Đề tài Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ sử dụng thiết bị TCU

Code: mã truy cập chế độ không bảo vệ thông số ( 0 -> 250 ). PID: cho phép truy cập các thông số của bộ PID chính ( PID 1 ). PID2: cho phép truy cập các thông số của bộ PID phụ ( PID 2 ). RtbS: cho phép truy cập hệ số tỉ lệ và hệ số dịch của điểm đặt từ xa. AL: cho phép truy cập các giá trị cảnh báo. *Khoá chế độ ẩn. Các chức năng có thể đặt ở 2 giá trị : LOC ( lookout ): không cho thông số hiển thị . Enbl (enable ): cho phép người dùng thực hiện chức năng của chế độ ẩn. Các chức năng hợp lệ trong chế độ ẩn chức năng được truy cập độc lập với trạng thái của đầu vào người dùng. Các thông số khoá của chế độ ẩn chức năng gồm: AlrS: reset đầu ra cảnh báo. SPSL: chọn điểm đặt địa phương hoặc điểm đặt từ xa. trnf: chọn hoạt động ( tự động, điều chỉnh tay ). tUNE: chọn hoặc bỏ tự chỉnh. 3.5.4. Modul cảnh báo (4_AL). Bộ điều khiển TCU có hai đầu ra cảnh báo AL1 và AL2 có thể hoạt động song song hoặc hoạt động độc lập một trong hai loại (AL1 hoặc AL2). Khi dùng đầu ra cảnh báo phải cài đặt Modul ra (một trong ba loại Relay, SSR Drive, Triac) vào chân cắm của đầu ra cảnh báo. Giá trị cảnh báo được truy cập trong Modul 4_AL, chế độ không bảo vệ thông số , chế độ bảo vệ thông số ( nếu trước đó thông số này chưa bị khoá ). Phạm vi của giá trị cảnh báo khá rộng từ –999 á +9999. Trên bảng điều khiển, đèn báo sẽ hiện AL1 hoặc AL2 báo hiệu đầu ra cảnh báo AL1 hay AL2 tương ứng đang hoạt động. + Lựa chọn kiểu hoạt động cho cảnh báo nhiệt độ quá trình (Act1, Act2). TCU cho phép người dùng khống chế phạm vi an toàn cho nhiệt độ quá trình thông qua hai thông số Act1 (dùng cho AL1) và Act2 (AL2). Đối với ứng dụng đơn giản chỉ yêu cầu nhiệt độ quá trình không vượt quá hoặc nhỏ hơn giá trị nào đó, lựa chọn A_Hi cho cảnh báo mức cao hoặc A_LO cho cảnh báo mức thấp. Nghĩa là khi nhiệt độ quá trình lớn hơn A_Hi hoặc nhỏ hơn A_LO thì đầu ra cảnh báo tích cực. Một cách khống chế nhiệt độ qúa trình khác là kiểm soát nhiệt độ quá trình trong khoảng sai lệch so với điểm đặt, ở đây nhiệt độ quá trình chỉ được phép nhỏ hơn ( hoặc lớn hơn ) tổng của điểm đặt và giá trị cảnh báo. Hãy chọn d_Hi cho mức cao hoặc d_LO cho mức thấp hoặc d_Hi cho mức cao. Với những ứng dụng có yêu cầu khắt khe về khoảng an toàn cho nhiệt độ quá trình hãy chọn b_in hoặc b_Ot cho thông số Act1 ( hoặc Act2 ). Khi lựa chọn b_in, TCU sẽ khống chế nhiệt độ quá trình trong khoảng từ SP-AL á SP+AL . Trong đó: SP là giá trị điểm đặt. AL là giá trị cảnh báo. Nếu nhiệt độ nẵm ngoài khoảng trên sẽ sinh ra sự khiện cảnh báo. Khi lựac chọn b_Ot , nhiệt độ quá trình không được rơi vào phạm vi SP-AL á SP+AL Chú ý: Điểm đặt SP được xét cho cả điểm đặt địa phương và điểm đặt từ xa. Sườn xuống của tín hiệu cảnh báo có xét cả hằng số thời gian trễ AHYS Như vậy có: A_Hi cảnh báo mức cao. A_LO cảnh báo mức thấp. chương 3 hoạt động của thiết bị TCU. PAR giữ 3s Chế độ thường Chế độ không bảo vệ thông số Các modul lập cấu hình thông số Chế độ bảo vệ thông số Chế độ ẩn PAR (không có đầu vào người dùng) DSP PAR PAR PAR PAR (có đầu vào người dùng) Nhập mã Mã phù hợp Mã không phù hợp Hình 10: Truy cập các chế độ hoạt động của TCU. Sự hoạt động và cấu hình bộ điều khiển được phân chia thành 5 chế độ hoạt động / lập trình riêng biệt nhằm đơn giản hoá sự hoạt động của bộ điều khiển: Chế độ thường, chế độ không bảo vệ thông số, chế độ bảo vệ thông số, chế độ ẩn chức năng, chế độ lập cấu hình. Ngoại trừ chế độ thường ra các chế độ còn lại đều có cách truy cập riêng ( xem hình vẽ 10 ). 3.1. Chế độ thường (Normal Display Mode). Tại chế độ thường, nhiệt độ quá trình luôn được hiển thị tại dãy hiển thị trên. Khi ta ấn nút DSP thì 1 trong các thông số hoạt động sau sẽ xuất hiện tại dãy hiển thị dưới: Điểm đặt, % đầu ra, dòng cấp nhiệt, đầu vào tương tự thứ hai (giá trị đặt từ xa ), sai lệch điểm đặt, đơn vị đo nhiệt độ (0C hay 0F ). Mỗi thông số có hai trạng thái: + Khoá: không thể truy cập từ bất kỳ chế độ nào. + Được phép truy cập ở chế độ cho phép Các thông số có tính độc lập cao, khi một thông số này bị khoá không ảnh hưởng tới trạng thái của thông số khác. Chỉ có từ chế độ thường mới có thể chuyển tới các chế độ khác. 3.2. Chế độ không bảo vệ thông số ( Unprotected Parameter Mode). Cách truy cập: từ chế độ thường ấn nút PAR (khi đầu vào người dùng chưa được thiết lập - hình 10 ). Chế độ này cho phép thay đổi các thông số hoạt động của TCU như: thông số của hai bộ điều khiển PID, điểm đặt, % đầu ra, các hệ số của điểm đặt từ xa, các giá trị ngưỡng cảnh báo. Khi tới cuối danh sách, cho phép người vận hành nhập vào các modul cấu hình. Các modul này cho phép truy cập tới các thông số thiết lập cơ bản của bộ điều khiển. Sau khi danh sách các thông số đã được duyệt qua hết thì dãy hiển thị dưới hiện “END” và quay trở lại chế độ thường. Bộ điểu khiển tự động quay trở lại chế độ thường nếu không có một tác động nào được đưa ra. 3.3. Chế độ bảo vệ thông số (Protected Parameter Mode ). Xem hình 10 ta thấy chế độ bảo vệ thông số được truy cập bởi việc ấn nút PAR từ chế độ thường (khi đã có đầu vào người dùng). Chế độ này cho phép thay đổi các thông số hoạt động của TCU như: thông số của hai bộ điều khiển PID, các hệ số của điểm đặt từ xa, các giá trị ngưỡng cảnh báo ( khi không bị khoá ) và mã số truy cập tới chế độ không bảo vệ thông số. Sự khác nhau cơ bản nhất giữa chế độ bảo vệ thông số với chế độ không bảo vệ thông số là: ở chế độ bảo vệ thông số có thể “khoá” không cho phép truy cập tới các thông số của hai bộ điều khiển PID và các giá trị ngưỡng cảnh báo (các thông số này bị khoá ở modul khoá - xem phần 3.5.3 ). Phụ thuộc vào sự trùng khớp giữa mã số nhập tại đây và mã số ở modul khoá mà TCU có thể cho phép chuyển sang chế độ không bảo vệ thông số. Bộ điều khiển quay trở lại chế độ thường nếu không truy cập tiếp tới chế độ không bảo vệ thông số và các modul cấu hình thông số. 3.4. Chế độ ẩn chức năng( Hidden Function Mode). Chế độ ẩn chỉ được truy cập từ chế độ thường bởi việc ấn và giữ nút PAR ba giây (xem hình 10). Người vận hành sử dụng chế độ này để chuyển đổi kiểu hoạt động cho các chức năng cơ bản: + SPSL: Lựa chọn kiểu điểm đặt ( từ xa hay