Embed Size (px)
Citation preview
1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
HÀ NGUYÊN HOÀNG
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHI ỂN MỜ PID CHO HỆ THỐNG TRUNG HÒA ĐỘ pH NƯỚC MÍA C ỦA NHÀ MÁY ĐƯỜNG
Chuyên nghành: Tự Động Hóa
Mã số: 60.52.60
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2012
2
Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Minh Trí Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Hồng Anh Phản biện 2: TS. Nguyễn Anh Duy
Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm luận văn thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 9 tháng 6 năm 2012
Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng; - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.
3
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Điều khiển ñộ pH ñược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau
như công nghiệp hóa chất, sinh học… Đặc ñiểm của quá trình ñiều
khiển ñộ pH cho các quá trình công nghiệp rất khác nhau, mức ñộ phi
tuyến cao. Đối với các hệ thống mà ñầu vào biến ñổi theo thời gian,
yêu cầu ñáp ứng ñầu ra có ñộ chính xác cao thì nhiệm vụ ñiều khiển
rất phức tạp.
Xuất phát từ tình hình thực tế trên, qua tìm hiểu nhiều nguồn
thông tin khác nhau, việc áp dụng lý thuyết ñiều khiển hiện ñại vào
thực tế còn tương ñối ít ñặc biệt là ñối với các ñối tượng phi tuyến,
trên cơ sở ñó việc xây dựng và ứng dụng bộ ñiều khiển mờ PID ñạt
các yêu cầu kỹ thuật là hướng nghiên cứu của luận văn.
Được sự tạo ñiều kiện giúp ñỡ của nhà trường, bộ môn Tự ñộng
hóa và TS Nguyễn Văn Minh Trí, trong khuôn khổ chương trình ñào
tạo sau ñại học của Đại học Đà Nẵng, tôi lựa chọn ñề tài tốt nghiệp là
“Ứng dụng ñiều khiển Mờ PID cho hệ thống trung hòa ñộ pH
nước mía của nhà máy ñường”.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN C ỨU
- Đánh giá ưu ñiểm của bộ ñiều khiển kết hợp Mờ - PID so với bộ
ñiều khiển kinh ñiển trong ñiều khiển ñộ pH
- Thiết kế bộ ñiều khiển tự ñộng thay ñổi tham số ñể giữ ñộ pH ñầu
ra luôn ổn ñịnh theo một giá trị ñặt cho trước, trong ñề tài này, giá
trị cần ổn ñịnh nằm trong phạm vi từ 6.8~7.2 pH.
4
- Phát triển hệ thống ñiều khiển mờ - PID dùng vi ñiều khiển
Atmega32 ứng dụng cho hệ thống ñiều khiển ñộ pH
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN C ỨU
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của ñề tài: Hệ thống ñiều khiển ñộ pH của
nhà máy ñường thuộc Nhà máy Mía ñường – Nhiệt ñiện Ayun Pa,
Huyện Ayun Pa, Tỉnh Gia Lai
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu vấn ñề về ñiều khiển ñộ pH, ñiều khiển mờ, PID và
mờ PID
- Nghiên cứu áp dụng ñiều khiển mờ PID với ñối tượng có tính phi
tuyến
- Nghiên cứu thiết kế bộ ñiều khiển mờ PID trên nền tản vi ñiều
khiển Atmega32
- Xây dựng phần mềm ứng dụng giải thuật ñiều khiển Mờ - PID
cho vi ñiều khiển Atmega32
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và thực
nghiệm
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu, giáo
trính, sách, báo viết về các vấn ñề:
+ Độ pH, ñiều khiển ñộ pH trong các quá trình công nghiệp
+ Điều khiển mờ, PID, chỉnh ñịnh tham số cho hệ thống ñiều
khiển Mờ PID
5
+ Lập trình và thiết kế mạch ñiện tử, kỹ thuật lập trình cho hệ
thống ñiều khiển số
- Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: Nghiên cứu mô phỏng hệ
thống trên phần mềm Matlab - Simulink
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết ñã
nghiên cứu ñể xây dựng bộ ñiều ñiều khiển mờ PID cho hệ thống
ñiều khiển ñộ pH của Nhà máy ñường – Nhiệt ñiện Ayun Pa,
Tỉnh Gia Lai
5. Ý NGHĨA KHOA H ỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học:
- Kết quả nghiên cứu của ñề tài ñược áp dụng ñể thiết kế các bộ
ñiều khiển cho hệ thống ñiều khiển ñộ pH trong thực tế với ñầu
vào biến thiên lớn theo thời gian, tham số quá trình không biết
chính xác.
