Xây dựng hệ thống giám sát , điều khiển , ổn định nhiệt độ lò nhiệt

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

MỤC LỤC

GVHD: Nguyễn Bá Khá

1

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

DANH MỤC HÌNH ẢNH

GVHD: Nguyễn Bá Khá

2

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

LỜI MỞ ĐẦU

Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành công
nghiệp luyện kim, chế biến sản phẩm…vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc biệt
được chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định đến chất lượng của sản phẩm.
Với tính thực tế của vấn đề trên, chúng em đã được giảng viên Nguyễn Bá Khá
giao cho thực hiện đề tài:
“Xây dựng hệ thống giám sát , điều khiển , ổn định nhiệt độ lò nhiệt.”
Đồ án của chúng em được thực hiện trong 4 chương:
Tổng quan về lò nhiệt và hệ thống điều khiển lò nhiệt
Giới thiệu về bộ điều khiển và cảm biến đo nhiệt độ
Xây dung mô hình thực nghiệm
Kết luận
Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này, cả nhóm đã nhận được sự chỉ bảo và hướng
dẫn tận tình của giảng viên Nguyễn Bá Khá cùng sự giúp đỡ của các thầy cô giáo
trong khoa Điện - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội.
1.
2.
3.
4.

Mặc dù cả nhóm đã rất cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng không thể tránh khỏi
những thiếu sót, mong thầy cô cùng các bạn đóng góp ý kiến cho đồ án của cả
nhóm đạt được hiệu quả cao.

Nhóm sinh viên thực hiện
Trần Thị Giỏi
MSV: 0741040076
Trần Quốc Dũng
MSV: 0741040038
Ngô Đắc Đạt
MSV: 0741040026

Đinh Tiến Dũng
MSV: 0741040043
Phạm Thị Hà
MSV: 0741040015

GVHD: Nguyễn Bá Khá

3

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ LÒ NHIỆT VÀ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT
1.1.Tổng quan về lò nhiệt
Nhiệt độ là một đại lượng vật lý,nó hiện diện khắp nơi cả trong sản xuất lẫn
sinh hoạt hàng ngày. Quá trình đo và kiểm soát nhiệt độ trong sản xuất công nghiệp
đóng vai trò to lớn trong hệ thống điều khiển tự động, góp phần quyết định chất
lượng sản phẩm.Khi thu thập dữ liệu cho quá trình điều khiển và giám sát trong nhà
máy thì nhiệt độ là một thông số không thể bỏ qua.Tùy theo yêu cầu và tính chất
của quá trình điều khiển mà ta sử dụng phương pháp điều khiển thích hợp.Tính
chính xác và ổn định nhiệt độ cũng đặt ra vấn đề cần giải quyết.Hệ thống điều
khiển nhiệt độ thường được chia làm hai loại:
+Hệthống điều khiển hồi tiếp (feedback control system): thường xác định và giám
sát kết quả điều khiển,so sánh với tín hiệu đặt và tự động điều chỉnh lại cho đúng.
+ Hệ thống điều khiển tuần tự(sequence control system): thực hiện từng bước

điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước khi xác định tuần tự.
Một hệ thống muốn đạt được độ chính xác cần thiết cần thiết phải thực hiện hồi
tiếp,tín hiệu phản hồi về so sánh với tín hiệu vào và sai lệch sẽ được đưa tới bộ
điều chỉnh đầu ra. Hệ thống điều khiển này có nhiều ưu điểm được sử dụng nhiều
trên thực tế trong các hệ thống điều khiển tự động. Dạng tổng quát của hệ thống
điều khiển được mô tả trên nguyên tắc như hình sau:

