Đề tài Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ

c tìm thấy, thì đầu ra điều khiển có thể bị tắt tuỳ thuộc vào giá trị đặt trong OPFL. OPFL có thể đặt giá trị trong khoảng (từ 0% đến 100%). Trong đó: OPFL = 0% thì OP sẽ OFF hoàn toàn OPFL = 100% thì OP1 ON hoàn toàn Khi cài đặt ứng dụng làm mát cần đặt OPFL trong khoảng từ –100% đến 100%. Tại 0% cả OP1 và OP2 đều OFF, 100% cả OP1 và OP2 OFF; -100% thì OP2 ON và OP1 OFF. Độ trễ của chế độ điều khiển ON/OFF (CHYS) Bộ điều khiển có thể làm việc ở chế độ điều chỉnh ON/OFF bằng cách đặt hệ số tỷ lệ (trong bộ điều khiển PID) ở 0o. Độ trễ điều khiển chỉ có thể điều chỉnh được đầu ra điều khiển chính (OP1). Giá trị CHYS từ 1o đến 250o Có thể đặt độ trễ nhỏ nhất nhằm loại trừ đến mức tối đa sự dao động quanh giá trị điểm đặt. Nhìn chung giá trị này được chọn từ 2o đến 5o là có thể thoả mãn yêu cầu. Trước khi chuyển sang chế độ tự chỉnh định tham số cần phải đặt giá trị cho tham số này. Đôi với sự điều khiển tầng, trong vòng thứ cấp giá trị này vào khoảng 1.5% thang đo nhiệt độ. Lựa chọn đặc tính đầu ra trong chế độ tự chỉnh định tham số. Chế độ tự chỉnh này sẽ xác định các thông số của bộ điều khiển PID giúp người thiết kế hệ thống, khi mà hoạt động nhận dạng đối tượng khó tiến hành hay với sự điều khiển mà chất lượng và tiêu chuẩn không quá khắt khe. Trước khi chuyển sang chế độ này, cần nhập vào đặc tính quá trình mong muốn. Có 5 đặc tính (hình vẽ) được đánh số tử 0 á 4. Người vận hành hay thiết kế hệ thống cần đưa vào tham số tcod một trong những giá trị từ 0 á 4 tuỳ theo yêu cầu theo yêu cầu cụ thể. Chế độ tự chỉnh định này sẽ ghi nhận trước được đặc tính của đầu ra và điều khiển hệ thống theo đặc tính đó dưới sự điều khiển của bộ PID. Nếu tcod được đặt bằng 0 thì đáp ứng đầu ra là nhanh nhất nhưng sự quá điều chỉnh có thể xảy ra. Nếu tcod = 4 thì đáp ứng đầu ra chậm nhất nhưng không có độ quá điều chỉnh hoặc gần như không đáng kể. Các đặc tính của chế độ tự chỉnh định tham số. SP 1 2 3 4 0 Đầu ra Analong tuyến tính một chiều (ANAS, ANLO, ANDB, ANUT ) Đầu ra này có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau tuỳ theo yêu cầu của người thiết kế (hay vận hành) hệ thống. Tham số ANAS có thể được đặt ở : - OP : % công suất ra INP : đầu vào của quá trình khác DEV : độ chênh lệch nhiệt độ Sp : giá trị điểm đặt DE – 2 : độ chênh lệch của vòng thứ 2 (chỉ điều khiển tầng) SP-2 : điểm đặt nhiệt độ của vòng thứ 2 (chỉ điều khiển tầng) Điều này cho phép TCU có thể giao tiếp trực tiếp với một số thiết bị khác như máy ghi biểu đồ, thiết bị đo, bộ điều khiển hoặc bộ điều khiển tuyến tính công suất ANLO (4mA hoặc 0 VDC): từ –999 đến 9999 ANHI (20mA hoặc 10 VDC): từ –999 đến 9999 Andb 0.0 đến 250% ANUT 0 đến 250 giây Ví dụ 1: Dùng đầu ra tuyến tính một chiều nối với máy ghi biểu độ nhiệt độ quá trình (điện áp vào 0 đến 10VDC) Dải nhiệt độ quá trình là 300 đến 700. Cần lập trình cho ANLO (OVDC) có giá trị 300 và ANHI (10VDC) có giá trị 700. Và điều quan trọng là cần ấn định tham số ANAS = INP. Ví dụ 2: Dùng đầu ra tuyến tính một chiều (4 đến 