Tdh Qtsx

TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 1. Bài tối ưu: Đề bài: Một tấm nguyên liệu có chiều dài 6,5m. Sản xuất ra chi tiết A cần 2m chi tiết B cần 1,25m Để tạo một chi tiết hoàn thiện cần 2A+3B a. Thiết kế để có được 1000 sản phẩm với số nguyên liệu cần sử dụng là ít nhất b. Với 1000 tấm nguyên liệu, thiết kế sao cho chế tạo được nhiều sản phẩm nhất Giải: -

Lập bảng các khả năng có thể có khi cắt tấm nguyên liệu để chế tạo chi tiết A và B:

Số lượng tấm

x1

x2

x3

x4

A

3

2

1

0

B

0

2

3

5

Còn dư

0,5

0

0,75

0,25

Trong đó: x1, x2, x3, x4 là số lượng tấm kim loại cắt theo các phương án khác nhau Như vậy: Số lượng chi tiết A sẽ là: nA = 3x1 + 2x2 + x3 Số lượng chi tiết B sẽ là: nB = 2x2 + 3x3 + 5x4 a. Thiết kế để có được 1000 sản phẩm với số nguyên liệu cần sử dụng là ít nhất Thiết lập hàm mục tiêu: Tổng số tấm nguyên liệu cần sử dụng là min nên: I = x1 + x2 + x3 + x4 → min Điều kiện đi kèm là: Min (

nA nB ; ) = 1000 2 3

Giải thích điều kiện: Một trong hai giá trị trên phải bằng 1000 (để chế tạo được 1000 sản phẩm) giá trị còn lại có thể lớn hơn 1000 (vẫn chấp nhận chi tiết thừa ra)

b. Với 1000 tấm nguyên liệu, thiết kế sao cho chế tạo được nhiều sản phẩm nhất Thiết lập hàm mục tiêu: Số lượng sản phẩm cần làm ra đạt max nên: Min (

nA nB ; ) đạt max 2 3

Giải thích: Giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị trên phải có giá trị lớn nhất để có thể chế tạo được nhiều sản phẩm nhất. Giá trị còn lại lớn hơn giá trị đó ta không cần quan tâm đến vì chấp nhận thừa ra các chi tiết cấu thành. Điều kiện đi kèm: Do có 1000 tấm vật liệu nên g = x1 + x2 + x3 + x4 = 1000 Ghi chú: - Bài này chỉ cần viết ra biểu thức, không cần giải cụ thể ra đáp số - Các hàm và điều kiện do thầy đưa ra, nên các bác chỉ cần làm theo là OK, khỏi cần thắc mắc.

2. Bài phân tích hệ thống a. Bài 4 đề 1 Xác định thông số bộ điều chỉnh K phù hợp với giải pháp phân tích hệ thống:

Bộ điều chỉnh K với giải pháp phân tích hệ thống nhằm giảm bớt các ảnh hưởng của nhiễu có hàm truyền đạt sau:

WBDC (s) =

1 Wdt (s) 1 − W 0 dt (s).

1 Wdt (s)

Trong đó: e −2s W dt (s) = Wdt (s) = 45s 2 + 18s + 1 0

1 = 45s 2 + 18s + 1 Wdt (s)

Ta bỏ đi thành phần e2s vì đây là khâu vượt trước không thiết kế được ở trong thực tế Do đó:

WBDC (s) =

1 Wdt (s) 1 − W 0 dt (s).

1 Wdt (s)

=

45s 2 + 18s + 1 1 − e −2s

Ta xấp xỉ: e −τs ≈ 1 − τs → 1 − e −τs ≈ τs Nên:

WBDC (s) =

1 Wdt (s) 1 − W 0 dt (s).

1 Wdt (s)

45s 2 + 18s + 1 45s 2 + 18s + 1 1 = = = 9 + + 22,5s = P + I + D −2s 1− e 2s 2s

Ta có thể thấy bộ điều chỉnh vừa thiết kế có cấu trúc PID. b. Bài 4 đề 2 Xác định thông số bộ điều khiển K phù hợp với giải pháp phân tích hệ thống:

x

K -

1 ⎞ ⎛ 2 ⎜1 + ⎟ ⎝ 30s ⎠

e −2s 45s 2 + 18s + 1

y

Trước hết ta sẽ tính hàm truyền đạt của đối tượng và bộ điều chỉnh: Ta có:

1 ⎞ e−2s ⎛ 2 ⎜1 + ⎟ Wbdc Wdt 2(30s + 1)e −2s 30s ⎠ 45s 2 + 18s + 1 ⎝ = = W= 1 ⎞ e −2s 1 + Wbdc Wdt 30s.(45s 2 + 18s + 1) + 2(30s + 1)e −2s ⎛ 1 + 2 ⎜1 + ⎟ 2 ⎝ 30s ⎠ 45s + 18s + 1 Để đầu ra y bằng đầu vào x thì: K.W = 1

