Download miễn phí Đồ án Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ - Bộ điều khiển với TCU - 12004
Bộ điều khiển TCU (Tiếng Anh: The Temparature Controller Unit nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện hay các phần tử nhiệt điện trở và biểu thị chính các nhiệt độ quá trình đồng thời đưa ra tín hiệu xử lý kịp thợi và chính xác. Một tập hợp toàn diện những chức năng dễ dàng sử dụng từng bước cho phép bộ điều khiển giải quyết nhiều yêu cầu ứng dụng khác nhau.
Bộ điều khiển TCU có thể hoạt động ở chế độ điều khiển PID cho cả sự đốt nóng và làm mát. Nó tự động điều khiển chế độ xác lập hằng số. Hằng số PID có thể được tinh chỉnh bởi sự hoạt động của bộ điều khiển ở thời gian bất kỳ và được khoá từ xa sự thay đổi. TCU cho phép đáp ứng đầu ra phanh nhất mà không có quá độ điều chỉnh. Nó có thể chuyển sang chế độ vận hành bằng tay mà người vận hành có thể điều khiển trực tiếp đầu ra. Ngoài ra nó còn được chương trình hoá để hoạt động ở chế độ điều khiển ON/OFF mà điều chỉnh được độ trễ.
Hai màn hình hiển thị 4 số cho phép quan sát nhiệt độ quá trình và nhiệt độ đặt, cho biết tình trạng của bộ điều khiển (Đang làm việc ở chế độ nào, những Module đầu ra nào đang hoạt động, sự thông báo và trạng thái đầu ra. Các Module đầu ra có thể trao đổi đầu ra. Các Module đầu ra có thể thay thế và trao đổi lẫn nhau (Relay, SSR, Drive, hay Triac) được thiết lập nhằm phục vụ cho sự điều khiển chính, đầu ra bảnh báo, đầu ra làm mát và đầu ra định vị van.
Lựa chọn bảnh báo kép có thể được định dạng tùy vào sự thay đổi của hoạt động (Nhiệt độ cao hay thấp, sự chênh lệch) ở chế độ chờ đầu ra và nguồn nuôi sẽ được ngăn chặn đến khi những thông số ở mức báo động được ổn định.
Dòng tuyến tính từ 4 - 20mA (hay 0 - 10V) ở đầu ra có thể giao điện với cơ cấu chấp hành, máy ghi biểu đồ, công cụ chỉ thị hay thiết bị điều khiển khác. Kiểu đầu ra tuyến tính một chiều này có thể dùng cho những mô hình điều khiển tuyến tính được xây dựng phù hợp với những mô hình xây dựng sẵn trong bộ điều khiển.
Tín hiệu ra được số hoá và được truyền đi một trong những cách sau: % công suất đầu ra, giá trị nhiệt độ quá trình, sự chênh lệch nhiệt độ, hay giá trị điểm đặt. Ngoài ra còn có thể điểu chỉnh được dải chết đầu ra, thời gian cập nhật đầu ra với những tham số mở rộng tính linh hoạt của TCU tới những thiết bị cuối cùng.
Một đầu ra được báo động sự kiện, được chương trình hoá để phát tín hiệu thông báo (khi lò nhiệt hay những thiết bị khác bị lỗi) để xử lý kịp thời. Sự báo động nhiệt độ hoạt động dưới 2 điều kiện sau:
1. Đầu ra chính (OP)1 đang hoạt động và dòng nhiệt điện dưới giá trị dòng báo động.
2. Đầu ra (OP1) đã tắt và dòng nhiệt điện lớn hơn dòng thông báo 10% khi thiết bị điều khiển bị ngắn mạch hay những sự kiện khác.
Đầu vào Analog thứ cấp (0 - 20m ADC) có thể được định dạng để hoạt động như một bộ tiền xử lý tín hiệu thứ cấp để xử lý điểm đặt của đầu ra sơ cấp. Chính điều này cho phép khả năng điều khiển tầng với thiết bị khác.
Nhờ đầu vào Analog thứ cấp này ta có thể xây dựng được một ht điều khiển tầng tích hợp trong một bộ điều khiển TCU.
Chuẩn giao diện truyền thông RS 485 nhiều điểm nối tiếp cho phép TCU giao tiếp với các thiết bị kết hợp khác như: Máy in, bộ điều khiển trả trình hay máy tính chủ



