chương 1. Trong chuyên đề này nhóm đề tài đã giải quyết được các vấn đề sau: - Tìm hiểu tình hình nghiên cứu thiết kế ứng dụng các thiết bị đo và điều khiển cho các loại van cung trên thế giới và trong nước. - Xây dựng lý thuyết tổng quan về van cung và thiết bị hiển thị đo độ mở van cung. - Đưa ra nội dung, phạm vị nghiên cứu và mục tiêu của đề tài.
11 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KÉ CHÉ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐỘ MỞ VAN CUNG VÀ PHƯƠNG ÁN LẬP CHƯƠNG TRÌNH DIEU KHIEN 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động thiết bi do dé mé van cung: A-A A _ 400 _—I 48 —__ 24 - al 400 [ 4â. | 9 _10 LI 2 1 J ~~ 107 _ 2100, Hạn vị trên Boils a B ‘ + ‹“. oO Hạn vị dưới 2 8 1 ny Hình 2.1: Cấu tạo thiết bị đo độ mở van cung: 1.Cụm puly dẫn hướng l; 2.
Tủ bao che; 3.Cụm đối trọng; 5.Cụm tang quấn cáp; 6.Gối đỡ SY30 TF/VA201; 7. Cụm puly dân hướng 2; 10.Cụm puly dân hướng 3; 12 Hình 2.2: Hình ảnh thiết bị đo độ mở van cung: SO BO DAU NOI CAP Cum pu ly dẫn hướng 2 Tang cuốn cáp Ø0 “` Ø80 7 *. Cụm pu ly dẫn hướng 3 ⁄ N\A oo, ` øtoo c _ Gan trên gối quay x ~ Cụm đổi trọn / / um doi trong ¬‹ i. Ko | ` UN Hình 2.3 : Sơ đồ đầu nối cáp Khi van cung chuyền động lên xuống làm đĩa tròn ®900 gắn trên gối quay quay theo.
Qua hệ thống cáp và puly dẫn hướng làm Tang cuân cáp quay theo, đồng thời cũng làm đối trọng chuyên động lên xuống. _ Tai dau truc tang có gan 01 Encoder phát xung, tín hiệu ra được nối với thiệt bị xử lý tại tủ điêu khiên trung tâm nhà máy. Sau khi xử lý băng các phân mêm chuyên dùng, bộ xử lý đưa ra màn hình hiên thị độ mở của van cung. 13 Trên cụm đôi trọng có găn cơ câu tác động vào công tặc hạn vi trên và hạn vi dưới, chức năng của han vị là giới hạn độ mở của van cung.
Tính toán độ mở cửa van cung 2. Phân tích mối quan hệ giữa các thông số Dựa trên hình 2.3 ta có: Chiều dài tức thời của day cáp được quấn vào tang là : q=f,() (1) Trong đó: - q: Chiều dài tức thời của dây cáp được quấn vào tang - N: Số vòng quay của tang. Do đường kính của dây không đáng kế so với đường kính của tang và số lớp vòng dây quấn trên tang là nhỏ nên có thể coi đường kính ngoài của tang là không thay đổi trong suốt quá trình vận hành. Do đó, một cách gân đúng có thể coi chiều dài dây được quấn vào tang sẽ là một hàm tuyết tính với số vòng quay của tang N.
Ta có phương trình: q=k,*N (2) Trong đó: - k,: Hằng số tý lệ, phụ thuộc vào thông số kết cầu cơ khí. Mặt khác số vòng quay của tang N tỷ lệ với số vòng quay của encoder đồng nghĩa với việc số vòng quay của tang N tỷ lệ với số xung đếm được từ encoder, cho nên chiều dài dây cáp được quấn vào tang q sẽ là một hàm tỷ lệ với đối số xung đếm được từ encoder: q=k,*Z (3) Trong đó: - k,: Hằng số tỷ lệ, phụ thuộc vào thông số kết cấu cơ khí. - Z : Số xung đếm được từ encoder Như vậy, chiều dài dây cáp được quấn vào tang q hoàn toàn xác định được thông qua giá trị số xung Z cua encoder. Biết được số xung của encoder sẽ suy ra được chiều đài cáp được quấn vào tang tương ứng.
Cũng theo hình 2.3 ta có: Độ mở cửa van cung tính theo độ cao h hay tính theo góc mở œ sẽ là một hàm chỉ phụ thuộc vào chiều dài cáp tính từ đầu đĩa quay găn trên gối quay van cung đến tang quấn q”, hay phụ thuộc vào chiều dài cáp được quấn vào tang q. Khi đó ta có: h=f,@ (4) hay a=f2(q) (4’) 14 (vi dễ dàng có thể tính được mối liên hệ gitra a va h: h = Ho-R*sin(ao- a) (5) Trong đó: - Ho, R, ao: Thông sỐ xác định kết cấu của van Trong đó, hàm f, và Ÿ: là các hàm phi tuyến và có thể tìm được thông qua việc giải bài toán hình học lập ra dựa trên kết cấu của hệ thống. Tuy nhiên, việc giải để tìm ra các hàm số này chính xác đôi khi cũng rất khó khăn và mất nhiều công sức đối với hệ có kết cấu cơ khí hình học phức tạp. Việc làm này còn đòi hỏi phải xác định được các thông số của hệ thống một cách chính xác, trong một số trường hợp công việc này là không khả thi và đem lại kết quả không đáng tin cậy.