- Việc áp dụng ñiều khiển mờ PID vào các bộ ñiều khiển sẽ giải
quyết nhiều vấn ñề về nhận dạng hệ thống, hệ thống có tính phi
tuyến cao.
Thực tiễn ñề tài:
- Giải quyết ñược yêu cầu bài toán ñiều khiển ñối tượng phi tuyến,
giảm công sức thiết kế trong việc lựa chọn các tham số hệ thống.
- Xây dựng bộ ñiều khiển vận hành thực tế tại Nhà máy mía
ñường– nhiệt ñiện Gia Lai.
6. BỐ CỤC LUẬN VĂN
MỞ ĐẦU
6
CHƯƠNG 1: ĐIỀU KHIỂN ĐỘ pH
Giới thiệu và xây dựng mô hình hệ thống ñiều khiển ñộ pH
cho Nhà máy ñường.
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT MỜ, PID VÀ MỜ PID
Giới thiệu lý thuyết ñiều khiển mờ, ñiều khiển PID và xây
dựng bộ ñiều khiển Mờ - PID
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ - PID CHO HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ pH
Thiết kế bộ ñiều khiển PID và Mờ - PID dựa trên hệ thống
xây dựng ở Chương 1
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ
Mô phỏng kết quả bộ ñiều khiển xây dựng ở Chương 3 trên
phần mềm Matlab-Simulink ñể ñánh giá chất lượng hệ thống ñiều
khiển.
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ - PID TRÊN
NỀN TẢNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 32
Giới thiệu kiến trúc và lập trình cho vi ñiều khiển AVR
ATMEGA 32 của hãng Atmel. Xây dựng cấu trúc phần cứng, giải
thuật phần mềm cho bộ ñiều khiển Mờ - PID trên nền tảng vi ñiều
khiển ATMEGA 32.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
PHỤ LỤC
7
CHƯƠNG 1
ĐIỀU KHI ỂN ĐỘ pH
1.1. GIỚI THI ỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHI ỂN ĐỘ pH
1.1.1. Giới thi ệu hệ thống ñiều khiển ñộ pH của nhà máy ñường
Nước mía sau khi ñi qua thiết bị gia nhiệt, ñược nâng nhiệt ñộ
lên khoảng 50÷60 0C và ñưa vào các kim phun trong thùng pha trộn số
1. Với các lưu lượng khác nhau của nước mía hỗn hợp qua các kim
phun sẽ tạo ra các áp suất chân không khác nhau hút khí SO2 từ một
ñường ống dẫn theo một tỉ lệ nhất ñịnh. Phản ứng sunhit hóa nước mía
hỗn hợp nâng ñộ pH lên khoảng 4÷4.5.
Sau khi ñược sunphit hóa, nước mía và dung dịch kiềm Ca(OH)2
dùng ñể trung hòa cùng ñược ñưa vào trong một ống dẫn ñể dẫn ñến
thùng pha trộn thứ hai. Dưới tác dụng của dòng chảy xoáy trong
thùng, phản ứng trung hòa xảy ra. Điều khiển ñộ pH ñầu ra bằng cách
ñiều chỉnh lượng Ca(OH)2.
