Báo cáo Điều khiển quá trình: Điều khiển tự động hệ thống sấy bằng phương pháp xử lý hình ảnh sản phẩm sấy phần mềm Node red

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.44 MB, 20 trang )

TỔNG LIÊN DỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BÀI TẬP ỨNG DỤNG

ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH
(MÃ MƠN HỌC: 602044)

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỚNG SẤY BẰNG PHƯƠNG PHÁP
XỬ LÝ ẢNH MÀU SẮC SẢN PHẨM SẤY
Giảng viên hướng dẫn:

GVC, TS. TRẦN VĂN NGŨ
TS. TRẦN VIỆT HÙNG

Sinh viên thực hiện:
1. LÊ THỊ QUỲNH GIAO

MSSV: 61800734

2. TRẦN THỊ THANH NGA

MSSV: 61800798

3. NGÔ THỊ YẾN NHI

MSSV: 61800812

4. NGUYỄN THANH TRÂM

MSSV: 61800875

Nhóm 04
HỌC KỲ II – NĂM HỌC 2020-2021

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy TS.Trần Văn Ngũ
và thầy TS.Trần Việt Hùng, cảm ơn hai thầy đã dành thời gian truyền đạt cho chúng
em những kiến thức quý báu, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo
điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập môn Điều khiển quá trình.
Đồng thời, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến bạn Ngô Thái Phú và Lê Hoàng Thiện
(sinh viên khóa K22, ngành Kỹ tḥt điều khiển và tự đợng hóa, khoa Điện – Điện tử)
đã giúp đỡ và hỗ trợ chúng em phần lập trình và điều khiển tự động hệ thống mô phỏng
quá trình sấy bằng phương pháp xử lý ảnh.
Sau khoảng thời gian thực hiện với sự cố gắng, nỗ lực của mỡi thành viên trong
nhóm cùng với sự hướng dẫn tận tình của hai thầy và các bạn khoa Điện, đến nay bài
tập ứng dụng của chúng em đã hoàn thành đúng thời hạn được giao và yêu cầu đặt ra.
Tuy nhiên do thời gian và trình độ chuyên môn còn hạn hẹp, chắc chắn sẽ không tránh
khỏi những thiếu sót, mợt lần nữa chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến
cùng sự chỉ bảo, hướng dẫn thêm của hai thầy để ngày càng hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin chúc hai thầy luôn dồi dào sức khỏe và ngày càng thành công
trên con đường giảng dạy cao quý.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

1

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 1

LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 4
CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................... 5
1.1

Điều khiển quá trình ............................................................................................ 5

1.2

Giới thiệu phương pháp xử lý ảnh ....................................................................... 5

1.3

Tổng quan về hệ thống sấy kết hợp xử lý hình ảnh ............................................. 6

1.3.1

Sơ lược về hệ thống sấy – Đối tượng điều khiển: ........................................ 6

1.3.2

Hệ thống sấy kết hợp xử lý hình ảnh: ........................................................... 7

1.3.3

Giới thiệu phần mềm Node Red ................................................................... 7

1.4

Bộ điều khiển on/off ............................................................................................ 7

1.5

Bộ điều khiển PID ................................................................................................ 8

CHƯƠNG II. PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CHO “HỆ THỚNG SẤY KẾT
HỢP XỬ LÝ HÌNH ẢNH” ................................................................................ 10
2.1

Cơ sở để chọn sách lược điều khiển vòng đơn .................................................. 10

2.2

Sơ đồ quy trình công nghệ tổng thể................................................................... 11

2.3

Sơ đồ các biến quá trình .................................................................................... 11

2.4

Phân tích các biến quá trình .............................................................................. 12

2.5

Lưu đồ khối điều khiển...................................................................................... 13

2.6

Sơ đồ khối điều khiển ........................................................................................ 13

CHƯƠNG III. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ thống trên node - red .................... 14
3.1

Lưu đồ giải thuật ............................................................................................... 14

3.2

Nghiên cứu mô phỏng ....................................................................................... 15

3.2.1

Kết quả mô phỏng ....................................................................................... 15

3.2.2

Đánh giá bộ điều khiển ON/OFF:............................................................... 15

CHƯƠNG IV. ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................... 16
4.1