địa phương ). + trnF: Lựa chọn kiểu hoạt động cho bộ điều khiển TCU (điều chỉnh bằng tay hay tự động). + tUNE: Lựa chọn kiểu tự chỉnh. + ALrS: Reset đầu ra cảnh báo, nút UP sẽ reset cảnh báo Alarm1, nút DOWN reset cảnh báo Alarm2. Các chức năng này chỉ hiện lên khi nó không bị khoá trong Modul khoá. 3.5. chế độ lập cấu hình (Configuration of Parameter Mode). Chế độ lập cấu hình có thể được truy cập từ chế độ không bảo vệ thông số (xem hình 10), các modul cấu hình thông số cho phép thiết lập các giới hạn thông số cho ứng dụng riêng biệt. Có 9 modul cấu hình cần thiết lập. 3.5.1. Modul đầu vào (1-In). Tất cả mọi thông số liên quan đến đầu vào đều phải được khai báo tại modul đầu vào. Mỗi thông số thể hiện bởi một biến nhớ gồm bốn Digit. + Khai báo loại thiết bị đo nhiệt độ ( type ): chọn ra loại thiết bị đo nhiệt độ dùng trong quá trình. + Lựa chọn đơn vị đo (SCAL): chọn đơn vị đo nhiệt độ là 0F hay 0C. + Lựa chọn độ phân dải (dCPt): chọn sự biến đổi nhiệt độ là 1 hay 0.1 + Chọn hệ số lọc tín hiệu (FLtr): sử dụng hệ số này để giảm sự ảnh hưởng của nhiễu tới tín hiệu đo. Chọn một trong năm giá trị từ 0 á 4, chọn giá trị càng lớn thì khả năng lọc nhiễu cho tín hiệu vào càng cao nhưng đồng thời tốc độ đáp ứng của TCU lại càng giảm. + Các hệ số tham chiếu (SPAN&SHFt): nhiệt độ quá trình đưa vào TCU và nhiệt độ thực của quá trình có thể tồn tại sai lệch ( do tính không chính xác của thiết bị đo ), khi đó đặt giá trị cho các hệ số tham chiếu này để đạt được mục đích: nhiệt độ đưa vào TCU là nhiệt độ thực của quá trình. Mối quan hệ được biểu diễn qua công thức : Nhiệt độ thực = (nhiệt độ TCU đọc ´ SPAN) + SHFt. + Đặt phạm vi giá trị điểm đặt (SPLO&SPHI): khoảng giới hạn giá trị điểm đặt được phép thay đổi từ giới hạn dưới ( SPLO) tới giới hạn trên ( SPHI ). + Tốc độ tăng điểm đặt ( SPrP – SetPoint Ramp Rate ): người ta không đưa trực tiếp một giá trị điểm đặt vào quá trình mà phải thay đổi từ từ theo tốc độ tăng điểm đặt. Điều này hạn chế sự sốc nhiệt cho quá trình khi giá trị điểm đặt quá lớn. + Đầu vào người dùng: lựa chọn một trong số các hàm được liệt kê. Sử dụng đầu vào người dùng để chuyển hoạt động cho TCU hoặc thực hiện khoá một số chức năng. Khi nối đầu vào người dùng với mức điện áp cao thì sẽ kích hoạt hàm được lựa chọn. + Hệ số chuyển đổi tín hiệu dòng cấp nhiệt (HCur): là hệ số chuyển đổi giữa dòng (tính bằng ampe ) từ bộ biến dòng và dòng qua dây đốt. 3.5.2. Modul ra (2-OP). Tại modul này các lựa chọn sẽ ảnh hưởng tới đầu ra điều khiển: thay đổi mức phụ thuộc của đầu ra vào sự thay đổi nhiệt độ của quá trình và sai lệch của thiết bị đo nhiệt độ. + Chu kì thời gian (CYCt) Chọn chu kì thời gian phụ thuộc vào hằng số thời gian quá trình và sử dụng modul đầu ra dạng nào . CYCt- 0 tới 250s Tốt nhất nên lựa chọn chu kì thời gian bằng 1/10 hằng số thời gian quá trình hay nhỏ hơn tuỳ theo lựa chọn. Nếu chọn chu kì thời gian lớn hơn thì có thể làm suy giảm nhiệt độ điều khiển, còn nếu chọn chu kì thời gian nhỏ hơn thì sẽ có được một số thuận lợi . Khi sử dụng modul đầu ra dang Triac hay Logic/SSR drive với SSR Power Unit