Tổng hợp các hệ thống điều khiển trên cơ sở PID mềm của PLC

i. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa cơng bố trong cơng trình khoa học nào trước đĩ. Tơi xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong bản luận văn của tơi đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Dương Hùng Phú Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội. Tơi đã hồn thành luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật với đề tài: “ Tổng hợp các hệ thống điều khiển trên cơ sở PID mềm của PLC”. Tơi xin chân thành cám ơn PGS. TS. Nguyễn Mạnh Tường đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn. Tơi xin chân thành cám ơn Bộ mơn ðiện kỹ thuật – Khoa cơ điện, Viện Sau đại học Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội đã đọc và đĩng gĩp nhiều ý kiến quý báu để luận văn của tơi được hồn chỉnh hơn. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu và lãnh đạo Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Tây Bắc nơi tơi cơng tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tơi hồn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã động viên khích lệ để tơi hồn thành luận văn này. Hồ Bình , ngày 15 tháng 10 năm 2011 Tác giả Dương Hùng Phú Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT PLC 3 1.1 Khái quát về kỹ thuật điều khiển 3 1.2 Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) 5 1.3 Cấu trúc PLC S7-300 6 1.3.1 PLC là gì? 6 1.3.2 Nguyên lý chung và cấu trúc bộ PLC 7 1.3.3 Hệ PLC S7-300 9 1.3.4 Các module của PLC S7-300 9 1.4 Phần mềm STEP-7 11 1.4.1 STEP -7 định nghĩa và chức năng 11 1.4.2 Bộ chương trình Step7 chuẩn ( STEP7 Standard Package) 12 1.5 Kỹ thuật lập trình 13 1.5.1 Lập trình tuyến tính 13 1.5.2 Lập trình cĩ cấu trúc 15 CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU MODUL MỀM PID 23 2.1 Các khối chức năng điều khiển PID trong PLC. 23 2.1.1 Module điều khiển liên tục với FB41 “ CONT_C” 24 2.1.2 Modul điều khiển bước FB42 “ CONT_S” 33 2.1.3 Khối tạo xung FB43 “ PULSEGEN” 36 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. iv 2.2 Hàm chuyển đổi tín hiệu “ SCALE” FC105. 45 2.3 Một số chú ý khi sử dụng Module mềm PID. 46 CHƯƠNG III XÂY DỰNG HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN MỘT VÀ HAI MẠCH VỊNG TRÊN CƠ SỞ KHỐI PID MỀM CỦA PLC S7 – 300 47 3.1 Xây dựng hệ thống điều khiển một mạch vịng. 47 3.1.2 Xây dựng bộ điều khiển ứng dụng khối FB41 “CONT_C” 47 3.1.2 Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng khối FB41 “CONT_C” và 49 3.1.3 Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng khối FB42 “CONT_S” 51 3.2 Xây dựng hệ thống điều khiển hai mạch vịng. 53 CHƯƠNG IV KHẢO SÁT HỆ THỐNG 55 4.1 Cấu trúc hệ thống 55 4.2 Phần mềm giám sát WinCC 56 4.3 Xác định mơ tả động học của đối tượng 62 4.4 Khảo sát hệ thống bằng mơ phỏng sử dụng Matlab 66 4.4.1 Xác định thơng số bộ điều khiển 66 4.4.2 Phương pháp sử dụng Matlab - Simulink 77 4.4.3 Khảo sát hệ thống lị điện trở dùng cơng cụ SIMULINK 80 4.5 Khảo sát hệ thống điều khiển thực 84 4.5.1 Hệ thống điều khiển sử dụng khối FB 41. 84 4.5.2 Hệ thống điều khiển sử dụng khối FB 41 kết hợp FB43 87 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 93 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BðK Bộ điều khiển ðTðK ðối tượng điều khiển HTðK Hệ thống điều khiển Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Biến hình thức trong Local block của khối FC 17 2.2 Ví dụ về điều khiển nhiệt độ 40 2.3 Chế độ điều khiển 2 vị trí 43 2.4 Chế độ điều khiển 2 và 3 vị trí trong mạch Manual mode. 44 4.1 Thơng số bộ điều khiển theo cơng thức kinh nghiệm 69 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. vii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 ðối tượng điều khiển 4 1.2 Hệ thống điều khiển vịng hở 4 1.3 Hệ thống điều khiển vịng kín 5 1.4 Cấu trúc của một PLC 7 1.5 Hệ thốg điều khiển cĩ một PLC 8 1.6 Hệ thống điều khiển phức tạp 9 1.7 SimatiC S7-300 của Siemens 9 1.8 