Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC
HAI BÌNH THÔNG NHAU

Giáo viên hướng dẫn : ThS. Chu Đức Việt
Sinh viên thực hiện

:

Hà Nội, 2018
1


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN

-***-

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
---------------------

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên
Khóa: 58
Viện: Điện
Ngành: Cử nhân điều khiển và Tự động hóa
1. Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau
2. Nội dung thiết kế:
- Mô hình hóa
- Thiết kế bộ điều khiển - mô phỏng
- Thiết kế hệ thống điều khiển
- Cài đặt bộ điều khiển và thực nghiệm

 Cán bộ hướng dẫn: ThS.Chu Đức Việt
Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: .........................................................................
Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ………………………………………………..
Ngày...... tháng ..... năm 2018
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

2


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................vii
CHƯƠNG 1: BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN......................................................2
1.1. Đặt vấn đề...............................................................................................2
1.2. Hệ thống bình mức.................................................................................2
1.3. Yêu cầu bài toán.....................................................................................3
1.4. Nhiệm vụ bài toán..................................................................................3
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ MÔ HÌNH HÓA........................................4
2.1. Phân tích.................................................................................................4
2.2. Mô hình hóa hệ thống.............................................................................4
2.2.1. Mô hình hóa đối tượng điều khiển......................................................4
2.2.2. Mô hình hóa lý thuyết..........................................................................5
CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN.....8
3.1. Phương án thiết kế..................................................................................8
3.2. Thiết kế bộ PID bằng Matlab.................................................................9
3.2.1. Cơ sở lý thuyết.....................................................................................9
3.2.2. Thiết kế bộ PID bằng Matlab............................................................12
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN...............................17
4.1. Các thiết bị sử dụng trong mô hình.......................................................17
4.1.1. Cảm biến áp suất...............................................................................17
4.1.2. Van áp suất RCV Type 807...............................................................17
4.1.3. Bộ chuyển đổi dòng điện-áp suất Type 6102-53 i/p Converter ............18
4.1.4. Cảm biến đo lưu lượng YF-S201......................................................18
4.2. Tìm hiểu PLC s7 1200.........................................................................19
3


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

4.2.1. Tổng quan về PLC.............................................................................19
4.2.2. Cấu tạo của CPU PLC S7 1200.........................................................20

4.2.3. Modul SM 1234 AQ2x14Bit.............................................................22
4.3. Hệ thống điều khiển.............................................................................23
4.4. Bản vẽ thiết kế......................................................................................24
4.5. Thiết kế giao diện WinCC....................................................................25
4.6. Phần mềm.............................................................................................26
4.6.1. Phần mềm lập trình Tia V13..............................................................26
4.6.2. Khối PID_Compact............................................................................28
4.6.3. Trình tự hoạt động.............................................................................30
4.6.4. Chương trình điều khiển hệ thống.....................................................30
CHƯƠNG 5: CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÃ ĐƯỢC THIẾT VẾ VÀ
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM...........................................................................35
5.1. Cài đặt bộ điều khiển PID trên PID_Compact.....................................35
5.2. Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh tham số..............................................37
5.3. Kết quả và đánh giá..............................................................................41
KẾT LUẬN.................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................45

4


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

DANH MỤC HÌ
Hình 1. 1. Hệ thống bình nước......................................................................2
YHình 3. 1. Mô hình điều kiển của hệ
thống...................................................9
Hình 3. 2. Bộ điều khiển PID......................................................................10
Hình 3. 3. Giao diện PID tuner....................................................................12
Hình 3. 4. Bảng thông số PI qua PID tuner.................................................13
Hình 3. 5. Giao diện làm việc của Identification tool.................................14

