Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ ứng dụng pid mờ điều khiển nhiệt độ cho thiết bị trao đổi nhiệt...

Tài liệu ứng dụng pid mờ điều khiển nhiệt độ cho thiết bị trao đổi nhiệt

.PDF
26
49
145

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN ĐẮC HUYÊN ỨNG DỤNG PID MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ CHO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT C u nn n t u t ều ển v tự n s T TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đ Nẵng, Năm 8 Ỹ THUẬT C ĐẠI HỌC ĐÀ NẴN : PGS.TS. Đo n Qu n V n : TS. H u nVn : TS. N Đn T n Đ chuyên bách khoa Đ * - T Đ - T â Đ l Đ T ,T Đ T B Đ -Đ B Đ 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn ề tài n nằm ở Quy trình công ngh s n xu t bia g ổi nhi t làm l nh dịch bia nằm ở n u bia, lên men bia và chiết bia. Thiết bị â x ởng n u. Thiết bị làm l nh dị l n í T â x ởng lên c làm l 970C cần làm l n lắng xoáy dịch bia có nhi q 1 ặt ra là hầu hế V cs x ra của dịch bia không ổ ến men bia, d ến r u sử dụng b Integral Derivative) truy n th ứ e 5 ến 1 lít men trên 100 lít dị ng kho â x ởng n cu i củ 90C theo yêu cầu công ngh và chủng lo i gi nhi í l n chuy n giao dị men bia. Ở cu â x ởng u khi n nhi lên men bia ng. e u khi n PID (Proportional , v i h n chế là không ổi thông s v n hành d ến vi ứ ổi công ngh . Khi nhi c yêu cầ u khi n không ịnh, làm cho bia bị s m màu, có th gây ởng ch l ng của bia. ến ởng 2 D ần c i tiến b khi n hi u khi n PID bằng cách kết h p v i các b u khi n m u khi n nhi u là gi i pháp cần thiết c l a ch n. ổi nhi t khi có s Trong quá trình v n hành thiết bị trong h th ng m t s b u khi n tỏ ra ho ứ gian hoặ ổi thông s ng không chính xác theo th i c yêu cầu công ngh trong th c tế làm vi c. Đ u khi n m sử dụng kinh nghi m của chuyên gia gi i quyế của b u khi n là nó áp dụng r t hi u qu trong các quá trình còn í thiếu thông tin, không th D cv c kết h x q u khi n m vào trong h th c i thi n ch l nhi t là gi i pháp cần thiế 2. Mục íc n x ịnh rõ. ổi u khi n thiết bị ng h th ng. n cứu Nghiên cứu thiết kế b ổi nhi t d a trên u khi n PID m cho thiết bị lý thuyết m , áp dụng th t vào u khi n t i nhà máy Bia Dung Qu t. Nhiên cứ q ổi nhi t giữa hai ch t lỏng nóng và l nh q l u khi n bằng van tuyến tính ở ngõ ra thiết bị tr l q l ổi nhi t t m mỏng của thiết bị ết bị ổi nhi ng và ngõ ra là nhi ị l dịch bia. H th ng có mô hình toán phức t p, sử dụ D í Ứng dụng b ổi nhi t. Dịch ơ u khi n bở c ơ xác sau m t th i gian làm vi c. u khi n PID m u khi n nhi dịch bia ra ổ ịnh và ữ lỏ ứng nhanh. 