Báo cáo kĩ thuật phản ứng

MỤC LỤC.
Trang
Bài 1: Điều khiển nhiệt độ.....................................................................2
Bài 2: Điều khiển áp suất Pignat..........................................................11
Bài 3: Điều khiển áp suất.....................................................................15
Bài 4: Điều khiển lưu lượng.................................................................18

1


Bài 1: ĐIẾU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
I.

Mục đích thí nghiệm

- Vận dụng các bộ điều khiển ( ON/OFF,P, PI, PID) để điều khiển nhiệt độ.
- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh đến kết quả đọc.
- Xác định các thông số điều khiển trong các chế độ khác nhau.
- Vận dụng các thông số tìm được để:
+ Khảo sát ảnh hưởng tới việc thay đổi cài đặt.
+ Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiễu.
+ Tối ưu hóa các thông số cài đặt.
II.

Báo cáo thí nghiệm.
2.1. Xác định các thông số đặt trưng của hệ thống
Bảng 1.1: Giá trị nhiệt độ đo được ứng ở chế độ Manual tương ứng với sự thay
đổi OP
∆PV

OP

PV

(%)

(oC)

1

0

31

0

(%)
0

2

10

46

15

3.75

0.375

3

20

68

22

5.5

0.55

4

30

89

21

5.25

0.525

5

40

105

16

4

0.4

6

50

122

17

4.25

0.425

7

60

137

15

3.75

0.375

8

70

150

13

3.25

0.325

9

80

164

14

3.5

0.35

STT

∆OP(%)

10

∆PV

Gs
0

Trong đó :OP:cho phép chuyển đổi đầu ra ,đầu vào.
PV:
∆PV=

PVi +1 − PVi
.100% (PVmax : 400 oC là giá trị lớn nhất của PV ứng với từng OP)
PVmax

Gs=
-

∆PV
∆OP

Đồ thị 1.1: biểu thị độ khuếch đại tĩnh theo OP

2


- Nhận xét: OP và Gs biến thiên tỉ lệ nghịch với nhau, khi OP tăng thì Gs giảm và ngược lại.
2. Xác định các thông số điều khiển theo phương pháp Broida
2.1. Các bước tiến hành:
- Đặt OP =40% đến khi ổn định đo PV.
- Đặt OP =50% sao cho ổn định đo PV sau mỗi 15s.
- Chỉnh bộ điều khiển ở chế độ Auto.

- Đặt giá trị Set point bằng 100 oC,90 oC,80 oC ,BP, τ i , τ d tương ứng .BP=
Bàng 1.2: kết quả thí nghiệm OP = 50 %
Thời

∆PV

STT

gian

∆OP(%)

PV

∆PV

1

(s)
0

10

104.1

0

0

0

2

15

104.2

0.1

0.025

0.0025

3

30

104.2

0

0

0

4

45

104.4

0.2

0.05

0.005

5
6

60
75

104.7
105

0.3
0.3

0.075
0.075

0.0075
0.0075

3

(%)

