NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________ 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _____________ 2 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Bộ môn Điều khiển tự động, thầy Hoàng Minh Trí cùng các thầy cô khác đã hướng dẫn tận tình , cung cấp cho em những kiến thức quý báu cho em trong thời gian thực hiện luận văn. Em cũng chân thành cảm ơn sự hổ trợ, đóng góp ý kiến của bạn bè. Đây là lần đầu em làm Luận Văn , do đó sự thiếu sót hay khiếm khuyết là điều không tránh khỏi. Em chân thành cám ơn sự đóng góp các ý kiến chuyên môn để khả năng kỹ thuật của em được mở rộng. Chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện Nguyễn Ngọc Nhân Tháng 1 / 2002 3 MỤC LỤC Phần 1. LÝ THUYẾT Chương 1. Các khối cơ bản trong điều khiển nhiệt độ Chương 2. Nhiệt độ – Các loại cảm biến nhiệt độø 1. Nhiệt độvà các thang đo nhiệt độø 2. Các loại cảm biết nhiệt độ hiện tại 2.1. Thermocouple 2.2. RTD 2.3. Thermistor 2.4. IC cảm biến 3. Thermocouple và hiệu ứng Seebeck 3.1. Hiệu ứng Seebeck 3.2. Quá trình dẫn điện trong Thermocouple 3.3. Cách đo hiệu điện thếø 3.4. Bù nhiệt của môi trường 3.5. Các loại Thermocouple 3.4. Một số nhiệt độ chuẩn Chương 3. Các phương pháp biến đổi AD Card PCL-818 của Advantech 1. Sơ lược các phương pháp biến đổi AD 1.1. Biến đổi AD dùng bộ biến đổi DA 1.2. Bộ biến đổi Flash-AD 1.3. Bộ biến đổi AD theo hàm dốc dạng lên xuống 1.4. Bộ biến đổi AD dùng chuyển đổi áp sang tần số 1.5. Bộ biến đổi AD theo tích phân 2 độ dốc 2. Card AD - PCL818 của hãng Advantech 2.1. Các thanh ghi của Card 4 2.2. Chuyển đổi A/D , D/A , D/I , D/O Chương 4. Các phương pháp điều khiển Phương pháp PID số 1. Các phương pháp điều khiển 1.1 Điều khiển On - Offø 1.2. Điều khiển bằng khâu tỷ lệ 1.3. Điều khiển bằng khâu vi phân tỷ lệ PD 1.2. Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỷ lệ PID 2. Phương pháp điều khiển PID số 3. Thiết kế PID số 4. Điều khiển PID trong hệ thống điều khiển nhiệt độ Chương 5. Các Loại Mạch Kích Và Solid State Relay ( SSR ) 1. Đóng ngắt bằng OpTo - Triac 2. Contactor Quang – Solid State Relay Chương 6 . Các loại IC khác 1. IC Khác 2. OP07 Phần 2. Phần Cứng 62 Khối cảm biến và mạch gia công Phần 3. Lưu đồ giải thuật và chương trình 67 1.Lưu đồ giải thuật 2.Chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ Delphi Biểu đồ khảo sát hệ thống nhiệt Tài liệu tham khảo 102 5 LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta biết, nhiệt độ là một trong những thành phần vật lý rất quan trọng. Việc thay đổi nhiệt độ của một vật chất ảnh hưởng rất nhiều đến cấu tạo, tính chất, và các đại lượng vật lý khác của vật chất. Ví dụ, sự thay đổi nhiệt độ của 1 chất khí sẽ làm thay đổi thể tích, áp suất của chất khí trong bình. Vì vậy, trong nghiên cứu khoa học, trong công nghiệp và trong đời sống sinh hoạt, thu thập các thông số và điều khiển nhiệt độ là điều rất cần thiết. Trong các lò nhiệt, máy điều hoà, máy lạnh hay cả trong lò viba, điều khiển nhiệt độ là tính chất quyết đònh cho sản phảm ấy. Trong ngành luyện kim, cần phải đạt đến một nhiệt độ nào đó để kim loại nóng chảy, và cũng cần đạt một nhiệt độ nào đó để ủ kim loại nhằm đạt được tốt các đặc tính cơ học như độ bền, độ dẻo, độ chống gỉ sét, … . Trong ngành thực phẩm, cần duy trì một nhiệt độ nào đó để nướng bánh, để nấu, để bảo quản, … . Việc thay đổi thất thường nhiệt độ, không chỉ gây hư hại đến chính thiết bò đang hoạt động, còn ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, ngay cả trên chính sản phẩm ấy. Có nhiều phương pháp để điều khiển lò nhiệt độ. Mỗi phương pháp đều mang đến 1 kết quả khác nhau thông qua những phương pháp điều khiển khác nhau đó. Trong nội dung luận văn này, sẽ cho ta phương pháp điều khiển On-Off , PI và điều khiển PID thông qua Card AD giao tiếp với máy tính PCL818. Mọi dữ liệu trong quá trình điều khiển sẽ được hiển thò lên máy tính dựa trên ngôn ngữ lập trình Delphi. 