3. Đ tượng nghiên cứu Đ ê ế xú D Q Đ q ứ l ế ị Đ ổ ở ê â x ở ứ ủ ủ q ẩ ị l- l, ế - 3 l ã, ế ế l lắ ổ ò l lắ x ù ế ê â x ở lê e ê ứ ế ủ q â l ê lý l ủ ầ T ế ổ ị ầ ị ở ủ l ẻ ò ế , ủ ò ổ ở , ị ỏ ế ị ổ l ổ ê ủ ổ ởl ị e ỏ l lê ế ế ứ q ế l ủ x lê ị ế l e ổ q í ầ ữ l ế q l ế , ế ủ ị 7 oC x ụl o , C ằ lâ ứ ễ q ủ lê e bia. 4. N i dung nghiên cứu ê nhi ứ ứng dụng lý thuyế vào trong h th u khi n ổi nhi t. thiết bị Thiết l c củ T ế ế D ở ứ 5. Ý n ĩ ỏ o Đ gi i quyết v ê M l ọc và thực tiễn củ u khi n nhi í i thi n, nâng cao s ổ ổ x l l ủ ế q ề tài trong các thiết bị “Thiết bị tr o ổi nhiệt kiểu tấm” bia. Nhằm mụ ủ ặ 9oC õ ê ị ê ịnh của s n phẩm. ổi nhi t nói 4 Vi c áp dụng các b q u khi u khi n nhi , t i nhà máy bia Dung Qu t là m t gi i pháp có tính th c tiễn nhanh, ổ ị ê ứng l i hi u qu kinh tế. 6. B cục lu n văn Ngoài phần mở ầu và kết lu , ơ n C ơ c th c hi n trong 4 ơ i các : 1: Quy trình công ngh s n xu t bia và h th ng thiết bị nhi t. C ơng 2: Xây d ng mô hình h th C ơ 3: Lý thuyết C ơ 4: Đ u khi n PID và PID m ổi nhi t u khi n PID và PID m ng ổi 5 CHƯƠN 1. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 1.1. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TẠI NHÀ MÁY BIA DUNG QUẤT Hình 1.1: công nghệ sản xu t bia. 6 * Thiết bị tr o ổi nhiệt tấm: Hình 1.2: Thiết bị r o ổi nhiệt Alfalaval. 1.2. THIẾT BỊ NẤU BIA: 1.2.1. Máy nghiền m lt ướt: 1.2.2.Nồ ường hóa 1.2.3. Nồi lọc ( Lauter tun) 1.2.4. Nồ un s 1.3.LÊN MEN BIA: 1.3.1. Cấu tạo chung: 1.3.2. Nguyên lý làm việc: 7 CHƯƠN Ô HÌNH ĐỐI TƯỢNG HỆ THỐNG TRAO 2. XÂY DỰN ĐỔI NHIỆT 2.1. MÔ TẢ TOÁN HỌC VỚI ĐỐI TƯỢNG l l Các biến vào củ bị (W1, TL1), l l l l l l ng và nhi c l nh ra (W ’, T ’), l ng và nhi l tục không dừng l i nên ta có th l l l l ng ở i thì biế các biến TL1, TN2 là nhi l l l ng và nhi ng ch t lỏng v n chuy n liên ng dòng vào và ra của dị nhau. Trong h th ng thiết bị này, biến cần u khi c l nh vào thiết dịch bia vào thiết bị (W2, TN2). Biến ra của dịch bia ra (W2, T ’). Trong thiết bị T ’, biế ò ng và nhi u khi n là nhi ò l dòng dịch bia c l nh ra W ’, trong mô hình l l u khi c xem là nhiễu củ l c l nh ra W ’, ng. Biến ra không cầ u khi n ổi nhi t T ’. cl TT TL1; W1 TL1'; W1' TN2'; W2 TN2; W2 Hình 2.1: Nhi của dịch bia ra T nguyên lý thiết bị r o ổi nhiệt t m. ằng c m biến nhi ’ sẽ gửi tín hi u dòng theo chuẩn 4-20mA v b ặt. B giữa giá trị nhi t u khi n sẽ u chỉnh tín hi th c và giá trị nhi u khi n so sánh v i nhi t ầu ra tuỳ thu c vào s sai khác ặt. Tín hi u khi n, vị trí mở của van phụ thu c vào tín hi , c m biến nhi t ầ u khi n. i van 8 n tượng: ơ n nhi t từ môi ch t này sang môi ch t khác thông qua b mặt tiế xú c tính: Q  kT .A.Tm T (2.1) : (W) - Q là dòng nhi - kT là h s truy n nhi t (W/m2K) ổi nhi t (m2) - A là di n tích mặ - ∆Tm là nhi t sai giữa hai dòng môi ch t - WN = W2 l l l - WL = W1 l l l ng dịch bia c l nh Nhi t sai giữa hai dòng môi ch Tm  c tính: TL1' - TL1   TN 2 - TN 2'  ln  TL1' - TL1  / TN 2 - TN 2'   (2.2) Quá trình truy n nhi t phụ thu c vào nhi l thu l hai môi ch ng th i phụ ng WN; WLvà nhi t dung riêng CN, CLcủa dị c l nh. ơ â ằng nhi ĩ : Q = WNCN TN 2 - TN 2'  = WLCL TL1' - TL1  e Từ (3.1), (3.2) và (3.3) gi l (2.3) ng nhi ta có: TN 2'  TN 2   TL1' - TL1  :  e V l kT A WN CN  kT A ế ổ,l (2.4) WL CL ầ l ị ủ l l ằ ị ổ TL1 và TN 2 l 9 ú l l l ầ ủ ị q TN 2' l Câ T e ằ ị : l l :  qbv  qbr  q   