Đề xuất sử dụng bộ điều khiển PID (chỉ sử dụng bộ P, không sử dụng bộ I,D) 16

4.2

Đề xuất sử dụng thêm sách lược điều khiển vào hệ thống ................................ 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 19

2

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Minh họa về xử lý ảnh .......................................................................................... 5
Hình 1.2. Sơ đồ máy sấy đối lưu làm việc liên tục theo phương thức sấy cơ bản - tác nhân
sấy chỉ đi qua máy sấy một lần. ............................................................................. 6
Hình 1.3. Minh họa giao diện node-red. ............................................................................... 7
Hình 1.4. Sơ đồ khối bộ điều khiển ON/OFF ....................................................................... 8
Hình 1.5. Thuật toán PID ...................................................................................................... 8
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ tổng thể .................................................................... 11
Hình 2.2. Sơ đồ các biến quá trình ..................................................................................... 11
Hình 2.3. Lưu đồ khối điều khiển hệ thống ........................................................................ 13
Hình 2.4. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống .......................................................................... 13
Hình 3.1. Hình ảnh trái cây chưa được sấy so với ảnh mẫu ............................................... 15
Hình 3.1. Hình ảnh trái cây đã sấy xong (giống với ảnh mẫu) ........................................... 15
Hình 4.1. Lưu đồ giải thuật đề xuất cho sách lược ............................................................. 18

3

LỜI MỞ ĐẦU
Trong cơng nghệ hóa học, tự đợng hóa điều khiển các quá trình có tác đợng
trực tiếp, nhanh chóng đến chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và đảm bảo an toàn
cho con người, máy móc và cả môi trường. Đổi mới và cải tiến hệ thống tự đợng hóa
điều khiển các quá trình ln mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất do chi phí đầu tư thấp
hơn nhiều lần so với đầu tư thay đổi công nghệ hay chế tạo thiết bị mới.
Đồng thời, với sự bùng nổ của những tiến bộ khoa học – kỹ thuật trong lĩnh vực
điện, điện tử, tin học đã dẫn đến sự biến đổi lớn về việc ứng dụng các lĩnh vực điều
khiển lập trình vi điều khiển, hệ thống điều khiển tự động, vi xử lý, PLC, các cơng cụ
phần mềm cùng các máy móc thiết bị hiện đại vào điều khiển tự động các quá trình và
đem lại nhiều kết quả ưu việt.

Biết được những lợi ích của vấn đề này, nhóm em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu,
vận dụng kiến thức đã học để thiết kế mô hình điều khiển hệ thống sấy tự động bằng
cách điều khiển tự động lưu lượng của tác nhân sấy dựa trên việc xử lý hình ảnh màu
sắc sản phẩm sấy.

4

CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Điều khiển quá trình
- Là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giám sát
các quá trình công nghệ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và
an toàn cho con người, máy móc và môi trường.
- Mục đích và chức năng của điều khiển quá trình:
 Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru.
 Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm
 Đảm bảo hệ thống vận hành an toàn.
 Bảo vệ môi trường.
 Nâng cao hiệu quả kinh tế gắn liền với hiệu quả xã hội.
1.2 Giới thiệu phương pháp xử lý ảnh
- Xử lý hình ảnh là một phương pháp để chuyển đổi một hình ảnh sang dạng kỹ tḥt
sớ và thực hiện mợt sớ thao tác trên đó, để có được hình ảnh nâng cao hoặc trích
x́t mợt sớ thơng tin hữu ích từ nó. Nó là mợt loại phân phới tín hiệu trong đó đầu
vào là hình ảnh, như khung hình video hoặc ảnh và đầu ra có thể là hình ảnh hoặc
các đặc điểm liên quan đến hình ảnh đó.
- Có 3 bước chủ yếu:
 Thu nhận hình ảnh.
 Phân tích và thao tác với hình ảnh.
 Đầu ra trong đó kết quả có thể được thay đổi hình ảnh hoặc báo cáo dựa trên
phân tích hình ảnh.