Sơ đồ kết nối các module của S7-300 trên rack 11 1.9 Thực hiện một chương trình tuyến tính 14 1.10 Thực hiện gọi khối FC10 16 1.11 Thực hiện gọi khối FB1 cùng với DB2 từ OB1 19 2.1 Sơ đồ cấu trúc của khối FB41 25 2.2 Giao diện tạo khối DB mới 26 2.3 Gán tham số cho khối FB 41 27 2.4 Khối Dead Band 29 2.5 Sơ đồ cấu trúc khối FB42 35 2.6 Sơ đồ cấu trúc khối FB 43 36 2.7 Nguyên lý tạo xung của FB43 37 2.8 Sơ đồ của khối tạo xung của FB 43 38 2.9 Biểu đồ đặc tính ở chế độ điều khiển 3 vị trí 40 2.10 Biểu đồ đặc tính ở chế độ 3 vị trí khơng đối xứng 42 2.11 Biểu đồ đặc tính ở chế độ 2 vị trí. 42 2.12 Biểu đồ đặc tính ở chế độ điều khiển 2 vị trí 0 -100% 43 2.13 Dạng LAD của hàm FC 105. 45 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. viii 3.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống sử dụng khối FB41 47 3.2 Sơ đồ kết nối IC TCA 785 48 3.3 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống sử dụng FB41 và FB43 49 3.4 Cấu tạo AQ-R SOLID STATE RELAY loại AQR20A2 – ZV10/18VDC 50 3.5 ðồ thị nguyên lý làm việc của AQ-R SOLID STATE RELAY 50 3.6 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống sử dụng khối FB42 51 3.7 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống sử dụng khối FB42 52 3.8 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống hai mạch vịng 53 4.1 Các thiết bị thí nghiệm 55 4.2 Tạo Project mới trong WinCC 56 4.3 ðặt tên cho Project mới và đường dẫn 57 4.4 Chọn trạm SIMATIC S7 57 4.5 Chọn kết nối cáp MPI 58 4.6 Màn hình thiết kế giao diện đồ hoạ 59 4.7 Thiết lập các thuộc tính cho Trend 60 4.8 Nhập “Trend 1”cho nhãn Curves 61 4.9 Chọn các giá trị của process valuArchive 61 4.10 Giao diện bộ điều khiển. 62 4.11 Sơ đồ khối phương pháp thực nghiệm 62 4.12 ðường đặc tính lị nhiệt điện trở 64 4.13 Cấu trúc hệ thống đo CBð: Cảm biến đo; Kð: bộ khuyếch đại. 64 4.14 Mạch động lực cấp nguồn lị điện 65 4.15 Sơ đồ khối cấu trúc của ðTðK 65 4.16 Sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống điều chỉnh nhiệt độ là điện trở. 66 4.17 Các quá trình quá độ chuẩn 67 4.18 ðối tượng cĩ tĩnh tự cân bằng 68 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. ix 4.19 Vùng nghiệm số của hệ thống cĩ mức độ dao động m 70 4.20 ðường quá độ điều khiển 71 4.21 ðường đẳng trị m 76 4.22 Gọi thư viện Simulink 77 4.23 Tạo cửa sổ làm việc 77 4.24 Mở thư viện của Simulink 78 4.25 Cơng cụ mơ phỏng 78 4.26 Thay đổi thơng số mơ phỏng 79 4-27 sơ đồ mơ phỏng lị điện trở 80 4-28 kết quả mơ phỏng đường quả độ lị điện trở 81 4-29 ðường đẳng trị m = 0,51 82 4.30 Sơ đồ mơ phỏng trên matlap 83 4.31 Kết quả mơ phỏng với Km = 11,37 và Ti = 2188,8s 83 4.32 Kết quả mơ phỏng với Km = 12,57 và Ti = 5031s 83 4.33 Kết quả mơ phỏng với Km = 13,01 và Ti = 6423s 84 4.34 Kết quả mơ phỏng với Km = 13,32 và Ti = 8428s 84 4.35 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =13,32; Ti = 8428s 85 4.35 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =13,32; Ti = 8428s 85 4.37 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =11,37; Ti = 2188,8s 86 4.38 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =12,57; Ti = 5031s 86 4.39 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =12,5; Ti = 3320s 86 4.40 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =11,37; Ti = 2188,8s 87 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. x 4.41 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp = 13,32; Ti = 8428s 87 4.42 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp = 12,57; Ti = 5031s 88 4.43 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp = 13,01; Ti = 6423s 88 4.44 ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =12,5; Ti = 3320s 88 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 1 MỞ ðẦU 1. Cơ sở lựa chọn đề tài Những năm gần đây, sự bùng nổ của khoa học và cơng nghệ rất mạnh mẽ, tạo nên những bước đột phá trong nhiều lĩnh vực đời sống và kinh tế của xã hội. ðất nước ta đang trên con đường cơng