chơng trình môN Học THiết bị đo và điều khiển tự động Mã số của môn học: MH 21 Thời gian của môn học: 75h; (Lý thuyết: 35h; Thực hành, Bài tập: 40h) I. Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Môn học đợc bố trí sau khi sinh viên đã học xong các môn học chung, Vẽ kỹ thuật điện, Cơ sở kỹ thuật điện, Cơ ứng dụng, thực hành điện cơ bản, Vật liệu điện, Khí cụ điện, Máy điện, cùng các môn học/môđun chuyên môn nghề. - Tính chất của môn học: Môn học chuyên môn nghề bắt buộc. II. Mục tiêu của môn học: - Điều khiển đợc các hệ thống tự động hóa trong sản xuất công nghiệp bằng các máy; Máy điều chỉnh tỷ lệ P, Máy điều chỉnh tích phân I, Máy điều chỉnh vi tích phân PD, Máy điều chỉnh PI , Máy điều chỉnh PID. + Mô tả các đối tợng công nghiệp. + Mô phỏng, khảo sát chất lợng hệ thống bằng ngôn ngữ mô phỏng TUTSIM + Sai số của phép đo phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị cho phép. - Sử dụng, điều chỉnh thành thạo các khâu điều khiển; tỷ lệ -P- Proportimal, tích phân -I- Integral, tỷ lệ tích phân -PI- Proportimal Integral, tỷ lệ vi-tích phân -PID- Proportimal Integral Darivave thiết bị/ hệ thống điều khiển. - Trình bày đợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại khâu điều khiển. - Lựa chọn và lắp đặt các loại máy đo/thiết bị đo, các khâu điều khiển thích hợp cho từng trờng hợp đo cụ thể. - Phân tích chính xác các khâu trong hệ thống điều khiển. - Phân tích chính xác các khâu điều khiển tự động trong điều khiển các đối tợng công nghiệp phức tạp. III. Nội dung môn học: 1. Nội dung và phân phối thời gian: Số TT Tên chơng mục Thời gian Tổng số Lý thuyết Thực hành, Bài tập Kiểm tra * (LT hoặc TH) I Thiết bị đo và điều khiển 47 22 25 1 Các quy luật điều chỉnh lí tởng 08 08 00 1 1.1 Quy luật tỷ lệ -P- Proportimal 02 02 00 1.2 Quy luật tích phân -I- Integral 02 02 00 126 1.3 Quy luật tỷ lệ tích phân -PI- Proportimal Integral 02 02 00 1.4 Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi-tích phân -PID- Proportimal Integral Darivave 02 02 00 2 Cấu trúc của máy điều chỉnh tuyến tính 27 10 17 1 2.1 Máy điều chỉnh tỉ lệ 03 01 02 2.2 Cấu trúc máy điều chỉnh tỉ lệ PI 05 02 03 2.3 Cấu trúc máy điều chỉnh tỷ lệ-vi tích phân -PID 05 02 03 2.4 Khảo sát chất lợng hệ thống bằng ngôn ngữ mô phỏng TUTSIM 06 02 04 2.5 Hệ thống có phần tử phi tuyến 03 01 02 2.6 Các máy điều chỉnh điện 05 02 03 3 Điều khiển tự động - truyền động điện 12 04 08 1 3.1 Khái niệm chung 01 01 00 3.2 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian 03 01 02 3.3 Điều khiển theo nguyên tắc tốc độ 04 01 03 3.4 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 04 01 03 II Tự động hóa các quá trình công nghiệp 28 13 15 4 Các khái niệm và định nghĩa 05 05 00 4.1 Các hệ thống tự động hóa phục vụ sản xuất công nghiệp. 