GVHD: Nguyễn Bá Khá

4

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

Hình 1.1: Nguyên tắc điều khiển hồi tiếp

1.2.Hệ thống điều khiển lò nhiệt.
Trong đồ án này chúng em thực hiện yêu cầu xây dựng mô hình điều khiển và
giám sát hệ thống lò nhiệt sử dụng mạng truyền thông Modbus.Với sự phát triển
của khoa học kỹ thuật điều khiển tự động, hiện nay việc điều khiển nhiệt độ của lò
nhiệt trở nên đa dạng hơn về công nghệ và do đó có nhiều sự lựa chọn hơn về
phương pháp nhưng chúng em sử dụng mạng truyền thông Modbus do các ưu điểm
sau:
- Có thể điều khiển và giám sát hệ thống lò nhiệt ở khoảng cách xa
- Sử dụng phương thức truyền Master/Slave nên có thể điều khiển và giám sát tới
nhiều lò nhiệt mà chỉ cần dùng 1 đường truyền dẫn duy nhất

- Sử dụng cable đôi dây xoắn nên có khả năng chống nhiễu cao
- Đấu nối đơn giản, Modbus linh hoạt, và dễ thực hiện

GVHD: Nguyễn Bá Khá

5

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

Sơ đồ khối hệ thống hệ thống

Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống

Nguyên lý hoạt động:
Khi được cấp nguồn bộ điều khiển sẽ điều khiển bộ biến đổi điện áp cấp điện
áp phù hợp cho thiết bị gia nhiệt làm nóng lò nhiệt để đạt đến nhiệt độ đặt ban đầu.
Các cảm biến ở lò nhiệt luôn luôn đo nhiệt độ của các lò nhiệt và trả về cho bộ điều
khiển nhiệt độ, bộ điều khiển nhiệt độ sẽ thực hiện so sánh nhiệt độ của lò đã đạt
được và nhiệt độ đặt ban đầu để điều khiển bộ biến đổi điện áp cung cấpđiện áp
phù hợp cho thiết bị gia nhiệt ổnđịnh nhiệt độ lò nhiệt quanh giá trị đặt ban đầu.
Chu trình này diễn ra liên tục nên nhiệt độ của lò nhiệt sẽ được ổn định.
PLC có chức năng đọc giá trị nhiệt độ đo được từ các Slave( bộ điều khiển
nhiệt độ ) sau đó truyền lênWinCC để thực hiện giám sát, và nếu có yêu cầu đặt
nhiệt đồ từ WinCC xuống thì PLC sẽ thực hiện ghi giá trị đặt vào các ô nhớ của bộ
điều khiển nhiệt độ thay đổi giá trị đặt của các lò nhiệt.

GVHD: Nguyễn Bá Khá

6

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

1.3 Chế độ điều khiển PID.
PID-Proportional Integral Derivative (bộ điều khiển tỉ lệ vi tích phân ) là 1
thuật ngữ để chỉ cơ chế điều khiển vòng phản hồi.
- Ưu điểm: điều khiển với độ chính xác cao, tiết kiệm năng lượng tối đa, đảm bảo
sự ổn định của hệ thống.
- Nhược điểm: thuật toán điều khiển phức tạp, đòi hỏi người sử dụng có trình độ và
kinh nghiệm.
Khi sử dụng chế độ điều khiển PID thì loại đầu ra điều khiển tối ưu là Role bán dẫn
SSR. Không nên sử dụng role thường vì nó dễ xảy ra các sự cố ngoài ý muốn như:
đánh tia lửa điện, kẹt tiếp điểm, tuổi thọ các thiết bị giảm…
- Phạm vi ứng dụng: có thể nói ngày nay PID đã xâm nhập vào hầu hết các ứng
dụng điều khiển (ko chỉ nhiệt độ mà còn nhiều lĩnh vực khác). Tuy nhiên nõ vẫn
được ưu tiên hơn cả khi hệ thống yêu cầu độ chính xác cao, khoảng thay đổi nhiệt
cho phép nhỏ.
Thông thường khi sử dụng bộ điều khiển nhiệt có chế độ điều khiển PID thì luôn có
kèm theo chức năng Tự động điều chỉnh (Auto Tuning). Chức năng này sẽ tự động
điều chỉnh các tham số P, I và D sao cho hệ thống đạt hiệu năng cao nhất. Tuy
nhiên, trong 1 số trường hợp thì người sử dụng vẫn phải điều khiển bằng tay
(Manual) các tham số này.