20mA) để điều khiển tuyến tính bộ điều khiển công suất. Với yêu cầu về dải chết là ± 2.0% và thời gian cập nhật là 10s. Khi đó ta sẽ có: ANAS = OP ANLO = 0.0% ANHI = 100.0% Andb = 2.0% Anut = 10s Analog Output(mA) đơn vị hiển thị ANLO ANHI 4 20 Hiển thị Tham số Phạm vi hoạt động và các thành phần Mô tả - Ghi chú CYCt Chu kỳ 0 đến 250s (2) 0 thì OP1 off OPAC Hoạt động điều khiển drct - làm mát reV - đốt nóng (rev) Cho cả chế độ điều khiển PID và ON/OFF OPLO Giới hạn dưới công suất đầu ra 0% đến 100%, OP1 (0) Cài đặt OPLO<OPHI -100% đến 100% OP1 và OP2 (100) Khi lựa chọn làm mát được cài đặt OPHI Giới hạn trên công suất đầu ra 0% đến 100%, OP1 (100) Cần đặt OPLO > OPHI -100% đến 100% OP1 và OP2 (0) Khi lựa chọn làm mát được cài đặt OPFL Định trước công suất đầu ra khi cảm biến bị lỗi 0% đến 100%, OP -100% đến 100% OP1 và OP2 Đặt giá trị để điều khiển an toàn hơn khi lỗi của cảm biến được tìm thấy CHYS Độ trễ của điều khiển 1 đến 250 độ Tcod Mã đặc tính đầu ra của chế độ tự điều chỉnh 0 đến 4 (0) 0 : đáp ứng nhanh nhất 4 : đáp ứng chậm nhất ANAS Phân định đầu ra tuyến tính một chiều OP - outpoint INP - input SP - sptpoint dEV – deviation dE-2 - SP - 2 –setpoint (OP) Tham số này xuất hiện khi lựa chọn đầu ra tương tự được cài đặt ANLO Giá trị thang đo dưới -999 đến 9999 (0.0 Thang đo trong hai tham số này tuỳ thuộc vào ANAS Chỉ sử dụng khi lựa chọn đầu ra Anlog ANHI Giá trị thang đo trên -999 đến 9999 (100.00) ANdb dải chết đầu ra tương tự đến 25% (0.0) Chỉ sử dụng khi ANAS = OP 0% không dải chết ANut Thời gian cập nhật 0 đến 250s (0) Chỉ sử dụng khi ANAS=OP 1.6.3- Module khoá tham số (3-LC) Để đảm bảo an toàn cho hệ thống, ta có thể hạn chế sự truy nhập và thay đổi từ bên ngoài các yếu tố sau: sự hiển thị, chế độ bảo vệ tham số và chế độ ẩn. Hạn chế sự hiển thị (SP, OP, Hcur, IN-2, dEV, UdSP) Các tham số có thể bị hạn chế ở ba mức khác nhau Loc : nhăn không cho phép hiển thị Red : Hiển thị nhưng không truy nhập được Ent : hiển thị và có thể thay đổi được Các tham số hiển thị này có thể truy nhập trực tiếp từ các chế độ hiển thị bình thường (không cần vào module chứa tham số) bằng cách ấn DSP, nhưng có quan sát và biến đổi được hay không thif tuỳ theo mức cho phép đặt ở trong module này. Hạn chế tham số trong chế độ bảo vệ (Code, PID, PID2, rtbS và AL) Sự hạn chế các tham số này cũng có 3 mức khác nhau - Loc : ngăn không xuất hiện trong chế độ bảo vệ tham số - red : có xuất hiện nhưng không thay đổi được - Ent : Xuất hiện đồng thời truy nhập và thay đổi được Chế độ bảo vệ tham số hoạt động khi sự ngăng cản xâm nhập chương trình hoạt động. Riêng tham số code thì không có 3 giá trị như trên mà nó được đặt từ 0 đến 250 (và muốn truy nhập vào chế độ không bảo vệ tham số từ chế độ có bảo vệ thì phải vào mã (code)) thích hợp với mã đặt ở module này. Cụ thể như sau: * Cod : Từ 0 đến 250 * PID : Các tham số trong bộ điều khiển PID chính * PID2 : Các tham số trong bộ điều khiển PID2 * rtbS : Tham số rt và bs * AL : Giá trị cảnh báo Hạn chế tham số trong chế độ ẩn Chế độ ẩn có thể truy nhập từ chế độ hiển thị bình thường bằng cách ấn PAR và giữ trong vòng 3s. Các tham số có thể bị hạn chế ở hai mức khác nhau Loct : Ngăn không xuất hiện Enbl : cho phép hiện để thực hiện các chức năng trong chế độ ẩn Chế độ ẩn được truy nhập độc lập với trạng thái của sự ngăn chặn xâm nhập chương trình. Các tham số trong đó là: AlrS : reset đầu ra cảnh báo SPSL : lựa chọn hoạt động với điểm đặt xa hoặc điểm đặt cục bộ. Trnf : lựa chọn chế độ tự động hay bằng tay Tune : sử dụng hoặc huỷ bỏ chế độ tự chỉnh định tham số Hiển thị Tham số Phạm vi hoạt động và thành phần Mô tả- Ghi chú SP Truy nhập vào điểm đặt LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (Ent) OP Truy nhập vào công suất đầu ra LOC - Khoá rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (Ent) Khi tham số này được chọn hiển thị nó sẽ ở thiết bị thiết bị chỉ thị %PW dEV Sự chênh lệch nhiệt độ LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc (red) iN-2 Đầu vào Anlog thứ hai LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc (red) HCur Dòng đốt nóng LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc (red) UdSP Đơn vị hiển thị LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc code Mã truy cập 0 đến 250 PID Các giá trị của bộ PID LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (LOC) PID2 Giá trị của bộ PID thứ hai LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (LOC) Chỉ có trong chế độ điều khiển tầng RtbS Điểm đặt xa LOC - Khoá lại ENBL- (LOC) AL Giá trị cảnh báo LOC - Khoá lại rEd - Chỉ đọc Ent - Truy nhập (Ent) AlrS Reset lại hoạt động cảnh báo LOC - Khoá lại ENBL- Cho phép (LOC) Các tham số này trong chế độ ẩn SPSL Lựa chọn điểm đặt xa hay điểm đặt cục bộ LOC - Khoá lại ENBL- Cho phép lựa chọn (LOC) TrnF Lựa chọn chế độ tự động hoặc bằng tay LOC - Khoá lại ENBL- Có thể lựa chọn (LOC) TuNE Lựa chọn chế độ tự chỉnh định tham số 1.6.6- Module cảnh báo (4-AL) Sự hoạt động của hệ thống không phải lúc nào cũng an toàn và ổn định như mong muốn, hệ thống có thể gặp sự cố, các thông số không như mong muốn Vì vậy hoạt động cảnh báo là hết sức quan trọng, nó giúp người vận hành nhanh chóng phát hiện ra sự cố để tiến hành các biện pháp khắc phục, hay chỉ đơn giản thông báo trạng thái hệ thống hiện thời. Ta có thể đặt sự làm việc của hoạt động cảnh báo theo nhiều chế độ theo nhiều mức, nhiều cấp độ với những tham số khác nhau. Điều này tuỳ thuộc vào tính chất của hệ thống và yêu cầu về chất lượng. Hoạt động cảnh báo (Act1, Act2) Sự cảnh báo có thể được lựa chọn một trong những chế độ sau: Cảnh báo theo nhiệt độ cao (A-Hi) Cảnh báo theo nhiệt độ thấp (A-LO) Cảnh báo theo chênh lệch cao (d-HI) Cảnh báo theo sự chênh lệch thấp (d-LO) Cảnh báo theo dải trong (b-in) Cảnh báo theo dải ngoài (b-ot) Cảnh báo với đầu ra Analog thứ hai Khi sử dụng đến đầu vào mở rộng này, hoạt động cảnh báo vẫn có thể đặt riệng cho nó với 6 chế độ hoạt động giống như trên. Ngoài ra có thể đặt cảnh báo cho dòng đốt nóng, cho điều khiển van out put: OFF LED: OFF out put: OFF LED: OFF out put: ON LED: ON out put: ON LED: ON Độ trễ nhiệt độ AL Sự hoạt động cảnh báo được mô tả như sau: OUT PUT: Đầu ra cảnh báo; AL: Giá trị cảnh báo LED : Bộ chỉ thị Hoạt động cảnh báo 1 out put: OFF LED: OFF out put: ON LED: ON out put: ON LED: ON Độ trễ nhiệt độ AL out put: OFF LED: OFF Hoạt động cảnh báo 2 out put: OFF LED: OFF out put: OFF LED: OFF out put: ON LED: ON out put: ON LED: ON SP SP+AL Độ trễ Nhiệt độ Hoạt động cảnh báo 3 với giá trị AL dương Nhiệt độ Độ trễ SP+AL SP out put: ON LED: ON out put: ON LED: ON out put: OFF LED: OFF out put: OFF LED: OFF Hoạt động cảnh báo 3 với giá trị AL âm out put: OFF LED: OFF out put: OFF LED: OFF out put: ON LED: ON out put: ON LED: ON SP SP+AL Độ trễ Nhiệt độ Hoạt động cảnh báo 4 với giá trị AL dương out put: OFF LED: OFF out put: OFF LED: OFF out put: ON LED: ON out put: ON LED: ON SP SP+AL Độ trễ Nhiệt độ Hoạt động cảnh báo 4 với giá trị AL âm Nhiệt độ SP+AL SP SPAL Out put: OFF LED: ON Out put: ON LED: OFF Out put: ON LED: OFF Out put: OFF LED: ON Out put: ON LED: OFF Out put: OFF LED: ON *Hoạt động cảnh báo 5 Nhiệt độ SP+AL SP SPAL Out put: ON LED: ON Out put: OFF LED: OFF Out put: OFF LED: OFF Out put: ON LED: ON Out put: OFF LED: OFF Out put: ON LED: ON *Hoạt động cảnh báo 6 Reset cảnh báo (rSt1, rSt2) OFF ON OFF OFF ON ON Tự động OFF ON OFF ON Vận hành Thực hiện bởi người vận hành Thời gian Nhiệt độ AL Hoạt động reset có thể được thực hiện tự động hoặc thực hiện trực tiếp bởi người vận hành. Sự hoạt động được mô tả dưới đây Hiển thị Tham số Phạm vi hoạt động và các thành phần Mô tả - Ghi chú Act1 Chế độ cảnh báo 1 A-HI: Hoạt động cảnh báo1 A-LO: Hoạt động cảnh báo 2 d-HI : Hoạt động cảnh báo 3 d-LO: Hoạt động cảnh báo 4 b-IN: Hoạt động cảnh báo 5 b-ot : Hoạt động cảnh báo 6 A2-HI: Hoạt động cảnh báo1 A2-LO:Hoạt động cảnh báo2 d-HI : Hoạt động cảnh báo 3 d-LO: Hoạt động cảnh báo 4 b-IN: Hoạt động cảnh báo 5 b-ot : Hoạt động cảnh báo 6 Cho đầu vào Anlog thứ hai. (Dùng cho điều khiển tầng) rSt1 Reset cảnh báo Auto: - Tự động LAtc: - Bằng tay (Auto) AL-1 Giá trị cảnh báo1 -999 đến 9999 (0) AL-2 Giá trị cảnh báo2 -999 đến 9999 (0) AHYS Độ trễ của sự cảnh báo 1 đến 250 (1) 1.6.5. Module đầu ra làm mát (5-02) Đầu ra điều khiển chính thứ 2 (OP2) có thể sử dụng cho hoạt động làm mát trong hệ thống có cả sự đốt nóng và làm mát. * Chu kỳ làm việc của đầu ra làm mát (CYC2) Chọn giá trị từ 0 đến 250s nếu chọn 0 thì đầu ra này tắt. * Hệ số tương quan giữa sự đốt nóng và làm mát Ví dụ: Sự đốt nóng làm việc với công suất 10KW, còn sự làm mát là 5KW thì hệ số GAN2 là 2. Tham số GAN2 có giá trị từ 0 đến 10.0 * Dải chết (hoặc sự chồng) của quan hệ đốt nóng/ làm mát. Tham số này tạo ra vùng mà cả sự đốt nóng/ làm mát cùng hoạt động hoặc cùng chết (không có hoạt động nào) công suất đầu ra % OP1 +100% OP2 +100% nhiệt độ Đốt nóng Làm mát SETPOINT Tham số db-2: -999 đến 9999 Hoạt động đốt nóng/ làm mát với db = 0 công suất đầu ra (%) db 0 đốt nóng SETPOINT Làm mát 2 1 5 nhiệt độ đốt nóng SETPOINT làm mát công suất đầu ra (%) OP1 +100% 2 1 5 Hoạt động đốt nóng/ làm mát với (db<0) Hoạt động đốt nóng/ làm mát với db<0 Bảng tham chiếu các tham số Hiển thị Tham số Phạm vi hoạt động và các thành phần Mô tả - Ghi chú CYC2 Chu kỳ làm mát đến 250 s (0) O0 thì OP2 off GAN2 Hệ số quan hệ giữa đốt nóng và làm mát đến 10.0 (1.0) db-2 Dải chết hoặc sự chồng giữa đốt nóng/ làm mát -999 đến 9999 (0) Db-2 dương thì có dải chết. Db-2 âm thì có sự chồng 1.6.6- Module truyền thông nối tiếp (6-SC) Module truyền thông này chứa những tham số nhằm phục vụ cho việc giao tiếp với các thiết bị kết hợp khác như: Máy in, bộ điều khiển khả trình hay máy tính chủ thông qu chuẩn truyền thông RS – 485. Khi giao tiếp với TCU thì định dạng dữ liệu của đối tác và TCU phải đồng nhất. Tham số về tốc độ baud (BAUD) Tốc độ baud nằm trong những giá trị sau: 300, 600, 1200, 2400, 4800 hoặc 9600 Khi chọn tốc độ baud cho sự giao tiếp thì tốc độ này phải phù hợp vớitất cả các đối tác khác trong hệ thống. Parity Bit (Parb) Mặc dù sử dụng kỹ thuật tín hiệu số nhưng do tác động của nhiều môi trường truyền dẫn mà thông tin ít nhiều bị sai lệch. Nhằm phát triển ra lỗi để khắc phục kịp thời thì phương pháp bảo toàn dữ liệu parity bit được lưạ chọn: Partybit có thể được chọn là: Parity chẵn, Parity lẻ hoặc không sử dụng Tham số địa chỉ (Addr) Khi có nhiều thiết bị kết nối với nhau trên cùng một giao diện truyền thông RS 485 thì mỗi thiết bị phải có một địa chỉ riêng biệt (có giá trị từ 0 đến 99). Nếu chọn địa chỉ 0 thì không cần phải chỉ rõ địa chỉ trao đổi thông tin với thiết bị chứa địa chỉ đó. Tham số về tốc độ in (PrAt) TCU có thể được lập trình để tự động vận chuyển yêu cầu in tới máy in với một tốc độ định trước. Tất nhiên tốc độ này lớn nhất là bằng tốc độ của máy in. Nếu chọn giá trị 0 thì huỷ bỏ yêu cầu in PrAt - 0 đến 9999s Lựa chọn in (POPT) Nếu chọn YES khi tới tham số này thì sẽ truy cập vào một danh sách những tham số cho yêu cầu in. Dùng nút ấn PAR để quét hết tham số trong danh sách, dùng nút UP và DOWN để chọn “YES” hay “NO” INP - in giá trị nhiệt độ vào SET - in nhiệt độ đặt Opr - in % công suất Pbd - in giá trị khuếch đại Int - in hằng số thời gian tích phân Der - in hằng số thời gian vi phân AL1 - in giá trị cảnh báo 1 AL2 - in giá trị cảnh báo 2 DEV - in giá trị chên lệch nhiệt độ Crg - in hệ số quan hệ giữa đốt nóng/ làm mát Cdb - in giải chết làm mát IN2 - in giá trị đầu vào Analog thứ 2 Pb2 - in hệ số khuếch đại (của bộ PID2) IT2 - in hằng số thời gian tích phân (của bộ PID2) DT2 - in hằng số thời gian vi phân (của bộ PID2) SP2 - in giá trị điểm đặt trực tiếp của chế độ điều khiển tầng Bảng các tham số trong Module 6. Hiển thị Tham số Phạm vi hoạt động và các thành phần Mô tả - ghi chú bAud Tốc độ nhanh 300 tới 9600 (1200) Tốc độ baud phải thích hợp với thiết bị kết nối với nó Pard Parity bit Tuỳ chọn: odd, even hay no parity (odd) Parity bit cũng phải thích hợp với parity bit của các thiết bị khác Add Địa chỉ 0 đến 99 (0) Trong mạng có nhiều thiết bị giao tiếp với nhau thì mỗi thiết bị phải có 1 địa chỉ riêng biệt PoPt Lựa chọn chế độ với máy in Yes/ No (no) Lựa chọn này nhằm ấn định những thông số cần in ra để gửi tới máy in