thì chu kì thời gian ngắn có thể được chọn. Nếu điểm đặt bằng 0 thì sẽ khiến cho đầu ra điều khiển chính và bộ chỉ thị bị ngắt. Do đó nếu sử đầu ra tương tự để điều khiển thì đầu ra chính và bộ chỉ có thể bị vô hiệu hoá. Điều này không áp dụng với dạng điều khiển van. + Lựa chọn kiểu tác động điều khiển đầu ra (OPAC). Trong những ứng dụng dùng cả hai chức năng nung nóng và làm mát thì cần phải lựa chọn kiểu điều khiển ( nung nóng hay làm mát ) cho hai đầu ra OP1 và OP2. Đầu ra chính (OP1) thường được sử dụng cho việc nung nóng (tác động ngược ) và đầu ra làm mát (OP2) được sử dụng để làm mát (tác động thuận). + Chọn phạm vi cho phép của giá trị % đầu ra (OPLO&OPHI): lựa chọn khoảng giới an toàn ( chỉ cho phép đầu ra thay đổi trong khoảng này )của đầu ra cho quá trình. + Hệ số lọc tín hiệu ra (OpdP – Output Power Dampening): lựa chọn giá trị phù hợp cho tác động đầu ra của bộ điều khiển PID. Tuy nhiên chỉ quan tâm tới hệ số này khi quá trình có hệ số khuyếch đại hoặc hằng số vi phân quá lớn ( đồng nghĩa với sự phụ thuộc nhiễu lớn ). Giá trị của hệ số này phụ thuộc vào thời gian đáp ứng của quá trình và giá trị xác lập của cơ cấu chấp hành, nói chung nên chọn hệ số này trong khoảng từ 1/20 tới 1/50 hằng số thời gian tích phân của bộ điều khiển. + Khoảng trễ cho điều khiển ON/OFF: là khoảng nhiệt độ tính từ giá trị điểm đặt tới giá trị điểm đặt ± khoảng trễ . Khi đặt khoảng tỉ lệ mức 0.0% thì bộ điều khiển được đặt trong chế độ điều khiển ON/OFF. Khoảng trễ nên đặt giá trị nhỏ nhất có thể. Giá trị trễ điều khiển chỉ có tác dụng với đầu ra điều khiển chính. + Chọn mã đáp ứng (tcod): là một số nguyên có giá trị từ 0 á 4. Khi sử dụng TCU ở chế độ tự chỉnh mã này có tác dụng thay đổi độ quá điều chỉnh và thời gian đáp ứng của qúa trình. Sau khi chế độ tự chỉnh thực hiện ,thì việc thay đổi thông só “tcod ”sẽ không có tác dụng đến tận khi khởi động lại chế độ tự chỉnh. Khi đặt mức 0 thì đầu ra đáp ứng một cách nhanh nhất với sự quá điều chỉnh. Đặt mức 4 thì đầu ra đáp ứng 1 cách chậm nhất với lượng quá điều chỉnh ít nhất. Bình thường nên đặt mã 0 hoặc 1. + Lựa chọn các thông số cho đầu ra Linear DC. Đầu ra Linear DC thường được sử dụng để truyền giá trị các thông số hoạt động của TCU cho các cơ cấu chấp hành, thiết bị ghi đồ thị hoặc chỉ thị số. Chọn thông số cần truyền qua đầu ra Linear DC: chọn một trong các thông số hoạt động của TCU gồm % đầu ra và sai lệch quá trình. Lập khoảng chết và chu kỳ cập nhật: Thông số khoảng chết yêu cầu giá trị ra ,tính phần trăm, phải thay đổi nhiều hơn số lượng vùng chết để đầu ra cập nhật. Bộ điều khiển TCU sẽ cập nhật giá trị với chu kỳ cập nhật đã chọn. 3.5.3. Modul khoá ( 3-LC ). Bộ điều khiển có thể được lập trình để hạn chế sự truy cập của người dùng tới các thông số, chế độ điều khiển, nội dung hiển thị. Modul khoá chia ra làm ba phần: khoá hiển thị dưới, khoá chế độ bảo vệ thông số , khoá chế độ ẩn. * Khoá hiển thị dưới. Chọn chế độ truy cập cho thông số hoạt động. Các thông số hoạt động của TCU có thể đặt ở 1 trong 3 lựa chọn sau: LOC ( lookout ) : không cho thông số hiển thị tại hiển thị dưới. rEd (read only ): thông số xuất hiện nhưng không thể sửa đổi. Ent (entry ) : hiển thị và được phép sửa. * Khoá chế độ bảo vệ thông số. Các thông số trong chế độ bảo vệ thông số có thể đặt 1 trong các giá trị sau: LOC ( lookout ) : không cho thông số hiển thị. rEd (read only ): thông số xuất hiện nhưng không thể sửa đổi. Ent (entry ) : hiển thị và được phép sửa. Các thông số bao gồm: Code: mã truy cập chế độ không bảo vệ thông số ( 0 -> 250 ). PID: cho phép truy cập các thông số của bộ PID chính ( PID 1 ). PID2: cho phép truy cập các thông số của bộ PID phụ ( PID 2 ). RtbS: cho phép truy cập hệ số tỉ lệ và hệ số dịch của điểm đặt từ xa. AL: cho phép truy cập các giá trị cảnh báo. *Khoá chế độ ẩn. Các chức năng có thể đặt ở 2 giá trị : LOC ( lookout ): không cho thông số hiển thị . Enbl (enable ): cho phép người dùng thực hiện chức năng của chế độ ẩn. Các chức năng hợp lệ trong chế độ ẩn chức năng được truy cập độc lập với trạng thái của đầu vào người dùng. Các thông số khoá của chế độ ẩn chức năng gồm: AlrS: reset đầu ra cảnh báo. SPSL: chọn điểm đặt địa phương hoặc điểm đặt từ xa. trnf: chọn hoạt động ( tự động, điều chỉnh tay ). tUNE: chọn hoặc bỏ tự chỉnh. 3.5.4. Modul cảnh báo (4_AL). Bộ điều khiển TCU có hai đầu ra cảnh báo AL1 và AL2 có thể hoạt động song song hoặc hoạt động độc lập một trong hai loại (AL1 hoặc AL2). Khi dùng đầu ra cảnh báo phải cài đặt Modul ra (một trong ba loại Relay, SSR Drive, Triac) vào chân cắm của đầu ra cảnh báo. Giá trị cảnh báo được truy cập trong Modul 4_AL, chế độ không bảo vệ thông số , chế độ bảo vệ thông số ( nếu trước đó thông số này chưa bị khoá ). Phạm vi của giá trị cảnh báo khá rộng từ –999 á +9999. Trên bảng điều khiển, đèn báo sẽ hiện AL1 hoặc AL2 báo hiệu đầu ra cảnh báo AL1 hay AL2 tương ứng đang hoạt động. + Lựa chọn kiểu hoạt động cho cảnh báo nhiệt độ quá trình (Act1, Act2). TCU cho phép người dùng khống chế phạm vi an toàn cho nhiệt độ quá trình thông qua hai thông số Act1 (dùng cho AL1) và Act2 (AL2). Đối với ứng dụng đơn giản chỉ yêu cầu nhiệt độ quá trình không vượt quá hoặc nhỏ hơn giá trị nào đó, lựa chọn A_Hi cho cảnh báo mức cao hoặc A_LO cho cảnh báo mức thấp. Nghĩa là khi nhiệt độ quá trình lớn hơn A_Hi hoặc nhỏ hơn A_LO thì đầu ra cảnh báo tích cực. Một cách khống chế nhiệt độ qúa trình khác là kiểm soát nhiệt độ quá trình trong khoảng sai lệch so với điểm đặt, ở đây nhiệt độ quá trình chỉ được phép nhỏ hơn ( hoặc lớn hơn ) tổng của điểm đặt và giá trị cảnh báo. Hãy chọn d_Hi cho mức cao hoặc d_LO cho mức thấp hoặc d_Hi cho mức cao. Với những ứng dụng có yêu cầu khắt khe về khoảng an toàn cho nhiệt độ quá trình hãy chọn b_in hoặc b_Ot cho thông số Act1 ( hoặc Act2 ). Khi lựa chọn b_in, TCU sẽ khống chế nhiệt độ quá trình trong khoảng từ SP-AL á SP+AL . Trong đó: SP là giá trị điểm đặt. AL là giá trị cảnh báo. Nếu nhiệt độ nẵm ngoài khoảng trên sẽ sinh ra sự khiện cảnh báo. Khi lựac chọn b_Ot , nhiệt độ quá trình không được rơi vào phạm vi SP-AL á SP+AL Chú ý: Điểm đặt SP được xét cho cả điểm đặt địa phương và điểm đặt từ xa. Sườn xuống của tín hiệu cảnh báo có xét cả hằng số thời gian trễ AHYS Như vậy có: A_Hi cảnh báo mức cao. A_LO cảnh báo mức thấp. Chương 4 Các phương pháp điều khiển trong thiết bị tCU 4.1. Điều khiển PID. 4.1.1. Khoảng tỉ lệ. t0 Điểm đặt Cool Heat OP1 +100% OP2 -100% Khoảng tỷ lệ %đầu ra Khoảng tỷ lệ Hình 16: Khoảng tỷ lệ - Khoảng tỉ lệ được định nghĩa như là 1 khoảng nhiệt độ, quá trình thay đổi làm cho phần trăm giá trị ra đạt tới 100 % . Khoảng này có thể hoặc không đạt được chính xác bằng giá trị đặt, phụ thuộc trạng thái ổn định của quá trình . Khoảng tỉ lệ dịch chuyển bởi khoảng dịch của người điều chỉnh, hay do tác động tích phân nhằm đạt mục đích tối thiểu sai số tới 0. Khoảng tỉ lệ thể hiện như là phần trăm khoảng đo sensor vào. Ví dụ: Cặp nhiệt độ loại T với khoảng đo là 6000 C , khoảng tỉ lệ đặt 5 % sẽ có khoảng tỉ lệ là 600*5%=300 C. -Khoảng tỉ lệ nên được đặt để có được đáp ứng tốt nhất hạn chế nhiễu đồng thời tối thiểu hoá độ qúa điều chỉnh. -Khi đặt khoảng tỉ lệ quá nhỏ ( tức hệ số khuyếch đại lớn ) tạo ra đáp ứng nhanh của TCU và tăng độ quá điều chỉnh , tạo ra dao động liên tục xung quanh điểm đặt. -Khi đặt khoảng tỉ lệ lớn ( hệ số khuyếch đại nhỏ ) làm cho đáp ứng chậm với khoảng thời gian lớn của quá trình quá độ. - Khi ta đặt khoảng tỉ lệ 0.0 % TCU chuyển sang chế độ điều khiển ON/OFF 4.1.2. Hằng số tích phân t t Hằng số tích phân đầu ra tỉ lệ đầu ra tích phân Sai lệch Hình 17: Hằng số tích phân Output power(%) - Hằng số tích phân là thời gian tính bằng giây , mà với quá trình có sai lệch không đổi thì đầu ra theo tác động tích phân sẽ đạt tới đầu ra theo tác động tỉ lệ. Khi mà sai lệch không đổi cần tồn tại tác động tích phân lặp lại tác động tỉ lệ trong mỗi chu kì tích phân. Tác động tích phân dịch vị trí điểm tâm của khoảng tỉ lệ cho tới khi triệt tiêu sai lệch trong trạng thái ổn định. - Tác động tích phân thay đổi giá trị đầu ra để nó đạt tới giá trị điểm đặt. - Nếu đặt Ti quá nhỏ hạn chế khả năng đáp ứng của quá trình tới giá trị đầu ra mới dẫn tới quá trình không ổn định với độ quá điều chỉnh lớn. - Đặt Ti quá lớn tạo ra 1 đáp ứng quá chậm để tiến tới trạng thái sai lệch ổn định. -Tác động tích phân có thể mất tác dụng khi đặt Ti = 0. Nếu đặt Ti = 0 đầu ra tích phân trước đó được duy trì. - Nếu Ti = 0 người điều khiển phải thay đổi độ dịch đầu ra ( thông số OPOF) để loại trạng thái sai lệch ổn định . OPOF xuất hiện trong chế độ không bảo toàn thông số khi Ti = 0. Bộ điều khiển có thể ngăn chặn tác động tích phân khi quá trình hoạt động ngoài khoảng tỉ lệ. 4.1.3. Hằng số vi phân: t Hằng số vi phân đầu ra vi phân đầu ra tỉ lệ Sai lệch Hình 18: Hằng số vi phân Output power(%) - Giá trị ra theo tác động tỉ lệ sẽ bằng giá trị ra theo tác động vi phân với sai lệch quá trình thay đổi ( ramping ) . Khi mà sai lệch còn tồn tại, tác động vi phân lặp lại bởi tác động tỉ lệ trong mỗi khoảng Td. -Tác động vi phân được dùng để rút ngắn thời gian đáp ứng quá trình và giúp ổn định quá trình, bằng cách cung cấp một đầu ra dựa trên tỷ lệ sự thay đổi của quá trình. Dưới tác động vi phân vượt trước đáp ứng ra bị chặn trước, và buộc phải thay đổi trước khi nó đến đích. - Tăng Td sẽ ổn định đáp ứng, nhưng nếu quá lớn đi liền với tín hiệu nhiễu cần xử lí, dẫn tới đầu ra dao động quá lớn. - Đặt Td quá nhỏ thường giảm ổn định và tăng độ overshoot. -Đặt Td = 0 yêu cầu khoảng tỉ lệ rộng hơn và Ti lớn để giống với độ ổn định khi có Td. * Hệ số dịch tín hiệu ra (OPOF). Nếu hằng số tích phân đặt bằng 0 (tắt chế độ tự động reset ), thì cần phải thay đổi đầu ra để triệt tiêu sai lệch tĩnh. Thông số OPOF dùng để dịch khoảng tỉ lệ (PrOP) cho tới khi sai lệch đạt yêu cầu. Thông số OPOF xuất hiện trong chế độ không bảo vệ thông số ( chỉ khi đặt hằng số tích phân bằng 0 ). * Yêu cầu của điều khiển PID . Để giúp cho sự điều chỉnh các thông số của bộ PID đáp ứng được những yêu cầu phức tạp của bài toán, cần nối TCU với một thiết bị ghi đồ thị nhiệt độ, từ đó ta sẽ có phướng tiện hữu hiệu bằng hình ảnh để phân tích quá trình tốt hơn. So sánh đáp ứng thực của quá trình và đáp ứng của bộ PID, với thay đổi bước nhảy cho quá trình. Tạo ra sự thay đổi cho các thông số của bộ PID nhỏ hơn 20% từ giá trị bắt đầu và cho phép quá trình đủ thời gian để ổn định trước khi tính toán ảnh hưởng của các giá trị mới. t Hình 19: Các đáp ứng điển hình cho bộ PID PD P PID PI t0 SP t t0 SP t t0 SP Hình 20: Các đáp ứng quá trình không tốt Đáp ứng chậm Dao động và quá điều chỉnh Cả hai dạng đáp ứng trên đều không tốt, nếu rơi vào một trong hai dạng đáp trên cần phải chỉnh lại thông số của bộ PID cụ thể như sau: +TH1: Cần giảm độ quá điều chỉnh và loại bỏ dao động: -Tăng khoảng tỉ lệ (PrOP). -Tăng hằng số tích phân. -Sử dụng tốc độ thay đổi điểm đặt. -Giới hạn phạm vi đầu ra . -Dùng chức năng tự chỉnh với mã tốc độ đáp ứng lớn hơn (tcod). -Tăng hằng số vi phân. -Kiểm tra chu kỳ thời gian. +TH2: Cần tăng tốc độ đáp ứng. -Giảm khoảng tỉ lệ (PrOP). -Giảm hằng số tích phân (Intt). -Mở rộng phạm vi đầu ra . -Dùng chức năng tự chỉnh với mã tốc độ đáp ứng nhỏ. 4.2. Điều khiển ON/OFF -Đặt khoảng tỉ lệ bằng 0% TCU tự động bước vào chế độ điều khiển ON/OFF. Thông số khoảng trễ điều khiển ON/ OFF là CHYS sẽ giới hạn đầu ra xung quanh giá trị đặt . - Đối với hệ thống có đầu ra điều khiển nung nóng / làm mát, đầu ra làm mát cũng có thể tạo được chế độ điều khiển ON/ OFF bằng cách khác là đặt hệ số quan hệ GAIN2 = 0.0. Thông số db_2 quyết định lượng khoảng chết giữa hai đầu ra. -Pha của tác động điều khiển có thể đảo ngược bởi thông số tác động ra. Điều khiển ON/OFF thường có ưu điểm rõ khi qúa trình có nhiệt độ dao động xung quanh giá trị đặt. SP HYS t0 t on off off Output OP1 Ngược pha (OP1: nung nóng) SP HYS t0 t on off off Output OP1 Thuận pha (OP1: làm mát) SP HYS t0 t on off off Output OP2 Ngược pha (OP2: nung nóng) SP HYS t0 t on off off Output OP2 Thuận pha (OP2: làm mát) Đáp ứng ON/OFF của OP1 Đáp ứng ON/OFF của OP2 Hình 21: Điều khiển ON/OFF của hai đầu ra OP1 và OP2 -Điều khiển ON/OFF chỉ nên sử dụng khi dao động không đổi là chấp nhận được. 4.3. Điều khiển Cascade Do có hai đầu vào là đầu vào sensor đo nhiệt độ và đầu vào tương tự nên có thể ứng dụng TCU để thực hiện điều khiển Cascade, trong đó