qnv  qnr  q T : - qbv, qbr : l - qnv, qnr : l - q: ị ỏ l ế ỏ ị ế ị l  mi ci dti  mi 1ci 1 (ti 1  ti )  kT A(tl  ti ) d (2.5) mi  mi 1  m ci  ci 1  c G ử  mc  dti  mc(ti 1  ti )  kT A(tl  ti ) d dti k A  (ti 1  ti )  T (tl  ti ) d mc l  dti  ti 1  ti   (tl  ti ) d G l : V ơ (2.6) kT A mc (2.7) â (2.7) ủ : G(s)  Kp 1s  1 2 s  1 (2.8) ế ị 10 mL .CL 20895* 4200   1  K . A  2400*96.72  378.1  T :   mN .CN  21000*3800  343.8  2 KT . A 2400*96.72 T l ế V ĩ ủ G(s)  ế , ằ Van tuyến tính Samson có nhi m vụ ở ầu ra của dịch bia. Tín hi ) A ầ (2.9) r o ổi nhiệt t m t i nhà máy bia Dung Qu t. Ô HÌNH THIẾT BỊ VAN ĐIỀU (4 ÷ . ị là: 40 378.1s  1343.8s  1 Hình 2.2: nhi p=40 l HIỂN u chỉnh góc mở van theo tín hi u khi ặt ầu vào của van theo chuẩn u khi n góc mở van từ (0 ÷ 100)% 11 ều khi n tuyến tính. Hình 2.3:V M ế í ị ầ l í é ổ ò ện í é í í é V ổ ủ H m tru ền b c u ển ổ B ủ í : ( ÷ 5) / ế ị l í nén â l 2 ò ừ (4 ÷ 20)mA . ế x ị  kg cm 2   max 50 K   0.3125   I max 20  4  mA  : (2.10) 2.2.2. Hàm truyền của van: Trong th c tế hàm truy n nh t có trễ, l y gầ G1 (s)  T ú l t củ â q c coi là khâu quán tính b t í c nh t Kv Tv s  1 (2.11) : - Kv là h s khuế - Tv là th i gian củ i của van ng (3÷ 5) , ng l y Tv = 3s 12 ổi từ (0÷ 5)kg/cm2 Khi tín hi )%, x s khuế K1  ị : 100  0  20 50 ổi từ 0 ÷ mở củ % l l q s truy n của giữ l từ 0 ÷ 208.95hl/h. Từ ổi từ (0 ÷ mở củ l ổi ng dị ng qua mở của van là: K2  208.95  2.01 100 Kết h p hai hàm truy n ở trên ta có hàm truy khí nén và tín hi G1 (s)  3 l l l t v i tín hi u vào là áp su t c qua van: Kv 40.01  Tv s  1 3s  1 (2.12) Ô HÌNH THIẾT BỊ ĐO CẢ C m biến nhi của hãng Siemens g m hai phần nhi dịch bia chuy 400)0C và b chuy n trở thành tín hi BIẾN NHIỆT ĐỘ ổi thành tín hi n trở RTD n trở v i gi ổi tín hi u (Transmitter) có nhi m vụ chuy i u khi n dòng theo chuẩn (4 ÷ 20)mA. Hình 2.4:Cảm biến nhiệ ộ và bộ chuy ổi transmister. y, thiết bị này có hàm truy n là khâu quán tín b c nh t: ừ (-200 ÷ ổi tín hi u 13 G2 ( s)  T : K Ts  1 l K (2.13) s khuế , i của thiết bị x ị I max 20  4 mA   0.027( 0 ) Tmax 400  200 C Th i gian trễ của thiết bị : (2.14) ng trong kho ng (0.25ms ÷ 1s), ta ch n T = 1s V y hàm truy n của thiết bị G2 ( s)  Từ ( ), ( ng: K 0.027  Ts  1 s  1 ), ( ) (2.15) ủ h l : GDT (s)  K.G(s).G1 (s) GDT ( s)  0.3125. CHƯƠN 3 CƠ SỞ (2.16) 40 40.01 .  378.1s  1 343.8s  1 3s  1 3. Ý THU ẾT ĐIỀU Ý THU ẾT BỘ ĐIỀU (2.17) HIỂN PID VÀ PID Ờ HIỂN PID VÀ BỘ ĐIỀU HIỂN Ờ 3 B ều ển PID B D ử ụ ã l ứ , ơ, q l , í x l q ỉ ê ế ,l x ủ l , l , , ứ 14 C ã DCS ử ụ í í l V D, l ỉl , , D ơ í â ơ e( ) ủ ữ ( ) + Td hay u(t) = Kp e(t) + Ki∫ c bi u diễ e ơ ( ) 3.1.3. Thiết kế và chỉn a. Tổng hợp trực tiếp b 3.2. Ý THU ẾT ĐIỀU toán học ầ v i thông s tuyến cao, thông s ịnh b í ( ) ều khi n PID. ều khiển PID. ều khiển (DS-PID) ơ Ờ: ã i quyế u khi n ủ, tuy nhiên v i các h th ng phức t p, tính phi ầu vào không chính xác hoặc thiế ơ ) ều khiển PID: HIỂN PID u khi n hi ( ) + Kd 3.1.2. Nhiệm