kết nối với TCU INP Nhiệt độ vào Yes/ No (yes) SET Nhiệt độ đặt Yes/ No (yes) OPr % công suất ra Yes/ No (yes) Pdb Hệ số khuếch đại Yes/ No (yes) INt Hằng số thời gian tích phân Yes/ No (yes) DEr Hằng số thời gian vi phân Yes/ No (yes) AL - 1 Giá trị cảnh báo 1 Yes/ No (yes) AL- 2 Giá trị cảnh báo 2 Yes/ No (yes) DEv Sự chênh lệch nhiệt độ Yes/ No (yes) Crg Hệ số tương quan: đốt nóng/ làm mát Yes/ No (yes) Cdb Dải chết trong chế độ: đốt nóng/ làm mát Yes/ No (yes) Pb2 Hệ số khuyếch đại bộ PID2 Yes/ No (yes) Dt2 Hằng số thời gian vi phân của bộ PID - 2 Yes/ No (yes) RSP Điểm đặt xa Yes/ No (yes) SP2 Điểm đặt 2 Yes/ No (yes) INP2 Đầu vào Analog thứ 2 Yes/ No (yes) 1.6.7. Module 7 (7 - 2N). Đầu vào Analog thứ cấp Đầu vào Analog thứ cấp này là đầu vào mở rộng nhằm tăng thêm tích năng điều khiển của TCU như: điều khiển với điểm đặt xa, hoặc ứng dụng điều khiển tầng. Sự hoạt động của đầu vào mở rộng này cũng được chương trình hoá và được lựa chọn bởi người thiết kế hệ thống. Các chỉ số của nó có thể được quan sát trên màn hình thứ hai. Tham số OPEr (chế độ hoạt động) Tham số này quyết định sự hoạt động của TCU ở hai chế độ: - rSP: chế độ hoạt động với điểm đặt xa, tức là nó là bộ điều khiển khác. - CSCd: chế độ điều khiển tầng với 2 bộ PID được thích hợp trong TCU Độ phân giải đầu vào (tham số : iNP2) có các giá trị là: 0,0.0, 0.000; tuỳ theo sự lựa chọn Dải vào (dSP1, dSP2) có giá trị nằm trong khoảng - 99.9 đến 999.9 1.6.8. Module - 9 (9 - FS). Module này chứa những tham số của nhà cung cấp cài đặt cho cấu hình của TCU. Khi xây dựng hệ thống, muốn TCU tiến hành kiểm tra lại tất cả các thành phần khai báo trong TCU có thích hợp với nhau hay không thì phải thông qua module này, đồng thời lưu trữ sự cài đặt mới hay khôi phục sự cài đặt ban đầu của nhà sản xuất. Bảng các tham số và hoạt động của chúng. Hiển thị Tham số Phạm vi hoạt động và các thành phần Mô tả - ghi chú Code Mã dịch vụ của nhà sản xuất - 66 (mã từ ngoài do người vận hành lựa chọn) Khôi phục lại các tham số do nhà sản xuất cài đặt - 48 Kiểm tra sự thích hợp của tất cả các thành phần được khai báo trong UCU Chương 2 Hoạt động điều khiển của TCU 2.1. Điều khiển PID. Tên gọi P. I. D là chữ viết tắt của ba thành phần cơ bản trong bộ điều khiển kinh điển, trong đó: Khuyếch đại tỷ lệ (P), tích phân (I) và vi phân (D). Mặc dù lý thuyết điều khiển đã phát triển mạnh mẽ và có những bước tiến nhảy vọt như: điều khiển mở, ứng dụng mạng noron nhưng bộ điều khiển P.I.D vẫn có vai trò vô cùng quan trọng. Bộ điều khiển P.I.D được sử dụng rộng rãi để điều khiển các đối tượng SISO (một vào - một ra) theo nguyên lý hồi tiếp. Bộ điều khiển PID sở dĩ được sử dụng rộng rãi là tích đơn giản của nó cả về cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc mà chất lượng lại tốt. Nhiệm vụ của nó là đưa sai lệch e(t) của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thoả mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng . - Nếu sai lệch e (t) càng lớn thì thông qua thành phần Up (t), tín hiều điều chỉnh U (t) càng lớn (vai trò của khuếch đại