Hình 3. 6. Thiết lập dữ liệu vào...................................................................14
Hình 3. 7. Cài đặt dạng mô hình.................................................................15
Hình 3. 8. So sánh giá tri thực và nhận dạng...............................................16
YHình 4. 1. Cảm biến áp suất KL76S36......................................................17
Hình 4. 2. Kiểu đấu dây của cám biến........................................................17
Hình 4. 3. Van áp suất RCV Typy 807........................................................17
Hình 4. 4. Bộ chuyển đổi dòng điện-áp suất Type 6102-53 i/p Converter..18
Hình 4. 5. Cảm biến đo lưu lượng YF-S201...............................................18
Hình 4. 6. Sơ đồ chức năng của PLC..........................................................19
Hình 4. 7. Chu kì quét của PLC..................................................................20
Hình 4. 8. Hình ảnh CPU 1214...................................................................20
Hình 4. 9. Hình ảnh modul SM 1234..........................................................23
Hình 4. 10. Mô hình điều khiển bình mức..................................................24
Hình 4. 11. Sơ đồ đấu dây...........................................................................25
Hình 4. 12. Giao diện WinCC điều khiển bình mức...................................26
Hình 4. 13. Giao diện khởi động của TIA...................................................27
Hình 4. 14. Giao diện soạn thảo chương trình............................................27
Hình 4. 15. Sơ đồ của bộ PID_compact......................................................28
Hình 4. 16. Chương trình trên khối OB1(1)................................................32
Hình 4. 17. Chương trình trên OB1(2)........................................................33
Hình 4. 18. Khối PID_Compact trên OB30................................................33
5


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Hình 4. 19. Chương trình reset và sửa lỗi trên OB 30.................................34
YHình 5. 1. Lựa chọn đối tượng điều
khiển...................................................35
Hình 5. 2. Cài đặt kiểu tín hiệu vào, ra........................................................36

Hình 5. 3. Giao diện cài đặt giới hạn trên, dưới..........................................36
Hình 5. 4. Cài đặt thông số bộ PID.............................................................37
Hình 5. 5. Giao diện Wincc khi đặt giá trị 150 mm....................................39
Hình 5. 6. Giao diện Wincc khi có nhiễu tác động......................................39
Hình 5. 7. Giao diện Wincc ở chế độ điều khiển bằng tay.........................40
Hình 5. 8. Giao diện HMI khi hệ thống dừng hoạt động............................40
Hình 5. 9. Một số hình ảnh của hệ điều khiển (1).......................................41
Hình 5. 10. Một số hình ảnh của hệ điều khiển (2).....................................42
Hình 5. 11. Một số hình ảnh của hệ điều khiển (3).....................................42

6


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

DANH MỤC BẢ
Bảng 4. 1. Thông số các CPU S7 1200.......................................................21
Bảng 4. 2. Các chân inputs của khối PID_compact....................................28
Bảng 4. 3. Các chân outputs của khối PID_compact..................................28
Bảng 4. 4. Bảng phân địa chỉ......................................................................30

YBảng 5. 1. Ảnh hưởng của từng tham số PID đến chất lượng điều
khiển..........38

7


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

LỜI NÓI ĐẦU

Trong ngành công nghiệp tự động hóa, điều khiển thiết bị theo yêu cầu
có sẵn, thiết bị được lập trình sẵn, thiết bị hoạt động dựa vào các tín hiệu phản
hồi... ngày càng được áp dụng rộng rãi. Điều đó giúp giảm bớt sức lao động
và tăng năng suất, chất lượng cho sản phẩm và bảo vệ sức khỏe của người lao
động.
Hiện nay có rất nhiều cách điều khiển thiết bị như: vi mạch số, vi xử lí,
vi điều khiển, PLC, điều khiển bằng máy tính, điều khiển thông minh…. Với
nhiều phương pháp điều khiển khác nhau. PLC cho phép điều khiển với độ
chính xác cao, dễ dàng cho việc điều khiển và mở rộng nên được rất nhiều
người dùng lựa chọn.
Trong đồ án tốt nghiệp nhóm em thực hiện với đề tài: “Thiết kế hệ thống
điều khiển mức hai bình thông nhau”
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tâm, nhiệt tình của
thầy ThS. Chu Đức Việt trong thời gian qua. Do còn nhiều hạn chế về
chuyên môn, ngoại ngữ cũng như kinh nghiệm nên bài đồ án này còn có nhiều
thiếu sót. Chúng em mong nhận được sự hướng dẫn, bổ sung, góp ý từ các
thầy cô, để chúng em có thể thu nhận thêm kiến thức cũng như hoàn thiện đồ
án này tới mức tốt nhất có thể.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, tháng 6 năm 2018
Nhóm sinh viên:

1


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

CHƯƠNG 1: BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN
1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay trong nền công nghiệp ngày càng hiện đại việc điều khiển và

kiểm soát được mức nước ngày càng được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực,
ngành nghề khác nhau như: trong chế biến thực phẩm, nước giải khát, công
nghiệp hóa chất, pha chế chất lỏng, trong phòng thí nghiệm, ...
Các thiết bị dùng trong hệ thống điều khiển mức chất lỏng gồm: máy
bơm, van, cảm biến, bộ chuyển đổi. Ta có thể dùng các loại cảm biến khác
nhau phù hợp với yêu cầu của đối tượng kết hợp với các chương trình điều
khiển logic và để đáp ứng được các điều kiện và mức nước mà mình mong
muốn. Hiện nay việc dùng PLC để điều khiển là khá thuận tiện và đơn giản và
có thể điều khiển được nhiều bài toán khác nhau. Trong đồ án này chúng em
sử dụng PLC s7 1200 siemens để điều khiển hệ thống bình mức nhỏ để hiểu
rõ hơn về PLC s7 1200.
1.2. Hệ thống bình mức

Hình 1. 1. Hệ thống bình nước
2


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Hệ thống gồm: 2 bình nước đặt cách nhau một khoảng không gian, dùng
2 van xả bằng tay. Hai bình mức có cùng thể tích chiều dài và rộng là 150mm,
chiều cao 350mm.
Dùng bơm nước từ bình dưới lên bình trên điều chỉnh lưu lượng qua van
điều khiển. Máy bơm được điều khiển bằng role.
Dùng cảm biến đo áp suất của mức nước để đo áp suất trong bình để
điều khiển mức nước cho phù hợp.
Đo lưu lượng nước qua bộ đo lưu lượng: đo bằng bộ cảm biến lưu lượng
hiển thị qua màn hình và cột nước.
1.3. Yêu cầu bài toán
- Dùng bộ điều khiển PLC điều khiển van và máy bơm để điều khiển

lưu lượng nước chảy vào bình 1 sao cho mức nước bình 2 đạt giá trị đặt.
- Mức nước được phản hồi qua cảm biến áp suất chuyển qua đơn vị
chiều cao mức nước. Lưu lượng được hiển thị qua 2 bộ cảm biến.
- Hệ thống vận hành qua các nút start, stop, chế độ điều khiển tự động
(điều khiển bám giá trị đặt mức nước), chế độ bằng tay (đóng mở lưu lượng
theo độ mở van).
- Hệ thống được điều khiển qua WinCC.
1.4. Nhiệm vụ bài toán
-

Phân tích và mô hình hóa.
Đề suất phương án thiết kế bộ điều khiển.
Thiết kế hệ thống điều khiển.
Cài đặt bộ điều khiển đã được thiết kế và thực nghiệm.

3


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ MÔ HÌNH HÓA
2.1. Phân tích
Đối với một bài toán điều khiển thì yêu cầu tiên quyết là chúng ta phải
xác định được mô hình đối tượng, ở đây là mô hình điều khiển mức nước
trong bình bằng độ mở van. Khi xác định được mô hình đối tượng điều khiển
ta tiến hành thiết lập một bộ điều khiển.
2.2. Mô hình hóa hệ thống
2.2.1. Mô hình hóa đối tượng điều khiển
Để tổng hợp được bộ điều khiển cho một đối tượng nào đó với độ chính xác
cao thì ta phải hiểu biết về đối tượng, có nghĩa là ta phải tìm được một mô