03 03 00 4.2 Các kí hiệu, quy ớc của hệ thống điều khiển tự động hóa trên bản vẽ 01 01 00 4.3 Sơ lợc yêu cầu nguồn năng lợng 01 01 00 5 Mô tả đối tợng công nghiệp 09 03 06 1 5.1 Giới thiệu các phơng pháp mô hình hóa để nhận dạng đối tợng đo 01 01 00 5.2 Cách mô tả đối tợng trong các mô hình 05 01 04 5.3 Mô tả đối tợng thờng dùng điều 03 01 02 127 khiển tự động của tự động hóa 6 Điều khiển các đối tợng công nghiệp phức tạp 14 05 09 1 6.1 Đặc điểm 01 01 00 6.2 Cấu trúc hệ điều khiển đối tợng 01 01 00 6.3 Một số ví dụ phân tích hệ điều khiển 03 01 02 6.4 Phơng pháp bù trễ của đối tợng - l- ợng ra 04 01 03 6.5 Tự động hóa các nồi hơi công nghiệp 05 01 04 Tổng cộng 75 35 40 5 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết đợc tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra thực hành đợc tính vào giờ thực hành. 2. Nội dung chi tiết: I. Phần 1: Thiết bị đo và điều khiển Chơng 1: Các quy luật điều chỉnh lí tởng Mục tiêu: Trình bày đợc các quy luật điều chỉnh P, I, PI, PID Nội dung: Thời gian thực hiện: 08h (LT: 08h; TH, BT: 0h) 1.1. Quy luật tỷ lệ- P- Proportimal. Thời gian: 02h 1.2. Quy luật tích phân- I- Integral. Thời gian: 02h 1.3. Quy luật tỷ lệ tích phân -PI- Proportimal Integral. Thời gian: 02h 1.4. Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi-tích phân- PID- Proportimal Integral Darivave. Thời gian: 02h Chơng 2: Cấu trúc của máy điều chỉnh tuyến tính Mục tiêu: - Trình bày đợc cấu trúc của các máy điều chỉnh tỉ lệ. - Khảo sất chất lợng hệ thống bằng ngôn ngữ mô phỏng TUTSIM Nội dung: Thời gian thực hiện: 27h (LT: 10h; TH, BT: 17h) 2.1. Máy điều chỉnh tỉ lệ Thời gian: 03h 2.2. Cấu trúc máy điều chỉnh tỉ lệ PI 2.2.1. Cấu trúc không có phản hồi vị trí 2.2.2. Cấu trúc có phản hồi vị trí 2.2.3. Cấu trúc nối tiếp PI-P Thời gian: 05h 128 2.3. Cấu trúc máy điều chỉnh tỷ lệ-vi tích phân -PID 2.3.1. Cấu trúc không có phản hồi vị trí 2.3.2. Cấu trúc có phản hồi vị trí 2.3.3. Cấu trúc nối tiếp PD-PI Thời gian: 05h 2.4. Khảo sát chất lợng hệ thống bằng ngôn ngữ mô phỏng TUTSIM 2.4.1. Các khối mô phỏng 2.4.2. Chạy chơng trình mô phỏng Thời gian: 06h 2.5. Hệ thống có phần tử phi tuyến 2.5.1. Khái niệm 2.5.2. Một số khâu phi tuyến điển hình trong công nghiệp 2.5.3. Rút gọn các khâu phi tuyến Thời gian: 03h 2.6. Các máy điều chỉnh điện 2.6.1. Máy điều chỉnh tỷ lệ P 2.6.2. Máy điều chỉnh tích phân I 2.6.3. Máy điều chỉnh vi tích phân PD 2.6.4. Máy điều chỉnh PI 2.6.5. Máy điều chỉnh PID Thời gian: 05h Chơng 3: Điều khiển tự động - truyền động điện Mục tiêu: - Trình bày đợc khái niệm chung về điều khiển tự động - truyền động đ iện - Trình bày đợc các nguyên tắc điều khiển theo thời gian, tốc độ, dòng điện Nội dung: Thời gian thực hiện: 12h (LT: 04h; TH, BT: 08h) 3.1. Khái niệm chung 3.1.1. Các yêu cầu đối với hệ thống 3.1.2. Sơ đồ điện Thời gian: 01h 3.2. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian 3.2.1. Nội dung nguyên tắc 3.2.2. Các khâu điển hình điều khiển theo nguyên tắc thời gian 3.2.3. Nhận xét về quá trình điều khiển theo nguyên tắc thời gian Thời gian: 03h 3.3. Điều khiển theo nguyên tắc tốc độ 3.3.1. Nội dung nguyên tắc Thời gian: 04h 129 3.3.2. Các khâu điển hình điều khiển động cơ theo nguyên tắc tốc độ 3.4. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 3.4.1. Nội dung nguyên tắc 3.4.2. Các khâu điển hình điều khiển động cơ theo nguyên tắc dòng điện Thời gian: 04h II. Phần II : Tự động hóa các quá trình công nghiệp Chơng 4: Các khái niệm và định nghĩa tự động hóa các quá trình công nghiệp Mục tiêu: - Trình bày đợc một số hệ thống tự động hóa phục vụ sản xuất công nghiệp. - Trình bày đợc các kí hiệu, quy ớc của hệ thống điều khiển tự động hóa trên bản vẽ. - Trình bày đợc các yêu cầu nguồn năng lợng trong hệ thống tự động hóa Nội dung: Thời gian thực hiện: 05h (LT: 05h; TH, BT: 0h) 4.1. Các hệ thống tự động hóa phục vụ sản xuất công nghiệp. 4.1.1. Hệ thống sản xuất công nghiệp và tự động hóa 4.1.2. Quan hệ qua lại giữa hệ thống sản xuất và hệ thống tự động hóa Thời gian: 03h 4.2. Các kí hiệu, quy ớc của hệ thống điều khiển tự động hóa trên bản vẽ Thời gian: 01h 4.3. Sơ lợc yêu cầu nguồn năng lợng 4.3.1. Tiêu chuẩn nguồn điện 4.3.2. Tiêu chuẩn khí nén Thời gian: 01h Chơng 5: Mô tả đối tợng công nghiệp Mục tiêu: - Trình bày đợc các phơng pháp mô hình hóa để nhận dạng đối tợng đo - Trình bày đợc cách mô tả đối tợng trong các mô hình Nội dung: Thời gian thực hiện: 09h (LT: 03h; TH, BT: 06h) 5.1. Giới thiệu các phơng pháp mô hình hóa để nhận dạng đối tợng đo 5.1.1. Mô hình lý thuyết 5.1.2. Mô hình thực nghiệm Thời gian: 01h 5.2. Cách mô tả đối tợng trong các mô hình 5.2.1: Mô hình vật lý 5.2.2. Mô hình lý thuyết Thời gian: 05h 130 5.2.3. Mô hình thống kê 5.3. Mô tả đối tợng thờng dùng điều khiển tự động của tự động hóa 5.3.1. Khái quát các trạng thái hệ 5.3.2. Phơng trình trạng thái mô tả hệ Thời gian: 03h Chơng 6: Điều khiển các đối tợng công nghiệp phức tạp Mục tiêu: - Trình bày đợc đặc điểm, cấu trúc điều khiển các đối tợng công nghiệp phức tạp - Trình bày đợc phơng pháp bù trễ của đối tợng - lợng ra. - Trình bày đợc quy trình tự động hóa các nồi hơi công nghiệp Nội dung: Thời gian thực hiện: 14h (LT: 05h; TH, BT: 09h) 6.1. Đặc điểm Thời gian: 01h 6.2. Cấu trúc hệ điều khiển đối tợng Thời gian: 01h 6.3. Một số ví dụ phân tích hệ điều khiển Thời gian: 03h 6.4. Phơng pháp bù trễ của đối tợng - lợng ra Thời gian: 04h 6.5. Tự động hóa các nồi hơi công nghiệp 6.5.1. Đặc điểm công nghệ và thiết bị 6.5.2. Nồi hơi - đối tợng điều khiển 6.5.3. Sơ đồ thu thập thông tin và điều khiển tự động Thời gian: 05h IV. Điều kiện thực hiện chơng trình: - Máy móc, dụng cụ và trang thiết bị: + Nguồn điện AC 1 pha, 3 pha điều chỉnh đợc. + Nguồn điện DC điều chỉnh đợc. + Bộ thí nghiệm về mạch điện DC. + Bộ thí nghiệm về mạch điện AC 1pha, 3 pha. + Project Board. + Máy điều chỉnh tỉ lệ các loại + Cấu trúc điều chỉnh lí tởng các loại + Mô hình nồi hơi tự động điều khiển + Ampemét các loại. + Vôn mét các loại. + Đồng hồ vạn năng các loại. + Máy biến dòng điện các loại. 131 + Máy biến điện áp các loại. + Mêgômmét các loại. + Terômét các loại. + Ampe kìm các loại. + Mỏ hàn xung công xuất nhỏ. + Kìm điện các loại (Kìm răng, kìm nhọn, kìm cắt, kìm tuốt dây, kìm ép đầu cốt). + Tuốc-nơ-vít đa năng. + Máy điều chỉnh các loại P, I, PI, PD, PID. + Mô hình điều khiển tự động nồi hơi. - Nguyên vật liệu: + Dây dẫn điện các loại. + Dây buộc/rút bằng nhựa các loại. + Đầu cốt các cỡ. + giẻ lau bằng vải trắng. V. Phuơng pháp và nội dung đánh giá: - Về kiến thức: Trong môn học sau mỗi chơng sẽ có một bài kiểm tra viết, trắc nghiệm nhằm đánh giá: + Khả năng nắm bắt, tiếp thu của học sinh về các cấu trúc, quy luật điều chỉnh; tỷ lệ -P- Proportimal, tích