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

Lời nói đầu. Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã mang lại cho các ngành kỹ thuật nói chung và ngành điều khiển học nói riêng một khuôn mặt mới. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ,việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật vào trong lĩnh vực tự động hoá đã mang lại những chuyển biến rõ rệt ,ghóp phần thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của nhiều lĩnh vực công nghệ ,đáp ứng được các chỉ tiêu về chất lượng và giá thành sản phẩm ... nâng cao chất lượng cuộc sống . Chính nhờ những đóng góp của kỹ thuật hiện đại mà ngày càng có nhiều loại máy móc ,thiết bị hiện đại được đưa vào ứng dụng trong thực tế mang lại không ít thành quả về kinh tế, y học, quân sự... Trong các hệ thống công nghiệp , một trong những bài toán thường gặp nhất đó là điều khiển nhiệt độ. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều thiết bị đã được đưa vào ứng dụng để điều khiển nhiệt độ, một trong những thiết bị đem lại hiệu quả cao đó là thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU(Temperature Control Unit ). TCU là một thiết bị điều khiển quen thuộc trên thế giới, tuy nhiên đối với Việt Nam nó vẫn còn rất mới mẻ, ít được ứng dụng trong thực tế sản xuất. Nhằm mục đích tìm hiều để thấy được ưu nhược điểm của thiết bị này thông qua đó phổ biến ứng dụng thiết bị trong thực tế,đồng thời củng cố kiến thức đã được trang bị trong suốt thời gian học tập tại trường, em đã chọn đề tài tốt nghiệp: Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ sử dụng thiết bị TCU. Nội dung của đồ án bao gồm các vấn đề sau: ã Chương 1. Khái quát chung về thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU . Trình bày những vấn đề chung về thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU. ã Chương 2. Cấu trúc và kết nối vào ra. Trình bày về cấu trúc phần cứng của thiết bị ,khả năng phối ghép giữa thiết bị TCU và các thiết bị đo khác . ã Chương 3. Sự hoạt động của thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU trong các hệ thống công nghiệp. Trình bày các chế độ hoạt động của thiết bị TCU. ã Chương 4. Các phương pháp điều khiển trong thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU. Trình bày các phương pháp được sử dụng trong thiết bị TCU như :điều khiển PID, điều khiển ON/OFF ,điều khiển Cascade và khả năng tự chỉnh của thiết bị . ã Chương 5. Kết nối truyền thông RS-485. Trình bày khả năng phối ghép giữa thiết bị TCU với các thiết bị ngoại vi như là máy in, các thiết bị đầu cuối ,bộ điều khiển chương trình ,máy tính trung tâm .Đồng thời nêu lên phương thức truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị đó . ã Chương 6. ứng dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU vào các hệ thống công nghiệp. Tùy theo yêu cầu công nghệ mà có thể sử dụng thiết bị điều chỉnh TCU vào các hệ thống điều khiển cụ thể . ã Chương 7. Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU. Khảo sát quá trình điều chỉnh nhiệt độ với đối tượng điều khiển là lò điện trở .Sau khi xác định đối tượng bằng thực nghiệm thì dùng phần mềm MATLAB để xác định các bộ điều khiển PID. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Điều khiển tự động đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường,tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp . Đặc biệt em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Ts.Nguyễn Văn Hoà và Ths.Nguyễn Thu Hà đã trực tiếp tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Mục lục Lời nói đầu . Trang Chương 1. Khái quát chung về thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU. ................................................................................................................... 1 Chương 2. Cấu trúc và kết nối vào ra................................................ 3 2.1. Bảng điều khiển .......................................................................................... 3 2.1.1. Hai dãy hiển thị................................................................................. 3 2.1.2. Sáu đèn báo chế độ hoạt động......................................................... 4 2.1.3. Bốn nút điều khiển............................................................................ 4 2.2. Cấu trúc bên trong thiết bị điều chỉnhTCU ............................................. 5 2.2.1. Khoá chọn nguồn và chân chọn thiết bị đo nhiệt độ..................... 6 2.2.2. Các modul đầu ra............................................................................... 6 2.3. Lựa chọn và kết nối đầu vào ,đầu ra....................................................... 8 Chương 3. hoạt động của thiết bị TCU. 12 3.1 Chế độ thường ........................................................................................ 13 3.2 Chế độ không bảo vệ thông số ............................................................ 13 3.3 Chế độ bảo vệ thông số......................................................................... 13 3.4 Chế độ ẩn................................................................................................. 14 3.5 Các modul lập cấu hình thông số.......................................................... 14 3.5.1 Modul vào (1-In) ........................................................................... 14 3.5.2 Modul ra (2-OP)............................................................................. 15 3.5.3 Modul khoá (3-LC).......................................................................... 17 3.5.4 Modul cảnh báo (4-AL).................................................................. 18 3.5.5 Modul đầu ra làm lạnh (5-O2)..................................................... 24 3.5.6 Modul truyền thông (6-SC)........................................................... 25 3.5.7 Modul đầu vào tương tự 2 (7-2n)................................................... 27 3.5.8 Modul điều khiển van (8-VP)......................................................... 30 3.5.9 Modul thiết lập của nhà sản xuất (9-FC)....................................... 32 Chương 4. các phương pháp điều khiển trong thiết bị tcu. 4.1.Điều khiển PID............................................................................................. 33 4.1.1. Khoảng tỉ lệ ........................................................................................ 33 4.1.2. Hằng số tích phân ............................................................................ 34 4.1.3. Hằng số vi phân................................................................................. 35 4.2. Điều khiển ON/OFF................................................................................... 38 4.3. Điều khiển Cascade.................................................................................... 40 4.3.1. Mô hình điều khiển External Cascade............................................... 41 4.3.2. Mô hình điều khiển Internal Cascade................................................ 42 4.4. Vấn đề tự chỉnh của TCU........................................................................... 43 Chương 5. kết nối truyền thông rs-485. 48 5.1. Chuẩn truyền thông RS-485........................................................................ 48 5.2. Truyền câu lệnh và dữ liệu ......................................................................... 49 5.2.1. Truyền câu lệnh ................................................................................... 49 5.2.2. Nhận dữ liệu ......................................................................................... 50 chương 6. ứng dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ vào các hệ thống công nghiệp . 55 6.1. Điều khiển giám sát dòng cấp nhiệt ......................................................... 55 6.2. Điều khiển nung nóng/làm mát.................................................................. 56 6.3. Điều khiển vị trí van.................................................................................... 57 6.4. Điều khiển Internal Cascade...................................................................... 59 6.5. Điều khiển External Cascade...................................................................... 60 6.6. Điều khiển giá trị đặt Master...................................................................... 61 chương 7. xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ tcu. 62 7.1. Xác định đối tượng điều khiển .................................................................. 62 7.2. Mô hình và sơ đồ mạch kết nối ................................................................. 64 7.2.1. Mô hình ................................................................................................. 64 7.2.2. Sơ đồ mạch kết nối ............................................................................... 65 7.3. Bộ điều khiển công suất.............................................................................. 66 7.3.1. Đặc điểm ............................................................................................... 67 7.3.2. Nguyên lí làm việc của hệ thống điều chỉnh công suất.................... 68 7.4. Xác định đối tượng .................................................................................... 80 7.4.1. Đặc tính của đối tượng ......................................................................... 80 7.4.2. Xác định hàm truyền đạt của đối tượng ............................................ 81 7.5. Dùng Matlab xác định các bộ điều khiển PID......................................... 84 7.5.1. Hệ thống một vòng điều khiển........................................................ ... 84 7.5.2. Hệ thống Cascade dùng hai vòng điều khiển ................................... 89 7.6. Cài đặt thông số cho các bộ điều khiển của TCU.................................... 92 Kết luận . Tài liệu tham khảo. Kết luận Trong các dây truyền công nghệ hiện đại ngày nay, thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU với các ưu điểm nổi bật như thiết bị nhỏ gọn có thể tích hợp vào các hệ thống điều khiển giám sát dòng cấp nhiệt ,điều khiển quá trình nung nóng/làm mát, điều khiển Internal Cascade ,điều khiển External Cascade và có thể dùng máy tính đặt giá trị từ các trung tâm điều khiển ,thường được sử dụng. Đây là một thiết bị điều khiển quen thuộc trên thế giới, tuy nhiên đối với Việt Nam nó vẫn còn rất mới mẻ, chưa được ứng dụng trong thực tế sản xuất. Với mục đích tìm hiểu để thấy được tính năng của thiết bị này thông qua đó phổ biến ứng dụng thiết bị trong thực tế,đồng thời củng cố kiến thức đã được trang bị trong suốt thời gian học tập tại trường, đồ án đã đi sâu vào tìm hiểu thiết bị và đã đạt được một số kết quả sau: +Xác định cấu trúc phần cứng của thiết bị và khả năng phối ghép giữa thiết bị TCU với các thiết bị đo khác. +Thiết bị TCU hoạt động như thế nào trong các hệ thống công nghiệp. +Xác định các phương pháp điều khiển của thiết bị TCU. +Khả năng kết nối của thiết bị với các thiết bị ngoại vi,có sử dụng chuẩn truyền thông RS-485. +Khả năng ứng dụng thiết bị vào các hệ thống điều chỉnh nhiệt độ. +Thực nghiệm xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị TCU. Tuy nhiên do hạn chế về thời gian và trình độ ,cũng như hạn chế khi tiếp xúc thực tế sản xuất nên chắc chắn đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được các thầy các cô nhận xét chỉ bảo. Chắc chắn đó sẽ là những kinh nghiệm quý báu giúp chúng em trong hành trang vào cuộc sống . Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ts. Nguyễn Văn Hòa, Ths.Nguyễn Thu Hà đã tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đề tài này. Quá trình làm việc và thực hiện hệ thống của đề tài yêu cầu đã tạo điều kiện cho em học hỏi, tiếp cận với nhiều kiến thức và công nghệ mới trong chuyên ngành của mình. Chương 1 Khái quát chung về thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU. Bộ điều khiển TCU nhận tín hiệu từ các sensor đo nhiệt độ, hiển thị nhiệt độ quá trình và tạo ra một tín hiệu ra ( tỉ lệ thời gian, tuyến tính hay điều khiển van ) chính xác để điều khiển quá trình. Với tập các thao tác dễ dàng cho phép bộ điều khiển giải quyết nhiều yêu cầu ứng dụng phức tạp nhất. Bộ điều khiển có thể hoạt động trong chế độ điều khiển PID cho cả hai kiểu ứng dụng nung nóng, làm mát. Khi yêu cầu, chức năng tự chỉnh sẽ tự lựa chọn và thiết lập các hằng số cho bộ điều khiển PID. Sau đó các hằng số này có thể được tinh chỉnh và sau đó được khoá lại bởi người dùng ở bất kì thời điểm nào. Với các thông số đã được chỉnh định, bộ điều khiển tạo ra một đáp ứng phù hợp, nhanh mà không tồn tại quá điều chỉnh. Khi chuyển sang chế độ điều chỉnh tay, người dùng có thể trực tiếp thay đổi các thông số trên bảng điều khiển cho tới khi được đáp ứng mong muốn. Ngoài ra , bộ điều khiển TCU còn có thể hoạt động trong chế độ điều khiển ON/OFF với khoảng trễ cho phép điều chỉnh, thay đổi. Hai dãy hiển thị (mỗi dãy có 4 digit – không kể dấu chấm ) hiện đồng thời cả nhiệt độ quá trình và điểm đặt. Sáu đèn báo chế độ thông báo đầy đủ trạng thái của hệ thống bao gồm: dạng điểm đặt ( địa phương hay từ xa ), chế độ điều khiển (tự động hay điều khiển tay ), trạng thái đầu ra cảnh báo...Các modul đầu ra (Relay, SSR Drive, Triac) dễ dàng tháo lắp và chuyển đổi có thể được cấu hình là một trong các đầu ra sau: đầu ra chính, đầu ra cảnh báo, đầu ra làm mát, đầu ra điều chỉnh van. Đầu ra tuyến tính một chiều cung cấp dòng 4 á 20 mA hoặc áp 0 á 10 VDC cho các cơ cấu chấp hành, máy ghi đồ thị , hiển thị ngoài hay các bộ điều khiển khác. Tín hiệu đầu ra được số hoá và lựa chọn để truyền đi một trong các thông số: % đầu ra, giá trị nhiệt độ quá trình, giá trị điểm đặt. Đầu vào giám sát dòng nhiệt được dùng như một đồng hồ số đo và giám sát dòng cấp nhiệt cho sợi đốt, lấy đầu vào trực tiếp từ bộ biến dòng ( ví dụ loại CT 005001 của hãng Red Lion ). Một đầu ra cảnh báo theo sự kiện được lập trình để phát tín hiệu cảnh báo dây đốt hay thiết bị nào đó bị hỏng, trước khi sự cố đó xảy ra gây thiệt hại vật chất cho quá trình. Sự kiện báo động sẽ xuất hiện khi thoả mãn hai điều kiện sau: 1.Đầu ra chính OP1 ở trạng thái tích cực và dòng cấp nhiệt thấp hơn giá trị cảnh báo, đây là dấu hiệu của sự kiện dây đốt bị hỏng. 2.Đầu ra chính OP1 không tích cực và dòng cấp nhiệt vượt quá 10% giá trị cảnh báo , cho biết thiết bị điều khiển có thể bị ngắn mạch hoặc một số vấn đề khác. Đầu ra điều khiển van : trực tiếp điều khiển vị trí của van bằng cặp đầu ra ( đóng, mở van ) để điều khiển hướng mở van. Vị trí của động cơ xác định vị trí mở van. Có hai chế độ cho van: điều khiển vị trí van (có sử dụng vòng phản hồi ) và điều khiển tốc độ. Một đầu ra cảnh báo sự kiện được dùng khi mất tín hiệu phản hồi hay phát hiện hỏng van. Đầu vào tương tự thứ hai (0 á 20 mA DC ) dùng làm điểm đặt từ xa hoặc tín hiệu vào cho quá trình của vòng trong ( trong mô hình Internal Cascade ). Nếu là kiểu giá trị đặt từ xa: cho phép thiết lập hệ thống mà chỉ có một TCU Master cung cấp giá trị đặt cho nhiều TCU Slave hoặc dùng cho hệ thống External Cascade. Khi là tín hiệu vào của quá trình trong sẽ tạo ra một hệ Cascade trong một thiết bị TCU ( Internal Cascade ). Giao diện kết nối truyền thông RS485 cung cấp một kết nối giữa TCU với các thiết bị khác ( ví dụ: máy in , PC, bộ điều khiển khả trình ...). Với khoảng địa chỉ khá rộng từ 0 á 99 cho phép kết nối tới 32 thiết bị trên một cặp dây truyền. Các thông số của bộ điều khiển như giá trị điểm đặt, % đầu ra.... được thay đổi gián tiếp từ thiết bị ngoài thông qua kết nối truyền thông RS485 tới TCU. Chương 2 Hình 1: Bảng điều khiển. Dãy hiển thị trên Đèn báo chế độ Nút điều khiển Dãy hiển thị dưới cấu trúc phần cứng và kết nối . 2.1. Bảng điều khiển (Front Panel). Bảng điều khiển có chiều cao 96.5 mm và chiều rộng 49.5 mm gồm hai dãy hiển thị , sáu đèn báo chế độ hoạt động và bốn nút điều khiển. 2.1.1. Hai dãy hiển thị. * Dãy trên. Cao 10.2 mm, khi hiển thị có màu đỏ. Tác dụng: hiển thị nhiệt độ quá trình, đồng thời cũng hiện tên gợi nhớ của các thông số trong chế độ đặt cấu hình ( xem phần 3.5 ). Mặt khác tuỳ thuộc vào trạng thái hoạt động của thiết bị dãy này có thể hiện một số thông báo trạng thái. * Dãy dưới. Cao 7.6 mm, khi hiển thị có màu xanh. Tác dụng: Hiển thị một trong các biến hoạt động, tên gợi nhớ hay các giá trị số khi thay đổi thông số. Đ1 Đ2 Đ3 Đ6 Đ5 Đ4 Hình 2: Sáu đèn báo chế độ hoạt động. 2.1.2. Sáu đèn báo chế độ hoạt động. - Đèn Đ1: Sáng liên tục % PW khi dãy 2 đang hiển thị % giá trị đầu ra. - Đèn Đ2: Nhấp nháy MAN khi TCU đang trong chế độ điều chỉnh tay. Sáng liên tục REM khi TCU đang trong chế độ điểm đặt ngoài ( điểm đặt này do một thiết bị khác chẳng hạn PC ). Tắt hoàn toàn khi TCU trong chế độ điểm đặt địa phương. - Đèn Đ3: Sáng liên tục AL1 khi đầu ra ( lựa chọn ) cảnh báo 1 được cài đặt. Sáng liên tục OPN khi đầu ra van đang mở. - Đèn Đ4: Sáng liên tục DEV khi dãy 2 hiển thị sai lệch quá trình. Sáng liên tục CUR khi dãy 2 hiển thị dòng nhiệt. Sáng liên tục SEC khi dãy 2 hiển thị đầu vào số – giá trị điểm đặt ngoài. - Đèn Đ5: Sáng liên tục OP1 khi đầu ra điều chỉnh chính tích cực. Sáng liên tục AL1 khi đầu ra báo động 1 tích cực. - Đèn Đ6: Sáng liên tục AL2 khi có cài đặt đầu ra báo động ra. Sáng liên tục khi đầu ra chính đặt lựa chọn làm mát. Sáng liên tục CLS khi van ở vị trí đóng. 2.1.3. Bốn nút điều khiển. - Nút DSP: Khi TCU đang ở trong chế độ thường ( xem phần 3.1 ) dùng nút DSP để lựa chọn một trong các thông số hoạt động trên hiển thị dưới hay đơn vị đo nhiệt độ. - Nút PAR: Nút PAR được dùng để truy cập, thay đổi và cuốn qua các thông số ở bất kì chế độ nào ( khi thông số đó được phép truy cập ). - Nút UP và DOWN: Nút UP trên bảng điều khiển có hình mũi tên hướng lên, Hình 3: Cấu trúc bên trong của TCU. nút DOWN có hình mũi tên hướng xuống. Hai nút này được dùng để trực tiếp thay đổi giá trị ( tăng hoặc giảm ) điểm đặt hay phần trăm đầu ra ( chỉ dùng khi TCU đang ở chế độ điều chỉnh tay ) khi nhìn thấy biến nhớ của thông số đó xuất hiện trên hiển thị dưới. Đối với các thông số khác khi muốn cập nhật thì cần phải tìm tới biến nhớ của nó trước khi thay đổi giá trị. 2.2. Cấu trúc bên trong TCU. Quan sát hình 3 ta thấy có ba bộ phận quan trọng cần phải cài đặt: khoá chọn nguồn, chân chọn thiết bị đo nhiệt độ và các Modul ra. 2.2.1. Khoá chọn nguồn và chân chọn thiết bị đo nhiệt độ. Đây là khoá rất quan trọng cần đặt đúng vị trí phù hợp với nguồn cấp cho TCU nếu đặt sai có thể dẫn tới hỏng TCU: Vị trí trên cho nguồn 220 V, vị trí dưới cho nguồn 110 V. Sai số nguồn cho phép +10v,-15v nghĩa là có 2 dải điện áp được phép dùng là 100 125 V và 215 240 V. Có ba chân và một Jăm chọn thiết bị đo nhiệt độ: khi chọn thiết bị đo là cặp nhiệt độ thì cắm Jăm vào 2 chân dưới. Khi chọn thiết bị đo là RTD cắm Jăm lên 2 chân bên trên. 2.2.2. Các Modul đầu ra. Có 3 chân cắm cho Modul ra bao gồm: Chân cắm cho đầu ra chính OP1 ( hoặc AL1 - điều khiển van ). Chân cắm AL2/ OP2 ( hoặc đầu ra “đóng “ - điều khiển van ). Chân cắm AL1 ( hoặc đầu ra “mở ” - điều khiển van ). Khi cần sử dụng đầu ra nào ta phải cắm Modul vào chân cắm thích hợp. Dưới đây là các loại Modul ra: Tải Nguồn 5A 220v A B C Hình 4: Kết nối Modul Rơle. * Modul Rơle. Modul Rơle là loại rơle 5A-120/240 VAC hay 28 VDC . Tải là đối tượng cần điều khiển, cần hạn chế tải để không ảnh hưởng tới tuổi thọ thiết bị. Modul này thường dùng cho điều khiển động cơ. Tải 240 Hình 5: Kết nối Modul Triac. A B Không nối C Thiết bị Rơle hay Triac Nguồn * Modul Triac. Modul Triac là loại dùng cho điều khiển xoay chiều đây là loại Triac có phân cực, điện áp vào 120/240. Dòng cực đại: 1A ở 350C và 0.75A ở 500C. Dòng cực tiểu: 10mA. Dòng rò: 7mA. Hình 6: Kết nối Modul Logic/SSR Không nối Thiết bị Logic/SSR Nguồn Tải A B C * Modul Logic/SSR. Modul Logic/SSR là loại modul thường sử dụng cho điều khiển logic ON/OFF: đóng mở van, ngắt nguồn cho thiết bị... Modul này là loại không phân cực, áp một chiều 12VDC . Dòng tải cực đại 45mA. Có thể dùng để điều khiển nhiều SSR sau nó. Chú ý: ở ba hình vẽ trên các chân A,B,C tuỳ thuộc vào loại thiết bị, trên bảng hướng dẫn kết nối của TCU lưôn có hướng dẫn cách nối chân. 2.3. Lựa chọn và kết nối đầu vào, đầu ra. Trước khi nối dây, quan sát kĩ hướng dẫn ở mặt cạnh của TCU về chức năng của từng chân. Chuẩn bị các dây nối, đưa đầu dây cần nối vào chân tương ứng sau đó vặn chặt vít. Khi được phép đấu chung dây thì có thể kết các dây thành khối để nối với TCU. * Nối dây đo tín hiệu vào. 8 9 10 11 12 Đầu vào cặp nhiệt điện + - Hình 7: Nối dây cho cặp nhiệt điện Khi nối dây của cặp nhiệt điện hay RTD, hãy làm sạch và khô đầu dây. Nếu đối tượng ở quá xa có thể nối thêm dây cho cặp nhiệt độ ( không nên dùng dây đồng ). Nên tham khảo chỉ dẫn của nhà sản xuất thiết bị đo nhiệt độ để nắm rõ về phạm vi nhiệt độ đo, cách bảo vệ thiết bị... Đối với các ứng dụng sử dụng nhiều cặp nhiệt độ lấy nhiệt độ trung bình, hai hay nhiều cặp có thể nối tới TCU ( chú ý: luôn luôn sử dụng loại cặp nhiệt độ giống nhau ). Không nên dùng một cặp nhiệt độ cho nhiều TCU. Nhìn chung dây đỏ của cặp nhiệt độ là dây âm, hãy nối nó với chân đất của TCU. Thiết bị nhiệt kế điện trở (RTD) thường được sử dụng đối với ứng dụng có yêu cầu cao về độ chính xác, tin cậy. Phần lớn nhiệt kế điện trở có ba dây, dây thứ ba là dây “nghe” nhằm loại bỏ tác động của điện trở dây (của RTD) xem cách nối dây trên hình 8, hai dây thường của RTD nối với chân 8 và 10, dây nghe nối với chân 9. Khi nối dây nghe cần chú ý những điểm sau: + Là dây dẫn nối trực tiếp chân 9 với chân 8. + Có thể sẽ tồn tại sai số nhiệt độ đo khoảng 2.50 C / 1W điện trở dây , sai số này có thể bù bằng lập trình ( khoảng offset ). Hình 8: Nối dây cho thiết bị đo nhiệt độ RTD 7 8 9 10 11 đầu vào RTD + Luôn đảm bảo điện trở dây nhỏ hơn 10 W / 1 dây. Để hạn chế nhiễu tới dây dẫn ( ảnh hưởng tới chất lượng điều khiển ) cần: + Không dùng chung ống cách điện với: dây dẫn động cơ, cuộn cảm, dây nung, rơle... mà nên đặt dây đo trong ống cách điện riêng. + Khi sử dụng loại dây có vỏ bảo vệ, nối vỏ bảo vệ với chân số 10, đầu còn lại không nối. + Bố trí địa điểm đặt TCU ở khoảng cách ngắn nhất có thể với đối tượng đo. + Dây đo cần phải được cách điện hoàn toàn với các thiết bị điện. * Cách nối dây cho ứng dụng điều khiển vị trí van. 1 2 3 4 5 Hình 9: Nối dây cho điều khiển van. * * * M Nguồn Đóng Mở CW-closed CCW-open Đầu ra vị trí van Mở hoàn toàn Đóng hoàn toàn Đầu vào hồi tiếp Đối với mô hình điều khiển vị trí van thì có ba kết nối đầu ra để điều khiển vị trí của van và ba kết nối vào ( hồi tiếp ). Các chân 1,2,3 là ba chân đầu ra điều khiển van: Chân 1 nối với chân đất của nguồn, chân 2 là đầu ra đóng van (CW) chân 3 là đầu ra mở van (CCW). Một số điểm lưu ý: + Nếu có thể nên ưu tiên sử dụng Modul đầu ra Triac vì nó hạn chế được nhiễu điện từ của môi trường và tránh được tính chất cơ khí của các Contac đóng mở. + Sử dụng nguồn xoay chiều riêng cho động cơ. + Cách li các dây đầu ra điều khiển van với các chân hồi tiếp ( nhiễu ở đầu ra bị khuyếch đại khi đi qua mạch hồi tiếp ). Các chân đầu vào hồi tiếp không được đánh số cố định ( phụ thuộc version ). Chỉ sử dụng ba đầu vào này cho mô hình điều khiển vị trí van ( không cần thiết với điều khiển vận tốc ). * Cách nối đầu ra Linear DC. Đối với version có đầu ra Linear DC, tồn tại 2 chân cho đầu ra dòng một chiều 4 á 20 mA ( hoặc áp 0 á 10 VDC ). Các chân này nếu có được chú thích trên TCU là “đầu ra tương tự 4 á 20 mA hoặc 0 á 10 VDC. Trong hai chân này có một chân nối đất phải được cách điện với chân đất của cặp nhiệt độ, không cần thiết cách điện với đầu vào tương tự thứ hai. *Nối dây cho đầu vào tương tự thứ hai. Nếu version có đầu vào tương tự thứ hai nó sẽ có hai chân đầu vào để nhận tín hiệu dòng 4 á 20 mA. Số thứ tự chân phụ thuộc version. *Nối dây cho đầu vào người dùng. Một số version có chân số 7 dành để cho đầu vào người dùng, khi nối chân này với nguồn 0.7 V thì một trong các chức năng khoá ( đã được lựa chọn trong Modul đầu vào 1_IN – xem 4.5.1 ) sẽ được kích hoạt. 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 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 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 khiển Internal Cascade các chức năng của hai bộ điều khiển Cascade được tích hợp trong cùng 1 TCU. Trong mọi lĩnh vực điều khiển thì mô hình điều khiển Internal Cascade đều tạo ra chất lượng và tính linh hoạt ngang bằng với mô hình điều khiển External Cascade . Vòng ngoài cung cấp giá trị đặt cho vòng trong: đầu ra của vòng ngoài được nhập vào vòng ngoài làm giá trị đặt thông qua sự điều chỉnh của các thông số tỉ lệ DSP1 và DSP2. Giá trị đặt này được vòng trong sử dụng để tính toán đưa ra đầu ra thực . 4.4. Vấn đề tự chỉnh trong TCU Khi thực hiện tự chỉnh trong TCU thì ta chỉ cần đặt các sơ kiện ban đầu, sau đó dựa vào đặc tính quá trình TCU sẽ tự quyết định các thông số điều khiển phù hợp để cung cấp đầu ra một cách chính xác và tin cậy nhất. Trong suốt quá trình tự chỉnh, bộ điều khiển có thể tạm thời làm cho đầu ra của hệ thống dao động từ 0 100 %. Đường đặc tính đầu tiên của đầu ra bao giờ cũng là đặc tính do sơ kiện của chúng ta đặt trước. Những thông số cần phải đặt trước khi vào chế độ tự chỉnh là độ trễ điều khiển ( CHYS ) và mã thay đổi tự chỉnh ( tcod ) . 0% 100% off 0% 100% off on on Aut1 Aut2 Aut3 Aut4 OP1 đầu ra Linear DC, điều khiển van Pha Bắt đầu tự chỉnh t SP Điểm tự chỉnh Kết thúc quá trình tự chỉnh Hình 24: Hoạt động của quá trình tự chỉnh CHYS Các thông số sau đây sẽ được tự động đặt bởi quá trình tự chỉnh: ProP Khoảng tỉ lệ. Intt Hằng số tích phân. dErt Hằng số vi phân. Fltr Hệ số lọc tín hiệu vào. OPdP Tốc độ đáp ứng. *Tự chỉnh cho các hệ thống nung nóng/làm mát. TCU có hai đầu ra OP1 và OP2 tương ứng để nung nóng/ làm mát. Thông số cần thiết nhất cho các hệ thống này là db_2. Thông số db_2 quyết định khoảng thời gian xảy ra khoảng chết hay hiện tượng cùng tồn tại cả hai tác động nung nóng và làm mát trong quá trình tự chỉnh. Thông số db_2 tiếp tục giữ nguyên giá trị của nó cho tới khi quá trình tự chỉnh hoàn thành, sau đó ta nên đặt lại giá trị cho db_2. Chú ý: Cần hạn chế tối đa nhiễu do tải ngoài gây ra bởi nếu không chúng sẽ gây tác động cho quá trình quyết định các hằng số của bộ PID *Tự chỉnh cho hệ thống Internal Cascade. Tự chỉnh cho hệ thống Internal Cascade bao gồm hai phân đoạn tự chỉnh: tự chỉnh cho vòng trong và tự chỉnh cho vòng ngoài. Mỗi tập thông số cho từng vòng được tự chỉnh một cách độc lập, và vòng trong thường được chỉnh trước. Để kích hoạt quá trình tự chỉnh, trước hết cần “mở khoá” cho thông số tUNE ( trong modul khoá ), sau đó trong chế độ ẩn lựa chọn yES cho thông số tUNE, tiếp đó dựa vào yêu cầu cụ thể của hệ thống mà chọn tự chỉnh cho vòng trong (SEC) hay vòng ngoài (PRI). Quá trình tự chỉnh trải qua 4 pha, trên hiển thị dưới sẽ hiện chỉ số của pha tích cực. Pha Hiển thị cho vòng ngoài Hiển thị cho vòng trong 1 APr1 ASC1 2 APr2 ASC2 3 APr3 ASC3 4 APr4 ASC4 Hình 25: Pha điều khiển của quá trình tự chỉnh Trong quá trình tự chỉnh TCU sẽ tự tính toán và thay đổi các thông số cho bộ điều khiển vòng trong bao gồm: Pb_2 Khoảng tỉ lệ. It_2 Hằng số tích phân. dt_2 Hằng số vi phân. OPd2 Hằng số tốc độ đáp ứng vòng trong. Tự chỉnh của vòng trong chịu ảnh hưởng lớn của giá trị đặt. Trong chế độ tự động, giá trị đặt của vòng trong là đầu ra của vòng ngoài ( được tính từ khi bắt đầu quá trình tự chỉnh ). Còn trong hoạt động điều chỉnh tay nó mang giá trị đọc được của đầu vào tương tự thứ hai ( lúc khởi động quá trình tự chỉnh ). Trước khi bước vào quá trình tự chỉnh cho vòng trong cần lưu ý đặt thang đo phù hợp với phạm vi của quá trình ( do vòng trong điều khiển ). Các bước tiến hành điều chỉnh hệ thống điều khiển Internal Cascade: + B1: Đặt TCU vào kiều hoạt động điều chỉnh tay (USEr). + B2: Điều khiển tín hiệu ra cho tới khi các thông số của bộ điều khiển vòng ngoài gần bằng giá trị điểm đặt. + B3: Khởi động tự chỉnh vòng trong. + B4: Khởi động tự chỉnh vòng ngoài. + B5: Đặt TCU ở chế độ tự động. Sau khi quá trình đã ở trạng thái xác lập, bộ điều khiển vòng trong và ngoài có thể tiếp tục được chỉnh định lại (tự động). Bất cứ một thông số nào của bộ PID vòng trong bị thay đổi thì lập tức TCU sẽ thay đổi các thông số cuả bộ PID vòng ngoài. *Tự chỉnh của hệ thống điều khiển External Cascade . Hệ thống External Cascade sử dụng 2 bộ điều khiển, bộ điều khiển vòng trong và bộ điều khiển vòng ngoài. Bộ điều khiển vòng trong có đầu vào là giá trị đặt từ xa và đầu ra là đầu ra chính của quá trình, bộ điều khiển vòng ngoài có đầu vào là đầu vào chính của quá trình và đầu ra làm điểm đặt cho vòng trong . Các thông số của vòng trong được điều chỉnh trước và cần phải đặt thang đo cho vòng trong. Sau đây là các bước cài đặt cho tự chỉnh của hệ thống điều khiển External Cascade: +B1: Đặt bộ điều khiển vòng trong ở chế độ điểm đặt địa phương và điều chỉnh tay. + B2: Điều chỉnh đầu ra của bộ điều khiển vòng trong cho tới khi các biến của vòng ngoài xấp xỉ giá trị điểm đặt (± 10%). + B3: Nhập giá trị điểm đặt cho bộ điều khiển vòng trong bằng giá trị của quá trình vòng trong. + B4: Tiến hành tự chỉnh cho vòng trong ở chế độ điểm đặt địa phương. + B5: Đặt bộ điều khiển vòng trong ở chế độ điểm đặt từ xa và điều chỉnh tự động. + B6: Tiến hành tự chỉnh cho vòng ngoài trong kiểu điều chỉnh tự động. Sau khi quá trình đã đạt xác lập, bộ điều khiển vòng trong và bộ điều khiển vòng ngoài vẫn có thể được điều chỉnh lại các thông số ( tự động ) khi một thông số nào đó của bộ điều khiển vòng trong bị thay đổi. Chương 5 kết nối truyền thông Rs 485 5.1. Chuẩn truyền thông RS-485. Chuẩn truyền thông RS-485 cho phép truyền và nhận dữ liệu trên dây cáp đơn.Chính đặc điểm này được sử dụng để giám sát các biến giá trị ,đặt lại các đầu ra và thay đổi giá trị ,tất cả các công việc này đều được thực hiện từ xa. Các thiết bị thường được ghép nối với bộ điều chỉnh nhiệt độ TCU như máy in một thiết bị đầu cuối , bộ diều khiển chương trình ,hay một máy tính trung tâm. RS-485 cho phép truyền trên khoảng cách lên tới 1200m. Có tới 32 bộ điều khiển có thể được nối trên cùng một đường cáp và đường nối chung. Địa chỉ của các bộ điều khiển được đánh số từ 0 tới 99. Bộ chuyển đổi GCM422 được cài đặt nhằm mở rộng tính linh hoạt của bộ điều khiển. Khi sử dụng một thiết bị đầu cuối hay một máy tính trung tâm mà chỉ sử dụng một bộ TCU thì địa chỉ “0” được sử dụng loại trừ yêu cầu đối với các địa chỉ xác định khi gửi đi một lệnh. Nếu nhiều hơn một bộ TCU trên đường truyền thì mỗi bộ TCU phải được đánh một địa chỉ khác nhau. +Khuôn dạng của dữ liệu truyền. Sự hoạt động truyền thông bán song công gửi dữ liệu bằng cách khoá các mức điện áp trên đường cáp chung.Dữ liệu được nhận bằng việc giám sát các mức và nhận ra được các mã được truyền tới. Để cho dữ liệu được nhận ra một cách chính xác thì phải đồng nhất việc định dạng và tốc độ truyền giữa các thiết bị truyền thông.Các biến định dạng đối với bộ điều khiển TCU là 1 bit start ,7 bit data ,0 bit parity hoặc 1 bit parity ,và 1 bit stop . Tốc độ truyền baud thường là :300,600,1200,2400,4800,9600 baud. Hình 30: Khuôn dạng dữ liệu Trước khi thiết lập truyền nối tiếp thì bộ điều khiển TCU phải được lập chương trình để có cùng tốc độ truyền và parity với các thiết bị kết nối. Thêm vào đó số địa chỉ vòng và máy in phải nên được biết đến. Khi sử dụng một thiết bị đầu cuối hay một máy tính trung tâm mà chỉ sử dụng một bộ điều khiển TCU ,địa chỉ ‘0’ có thể được dùng nhằm loại ra yêu cầu đối với các địa chỉ xác định khi gửi đi một lệnh . Nếu có nhiều hơn một bộ TCU trên đường truyền thì mỗi bộ TCU phải được đánh một địa chỉ khác nhau. 5.2. Truyền câu lệnh và dữ liệu. 5.2.1. Truyền câu lệnh. Khi gửi lệnh tới 1 bộ điều khiển ,một chuỗi lệnh phải được xây dựng. Chuỗi câu lệnh có thể bao gồm các mã lệnh,giá trị xác định ,và dữ liệu số. Sau đây là danh sách các lệnh và giá trị nhận dạng ,được sử dụng khi truyền thông với TCU. Câu lệnh Mô tả N(4EH) Địa chỉ lệnh:tiếp theo một hoặc hai số ,số địa chỉ từ 0 tới 99. P(50H) Truyền lệnh in . Truyền sự lựa chọn tại phần Program Option(PoPt). R(52H) Đặt lại lệnh. Tiếp theo là một giá trị Value Identifier (G hoặc H). T(54H) Lệnh truyền giá trị ;Tiếp theolà một giá trị Value Identifier (A-M,O,Q,W-Z,AA,BB, hoặc HC). C(43H) Lệnh điều khiển hoạt động. Tiếp theo là một giá trị Value Identifier(S hoặcU) và số. V(56H) Lệnh thay đổi giá trị .Tiếp theo là một giá trị Value Identifier (B-H,J-M,O,Q,X-Z) ,sau đó là dữ liệu số riêng. 5.2.2. Nhận dữ liệu. Dữ liệu được truyền từ TCU khi một lệnh “T”Transmit Value hay một lệnh “P” Transmit Print Options được gửi tới bộ điều khiển thông qua cổng nối tiếp .Dữ liệu cũng được truyền khi đầu vào người sử dụng (User Input),lập chương trình cho chức năng yêu cầu in (Print Request),được kích hoạt .Do đặc điểm tốc độ in cho phép lựa chọn máy in để được truyền tại tốc độ chương trình qua cổng nối tiếp. Hình 26: Chuỗi kí tự điển hình Khoảng trống Dấu trừ Dấu chấm đơn vị Carriage return Line feed Blank S E T - . 1 2 3 3 4 F CR LF SP CR LF 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Bốn digit Biến nhớ địa chỉ thiết bị Cuối cuộc truyền Việc truyền chuỗi số có dạng như sau: Hai digit đầu là địa chỉ bộ điều khiển .Nếu địa chỉ bộ điều khiển là 0 thì ô đầu để trống .Một khoảng tiếp theo là số địa chỉ bộ điều khiển.Ba kí tự tiếp theo là biến nhớ theo sau bởi một hay nhiều khoảng trống.Giá trị dữ liệu bằng số được truyền tiếp theo bằng các bộ điều khiển xác định .Giá trị phủ định được chỉ thị bởi kí hiệu “-”. Vị trí dấu chấm thập phân trong giới hạn trường dữ liệu phụ thuộc vào giá trị thực mà nó thể hiện.Số dữ liệu được sắp đúng chỗ ,không bắt đầu bằng 0. Khi lệnh T hay yêu cầu in có kết quả ,các chuỗi kí tự trên được gửi trên mỗi đường của một khối truyền. Nếu có nhiều hơn một chuỗi được truyền ,có 100ms tới 200ms gán liền vào thời gian trễ sau khi truyền mỗi chuỗi và sau mỗi khối truyền.Khi giao tiếp với máy in ,việc gửi các biến nhớ thường được yêu cầu. *Kết nối TCU với PC. Để sử dụng khả năng truyền thông nối tiếp của TCU thì yêu cầu máy tính phải có card nối tiếp RS485. Nếu một IBM PC thích hợp được sử dụng thì card nối tiếp RS485 được cài đặt vào chân cắm mở rộng trên bảng mạch chính . RS 485 card có thể được thiết lập cho việc vận hành “2 –dây đôi ”,với chế độ vận hành này thì mỗi phần thiết bị phải có thể chuyển mạch từ chế độ nhận tới chế độ truyền và ngược lại . Bộ điều khiển hoạt động bình thường trong chế độ nhận dữ liệu .Nó sẽ tự động chuyển mạch tới chế độ truyền dữ liệu khi Transmit Value Command hoặc Print Request có kết quả .Với máy tính để chuyển mạch từ chế độ nhận dữ liệu sang truyền dữ liệu thì phải có phần mềm điều khiển, được viết để thực hiện nhiệm vụ này. Trên hầu hết Card nối tiếp RS 485 thì tín hiệu RTS (Request to Send)được thiết lập để sử dụng như việc định hướng (truyền /nhận )tín hiệu điều khiển . Phần mềm điều khiển phải ngắt trạng thái của đường RTS khi máy tính đang thực hiện việc truyền và nhận dữ liệu. Bộ điều khiển dành 100 ms để máy tính thực hiện việc chuyển đổi từ chế độ truyền sang chế độ nhận . Nếu card RS 485 không được sử dụng và chỉ có cổng RS 232 là biến thì module chuyển đổi GCM 232&GCM 422 được sử dụng . Bộ chuyển đổi GCM232 chuyển từ RS 232 sang dòng điện vòng . Bộ chuển đổi GCM 422 chuyển 20mA dòng điện vòng sangRS 422/RS 485. Bộ chuyển đổi GCM422 có 25 đầu ra. Chú ý : GCM422 yêu cầu đầu TXEN cho chế độ vận hành riêng. Đầu TXEN là dạng phụ thuộc .Nếu nó không được chỉ ra trên nhãn máy thì nó không có giá trị đối với máy đó . *Kết nối nối tiếp . Khi nối khối đầu ra, tại đằng cuối của khối ta để ý đến tên của đầu ra để nối mỗi dây vào đúng vị trí riêng của nó. Đối với công việc này thì chỉ cần sử dụng hai dây truyền phát và một dây chung. Hai dây truyền dữ liệu nối tới TX/RX(+) và TX/RX(-). Cáp dẫn nên là cáp đôi ,trong một số ứng dụng thì một tín hiệu đất có thể được yêu cầu để thiết lập một đường đất chuẩn . Tín hiệu đất sẽ được yêu cầu nếu thiết bị không có điện trở điện áp lệch trong nối với đường RS485. Tín hiệu đầu vào thường được cách điện từ đường RS 485và đầu ra tương tự “-”. Chú ý : Không nối bất cứ đầu chung nào tới đầu ra tương tự “-”. * Kết nối TCU với máy in. Một hay nhiều bộ TCU có thể được nối với máy in RLC modul DMPC , sử dụng module chuyển đổi RLC GCM 422. Đầu nối TX EN (Transmit Enable) được nối tới chân nối không truyền trên module GCM 422. Máy in sau đó có thể nhận dữ liệu khi User Input, được lập trình cho chức năng yêu cầu in, hoạt động. Bộ GCM 422 phải có jumper trong đặt tại 485 vị trí. 25 chân nối trên module GCM 422 phải được cắm jumper tại các vị trí chân 2, 3 và 14, 16. Bộ TCU phải được lập trình để có cùng tốc độ truyền với máy in. Khi có nhiều hơn 1 bộ điều khiển trên đường truyền thì mỗi đầu ghép nối TX-EN được nối tới chân chưa truyền của module GCM 422. Tại mỗi thời điểm chỉ có duy nhất một bộ TCU có chức năng in ,nhằm tránh khả năng xảy ra xung đột khi có nhiều hơn một TCU yêu cầu máy in thực hiện . *Máy tính trung tâm – Sever. Một nhà máy sử dụng nhiều bộ điều khiển TCU để điều khiển quá trình sản xuất. Các bộ TCU được đặt tại các vị trí khác nhau để tối thiểu hoá quá trình xử lý. Đặt tại phòng điều hành sản xuất một máy tính công nghiệp, máy tính này được nối với các bộ TCU qua đường dây truyền thông. Mỗi bộ TCU được đánh một địa chỉ khác nhau, nhưng tất cả đều phải được lập trình để được tương thích với máy tính. Hosterminal TX/RX (+) TX/RX (-) TCU2 TX/RX (+) TX/RX (-) TX/RX (+) TX/RX (-) TX/RX (+) TX/RX (-) TX/RX (+) TX/RX (-) TX/RX (+) TCU4 TCU6 TCU5 TCU3 TCU1 TX/RX (-) Hình 27 : Kết nối nhiều TCU với Hosterminal Máy tính sử dụng các câu lệnh riêng để gửi và nhận dữ liệu từ các bộ TCU. Nếu hai đường truyền thông được thiết lập giữa TCU và một máy tính, trước tiên máy tính phải nhận được thông tin từ TCU. Kích hoạt User Input, lập chương trình cho chức năng yêu cầu in,bắt đầu việc truyền từ TCU. Một bộ RLC Serial Couverter Module GCM 422 được thiết lập nhằm mở rộng khả năng thích nghi của bộ điều chỉnh nhiệt độ TCU. chương 6 ứng dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ vào các hệ thống công nghiệp. 6.1. Điều khiển giám sát dòng cấp nhiệt. Đây là đầu vào ( không bắt buộc ) cho phép điều khiển dòng cấp nhiệt thông qua modul đầu ra chính OP1. Giá trị dòng cấp nhiệt thực được quan sát trên hiển thị dưới. Thông qua TCU ta có thể biết được trạng thái hiện tại của dây đốt hay khả năng hở mạch ,ngắn mạch với đất. Một đầu ra cảnh báo có thể được lập trình để gửi ra tín hiệu báo động một sự kiện nào đó trước khi nó ảnh hưởng tới quá trình. Giá trị của cảnh báo dòng cấp nhiệt được đặt thấp hơn khoảng 10-20% giá trị dòng cấp nhiệt thực. Hình 28: Điều khiển giám sát dòng cấp nhiệt. Điều khiển dòng cấp nhiệt của TCU thường dùng nguồn một pha, đối với hệ thống sử dụng nguồn 3 pha hãng sản xuất ( Red Lion ) có loại IMH cho phép điều khiển từng pha riêng lẻ. +Ví dụ: Sử dụng một biến dòng 50:0.1. Dòng thực đọc được trên hiển thị là 38A. Khi đó giá trị cảnh báo lỗi được đặt là 32.0A ( =38*85% ) . Nếu dòng cấp nhiệt vượt quá ngưỡng 32.0A, TCU sẽ sinh ra một sự kiện báo động. Dưới đây là một số thông số cần thiết cho ứng dụng này: HCur=50.0 Thang đầy đủ cho dòng nhiệt bằng với biến dòng. ACt1=HCur Đặt modul cảnh báo 1 cho sự kiện lỗi về nhiệt AL1=32.0 Ngưỡng cảnh báo trên. Trong ví dụ này đầu vào giám sát dòng cấp nhiệt dùng để phát hiện sớm sự cố hỏng dây nung để báo động cho người vận hành kịp thời có biện pháp xử lý trước khi nó ảnh hưởng tới quá trình. Giá trị thực của dòng cấp nhiệt được quan sát trên hiển thị dưới và cần thiết phải sử dụng đầu ra cảnh báo. 6.2. Điều khiển nung nóng/ làm mát. Hình 29: Điều khiển nung nóng /làm mát. Thiết bị TCU có hai đầu ra nung nóng và làm lạnh cho các quá trình, trong thực tế có nhiều quá trình cần cả hai tính năng này với mục đích đạt tới khoảng nhiệt độ chính xác cũng như một giá trị nhiệt độ cố định nào đó. Các thông số cần lập cấu hình cho chức năng làm mát: CYC2 nhập chu kỳ thời gian làm mát. GAN2 nhập thông số quan hệ. db_2 nhập khoảng chết(dead band). 6.3. Điều khiển vị trí van. Chức năng điều khiển vị trí van dùng hai đầu ra “đóng” và “mở” để trực tiếp đặt vị trí cho van theo một vòng kín.. Cũng có thể dùng trực tiếp đầu ra Linear DC để điều khiển vị trí của van thông qua một số thông số nhập vào mà không cần phải dùng tới các phương pháp điều khiển PID hay ON/OFF. Hình 30: Điều khiển vị trí van. Có hai kiểu điều khiển van: điều khiển vị trí và điều khiển vận tốc. Điều khiển vị trí sử dụng tín hiệu phản hồi còn điều khiển vận tốc thì không. áp suất hơi nước được điều khiển bởi TCU với Valve Positioner . TCU duy trì nhiệt độ dòng nước nóng không đổi bằng việc điều khiển vị trí của van. * Điều khiển vị trí. Điện trở phản hồi (thể hiện vị trí của van) được đo để đưa vào TCU và cân bằng thang đo tương ứng từ 0 á 100 %. Vị trí của van được so sánh với đầu ra để quyết định sự thay đổi lại vị trí cho van. Khi tín hiệu phản hồi không tương ứng với đầu ra nghĩa là đã xảy ra sự kiện hỏng động cơ van, hỏng van hoặc mất tín hiệu phản hồi. Khi đó sẽ có điều khiển cho sự lật trạng thái của tín hiệu cảnh báo. cảnh báo van dùng một bộ đếm thời gian đảm bảo cho sự tương ứng của đầu ra và phản hồi van trong một khoảng thời gian đặt trước. Khi xảy ra sự kiện cảnh báo, trên hiển thị dưới sẽ hiển thị thông báo “VALV” và nếu được nối với thiết bị cảnh báo thì TCU sẽ đưa ra tín hiệu để thông tin về sự kiện cho người vận hành biết. Mỗi lần tín hiệu cảnh báo lật trạng thái, để tắt báo động thì đầu ra phải bằng với vị trí phản hồi (đã quy đổi tín hiệu). Khi đặt thời gian cảnh báo van bằng 0 sẽ làm mất tác dụng cảnh báo. Lập cấu hình cho các thông số : +Chế độ điều khiển vị trí: VPS1 nhập vị trí đóng van VPS1 nhập vị trí mở van Vudt nhập chu kỳ cập nhật van VPdb nhập khoảng chết VFAL nhập thời gian phát hiện hỏng van Act1 đặt đầu ra cảnh báo cho phát hiện hỏng van. *Điều khiển vận tốc. Chế độ điều khiển vật tốc của Valve Positioner là phương pháp điều khiển van đặc biệt ,nó không sử dụng tín hiệu phản hồi. Tại chế độ điều khiển này thì bộ điều khiển sẽ đáp ứng sự thay đổi giá trị đầu ra ,thay vì đáp ứng trực tiếp giá trị ra như trong điều khiển vị trí. Nếu có lỗi quá trình ,thì bộ điều khiển sẽ tác động trước tiên tới đầu ra động cơ điều khiển nhằm loại trừ lỗi . +Chế độ điều khiển vận tốc: Vudt nhập chu kỳ cập nhật van VOPt nhập thời gian mở van VCLt nhập thời gian đóng van Vont nhập khoảng chết. 6.4. Điều khiển Internal Cascade: Hình 31: Điều khiển Internal Cascade. Vòng điều khiển Cascade là phương pháp điều khiển có chất lượng tốt hơn điều khiển một vòng cổ điển. Điều khiển Cascade cho phép quá trình được chia thành hai vòng :vòng điều khiển trong và vòng điều khiển ngoài .Vòng điều khiển ngoài nhận giá trị đặt từ vòng điều khiển trong để điều khiển biến trung gian (áp suất hơi). Mức điều khiển của biến trung gian là đầu vào quá trình trong .Vòng trong(nhiệt độ) điều khiển các biến thay đổi nhanh, nhờ vậy nó tác động nhanh hơn với các nhiễu để giảm ảnh hưởng của nhiễu tới quá trình chính. Lập cấu hình cho các thông số : OPer chọn chế độ điều khiển Cascade. Root chọn tuyến tính hoá đầu vào tương tự thứ hai. dPt2 chọn vị trí dấu chấm động . dsP1, InP1, DsP2, InP2: chọn thang tỉ lệ cho đầu vào thứ hai. OPd2 hệ số lọc nhiễu cho đầu vào thứ hai. Các thông số hoạt động: SP_2 giá trị điểm đặt của vòng trong. Pb_2 khoảng tỷ lệ cho vòng trong. It_2 hằng số tích phân cho vòng trong. dt_2 hằng số vi phân cho vòng trong. 6.5. Điều khiển External Cascade. ở đây thiết bị PCU ( Process Control Unit ) đóng vai trò là bộ điều khiển của vòng trong. Lập cấu hình cho các thông số: OPer chọn chế độ điều khiển Cascade. Root chọn tuyến tính hoá đầu vào tương tự thứ hai. dPt2 chọn vị trí dấu chấm động . dsP1, InP1, DsP2, InP2: chọn thang tỉ lệ cho đầu vào thứ hai. SPtr chọn chế độ điểm đặt địa phương/ từ xa. Hình 32: Điều khiển External Cascade. Các thông số hoạt động: Rtio hệ số ratio cho điểm đặt từ xa. biaS hệ số bias cho điểm đặt từ xa. 6.6. Điều khiển giá trị đặt Master. Một TCU Master tạo điểm đặt cho nhiều TCU Slave (tối đa 50 ). Đầu ra Linear DC của TCU Master nối với đầu vào tương tự thứ hai của các TCU Slave. Mỗi TCU Slave có thể có các hệ số ratio và bias khác nhau. Hình 33: Điều khiển điểm đặt Master Lập cấu hình thông số cho các TCU slave: OPer chọn chế độ điều khiển Cascade. Root chon tuyến tính hoá đầu vào tương tự thứ hai. dPt2 chọn vị trí dấu chấm động . dsP1, InP1, DsP2, InP2: chọn thang tỉ lệ cho đầu vào thứ hai. SPLO, SPHI: giới hạn dưới, trên của điểm đặt từ xa. SPrP tốc độ thay đổi điểm đặt từ xa. Các thông số hoạt động của TCU slave: Rtio hệ số ratio của đầu vào tương tự thứ hai. biaS hệ số bias của đầu vào tương tự thứ hai. Chương 7. Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ tcu. 7.1. Đối tượng điều khiển . Tại đồ án này sử dụng lò điện trở làm đối tượng điều khiển . Lò điện trở là một thiết bị dùng để biến đổi điện năng thành nhiệt năng trong quá trình gia nhiệt bằng hình thức dùng điện trở hay còn gọi là dây nung (thanh nung ). Lò thường có cấu tạo đơn giản, chiều cao không thay đổi dọc theo chiều dài lò, chế độ trao đổi nhiệt trong lò chủ yếu là bức xạ phân bố đều . Dây nung Ni-Cr được đặt trong lòng lò và toả nhiệt theo hiệu ứng Jun-lenxơ . Nhiệt lượng toả ra trên dây, khi có dòng điện chạy qua ,được tính theo công thức : Q = I2Rt. Trong đó : Q : Nhiệt lượng toả ra trên dây nung (J). R : Điện trở dây nung (W). I : Dòng điện chạy qua dây nung (A). t : Thời gian dòng điện chạy qua dây nung (s). Lò điện trở thực hiện công việc nung nóng vật ở bất kỳ chế độ nhiệt và nhiệt độ nào cần thiết. Nhưng nhược điểm của các lò này là có tính ổn định không cao, chịu ảnh hưởng lớn của nhiễu tác động. Đại lượng cần điều chỉnh là nhiệt độ buồng lò .Việc điều khiển nhiệt độ buồng lò chính là điều khiển công suất đặt vào lò. P=I2.R.T. Có hai phương án để xây dựng công suất này là: -Điều chỉnh về phía tiêu thụ ,tức làm thay đổi điện trở của lò .Phương pháp này ít được áp dụng bởi tính không liên tục và hạn chế phạm vi điều khiển . -Điều khiển về phía cung cấp tức là thay đổi cường độ dòng điện chạy qua dây nung .Điều này có thể thực hiện bằng biến áp ,Rơle hoặc Thyristor. *Phương pháp dùng biến áp . Đây là phương pháp điều chỉnh điện áp theo cấp ,nó đòi hỏi biến áp phải có công suất lớn .Phương pháp này thô sơ ,ít được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động . *Phương pháp dùng Rơle. Phương pháp này có đặc điểm có thể khống chế mức nhiệt độ trong lò tại những mức điện áp khác nhau ,nhưng Rơle chỉ có tác dụng điều chỉnh tại một số thời điểm ngưỡng nhất định nên việc điều chỉnh không liên tục .Mặt khác quá trình điều khiển luôn bị dao động ,biên độ dao động phụ thuộc vào các điểm đặt khác nhau ,vì thế độ chính xác không cao ,Rơle phải đóng ngắt nhiều lần nên độ tin cậy kém .Tuy nhiên phương pháp này có ưu điểm đơn giản ,phù hợp với các yêu cầu công nghệ đòi hỏi không cần độ chính xác cao. *Phương pháp dùng Rơle kết hợp với Thyristor. Khi sử dụng thì khả năng điều chỉnh với các phạm vi khác nhau là tương đối tốt. Tuy nhiên phương pháp này không thực hiện điều chỉnh liên tục được bởi vì khi tiếp điểm của Rơle đóng ta luôn có cả chu kì cung cấp cho tải ,khi mở nguồn thì cung cấp phía Điod bị ngắt .Do đó việc cung cấp cho lò chỉ hoàn toàn do Thyristor và như vậy công suất đưa vào lò chỉ được 1/2 chu kì . *Phương pháp dùng hai Thyristor mắc xung đối . Khi có xung điều khiển thì hai Thyristor sẽ lần lượt mở cho dòng đi qua .Ta có thể điều khiển cho hai Thyristor liên tục chuyển từ đóng sang mở tương ứng với công suất lò thay đổi từ 0 đến giá trị lớn nhất . Phương pháp này cho phép điều chỉnh trong phạm vi rộng ,đáp ứng được các yêu cầu công nghệ ,độ chính xác tương đối cao ,độ nhạy điều chỉnh tương đối lớn ,có khả năng điều chỉnh tương đối liên tục . 7.2. Mô hình và sơ đồ mạch kết nối 7.2.1. Mô hình Mạch điều khiển sử dụng mô hình điều khiển Internal Cascade để điều khiển lò. Quá trình vòng trong điều khiển biến thay đổi nhanh đó là nhiệt độ của lò, quá trình vòng ngoài điều khiển biến thay đổi chậm hơn là nhiệt độ vật nung. Trong đó quá trình cần điều khiển là quá trình vòng ngoài ( điều chỉnh nhiệt độ vật nung ). Vòng trong được điều khiển bởi bộ điều khiển PID2 còn vòng ngoài điều khiển bởi bộ điều khiển PID. PID PID2 Nhiệt độ lò nung Nhiệt độ vật nung Main input Second analog input Setpoint Hình 34: Mô hình dùng TCU điều khiển lò nung Hình 35: Sơ đồ mạch kết nối TCU-lò điện trở. Linear DC output 7.2.2. Sơ đồ mạch kết nối. Trong đó: 1 – Hai cặp nhiệt điện loại XK. 2 – Dây nung. 3 – Vật nung. 4 – Bộ điều khiển công suất. Cặp nhiệt được sử dụng ở đây là cặp nhiệt điện Crômen- Copen (ký hiệu XK ) Dây dương Crômen là hợp kim 89% Ni + 9,8% Cr + 1% Fe + 0,2 % Mn ,còn dây âm Cropen là hợp kim 56% Cu và 44% Ni .Giới hạn đo cực đại khi đo dài hạn 6000C, còn khi đo ngắn hạn là 8000C. 7.3. Bộ điều khiển công suất. 7.3.1. Đặc điểm . Có nhiều phương pháp điều khiển công suất nhưng phương pháp dùng hai Thyristor mắc xung đối được sử dụng nhiều nhất.Khi có xung điều khiển thì hai Thyristor sẽ lần lượt mở cho dòng đi qua. Góc mở của Thyristor được điều khiển để bảo đảm cho công suất lò thay đổi từ 0 đến giá trị lớn nhất. Phương pháp này cho phép điều chỉnh trong phạm vi rộng ,độ chính xác tương đối cao ,độ nhạy điều khiển lớn,có khả năng điều chỉnh liên tục và đều đặn . Dựa vào yêu cầu về chất lượng điều khiển và trang thiết bị sẵn có ,đồ án này chọn phương pháp điều chỉnh công suất lò dùng hai Thyristor mắc xung đối để điều khiển lò điện trở. +Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của Thyristor. Thyristor là thiết bị bán dẫn gồm bốn lớp bán dẫn P1N1P2N2 khác nhau về chiều dày và mật độ điện tích ghép với nhau .Giữa các lớp bán dẫn này hình thành các mặt ghép chuyển tiếp PN lần lượt là J1,J2,J3. A K G P1 P2 N1 N2 J1 J3 J2 A K + - G Khi đặt điện áp một chiều giữa hai cực A và K (anôt nối với cực dương ,catôt nối vào cực âm) thì J1 và J3 được phân cực thuận còn J2 bị phân ngược .Gần như toàn bộ điện áp nguồn đặt trên mặt ghép J2.Điện trường nội tại E1 của J2 có chiều hướng từ N1 về P2.Điện trường ngoài tác dụng cùng chiều với Ei ,vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra ,không có dòng điện chạy qua Thyristor mặc dù nó được đặt dưới điện áp . Khi có một xung điều khiển tác động vào cực G ,các điện tử từ N2 chảy sangP2. Các điện tử chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2 và ngày càng nhiều điện tử chảy ào ạt vào N1 ,qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài với tốc độ 1cm/100´ms .Khi đó J2 trở thành mặt ghép dẫn điện Thyristor mở cho dòng chạy qua. Điện trở thuận của Thyristor khi ở trạng thái khoá khoảng100kW,ở trạng thái mở khoảng 0,01W. Loại Thyristor được dùnglà loại Thyristor công suất nhỏ KY-202H có các thông số kĩ thuật như sau: +Điện áp làm việc 0,4(KV). +Dòng điện cực đại cho phép 10(A). +Điện áp điều khiển 10(V). +Dòng điện dò 0,3-0,5(A). VậyThyristor sẽ được mở khi có điện áp thuận ,nghiã là khi có hiệu điện áp giữa Anod và Catod là dương và đồng thời có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G của nó và có dòng : Ig > Igst Ig: Dòng điều khiển . Igst:Giá trị giới hạn dòng điều khiển . Còn muốn đóng Thyristor phải đặt điện áp ngược lên hai đầu Anod và Catod UAK<0. Phải chú ý là trong bất cứ trường hợp nào thì cũng không được đặt Thyristor dưới điện áp thuận khi Thyristor chưa bị khoá ,nếu không có thể gây lên hiện tượng nguồn bị ngắn mạch. Bởi hai Thyristor được mắc song song và ngược chiều nên tại một thời điểm chỉ có một trong hai Thyristor được mở ,dòng điện đi qua sợi đốt được mô tả như hình vẽ: Hình 36: Hoạt động của Thyristor Trong đó a là góc mở của Thyristor,tức là góc lệch kể từ thời điểm ban đầu của nửa chu kì của dòng xoay chiều cho đến thời điểm mở Thyristor ,thời điểm này chính là thời điểm phát xung điều khiển,ta có thể thay đổi thời điểm phát xung điều khiển làm thay đổi góc mở a của Thyristor, tức là thay đổi công suất cung cấp cho sợi đốt lò.Việc điều khiển thời điểm phát xung cho van Thyristor được thực hiện bằng bộ phát xung răng cưa XR,bộ so sánh SS và bộ phát xung mở Thyristor FX. Mạch tạo xung điều khiển bao gồm m