Nước mía ép Khí SO2
Ca(OH)2
pH
C
2
1 1
Hình 1.1: Hệ thống trung hòa ñộ pH nhà máy ñường
8
1.1.2. Hàm truyền hệ thống trung hòa ñộ pH
Quá trình trung hòa diễn ra giữa axit mạnh H2SO3 và Ca(OH)2
(1.1)
Sự thay ñổi ñược mô tả theo như biểu thức sau:
(1.2)
(1. 3)
Nồng ñộ cũng phải tuân theo phản ứng ion sau:
(1.4)
Hằng số ñiện ly kw của nước:
(1.5)
Nồng ñộ ion H+ quan hệ tương ứng với ñộ pH, mối quan hệ này
còn ñược thể hiện trong thuật ngữ về sai lệch nồng ñộ ion X:
(1.6)
Kết hợp với biểu thức (1.4) cho ta kết quả:
(1.7)
Biểu thức mô tả quá trình ñộng học có ñược bằng cách trừ (1.3)
cho (1.2) và sử dụng công thức (1.7), kết quả là:
(1.9)
(1.10)
Mối quan hệ giữa ñộ pH và nồng ñộ dung dịch ñược thể hiện qua
biểu thức:
(1.11)
9
Hằng số thời gian quá trình τ là khoảng thời gian các chất phản
ứng với nhau trong thùng pha trộn cho ñến khi ñược ñưa ñến ñầu ra:
(1.12)
Giả thuyết rằng dòng chảy chất trung hòa nhỏ hơn nhiều so với
lượng chất cần trung hòa, ta có dạng tuyến tính quá trình trung hòa
[1]:
Trong ñó:
- V: Thể tích của thùng phản ứng (m3/h)
- CA: Nồng ñộ ion hydrogen của dung dịch Ca(OH)2
- CB: Nồng ñộ ion hydrogen của dung dịch nước mía
- CO: Nồng ñộ ion hydrogen của dung dịch ñầu ra
- qA: Lưu lượng dung dịch Ca(OH)2
- qB: Lưu lượng dung dịch nước mía
- Qout: Lưu lượng hỗn hợp dung dịch sau trung hòa
Từ ñây ta có thể rút ra hàm truyền dạng tuyến tính của hệ thống
trung hòa ñộ pH của nhà máy ñường:
(1.13)
Xét ñến ảnh hưởng của thời gian trễ do quá trình (1.13) trở thành:
(1.14)
1.1.3. Tính phi tuyến
1.1.4. Phương pháp ñiều khiển hệ thống trung hòa ñộ pH
10
Dùng khai triển Macloranh hàm , ta ñược:
Từ (1.14) ta có:
Trong ñó: uoff – là giá trị ñộ pH ban ñầu của dung dịch
nhiễu quá trình bao gồm thay ñổi lưu lượng dung
dịch nước mía
Thực hiện phép biến ñổi ta ñược phương trình trạng thái của hệ
thống:
Hàm truyền khâu trung hòa ñộ pH ñược biểu diễn dưới dạng
phương trình trạng thái. Vì K, τ, uoff thay ñổi theo thời gian, ta có thể
ñặt:
(1.17)
Trong ñó f, b, d là phi tuyến và không xác ñịnh rõ.