phân -I- Integral, tỷ lệ tích phân -PI- Proportimal Integral, tỷ lệ vi-tích phân -PID- Proportimal Integral Darivave + Đánh giá mức độ tiếp thu của học sinh về cấu tạo, nguyên tắc điều chỉnh của các máy điều chỉnh; Máy điều chỉnh tỷ lệ P, Máy điều chỉnh tích phân I, Máy điều chỉnh vi tích phân PD, Máy điều chỉnh PI , Máy điều chỉnh PID. + Trình bày bắt đợc các nguyên tác điều khiển - truyền động điện. + Khả năng mô phỏng các đối tơng công nghiệp. + Khả năng tính toán, thiết kế các mạch điện tử cơ bản. - Về kỹ năng: + Kỹ năng lắp ráp các mạch theo yêu cầu thiết kế, tính toán. + Phân tích sự cố h hỏng, xử lý thay thế các linh kiện mới hoặc linh kiện tơng đơng. + Điều chỉnh thành thạo các máy điều chỉnh; Máy điều chỉnh tỷ lệ P, Máy điều chỉnh tích phân I, Máy điều chỉnh vi tích phân PD, Máy điều chỉnh PI, Máy điều chỉnh PID. + Lập trình đợc các ngôn ngữ mô phỏng TUTSIM để khảo sát chất lợng hệ thống điều khiển. 132 - Về thái độ: + Cẩn thận + Tỉ mỷ, chính xác. + Tự giác. VI. Hớng dẫn chơng trình : 1. Phạm vi áp dụng chơng trình : Chơng trình môn học đợc sử dụng để giảng dạy cho trình độ Cao đẳng nghề Đo lờng điện, làm tài liệu tham khảo cho các cấp trình độ và các ngành nghề liên quan. 2. Hớng dẫn một số điểm chính về phơng pháp giảng dạy môn học : Giáo viên trớc khi giảng dạy cần phải căn cứ vào nội dung của từng bài học, chuẩn bị đầy đủ các điều kiện thực hiện bài học để đảm bảo chất lợng giảng dạy. 3. Những trọng tâm chơng trình cần chú ý : - Các quy luật điều chỉnh P, I, PI, PID - Cấu trúc của các máy điều chỉnh tỉ lệ. - Khảo sất chất lợng hệ thống bằng ngôn ngữ mô phỏng TUTSIM - Khái niệm chung về điều khiển tự động - truyền động đ iện - Các nguyên tắc điều khiển theo thời gian, tốc độ, dòng điện - Một số hệ thống tự động hóa phục vụ sản xuất công nghiệp. - Các kí hiệu, quy ớc của hệ thống điều khiển tự động hóa trên bản vẽ. - Các yêu cầu nguồn năng lợng trong hệ thống tự động hóa - Các phơng pháp mô hình hóa để nhận dạng đối tợng đo - NCách mô tả đối tợng trong các mô hình - Đặc điểm, cấu trúc điều khiển các đối tợng công nghiệp phức tạp - Phơng pháp bù trễ của đối tợng - lợng ra. - Quy trình tự động hóa các nồi hơi công nghiệp 6.4. Tài liệu cần tham khảo: - Hớng dẫn môn học Thiết bị đo và điều khiển tự động. - Giáo trình lý thuyết. - Phiếu thực hành. - Bộ ngân hàng câu hỏi thi, kiểm tra. - Giáo trình Trang bị điện - điện tử cho máy công nghiệp dùng chung - Vũ Quang Hồi - NXB GD. - Vi điện tử số - Nguyễn Quang Trung - NXB GD. - Tự chon 10.000 mạch điện tử - Nguyễn Khuyến - NXB KHKT . 133 - Đo lờng và điều khiển bằng máy tính - Ngô Diên Tập - NXB KHKT. - Điều khiển tự động truyền động điện - Trịnh Đình Đề - NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. - Tự động điều khiển các quá trình công nghiệp - Trần Doãn Tiến - NXB GD. 134 . loại. + Vôn mét các loại. + Đồng hồ vạn năng các loại. + Máy bi n dòng điện các loại. 131 + Máy bi n điện áp các loại. + Mêgômmét các loại. + Terômét các. 00 1.4 Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi-tích phân -PID- Proportimal Integral Darivave 02 02 00 2 Cấu trúc của máy điều chỉnh tuyến tính 27 10 17 1 2.1 Máy điều