6 7 1 1 CÁC KHỐI CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ Hệ thống điều khiển nhiệt độ thông dụng trong công nghiệp bao gồm : Như vậy mạch của chúng ta có những khối cơ bản như sau : • Khối cảm biết và gia công : sử dụng cảm biến nhiệt độ là Thermocouple, lấy tín hiệu thông qua Op-Amp OP-07, đưa nhiệt độ cần xử lý về ngõ vào Analog của bộ biến đổi AD. • Bộ biến đổi AD : đây là mạch lấy tín hiệu AD để xử lý thông qua Card AD PCL-818 của hãng Advantech. Thông 8 Cảm biến và mạch gia công Mạch kích và lò nhiệt Màn hình hiển thò Máy tính và Chương trình điều khiển Card AD/DA PCL-818L qua đó, Card AD này sẽ đưa giá trò nhiệt độ và các thông số khác cho máy tính xử lý. Ngoài ra PCL-818 còn là Card DA với nhiệm vụ điều khiển mạch kích cho mạch nhiệt độ. • Mạch công suất : mạch này sẽ bò tác động trực tiếp bới PCL-818, với nhiệm vụ kích ngắt lò trong quá trình điều khiển. Linh kiện sử dụng trong mạch này là Solid State Relay(SSR). • Khối xử lý chính :có thể xem máy tính là khối xử lý chính. Với ngôn ngữ lập trình Delphi, máy tính sẽ điều khiển quá trình đóng, ngắt lò. • Màn hình hiển thò : là màn hình giao diện của Delphi. Các giá trò, cũng nhu các thông số, những tác động kỹ thuật sẽ tác động trực tiếp trên màn hình này. Các hãng kỹ thuật ngày nay đã tích hợp các thành phần trên thành sản phẩm chuyên dùng và bán trên thò trường. Có những chương trình giao diện ( như Visual Basic ) và có những nút điều khiển, thuận lợi cho người sử dụng. Có thể chọn khâu khuếch đại P, PI, PD hay PID của các hãng. 9 Contronautics, Incorporated Simpson Electric Company… Trở lại mô hình điều khiển nhiệt, sơ đồ các khối cơ bản trên đã mô hình hoá quá trình điều khiển lò nhiệt. Để tìm hiểu rõ hơn về các chi tiết khác cũng như phương pháp và các thiết bò kỹ thuật được sử dụng, chúng ta sẽ xem xét thông các chương tiếp theo. 10 [...]... cảm biến nhi t độ thông thường Việc chọn lựa thi t bò để ho t động chính xác tuỳ thuộc vào nhi t độ t i đa, t i thiểu cần đo, độ chính xác và những điều kiện về môi trường Trước h t, chúng ta t m hiểu các khái niệm về nhi t độ 1 NHI T ĐỘ VÀ CÁC THANG ĐO NHI T ĐỘ Galileo được cho là người đầu tiên ph t minh ra thi t bò đo nhi t đ , vào khoảng năm 1592 Ông ta làm thí nghiệm như sau : trên m t bồn hở...2 NHI T ĐỘ CÁC LOẠI CẢM BIẾN NHI T ĐỘ THÔNG DỤNG Nhi t độ là thành phần chủ yếu trong hệ thống thu thập dữ liệu Do vậy, nếu chọn lựa thi t bò đo lường nhi t độ chính xác ta có thể ti t kiệm chi phí năng lượng, t ng độ an toàn và giảm thời gian kiểm tra… thi t bò đo lường nhi t độ thường dùng là cảm biến nhi t độ Cặp nhi t điện, điện trở nhi t, thermistors and infrared thermometers là những... thermocouple và đưa vào bảng tra Thực t sử dụng thì nhi t độ tham chiếu thường là nhi t độ của môi trường t i nơi mạch ho t động nên không thể bi t nhi t độ này là bao nhiêu và do đó vấn đề bù trừ nhi t độ được đ t ra để sao cho ta thu được hiệu điện thế chỉ phụ thuộc vào nhi t độ cần đo mà thôi Bù trừ nhi t độ không có nghóa là ta ước lượng trước nhi t độ môi trường rồi khi đọc giá trò hiệu