Hình 1.1. Minh họa về xử lý ảnh

5

1.3 Tổng quan về hệ thống sấy kết hợp xử lý hình ảnh
1.3.1 Sơ lược về hệ thống sấy – Đối tượng điều khiển:
- Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu. Quá trình
này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng
gió, năng lượng mặt trời,.. hay do năng lượng nhân tạo. Nhằm mục đích bảo
quản tốt vật liệu, giảm chi phí tiêu tốn trong quá trình vận chuyển vật liệu hoặc
đảm bảo các thông số kĩ thuật cho các quá trình gia công tiếp theo. Việc áp dụng
sấy với xử lý hình ảnh đã mang đến nhiều lợi ích trong đời sống thực tiễn.
- Trong quá trình sấy, nước được bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sự khuếch tán bởi
sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt vật liệu. Đồng thời bên trong vật liệu có sự chênh
lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung
quanh. Các đại lượng quan trọng của quá trình sấy là năng suất và độ ẩm của vật
liệu sau sấy, phải giữ các thông số này ở những giá trị có đợ chính xác cao. Tác
nhân sấy thường được sử dụng là khói lò, khơng khí.
- Đợng lực ở đầu và cuối quá trình sấy là nhiệt độ đầu của tác nhân sấy vào buồng
sấy và hiệu nhiệt độ giữ nhiệt độ bầu khô (tk) và nhiệt độ bầu ướt (tư) của tác
nhân sấy ra khỏi buồng sấy, đặc trưng cho khả năng hút ẩm của không khí:
Ɛ = tk – tư
Trong đó:
 tk : nhiệt đợ của không khí ( nhiệt độ bầu khô)
 tư : nhiệt độ của không khí bão hòa hơi nước ( nhiệt độ bâù ướt )
 Ɛ : thế sấy
-

Một hệ thống sấy cơ bản thường bao gồm : Bộ phận tiếp liệu, calorifer ( thiết bị
gia nhiệt), buồng sấy, bộ phận tháo liệu. Đối với mỗi loại máy sáy khác nhau thì
sẽ có phương thức truyền nhiệt, tác nhân sấy và thiết bị đặc trưng.
Vật liệu
vào

3

1

4

1. Calorifer chính
2. Bộ phận tháo liệu
3. Buồng sấy
4. Bộ phận tiếp liệu
5. Calorifer bổ sung

2
Vật liệu ra (sản phẩm)

5

Hình 1.2. Sơ đồ máy sấy đối lưu làm việc liên tục theo phương thức sấy cơ bản - tác nhân
sấy chỉ đi qua máy sấy một lần.
6

1.3.2 Hệ thống sấy kết hợp xử lý hình ảnh:
-

Nhiệt độ đầu của tác nhân sấy vào buồng sấy thường tỉ lệ với mối tương quan
giữa nhiệt lượng mang vào của chất tải nhiệt trong một đơn vị thời gian và lưu
lượng của tác nhân sấy. Từ đó suy ra: để điều khiển nhiệt đợ dòng khí nóng thì
cần phải thay đổi (điều khiển) đồng thời cả hai thông số này. Tuy nhiên, ở đề tài
này, nhóm em sẽ chỉ chọn điều khiển lưu lượng tác nhân sấy, nhiệt lượng được
cấp bởi bộ gia nhiệt bằng điện để thiết kế hệ thống giúp kiểm soát chất lượng
sản phẩm sấy thông qua việc thu nhận hình ảnh.

-

Nguyên lý hoạt động như sau: Vật liệu được đưa vào buồng sấy, trong suốt quá
trình đó camera sẽ chụp hình liên tục, truyền tín hiệu về bộ xử lý ảnh để phân
giải hình ảnh, đưa ra lượng pixel (sớ điểm ảnh) có trong ảnh và so sánh với
lượng pixel của ảnh mẫu (ảnh mong muốn), để xem xét sản phẩm sấy đạt yêu
cầu hay chưa.

1.3.3 Giới thiệu phần mềm Node Red
-

Node-Red là một công cụ lập trình để kết nối các thiết bị phần cứng, API và
online services. Nó cung cấp mợt trình soạn thảo dựa trên trình duyệt giúp dễ
dàng kết nối các luồng với nhau bằng cách sử dụng một loạt các Node trong
bảng màu (palette) có thể được triển khai chỉ bằng một cú nhấp chuột, dùng để
theo dõi thông tin đường dẫn từ đầu vào đến đầu ra.

Hình 1.3. Minh họa giao diện node-red.

1.4 Bộ điều khiển on/off
-

Đây là phương pháp điều khiển phản hồi đơn giản nhất, tiết kiệm chi phí, được
ứng dụng cho những đối tượng không yêu cầu cao về chất lượng điều khiển. Ví
dụ như điều khiển đóng mở trực tiếp các đợng cơ điện, các van thủy lực, khí
nén, lò nhiệt.

-

Là phương pháp điều chỉnh không liên tục nên nguyên lí hoạt động của chế đợ
ON/OFF khá đơn giản: chỉ có 2 trạng thái duy nhất là ON và OFF. Bộ điều khiển
ON/OFF điều khiển để biến điều khiển nhận chỉ hai giá trị tương ứng là giá trị
cực đại và giá trị cực tiểu. Nếu giá trị xử lý thấp hơn so với giá trị đặt thì là biến
điều khiển nhận giá trị cực đại, còn nếu cao hơn so với giá trị đặt thì biến điều
khiển nhận giá trị cực tiểu.

-

Nhược điểm của bộ điều khiển này là biến cần được điều khiển sẽ khơng ởn
định, chỉ có thể hy vọng đạt được.
7

SP
Bộ điều khiển
ON/OFF
Biến nhiễu

Quá trình và thiết bị
công nghệ

Biến điều
khiển

Biến cần điều
khiển

Hình 1.4 Sơ đồ khối bộ điều khiển ON/OFF
1.5 Bộ điều khiển PID

-

PID là phương pháp điều khiển phản hời liên tục, phức tạp, đòi hỏi có trình đợ
chun môn. Được dùng ở hầu hết các loại thiết bị máy móc cơng nghiệp, điều
khiển PID được sử dụng nhiều nhất trong tất cả các loại điều khiển phản hồi vì
tính ổn định, bền vững, nâng cao được chất lượng điều khiển của nó.

-

PID được sử dụng để tính toán đầu ra dựa trên các giá trị sai lệch, không phân
biệt sai lệch đó là do nhiễu quá trình hay do thay đởi giá trị đặt gây ra. Sai lệch
đó là hiệu giữa giá trị đầu ra đo được (PV) và giá trị đặt (SP) theo yêu cầu. Bộ
điều khiển này sẽ thực hiện giảm tối đa các sai lệch ( ~ 0) bằng phương pháp
điều chỉnh các giá trị ở đầu vào (MV) - biến điều khiển:
Error e(t) = (SP – PV)
MV (t) = Pout + Iout + Dout

Hình 1.5. Thuật toán PID

8

 Bộ P: luật tỉ lệ, đưa ra giá trị biến điều khiển tỉ lệ với sai lệch điều khiển.
 Bộ I: luật tính tích phân, dựa trên giá trị tích phân của sai lệch điều khiển
theo thời gian để xác định tổng các sai lệch tích lũy trong quá khứ.


D: luật vi phân, dựa trên đạo hàm của sai lệch điều khiển, dự đoán các sai
lệch tương lai dựa trên tốc độ thay đổi hiện tại, làm chậm tốc độ thay đổi
của biến điều khiển.

9

CHƯƠNG II. PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CHO “HỆ
THỐNG SẤY KẾT HỢP XỬ LÝ HÌNH ẢNH”
2.1 Cơ sở để chọn sách lược điều khiển vòng đơn
-

Điều khiển vòng đơn thực chất là điều khiển phản hồi độc lập, từng “vòng” đơn
điều khiển phản hồi lấy tín hiệu của 1 biến ra để đưa về Bộ ĐK phản hồi và bộ
ĐK tác động (điều khiển) trực tiếp 1 biến điều khiển tương ứng nào đó.

-

Cơ sở để chọn sách lược điều khiển vòng đơn:
 Từng vòng đơn có thể kiểm soát được các thành phần khác nhau.
 Có thể ởn định được quá trình mà chỉ cần sử dụng thuật toán tỉ lệ (bợ P) đơn
giản và có thể nhờ một bộ điều khiển tự động.
 Điều khiển kiểu vòng đơn khá đơn giản nhưng hiệu quả và được sử dụng rất
nhiều trong các hệ thống điều khiển tự động.