hình toán học phản ánh được nguyên lý hoạt động của đối tượng. Mô hình
này càng chính xác thì hiệu suất điều khiển sẽ càng cao. Việc xây dựng mô
hình này gọi là mô hình hóa. Người ta phân ra hai loại mô hình hóa theo
phương pháp là: mô hình hóa lý thuyết và mô hình hóa thực nghiệm.
Phương pháp lý thuyết là phương pháp thiết lập mô hình dựa trên các định
luật có sẵn về quan hệ vật lý bên trong và quan hệ giao tiếp với môi trường
bên ngoài của hệ thống. Các quan hệ này được mô tả theo quy luật lý hóa, quy
luật cân bằng… dưới dạng những phương trình toán học.
Trong các trường hợp mà ở đó sự hiểu biết về những quy luật giao tiếp bên
trong hệ thống cũng như hệ thống với môi trường bên ngoài không được. đủ
để có thể xây dựng được mô hình hoàn chỉnh, nhưng ít nhất từ đó cũng cho
biết những thông tin ban đầu về dạng mô hình để khoanh vùng các mô hình
thích hợp cho hệ thống, thì tiếp theo người ta phải áp dụng phương pháp thực
nghiệm để hoàn thiện nốt việc xây dựng một mô hình hệ thống. Để hoàn
thành được việc này ta phải dựa trên cơ sở quan sát tín hiệu vào ra sao cho sai
lệch giữa nó với hệ thống so với những mô hình khác là nhỏ nhất. Phương
pháp thực nghiệm đó gọi là nhận dạng (identinfication).

4


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

2.2.2. Mô hình hóa lý thuyết
Từ việc nghiên cứu nguyên lý van điều khiển, ta đi đến được đường đặc
tính chính xác của mô hình điều khiển bình mức có dạng là khâu quán tính
bậc nhất.
Phương trình tổng quát cho mức chất lỏng 2 bình:
(2.1)
Phương trình G1, G2 tổng quát:

(2.2)
- Tính toán
Tốc độ thoát nước ra tại mỗi bình:
(2.3)
Tỉ lệ thoát ra của mỗi bình:
(2.4)
Ta có:
(2.5)
Từ (2.1) và (2.5) ta có phương trình động lực học mức chất lỏng 2 bình:

Với
⇒

(2.8)

⇒

(2.9)

Từ (2.8) và (2.9) ta cần tạo điều khiển phản hồi:

5


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Viết lại phương trình động lực học:

Tuyến tính hóa (:
(2.15)

(2.16)
Với

Dùng biến đổi Lappace (2.15) và (2.16):

Qua thực nghiệm, với độ mở van 70% xác định được:

⇒

⇒

⇒
6


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

7


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU
KHIỂN
3.1 Phương án thiết kế
 Với mô hình 1 bình mức:

-Với F1 là lưu lượng nước vào, L1 là mức nước đầu ra. Ta cần điều khiển
mực nước trong bình, khi đó L1 sẽ là tín hiệu phản hồi, F1 sẽ là tín hiệu điều
khiển. Hệ điều khiển phản hồi vòng đơn:

 Với mô hình 2 bình mức: Do bình 2 sử dụng chiều cao L1 làm đầu vào
nên ta phải thiết kế 2 vòng điều khiển phản hồi để điều khiển mức nước
bình 2 (L2):

8


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Hình 3. 1. Mô hình điều kiển của hệ thống
-

Với , là mức nước bình 1, 2.
Với , : là giá trị đặt của mức nước bình 1, 2.
K: hệ số tỉ lệ
, : lưu lượng nước vào bình 1, 2.
G11 là phương trình hàm truyền đạt của bình 1.
G112: đối tượng điều khiển của bộ điều khiển 2.
ĐK1, ĐK2: là 2 bộ điều khiển. Mô hình điều khiển mức sử dụng bộ
điều khiển PID để triệt tiêu sai lệch e (k).

3.2. Thiết kế bộ PID bằng Matlab
3.2.1 Cơ sở lý thuyết
a, Khái quát về PID
Đối với một hệ thống trong công nghiệp cũng như những ngành nghề
khác. Để có được sự điều khiển chính xác theo yêu cầu của người vận hành hệ
thống thì có rất nhiều cách điều khiển. Tuy nhiên, hệ thống điều khiển bằng
PID vẫn chiếm một số lượng lớn với nhiều ưu điểm như đơn giản.
Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển phản hồi, được sử dụng rộng rãi

trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. PID là viết tắt của ba thành phần
cơ bản có trong bộ điều khiển gồm khâu khuếch đại (P), khâu tích phân (I),
khâu vi phân (D).