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN TCU
1.1. Giới thiệu chung về TCU
1.2. Lắp đặt và kết nối
1.2.1. Môi trường lắp đặt
1.2.2. Cấu tạo
1.2.3. Các module đầu ra
1.2.4. Chọn nguồn nuôi và cảm biến
1.3. Mặt trước TCU và các mút bấm chức năng
1.4. Quan sát sự hoạt động
1.4.1. Công suất bộ điều khiển tăng
1.4.2. Công suất bộ điều khiển giảm
1.4.3. Khởi động hệ thống
1.4.3. Chế độ hoạt động tự động điều khiển bằng tay
1.4.5. Hoạt động với điểm đặt xa hay điểm đặt cục bộ
1.5. Các chế độ làm việc
1.5.1. Vào tham số cho bộ điều khiển
1.5.2. Chế độ hiển thị bình thường
1.5.3. Chế độ không bảo vệ tham số
1.5.4. Chế độ bảo vệ tham số
1.5.5. Chế độ ẩn
1.5.6. Sự ngăn cản xâm nhập vào chương trình
1.6. Các module định dạng tham số
1.6.1. Module vào (1-In)
1.6.3. Module khoá tham số (3-LC)
1.6.4. Module thông báo (4-AL)
1.6.5. Module đầu ra làm mát (5-02)
1.6.6. Module truyền thông nối tiếp (6-SC)
1.6.7. Module đầu ra (2-OP)

CHƯƠNG 2: HOẠT ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỦA TCU
2.1. Điều khiển PID
2.2. Điều khiển kế toán/OFF
2.3. Chế độ tự chỉnh định tham số

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HOẠT ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VỚI TCU - 12004
3.1. Mô hình hệ thống điều khiển
3.1.1. Đặc điểm đối tượng điều khiển (lò điện trở) và phương pháp điều khiển nhiệt độ lò
3.1.2. Nghiên cứu và thiết kế phần cứng

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA ĐỐI TƯỢNG
4.1 Tổng quan về đối tượng điều chỉnh công nghiệp
4.1.1. Khái niệm chung về đối tượng điều chỉnh công nghiệp
4.1.2. Đặc tính và mô hình các đối tượng công nghiệp
4.2. Tiến hành xác định đặc tính của đối tượng

CHƯƠNG 5: TỔNG HỢP HỆ THỐNG
5.1. Chất lượng điều chỉnh
5.1.1. Khái niện về chất lượng điều chỉnh
5.1.2. Đánh giá chất lượng điều chỉnh khi có xung bậc thang
5.1.3. Tiêu chuẩn chất lượng dạng tích phân
5.1.4. Đánh giá chất lượng điều chỉnh khi có tác động sóng điều hoà khi tín hiệu tác động vào hệ thống là các dao động điều hoà, chất lượng của hệ thống điều chỉnh, có thể đánh giá dựa trên đặc tính tần số - biên độ - pha, đặc tính tần số - biên độ, đặc tính tần số pha và đặc tính tần số logarit.
5.2. Cơ sở lý thuyết về tổng hợp hệ thống
5.2.1. Khái niệm về bài toán tổng hợp hệ thống.
5.2.2. Một số phương pháp tổng hợp bộ điều khiển PID
5.2. Phương pháp thực nghiệm (phương pháp Ziegler - Nichols 2)

http://s1.luanvan.co/qYjQuXJz1boKCeiU9qAb3in9SJBEGxos/swf/2013/06/23/do_an_xay_dung_he_thong_dieu_khien_nhiet_do_bo_d.jcbgnMEjJD.swf luanvanco /luan-van/de-tai-ung-dung-tren-liketly-32255/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