1.2. ĐO LƯỜNG ĐỘ pH
1.2.1. Cấu tạo cảm biến ño ñộ pH
1.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến ñộ pH
11
CHƯƠNG 2
LÝ THUY ẾT MỜ, PID VÀ MỜ PID
2.1.LÝ THUYẾT MỜ
2.1.1. Tổng quan ñiều khiển mờ
2.1.2. Bộ ñiều khiển mờ
2.1.2.1. Cấu trúc bộ ñiều khiển mờ
2.1.2.2. Nguyên tắc tổng hợp bộ ñiều khiển mờ
2.1.3. Xây dựng bộ ñiều khiển mờ
2.1.3.1. Mô hình mờ Mamdami
2.1.3.2. Mô hình mờ Sugeno
2.1.4. Các bước thiết kế bộ ñiều khiển mờ
2.1.4.1. Theo mô hình mờ Mamdami
2.1.4.2. Theo mô hình mờ Sugeno
2.2. LÝ THUYẾT ĐIỀU KHI ỂN PID
2.2.1. Cấu trúc bộ ñiều khiển PID kinh ñiển
2.2.2. Cấu trúc bộ ñiều khiển PID số
2.2.3. Chỉnh ñịnh tham số bộ ñiều khiển PID theo Ziegler-Nichols
2.2.3.1. Phương pháp Ziegler-Nichols thứ nhất
2.2.3.2. Phương pháp Ziegler-Nichols thứ hai
2.3. BỘ ĐIỀU KHI ỂN MỜPID
2.3.1 Dẫn nhập
2.3.2. Cấu trúc bộ ñiều khiển Mờ PID
12
Sơ ñồ khối của hệ thống ñiều khiển Mờ PID thiết kế ñược thể hiện
như trên hình 2.15:
Cách thức ñể xây dựng bộ ñiều khiển mờ PID bằng cách chọn tham
số theo trạng thái của hệ thống:
2.3.3. Luật chỉnh ñịnh tham số
R1: Nếu σ = dương lớn thì K = dương lớn
R2: Nếu σ = dương nhỏ thì K = dương nhỏ
R3: Nếu σ = 0 thì K = 0
R4: Nếu σ = âm lớn thì K = dương lớn
R5: Nếu σ = âm nhỏ thì K = dương nhỏ
d(t)
K
K I
K
f
Đối tượng
σ Fuzzy control
x1d e
-
Hình 2.15: Sơ ñồ khối bộ ñiều khiển Mờ PID
y
=0
P1: K lớn
P2: K nhỏ P3: K nhỏ
P4: K = 0
Hình 2.16: Quỹ ñạo pha trạng thái hệ thống và cách chọn K
13
CHƯƠNG 3
THI ẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHI ỂN MỜ - PID CHO
HỆ THỐNG TRUNG HÒA ĐỘ PH
3.1.MÔ HÌNH HÓA H Ệ THỐNG TRUNG HÒA ĐỘ pH
Từ phương trình (1.14) – chương 1, ta chọn các thông số của hệ
thống như sau:
Bảng 3: Thông số hệ thống trung hòa ñộ pH
TT THAM SỐ ĐƠN VỊ GIÁ TR Ị
1 Thể tích thùng phản ứng m3 5
2 Lưu lượng nước mía m3/s 0.0389
3 Nồng ñộ nước mía mol/l 0.002
4 Nồng ñộ sữa vôi mol/l 0.1
5 Thời gian trễ quá trình s 50
6 Lưu lượng sữa vôi lớn nhất m3/h 2
Hàm truyền hệ thống:
(3.1)
3.2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHI ỂN PID KINH ĐIỂN
Theo phương pháp Ziegler-Nichols, ta xác ñịnh ñược các thông số
của bộ ñiều khiển PID như sau:
(3.3)
(3.4)
14
3.3. TÍNH TOÁN THAM S Ố BỘ ĐIỀU KHI ỂN PID KINH ĐIỂN
Từ hàm truyền của hệ thống theo (3.1), ta tính ñược các thông số
của bộ ñiều khiển PID theo phương pháp Ziegler-Nichols:
(3.5)
(3.6)
(3.7)
3.4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHI ỂN MỜ PID
3.4.1. Định nghĩa các biến ngôn ngữ vào ra
Các biến ngôn ngữ ñầu vào:
Sai lệch ñộ pH giữa giá trị ñặt và giá trị ño ñược: e (pH)
Độ biến thiên ñộ pH: de (pH/s)
Siêu mặt: σ =
Hình 3.3: Mờ hóa ñầu vào và tính toán giá trị ñầu ra
Biến ngôn ngữ ñầu ra: Hệ số khuếch ñại K dùng ñể chỉnh ñịnh bộ
ñiều khiển PID
3.4.2. Xây dựng tập mờ cho từng biến vào ra
Mờ hóa giá trị ñầu vào: XICHMA = {AL, AN, ZERO, DN, DL}
Trong ñó: AL – Sai lệch âm lớn
