ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
Điều khiển quá trình
Giảng viên hướng dẫn: Trần Thị Kim Bích
Nhóm sinh viên thực hiện:
Họ và tên
Lê Đặng Anh Vũ
MSSV
20192178
Lớp: Tự động hóa 05-K64
Hà Nội, tháng 7/ 2022.
Tổng quan về hệ thống điều khiển mức
I.
Ưu điểm của hệ thống thí nghiệm điều khiển mức TE3300/04:
Hình 1. Mô hình hệ thống điều khiển mức

Điều khiển mức sử dụng bộ điều khiển P, PI, PID.

Sử dụng các tiêu chuẩn công nghiệp làm cho hệ thống trở nên phù hợp cho đào tạo
trong công nghiệp hay trong trường học.

Hệ thống nhỏ gọn, hoàn toàn khép kín.

Có các chức năng hiển thị hoạt động, điều chỉnh bộ điều khiển, bộ chuyển đổi, van.

Có thể kết hợp với hệ thống điều khiển lưu lượng TE3300/04 để điều khiển tầng

Có thể kết nối với hệ thống máy tính điều khiển TE3300/06 để điều khiển phân tán.

An toàn, thiết thực và thực tế.
Các phần chính của hệ thống điều khiển quá trình mức:

Bộ điều khiển công nghiệp với tính năng tự động điều chỉnh.

Bộ ghi biểu đồ 2 kênh.

Bộ chuyển đổi dòng điện sang mức.

Van điều khiển khí nén.

Bơm 3 cấp độ.

Van Bypass

Bể cấp nước
Hình 2. Lưu đồ P&ID của quá trình điều khiển mức

Vạch chia mức thấp, vạch chia tỉ lệ, Jack cắm khóa bơm, bể chứa

Van xả, bộ điều chỉnh áp suất, van chống tràn

Bộ điều áp I/P
Thiết bị phụ trợ:

Nguồn cung cấp 0.5l/s không khí sạch, khô, không dầu ở 2-10 bar.

Máy tính điều khiển cài đặt phần mềm giám sát.
Điều kiện hoạt động:

Môi trường hoạt động: phòng thí nghiệm.

Nhiệt độ hoạt động: 5oC – 40oC.

Độ ẩm: 80% ở nhiệt độ < 31oC và giảm tuyến tính xuống 50% ở 40oC.

Nhiệt độ bảo quản: -25oC – 55oC.

Nguồn cấp: 230V – 0.3A hoặc 110V – 0.6A, 50/60 Hz.
Để tiến hành thí nghiệm, cần đổ đầy nước sạch vào bình chứa và cài đặt hệ thống. Sau đó,
cài đặt bộ điều khiển điều chỉnh lưu lượng nước bằng van khí nén. Điều này làm thay đổ mức
trong bình chứa. Thiết bị đo áp suất của bình nén áp suất đưa tín hiệu phản hồi cho bộ điều
khiển. Bộ chuyển đổi chênh lệch áp suất của bình đưa tín hiệu phản hồi cho bộ điều khiển.
II. Mô hình hóa quá trình điều khiển mức
Mục tiêu:
Khi hoàn thành xong bài tập này, sinh viên có thể đo đạc các giá trị mức nước. Sinh viên xử lý
kết quả thực nghiệm, tiến hành nhận dạng đối tượng và so sánh mô hình thực nghiệm với mô
hình ước lượng bằng Matlab.
Trình tự tiến hành:
Bước 1: Đổ nước sạch vào bình chứa và khởi động hệ thống.
Bước 2: Tạo một tín hiệu điều khiển để điều chỉnh lưu lượng của nước bằng cách sử dụng van khí nén và
ghi lại các giá trị của mức.
Bước 3: Xác định tham số mô hình bằng phần mềm system identification trên matlab.
Thu thập dữ liệu từ thực nghiệm:
Dữ liệu quá trình điều khiển mức thu thập từ thực nghiệm được lưu trữ ở file dạng excel. Sau đó, ta
import dữ liệu từ file này lên Matlab và sử dụng System identification để thực hiện mô hình hóa đối
tượng.
Giá trị mức là PV (process value), giá trị đặt đầu vào là SP (set point).
Sử dụng system identification ta được mô hình như sau:
Mô hình xấp xỉ từ matlab gần với mô hình thực tế đến 98.64%
𝐺(𝑠) =
𝐾𝑝𝑒 −𝑇𝑑𝑠
𝑠(1 + 𝑇𝑑1 𝑠)(1 + 𝑇𝑑2 𝑠)(1 + 𝑇𝑑3 𝑠)
𝑇𝑑 = 0.5206
𝑇𝑑1 = 10−6
𝑇𝑑2 = 10−6
𝑇𝑑3 = 10−6
K p = 0.017604
III.
Thiết kế bộ điều khiển PI cho hệ thống điều khiển mức
Mô hình bộ điều khiển PI:
𝐶(𝑠) = 𝐾𝑝 + 𝐾𝐼
1
𝑠
Mô phỏng hệ thống điều khiển mức bằng simulink và sử dụng PID tuner để thực hiện tính toán tham
số bộ điều khiển 𝐾𝑝 và 𝐾𝑖 .
Quá trình tuning:
𝐾𝑝 = 17.4217318466535
𝐾𝑖 = 1.6787503624512
Cài đặt tham số bộ điều khiển:
Kết quả mô phỏng:
Nhận xét: Quá trình điều khiển mức hội tụ ở thời điểm 40s. Độ quá điều chỉnh 23%