vụ và các giải pháp khi thiết kế b h th ng bằ () sau: Hình 3.1: Lý thuyế í Dl : u(t) = Kp (e(t) + ∫ Đ q rình toán h ơ ủ bi u diễn u khi n hi n 15 nay v n còn nhi u khuyế thuyế ãl m. Chính nhữ e u khi n m i mô phỏ ủ x t hi n lý l i hay còn g u khi n bằng trí tu nhân t o. ơ u khi n này d củ ê ặ q iv này áp dụ ế m, hành vi và nh n thức ị u khi , ơ ng h p thiếu thông tin hoặc thông tin v ng không chính xác. Khái ni m logic m c Zedeh nêu ra lầ ầu vào 1965, từ lý ết m c nghiên cứu và phát tri n không ngừng. Mặc dù còn nhi u tranh cãi v tính chính xác, mứ chặt chẽ của lý thuyế u khi n và ph m vi ứng dụng ngày của lý thuyết m gi i quyế càng nhi i s ơ u khi n này. ã 3.2.1 T p ợp mờ Địn n ứng cho s mờ i 3.2.2. B B g i là b ều ú ắ m của ĩ ấ và đặ điểm ơ bản củ b ững ứng dụng u khi n m i mờ: mờ: ển mờ u khi c xây d ng d ê ơ ở lý thuyế u khi n m c u khi n m a. Cấu trúc bộ điều khiển mờ: B u khi n m bao g m ba kh thành và gi i m . ơ n: M ầu vào, thiết bị h p 16 Hình 3.2: khối bộ ều khi n mờ. Trong các kh i trên, kh i lu t m và kh i h p thành là b ph n chính của b ê u khi n. D lu , u khi n nhằ C u trúc m t b m củ c mụ u khi n m í ơ i thiết kế n. n bao g Hình 3.3: C u trúc hệ thống sử dụng bộ T - tri n khai các â ẽ 3.19 ều khi n mờ. : Giao di l , í ầu vào bao g m khâu m hóa và các khâu phụ tr khác (khâu tỉ â , â …) th c hi n u khi n t ng. 17 - ơ ở lu - R Thiết bị h p thành: Khâu tri n khai các lu t h c xây d ng trên u khi n. ầu ra: G m khâu gi i m Giao di â ế ng u khi n. V c u trúc h th u khi n m không khác so v i các h th ng. S khác bi t ở â l khi n t ủ theo các lu u u khi n m làm vi c i, m t d ng của trí tu nhân t o. b. Nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ: Nguyên tắc tổng h p m t b h , ị ĩ u khi n m hoàn toàn d ến ngôn ngữ ơ ê ơ ở toán l a ch n lu t u khi n. Quá trình xây d ng b ặt ra là v thỏa mãn các yêu cầ m ế u khi n m sát tính ổ u khi n ơ u khi n l u khi , q Không bao gi thiết kế b của h t s nguyên tắc tổng u khi n m u khi gi i quyết v ơ u khi khi n m m củ ơ t n dụng nhữ Đ i v i h th ng cầ an toàn cao, vi c sử dụng b x l ng và mụ mà có th dễ n. V i m t s khi n có th kết h p giữ B q u khi n m : chế vì những yêu cầu v ch - n. Lý thuyết v u khi n m , vì v dàng th c hi n bằng các b - u khi n t t, ững nguyên tắc chuẩn m c cho vi c thiết kế, kh o ịnh, tính b n vững, ch th ng sử dụng b - ơ c nghiên cứu hoàn thi khác, ngoài ra v h pb l c ch í u nv u u khi n m còn h n ủa h th ng chỉ có th ịnh thông qua th c nghi m. u khi n m ph c thiết kế và phát tri n thông qua th c nghi m. Ngoài ra trong quá trình xây d ng các lu u khi n m , cần t n dụng t i 18 ững hi u biết và kinh nghi m củ các lu u khi n t t nh t. 3.2.3 Các bước x CHƯƠN 4.1. ĐIỀU dựn b 4: ĐIỀU ều ển mờ HIỂN PID VÀ PID Ờ CHO ĐỐI TƯỢN HIỂN PID CHO ĐỐI TƯỢN : Kết quả m p + i thiết kế v h th n tr n m tl b s mul n : ị ặ ổ: 1 Đ thị nhiệ ổ ị ặ: ộ ược ều khi n bằng PID. ra
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan