baó cáo thực hành điều khiển quá trình

1 Bài toán về điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ TZN-4M
Sử dụng bộ TZN-4M để đạt được nhiệt độ yêu cầu, qua đó so sánh giữa đáp
ứng của hệ thống trên thực tế so với kết quả mô phỏng bằng matlab.
2 Cấu trúc điều khiển
Bài toán trên sử dụng cấu trúc điều khiển vòng kín. Đây là cấu trúc mạch
vòng, có phản hồi, tín hiệu ra được đo và gửi giá trị về bộ điều khiển
Cấu trúc :

Hình 1. Cấu trúc điều khiển vòng kín
Trong đó:
 PID: bộ điều khiển nhiệt độ TZN-4M.
 SSR: rơle điện tử SSR
 sensor: cảm biến nhiệt độ PT100.
3 Các thành phần trong cấu trúc
3.1 Bộ điều khiển
Trong bài toán này, chúng ta sử dụng bộ điều khiển TZN-4M với chức năng điều
khiển tỷ lệ độ rộng xung.
Đặc điểm :
Đây thực chất là bộ PID với đầu ra thay đổi giá trị độ rộng xung của xung điều
khiển với chất lượng điều khiển tốt như bộ PID
Chức năng của của bộ TZN-4M


 Chức

năng Auto-tuning PID kép:

Điều khiển PID đáp ứng tốc độ cao nhanh chóng đạt được giá trị mong muốn, điều
khiển PID đáp ứng tốc độ chậm nhằm giảm thiểu độ vọt lố cho dù tính đáp ứng có
hơi chậm.
Độ chính xác hiển thị cao: ±0.3% (theo giá trị F.S. của từng loại ngõ vào).

 Chức

năng điều khiển Auto-tuning 2-bước

 Chức

năng đa ngõ vào

(với 13 kiểu chức năng lựa chọn đa ngõ vào):
Chức năng lựa chọn điện áp và dòng điện, cảm biến nhiệt độ.
 Chức

năng nhiều ngõ ra phụ:

Gồm có LBA, SBA, 7 loại ngõ ra cảnh báo và 4 loại chức năng tùy chọn cảnh báo,
ngõ ra truyền dữ liệu PV (DC4-20mA), ngõ ra truyền thông RS485.

Trong đó:


1: Hiển thị Giá trị hoạt động (PV) (đỏ)
2:Hiển thị Giá trị Cài đặt (SV) (xanh)
3: Chỉ thị hoạt động SV2
4: Chỉ thị hoạt động Auto-tuning
5: Phím Mode (chế độ hoạt động)
6: Phím hoạt động Auto-tuning
7: Phím cài đặt
8: Chỉ thị hoạt động ngõ ra điều khiển
9: Chỉ thị Ngõ ra Event 1
10: Chỉ thị Ngõ ra Event 2

3.2 Thiết bị chấp hành
Thiết bị chấp hành mà cấu trúc sử dụng là SSR – Solid state relay.

Hình 3. Rơ le điện tử SSR
SSR có đầu vào là điện áp 1 chiều 3-22V, đầu ra là điện áp xoay chiều 24-440v
AC, tần số 50-60HZ, 20A. Đầu vào của SSR được nối với chân 6, 7 của bộ TZN4M, đầu ra mắc nối tiếp với điện trở và nguồn tải.
3.3Quá trình


Bài toán sử dụng điện trở xả nhiệt làm thành phần quá trình trong cấu trúc điều
khiển

Hình 4. Điện trở xả nhiệt
3.4 Đo lường
Thành phần đo lường mà bài toán sử dụng là cảm biến nhiệt độ, được đấu
vào chân 9, 10, 11 của bộ TZN-4M
4 Sơ đồ ghép nối
SSR