Bộ điều khiển PID gồm 3 thành phần : tỉ lệ (p), vi phân (D), tích phân (I)
-

Thành phần tỉ lệ P

Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ sai lệch (e)
Phương trinh sai phân mô tả động học:
u(t) = Km .e(t)
Trong đó: u(t) tín hiệu ra của bộ điều khiển
e(t) tín hiệu vào
km hệ số khuyêch đại của bộ điều khiển
-

Thành phần tích phân (I)

Tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với tích phân tín hiệu sai lệch e(t)
Phương trình vi phân mô tả dộng học:
U(t)=k =
GVHD: Nguyễn Bá Khá

7

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

Trong đó: U(t) tín hiệu điều khiển

e(t) tín hiệu của bộ điều khiển
Ti hắng số thời gian tích phân
-Thành phần vi phân (D)
Tín hiệu của bộ điều khiển tỉ lệ với vi phân tín hiệu sai lệch e(t)
Phương trình vi phân:
U(t)=Td.
Trong đó: e(t) tín hiệu vào của bộ điều khiển
U(t) tín hiệu điều khiển
Td hằng số thời gian vi phân
-

Phương trình vi phân mô tả tín hiệu vào ra PID:
U(t) = kp

-

Hàm truyền đạt của PID:
W(p) = Kp (1+ +Td.p)

trong đó: e(t) tín hiệu vao của bộ điều khiển
U(t) tín hiệu ra của bọ điều khiển
Kp hệ số khuyêch đại
Td hằng số thời gian vi phân
Ti hằng số thời gian tích phân
-Các phương pháp xách định tham số kp , Ti , Td
Cấu trúc:

GVHD: Nguyễn Bá Khá

8

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

Hàm truyền đạt:
G(p) = Kp (1+ +TD.p)
Mô hình:

+ kp thay đổi trực tiếp giá trị tín hiệu ra => thay đổi sai lệch tĩnh đáp ứng nhanh,bị
ảnh hưởng bởi nhiễu ở mọi tàn số
+ Ti sai lệch tĩnh bằng 0 khi hệ được kích thích bằng tín hiệu ,hằng giảm độ quá
điều chỉnh
+ TD phản ứng nhanh với sự thay đổi của e(t), tăng độ quá điều chỉnh, nhạy cảm
với nhiễu tần số cao

GVHD: Nguyễn Bá Khá

9

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

-Xác định tần số bằng thực nghiệm: công thức Zigler-Nichol
Hàm truyền:
Gcs =kp+ kDs = Kp (1+ +TD.s)
-Đối tượng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm nấc có dang chữ S (ví dụ :nhiệt
đọ lò nhiệt)

-Kháo sát hàm truyền lò nhiệt:

a,đặc tính chính xác

b, đặc tính gần đúng

-Hàm truyền gần đúng lò nhiệt:
G(s) =
-Do tín hiệu vào là hàm nấc đơn vị( P = 100 %) nên:
R(s) =
Tín hiệu ra gần đúng là hàm:
C(t) = f(t – T1)
Trong đó :

f(t) = K(1 - )

Biến đổi laplace ta được:
GVHD: Nguyễn Bá Khá

10

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

F(s) =
Áp dụng định lí chậm chễ ta được:
C(s) = K/s(1+T2s)
Vậy ta có hàm truyền lò nhiệt:
G(s) = K/(1+T2s)
-Xác định kp ,Ti , TD
+ Sử dụng P :

kp = T2/T1k

+ Sử dụng PI :

kp=0.9T2/T1k , Ti =T1/0.3

+ Sử dụng PID : kp=1,2 T2/T1k , Ti =2T1 ,TD = 0.5T1
1.4 Chế độ điều khiển ON/OFF.
Có thể dễ dàng nhận thấy đây là chế độ điều khiển đơn giản nhất, được sử
dụng từ khá lâu và hiện nay vẫn còn được ứng dụng khá nhiều trong các ngành
khác nhau.
Ưu điểm của chế độ này là điều khiển đơn giản, dễ hiểu. Tuy nhiên nó lại có
nhược điểm là độ chính xác không cao, độ quá nhiệt lớn gây tổn thất năng lượng.
Về nguyên lí hoạt động của chế độ ON/OFF thì khá đơn giản: bộ điều khiển sẽ tác
động đầu ra nếu nhiệt độ môi trường đo vượt qua giá trị đặt (Có thể tác động khi
nằm trong phạm vi dải trễ mà chưa cần tới giá trị đặt-nếu như người dùng có cài đặt
dải trễ). Và thông thường thì chế độ ON/OFF sẽ tương ứng với loại đầu ra điều
khiển là dạng Role.

GVHD: Nguyễn Bá Khá

11

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

Với những đặc điểm như trên thì chế độ điều khiển ON/OFF thường được ứng
dụng trong những hệ thống điều khiển nhiệt quy mô lớn, cho phép độ quá nhiệt cao
và ít có sự thay đổi nhiệt độ; ví dụ như: hệ điều khiển lò nhiệt, tủ lạnh, quạt…

GVHD: Nguyễn Bá Khá

12

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN
ĐO NHIỆT ĐỘ
2.1.Giới thiệu bộ điều khiển PL S7-200

PLC, (viết tắt của programable logic controller) là thiết bị điều khiển logic lập
trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán
điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Như vậy với chương trình điều
khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật
toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài ( PLC khác hoặc
máy tính ). S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens ( CHLB
Đức ), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng. Các module này được
sử dụng với những mục đích khác nhau. Toàn bộ nội dung chương trình được lưu
trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử
dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge ). Dòng PLC S7-200
có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại mới ), trong đó họ 21X không còn sản
xuất nữa. Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có các đời
sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM.
Ưu điểm của PLC
- Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm
và tiếng ồn, đáng tin cậy
- Có giá thành thấp so với cácứng dụngđiều khiển cho hệ thống phức tạp.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạchđiều khiển.
- PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chuẩnđoán lỗi.
- Có thể nhân đôi cácứng dụng nhanh vàít tốn kém.
Những phần cơ bản của một PLC gồm:
- Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng được kết nối vào.
GVHD: Nguyễn Bá Khá

13

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

- CPU: thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ hoặc quá
trình.
- Các vùng nhớ
- Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự. Các ngõ vào
dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đưa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng
để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình.
- Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối
CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa
các trạm trong mạng.
- Các loại module chức năng (FM: Function Module). Ví dụ các module điều
khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ…
Hình ảnh PLC S7-200 ngoài thực tế:

Hình 2.1.1: S7-200 CPU224XP AC/DC/RLY

Ta chọn PLC S7 200 loại CPU 224XP (6ES7214-2BD23-0XB0):
- Nguồn cung cấp: 220VAC
- Đầu vào (input): I0.0 →I0.7,I1.0→I1.5,I2.0 →I2.7
- Đầu ra (output): Q0.0 →Q0.7,Q1.0 →Q1.1
GVHD: Nguyễn Bá Khá

