Bài giảng Đo lường và tự động hóa - Chương 4: Các hệ thống điều khiển công nghiệp

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo

Công nghiệp xử lý, chế biến

 Nguyên vật liệu: khí; lỏng; bột…

Công nghiệp gia công, chế tạo

 Nguyên vật liệu: riêng lẻ; độc lập;…

Các hoạt động điển hình trong sản xuất công nghiệp

1

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo

Một số công việc theo các cấp độ tự động hóa trong sản xuất

2

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo

Thông số đầu vào & biến đầu ra

3

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo

Xác định thông số đầu vào & biến đầu ra của các cụm chức năng

4

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.1 Công nghiệp xử lý, chế biến và gia công, chế tạo

Thông số đầu vào & biến đầu ra

Tín hiệu liên lục:

 Không được ngắt quãng trong quá trình xử lý

 Thường là tín hiệu tương tự (analog) nằm trong khoảng xác định.

 Là biến đầu ra tín hiệu liên tục trong cả quá trình sản xuất công

nghiệp xử lý và công nghiệp chế tạo

 Ví dụ biến đầu ra: lực; nhiệt độ; lưu lượng; áp suất; vận tốc….

Tín hiệu rời rạc:

 Thường ở dạng nhị phận (binary) (ON hoặc OFF)

 Ví dụ: công tắc hành trình; on/off động cơ; có hay không có chi tiết

gia công; chuỗi on/off = pulse

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

5

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

So sánh phương pháp điều khiển liên tục và điều khiển rời rạc

6

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục

Trong hệ thống điều khiển liên tục, giá trị biến đầu ra (output)được duy trì

tại giá trị mong muốn bằng cách sử dụng phương pháp điều khiển

vòng lặp (feedback).

Một số ví dụ:

Điều khiển biến đầu ra của quy trình phản ứng

phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và lưu lượng của

các chất phản ứng.

Điều khiển vị trí của chi tiết gia công trong

nguyên công phay bề mặt (vị trí thay đổi theo thời

gian).

7

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục

Kỹ thuật điều khiển điều chỉnh (Regulatory control)

8

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục

Kỹ thuật điều khiển sớm (Feedforward control)

9

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục

Kỹ thuật điều khiển tối ưu (Steady-State Optimization)

10

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

4.2.1 Các hệ thống điều khiển liên tục

Kỹ thuật điều khiển thích nghi (Adaptive control)

11

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

4.2.2 Hệ thống điều khiển rời rạc

Trong hệ thống điều khiển rời rạc, thông số đầu vào và biến đầu ra của hệ

thống thay đổi một cách rời rạc và được sắp đặt theo lưu trình sản xuất.

Thường có 02 loại hệ thống điều khiển rời rạc sau:

- Hệ thống điều khiển lưu trình theo sự kiện (trạng thái): bộ điều

khiển thực hiện các tác động theo sự thay đổi trạng thái của các sự

kiện.

- Hệ thống điều khiển lưu trình theo thời gian: hệ thống điều khiển

thực hiện các tác động tại các thời điểm xác định hoặc sau một

khoảng thời gian công tác.

12

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

4.2.2 Các hệ thống điều khiển rời rạc

Hệ thống điều khiển lưu trình theo sự kiện

Sự kiện: xuất hiện phôi trên

bàn gá

13

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

4.2.2 Các hệ thống điều khiển rời rạc

Hệ thống điều khiển lưu trình theo sự kiện

Sự kiện: sự thay đổi

mức hạt nhựa trong

phễu

Sự kiện: sự xuất hiện

của sản phẩm

14

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.2 Điều khiển rời rạc, liên tục

4.2.2 Các hệ thống điều khiển rời rạc

Hệ thống điều khiển lưu trình theo thời gian

Thời gian: Quy trình nhiệt

luyện có sự thay đổi nhiệt

độ theo thời gian

15

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính

4.3.1 Các yêu cầu điều khiển

Điều khiển bằng máy tính nhằm giao tiếp & tương tác với quá trình dựa

trên thời gian thực và việc điều khiển theo thời gian thực phải đáp ứng

quá trình trong thời gian ngắn nhất để việc thực hiện quá trình không bị

suy biến.

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc điều khiển quá trình sản xuất bằng máy

tính theo thời gian thực:

 Tốc độ CPU và tính tương thích của hệ thống điều khiển

 Khả năng của hệ thống điều khiển

 Phần mềm

 Số lượng các biến input/output

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

16

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính

4.3.1 Các yêu cầu điều khiển

1. Ngắt quá trình: hệ thống điều khiển ngắt (tạm ngừng) việc thực thi quá

trình hiện tại để thực hiện quá trình có tính ưu tiên cao hơn.

2. Thực hiện các tác động theo thời gian: hệ thống điều khiển thực hiện

các tác động tại từng thời điểm xác định. Ví dụ:

- Quét giá trị cảm biến tại từng khoảng thời gian lấy mẫu

- ON/OFF động cơ tại thời điểm xác định trong chu kỳ gia công.

- Hiển thị dự liệu lên bảng điều khiển tại các thời điểm xác định

- Tính toán tối ưu hóa các thông số của quá trình tại thời điểm xác

định

17

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính

4.3.1 Các yêu cầu điều khiển

3. Máy tính truyền tín hiệu điều khiển tới quá trình

4. Trạng thái kích hoạt hệ thống và chương trình

Trạng thái kích hoạt hệ thống: truyền thông giữa các máy tính

và thiết bị ngoại vi; tín hiệu feedback; lệnh điều khiển….

Trạng thái kích hoạt chương trình: thực hiện các tác động

không liên quan đến quá trình như in, hiển thị….

Lưu ý: sự kiện kích hoạt hệ thống và chương trình có mức độ ưu

tiên thấp hơn sự kiện ngắt; lệnh tới quá trình; và sự kiện kích hoạt

theo thời gian.

18

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính

4.3.1 Các yêu cầu điều khiển

5. Tác động bởi nhân viên vận hành gồm: (1) nạp chương trình mới; (2)

hiệu chỉnh chương trình; (3) nhập dữ liệu khách hàng, số dơn đặt

hàng, khởi tạo dòng lệnh cho việc thực hiện sản xuất; (4) yêu cầu dữ

liệu quá trình; (5) dừng khẩn cấp

19

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)

Chương 4: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

4.3 Điều khiển quá trình sản xuất bằng máy tính

4.3.2 Khả năng của hệ thống điều khiển bằng máy tính

a. Lấy mẫu: xác định trạng thái của quá trình tại từng thời điểm thông qua

các việc lấy mẫu các thông số của quá trình

Tần số: thể hiện thời gian giữa 02 lần lấy mẫu

Trình tự: thứ tự các thông số được lấy trong quá trình.

Phương thức:

- thu thập dữ liệu mới từ tất cả các cảm biến trong từng chu kỳ lấy

mẫu

- chỉ cập nhật vào hệ thống các dữ liệu có sự thay đổi khi lấy mẫu.

- thực hiện việc lấy mẫu có ưu tiên (high-level; low-level) hoặc có điều

kiện

20

LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)