HƯỚNG DẪN CHUNG CHO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
Nội dung chính của việc thí nghiệm điều khiển quá trình là tìm hiểu nguyên lý hoạt động
của hệ thống điều khiển, hiểu được vai trò các thiết bị trong hệ thống như cảm biến, cơ cấu chấp
hành, bộ điều khiển. Trên cơ sở đó biết hiệu chỉnh các thang đo của cảm biến, cơ cấu chấp hành
tương ứng với dải hoạt động của hệ thống. Các bước tiến hành trong quá trình thực nghiệm
tương ứng với quá trình làm việc trong thực tế sản xuất như: khảo sát đặc tính thực nghiệm của
đối tượng điều khiển từ đó lựa chọn các phương pháp điều khiển và hiệu chỉnh các tham số bộ
điều khiển.
Để chuẩn bị thí nghiệm sinh viên cần đọc tài liệu thí nghiệm và chuẩn bị tại nhà trước khi
đến trường thí nghiệm. Sinh viên cần nắm rõ lý thuyết và các bước thực hiện thí nghiệm để việc
thí nghiệm đạt hiệu quả và hoàn thành trong thời gian định trước. Vì thời gian dành cho thí
nghiệm còn hạn chế nên trong thí nghiệm chỉ hướng dẫn cách làm một số bài thí nghiệm điều
khiển quá trình đặc trưng và cần thiết.

Phần I. Lý thuyết
1.1. Cái khái niệm cơ bản về điều khiển quá trình
Hệ thống điều khiển với mạch vòng đơn cơ bản được thể hiện ở hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển Trong đó: Thiết bị đo (Measurement Sensor/Transmitter)
Bộ điều khiển (Controller)
Cơ cấu chấp hành (Final Control Element)
Giá trị đặt Set Point (SP), Set Value (SV)
Sai lệch điều khiển Controller Error (CE)
Tín hiệu điều khiển Controller output signal, Control Signal, Controller
Output (CO)
Biến điều khiển Control Variable, Manipulated Variable (MV)
Biến được điều khiển Controlled Variable (CV), Process Value (PV)

chỉnh độ đóng mở van điều khiển, áp suất khí được đưa vào để điều khiển van thông qua một
thiết bị biến đổi tín hiệu dòng điện/ khí nén (I/P Converter). Độ đóng mở van sẽ quyết định lưu
lượng khí đi vào quá trình qua nhánh 2, đồng thời quyết định áp suất đo được ở cảm biến áp suất
(tại đồng hồ G5)
Khí cấp cho quá trình qua nhánh 2 được điều chỉnh bởi núm điều chỉnh R2 và áp suất
hoạt động được chỉ thị trên áp kế G3. Với một độ mở van đã được điều khiển, lưu lượng khí đi
vào quá trình được hiển thị trên một lưu lượng kế thuỷ tinh (Flowmeter). Dòng khí sau khi đi qua
van điều khiển sẽ được thải trực tiếp ra ngoài khí quyển hoặc qua một bình khí nén (tank) để thay
đổi “sự trễ quá trình”.
1.3. Các thành phần cơ bản trong mô hình thí nghiệm điều khiển áp suất
Trong mô hình thí nghiệm điều khiển áp suất cơ cấu chấp hành gồm thiết bị biến đổi tín
hiệu dòng/ áp suất (I/P Converter) và cơ cấu truyền động khí nén, còn phần tử điều khiển chính
là Van điều khiển.
Thiết bị biến đổi tín hiệu dòng/ áp suất (I/P Converter): Đây là cơ cấu chấp hành trong hệ
thống, có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện từ bộ điều khiển thành tín hiệu khí nén để vận hành
Van điều khiển. Tín hiệu đầu vào là 4-20mA, tín hiệu đầu ra là 3 – 15psi (0,2-1 bar).
Cảnh báo: Áp suất đầu vào I/P Converter không được vượt quá 30 psi.
Các thiết bị có thể hỏng nếu vượt quá áp suất này.

Hình 1.4. Thiết bị chấp hành trong hệ thống điều khiển áp suất
Van điều khiển khí nén (Pneumatic Control Valve) : Thiết bị chấp hành quan trọng và
phổ biến nhất trong các hệ thống điều khiển quá trình, cho phép điều chỉnh lưu lượng lưu chất
qua các đường ống dẫn. Cấu tạo van bao gồm thân van nối với một cơ chế chấp hành (cùng với
các phụ kiện liên quan) có khả năng thay đổi độ mở van theo tín hiệu điều khiển
Cơ chế chấp hành van (actuator valve): một cơ chế truyền động khí nén để định vị thành
phần đóng mở van.
Trong mô hình thí nghiệm điều khiển áp suất van điều khiển là van kiểu điện khí với độ
đóng mở van có thể thay đổi được bằng cách thay đổi tín hiệu điều khiển đưa vào Converter. Khi
tín hiệu vào thay đổi từ 4 – 20mA thì thông qua Converter sẽ có một áp suất khí nén tương ứng
để đóng mở van.Cụ thể như sau:

Thiết bị điều khiển (control equipment) hay bộ điều khiển (controller) là một thiết bị tự
động thực hiện chức năng điều khiển, là thành phần quan trọng trong hệ thống điều khiển quá
trình. Trên cơ sở các tín hiệu đo và một cấu trúc điều khiển/ sách lược điều khiển được lựa chọn,
bộ điều khiển thực hiện thuật toán điều khiển và đưa ra các tín hiệu điều khiển để can thiệp lại
quá trình kỹ thuật thông qua các thiết bị chấp hành. Tuỳ theo dạng tín hiệu vào ra và phương
pháp thể hiện luật điều khiển, một thiết bị điều khiển có thể được xếp loại là thiết bị điều khiển
tương tự (analog controller), thiết bị điều khiển logic (logic controller) hoặc thiết bị điều khiển
số. Các thiết bị điều chỉnh cơ, khí nén hoặc điện tử được xếp vào loại tương tự.