chân nối với cặp nhiệt điện (vào)
Đầu ra tuyến tính 1 chiều 4 - 20mA (ra)
OP 2/ AL1
OP2 - A
AL2
OP1 - A
OP1 - B
OP1 - C
ĐK CS
~ 220V
Nguồn nuôi
3.1.1. Đặc điểm đối tượng điều khiển (lò điện trở) và phương pháp điều khiển nhiệt độ lò.
* Đặc điểm lò điện trở.
Với các ứng dụng cho công suất vừa và nhỏ thì lò điện trở là một giải pháp phổ biến. Ưu điểm lớn nhất của nó là tính đơn giản cả về nguyên lý lẫn thực tiễn công nghệ, dễ lắp đặt, vận hành vf chất lượng lại khá tốt. Tuy nhiên quán của lò lớn, sự thay đổi nhiệt độ của lò xảy ra chậm. Lò có hệ số dung lượng càng lớn thì độ trễ càng lớn.
Nhiệt độ buồng lò không hoàn toàn đồng đều tại mọi điểm, vì vậy nên việc xác định nhiệt độ cũng bị phụ thuộc vào vị trí của cảm biến. Biến thiên nhiệt độ lò còn có tính tự cân bằng (tất nhiên là điều này xảy ra cực kỳ chậm) nên khi mất cân bằng giữa lượng nhiệt cung cấp và nhiệt lượng tiêu thụ thì ngư dân lò có thể tiến tới một giá trị xác lập mới mà không cần có tín hiệu điều khiển từ TCU.
* Phương pháp điều khiển nhiệt độ lò điện trở.
Nhiệt độ trong lò phụ thuộc vào nhiệt lượng toả ra từ đây nung, tức là nhiệt độ lò phụ thuộc vào công suất đặt vào buồng lò. Chình vì vậy để điều khiển nhiệt độ ta cần điều khiển công suất đặt vào nó. Từ công thức tính công suất của lò:
P = I2. R
Ta thấy ngay được hai cách để điều khiển công suất P.
+ Thứ nhất: điều khiển về phía tiêu thụ điện năng tức là thay đổi điện trở của lò. Phương pháp này sẽ gặp khó khăn khi nhiệt độ làm việc cao, lúc đó khoảng thay đổi điện trở là tương đối lớn nên độ chính xác kém. Phương pháp này ít được sử dụng còn bởi tính không liên tục và hạn chế về phạm vi điều khiển.
+ Điều khiển về phía cung cấp, tức là thay đổi công suất cung cấp cho dây đốt. Phương pháp này được dùng nhiều và đơn giản thông qua các bộ điều khiểu công suất.
3.1.2. Nghiên cứu và thiết kế phần cứng.
* Sơ lược về vai trò của các bộ cảm biến.
Trong các hệ thống đo lường - điều khiển, mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các biến trạng thái như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ, mô men… Các biến trạng thái này thường là các đại lượng không điệu. Nhằm mục đích điều chỉnh, điều khiển các quá trình ta cần thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên các biến trạng thái của quá trình. Nhiệm vụ đó được thực hiện bởi các bộ cảm biến, nên có thể coi nó là "tai mắt" của các dây chuyền, quá trình công nghệ và của các con người.
Riêng cảm biến đo ngư dân có ý nghĩa cực kỳ quan trọng bởi đại lượng vật lý ngư dân được quan tâm nhiều hơn cả trong các đại lượng vật lý nói chung. Nhiệt độ đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của vật chất. Để chế tạo các bộ cảm biến nhiệt độ người ta sử dụng nhiều nguyên lý cảm biến khác nhau từ đó sẽ có các loại cảm biến khác nhau. Có thể kể ra đây vài loại cảm biến thông dụng như: nhiệt điện trở, nhiệt ngẫu, phương pháp quang dựa trên phân bố bức xạ nhiệt do dao động nhiệt.
* Cảm biến cặp nhiệt ngẫu (cặp nhiệt điện)
A
B
t0
t
1
2
Bộ cảm biến mạch nhiệt ngẫu là một mạch có từ hai hay nhiều thanh dẫn điện gồm hai dây dẫn A và B. Chỗ nối giữa hai thanh kim loại 1 và 2 được hàn với nhau.
Khi 2 mối hàn t và t0 có nhiệt độ khác nhau thì sẽ có dòng điện chạy qua trong mạch kín (theo Seebek). Chiều của dòng điện phụ thuộc và nhiệt độ tương ứng của môi hàn, tức là nếu t > t0 thì dòng điện chạy theo hướng ngược lại. Nếu để hở một đầu thì giữa hai cực xuất hiện 1 sức điện động (sđđ) nhiệt.