nghiệp hố và hiện đại hố. Việc ứng dụng các cơng nghệ hiện đại với trang thiết bị hiện đại được đặt lên hàng đầu. Trong đĩ các hệ thống và thiết bị điều khiển tự động đĩng vai trị hết sức quan trọng. Thiết bị điều khiển khả trình PLC đang ngày càng được ứng dụng rất rộng rãi trong cơng nghiệp. Bộ PLC cơ bản ứng dụng để điều khiển trên cơ sở các thuật tốn Logic. Tuy nhiên, nĩ cũng cĩ thể được sử dụng để điều khiển các quá trình liên tục dựa trên các Module PID mềm của nĩ. Các Module mềm PID của PLC là bộ điều khiển liên tục, dễ sử dụng, linh hoạt trong việc điều chỉnh các tham số và cấu trúc của hệ thống điều khiển. Nhằm khảo sát và ứng dụng các hệ thống điều khiển trên cơ sở PID mềm của PLC là vấn đề cần thiết. Xuất phát từ yêu cầu đĩ, được sự định hướng, chỉ dẫn của PGS. TS Nguyễn Mạnh Tường bộ mơn ðiều hiển tự động - ðại học Bách khoa Hà Nội và các thầy, cơ giáo khoa Cơ điện Trường đại học Nơng nghiệp Hà Nội tơi đã lựa chọn đề tài: “Tổng hợp các hệ thống điều khiển trên cơ sở PID mềm của PLC ” 2. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết. - Tổng hợp các hệ thống điều khiển trên cơ sở PID mềm của PLC . - Xây dựng mơ hình thực nghiệm để khảo sát hệ thống thực. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Về khoa học: Luận văn gĩp phần tổng hợp và bổ xung phương pháp thiết kế bộ điều khiển để điều khiển đối tượng phổ biến trong cơng nghiệp. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 2 Về thực tiễn: Với kết quả thu được của đề tài đã gĩp phần: - Tổng hợp các hệ thống điều khiển trên cơ sở ứng dụng các khối PID mềm của PLC cho đối tượng cơng nghiệp. 4. Phạm vi và nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu chính của luận văn đề cập đến những vấn đề sau: - Nghiên cứu về PLC và đặc biệt là khối PID mềm - Tổng hợp các hệ thống điều khiển trên cơ sở ứng dụng các khối PID mềm. - Xây dựng hệ thống thực nghiệm và nghiên cứu khảo sát, đánh giá chất lượng của hệ thống điều chỉnh nhiệt độ lị điện trở. 5. Tĩm tắt nội dung luận văn Chương 1: “ Nghiên cứu tổng quát PLC ”. Chương này tập trung nghiên cứu về cấu trúc PLC S7 – 300; Phần mền STEP 7 ; Kỹ thuật lập trình Chương 2: “ Nghiên cứu module mềm PID”. Chương này tập trung nghiên cứu về cấu trúc, phương pháp khai thác và cài đặt các khối PB41, FB42, FB43 Chương 3: “ Xây dựng hệ thống điều khiển một và hai mạch vịng trên cơ sở các khối PID mềm của PLC” Chương này giới thiệu các phương pháp xây dựng hệ thống một và hai mạch vịng trên cơ sở các khối PID mềm. Chương 4: “Khảo sát hệ thống ” Chương này giới thiệu các thiết bị để xây dựng hệ thống, phần mềm giám sát WCC, trình bày quá trình xây dựng mơ hình đối tượng, mơ phỏng đối tượng điều khiển và hệ thống điều khiển, khảo sát đánh giá chất lượng điều khiển thực. Phần kết luận và kiến nghị: Tĩm tắt nội dung chính luận văn đã giải quyết và đề xuất các vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 3 CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT PLC 1.1.Khái quát về kỹ thuật điều khiển ðiều khiển trong kỹ thuật được hiểu là khoa học nghiên cứu về quá trình thu thập, xử lý tín hiệu và điều khiển các quá trình và hệ thống thiết bị kỹ thuật. ðĩ là tập hợp tất cả các tác động mang tính tổ chức của một quá trình nào đĩ nhằm đạt được mục đích mong muốn của quá trình đĩ. Hệ thống điều khiển ( Controll System – HTðK) mà khơng cĩ sự tham gia trực tiếp của con người được gọi là HTðK tự động. Kỹ thuật điều khiển phát triển từ rất xa xưa. Tuy nhiên, cho đến những năm 1940 của thế kỷ XX, cơ sở lý thuyết điều khiển tự động được hình thành. Khi đĩ, các phương pháp khảo sát hệ “ một đầu vào, một đầu ra- SISO” như: Hàm truyền và biểu đồ Bode để khảo sát đáp ứng tần số và ổn định; biểu đồ Nyquist và dự trữ độ lợi/pha để phân tích tính ổn định của hệ kín. Vào cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950 phương pháp đồ thị nghiệm của Evans đã được hồn thiện. Giai đoạn này được coi là “ điều khiển cổ điển”. ðến