sensor

14

7

13

6

3

12

5

I

L

N

O

11

16

4

P

A

10
14
9

15

3

U

D

2
1

Nguồn
T

Hình 5. Sơ đồ đấu nối của hệ thống
5 Cài đặt tham số

Nguồn tải

Tải


5.1 Tham số đầu vào
Tham số đầu vào của bài toán là nhiệt độ phòng . để kiểm tra nhiệt độ
phòng, ta ngắt đường dây cảm biến kết nối với thiết bị và chập 2 đầu +, - lại với
nhau. Rồi bật nguồn thiết bị và kiểm tra bộ điều khiển hiển thị nhiệt độ phòng. Nếu
màn hình hiển thị chữ Open thì có nghĩa là cảm biến bên ngoài bị đứt, ta phải tắt
nguồn và kiểm tra trạng thái nối dây của cảm biến. Nếu cảm biến không bị hở, ta
ngắt đường dây cảm biến kết nối với thiết bị và chập 2 đầu dương, âm lại với
nhau.Sau đó bật nguồn thiết bị và kiểm tra bộ điều khiển hiển thị nhiệt độ phòng.
5.2 Tham số đầu ra
Tham số đầu ra của bài toán là nhiệt độ cần đạt : 35ºC
Cách cài đặt SV cho bộ TZN-4M
ấn phím bất kì giữa các phím ( ◄ ) ở chế độ RUN, chữ số bên

phải hiển thị SV sẽ nhấp nháy và nó sẽ đăng nhập vào chế độ
cài đặt SV.

ấn phím ◄ đến chữ số mong muốn
(100→101→102→103→100)

ấn phím ▲▼ để di chuyển đến chữ số
mong muốn (1-5)
Ấn phím MD để lưu lại giá trị và thiết bị sẽ thực hiện điều khiển với giá trị
đã cài đặt này.
5.3 Tham số bộ điều khiển
Sử dụng phím nhấn mặt trước của bộ TZN-4M để tiến hành cài đặt tham số
cho bộ điều khiển.
Chọn loại ngõ vào là RTD loại JPt100Ω L dải -199,9 – 199,9ºC.
Cài đặt tham số nhóm 1: Nhấn nút MD 3s


Cài đặt nhiệt độ sv2
Cài đặt nhiệt độ Ev1
Cài đặt nhiệt độ Ev2
Cài đặt giá trị on – off đầu ra
Cài khâu tỉ lệ
Cài giá trị khâu tích phân
Cài giá trị khâu vi phân
Cài độ trễ bộ điều khiển on - off
Sai số cảm biến
Cài thời gian tăng độ dốc tín hiệu
Cài thời gian giảm độ dốc tín hiệu
Ấn các phím mũi tên để điều chỉnh các giá trị.
Tham số mặc định:

Các tham số cài đặt nhóm 2: ấn giữ hai phím MD và phím 1.

Loại ngõ vào: Lựa chọn từ 19 loại
Event 1: Lựa chọn từ 9 loại
Event 2: Lựa chọn từ 9 loại
Loại cảnh báo: Lựa chọn từ 4 loại
Auto-tuning: Có thể lựa chọn
PID: Có thể lựa chọn

hoặc

hoặc


Lựa chọn giữa chức năng gia nhiệt (Chức năng gia nhiệt) hoặc
giảm nhiệt (Chức năng làm lạnh)
Đơn vị nhiệt độ: 0C / 0F
Cài đặt tỷ lệ giới hạn cao (gồm ngõ ra Analog)
Cài đặt tỷ lệ giới hạn thấp (gồm ngõ ra Analog)
Lựa chọn vị trí dấu thập phân cho ngõ vào Analog

Cài đặt giới hạn cao khi ngõ ra truyền phát lại được
áp dụng (20mA)
Cài đặt giới hạn thấp khi ngõ ra truyền phát lại
được áp dụng (20mA)
Có thể cài đặt ON và OFF cho chức năng Ramp.
Cài đặt tốc độ truyền thông
Cài đặt địa chỉ truyền thông (01 ~ 99)
Không thể thay đổi được dữ liệu khi chưc năng
khóa phím là ON

Tham số mặc định:

6 Đáp ứng của hệ thống
Sau khi tiến hành thí nghiệm, ta thu được đồ thị thể hiện thời gian để nhiệt
độ đạt được đến nhiệt độ đặt.


Nhân xét:
Từ đáp ứng trên ta thấy, sau khi lên đến 30ᵒc theo quán tính sẽ tiếp tục nóng
lên tới 52,8oC vượt quá nhiệt độ cần đạt là 30ºC và giảm dần nhưng quá trình giảm
rất chậm và mất thời gian, sau khi giảm thì lần tăng thư 2 không lên đến giá trị của
lần tăng đầu tiên, tương tự các lần sau cũng thế.