Khi mối hàn 1 và 2 có cùng nhiệt độ (giả sử là t0) thì sđđ tổng:
EAB = eAB (t0) + eBA (t0) = 0
eAB = eAB (t) - eAB (t0)
Khi nhiệt độ ở t0, t khác nhau thì sđđ tổng:
EAB = eAB (t) + eAB (t0)
Hay: EAB = eAB (t) - eAB (t0)
Đây chính là phương trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu.
Giả sử : t0 = const => eAB (t0) = C (hằng số)
Vậy có: EAB (t) = eAB (t) - C = f (t)
Như vậy bằng cách đo sđđ ta có thể tìm nhiện độ t của vật. Đầu mối hàn t là đâu đo, đầu t0 là đầu tự do.
Đặc tính của một số loại cặp nhiệt điện
Sự thay đổi sđđ của một số loại cặp nhiệt điện được mô tả dưới đây.
70
60
50
40
30
20
10
200 600 1000 1400 1800
E
J
K
E (mV)
T (0C)
KT
J
E
- 10
- 200
R
S
T
Các ý nghĩa của các ký hiệu E, J, T, K, R, S, B
E: Chromel/ Constantan
J: Sắt/ Constantan
T: Đồng/ Constantan
K: Chromel/ Alumen
R: Platin - Rodi/ Platin
S: Platin - Rodi/ Platin
B: Platin - Rodi (30%) / Platin - Rodi (6%)
+ Thông số kỹ thuật của các cặp nhiệt điện thông dụng.
Cặp nhiệt điện
Dải nhiệt độ làm việc 0C
Sức điện động mV
Độ chính xác
Đồng/ Constantan f = 1,63mm
- 270 - 370
- 6,258 ¸ 19,027
(-1000C ¸ 400C) : ± 2%
(40C ¸ 1000C) : ± 1,8%
(-1000C ¸ 3500C) : ± 0,75%
Sắt/ Constantan f = 3,25mm
- 210 - 800
- 8,095 ¸ 45,498
(00C ¸ 4000C) : ± 3%
(4000C ¸ 12500C) : ± 0,75%
Chromel/Alumen f = 3,25 mm
- 276 ¸ 780
- 9,835 ¸ 66,473
(00C ¸ 4000C) : ± 3%
(4000C ¸ 12500C) : ± 0,75%
Platin - Rodi (10%)/ Platin f = 0,51 mm
- 50 ¸ 1500
- 0,236 ¸ 15,576
(00C ¸ 6000C) : ± 2,5%
(6000C ¸ 15000C) : ± 0,4%
Platin - Rodi (30%)/ Platin (6%) f = 0,51 mm
0 ¸ 1700
0 ¸ 12,426
(8700C ¸ 17000C) : ± 0,5%
Platin - Rodi (13%)/ Platin f = 0,51mm
- 50 ¸ 1500
- 0,226 ¸ 17,445
(00C ¸ 5380C) : ± 1,4%
(5380C ¸ 15000C) : ± 0,25%
Lonfram - Reni (5%)/ Lonfram - Reni (26%)
0 ¸ 2700
0 ¸ 38,45
+ Thang đo nhiệt độ
- Thang đo nhiệt độ tuyệt đối K
Người ta lấy nhiệt độ cuẩ điểm cân bằng của ba trạng thái nước - nước đá - hơi một giá trị bằng 273,15K.
Từ thang đo này xác định được thang đo Celsius và Fahrenheit
+ Thang Celsius: 0C
Do Andreas Celsius (Thuỵ Điển) đưa ra năm 1742. Trong thang này thì mật độ C (0C) cũng bằng một độ K. Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin được cho theo biểu thức:
T (0C) = T (K) - 273,15
+ Thang Fahrenheit:
Do Fahrenheit đưa ra năm 1706, quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và Fahrenheit:
T (0C) = [T (0F) - 32]
T (0F) = T (0C) + 32
Bảng giá trị tương ứng một số nhiệt độ quan trọng của 3 thang đo
Nhiệt độ
K
0C
0F
Điểm không tuyệt đối
0
- 273,15
- 459,67
Hoà hợp nước - nước đá
273,15
0
32
Cân bằng nước - nước đá - hơi
273,16
0,01
32,018
Nước sôi
373,15
100
212
3.1.2.2. Bộ điều khiển công suất.
Có nhiều phương pháp điều khiển công suất nhưng phương pháp dùng 2 thyistor mắc xung đối được sử dụng nhiều.
Khi có xung điều khiển thì hai thyristor sẽ lần lượt mở cho dòng đi qua. Ta có thể điều khiển góc mở của thyristor bảo đảm cho công suất lò thay đổi từ 0 đến giá trị lớn nhất.
Phương pháp này cho phép điều chỉnh trong phạm vi rộng, đáp ứng yêu cầu điều khiển, độ chính xác điều khiển tương đối cao, độ nhạy điều chỉnh tương đối lớn, có khả năng điều chỉnh liên tục và đều đặn.
Dựa vào yêu cầu về chất lượng điều khiển và các trang thiết bị sẵn có, trong đồ án này chọn phương pháp điều chỉnh công suất lò dùng 2 thyristor mắc xung đối để điều khiển lò điện trở. Phương pháp điều khiển có thể là điều biên hay điều khiển khoảng thời gian đóng ngắt của thyristor. Ậ đây ta chọn phương pháp điều khiển biên.
a. Cấu tạo và nguyên...

---