›
›

Bài giảng Điều khiển quá trình - Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống

Download
Điều khiển quá trình  
Chương 4: Đặc tính các thành phần  
cơ bản của hệ thống  
Nội dung chương 4  
4.1 Thiết bị đo quá trình  
- Cấu trúc cơ bản  
- Các đặc tính của thiết bị đo  
4.2 Thiết bị chấp hành và van điều khiển  
- Cấu trúc cơ bản  
- Các đặc tính của van điều khiển  
- Bộ định vị van  
4.3 Thiết bị điều khiển  
- Sơ lược các thiết bị điều khiển công nghiệp  
- Bộ điều khiển hai vị trí  
- Các bộ điều khiển P/PI/PID  
2
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Cấu trúc cơ bản của các HTĐKQT  
HỆ THỐNG VẬN HÀNH  
& GIÁM SÁT  
Trạng thái  
Tham số  
THIẾT BỊ ĐIỀU  
Đầu vào  
Đầu ra  
KHIỂN  
THIẾT BỊ  
CHẤP HÀNH  
THIẾT  
BỊ ĐO  
QUÁ TRÌNH KỸ THUẬT  
3
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Ví dụ hệ thống ₫iều khiển nhiệt ₫ộ  
4
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Các thành phần cơ bản của hệ thống  
Biến được  
điều khiển  
Tín hiệu  
điều khiển  
(CO)  
Biến  
điều khiển  
(MV)  
Giá trị đặt  
(SP)  
(CV)  
Thiết bị  
điều khiển  
Thiết bị  
chấp hành  
Quá trình  
Tín hiệu đo  
Đại lượng đo  
(PM)  
Thiết bị  
đo  
Giá trị đặt  
Tín hiệu điều khiển Control Signal, Controller Output (CO)  
Biến điều khiển Control Variable, Manipulated Variable (MV)  
Biến được điều khiển Controlled Variable (CV)  
Set Point (SP), Set Value (SV)  
Đại lượng đo  
Tín hiệu đo  
Measured Variable, Process Value (PV)  
Measured Signal, Process Measurement (PM)  
5
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Chuẩn tín hiệu  
ƒ Tín hiệu tương tự:  
— Điện: 0-20mA, 4-20mA, 10-50mA, 0-5V, 1-5V, ...  
— Khí nén: 0.2-1bar (3-15 psig)  
ƒ Tín hiệu logic:  
— 0-5 VDC, 0-24 VDC, 110/120 VAC, 220/230 VAC,...  
ƒ Tín hiệu xung/số:  
— Tín hiệu điều chế độ rộng xung, tần số xung  
— Chuẩn bus trường: Foundation Fieldbus, Profibus-PA,...  
— Chuẩn nối tiếp thông thường: RS-485, RS-422  
6
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
4.1 Thiết bị ₫o quá trình  
Transmitter  
Sensor  
Thiết bị đo  
Tín hiệu chuẩn  
(4-20mA, 0-10V,...)  
Tín hiệu bus  
Đại lượng đo  
(Nhiệt độ, áp suất,  
mức, lưu lượng,..)  
Bộ chuyển đổi  
Cảm biến  
tín hiệu đo  
Chỉ báo  
Transducer  
Indicator  
ƒ Measurement device: Thiết bị đo  
ƒ Sensor: Cảm biến (vd cặp nhiệt, ống venturi, siêu âm,..)  
