Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ sử dụng thiết bị TCU

Luận văn

Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ

sử dụng thiết bị TCU

Mục lục

Lời nói đầu .

Tran g

Chương 1. Khái quát chung về thiết bị điều chỉnh nhiệt độ TCU. ................................................................................................................... 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......................................................... 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............................................................................... 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 ID............................................................................................. 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 . 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. 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.

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 Adụng 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:

 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.  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 .  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.  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 .  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 .  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 .  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.

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  20 mA hoặc áp 0  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  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  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

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

Dãy hiển thị trên

Dãy hiển thị dưới

Đèn báo chế độ

Nút điều khiển

Hình 1: Bảng điều khiển.

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

Đ4

Đ5

Đ6

2.1.2. Sáu đèn báo chế độ hoạt động.

Hình 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,

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.

Hình 3: Cấu trúc bên trong của TCU.

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:

Nguồn

* Modul Rơle.

Tải

Hình 4: Kết nối Modul Rơle.

5A 220v

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.

240

Nguồn

* Modul Triac.

Không nối

Tải

Hình 5: Kết nối Modul Triac.

Thiết bị Rơle hay

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.

Nguồn

Thiết bị Logic/SSR

Không nối

Tải

Hình 6: Kết nối Modul Logic/SSR

* 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.

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

Đầu vào cặp nhiệt điện

Hình 7: Nối dây cho cặp nhiệt điện

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 / 1 điện trở dây , sai số

này có thể bù bằng lập trình ( khoảng offset ).

đầu vào RTD

Hình 8: Nối dây cho thiết bị đo nhiệt độ RTD

+ Luôn đảm bảo điện trở dây nhỏ hơn 10  / 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.

Nguồn

CW-closed

Đóng

* Cách nối dây cho ứng dụng điều khiển vị trí van.

Mở

Đầu ra vị trí

CCW-open

Mở hoàn toàn

van

Đóng hoàn toàn

Hình 9: Nối dây cho điều khiển van.

Đầu vào hồi

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  20 mA ( hoặc áp 0  10 VDC ). Các chân này nếu có được chú thích trên

TCU là “đầu ra tương tự 4  20 mA hoặc 0  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  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.

giữ 3s

PA R

Chế độ ẩn

(không có đầu vào người dùng)

PA R

Chế độ không bảo vệ thông số

Chế độ thường

DSP

PA R

PA R (có đầu vào người dùng)

Các modul lập cấu hình thông số

Chế độ bảo vệ thông số

Nhập mã

Mã không phù hợp

Mã phù hợp

PA R

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  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  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 

+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  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  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.