AN – Sai lệch âm nhỏ
FUZZY CONTROL
e
de K
15
Zero – Sai lệch bằng 0
DN – Sai lệch dương nhỏ
DL – Sai lệch dương lớn
Mờ hóa giá trị ñầu ra: K = {ZERO, DN, DL}
Trong ñó: - ZERO : Hệ số khuếch ñại không
- DN: Hệ số khuếch ñại dương nhỏ
- DL: Hệ số khuếch ñại dương lớn
3.4.3. Xây dựng luật hợp thành
Theo kết quả từ chương II, ta có luật hợp thành mờ như sau:
Hình 3.7: Xây dựng luật hợp thành mờ
3.4.4. Giải mờ
Thiết bị hợp thành Max – Min, giải mờ bằng phương pháp trọng
tâm (Centroid of gravity - COG), ta có kết quả hệ số khếch ñại K:
Hình 3.9: Mặt phẳng các giá trị khuếch ñại K
16
CHƯƠNG 4
MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ
4.1.ĐÁP ỨNG CỦA HỆ THỐNG KHI SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU
KHI ỂN PID KINH ĐIỂN
4.1.1. Khi không có nhiễu ñầu vào
Các thông số mô phỏng của thùng phản ứng trung hòa như sau: a=
0.0328, b= 1.95*10-4(Các tham số này ñược tính toán theo 1.17)
Đáp ứng của hệ thống:
Hình 4.2: Đáp ứng của hệ thống khi không có nhiễu ñầu vào với bộ
ñiều khiển PID
Hình 4.3: Sai lệch ñộ pH của hệ thống
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Time
pH
Dap ung cua he thong khi khong co nhieu dau vao
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
Time
Sai lech pH
Sai lech pH cua he thong khi khong co nhieu dau vao
17
4.1.2. Khi có nhiễu ñầu vào
Các thông số mô phỏng của thùng phản ứng trung hòa khi có nhiễu
như sau:
Hình 4.5: Đáp ứng của hệ thống khi có nhiễu ñầu vào tại t=1400
4.2.ĐÁP ỨNG CỦA HỆ THỐNG KHI SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU
KHI ỂN MỜ PID
4.2.1. Khi không có nhiễu ñầu vào
Hình 4.8: Đáp ứng của hệ thống không có nhiễu khi sử dụng bộ ñiều
khiển mờ PID
0 500 1000 1500 2000 25000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Time
pH
Dap ung cua he thong khi co nhieu dau vao
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
Time
pH
Dap ung cua he thong khong nhieu khi su dung bo dieu khien mo PID
18
Hình 4.9: Sai lệch của hệ thống không nhiễu khi sử dụng bộ ñiều
khiển Mờ PID
Hình 4.11: Khi tăng giá trị λ = 1.2
Nhận xét: Khi tăng giá trị λ càng lớn thì ñộ quá ñiều chỉnh của hệ
thống càng tăng nhưng thời gian xác lập tương ñối nhanh.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-1
0
1
2
3
4
5
6
7
Time
Sai le
ch p
HSai lech do pH cua he thong khong nhieu khi su dung BDK Mo PID
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Time
pH
Dap ung cua he thong khong nhieu khi su dung bo dieu khien Mo PID
19
4.2.2. Khi có nhiễu ñầu vào
Hình 4.12: Đáp ứng của hệ thống khi có nhiễu sử dụng bộ ñiều khiển
Mờ PID
4.3. SO SÁNH KẾT QUẢ
4.3.1. Khi không có nhiễu tác ñộng
Hình 4.14: So sánh chất lượng bộ ñiều khiển mờ PID và PID
Nhận xét: Khi không có nhiễu tác ñộng, bộ ñiều khiển mờ PID cho
chất lượng ñiều khiển tốt hơn ñộ quá ñiều chỉnh thấp, thời gian xác lập
tương ñối nhanh.