ƒ Sensor element: Cảm biến, phần tử cảm biến  
ƒ Signal conditioning: Điều hòa tín hiệu  
ƒ Transmitter: Bộ chuyển đổi đo chuẩn (điều hòa + truyền tín hiệu)  
ƒ Transducer: Bộ chuyển đổi theo nghĩa rộng (vd áp suất-dịch chuyển,  
dịch chuyển-điện áp), có thể là sensor hoặc sensor + transmitter  
7
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Lưu lượng kế  
Bộ chuyển đổi đo  
chuẩn (transmitter)  
Thiết bị đo  
áp suất  
Cảm biến bên  
trong  
Cảm biến bên  
trong  
8
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
4.1.1 Đặc tính vận hành  
ƒ Phạm vi đo và dải đo  
ƒ Độ phân giải, dải chết và độ nhạy  
ƒ Độ tin cậy  
ƒ Ảnh hưởng do tác động môi trường  
9
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Phạm vi ₫o (range) và dải ₫o (span)  
Tm [mA]  
20  
16  
12  
8
4
Dải đo = 300oC  
T [oC]  
400  
Ngưỡng trên  
0
0
100  
Ngưỡng dưới  
200  
300  
(Điểm không)  
VÍ DỤ  
Phạm vi đo (phạm vi đầu vào): 100-400oC  
Dải đo (dải đầu vào):  
Phạm vi đầu ra:  
Dải tín hiệu ra (dải đầu ra)  
300oC  
4-20mA  
16m  
10  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
4.1.2 Đặc tính tĩnh  
ƒ Sai số và độ chính xác  
ƒ Dải chết và độ trễ  
ƒ Tính trung thực và khả năng tái tạo  
ƒ Độ tuyến tính  
ƒ Độ nhạy  
11  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Sai số ₫o, ₫ộ chính xác và ₫ộ phân giải  
ƒ Sai số đo: sai lệch giữa giá trị quan sát được và  
giá trị lý tưởng của đại lượng đo  
— Sai số hệ thống  
— Sai số ngẫu nhiên  
ƒ Độ chính xác, cấp chính xác: mức độ phù hợp  
của đầu ra của một thiết bị đo so với giá trị thực  
(lý tưởng) của đại lượng đo xác định bởi một số  
tiêu chuẩn  
— Theo đại lượng đo, ví dụ +1˚C/-2˚C  
— Tỉ lệ phần trăm của dải đo, ví dụ ±0.5% dải đo  
— Tỉ lệ phần trăm của đầu ra, ví dụ ±1% đầu ra.  
ƒ Định chuẩn (calibration): Qui trình xác định độ  
chính xác của một thiết bị đo và thực hiện hiệu  
chuẩn cho phù hợp với ứng dụng  
12  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Đồ thị ₫ịnh chuẩn  
v
100  
90  
80  
70  
60  
50  
40  
30  
20  
Độ trễ +  
dải chết  
10  
0
y
§Çu vµo [%]  
Dải chết (deadband): biến thiên nhỏ nhất của giá trị đo mà thiết bị  
đo có thể đáp ứng với tín hiệu đầu ra thay đổi  
Độ trễ (hysteresis): Sự khác nhau trong đáp ứng với thay đổi đầu  
vào theo hai chiều khác nhau  
13  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Tính trung thực, khả năng lặp lại  
Tính trung thực hay khả năng lặp lại (repeatability): Độ lệch lớn nhất  
của các giá trị quan sát được sau nhiều lần lặp lại so với giá trị trung  
bình của một đại lượng đo  
Tính trung thực ≠ Độ chính xác  
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Giá trị thực  
Giá trị thực  
Giá trị thực  
Kém trung thực  
Trung thực  
Trung thực  
Kém chính xác  
Kém chính xác  
Chính xác  
14  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Độ tuyến tính  
y — đại lượng đo (đầu vào)  
y0 — điểm không đầu vào  
v — tín hiệu đo (đầu ra)  
v0 — điểm không đầu ra  
km — độ nhạy  