9


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Hình 3. 2. Bộ điều khiển PID

PID là một hệ thống hoàn hảo với 3 tính cách khác nhau:
- Phục tùng và thực hiện chính xác nhiệm vụ được giao (tỷ lệ).
- Làm việc và có tích lũy kinh nghiệm để thực hiện tốt nghiệm vụ (tích
phân).
- Luôn có sáng kiến và phản ứng nhanh nhạy với sự thay đổi tình
huống trong quá trình thực hiện nhiệm vụ (vi phân).
Lý do bộ điều khiển PID được sử dụng rộng rãi là tính đơn giản của nó
cả về cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc. Bộ PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t)
của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về
chất lượng:
- Nếu sai lệch e(t) càng lớn thì giá trị đầu ra bộ PID càng lớn u(t), do
thành phần khuếch đại Kp.
- Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thông qua thành phần ui(t), PID vẫn
đưa ra tín hiệu điều chỉnh (vai trò của khâu tích phân).
- Nếu sự thay đổi sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần ud(t),
phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh (vai trò của khâu vi phân).
Bộ PID được miêu tả bằng công thức sau:
u(t) = kp

10

(2.2)


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Trong đó e(t) là tín hiệu đầu vào, u(t) là tín hiệu đầu ra, kp là hệ số
khuếch đại, TI là hằng số tích phân và T D là hằng số vi phân. Từ đó hàm
truyền đạt của bộ điều khiển PID:
R(s) = Kp (1 +)

(2.3)

b, Thông số bộ PID
Để bộ điều khiển có tính chính xác cao thì 3 thông số bộ PID vô cùng
quan trọng. Có khá nhiều phương pháp để xác định nhưng những phương
pháp sau vẫn tối ưu hơn cả:
- Phương pháp Ziegler- Nichols
- Phương pháp chien-Hrones-Reswick
- Phương pháp tổng T của Kuhn
- Phương pháp tối ưu độ lớn và phương pháp tối ưu đối xứng
- Phương pháp tối ưu theo sai lệch bám
Phương pháp Ziegler-Nichols đưa ra công thức tính tham số cho bộ điều
khiển như sau:
- Nếu sử dụng bộ điều khiển khuếch đại R(s) = kp thì chọn Kp=
- Nếu sử dụng bộ PI với R(s) = Kp(1+) thì chọn Kp= và Ti =
- Nếu sử dụng bộ PID với R(s)=kp( 1+ + TDs) thì ta chọn Kp= , Ti=2L,
Td=0.5L
3.2.2. Thiết kế bộ PID bằng Matlab

Để xây dựng bộ PID cho đối tượng ta sử dụng công cụ PID tunner trong
phần mềm matlab. Với hàm truyền đạt G1(s) = ta tìm được ở mục 2.2.2 ta
thực hiện các bước sau:
B1: Nhập hàm truyền của bình 1:
>> G1=tf (0.34, [77 1]);
B2: Khởi động PID tuner:
>> pidtool(G1)
11


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Sau đó sẽ mở ra một cửa sổ giao diện tuner như hình dưới.

Hình 3. 3. Giao diện PID tuner
Ở đây ta lựa chọn bộ PI cho đối tượng điều khiển.
Thay đổi thời gian đáp ứng qua tính năng response times và tốc độ ổn
định qua tính năng transient behavior.
Click vào show parameters ta xem được thông số bộ PI, độ quá điều
chỉnh.

12


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Hình 3. 4. Bảng thông số PI qua PID tuner
Kp=3.066
Ki=0.1195
⇒ Ti=

Nhập thông số bộ PI vào bộ điều khiển PID_compact_2;
Chạy chế độ Auto, đặt mức nước bình 1 là 100mm, thu được dữ liệu
thay đổi mức nước theo thời gian.
B1: Nhập dữ liệu vào MATLAB:
>> u=xlsread(‘D:gp\gp11’,1,’D1:D513’);
>> y=xlsread(‘D:gp\gp11’,1,’A1:A513’);
B2: Mở Identification tool:
>> ident