P). - Nếu sai lệch e(t) chưa về 0 thì thông qua UI (t), PID vẫn còn tạo tín hiệu điều chỉnh (vai trò của tích phân I). - Nếu sự thay đổi e(t) có tốc độ nhanh thì thông qua thành phần UD(t), phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh (vai trò của vi phân D). Cấu trúc của bộ điều khiểu PID: e (t) u(t) UP UI UD + Điểu khiển với bộ điều khiểu PID. w(t) Đối tượng điều khiển e(t) u(t) y(t) Trong đó: w(t): tín hiệu vào y(t): tín hiệu ra e(t): sai lệch u(t): tín hiệu điều khiển. Bộ điều khiểu PID được mô tả dưới phương trình toán học sau đây bằng mô hình vào - ra. w(t) = kp e(t): tín hiệu đầu vào u(t): tín hiệu đầu ra. kp: hệ số khuếch đại TD: hằng số vi phân Từ mô hình vào - ra trên ta có được hàm truyền sau: W(s) = kp (1 + ) Từ hàm truyền trên ta có: chất lượng của hệ thống phụ thuộc vào ba tham số kp, ID, TI. Để hệ thống đạt được chất lượng theo yêu cầu đặt ra thì phải phân tích đối tượng rồi trên cơ sở chọn các tham số đó sao cho phù hợp. Một điều cần chú ý là không phải mọi trường hợp đều bắt buộc xác định cả ba tham số kp, TI và ID. Ví dụ những trường hợp mà bản thân đối tượng điều khiển đã có thành phần tích phân thì trong đó bộ điều khiểu không cần phải có thêm khâu tích phân mới khử được sai lệch tĩnh, hay nói cách khác, khi đó ta chỉ cần sử dụng bộ điều khiểu PD là đủ. Hoặc khi tín hiệu trong hệ thống thay đổi tương đối chậm và bản thân và bản thân bộ điều khiển không cần có phản ứng thật nhanh với sự thay đổi của sai lệch e(t) thì ta chỉ cần sử dụng bộ điều khiểu PI. Hình vẽ dưới đây mô tả đáp ứng đầu ra khi điều khiển bằng PID. P P.D P.I.D P.I t 0C SP 2.2. Điều khiển kế toán/OFF. Khi đặc tính đầu ra của hệ thống có xu hướng dao động mạch quanh điểm đặt và yêu cầu về chất lượng không quá khắt khe thì hoạt động điều khiển ON/OFF sẽ được thực hiện. Sự điều khiển này nhanh chóng làm giảm sự dao động lớn của đầu ra thông qua sự điều khiển về độ trễ. Độ trễ đầu ra càng nhỏ thì càng loại trừ được sự dao động đó. Đây là kiểu điều khiển đơn giản, hiệu qủa không thật sự cao nhưng có độ tác dụng nhanh, phù hợp với đối tượng có độ trễ lớn. Để thực hiện chế độ điều khiển này ta phải đặt tham số của bộ khuếch đại P (trong bộ PID) bằng 0 và tham số về độ trễ CHYS (chọn từ 1 đến 150 độ). Nhìn chung tham số này thường được chọn từ 2 đến 5 độ là thoả mãn yêu cầu về chất lượng. Độ trễ SP 0C t OUT PUT: OFF LED: OFF OUT PUT: ON LED: ON OUT PUT: OFF LED: OFF Hình 1a Độ trễ SP 0C t OUT PUT: OFF LED: OFF OUT PUT: ON LED: ON OUT PUT: OFF LED: OFF Hình 1b Hoạt động của sự điều khiển ON/OFF với đầu ra điều khiển OP1 Độ trễ SP 0C t OUT PUT: OFF LED: OFF OUT PUT: ON LED: ON OUT PUT: OFF LED: OFF Độ trễ SP 0C t OUT PUT: OFF LED: OFF OUT PUT: ON LED: ON OUT PUT: OFF LED: OFF + Điều khiển ON/OFF với đầu ra điều khiển OP2. Độ trễ SP 0C t OP 1: OFF db - 2 db - 2 OP 1: ON OP 1: OFF OP 1: ON OP 2: OFF OP 2: ON OP 2: OFF OP 2: ON t + Hoạt động điều khiển ON/OFF kết hợp cả OP1và OP2 với dải chết db -2 2.3. Chế độ tự chỉnh định tham số. Nhằm giảm bớt gánh nặng cho người thiết kế hệ thống, TCU đã xây dựng một