Nên K =

1 W

K=

1 30s.(45s 2 + 18s + 1) = 1+ W 2(30s + 1)e−2s

Biện luận: Đây là bộ điều khiển không thể có trong thực tế do đáp ứng đầu ra có trước giá trị đầu vào nên ta phải nhân toàn bộ với một khâu trễ nào đó. Giả sử nhân với e-2s ta được: K=

1 15s(45s 2 + 18s + 1) = e −2s + W 30s + 1

Một vấn đề nữa nảy sinh đó là trong bộ K thì bậc của tử lớn hơn bậc của mẫu. Điều này ta cũng không cần quan tâm đến. Khi thiết kế thực tế hoặc khi mô phỏng ta có thể nhân mẫu với một khâu 0.00001s2 + 0.0001s +1 để cân bằng bậc. Chú ý: Thầy bảo chỉ cần viết được hàm K như trên là được, không cần phải nói thêm.

3. Bài tính hàm truyền đạt a. Bài 2 đề 1

Tuyến thẳng: P1 = W1.W2.W3 P2 = W4.W3 Các vòng: L1 = -W1.W5 L2 = -W1.W5.W7 L3 = -W1.W2.W3.W6.W5 L4 = -W1.W2.W3.W6.W5.W7 L5 = -W4.W3.W6.W5.W7 MS = 1 + W1.W5 + W1.W5.W7 + W1.W2.W3.W6.W5 + W1.W2.W3.W6.W5.W7 + W4.W3.W6.W5.W7

TS = W1.W2.W3 + W4.W3.(1 + W1.W5). W=

W1.W2.W3 + W4.W3. (1 + W1.W5 ) 1 + W1.W5 + W1.W5.W7 + W1.W2.W3.W6.W5 + W1.W2.W3.W6.W5.W7 + W4.W3.W6.W5.W7

b. Bài 2 đề 2

Các vòng: L1 = -W1.W4. L2 = -W2.W5. L3 = -W1.W2.W6. L4 = -W3.W2.W6 Các tuyến thẳng: P1 = W1.W2 P2 = W3.W2 Mẫu số: MS = 1 – L1 – L2 – L3 – L4 + L1.L2 = = 1 +W1.W4 +W2.W5 +W3.W2.W6 + W1.W2.W6 + W3.W2.W6 + W1.W2.W4.W5 TS = W1.W2 + W3.W2 W=

W1.W2 + W3.W2 1 + W1.W4 + W2.W5 + W3.W2.W6 + W1.W2.W6 + W3.W2.W6 + W1.W2.W4.W5

4. Phần lý thuyết Câu 1 đề 1: Supervisory control management system HÖ §K T§H QTSX

Process control HÖ §K T§H QTCN

Local control HÖ §KT§ Individual control C¬ cÊu chÊp hµnh , ®iÒu khiÓn

CÊp 3

Central computer Supervision

CÊp 2

Computers Terminals

CÊp 1

CÊp 0

Controllers PID PLC Sensors measurement actuators, motors, relay, valves

QTCN- PROCESS H×nh 1.1 CÊu tróc ph©n cÊp cña hÖ ®iÒu khiÓn

-

Quá trình công nghệ( QTCN- Process) là đối tượng điều khiển, có thể là một máy

sản xuất hay một tập hợp máy sản xuất nhằm hoàn thành một nhiệm vụ sản xuất định trước. -

Cấp 0 (Individual control) là cấp tiếp xúc giữa hệ điều khiển và QTCN. Ở đây có

các cảm biến, các thiết bị đo dùng để thu nhận các tin tức từ QTCN. Ở cấp này còn có các cơ cấu chấp hành, rơ le, động cơ, van, kích .v.v dùng để nhận thông tin điều khiển và chấp hành các lệnh điều khiển. -

Cấp 1 là cấp điều khiển cục bộ (local control). Ở đây thực hiện việc điều khiển

từng máy, từng bộ phận của QTCN. Các hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) nhận thông tin của QTCN ở cấp 0 và thực hiện các thao tác (operation, monitoring) tự động theo chương trình của con người đã cài đặt sẵn. Một số thông tin về QTCN và kết qủa của việc điều khiển sẽ được chuyển lên cấp 2. Ớ cấp này thường đặt các bộ điều khiển PID, các controllers, hiện nay phổ biến dùng các bộ điều khiển lập trình được PLC (Programable Logic Controller). PLC được xây dựng trên cơ sở thiết bị vi xử lý (microprocessor) có các

cổng I/O analog và digital nên rất thuận tiện trong việc trao đổi thông tin giữa QTCN và máy tính. Nhờ có khả năng lập trình mà PLC có tính mềm dẻo, có thể dùng vào các công nghệ khác nhau do đó có thể coi PLC là thiết bị điều khiển vạn năng.