14

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

- Bộ đệm ảo đầu vào: I0.0 →I15.7 (128 đầu vào)
- Bộ đệm ảo đầu ra: Q0.0 →Q15.7 (128 đầu ra)
- Đầu vào tương tự: AIW0 →AIW62
- Đầu ra tương tự: AQW0 →AQW62
- Vùng nhớ V: VB0 →VB5119
- Vùng nhớ L(địa phương): LB0 → LB63
- Vùng nhớ M: M0.0 → M31.7
- Vùng nhớ SM: SM0.0 → SM549.7
SM0.0 →SM29.7(read-only)
- Vùng nhớ timer: T0 → T255
- Vùng nhớ counter: C0 → C255
- Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao: HC0 → HC5
- Vùng nhớ trạng thái(logic tuần tự): S0.0 → S31.7
- Vùng nhớ thanh ghi tổng: AC0 → AC3
- Khả năng quản lí Label:0 → 255
- Khả năng quản lí chương trình con: 0 → 63
- Khả năng quản lí chương trình ngắt: 0 → 1270
2.2.Giới thiệu về đồng hồ nhiệt Delta(DTA)
2.2.1.Bộ điều khiển nhiệt độ
Bộ điều khiển nhiệt độ là một công cụ được sử dụng để điều khiển nhiệt
độ.Bộ điều khiển nhiệt độ có một đầu vào từ bộ cảm biến nhiệt độ và có một đầu ra
được kết nối với một phần tử điều khiển như một lò nhiệt hoặc quạt
Để kiểm soát quá trình điều khiển nhiệt độ chính xác mà không cần đến sự
tham gia điều khiển rộng rãi, một hệ thống kiểm soát nhiệt độ dựa trên một bộ điều
khiển,cái mà chấp nhận một cảm biến nhiệt độ như một cặp nhiệt điện hoặc RTD.
Nó so sánh nhiệt độ thực tế để kiểm soát nhiệt độ mong muốn, hoặc điểm đặt,
và cung cấp một đầu ra cho một bộ phận kiểm soát. Bộ điều khiển là một phần của

toàn bộ hệ thống điều khiển, và toàn bộ hệ thống này nên được phân tích trong việc
lựa chọn bộ điều khiển thích hợp. Các mục sau đây cần được xem xét khi lựa chọn
một bộ điều khiển:
1. Loại cảm biến đầu vào (cặp nhiệt, RTD) và phạm vi nhiệt độ
2. Loại đầu ra được yêu cầu (relay điện, SSR, đầu ra analog)
3. Thuật toán điều khiển (ON/OFF, theo tỷ lệ, PID)
4 . Số và loại đầu ra (nhiệt, mát mẻ, báo động, giới hạn)
GVHD: Nguyễn Bá Khá

15

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

Trong các bộ điều khiển nhiệt ta thường thấy 2 chế độ điều khiển là điều khiển
ON/OFF và điều khiển PID. Ngoài ra còn có thêm 1 số chế độ khác (Thực chất
cũng là PID nhưng có 1 thành phần bị lược bỏ, ví dụ như chế độ điều khiển Tỉ lệ P
hay PI, PD)
Trong đồ án này chúng em sử dụng bộ điều khiển là đồng hồ nhiệt Delta
DTA4848C1.
2.2.2.Đồng hồ nhiệt Delta DTA48481
a. Đặc điểm
Đồng hồ nhiệt Delta DTA được thiết kế dành cho các ứng dụng thực tế với 3
dạng tín hiệu ngõ ra thường xuyên nhất trong công nghiệp và tích hợp nhiều chức
năng hỗ trợ cùng với cấu trúc transmission, đảm bảo việc chuyển dữ liệu nhanh và
ổn định

b. Tính năng kỹ thuật của đồng hồ nhiệt Delta DTA:
-Đồng hồ nhiệt Delta DTA có các chế độ điều khiển ngõ vào: PID, ON/OFF,
bằng tay
-Chế độ tự động chọn/điều chỉnh thông số PID
-Tích hợp nhiều loại cảm biến khác nhau (B, E, J, K, L, N, R, S, T, U, TXK)
and platinum RTD (PT100, JPT100) có thể chọn trên thông số cài đặt
-Đồng hồ nhiệt DTA với 2 nhóm Alarm với 13 chế độ cho mỗi nhóm
-Hiển thị nhiệt độ 0C, 0F (Celsius hoặc Fahrenheit)
-Các chức năng khóa phím: (1. Khóa tất cả các phím, 2. Chỉ khóa phím chức
năng, phím lên/xuống vẫn hoạt động bình thường)
-Kích cỡ: 4848, 4896, 9696, 7272
-Chọn thêm tiện ích: cổng truyền thông RS485 (Modbus ASCII, RTU, baud
rate: 2,400 ~ 38,400)
-Chọn thêm chức năng biến dòng CT, ngõ ra cảnh báo (Alarm)
GVHD: Nguyễn Bá Khá

16

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

-Thời gian lấy mẫu của cảm biến (sensor) 0.5giây/lần
-Bộ điều khiển nhiệt DTA với các chứng chỉ chất lượng: IP5X, CE, UL

c. Ứng dụng
Đồng hồ nhiệt Delta DTA ứng dụng cho: hệ thống gia nhiệt, quạt thông gió

trong hệ thống thông gió trung tâm, hệ thống gia nhiệt….