Hình 3. 5. Giao diện làm việc của Identification tool
B3: nhập dữ liệu từ Workspace
Trong mục import data, ta chọn Time domain data và một của số mới xuất
hiện:

13


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Trong đó: Input là biến đầu vào
Output là biến đầu ra
Data name tên file dữ liệu
Starting time thời gian bắt đầu khảo
sát
Sampling time thời gian trích mẫu

Hình 3. 6. Thiết lập dữ liệu vào
B4: Cài đặt dạng mô hình:
Để đặt dạng này ta vào Estimate và chọn Process Models thì sẽ xuất hiện

của sổ mới.
Với mô hình điểu khiển bình mức bằng độ mở van, ta chọn là khâu quán
tính bậc nhất, vì vậy ta cài đặt như hình trên, sau đó ta click vào estimate để
thu mô hình của hệ thống.

14


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Hình 3. 7. Cài đặt dạng mô hình
Kết quả đạt được
Sau khi thực hiện xong các bước trên ta sẽ thu được mô hình là:
G11(s) =
(2.1)
Ta có thể kiểm tra độ chính xác mô hình mà matlab tìm được so với dữ
liệu thực tế mà ta đã nhập vào bằng tính năng model ouput và được cửa sổ
dưới đây.

15


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Hình 3. 8. So sánh giá tri thực và nhận dạng
Ta nhận thấy hai đường này có giá trị gần giống nhau và mức độ chính
xác là 71.81 %.
*Hệ số tỷ lệ K
Từ (2.15):
Khi mức nước ổn định ⇒ Nhân 2 vế với ta được:

(t)
⇒ K = = 0,013.225=2,925
⇒ Bộ điều khiển phản hồi vòng 2:
G112=G11*K*G2=
Dùng PID tuner trong matlab tìm được bộ PI
Kp=0,7925

Ti=2823,3

16


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
4.1 Các thiết bị sử dụng trong mô hình.
4.1.1. Cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất KL76 có nhiệm vụ đo áp suất trong bình. Từ đó ta sẽ quy
đổi tín hiệu của áp suất để ta xác định được mức nước thực của bình.
Thông số cơ bản của cảm biến áp suất KL76-S36
Nguồn nuôi: 24V
Tín hiệu ra: 4 đến 20mA
Áp suất thay đổi từ 0 đến 20kPa
Kiểu đấu 2 dây
Kiểu đấu dây của cảm biến:

Hình 4. 1. Cảm biến áp suất
KL76-S36
Hình 4. 2. Kiểu đấu dây của
cám biến

4.1.2. Van áp suất RCV Type 807
Ta sử dụng van áp suất RVC Type 807, sử
dụng áp suất khí để điều chỉnh độ mở van từ 0100%, mục đích để điều khiển lượng nước vào
bình mức.
Thông số kĩ thuật RCV 807:
Kích thước: ¼....1

Hình 4. 3. Van áp suất RCV 807
17


Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thông nhau

Phạm vi nhiệt độ: 70...1200℉
Dải dòng chảy: 0...6 CV
Phạm vi áp: lên đến 5000 PSI
4.1.3. Bộ chuyển đổi dòng điện-áp suất Type 6102-53 i/p Converter

Hình 4. 4. Bộ chuyển đổi dòng điện-áp suất Type 6102-53 i/p Converter
Có sẵn như là các bộ phận lắp ráp với một hoặc hai I / P đơn vị chuyển
đổi. Có sẵn ốc để gắn thiết bị, thường cho gắn tường hoặc ống.
 Đầu vào 4 mA đến 20 mA
 Phân chia phạm vi: 4 đến 12 mA và 12 đến 20 mA
 Đầu ra điều chỉnh liên tục từ: 0,05 đến 6 thanh (0,7 đến 60 psi).
4.1.46. Cảm biến đo lưu lượng YF-S201
Loai cảm biến: hiệu ứng Hall
Điện áp làm việc: 5 đến 18V DC
Lưu lượng làm việc: 1 đến 30 l/min
Đặc tính dòng chảy: F=7.5 * Lưu lượng

Hình 4. 5. Cảm biến đo lưu lượng YF-S201
Hình 4. 6. Chi tiết đấu nối YF-S201
18