chế độ hoạt động được lựa chọn bởi chương trình. Giá trị đọc tại đầu vào tương tự được hiển thị trên dãy dưới, khi đó đèn báo chế độ hoạt động Đ4 sáng liên tục chữ SEC. * Giá trị đặt từ xa: Giá trị đặt từ xa được tính bởi công thức: trong đó: Ttx – giá trị điểm đặt từ xa Ttt – giá trị đầu vào tương tự rtIO = 0.000 9.999 bIAS = -999 9999 Trong chế độ giá trị đặt từ xa thì trên bảng điều khiển đèn báo Đ3 sáng liên tục chữ REM. Nhằm mục đích an toàn cho khoảng điều khiển ta có thể hạn chế giới hạn trên dưới cho khoảng điều khiển thông qua hai thông số SPLO và SPHI. * Điều khiển Cascade: Điều khiển Cascade chia quá trình điều khiển thành 2 vòng là vòng trong và vòng ngoài. +Vòng trong điều khiển các biến mà nó thường có đáp ứng nhanh, giải quyết ngay lập tức các nhiễu (mà bản thân nó có tác động rất nhanh ) xảy ra trong quá trình trước khi chúng xuất hiện ở vòng ngoài. +Vòng ngoài thiết lập điểm đặt cho vòng trong +Vì vòng ngoài và vòng trong được xem như là các quá trình khác biệt ( vòng trong có đáp ứng nhanh hơn ) do vậy chúng có giá trị lựa chọn thông số khác nhau. +Đối với TCU có 2 mô hình điều khiển Cascade: mô hình Cascade trong và mô hình Cascade ngoài. Dưới đây sẽ trình bày cụ thể hơn về từng mô hình điều khiển Cascade và so sánh tính ưu việt của mỗi mô hình. Bộ điều khiển vòng ngoài Bộ điều khiển vòng trong Đầu ra một chiều 0 10 VDC Điểm đặt từ xa PID PID Quá trình trong Quá trình ngoài Main Input TCU1 Main Input TCU2 SP Hình 22: Mô hình điều khiển External Cascade 4.3.1. Mô hình điều khiển External Cascade. Mô hình này sử dụng 2 bộ điều khiển: +Bộ điều khiển vòng trong điều khiển quá trình trong nhằm tránh nhiễu cho quá trình ( Ví dụ: xốc nhiệt trong qúa trình điều khiển nhiệt độ ). Thiết bị này có đầu vào tương tự, thông qua nó nhận được giá trị đặt từ xa của thiết bị khác. +Bộ điều khiển vòng ngoài điều khiển quá trình ngoài là quá trình chính cần điều khiển. Người điều khiển nhập giá trị đặt từ bảng điều khiển, bộ điều khiển vòng ngoài sẽ so sánh giá trị đặt chính với giá trị nhiệt đo được của qúa trình và phát ra tín hiệu 1 chiều ( áp hoặc dòng ). Tín hiệu này sau đó được dùng làm giá trị đặt từ xa cho bộ điều khiển vòng trong. +Giá trị đặt từ xa của bộ điều khiển phụ phải được đặt tỉ lệ, thường thì giá trị đặt từ xa được đặt tỉ lệ bằng khoảng của quá trình thực của bộ điều khiển phụ . +Giá trị đặt từ xa của bộ điều khiển phụ phải được đổi tỉ lệ, thường thì giá trị đặt từ xa được đặt tỉ lệ bằng khoảng của quá trình thực của bộ điều khiển thứ cấp. . trong đó: SPtx - điểm đặt từ xa. HSTL – hệ số tỉ lệ giữa 2 thiết bị. bIAS – hệ số dịch . rtIO – hệ số tỉ lệ của bộ điều khiển. +Trong 1 số trường hợp tín hiệu giá trị đặt từ xa có thể thay đổi qúa nhanh hoặc bị nhiễu dẫn tới sự mất ổn định của bộ điều khiển phụ. Khi đó hệ số thay đổi SPrP được dùng tới để giới hạn lượng thay đổi của giá trị đặt từ xa nên đặt SPrP nhỏ nhất có thể. PID PID2 Quá trình trong Quá trình ngoài Main input Second analog input Setpoint Hình 23: Mô hình điều khiển Internal Cascade 4.3.2. Mô hình điều khiển Internal Cascade . Trong mô hình điều