những năm 1960, là giai đoạn phát triển của kỹ thuật điều khiển được gọi là “ điều khiển hiện đại” ( Modern Control). Hệ kỹ thuật ngày càng trở nên phức tạp, cĩ “ nhiều đầu vào, nhiều đầu ra- MIMO”. Và phương pháp điều khiển bằng biến trạng thái, lý thuyết điều khiển tối ưu cĩ những bước phát triển lớn dựa trên nền tảng nguyên lý cực đại của Pontryagin và lập trình động lực của Bellman. ðồng thời, lọc Kalman được hồn thiện và nhanh chĩng trở thành cơng cụ chuẩn, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực để ước lượng trạng thái bên trong của hệ từ tập nhỏ các tín hiệu đo được. Bắt đầu từ những năm 1980, ứng dụng những thành tựu của tốn học, các nghiên cứu về điều khiển đã đưa ra được các phương pháp thiết kế bộ Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 4 điều khiển ( BðK) để một hệ kỹ thuật vẫn đảm bảo được các tính năng sử dụng khi cĩ tác động của nhiễu và sai số “ kỹ thuật điều khiển bền vững hệ đa biến”. Trong hai thập kỷ cuối, nhiều nhánh mới về điều khiển cũng đã hình thành, đĩ là: thích nghi, phi tuyến, hỗn hợp, mờ và neural. Một hệ thống điều khiển là một liên kết của nhiều thành phần, tạo nên một cấu hình hệ thống cĩ khả năng đáp ứng một nhu cầu nhất định. Một thành phần hay một quá trình ( Process) cần được điều khiển được gọi là đối tượng điều khiển ( ðTðK), được biểu diễn bằng một khối cĩ đầu vào và đầu ra. Quan hệ vào- ra thể hiện mối quan hệ nhân quả của quá trình điều khiển, trong đĩ tín hiệu vào được xử lý nhằm tạo ra một tín hiệu ra, thường là với năng lượng đã được khuyếch đại. Hình 1.1 ðối tượng điều khiển Một HTðK đơn giản nhất bao gồm một bộ điều khiển ( BðK) tác động lên một ðTðK và được gọi là HTðK vịng hở (open loop), việc sử dụng BðK nhằm điều khiển một quá trình đáp ứng một yêu cầu điều khiển xác định trước. Hình 1.2 Hệ thống điều khiển vịng hở ðTðK Vào ra ðáp ứng mong muốn BðK ðTðK ra Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 5 Trong đĩ, ðTðK là thành phần tồn tại khách quan cĩ tín hiệu ra là đại lượng cần điều khiển và nhiệm vụ cơ bản của thiết bị điều khiển là phải tác động lên đầu vào của ðTðK sao cho đại lượng điều khiển đạt được yêu cầu mong muốn. Thiết bị điều khiển (TBðK) là tập hợp tất cả các thiết bị của hệ thống nhằm tạo ra tín hiệu điều khiển tác động lên ðTðK. Trái với HTðK vịng hở, một HTðK vịng kín (Closed loop) được sử dụng thêm một giá trị đo của tín hiệu ra thực sự để so sánh với đáp ứng đầu ra được mong muốn cho quá trình cần điều khiển. Giá trị đo này được gọi là tín hiệu phản hồi (feedback signal). Sơ đồ khối của bộ điều khiển vịng kín được thể hiện như hình vẽ. Hình 1.3 Hệ thống điều khiển vịng kín Hệ thống điều khiển phản hồi thường sử dụng làm mơ tả mối quan hệ xác định trước giữa tín hiệu ra với tín hiệu vào đối sánh để điều khiển. 1.2 Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của lý thuyết điều khiển, các thiết bị điều khiển hiện đại, “ thơng minh” đã được ra đời để giải quyết các bài tốn điều khiển lớn cho những HTðK phức tạp. Hệ điều khiển này đã xử lý hàng ngàn thơng tin lấy từ cảm biến để điều khiển hàng trăm cơ cấu chấp hành: van, cấp nhiệt, bơm vv..để cho ra sản phẩm với yêu cầu khắt khe về tính năng kỹ thuật. ra ðáp ứng mong muốn So sánh BðK ðT ðK Hệ đo Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 6 Ngày nay các HTðK tự động sử dụng thiết bị điều khiển khả trình (programable Logic Controller- PLC) ngày càng phổ biến. Với những tính năng ưu việt như: cấu trúc nhỏ gọn, tốc độ xử lý thời gian thực cao, nhiều chức năng điều khiển, cĩ độ mềm dẻo sử dụng rất cao, cộng với khả năng kết nối với các TBðK, theo dõi giám sát…đã tạo cho PLC một khả năng làm việc linh hoạt và hiệu quả. Cĩ thể nĩi, PLC như một máy tính số cho kỹ thuật điều khiển hiện đại. Ở nước ta chủ yếu đang sử dụng PLC của các hãng sản xuất như SIEMENS, MITSHUBISHI, LG, SCHNEIDER…Các PLC hiện đại được chế tạo ngày càng tối ưu và được module hĩa tiện lợi cho việc sử dụng. Hiện nay, PLC của hãng SIEMENS là một trong những loại PLC được sử dụng phổ biến tại Việt Nam. Các PLC của hãng Siemens bao gồm các dạng: simatic 505; simatic S5, simatic S7, C7. Trong đĩ dịng simatic S7 được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy xí nghiệp trong nước. Các họ PLC của dịng simatic S7 bao gồm: S7-200, S7- 300, S7-400. Simatic S7-300 là một hệ thống module PLC (Modular PLC platform) đã được tối ưu hĩa để đạt chất lượng cao trong các quá trình tự động hĩa, tiết kiệm giải pháp hệ thống trong kiến trúc điều khiển tập trung và phân tán. Hệ thống điều khiển sử dụng hệ SIMATIC S7-300 cung cấp HTðK tự động trọn gĩi, bao gồm: thiết bị điều khiển PLC S7, phần mềm lập trình step 7, hệ thống giám sát HMI trên máy tính PC sử dụng phần mềm giám sát WinCC. 1.3. Cấu trúc PLC S7-300 1.3.1 PLC là gì? PLC ( Programable Logic Controller ) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển số thơng qua một ngơn ngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện thuật tốn đĩ bằng mạch số. Như vậy, với chương Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 7 trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn dễ thay đổi thuật tốn và đặc biệt dễ thay đổi thơng tin với mơi trường xung quanh ( với PLC khác hoặc với máy tính). Tồn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện lặp lại theo chu kỳ của vịng quét. 1.3.2 Nguyên lý chung và cấu trúc bộ PLC Hiện nay cĩ khá nhiều hãng sản xuất PLC, nhưng nhìn chung trong cấu trúc được mơ tả dưới đây. Hình 1.4 Cấu trúc của một PLC Cấu trúc BðK lập trình rất gần gũi với máy tính PC. Thành phần của PLC bao gồm: CPU, RAM , các bộ xử lý vào/ra, các bộ xử lý tốn học và các thành phần khác tương tự như PC nhưng được chế tạo đặc thù thích nghi với sử dụng vận hành trong mơi trường cơng nghiệp. Cổng vào của PLC bao gồm CPU Bộ nhớ chương trình Bộ đệm vào/ra Timer Counter Bit cờ Cổng vào ra Onboard Cổng ngắt và đếm Tốc độ cao Quản lý ghộp nối Bus của PLC Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 8 các thiết bị nhập logic ( S/W contact, sensor digital, sensor analog, contac, bộ nhập panel số, HMI) đưa ra đồng thời một loạt các tác vụ ra lệnh cho PLC thi hành, cĩ thể là một đoạn chương trình thơng qua đường truyền thơng và được lưu giữ trong bộ nhớ nội của PLC, các lệnh logic được lập trình sẽ xử lý và thực thi từ các cổng vào sau đĩ kết quả xử lý trả về qua đường cổng ra cĩ thể là các relay, Tranzitor, Triac, kiểu điện áp thay đổi được hay vịng dịng điện (4-20A), một nhĩm bit đơn hoặc thậm chí là cả một loạt các dịng lệnh cĩ dung lượng lớn xuất ra một cổng truyền thơng khác. Một hệ thống cĩ thể cĩ 1 PLC hoặc gồm nhiều PLC kết nối qua MPI bus Hình 1.5 Hệ thống điều khiển cĩ một PLC Hình 1.5. Hệ thốg điều khiển cĩ một PLC ðối với hệ thống điều khiển phức tạp gồm nhiều trạm PLC kết nối với nhau, với các thiết bị điều khiển, đo lường khác qua MPI bus. Cáp tải chương trình Tải chương trình Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 9 Hình 1.6 Hệ thống điều khiển phức tạp 1.3.3 Hệ PLC S7-300 Hình 1.7 SimatiC S7- 300 của Siemens SIMATIC S7-300 là một PLC đã được tối ưu hĩa để đạt được chất lượng cao trong các quá trình tự động hĩa, tiết kiệm giải pháp hệ thống trong kiến trúc điều khiển tập trung và phân tán. 1.3.4 Các module của PLC S7-300 ðể tăng tính sử dụng mềm dẻo trong ứng dụng thực tế, hệ SIMATIC S7- 300 được chia nhỏ thành các module. Do vậy số module được sử dụng nhiều Module PS Module CPU Module SM Module CP Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 10 hay ít tùy thuộc vào bài tốn điều khiển. Song bao giờ cũng phải cĩ một module chính là module CPU, cịn lại là các module nhận và truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các module chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ bước...chúng được gọi là các module mở rộng. Tất cả các module được gắn trên các thay ray (rack). - Module CPU Module CPU là module cĩ chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, bộ định thời, bộ đếm, cổng truyền thơng RS485 và cĩ thể cĩ vài cổng vào ra số trên module (onboard). Trong họ PLC cĩ nhiều loại CPU khác nhau như module CPU313, module CPU314... Ngồi ra cịn các loại module CPU với 2 cổng truyền thơng trong đĩ cổng truyền thơng thứ 2 cĩ chức năng chính là phục vụ việc nối mạng trong hệ điều khiển phân tán. - Module mở rộng Các module mở rộng được chia làm 5 loại chính: (1) Module nguồn PS (Power Supply): module nguồn nuơi cĩ 3 loại là 2A, 3A và 10A. (2) Module cổng tín hiệu SM (Signal Module): module cổng tín hiệu vào, ra bao gồm: + DI (Digital Input): module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng cĩ thể là 8, 16, hoặc 32 tùy thuộc vào loại module. + DO (Digital Output): module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng cĩ thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào loại module. + DI/DO (Digital Input/ Digital Output): module mở rộng các cổng vào ra số. Số các cổng vào ra số mở rộng cĩ thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào loại module. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 11 + AI (Analog Input): module mở rộng các cổng vào tương tự, số các cổng vào tương tự cĩ thể là 2, 4, 8 tùy thuộc vào loại module. + AO (Analog Output): module mở rộng các cổng ra tương tự, số các cổng ra tương tự cĩ thể là 2, 4, 8 tùy thuộc vào loại module. + AI/AO (Analog Input/ Analog Output): module mở rộng các cổng vào ra tương tự, số các cổng vào ra tương tự cĩ thể là 4 vào 2 ra, hoặc 4 vào 4 ra tùy thuộc vào loại module. (3) Module ghép nối IM (interface Module): là loại module cĩ nhiệm vụ kết nối các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi module CPU. (4) Module chức năng FM( Function module) là module chức năng cĩ chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module PID, module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ Servo, module điều khiển vịng kín. (5) Module CP (Communication Module) là module phục vụ truyền thơng trong mạng giữa PLC với nhau hoặc PLC với máy tính. Hình 1.8 Sơ đồ kết nối các module của S7-300 trên rack 1.4. Phần mềm STEP-7 1.4.1. STEP -7 định nghĩa và chức năng Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 12 STEP7 là một chương trình phần mềm chuẩn sử dụng để đặt cấu hình và lập trình cho SIMATIC PLC. Nĩ là một phần mềm cơng nghiệp cĩ các version STEP7 Micro/DOS, STEP7 Micro/Win cho S7-200; STEP7 cho S7-300. Một số chức năng của STEP7 được liệt kê dưới đây: + Cĩ thể được mở rộng như là một phần mềm trong cơng nghiệp phần mềm SIMATIC. + Cĩ thể chỉnh sửa tham số cho Function Module và quá trình truyền thơng. + Dữ liệu truyền thơng tồn cầu. + ðịnh cấu hình kết nối. 1.4.2. Bộ chương trình Step7 chuẩn ( STEP7 Standard Package) Ngơn ngữ lập trình SIMATIC là ngơn ngữ biểu diễn thống nhất trong STEP7 chuẩn tuân theo chuẩn EN 61131-3 hay IEC1131-3. Bộ chương trình chuẩn chạy trên Windows 95/98/2000/Me/XP. Chức năng: Bộ chương trình STEP7 chuẩn hỗ trợ nhiều chức năng trong tồn bộ các mặt của một quá trình tạo một nhiệm vụ điều khiển tự động. + Thiết lập và quản lý Project. + ðịnh cấu hình và chỉnh sửa tham số phần cứng và truyền thơng. + Quản lý biểu tượng. + Tạo một chương trình. + Download một chương trình cho bộ điều khiển. + Chuẩn đốn lỗi chương trình. Ngồi ra STEP7 cịn cĩ thư viện với nhiều hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp online mạnh, ứng dụng trong STEP7 : Bộ chương trình STEP7 chuẩn cung cấp rất nhiều ứng dụng, ta khơng cần thiết phải mở từng ứng dụng riêng mà chúng tự khởi động khi ta chọn hàm thích hợp hay mở một đối tượng. Dưới đây ta nghiên cứu một số chức năng thường sử dụng. Ngơn ngữ lập trình Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 13 ðối với loại PLC S7-300 cĩ phần mềm STEP7 sử dụng ba dạng ngơn ngữ lập trình thơng dụng. + Ngơn ngữ lập trình dạng “ liệt kê lệnh” ký hiệu là STL. + Ngơn ngữ lập trình dạng “ hình thang” ký hiệu là