chương trình để tự động nhận dạng đối tượng nghĩa là nó sẽ tiến hành đưa ra những tín hiệu thứ ghi lại đặc tính của đối tượng từ đó tính toán tham số của bộ điều khiểu PID. Điều này chỉ được thực hiện khi hệ thống được kết nối hoàn tất về mặt phần cứng và được khởi động trong chế độ ẩn. Cần nói thêm là sự tự chỉnh định này chỉ tương đối, thực hiện trên các đối tượng đơn giản và yêu cầu về chất lượng không quá cao. Trước khi tiến hành tự chỉnh định tham số cần lựa chọn các đặc tính mong muốn mà bộ điều khiểu PID sẽ thực hiện. Các đặc tính này được đánh số từ 0 đến 4, sự lựa chọn sẽ nhập vào tham số (tcod) trong module - 2. P.I.D P.I t 0C SP 0 1 3 4 2 Tuỳ thuộc vào đặc tính quá trình mà các tham số sau đây sẽ được đặt bởi chế độ tự chỉnh định tham số. + Hệ số khuếch đại (Prop) + Hằng số thời gian tích phân (Intt) + Hằng số thiết bị vi phân (dErt) + Bộ lọc tín hiệu vào (Fltr) Như vậy chế độ tự chỉnh định tham số này nhiều nhất là xác định được 4 tham số như trên. Trong khi đó một hệ thống muốn có chất lượng cao thì phải thoả mãn khá nhiều yêu cầu công nghệ, nên các tham số phải tương đối nhiều và đòi hỏi phải có tính toán rất cụ thể, chính xác. Sự hoạt động của chế độ này được mô tả dưới đây. ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF Kết thúc quá trình tự chỉnh định tham số. Bộ PID được cài đặt và bắt đầu tính toán để điều khiển Điểm bắt đầu của sự chỉnh định Gọi chế độ tự chỉnh định Trạng thái OP1 Đầu ra tuyến tích 1 chiều 0C Có thể bắt đầu chế độ tự chỉnh định tham số bất cứ khi nào: Khi bắt đầu khởi động, từ ngư dân điểm đặt, hay tại điểm nào đó của nhiệt độ quá trình. Thông thường thì ta hay gọi chế độ này ngay sau khi khởi động, sau đó đến khoảng nhiệt độ bằng 3/4 nhiệt độ điểm đặt thì chu kỳ chỉnh định bắt đầu làm việc. + Các bước tiến hành. 1. Bắt đầu chế độ tự chỉnh định Đảm bảo rằng chế độ này không bị khoá trong modole chứa tham số (module - 3) Đặt TCU ở chế độ hiển thị bình thường ấn PAR trong 3 s Tìm đến tham số "tUNE" (ấn PAR tiếp) Chọn "Yes" và tiếp tục ấn PAR Chế độ tự chỉnh định bắt đầu. 2. Huỷ bỏ (tham số của bộ PID là của chu trình trước. Chế độ tự chỉnh định phải không được khoá TCU ở chế độ hiển thị bình thường (tức là không phải ở chế độ hiển thi cảnh báo). ấn và giữ nút bấm PAR trong 3 s Tìm đến tham số (tUNE) bằng nút UP & DOWN Chọn "No" rồi ấn PAR B. Hay có thể reset lại TCU bằng cách tắt ngay nguồn nuôi rồi cấp lại nguồn. Chương 3 Xây dựng hoạt động điều khiển với TCU - 12004 3.1. Mô hình hệ thống điều khiển. 5 15 15 % PW DSP DSP ĐKCS TCU - 12004 1 ~ 220V 4 2 3 Đây là mô hình điều khiển (SI - SO) với đối tượng là lò nhiệt điện trở. TCU - 12004 nhận tín hiệu từ cảm biết (4) rồi so sánh với nhiệt độ đặt và tiến hành tính toán để đưa ra tín hiệu điều khiển tới bộ ĐKCS (điều khiển công suất) nhằm thay đổi nguồn cung cấp cho dây mung (3) Trong đó: 1- ĐKCS: đây là bộ điều khiểu công suất để điều chỉnh nguồn xoay chiều cấp cho lò nhiệt 2 - Buồng đốt: được làm bằng gạch chịu lửa cách điện và nhiệt tốt, độ bền cơ học cao và ít bộ ăn mòn ở môi trường làm việc. 3 - Dây