Ch 7: Điều khiển q trình q Q trình cơng nghiệp phân thành loại: • Q trình rời rạc: nhóm cơng đoạn rời rạc có điều kiện bắt đầu (từng cơng đoạn) rõ ràng Khi nhóm cơng đoạn có điểm bắt đầu, điểm kết thúc hình thức điều khiển xác định, q trình gọi q trình có trình tự • Q trình liên tục: q trình có tín hiệu vào / liên tục (khơng bị ngắt qng) Có tín hiệu vào (bộ điều khiển) thay đổi cho để trì tín hiệu mong muốn Tín hiệu xác định một/nhiều chế độ điều khiển © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-1 7.1 Điều khiển q trình rời rạc © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-2 Điều khiển trình trình tự (sequential process) ( ) Hầu hết trình rời rạc mang tính © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-3 Hình thức mơ tả q trình Để mơ tả hoạt động q trình rời rạc, ta dùng: • Danh sách mệnh lệnh (statement list) Bước 1: Cho vắt mì, bột nêm dầu vào tô Bước 2: Chế khoảng 400cc nước sôi vào, đậy nắp lại phút Bước 3: Sau dùng • Biểu đồ thời gian (timing diagram) © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-4 Hình thức mơ tả q trình • Lưu đồ chức (sequential function chart) © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-5 Hình thức mơ tả q trình • Lưu đồ trạng thái (state chart) g ( ) Step No Sol A Sol B Sol C Sol D Motor × × × × × × × × × × ì ì â C.B Pham ì K thuật điều khiển tự động 7-6 Hình thức mơ tả q trình • Mạch điện sơ đồ bậc thang (ladder diagram circuit) © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-7 Rơle mạch điều khiển logic g g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-8 Rơle mạch điều khiển logic g g Rơle cấu tạo để tạo nên nhiều cặp tiếp điểm © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-9 Rơle mạch điều khiển logic g g Rơle thực chức logic © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-10 Rơle mạch điều khiển logic g g Thí dụ: Trong ngân hàng, có nhân viên chịu trách nhiệm mở két sắt Mỗi người giữ chìa khóa (tức chìa khóa khơng giống nhau) Theo quy định ngân hàng, nhân viên phải có mặt để mở két sắt Vẽ sơ đồ mạch điện bậc thang dùng để mở cửa két sắt làm sáng bóng đèn có số chìa khóa sử dụng © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-11 Thiết kế mạch điều khiển trình tự Ý tưởng việc thiết kế là: • Dùng rơle điều khiển cho buớc q trình • Khi q trình làm việc bước đó, rơle điều khiển gắn liền với bước kích hoạt rơle khác khơng kích hoạt hoạt • Số bước q trình tương ứng 1-1 với số trạng thái điều khiển Mỗi trạng thái điều khiển biễu diễn nhánh mạch điều khiển bậc thang Giả sử q trình có bước liền kế bước i, bước j, buớc k Nhánh thứ j mạch điều khiển có dạng tổng qt sau: © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-12 Thiết kế mạch điều khiển trình tự Quá trình thiết kế thơng thường bao gồm bước sau: • Bước 1: định nghĩa trình (dùng sơ đồ động / sơ đồ thiết bị) g (trạng thái) g ) • Bước 2: định nghĩa bước ( (dùng biểu đồ chức / lưu đồ trạng thái) ị g ệ ệ (dùng biểu đồ thời g ) g gian) • Bước 3: xác định trạng thái tín hiệu vào / tín hiệu ( • Bước 4: xác định điều kiện chuyển tiếp (dùng biểu đồ thời gian) • Bước 5: xác định hàm tín hiệu (dùng cơng cụ đại số Boolean) • Bước 6: xây dựng mạch điều khiển bậc thang • Bước 7: xây dựng sơ đồ bậc thang tín hiệu • Bước 8: lập hồ sơ thiết kế © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-13 Hệ thống máy khoan tự động g y g • Bước 1: Định nghĩa q trình © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-14 Hệ thống máy khoan tự động g y g • Bước 2: định nghĩa bước © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-15 Hệ thống máy khoan tự động g y g • Bước 3: xác định trạng thái tín hiệu vào / tín hiệu © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-16 Hệ thống máy khoan tự động g y g • Bước 4: xác định điều kiện chuyển tiếp C0.1 Reset C1.2 Start C2.3 LS4 C3.4 LS2 C4.5 LS1 C5.6 LS3 C6.7 LS6 • Bước 5: xác định hàm tín hiệu Step Sol B Step Sol C Step OR Step OR Step Sol D Step Motors © C.B Pham Sol A Kỹ thuật điều khiển tự động 7-17 Hệ thống máy khoan tự động g y g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-18 Hệ thống máy khoan tự động g y g • Bước 6: © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-19 Hệ thống máy khoan tự động g y g • Bước 7: xây dựng sơ đồ bậc thang tín hiệu © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-20 Hệ thống pick-and-place robot g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-21 