GVHD: Nguyễn Bá Khá

17

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

Hình 2.2: Đồng hồ nhiệt Delta DTA

GVHD: Nguyễn Bá Khá

18

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

d. cài đặt tham số
CHẾ ĐỘ ĐIỀU CHỈNH : Cài đặt các thông số điều chỉnh:
Giải thích/ mô tả

Mặc định

AT: chế độ tự động điều chỉnh. Khi AT được cài đặt, OFF
chức năng PID sẽ tự động thực hiện ( điều khiển
PID)
P: điều khiển tỉ lệ ( điều khiển PID)

2.1

I: thời gian tích phân ( điều khiển PID)

260

D : thời gian vi phân ( điều khiển PID)

41

PdoF : bù ngõ ra khi chế độ điều khiển P hoặc PD 0
( trong điều khiển PID và Ki = 0 )
ioF: giá trị mặc định của lượng tích phân khi ở chức 0
năng điều khiển PID và thời gian tích phân là một
giá trị xác định khác 0 , AT có thể tự điều chỉnh các
thông số này (điều chỉnh PID và Ki ≠ 0 )
HTS : cái đặt giá trị vọt lò nhiệt khi ở chế độ điều
khiển ON/OFF
CTS : cài đặt độ trễ làm lạnh khi ở chế độ điều khiển
ON/OFF
HTPD:cáiđặt chu kì điều khiển PID cho quá trình
nung
CLPD : cài đặt chu kì điều khiển PID cho quá trình

làm lạnh
TPOF : độ lệch nhiệt độ cho phép

0

CRHI : độ lệch dòng ngõ ra cho phép tối đa 20mA

0

CRLO : độ lệch dòng ngõ ra cho phép tối đa 20mA

0

GVHD: Nguyễn Bá Khá

19

0
Ngõra:C,
V:4giây
R:20 giây
0

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

Thiết lập chế độ cài đặt : thiết lập chế dộ điều khiển của bộ điều khiển nhiệt
độ và các thông số điều khiển
Giải thích / mô tả

Mặc định

INPUT : lựa chọn loai cảm biến nhiệt (tìm hiểu đầu
dò trong bảng liệt kê “ kiểu đầu dò và dãy nhiệt độ” )
UNIT : chọn đơn vị nhiệt độ hiển thị oC và oF
T-HIGH : giới hạn trên của nhiệt độ

PT2
C
500.0

T-LOW : giới hạn dưới của nhiệt độ
-20.0
CONTROL : chọn chế độ điều khiên PID ON/OFF
PID
hoặc chế độ điều khiển bằng tay trên dòng hiển thị SV
SWITCH :chọn chế độ làm nóng hoặc làm lạnh

Làm nóng

AL1SET : cài đặt cảnh báo 1 (ALARM1)
AL2SET : cài đặt cảnh báo 2 (ALARM2)
C WE:cho phép hoặc không cho phép chức năng giao
tiếp
C NO : cài đặt địa chỉ giao tiếp
BPS : cài đặt tốc độ baud cho giao tiếp

LENGTH : cài đặt chiều dài dữ liệu giao tiếp
PARITY : cài đặt số bit giao tiếp ngang bằng

0
0
Không
cho phép
1
9600
7
E

STOP BIT : cài đặt số bit stop trong giao tiếp

1

GVHD: Nguyễn Bá Khá

20

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

Cài đặt chế độ cảnh báo nên thấp hơn mức cài đặt ban đầu và sau đó là các giá trị
AL1H, AL1L, AL2H VÀ AL2L, cho phép hiển thị trong chế độ vận hành.
2.3. Cảm biến đo nhiệt độ

Đây chính là bộ phận cảm biến nhiệt độ dùng để biến tín hiệu không điện
thành tín hiệu điện
Ở đây ta sử dụng đo nhiệt độ bằng điện trở vì:
- Sai số nhỏ
- Đơn giản, gọn nhẹ, dễ hiểu
- Độ nhạy cao
- Tính lặp lại cao
Để đo nhiệt độ ta có thể dùng các loại cảm biền thông dụng như
LM35,Themocouple, PT100. Nhưng do LM35 là cảm biến được chế tạo bằng bán
GVHD: Nguyễn Bá Khá

21

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

dẫn tầm đo max là 1250C chỉ thích hợp đo nhiệt độ môi trường. Themocouple độ
phi tuyến cao. PT100 độ tuyến tính cao, sai số 0.04% trên 100 0C. Do đó, Trong đồ
án này chúng em dùng PT100 để đo nhiệt độ lò. Để đo nhiệt độ được chính xác, tất
nhiên cần có một đầu dò thích hợp. Đầu dò là một cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ
vận chuyển từ nhiệt độ từ tín hiệu không điện qua tín hiệu điện. Có rất nhiều loại
cảm biến như giới thiệu ở trên. Nhưng dựa vào lý thuyết và thực tế của mạch cần
thiết kế ta dùng phương pháp đo bằng Pt100 loại 3 dây.
Ở 00 C thì Rt =100 Ohm, Pt 100 có nhiều loại( 2 dây, 3 dây, 4 dây), sau đây là sơ
đồ Pt100 3 dây, tầm biến thiên điện áp theo nhiệt độ là 20mV/ 0C, tầm đo 0-2500 C.
U16 có chức năng là mạch trừ, U17 khuếch đại đảo.

RT = Ro. (1 + 0.385%T)
Yêu cầu chung: thông tin phản ánh nhiệt độ được truyền tuần tự, chính xác và liên
tục theo thời gian; tạo điện áp biến thiên tuyến tính với nhiệt độ.

Hình 2.3: Cảm biến PT100

Thông số kĩ thuật biến nhiệt điện trở Pt100
- Cảm biến nhiệt độ E52MY-PT100C
- Dải đo: 0-400oC.
- Loại can: DIN PT 100W.
- Chiều dài can: 10cm.
- Cấp chính xác: B.
GVHD: Nguyễn Bá Khá

22

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

- Cách điện cho dây dẫn bên trong: ceramic.
- Vật liệu đầu bao dây: khuôn nhôm đúc màu xanh.
- Vật liệu ống bảo vệ: Sứ 316 ống đúc.
- Nhiệt độ môi trường cho đáu dây: 0-80oC.
- Loại dây dẫn: hệ thống 3 dây dẫn.
- Tiếp xúc nhiệt: loại không nối đất.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Là cảm biến nhiệt độ, PT100 có câu tạo là một nhiệt điện trở RTD (Resistance
Temperature Detector)
Điện trở này là một dây kim lợi có bọc các đoạn sứ bao quanh toàn bộ dây kim
loại. Phần bao bọc nay lại được đặt trong một ống bảo vệ thường có dạng hình
tròn, chỉ đưa 2 đầu dây kim loại ra để kết nối với thiết bị chuyển đổi. Phần ống
bảo vệ sẽ được đặt ở nơi cần đo nhiệt độ.
Hai đầu dây kim loại để chừa ra ở phần ống bảo vệ được kết nối tới một thiết bị
gọi là bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện phục vụ cho việc truyền
tới phòng điều khiển để giám sát. Thiết bị chuyển đổi có cấu tạo là một cầu điện
trở có 1 nhánh chính là Pt100
Cách đo Pt100
Cảm biến Pt100 cấu tạo bằng dây kim loại plantium dựa trên nguyên tắc thay
đổi điện trở kim lại theo nhiệt độ( Phương trình Callendar-vab dusen) như sau:
RT = R0 + R0α [ T – δ - ( – 1)() ]
Với
RT: điện trở ở nhiệt độ T
R0=100Ω điện trở ở 0oC
α: hệ số nhiệt độ ở T=0oC ( kiểu +0,00385 Ω/ Ω/oC)
δ=1,499(kiểu +0,00385 Ω/ Ω/oC)
+ cảm biến Pt100 hoạt động ở 0oC thì điện trở là 100Ω.
+ trong khoảng nhiệt độ từ 0-100oc ta tính như sau:
Rt = R0(1+0,385%T) với sai số nhiệt độ là ±0,5 oC. tức là cứ tăng 1oC thì điện
trở Pt100 tăng 0,385 Ω