-

Cấp 2 là cấp điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ-ĐK TĐH QTCN

(Process Control). Ở cấp 2 có các máy tính (MT) hoặc mạng máy tính. MT thu nhận các thông tin về QTCN (từ cấp 1 đưa lên) xử lý các thông tin đó và trao đổi thông tin với người điều khiển (NĐK). Thông qua MT, NĐK có thể can thiệp vào QTCN, như vậy hệ điều khiển ở đây thuộc hệ người –máy. -

Cấp 3 là cấp điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất- ĐK TĐH QTSX

(Supervisory Control, Management system). Ở cấp 3 có các trung tâm máy tính (TTMT). Ở đây không những xử lý các thông tin về quá trình sản xuất như tình hình cung ứng vật tư, nguyên liệu, tài chính, lực lượng lao động, tình hình cung cầu trên thị trường .v.v. Trung tâm máy tính xử lý một khối lượng thông tin lớn và đưa ra những giải pháp tối ưu để người điều khiển lựa chọn. Người điều khiển có thể ra các lệnh để can thiệp sâu vào quá trình sản xuất thậm chí thay đổi mục tiêu của sản xuất. Cũng như hệ ĐK TĐH QTCN (ở cấp 2) hệ thống ĐK TĐH QTSX là một hệ người –máy nhưng ở cấp cao hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn. Câu 1 đề 2. Các loại quá trình sản xuất cho ví dụ

Hiện nay người ta thường phân quá trình sản xuất ra làm 3 loại chính sau: - QTSX liên tục: chỉ làm ra một loại sản phẩm nhưng với số lượng rất lớn và liên tục. Hệ thống trang thiết bị thường là đặc chủng, thiết kế riêng cho một loại sản phẩm và có năng suất cao. Ví dụ: điện năng, hóa dầu… - QTSX rời rạc: là sản xuất mỗi lần chỉ làm một hoặc một vài sản phẩm. Thông thường các sản phẩm này thường có kích cỡ lớn và độ phức tạp cao như một chiếc tàu thủy, một tua bin cỡ lớn - QTSX hỗn hợp: là loại hình sản xuất mỗi lần cho ra một loạt sản phẩm giống nhau số lượng vừa phải. Các lô sản phẩm có thể lặp lại theo chu kỳ hoặc thay đổi về chủng loại và số lượng nhằm đáp ứng nhu cầu của sản xuất. Trang thiết bị của sản xuất hỗn hợp phải có năng suất cao, có thể thay đổi để phù hợp cho việc sản xuất các sản phẩm khác nhau.

5. Phần nhà máy nhiệt điện Nguyên Lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện:

- Nhà máy nhiệt điện hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển hoá năng lượng nhiệt năng từ đốt cháy các năng lượng hữu cơ thành cơ năng quay tuabin, chuyển cơ năng thành năng lượng điện. Nhiệt năng dẫn đến các tuabin qua môi trường truyền nhiệt là hơi nước. Nhiệt năng cung cấp càng nhiều thì năng lượng điện phát ra càng lớn và ngược lại. - Nguyên lý hoạt động chung của nhà máy nhiệt điện: (hình vẽ vở ghi) Nước đi từ bao hơi đi xuống các đường ống bố trí xung quanh thành lò, nước sẽ nhận nhiệt năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò thành hơi bão hoà. Hơi bão hoà sẽ được đưa qua bộ lọc khô và điều chỉnh hơi quá nhiệt để đảm bảo nhiệt độ và áp suất vào tuabin cao áp sinh công lần 1. Sau đó, hơi lại được đưa vào bộ gia nhiệt rồi tiếp tục đưa vào tuabin trung áp sinh công lần 2. Từ tuabin trung áp hơi được đưa thẳng xuống tuabin hạ áp sinh công lần cuối. Hơi sau khi đã sinh công từ tuabin hạ áp sẽ được đưa vào bình ngưng để ngưng thành nước. Sau đó, nước từ bình ngưng sẽ được bơm tới bình gia nhiệt hạ áp. Ở đây, nước nóng lên bởi hơi trích ra từ tuabin hạ áp. Ra khỏi bình gia nhiệt hạ áp, nước được đưa tới bình khử khí để loại bỏ những bọt khí còn lại (hơi còn lại trong nước), tránh ôxi hoá đường ống. Nước tiếp tục được đưa tới các bình gia nhiệt cao áp và tiếp tục được nâng nhiệt độ bởi hơi trích từ tuabin cao áp. Và trước khi trở lại bao hơi, nước qua bộ hâm nước để làm nóng thêm bởi khói thoát ra từ lò.