-

Ưu điểm:
 Hệ thống điều khiển đơn giản, chất lượng điều khiển cao, ổn định nếu được
thiết kế tốt.
 Nếu một bộ điều khiển bị lỗi hay hư hỏng sẽ không ảnh hưởng đến toàn cục,
nếu có chỉ ảnh hưởng cục bợ.
 Có thể giám sát từng khâu điều khiển riêng trong mợt quá trình.
 Có thể điều khiển được mợt giá trị, tham số mà không cần thông tin nào về
mô hình quá trình.
 Nếu được thiết kế tốt thì ngay cả tồn tại sai lệch mô hình ở một mức đợ nào
đó. nó vẫn có thể triệt tiêu sai lệch điều khiển.
 Dễ dàng xử lý nếu bị sai lệch ở mỗi vòng riêng biệt.

-

Nhược điểm:
 Nếu bộ điều khiển không được thiết kế cẩn thận, nhất là khi mô hình quá
trình kém chính xác hoặc đặc tính động học của quá trình thay đổi theo thời
gian, hệ thống sẽ dễ dàng bị mất ổn định.
 Khi các giá trị đo có sai sớ lớn thì chất lượng điều khiển khơng còn được
đảm bảo nếu khơng có các tḥt toán lọc nhiễu thích hợp.
 Tác động chậm, “hậu quả” do các biến nhiễu gây ra có thể khơng được xử
lý kịp thời gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm.

10

2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ tổng thể

PI, pixel

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ tổng thể

2.3 Sơ đồ các biến quá trình

Hình 2.2. Sơ đồ các biến quá trình
11

2.4 Phân tích các biến quá trình
-

Biến cần điều khiển: Tổng số pixel của hình ảnh sấy (PI, pixel)
Mục đích của quá trình sấy là mong muốn đạt được hình ảnh sản phẩm sấy
theo yêu cầu. Muốn được như vậy ta cần phải đưa hình ảnh vào một hệ thống
xử lý ảnh để tách ra số pixel (là đơn vị cơ bản nhất tạo nên một bức ảnh kỹ thuật
số. Như vậy, tổng số pixel cũng được coi là biến cần điều khiển để đạt được
hình ảnh sấy mong muốn.

-

Biến được điều khiển: Tổng số pixel của hình ảnh sấy (PI, pixel)
Vì tổng pixel là biến ra cần điều khiển được lấy tín hiệu (được đo) và truyền
về bộ điều khiển để thực hiện hoạt đợng điều khiển nên nó vừa là biến cần điều
khiển vừa là biến được điều khiển.

-

Biến điều khiển: Lưu lượng không khí khô vào buồng sấy (LKKK, kg/s)
Quá trình sấy được thực hiện chủ yếu nhờ tác nhân sấy. Tác nhân sấy sử dụng
ở đây là khơng khí ẩm do quạt thởi vào, có thể điều chỉnh bằng van. Đồng thời,
lượng không khí ẩm do van cấp vào để gia nhiệt bằng bao nhiêu thì lượng không
khí khô vào buồng sấy là bấy nhiêu. Vì vậy, biến điều khiển cũng chính là lượng
không khí khô vào buồng sấy.

-

Biến nhiễu:
 Độ ẩm của vật liệu sấy (W, %kl): Độ ẩm vật liệu càng cao, lượng hơi nước
càng nhiều và ngược lại. Mỗi vật liệu sấy sẽ mang một độ ẩm khác nhau, vì
vậy tốc độ thoát hơi nước và thời gian sấy cũng sẽ khác nhau.
 Nhiệt độ không khí khô vào buồng sấy (TKKK, ºC): ảnh hưởng trực tiếp tới
khả năng thoát hơi ẩm trong từng vật liệu sấy. Nhiệt độ càng cao, hơi nước
thoát ra càng nhanh, tuy nhiên nhiệt độ quá cao sẽ làm thay đổi màu sắc, cấu
trúc, hàm lượng chất dinh dưỡng nhất định trong sản phẩm.
 Chất lượng hình ảnh (HD): Chất lượng hình ảnh càng tốt thì việc xác định số
pixel giữa các lần chụp càng chính xác hơn. Tuy nhiên, chất lượng hình ảnh
càng tốt thì dung lượng ảnh càng lớn hơn, cần tốn bộ nhớ lưu trữ lớn hơn và
ảnh hưởng đến tốc độ truyền và xử lý ảnh. Trong quá trình sấy, đôi khi chất
lượng ảnh chụp thấp do nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, … trong buồng sấy gây
ảnh hưởng đến kết quả xử lý.
 Kích thước sản phẩm sấy: Diện tích bề mặt của lớp vật liệu sấy tiếp xúc với
tác nhân sấy càng lớn thì độ ẩm được lấy đi càng nhanh. Trong quá trình sấy,
lớp vật liệu sấy quá dày thì ở một số vị trí lớp vật liệu không thể tiếp xúc với
tác nhân sấy và sẽ ảnh hưởng đến tính đồng nhất của sản phẩm. Ngược lại,
lớp vật liệu quá ít, mỏng sẽ gây lãng phí năng lượng, tốc độ sấy quá nhanh
cũng không đáp ứng được yêu cầu chất lượng cho qua trình sấy.
 Độ ẩm không khí trong buồng sấy (, %): trong quá trình sấy khô, độ ẩm