0 500 1000 1500 2000 25000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Time
pH
Dap ung cua he thong co nhieu khi su dung BDK Mo PID
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
Time
pH
So sanh dieu khien PID va Mo PID
Mo PID
PID
20
4.3.2. Khi có nhiễu tác ñộng
Hình 4.16: Đáp ứng hệ thống khi sử dụng bộ ñiều khiển PID và Mờ
PID
Hình 4.17: Sai lệch pH hệ thống khi sử dụng bộ ñiều khiển PID và Mờ
PID
4.4. KẾT LUẬN
Bộ ñiều khiển mờ ñưa ra có chất lượng hơn hẳn ở bộ ñiều khiển
PID ở tiêu chí ñộ vọt lố, ñáp ứng tiêu chí ban ñầu của ñề tài. Bằng
việc thay ñổi tham số I, hệ thống nhanh chóng tiến ñến xác lập. Ngoài
ra, việc thiết kế và hiệu chỉnh bộ ñiều khiển Mờ PID cũng tương ñối
ñơn giản, khắc phục ñược một số nhược ñiểm như khi thiết kế bộ ñiều
khiển PID.
0 500 1000 1500 2000 25000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Time
pH
So sanh chat luong bo dieu khien PID va Mo PID
PID
Mo PID
0 500 1000 1500 2000 2500-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
Time
Sai
lech
pH
So sanh sai lech dau ra bo dieu khien PID va Mo PID
21
CHƯƠNG 5
THI ẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHI ỂN MỜ - PID TRÊN NỀN TẢNG
VI ĐIỀU KHI ỂN AVR ATMEGA 32
5.1. KIẾN TRÚC VI ĐIỀU KHI ỂN AVR ATMEGA32
5.1.1. Đặc ñiểm chính
5.1.2. Cấu trúc AVR
5.1.3. Lập trình cho vi ñiều khiển Atmega32
5.1.4. Giới thi ệu trình biên dịch CodeVision
5.1.4.1. Tạo một dự án mới
5.1.4.2. Cấu hình chip và lựa chọn xung nhịp
5.1.4.3. Cấu hình các port xuất nhập
5.1.4.4. Cấu hình Timer1
5.2.THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO BỘ ĐIỀU KHI ỂN
5.2.1. Module CPU, DAC, giao tiếp máy tính theo chuẩn RS 232
Hình 5.15: Module CPU
+5V
+12V
+12V
+12V
+5V
+5V
+5V
+5V
D5
LCD_RSLCD_RWLCD_E
LCD_D4LCD_D5LCD_D6LCD_D7
LCD_RSLCD_RW
LCD_D4LCD_D5LCD_D6LCD_D7MON_ENTMON_UPMON_DOWNMON_CAN
+12V
LCD_E
MON_CANMON_ENTMON_DOWNMON_UP
ALARM_L
ALARM_H
PH_INPT_IN
ADC_VREF
UART_RXUART_TX
NO_RL2COM_RL2NO_RL1COM_RL1
COM_RL1NO_RL1
COM_RL2NO_RL2
+12VGND-12V
GND
AD
C_V
REF
D1D2D3D4
ALARM_LALARM_H
D10D9
PH_INGNDPT_INGND
METQUA
UART_RXUART_TX
QUAMET
+5V
+5V
D8
GND
D7D6
LS1
RELAY SPDT
35
412
R19 4.7K
R21
5K
Y1
8MHz
C1 22p
J15POWER
123456
U17
MAX_232
12345678
161514131211109
C1+VS+C1-C2+C2-VS-T2UOTR2IN
VCCGND
T1OUTR1IN
R1OUTT1INT2IN
R2OUT
D1
POWERR110k
Q12N3903
C91uF
R2330
Q22N3903
LS2
RELAY SPDT
35
412
R6100
R7 4.7K J13ANALOG INPUT
1234
C111uF
D4 D1N4148
LM336
1
2 3
AD
JV+ V-
R22
10K
J7DB9 CONECTOR
123U2
ATMEGA32
9
1213
20
29
3031
10
32
22232425262728
21
11
1819
14151617
12345678