ƒ Đặc tính tuyến tính  
1
2
v = km(y − y0) + v0 = kmy + vc  
Ví dụ: Một cảm biến điện trở thay đổi điện trở R của nó một  
cách tuyến tính từ 100 đến 180 khi nhiệt độ T thay đổi từ 20o  
tới 120oC. Phương trình đặc tuyến vào-ra là:  
80  
100  
R =  
(T − 20) + 100 = 0.8T + 84  
ƒ Độ tuyến tính: Mức độ gần với đặc tính tuyến tính  
15  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Độ nhạy  
v
100  
90  
80  
70  
60  
50  
40  
30  
20  
10  
0
Δv  
Δy  
v − vs  
y − ys  
km =  
=
Δv  
ys  
Δy  
y
§Çu vµo [%]  
16  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Chuẩn hóa tín hiệu ₫o  
ƒ Thông thường về % của dải đầu ra hoặc chuẩn hóa đơn vị  
ƒ Ví dụ: Một thiết bị đo áp suất có đặc tính tuyến tính, phạm  
vi đo từ 20 đến 220 psig và phạm vi tín hiệu ra từ 4 đến 20  
mA. Phương trình đặc tuyến vào-ra cho tín hiệu đo chưa  
chuẩn hóa là:  
16  
200  
y [mA] =  
(P − 20 ) + 4 = 0.08P + 5.6  
(km = 0.08 [mA/psig])  
ƒ Chuẩn hóa tín hiệu đo theo phần trăm của dải tín hiệu ra:  
100  
y [%] =  
(P − 20) = 0.5P − 10  
200  
km = 0.5 [%/psig]  
ƒ Chuẩn hóa đơn vị:  
km = 0.005 [psig-1]  
17  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Tuyến tính hóa ₫ặc tính tĩnh  
ƒ Tuyến tính hóa từng đoạn: Đường cong định  
chuẩn được xấp xỉ bằng một đường gấp khúc.  
ƒ Tuyến tính hóa độc lập: Đường cong định chuẩn  
được xấp xỉ bằng một đường thẳng sao cho giá trị  
tuyệt đối của sai số lớn nhất được cực tiểu hóa.  
ƒ Tuyến tính hóa theo điểm không: Đường xấp xỉ  
tuyến tính đi qua điểm đầu của đường cong định  
chuẩn (điểm không) và có độ dốc sao cho giá trị  
tuyệt đối của sai số lớn nhất được cực tiểu hóa.  
ƒ Tuyến tính hóa theo điểm đầu-cuối: Đường xấp xỉ  
tuyến tính đi qua điểm đầu và điểm cuối của  
đường cong định chuẩn.  
ƒ Tuyến tính hóa bình phương cực tiểu: Đường xấp xỉ  
tuyến tính được xác định sao cho tổng bình  
phương các sai số là cực tiểu.  
18  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
100  
50  
0
100  
50  
0
TuyÕn tÝnh hãa theo  
®iÓm ®Çu-cuèi  
TuyÕn tÝnh  
hãa ®éc lËp  
TuyÕn tÝnh hãa  
theo ®iÓm kh«ng  
TuyÕn tÝnh  
hãa tõng ®o¹n  
0
50  
100  
0
50  
100  
§Çu vµo [%]  
§Çu vµo [%]  
19  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
4.1.3 Đặc tính ₫ộng học  
ƒ Đặc tính động học của hầu hết các thiết bị đo có  
thể biểu diễn bằng một khâu quán tính bậc nhất  
km  
Gm(s) =  
1 + τs  
hoặc một khâu bậc hai ổn định  
kmω0  
km  
Gm(s) =  
=
, ζ > 0  
ω02 + 2ζs + s2  
τ2 + 2τζs + s2  
ƒ Nếu đặc tính động học của thiết bị đo không thể  
bỏ qua:  
— đưa vào mô hình đối tượng điều khiển, hoặc  
— Vẫn sử dụng mô hình tĩnh của thiết bị đo, coi sai số đo  
(động) là nhiễu đo  
20  
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống  
© 2006 - HMS  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 81 trang Thùy Anh 16881 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điều khiển quá trình - Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_dieu_khien_qua_trinh_chuong_4_dac_tinh_cac_thanh_p.pdf