không khí trong buồng sấy luôn phải thấp hơn độ ẩm trong sản phẩm thì vật
liệu ẩm mới thoát hơi nước ra bên ngoài. Độ ẩm càng thấp, tốc độ thoát ẩm
của vật liệu càng nhanh  tốc độ sấy nhanh hơn.
12

2.5 Lưu đồ khối điều khiển

Hình 2.3. Lưu đồ khối điều khiển hệ thống

2.6 Sơ đồ khối điều khiển

Hình 2.4. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống
13

CHƯƠNG III. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
TRÊN NODE - RED
3.1 Lưu đồ giải thuật
Bắt đầu

Ảnh mẫu, link video,
frame_max, frame_min

ON

Error = Số pixel trắng hình mẫu
− Số pixel trắng hình thực

Error ≥ 0

Đúng
OFF

Kết thúc

14

Sai

3.2 Nghiên cứu mô phỏng
3.2.1 Kết quả mô phỏng

Hình 3.1. Hình ảnh trái cây chưa được sấy (khác với ảnh mẫu)

Hình 3.1. Hình ảnh trái cây đã sấy xong (giống với ảnh mẫu)

3.2.2 Đánh giá bộ điều khiển ON/OFF:
Trong thực tế, với mô hình thiết kế như trên thì bộ gia nhiệt và tốc độ động cơ quay
để quạt thổi khí vào phải được cài đặt ở một giá trị nhất định (bằng hoặc cao hơn yêu
cầu). Việc điều khiển lưu lượng tác nhân sấy vào buồng sấy bằng bộ điều khiển on/off
là rất dễ dùng, thiết kế đơn giản, thời gian sấy nhanh vì van mở max khi đang sấy.
Tuy nhiên, nhược điểm là khi sản phẩm đã đạt gần chất lượng mong muốn (số pixel
ảnh thực ≈ số pixel ảnh mẫu), van mở max khiến lượng khí đi vào lúc này quá nhiều,
làm cho sản phẩm bị sấy lố đi so với yêu cầu (số pixel ảnh thực < số pixel ảnh mẫu),
dẫn đến việc sản phẩm dễ bị biến tính, kém chất lượng.
15

CHƯƠNG IV. ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ
4.1 Đề xuất sử dụng bộ điều khiển PID (chỉ sử dụng bộ P, không sử dụng bộ I,D)
Để kiểm soát tỷ lệ mở van sao cho lượng khí đi vào là vừa đủ để sấy sản phẩm (nhất
là khi sản phẩm gần đạt chất lượng mong ḿn) thì ta có thể sử dụng bộ P (bộ tỷ lệ)
của bộ điều khiển PID. Bộ P cho phép tỷ lệ mở van sẽ nhận giá trị từ 0 đến 1 dựa trên
sai số pixel của ảnh mẫu và ảnh đang sấy, từ đó có thể điều khiển được lượng không
khí đi vào, độ chính xác cao, giảm tới đa sự sai sót nhất có thể. Tuy nhiên thiết kế PID
phức tạp hơn, thời gian sấy lâu hơn.
 Cách điều khiển tỷ lệ mở van bằng bộ P của bộ điều khiển PID được tính toán
trên lý thuyết như sau:
 Kp =