GVHD: Nguyễn Bá Khá

23

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện

2.4. Bộ biến đổi điện áp.
Chúng em chọn mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển với các đặc điểm
sau
Ưu điểm:
- Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản
- Không cần sử dụng bộ đổi nguồn 3 pha.
- Điện áp ra sau chỉnh lưu tương đối ổn định, có tính liên tục.
Nhược điểm:
- Điện áp sau khi chỉnh lưu nhỏ (U1/Ud lớn)
- Sử dụng không hiệu quả công suất MBA
- Sử dụng các mạch chỉnh lưu công suất nhỏ.
a. Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lí mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển

b. Nguyên lý làm việc:

GVHD: Nguyễn Bá Khá

24

Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa : Điện
2

∞

ω

Giả sử Ld = điện áp phía thứ cấp u2 =
U2 .sin t với góc điều khiển
Xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập. Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng 0.
Trước thời điểm

ω

α

.

t= v1 cặp van T1 vàT3 dẫn điện khi đó ta có:

uT2 = uT3 = 0; utải = - u2 ; uT1 = uT4 = u2; iT2 = iT3 = itải ; iT1 = iT4 = 0.
ω

Đến thời điểm t= v1 cấp xung điều khiển mở cặp van T1 và T4 lúc này cặp
van T1 và T4 sẽ dẫn điện, cặp van T1 vàT3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện,
khi đó ta có: uT1 = uT4 = 0; utải = u2; uT2 = uT3 = - u2; iT1= iT4= itải; iT2 = iT3 = 0.
ω

Đến thời điểm t = π, u2 = 0 có xu hướng âm dần và - u 2 = 0 có xu hướng

dương dần. Tuy nhiên điện áp nguồn lúc này tác động ngược chiều với chiều dẫn
dòng của dòng điện qua tải, cho nên suất điện động cảm ứng do L d tạo ra cho cặp
van T1 và T4 tiếp tục dẫn điện, còn cặp van T 1 vàT3 chưa dẫn do chưa có xung điều
khiển kích mở. Lúc này ta có:
uT1= uT4= 0; utải = u2 < 0; uT2 = uT3 = - u2> 0; iT1 = iT4= itải; iT2 = iT3= 0.
ω

α

Đến thời điểm t =π+ phát xung điều khiển mở cặp van T2 và T3, lúc này
cặp van T2 và T3 sẽ dẫn điện còn cặp van T1 và T4 bị phân cực ngược nên không
dẫn điện. Ta có: uT2= uT3 = 0; uT1 = uT4 = u2 < 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= 0.
ω

Đến thời điểm t =2π, u2= 0 và có xu hướng dương dần, còn - u 2 = 0 có xu
hướng âm dần, tuy nhiên cặp van T2 và T3 sẽ tiếp tục dẫn do suất điện động của
cuộn cảm tải tạo ra để chống lại sự biến thiên của dòng điện. Cặp van T 1 và T4 chưa
dẫn điện do chưa có xung điều khiển kích mở ta có:
UT2= uT3 = 0; uT1 = uT4= u2 > 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= 0.
Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự như trên.

GVHD: Nguyễn Bá Khá

25

Đồ án tốt nghiệp