Ngoài ra, còn một khó khăn nữa mà khi chúng ta áp dụng phương pháp này có thể gặp phải là khi chúng ta đã tìm được kết quả chính xác của hàm nhưng đó là các biểu thức toán học rất phức tap, cong kénh gay kho khan cho qua trinh tính toán đặc biệt khi mà các bộ điều khiển của chúng ta đa số là bộ điêu khiển khả trình PLC còn rất nhiều hạn chế trong việc hỗ trợ các hàm tính toán và khả năng đáp ứng thời gian thực của nó trong quá trình tính toán. Do đó, trong những trường hợp như vậy thì việc tính toán gân đúng được xem là một giải pháp đơn giản, tương đối tin cậy và có thể mang lại kết quả khả thi nhất. Có rất nhiều phương pháp tính toán gần đúng, ở đây nhóm dé tai đưa ra hai phương án: phương pháp nội suy tuyến tính và phương pháp tìm đa thức nội suy sử dụng phần mềm Matlab dựa trên bảng giá trị các điểm lấy mẫu trên cơ sở thực nghiệm. Phương pháp nội suy tuyến tính Giả SỬ có hàm F(x) và đạo hàm của nó liên trục trong đoạn [a,b] du nho và đạo ham cap 1 và câp 2 của nó không đôi dâu trong đoạn đó thì khi đó với một giá tri bat ky ce[a,b] ta có thê tính gân đúng gia tri cua ham F tai diém c băng công thức: F(c) = F(a) † (c-a)*(F(b)-F(a))/(b-a) (6) Công thức (6) có thể minh họa dưới đồ thị hình 2 dưới đây: — Phương pháp nội suy tuyến tính coi gần đúng đường alb trùng với đường thăng ab.
Độ chính xác của phương pháp càng cao khi đoạn [a,b | chia càng nhỏ.4: Minh họa phương pháp nội suy tuyến tính 2. Tính toán độ mỡ cửa van cung theo phương pháp nội suy tuyến tính Theo bản kết cấu cửa van cung và cơ cấu chỉ thị độ mở cửa van thì biên độ chuyên động quay của cửa van cung xung quay gối quay O là 53°, giá trị góc mở a biến thiên từ -8°+ 45°. Thực hiện phép xoay theo chiều thuận chiều kim đồng hồ quanh điểm tâm là tâm của gối xoay với bước xoay là 3°ta sẽ có I8 điểm giá trị lay mẫu, và hiệu giá của 2 điểm liền kề là 3° .Trong khoảng 3° thì có thê coi xâp xi dây cung trùng với cung và có thể áp dụng phương pháp nội suy tuyến tính. Theo lý thuyết của phương pháp nội suy tuyến tính thì điểm chia càng nhiều thì kết quá tính toán càng chính xác, nhưng kéo theo nó là khối lượng tính toán sẽ lớn hơn.
Do đó, để thỏa mãn giữa độ chính xác của phép tính và khả năng đáp ứng của bộ điều khiển ta lấy 18 điểm chia. Tiến hành lấy kết quả thực nghiệm thu được trong từng phép quay ta được bảng giá trị các thông số dưới đây: Bảng 2.1: Bảng giá trị các thông số hệ thống nội suy tuyên tính i q[iJqmm) | g[i](mm) | a[il(degree) _ h[¡](mm) 1 0 8790 -8 0 2 184 8606 -5 612 3 369 8421 -2 1379 4 557 8233 1 2163 5 745 8045 4 2814 16 6 937 7853 7 3473 7 1129 7661 10 4137 8 1322 7468 13 4805 9 1517 7273 16 5475 10 1713 7077 19 6145 11 1912 6878 22 6813 12 2110 6680 25 7478 13 2307 6483 28 8137 14 2505 6285 31 8789 15 2703 6087 34 9432 16 2899 5891 37 10064 17 3097 5693 40 10683 18 3293 5497 43 11288 Trong đó: - ¡: Chỉ số thứ tự lần lấy mẫu - q’[i]: Độ dài của dây cáp tính từ đầu xy lanh đến tang quay, giá trị này được lây băng cách đo thực nghiệm trên bản vẽ ở lân quay thứ ¡ của cửa van cung quanh gôi quay của + q[ï] - độ dài của dây cáp được quân vào tang, giá trị này được tính thông qua giá trị q [1] theo công thức : ali] = g[I-al (7) Trong đó: - h[ï]: Độ mở cửa van tinh theo chiều cao so với phương nằm ngang ở cao trình 199,92, giá trị này được xác định thông băng cách đo thực nghiệm trên bản vẽ ở lân quay thứ 1 của cửa van cung. Khi đó, ứng với một giá trị q tại một thời điểm bất ky t, nao dé (gia trị này hoàn toàn xác định được tại một thời điểm bất kỳ theo phương trình(3)) trong đó q(,)e{ q[],q[rr1]] thì theo phương pháp nội suy tuyên tính ta sẽ tính được giá trị độ mở cửa h(t,) theo công thức: hứ,) = h[i]r(qŒ, )-q[])*@[ï+1]-h[il)/(a[ir1]-a[il) (8) 2. Tính toán độ mở cửa van cung theo phương pháp lập đa thức nội suy Dựa trên các số liệu thực nghiệm về mối quan hệ của q và h ta lập được mà ta thu được qua phép quay van cung quanh trục 0 với góc quay là 1 ta được bảng dữ liệu sau đây: Bang 2.