4039383736353433
RST
XTAL2XTAL1
PD6/ICP1
PC7/TOSC2
AVCCGND
VCC
AREF
PC0/SCLPC1/SDAPC2/TCKPC3/TMSPC4/TD0PC5/TDI
PC6/TOSC1
PD7/OC2
GND
PD4/OC1BPD5/OC1A
PD0/RxDPD1/TxD
PD2/INT0PD3/INT1
PB0/T0PB1/T1PB2/AIN0PB3/AIN1PB4/SSPB5/MOSIPB6/MISOPB7/SCK
PA0/ADC0PA1/ADC1PA2/ADC2PA3/ADC3PA4/ADC4PA5/ADC5PA6/ADC6PA7/ADC7
C121uF
D5 D1N4148
R18100
C13
1uF
J5MONITOR
123456789
1011121314151617181920
C14
1uF
J12RELAY OUT
1234
C2 22p
SW1
RESET
C16
22uF
J11
ISP 10DIP
12345678910
22
Các bộ phận chính của module CPU:
- Mạch giao tiếp máy tính
- Mạch relay ñầu ra
- Mạch lập trình ISP
Module DAC:
Hình 5.16: Mạch chuyển ñổi DAC 10 bit
5.2.2. Module bàn phím, trạng thái và hiển thị LCD
Hình 5.17: Module hiển thị và bàn phím
+12V
+12V-12V
+12V
D1
D2
D3
D4
D5
D6D7
D8
D9
D10
+4V
LM336 1
23
ADJ
V+
V-
R10
2K2
R23
10K
+
-
U18
CA3140
3
26
7 54 8 1
U11
AD7541
1
2
3
4
5
6
7
8
9
18
17
16
15
14
13
12
11
10
OUT1
OUT2
GND
bit1(MSB)
BIT2
BIT3
BIT4
BIT5
BIT6
RFEEDBACK
VREF
VDD
bit12(LSB)
BIT11
BIT10
BIT9
BIT8
BIT7
R11
10K
R15 30K
+
-
U15
TL081
3
26
7 14 5
R24 10K
R27 20K1 3
2
J9
0-10V
12
+5V
GND
CAN
ENT
UP
DOWN
ER
R
ALA
RM
+5V
+12V
RS
RW
E D4
D5
D6
D7 RS
RWED4D5D6D7ENTUPDOWNCAN
12V5VALARMERR
GND
D112V
D25V
D3ALARM
D4ERROR
R1330
R2330
R3330
R4330
SW1ENTER
1 4
2 3
J1LCD 16x2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
SW2DOWN
1 4
2 3
SW3UP
1 4
2 3
SW4CANCEL
1 4
2 3
R10330R9
10k
R5 10k
R6 10k
R7 10k
R8 10k
J2
CONECTOR TERMINAL
123456789
1011121314151617181920
23
5.2.3. Module ño lường ñộ pH, nhiệt ñộ PT100
Mạch ño lường pH:
Hình 5.18: Module kết nối với Transmitter pH
Mạch ño lường nhiệt ñộ PT100:
Hình 5.19: Module ño lường nhiệt ñộ PT100
5.2.4. Thông số kỹ thuật bộ chuyển ñổi tín hiệu pH
5.3.THIẾT KẾ PHẦN MỀM BỘ ĐIỀU KHI ỂN
+12V
-12V
+12V
-12V
+12V
+
-
U15
TL081
3
26
7 14 5
+
-
U16
TL081
3
26
7 14 5
R23 10K
J10 4-20mA
12
R24 20K1 3
2
R25
250
13
2R26
10K
R27 10KR28
1K
13
2
R294k7
D3
2.56V
R3010K
R31 5K1 3
2
J11
0-5V
12
-12V
+12V
+12V
-12V
+12V
-12V
+12V
LM 334
1
2
3V+ R V-
R40 1K
R41 4K7
R421K
R43 5K
D4 3.3V
J13
0-5V
12
+
-
U17
TL081
3
26
7 14 5
+
-
U18
TL081
3
26
7 14 5
+
-
U19
TL081
3
26
7 14 5
J12
PT100
123
R321K
R33330
R34 1KR351K
R37 2001 3
2
R3810K13
2
R39 10K1 3
2
R45 5K
24
KẾT LUẬN VÀ KI ẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Căn cứ theo mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài, luận văn ñã
ñạt ñược những kết quả như sau:
- Đưa ra bài toán ñiều khiển trung hòa ñộ pH của nhà máy ñường,
xây dựng phương trình hệ thống bằng phương pháp nghiên cứu
thực nghiệm.