Gs

1
.
Kp


7

90

105.3

0.3

0.075

0.0075

8

105

105.6

0.3

0.075

0.0075

9

120

106

0.4

0.1

0.01

10

135

106.3

0.3

0.075

0.0075

11

150

106.9

0.6

0.15

0.015

12

165

107.3

0.4

0.1

0.01

13

180

107.6

0.3

0.075

0.0075

14

195

107.9

0.3

0.075

0.0075

15

210

108.3

0.4

0.1

0.01

16

225

108.7

0.4

0.1

0.01

17

240

109.3

0.6

0.15

0.015

18

255

109.8

0.5

0.125

0.0125

19

270

110.2

0.4

0.1

0.01

20

285

110.6

0.4

0.1

0.01

21

300

111.2

0.6

0.15

0.015

22

315

111.7

0.5

0.125

0.0125

23

330

112.1

0.4

0.1

0.01

24

345

112.4

0.3

0.075

0.0075

25

360

112.7

0.3

0.075

0.0075

26

375

113

0.3

0.075

0.0075

27

390

113.2

0.2

0.05

0.005

28

405

113.5

0.3

0.075

0.0075

29

420

113.7

0.2

0.05

0.005

30

435

113.9

0.2

0.05

0.005

31

450

114.1

0.2

0.05

0.005

32

465

114.4

0.3

0.075

0.0075

33

480

114.7

0.3

0.075

0.0075

34

495

114.9

0.2

0.05

0.005

35

510

115.2

0.3

0.075

0.0075

36

525

115.6

0.4

0.1

0.01

37
38

540
555

115.7
115.8

0.1
0.1

0.025
0.025

0.0025
0.0025

4


39

570

116.1

0.3

0.075

0.0075

40

585

116.3

0.2

0.05

0.005

41

600

116.5

0.2

0.05

0.005

42

615

116.8

0.3

0.075

0.0075

43

630

117

0.2

0.05

0.005

44

645

117.2

0.2

0.05

0.005

45

660

117.3

0.1

0.025

0.0025

46

675

117.5

0.2

0.05

0.005

47

690

117.7

0.2

0.05

0.005

48

705

117.8

0.1

0.025

0.0025

49

720

117.9

0.1

0.025

0.0025

50

735

118

0.1

0.025

0.0025

51

750

118

0

0

0

52

765

118

0

0

0

53

780

118.1

0.1

0.025

0.0025

54

795

118.2

0.1

0.025

0.0025

55

810

118.3

0.1

0.025

0.0025

56

825

118.4

0.1

0.025

0.0025

57

840

118.6

0.2

0.05

0.005

58

855

118.7

0.1

0.025

0.0025

59

870

118.8

0.1

0.025

0.0025

60

885

118.9

0.1

0.025

0.0025

61

900

119.1

0.2

0.05

0.005

62

915

119.3

0.2

0.05

0.005

63

930

119.4

0.1

0.025

0.0025

64

945

119.4

0

0

0

65

960

119.5

0.1

0.025

0.0025

66

975

119.5

0

0

0

67

990

119.5

0

0

0

68

1005

119.6

0.1

0.025

0.0025

69
70

1020
1035

119.8
120

0.2
0.2

0.05
0.05

0.005
0.005

5


71

1050

120.1

0.1

0.025

0.0025

72

1065

120.2

0.1

0.025

0.0025

73

1080

120.3

0.1

0.025

0.0025

74

1095

120.5

0.2

0.05

0.005

75

1110

120.6

0.1

0.025

0.0025

76

1125

120.7

0.1

0.025

0.0025

77

1140

120.8

0.1

0.025

0.0025

78

1155

120.9

0.1

0.025

0.0025

79

1170

120.9

0

0

0

80

1185

120.9

0

0

0

81

1200

120.9

0

0

0

82

1215

120.9

0

0

0

-

Đồ thị 1.2: giữa giá trị nhiệt độ đo được theo các khoảng thời gian.

-

Nhận xét: Giá trị PV tăng theo thời gian và khi tới một điều kiện xác định PV sẽ ổn định.

 Xác định hằng số thời gian ( τ ) và thời gian trễ ( τ m ).
Xác định bộ điều khiển

τ
τ
τ
τ
τ
: 20< ( On/Off),10< <20 (P),5< <10 (PI) ,2< <5 (PID).
τm

τm
τm
τm
τm

Ta có ∆T = 120.9 – 104 = 16.9 oC
6


T1 (28%) = 0.28 x ∆T = 4.732 oC
T2 (40%) = 0.4 x ∆T = 3.76 oC
T (63%) = 0.63 x ∆T = 10.647 oC
Dựa vào đồ thị ta có thời gian tương ứng:
τ1= 210 (s)
τ2 = 287 (s)
τ(63%) = 480 (s)
• Hằng số thời gian τ =5.5 x (t2 - t1) = 423.5 (s)
• Thời gian trễn τ m = 480 – 423.5 = 56.5 (s)
 τ/τ m = 7.496 Nên ta có bộ điều khiển PI
•

∆OP (%) =

%

Với OPmax = 100%
•

∆PV(%) =

•

Độ khuếch đại tĩnh:

•

Độ khuếch đại:


Do đó PB cài đặt trong máy là: PB = 0.0.675 * 400 = 43.6 oC
Bảng 1.3: kết quả xử lý:
∆T (oC)

τ1

τ2

τ (s)

τm

16.9

210

287

423.5

56.5

Ta có bộ điều khiển PI ( 5 < τ/τ m < 10) ứng với các giá trị ở
Bộ điều khiển
PI

Kp

τi

τd

14.08

0
423.5
Bảng 1.4: Các thông số thực nghiệm của bộ điều khiển PI
II.2. Kiểm chứng các thông số dưới tác động của nhiễu.
II.2.1. Cách thực hiện.
7

o

PB ( C)
43.6

PB(%)
6.75


- Thiết lập các thông số PB, Ti, Td đã tìm được ở trên.

- Chỉnh bộ điều khiển ở chế độ Auto.
- Đặt giá trị setpoint là 90
- Ghi nhận lại giá trị nhiệt độ cứ mỗi 15s cho đến khi đạt ổn định.
II.2.2. Xử lý số liệu.
Bảng1.5 : Kết quả khảo sát nhiệt độ dưới tác động của nhiễu ứng với Setpoint là 900C
Thời
STT

gian

Thời
PV(0C)

STT

(s)

gian

Thời
PV(0C)

STT

(s)

gian

PV(0C)

(s)

1

0

123.6

26

375

108.5

51

750

97.3

2

15

122.2

27

390

108.2

52

765

96.3

3

30

121

28

405

107.4

53

780

95.2

4

45

120.6

29

420

106.5

54

795

94.2

5

60

120.2

30

435

105

55

810

93.1

6

75

118.2

31

450

104.1

56

825

92.5

7

90

118.7

32

465

103.9

57

840

92

8

105

114.8

33

480

101.7

58

855

91.8

9

120

113.1

34

495

100.7

59

870

92

10

135

113.3

35

510

100.1

60

885

92.5

11

150

109.6

36

525

99.7

61

900

93.4

12

165

107.8

37

540

100

62

915

94.2

13

180

106.2

38

555

100.6

63

930

95.2

14

195

104.7

39

570

101.4

64

945

96

15

210

103.5

40

585

102.1

65

960

96.5

16

225

102.7

41

600

102.7

66

975

96.6

17

240

102.4

42

615

103.1

67

990

96.5

18

255

102.5

43

630

103

68

1005

96.1

19

270

103

44

645

102.6

69

1020

95.5

20

285

103.9

45

660

98.3

70

1035

94.8

21

300

105.1

46

675

98.6

71

1050

93.9

22

315

106.4

47

690

98.8

72

1065

92.9

23

330

107.5

48

705

98.8

73

1080

91.5

24

345

108.3

49

720

98.4

74

1095

91

25

360

108.5

50

735

98

8


-

Đồ thị:

Đồ thị 1.3: biểu diễn sự đáp ứng của hệ thống ở chế độ điều khiển tự động dưới tác
động của nhiễu ứng với Setpoint _SP là 90 0C.
- Nhận xét: Dưới sự tác động của nhiễu giá trị nhiệt độ PV biến đổi liên tục và tiến gần tới
giá trị SP cài đặt và ổn định. Thời gian để hệ đạt đến ổn định là 1095 giây, điều này cho thấy,
nhiễu có ảnh hưởng lớn đến quá trình, đánh giá khả năng phản ứng của hệ đối với nhiễu chưa tốt
lắm.
 Ứng dụng của quá trình đo nhiệt độ trong công nghiệp: sử dụng trong nhiều ngành
công nghiệp như: hóa dầu (kiểm soát nhiệt độ của quá trình), thực phẩm,….

BÀI 2: ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT PIGNAT
I.
II.

Mục đích.
Hiểu được các thành phần của hệ thống điều khiển áp suất.
Xác định được các thong số đặt trưng của hệ thống.
Nắm được cách xác định các thông số cài đặt cho bộ điều khiển PID.
Báo cáo thí nghiệm.
9


-

STT
1
2
3

4
5
6
7
8

-

II.1. Xác định hằng số thời gian và thời gian theo phương pháp Broida.
II.1.1. Các bước tiến hành.
Thiết lập các giá trị: áp suất 0.7bar, van 2 mở 2 vòng, áp suất khí cấp là 2bar, hệ số Cv
của van điều khiển là 0.1
Chỉnh bộ điều khiển ở chế độ Manual
Chỉnh OP = 50%
Nghi nhận giá trị áp suất P
Chỉnh OP = 60%
Ghi nhận giá trị áp suất sau mỗi 5 giây
Cho đến khi hệ thống ổn định, ghi nhận giá trị Pf.
II.1.2. Kết quả thí nghiệm
POP (50%) = 0.32 bar.
Giá trị áp suất của OP = 60%:
Bảng 2.1: Giá trị áp suất đo và giá trị khếch đại tĩnh ở OP = 60%
Thời gian
(s)
0
5
10
15
20
25

30
35

OP
(%)

60

Giá trị áp suất_
P(bar)
0.4
0.43
0.46
0.48
0.49
0.5
0.5
0.5

∆OP

∆P

∆P(%)

Gs

10
10
10

10
10
10
10

0
0.03
0.03
0.02
0.01
0.01
0
0

0
0.03
0.03
0.02
0.01
0.01
0
0

0
0.003
0.003
0.002
0.001
0.001
0

0

Đổ thị:

Đồ thị 2.1: biểu diển sự biến thiên của áp suất theo thời gian của OP = 60%
10


Nhận xét: P biến đổi tăng theo thời gian và đạt đến một điều kiện nhất định thì giá trị P
sẽ ổn định.
II.1.3. Xác định hằng số thời gian và thời gian trễ.
Ta có ∆P = 50 – 0.32 = 0.18 bar
P1 (28%) = 0.28 x ∆P = 0.0504 bar
P2 (40%) = 0.4 x ∆P = 0.072 bar
P (63%) = 0.63 x ∆P = 0.1134 bar
Dựa vào đồ thị 2.1, ta có thời gian tương ứng:
τ1= 3 (s)
τ2 = 4.5 (s)
τ(63%) = 10 (s)
• Hằng số thời gian τ =5.5 x (t2 - t1) = 8.25 (s)
• Thời gian trễn τ m = 10 – 8.25 = 1.75 (s)
 τ/τ m = 4.71 Nên ta có bộ điều khiển PID
•

∆OP (%) =
Với OPmax = 100%

•

∆PV(%) =

•

Với PVmax = 2 bar
Độ khuếch đại tĩnh:

•

Độ khuếch đại Kp:



•

Do đó PB cài đặt trong máy là: PB = 0.2114 * 2 = 0.4228bar
Thời gian tích phân Ti
•

Thời gian tích phân Td

Vậy bộ điều khiển PID có các thông số như sau:
11


Bộ điều khiển
PID

Kp

τi

τd

4.73

0.64
8.95
Bảng 2.2: Các thông số thực nghiệm của bộ điều khiển PID

PB (bar)
0.4228

PB(%)
21.14

 Ứng dụng quá trình đo áp suất trong công nghiệp
Trong công nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo an toàn
thiết bị, cũng như giúp cho việc kiểm tra và điều khiển hoạt động của máy móc thiết bị có sử
dụng chất lưu.
 Khả năng đáp ứng của hệ thống khi xuất hiện nhiễu tương đối cao, được xác định thông
qua thời gian mà hệ đạt đến trạng thái cân bằng là khá nhỏ (35s)
 Hàm truyền của hệ

Với: G là độ lợi của bộ điều khiển
Ti: thời gian tích phân (phút)
Td: thời gian vi phân.

BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT.
I. Mục đích thí nghiệm.
12

II.

-

Giúp sinh viên nắm được hoạt động của vòng điều khiển và những thành phần trong bộ

-

điều khiển.
Hiểu được các tham số của bộ điều khiển (PB, Ti, Td) và ảnh hưởng của các tham số này

-

đến quá trình điều khiển.
Thiết lập phương trình hàm tối ưu cho bộ điều khiển bằng phương pháp Nichols –
Ziegler.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị.
Khí nén từ máy nén được cung cấp ổn định vào hệ thống với áp suất 4bar (chỉnh bằng

V1). Trên bình chứa khí có gắn 1 đồng hồ áp suất, một cảm biến áp kế để đo áp suất bên trong
bình chứa, đồng thời chuyển đổi áp suất sang tín hiệu điện (4 – 20mA) tương ứng với áp suất
(0-10bar) và truyền tín hiệu này đến bộ điều khiển.
Bộ điều khiển UDC2500 nhận tín hiệu từ cảm biến, so sánh với giá trị cài đặt để tính
toán sai lệch. Dựa trên giá trị sai lệch này, bộ điều khiển sẽ xuất tín hiệu đầu ra OP(%) để điều
khiển van điện từ, điều chỉnh độ mở của van để điều khiển dòng khí nén vào trong áp suất.
III.
Các bước tiến hành.
- Kiểm tra máy khí nén, đường ống khí nén vào hệ thống, mở công tắc nguồn.

- 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 4bar.
- Nhấn nút Star, 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 4
- Khảo sát ảnh hưởng của PB đến quá trình điều khiển, tìm ra giá trị PBc.
- Tính toán các giá trị tham số của các chế độ điều khiển.
IV. Kết quả thực nghiệm.
IV.1.
Xác định PBc và Tc.
Bảng 3.1. Kết quả đo áp suất khảo sát.
PB(%)

SP (bar)

PV

OP (%)

200

1

0.71

2.9

e(t) = (SPPV)
0.29

100

1

0.71

3.8

0.29

50

1

0.78

4.3

0.22

30

1

0.84

5.3

0.16

20

1

0.87

6.2

0.13

10

1

0.93

7.2

0.07

5

1

0.96

8

0.04

2

1

0.98

10.3

0.02

…
PBc

1

PV dao động đều

13


PBc=0.4

-

Tc=4s

Đồ thị:

PB(%)

-

Đồ thị 3.1: biểu diễn mối quan hệ giữa dãi tác động tỉ lệ với độ lệch tĩnh.
Nhận xét: Khi sai số e(t) càng lớn PB sẽ tăng và OP sẽ giảm. Hai giá trị này biến thiên tỉ

lệ nghịch với nhau và khi đến 1 điều kiện xác định 2 giá trị sẽ ổn định.
IV.2.
Lựa chọn chế độ phù hợp.
- Từ giá trị PBc = 0.4 và Tc=4s ta có các bộ điều khiển sau:

BP
Ti
Td

-

P

PI nối tiếp

0.8
max
0

0.88
3.33
0

PI song

song
0.88
0.032
0

PID nối tiếp
1.32
1
0.5

PID song
song
0.68
136
75

PID hỗn hợp
0.68
2
0.5

Thực hiện việc đánh giá các chế độ điều khiển: P, PI nối tiếp, PI song song, …

dựa trên tiêu chí đánh giá bộ điều khỉ ta có chế độ thích hợp cho bộ điều khiển là PI nối tiếp:
PB = 0.88 ; Ti = 3.33; Td = 0.
Qua khảo sát không có sự vọt lố xảy ra trong quá trình và PV đạt giá trị là 0.97bar
IV.3.
Thiết lập hàm truyền cho bộ điều khiển.
Hàm truyền bộ điều khiển PI:

Với: SP = 1 bar
PV = 0.97 bar
OPo=2.9
14


 Hàm truyền:

Bài 4: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
I.
Mục đích thí nghệm
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của 1 chu trình điều khiển của các bộ phận thiết bị
công nghiệp.
Giới thiệu cho sinh viên biết được về bộ điều khiển kỹ thuật số PID.
Giúp sinh viên biết về các loại điều khiển khác nhau.
Giúp sinh viên biết sử dụng phần mềm để giám sát quá trình hoạt động.
II.
-

Các bước tiến hành.
Mở hoàn toàn các van trên đường ống hút và ống đẩy, sau đó bật công tắc Power.
Kiểm tra cài đặt của UDC2500 theo catalog của nhà sản xuất.
Hệ thống hoạt động ở chế độ Auto.
Trên màng hình máy vi tính trang “control monitoring”, chọn giá trị Ti = 50 để lạo bỏ tác
động tích phân.
Khảo sát PB = 200%, PB = 100%, PB = 75%, PB =50% ứng với giá trị cài đặt SP là
1000l/h. Chọn giá trị PB thích hợp.
Khảo sát ảnh hưởng của Ti đến khả năng đáp ứng của hệ thống với nhiễu: Ti=1 phút, Ti =
0.5phut1, Ti = 0.25 phút và Ti = 0.2 phút.
+ Tạo nhiễu bằng cách cài đặt SP = 900l/h cho hệ chạy ổn định, sau đó thay đổi giá trị

SP=1000l/h. Ghi lại thời gian từ lúc tạo nhiễu đến khi hệ thiết lập lại trạng thái cân bằng –
thời gian ổn định.
+ Giá tị Ti được chọn tương ứng với thời gian đạt trạng thái ổn định là nhanh nhất.
15


-

Quan sát đáp ứng của hệ thống dưới tác động của nhiễu khi chê độ điều khiển có và
không có tác động vi phân (Td = 0.2 phút và Td =0)
III.
Kết quả thí nghiệm.
III.1. Cài đặt theo phương pháp điều chỉnh.

 Khảo sát ảnh hưởng của PB
PB (%)

SP (l/p)

PV

OP%

Ghi chú

200

1000

1594.2

17.8

Không ổn định

100

1000

1434.6

28.4

ổn định

75

1000

1177

29.4

Không ổn định

50

1000

1175.4

35.5

Không ổn định

Giá trị OP lựa chọn: PB = 100%
 Khảo sát ảnh hưởng của tác động tích phân Ti
Ti (phút)

PB (%)

SP (l/p)

PV

OP%

Thời gian đạt
đến trạng thái
ổn định

1

100

1000

1010.2

42.3

240

0.5

100

1000

1009.8

42.5

135

0.25

100

1000

1009.5

42.6

62

0.15

100

1000

1001.1

42.6

30

Giá trị Ti lựa chọn: Ti = 0.15 phút
 Khảo sát ảnh hưởng của tác động vi phân Td
Td (phút) Ti (phút) SP (l/p)

PV

Thời gian đạt ổn định

sự vọt lỗ

0.2

1

1000

993.7

450

không có

0

0.25

1000

995.5

37

không có

 Vậy qua thực nghiệm khảo sát ta có bộ điều khiển thích hợp là:
•

PB = 100%

•

Ti = 0.15 phút
16


Td = 0

•

III.2.

Xử lý số liệu

Với SP = 1000 l/h
PB (%)

PV

OP%

SP (l/p)

e(t) = ‫׀‬PV - SP‫׀‬

200

1594.2

17.8

1000

594.2

100

1434.6

28.4

1000

434.6

75

1177

29.4

1000

177

50

1175.4

35.5

1000

175.4

-

Đồ thị:
OP
(%)

PB

(%)

e(t) (L/h)

Đồ thị 4.1: biểu diễn ảnh hưởng của tác động tỉ lệ đối với bộ điều khiển
Khảo sát sự ảnh hưởng của Ti đến thời gian đạt trạng thái ổn định

17


OP(%)

t(s)

Ti(s)

Đồ thị 4.2: Biểu diễn ảnh hưởng của tác động tích phân đối cới bộ điều khiển.
-

Ứng dụng của thiết bị đo nhiệt độ trong công nghiệp: để kiểm tra hay nghiên cứu quá
trình hoạt động các thiết bị nhiệt, DC…

18