Hệ thống quay chi tiết g y © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-22 Hệ thống uốn cong chi tiết g g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-23 Hệ thống định vị chi tiết g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-24 Bộ điều khiển lập trình - Programmable Logic Controller PLC thiết kế nhằm thay phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle Nó tạo khả điều khiển thiết bị dễ dàng linh hoạt dựa việc lập trình ề ể ế ễ lệnh logic Ngồi ra, PLC cịn thực tác vụ khác định thì, đếm … © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-25 PLC thiết bị ngoại vi g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-26 Kết nối tín hiệu vào © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-27 Kết nối tín hiệu © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-28 Module xử lý tín hiệu tương tự ý g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-29 Kỹ thuật điều khiển tự động 7-30 Lập trình PLC © C.B Pham 7.2 Điều khiển trình liên tục Ba thao tác chính: - Đ lường Đo l - Ra định - Tác động © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-31 7.2 Điều khiển trình liên tục Khi có thay đổi tải giá trị điều chỉnh, hệ thống điều khiển phải đảm bảo mục tiêu sau: • Giảm thiểu giá trị sai lệch lớn Giai đoạn chuyển tiếp • Giảm thiểu thời gian xác lập ể Giai đoạn xác lập • Giảm thiểu độ sai lệch dư Giá trị sai lệch xác lập gây ma sát, phụ tải, độ xác cảm biến phản hồi Thực chế độ điều khiển thích hợp ế ề ể © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-32 Chế độ điều khiển vị trí Tùy thuộc vào tín hiệu sai lệch, tín hiệu điều khiển có hai giá trị Chế độ điều khiển phù hợp cho q trình có dung lượng tương đối lớn, thí dụ như: hệ thống sưởi, điều khiển mực nước, hệ thống điều hịa khơng khí © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-33 Chế độ điều khiển vị trí Tín hiệu điều khiển có trạng thái (up-off-down, hot-off-cold …) Chế độ điều khiển sử dụng hệ thống mà khơng có trạng thái ngừng cụ thể © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-34 Chế độ điều khiển vị trí Nếu hệ thống điều khiển không thiết kế phù hợp, dao động hệ thống trở nên tăng dần, dẩn đến hệ thống ổn định ầ ẩ ế ố ấ ổ © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-35 Chế độ điều khiển tỷ lệ P (Proportional) ỷ ( ) Với chế độ điều khiển P, tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tín hiệu sai lệch © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-36 Chế độ điều khiển tỷ lệ P ỷ Chế độ điều khiển P đơn giản sở cho hầu hết điều khiển Tuy ầ ế ề ể nhiên chế độ ln có vấn đề bản: tồn giá trị sai số xác lập © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-37 Chế độ điều khiển tích phân I (Integral) ( g ) Với chế độ điều khiển I, tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tích phân tín hiệu sai lệch © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-38 Chế độ điều khiển tích phân I (Integral) ( g ) Chế độ điều khiển I khắc phục sai số xác lập làm giảm tính ổn định tốc độ đáp Kỹ thuật điều khiển tự động 7-39 © C.B Pham hệ thống ứng Chế độ điều khiển đạo hàm D (Derivative) ( ) Với chế độ điều khiển D, tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tốc độ thay đổi tín ề ể ố ổ hiệu sai lệch Chế độ điều khiển D tạo xung lực ban đầu để hệ thống đáp ứng nhanh hơn, sau tạo lực hãm hệ thống tiếp cận đến vị trí mong muốn Tín hiệu chế độ D không phụ thuộc vào giá trị sai lệch → chế độ D không sử dụng riêng biệt © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-40 Chế độ điều khiển PID Chế độ PID sử dụng để kế hợp ưu điểm chế độ © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7-41 ... A Kỹ thuật điều khiển tự động 7- 17 Hệ thống máy khoan tự động g y g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7- 18 Hệ thống máy khoan t ng g y g ã Bc 6: â C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7- 19... Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7- 22 Hệ thống uốn cong chi tiết g g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7- 23 Hệ thống định vị chi tiết g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7- 24 Bộ điều khiển. .. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7- 28 Module xử lý tín hiệu tương tự ý g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 7- 29 Kỹ thuật điều khiển tự động 7- 30 Lập trình PLC © C.B Pham 7. 2 Điều khiển q trình