- Trình bày cơ sở lý thuyết ñiều khiển PID kinh ñiển, ñiều khiển
mờ, ưu nhược ñiểm của từng phương pháp.Xây dựng lý thuyết
kết hợp giữa bộ ñiều khiển mờ và bộ ñiều khiển PID ñể tạo ra bộ
ñiều khiển mới ñáp ứng ñược chất lượng ñiều khiển yêu cầu.
- Mô phỏng kết quả nghiên cứu trên phần mềm Matlab/Simulink,
ñánh giá ưu nhược ñiểm của bộ ñiều khiển.
- Triển khai kết quả nghiên cứu lý thuyết thành dạng thuật toán
chương trình ñể áp dụng trong việc thiết kế các bộ ñiều khiển.
- Từ kết quả lý thuyết, thiết kế bộ ñiều khiển dựa trên vi ñiều
khiển ATMEGA 32 lắp ñặt vận hành tại nhà máy Mía ñường –
Nhiệt ñiện AyunPa ñể kiểm chứng kết quả nghiên cứu. Bộ ñiều
khiển ñã hoạt ñộng tốt, kết quả tham khảo như Phụ lục I.
2. KI ẾN NGHỊ
- Từ các yêu cầu về chất lượng ñiều khiển của hệ thống, xây dựng
phương pháp tính toán lựa chọn các giá trị tối ưu cho bộ ñiều
khiển.
25
- Xây dựng bộ ñiều khiển ña năng, tự ñộng cập nhất các thông số
hệ thống ñể ñưa ra các thông số ñiều khiển.
- Xây dựng hệ phần mềm thân thiện người dùng, có các chức năng
giao tiếp, cập nhật thông số với máy tính. Bổ sung giao tiếp
RTC, hệ thống chuẩn ñoán lỗi hệ thống ñiều khiển, phát triển
thêm các module modbus RS485 ñể kết nối bộ ñiều khiển với hệ
thống ñiều khiển toàn nhà máy. Phát triển bộ ñiều khiển thành
sản phẩm thương mại, mở rộng ứng dụng cho các ñối tượng ñiều
khiển khác.
- Kết hợp ñiều khiển ñộ pH với ñiều khiển lưu lượng, mực chất
lỏng trong thùng pha trộn và phân tích ảnh hưởng của nhiễu ñến
chất lượng ñiều khiển của hệ thống, từ ñó thiết kế ñược bộ ñiều
khiển chất lượng cao.
- Bổ sung module tự ñộng rửa sạch cảm biến pH ñồng thời nâng
cấp hệ thống có nhiều ñiểm ño pH.
Nghiên cứu theo ñịnh hướng phát triển của ñề tài là cả một quá
trình nghiên cứu phức tạp, kết hợp nhiều lĩnh vực như lý thuyết ñiều
khiển, ñiện tử, lập trình,…Ngoài ra cần phải ñánh giá kết quả so với
chất lượng của một số bộ ñiều khiển khác như ñiều khiển neural, ñiều
khiển theo mô hình dự báo. Vấn ñề này cần nhiều thời gian ñầu tư
nghiên cứu và cũng là vấn ñề tác giả sẽ nghiên cứu tiếp trong thời gian
tới.
26
