiệm:

Đối tượng điều chỉnh: bình chứa phía trên có dòng nước chảy vào dung van khí nén để điều
chỉnh lưu lượng, phía dưới bình có dòng nước chảy ra tự nhiên.
Đại lượng cần điều chỉnh: mức nước trong bình tích. Thực chất ở đây không đo trực tiếp mức
nước trong bình, mà h được xác định gián tiếp thong qua bộ chuyển đổi P\H chuyển tín hiệu mức
sang áp suất để máy có thể hiểu được giá trị phản hồi về.
Điều chỉnh thong qua thay đổi lưu lượng nước chảy vào bình tích.
Thiết bị điều chỉnh: sử dụng MĐC PID khí nén. Tín hiệu ra của BĐC thay đổi trong khoảng 0.2-
1 kG/cm
2
được tác động lên màng của van khí nén làm thay đổi độ mở của van  lưu lượng
chảy vào bình tích thay đổi  mức nước thay đổi.
Sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống:
Hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh, quy luật điều chỉnh:
.
1 1
W ( ) ;W ( ) 1 .
. .
p
d m m d
i
p e p K T p
T p T p
τ
−
 
= = + +
 ÷
 

Trong cấu trúc của máy, hệ số khuếch đại được biểu diễn dưới dạng độ biến động

100
%
m
K
σ
=

III. Kết quả thí nghiệm.
Khảo sát MĐC với quy luật tỷ lệ:
Các thông số:
0
: 40%
, 0, 4
_ error: 2
I D ms
P
T T K
Steady e
∞
=
= ∞ = =
=
Bảng số liệu thu được:
t 0 10 20 30 40 50 60 70
Pr 15 10 8 5.5 6 5.5 5 5
Pt 24 30 32 34 35 38 38 38
∆P=Po-Pt 16 10 8 6 5 2 2 2
Xây dựng các đồ thị kết quả điều chỉnh:
0 10 20 30 40 50 60 70
5

10
15
20
25
30
35
40
Ng. Thi Toan - 20082706
Time [sec]
Output pressure Pr,Pt [%]
Characteristic curve (Prm,tm), (Ptm,tm)


Prm
Ptm
Xác định các chỉ tiêu chất lượng của quá trình điều chỉnh:
- Sai lệch tĩnh:
- Độ quá điều chỉnh:
- Thời gian xác lập:
Nhận xét:
Khảo sát MĐC với quy luật tỷ lệ - tích phân:
Các thông số:
0
: 40%
0.15, 0, 4
_ error: 40 39 1
I D ms
P
T T K
Steady e

∞
=
= = =
= − =
Số liệu thu được:
ti[s] Pri[%] Pti[%]
0 18.0000 28.0000
5.0000 12.5000 32.0000
10.0000 12.0000 34.0000
15.0000 11.5000 36.0000
20.0000 10.5000 38.0000
25.0000 9.0000 40.0000
30.0000 9.5000 40.0000
35.0000 8.0000 40.0000
40.0000 7.0000 41.0000
45.0000 6.5000 41.0000
50.0000 6.0000 42.0000
55.0000 5.5000 42.0000
60.0000 5.5000 43.0000
65.0000 4.5000 44.0000
80.0000 4.0000 44.0000
90.0000 4.0000 44.0000
120.0000 4.0000 42.0000
130.0000 4.0000 40.0000
150.0000 4.0000 39.0000

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ:
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
0
5

10
15
20
25
30
35
40
45
Ng. Thi Toan - 20082706
Time [sec]
Output pressure Pr,Pt [%]
Characteristic curve (Pri,ti), (Pti,ti)


Pri
Pti
Xác định các chỉ tiêu chất lượng của quá trình điều chỉnh:
- Sai lệch tĩnh:
- Độ quá điều chỉnh:
- Thời gian xác lập:
Nhận xét:
Khảo sát MĐC với quy luật tỷ lệ - tích –vi phân:
Các thông số:
0
: 40%
0.15, 0.5, 25
_ error: 40 38 2
n v p
P
T T X

Steady e
∞
=
= = =
= − =
Từ đó tính được các thong số của thiết bị điều chỉnh:
0.15 0.5
.100 .100 17.33
. 25*0.15
0.15 0.5 0.65( )
.
0.15*0.5
0.115( )
0.15 0.5
n v
m
p n
i n v
n v
d
n v
T T
K
X T
T T T s
T T
T s
T T
+
+

= = =
= + = + =
= = =
+ +
Số liệu thu được:
t[s] Pr[%] Pt[%]
0 19.0000 30.0000
5.0000 19.0000 28.0000
10.0000 19.0000 33.0000
15.0000 9.0000 38.0000
20.0000 6.0000 40.0000
25.0000 8.0000 40.0000
30.0000 6.0000 40.0000
35.0000 5.0000 40.0000
40.0000 5.0000 41.0000
50.0000 5.0000 41.0000
60.0000 5.0000 41.0000
70.0000 5.0000 41.0000
90.0000 5.0000 41.0000
110.0000 5.5000 41.0000
130.0000 5.2000 41.0000
150.0000 5.0000 41.0000
180.0000 5.0000 40.0000
190.0000 5.0000 38.0000
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ:
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
5
10
15
20

25
30
35
40
45
Ng. Thi Toan - 20082706
Time [sec]
Output pressure Pr,Pt [%]
Characteristic curve (Pr,t), (Pt,t)


Prd
Ptd
Xác định các chỉ tiêu chất lượng của quá trình điều chỉnh:
- Sai lệch tĩnh:
- Độ quá điều chỉnh:
- Thời gian xác lập:
Nhận xét:
IV. Kết luận.
Như vậy bài thí nghiệm đã đạt được mục tiêu đề ra.