Hình 1.8. PLC được dùng để điều khiển mô hình
Bộ điều khiển được sử dụng cho các thí nghiệm là khối PID trong PLC CompactLogix
của Rockwell Automation. Tín hiệu vào tương tự từ cảm biến áp suất qua một bộ chuyển đổi đo
chuẩn (Transmitter) sẽ được đưa vào PLC qua ngõ vào tương tự và được biến đổi thành tín hiệu
logic để CPU sử dụng. Dải tín hiệu vào PLC là 4-20mA. Bộ xử lý trung tâm CPU của PLC sẽ
tính toán và thực thi các phép tính điều khiển dựa trên thuật toán PID đã được lập trình sẵn để
đưa ra tín hiệu điều khiển. Sau đó PLC sẽ đưa tín hiệu ra qua ngõ ra tương tự. Tín hiệu từ ngõ ra
tương tự có dải 4-20mA dùng để điều khiển thiết bị chấp hành (cụ thể là điều khiển độ mở van
trong hệ thống điều khiển áp suất).
d) Các thiết bị khác
Ngoài thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển, thiết bị đo, mô hình điều khiển áp suất còn
có một số thiết bị khác gồm:
* Van đóng mở bằng tay (Manual valve)
Van tay là một thiết bị khá đơn giản và dễ vận hành. Một van tay được mở hoàn toàn khi
núm xoay của nó song song với trục van hoặc đóng hoàn toàn khi núm ở vị trí vuông góc. Chiều
tác động như sau: mở van-xoay nguợc chiều kim đồng hồ, khóa van-xoay theo chiều kim đồng
hồ. Độ mở của van được điều chỉnh giữa hai vị trí giới hạn đó để thay đổi lưu lượng qua van.
Mở van

Khóa van


b. Hướng dẫn chung:
Trước khi tiến hành thí nghiệm sinh viên cần đọc tài liệu để hiểu rõ sự hoạt động và vị trí của các
thiết bị trên hệ thống và thực hiện theo các bước sau đây:
Hiệu chỉnh bộ nguồn dòng:
Nối thiết bị theo hình dưới:

Xoay chiết áp ở nguồn dòng từ 4-20mA kiểm tra sự bộ hiển thị có giá trị tương ứng 0-100%.
Nếu giá trị không tương ứng cần phải hiệu chỉnh 2 nút xoay span và zero.

Chiết áp

Bộ hiển thị
Span
Zero
Process Interface
Kiểm tra dải hoạt động cơ cấu chấp hành
Nối thiết bị như trên hình vẽ

- Khởi động máy nén khí để cấp khí đầu vào
- Cần hiệu chỉnh van R1 để áp suất G1 bằng 20 psi
- Đặt giá trị nguồn dòng 4mA áp suất G2 sẽ hiển thị 3 psi
- Đặt giá trị nguồn dòng 20mA áp suất G2 sẽ hiển thị 15 psi
Kiểm tra thang đo cảm biến
Nối thiết bị như hình vẽ
ơ - Mở van V2, V4, V5. Vị trí mở van song song đường ống dẫn khí.
- Khóa van R2 để đồng hồ áp suất G5 hiển thị 0 psi và bộ hiển thị hiển thị 4mA hay
0%. L T
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
t(s)

do thi dap ung qua do cua qua trinh
Máy nén khí đã nạp đầy và được kết nối với đầu vào mô hình.
Các van V1, V3, V4 mở. Các van còn lại đóng.

Đặt khoảng thời gian cho trục X axis (trục thời gian) khoảng 200s-vì quá trình quá độ của
đối tượng cũng nằm trong khoảng thời gian này Tiếp tục chọn giá trị cho trục Yaxis:
Ở đây các giá trị đặt đầu vào ( độ mở van) và giá trị đầu ra (áp suất) đều tính theo phần
trăm nên ta đặt trục Y nhận giá trị từ 0-100 bằng cách chọn custom/min=0 và max=100

Cuối cùng chọn màu cho các tag.Vào Pens
Nên chọn màu đỏ và đen để thuận tiện cho quan sát,còn background ta để màu trắng
=2L= T
D
=
2
L
=

Bài thí nghiệm 3: Cài đặt tham số bộ điều chỉnh và thử nghiệm kết quả
Máy nén khí đã nạp đầy và được kết nối với đầu vào mô hình.
Hoàn thành kết nối ba cấp từ mô hình điều khiển áp suất (cấp chấp hành) đến PLC (cấp
điều khiển) đến máy tính (cấp giám sát) như theo hướng dẫn của cán bộ thí nghiệm.
Các van V1, V3, V4 mở. Các van còn lại đóng.
Vẫn gọi chương trình “Bai_thi_nghiem_k52.acd” Để cài đặt các thông số cho bộ điều chỉnh cần làm như sau:
Bấm chuột vào pidas