điện thế thì trừ... Fahrenheit( bằng cách dòch chuyển các giá trò nhi t độ) Thang Celsius : Trong thang đo này, đơn vò nhi t độ là (°C ), m t độ Celsius bằng m t độ Kelvin Quan hệ giữa nhi t độ Celsius và nhi t độ Kelvin được xác đònh bằng biểu thức : T( °C) = T( °K) - 27 3,1 5 Thang Fahrenheit : T( °C) =5/9 {T( °F) – 32} T( °F) =9/5 T( °C) + 32 2 CÁC LOẠI CẢM BIẾN HIỆN T I T y theo lónh vực đo và điều kiện thực t mà có thể chọn m t. .. quan trọng bởi 18 vì hai hiệu điện thế sinh ra luôn đối nhau nên luôn tri t tiêu nhau không phụ thuộc giá trò của nhi t độ) 3.4 Bù nhi t của môi trường Như trên đã phân t ch, khi dùng thermocouple thì giá trò hiệu điện thế thu được bò ảnh hưởng bởi hai loại nhi t độ : nhi t độ cần đo và nhi t độ tham chiếu Cách gán 0°C cho nhi t độ tham chiếu thường chỉ làm trong thí nghiệm để r t ra các giá trò của thermocouple... khí lý t ởng Kelvin thi t lập khái niệm về độ 0 tuy t đối và t m đo này được chọn là tiêu chuẩn cho đo nhi t hiện đại Thang Kelvin : đơn vò là K Trong thang Kelvin này, người ta gán cho nhi t độ cho điểm cân bằng của ba trạng thái: nước – nước đá – hơi mp6 5t giá trò số bằng 273.15K T thang nhi t độ nhi t động học tuy t đối( Thang Kelvin ), người ta đã xác đònh thang mới là thang Celsius và thang Fahrenheit(... qu t từ kênh Start đến kênh Stop rồi lặp lại t đầu Ví dụ nếu kênh Start là 4 và Stop là 7 thì qu t tuần t 4, 5, 6, 7, 4, 5, 6, 7 Nếu cài đ t chế độ 8 đầu vào vi sai thì c1c bit CH3 và CL3 phải là 0 Nếu chỉ chon m t kênh để biến đổi A/D thì nên cài đ t kênh k t thúc và b t đầu với cùng m t trò số ( cũng là trò số của kênh cần thực hiện biến đổi A/D ) BASE+2 (Vi t) – Các kênh qu t đầu và cuối Bit... J2 và J3 Do J3 là mối nối của đồng với đồng nên không ph t sinh ra hiệu điện th , còn J2 là mối nối giữa đồng với constantan nên t o ra hiệu điện thế v2 Vì vậy k t quả đo được là hiệu của v 1 và v2 Điều này nói lên rằng chúng ta không thể bi t nhi t độ t i J 1 nếu chúng ta không bi t nhi t độ t i J 2, t c là để bi t được nhi t độ t i đầu đo thì chúng ta cũng cần phải bi t nhi t độ môi trường nữa M t trong... điện áp vào v A Vì vậy, ở cuối thời điểm nạp, t sẽ có m t điện áp t lệ với điện áp vào Cũng vào lúc này, t được xả tuyến t nh với m t dòng hằng r t ra t điện áp tham chiếu chính xác vref Khi điện áp trên t giảm về 0 thì quá trình xả k t thúc Trong su t khoảng thời gian xả này, m t tần số tham chiếu được dẫn đến m t counter và b t đầu đếm Do khoảng thời gian xả t lệ với điện áp trên t lúc trước... đổi của nhi t độ chứ không bi t nó là bao nhiêu vì chưa có m t tầm đo cho nhi t độ 11 Đầu những năm 170 0, Gabriel Fahrenheit, nhà chế t o thi t bò đo người Hà Lan, đã t o ra m t thi t bò đo chính xác và cho phép lặp lại nhiều lần Đầu dưới của thi t bò được gán là 0 đ , đánh dấu vò trí nhi t của nước đá trộn với muối (hay ammonium chloride) vì đây là nhi t độ thấp nh t thời đó Đầu trên của thi t bò được . khâu vi phân t lệ PD 1.2. Điều khiển bằng khâu vi t ch phân t lệ PID 2. Phương pháp điều khiển PID số 3. Thi t kế PID số 4. Điều khiển PID trong hệ thống điều khiển nhi t độ Chương 5 các thông số và điều khiển nhi t độ là điều r t cần thi t. Trong các lò nhi t, máy điều ho , máy lạnh hay cả trong lò viba, điều khiển nhi t độ là t nh ch t quy t đònh cho sản phảm ấy. Trong. nhi t điện, điện trở nhi t, thermistors and infrared thermometers là những loại cảm biến nhi t độ thông thường. Việc chọn lựa thi t bò để ho t động chính xác tuỳ thuộc vào nhi t độ t i đa, t i