𝐵Đ𝐾 (𝑡𝑦 𝑙ệ 𝑚ở 𝑣𝑎𝑛)
𝐸𝑅𝑅𝑂𝑅

 Tỷ lệ mở van (01) = Kp × error
 Lượng khí vào (kg) = Lưu lượng khí vào max (Vv, kg/s) × Tỷ lệ mở van
 Mục đích ở đây là muốn mất đi pixel vì pixel ảnh đã sấy luôn nhỏ hơn pixel ảnh
chưa sấy.
 Quy ước:
- Tổng số pixel mất đi = Tổng pixel trắng ảnh thực – Tổng pixel trắng ảnh mẫu.
 Setpoint là 100%pixel mất đi.
100%

900

Ảnh thực : 1000 pixel
Tức là:
- Khi mất đi 1% sẽ tương ứng
mất đi:

1% × 900pixel = 9 pixel.
Sớ pixel cần mất đi: 900 pixel

0%

0

- Khi mất đi 100% sẽ tương ứng
mất 900 pixel  pixel ảnh thực
= pixel ảnh mẫu

Ảnh mẫu : 100 pixel

- 0,1 kg không khí khô = 1%pixel mất đi (tức là sẽ tốn 0,1kg để 1%pixel mất đi).
VD: Nếu có 0.5kg khơng khí khơ vào b̀ng sấy thì ảnh sấy sẽ mất đi 5%pixel.
16

 t = 0: error0 = setpoint = 100%pixel mất đi
Tỷ lệ mở van0 = Kp.error0
Lượng khí vào0 = lưu lượng van vào × tỷ lệ mở van0
= Vv.Kp.error0 (kgKKK)
 Tương ứng: %pixel mất đi0 = 10.Vv.Kp.error0
 t = 1: error1 = error0 – %pixel mất đi0 = error0 – 10.Vv.Kp.error0
 error1= error0.(1 – 10.Vv.Kp)
Tỷ lệ mở van1 = Kp.error1 = Kp.error0.(1 – 10.Vv.Kp)
Lượng khí vào1 = lưu lượng van vào × tỷ lệ mở van1
= Vv.Kp.error0.(1 – 10.Vv.Kp)

(kgKKK)

Tương ứng: %pixel đã mất đi1 = 10.Vv.Kp.error0.(1 – 10.Vv.Kp)
 t = 2: error2 = error1 – %pixel mất đi1
= error0.(1 – 10.Vv.Kp) – 10.Vv.Kp.error0.(1 – 10.Vv.Kp)
= error0.(1 - 10.Vv.Kp).(1-10.Vv.Kp)
= error0.(1 - 10.Vv.Kp)2
 error2 = error0.(1 - 10.Vv.Kp)2
Tỷ lệ mở van2 = Kp.error2 = Kp.error0.(1 - 10.Vv.Kp)2
Vậy tại t = N (s): errorN = error0.(1 - 10.Vv.Kp)N
Tỷ lệ mở vanN = Kp. error0.(1 - 10.Vv.Kp)N

4.2 Đề xuất sử dụng thêm sách lược điều khiển vào hệ thống
- Trong thực tế, quá trình gia nhiệt tác nhân sấy phụ thuộc vào nhiệt lượng mang vào
của chất tải nhiệt trong calorifer, không gia nhiệt bằng điện. Vì vậy, như đã đề cập
ở trên, cần phải thay đổi đồng thời hai thông số là lưu lượng tác nhân sấy và lượng
nhiệt cấp cho tác nhân sấy vào buồng sấy.
- Sách lược điều khiển dùng cho hệ thống lúc này là sách lược điều khiển kết hợp
hai vòng đơn độc lập.

17

Hình 4.1. Lưu đồ giải thuật đề xuất cho sách lược

18

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tài liệu bài giảng của thầy TS.Trần Văn Ngũ và thầy TS.Trần Việt Hùng.
[2] Hoàng Minh Sơn, “Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình”, NXB Bách khoa Hà

Nội.
[3] Bùi Quốc Khánh, “Phạm Quang Đăng, Nguyễn Huy Phương và Vũ Thụy Nguyên,
“Điều khiển quá trình”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2014.
[4] Báo cáo tham khảo bên khoa Điện - Điện tử.

19

Báo cáo Điều khiển quá trình: Điều khiển tự động hệ thống sấy bằng phương pháp xử lý hình ảnh sản phẩm sấy phần mềm Node red

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về