LAD. + Ngơn ngữ lập trình dạng “ hình khối” ký hiệu là FBD. ðặt cấu hình phần cứng (Hardware Configuration) Cơng cụ này dùng để đặt cấu hình và chỉnh sửa cho tham số phần cứng của một dự án tự động (project). + ðể đặt cấu hình cho một bộ điều khiển lập trình ta chọn rack từ một catalog và sắp xếp cho module trong những slot yêu cầu trong rack. + Trong quá trình gán tham số cho CPU ta cĩ thể thiết lập thuộc tính khởi động và giám sát chu kỳ vịng quét. + Trong quá trình gán tham số cho module, tất cả các tham số cần thiết lập cĩ thể được thiết lập sử dụng hộp thoại. Trong quá trình gán tham số cho module được thực hiện tự động trong quá trình khởi động CPU. + Chỉnh định tham số cho Function module (FM) và communication Processors (CP) cũng được thực hiện trong hộp thoại Hardware Configuration với một cách tương ứng như với module. Hộp thoại module Specific tồn tại cho mỗi FM và CP. Hệ thống sẽ ngăn chặn những lối vào khơng đúng bằng cách chỉ đưa ra những hộp thoại làm việc 1.5. Kỹ thuật lập trình 1.5.1 Lập trình tuyến tính Kỹ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp lập trình mà tồn bộ chương trình ứng dụng chỉ nằm trong một khối OB1. Kỹ thuật lập trình này cĩ ưu điểm là gọn, rất phù hợp với những bài tốn điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 14 Do tồn bộ chương trình điều khiển chỉ nằm trong khối OB1 nên khối OB1 sẽ gần như là thường trực trong vùng nhớ Work memory, trừ trường hợp khi hệ thống phải xử lý các tín hiệu báo ngắt. Ngồi khối OB1, trong vùng Work memory cịn cĩ miền nhớ địa phương (loack block) cấp phát cho OB1 và những khối DB được OB1 sử dụng, hình 1.9 mơ tả quy trình thực hiện chương trình điều khiển tuyến tính. Hình 1.9 Thực hiện một chương trình tuyến tính Local block của OB1 Khi thực hiện khối OB1, hệ điều hành luơn luơn cấp một local block cĩ kích thước mặc định 20 bytes trong Work memory để OB1 cĩ thể lấy được những dữ liệu từ hệ điều hành (Xem Phụ lục 1.1) Mặc dù kích thước chỉ là 20 bytes mặc định, nhưng người sử dụng cĩ thể mở rộng local block để sử dụng thêm các biến nhớ cho chương trình. Tuy nhiên phải để ý rằng local block được giải phĩng ở cuối mỗi vịng quét và được cấp lại ở vịng quét sau nên các giá trị cĩ trong local block của vịng quét trước cũng bị mất khi bắt đầu vịng quét mới. Do đĩ, tốt nhất chỉ nên sử Chuyển OB1 từ Local memory vào Work memory và cấp phát local block cho nĩ Xố OB1 và giải phĩng Local memory trong Work memory Hệ điều hành Thực hiện OB1 trong Work memory System memory Share DB Instance DB Vịng quét Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 15 dụng local block cho việc lưu giữ biến nháp tạm thời trong tính tốn của một vịng quét. Cịn lại cách sử dụng local block cũng khơng khác gì như sử dụng miền biến cờ M (bit memory). Chẳng hạn, để đọc khoảng thời gian thực hiện vịng quét trước đã được hệ điều hành chuyển vào ơ nhớ 2 bytes gồm byte 6 và byte 7 trong local block dưới dạng số nguyên 16 bits, ta dùng lệnh: L LW6 // ðọc nội dung 2 bytes kêt từ địa chỉ 6 của local block Bên cạnh việc truy nhập theo địa chỉ ơ nhớ như đã làm, ta cịn cĩ thể sử dụng tên biến hình thức OB1_PREV_CYCLE đã cĩ của ơ nhớ LW6 như sau: L #OB1_PREV_CYCLE 1.5.2 Lập trình cĩ cấu trúc Lập trình cĩ cấu trúc (structure programming) là kỹ thuật cài đặt thuật tốn điều khiển bằng cách chia nhỏ các khối chương trình con FC hay FB với mỗi khối thực hiện một nhiệm vụ cụ thể của bài tốn điều khiển chung và tồn bộ các khối chương trình này được quản lý một cách thống nhất bởi OB1. Trong OB1 cĩ các lệnh gọi những khối chương trình con theo thứ tự phù hợp với bài tốn điều khiển đặt ra. Hồn tồn tương tự, một nhiệm vụ điều khiển cịn cĩ thể được chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ cụ thể hơn nữa, do đĩ một khối chương trình con cũng cĩ thể được gọi từ một khối chương trình con khác. ðể đơn giản trong trình bày, khi một khối chương trình con này gọi một khối chương trình con khác, ta sẽ ký hiệu khối chứa lệnh là khối mẹ và khối được gọi là khối con. Hình 1.10 mơ tả quy trình thực hiện việc gọi một khối con FC10 từ khối mẹ OB1. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 16 Giữa khối mẹ và khối con cĩ sự liên kết thể hiện qua việc trao đổi các giá trị. Khi gọi khối con, khối mẹ cần cho những sơ kiện thơng qua các tham trị đầu vào để khối con thực hiện nhiệm vụ. Sau khi thực hiện xong nhiệm vụ, khối con phải trả lại cho khối mẹ kết quả bằng những tham trị đầu ra. Hệ điều hành của CPU tổ chức việc truyền tham trị thơng qua local block của từng khối con. Hình 1.10. Thực hiện gọi khối FC10 Như vậy thực hiện lệnh gọi một khối con, hệ điều hành sẽ: 1) Chuyển khối con được gọi từ vùng Local memory vào vùng Work Memory 2) Cấp phát cho khối con một phần bộ nhớ trong Work memory để làm local block. Cấu trúc local block được quy định khi soạn thảo các khối. 3)._. Truyền các tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT của local block 4) Sau khi khối con thực hiện xong nhiệm vụ và ghi kết quả dưới dạng tham trị đầu ra cho biến OUT, IN-OUT của khối local block, hệ điều hành sẽ OB1 . . Call FC10 . . Chuyển FC10 vào Work memory, cấp phát local block và gán giá trị từ BO1 Trả tham trị về OB1, xố FC10 và local block trong Work memory FC10 . . . . . . BE Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 17 chuyển các tham trị này cho khối mẹ và giải phĩng khối con cùng local block ra khỏi vùng Work memory. 1.5.2.1 Khai báo local block cho FC Local của khối con được chia thành hai phần: Phần các biến hình thức để khối con nhận và truyền tham trị với khối mẹ. Biến hình thức trong local block của khối FC cĩ ba loại như bảng 1.1: Loại biến hình thức Ý nghĩa IN Biến hình thức nhận tham trị từ khối mẹ làm sơ kiện cho chương trình trong khối con OUT Biến hình thức truyền tham trị từ khối con về khối mẹ IN-OUT Biến hình thức vừa cĩ khả năng nhận vừa cĩ khả năng truyền tham trị giữa khối con với khối mẹ Bảng 1.1. Biến hình thức trong Local block của khối FC - Phần chứa các biến tạm thời được ký hiệu là TEMP (viết tắt của Temporary) chứa các giá trị tính tốn tức thời. Do local block sẽ được giải phĩng khi kết thúc chương trình, giá trị các biến tạm thời này cũng sẽ bị mất theo ngay sau khi chương trình trong khối con được thực hiện xong. Việc khai báo local block đồng nghĩa với việc đặt tên biến, định nghĩa loại biến (biến hình thức hay biến tạm thời) và kiểu dữ liệu (nguyên, thực, ký tự...) cho từng biến, trong đĩ tên biến là những dãy ký tự hoặc số và khơng thuộc nhĩm ký tự khố (đã được dùng bởi hệ điều hành) Chương trình truy nhập local block thơng qua các tên biến dưới dạng tốn hạng của lệnh theo cấu trúc: # Ví dụ Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 18 L #receive //ðọc nội dung ơ nhớ là receive trong local block vào ACCU1 T #transmit //Chuyển ACCU1 tới ơ nhớ cĩ tên là transmit trong local block Những kiểu dữ liệu hợp lệ cho tất cả các loại biến ( Xem phụ lục 1.2) 1.5.2.2 Gọi khối FC và thủ tục chuyển tham trị Lệnh gọi một khối con và truyền tham trị cho nĩ từ khối mẹ cĩ dạng: Cú pháp CALL FCX Trong đĩ FCX là tên khối con được gọi Ngay khi gặp lệnh gọi một khối con, chương trình soạn thảo Step7 sẽ căn cứ vào cấu trúc local block, cụ thể là những biến hình thức của khối con (biến IN, OUT, IN-OUT), mà cho hiện lại những biến này chờ người sử dụng khai báo tham trị đĩ giải phĩng local block cùng khối FB ra khỏi Word memory. Kiểu tham trị truyền từ khối mẹ vào khối con thơng qua biến hình thức IN hay IN-OUT phụ thuộc vào kiểu đã gán. Cụ thể là: - Nếu biến được khai báo một trong các kiểu BOOL, CHAR, INT, DINT, TIME, BOOL, DATE, TOD, S5TIME thì tham trị truyền cĩ thể là một giá trị cụ thể hoặc là nội dung của một ơ nhớ cĩ kích thước tương ứng. - Nếu biến được khai báo kiểu BYTE, WORD, DWORD, DINT thì bắt buộc tham trị phải là nội dung của ơ nhớ cĩ kích thước phù hợp. - Riêng đối với tham trị được khối con trả về cho khối mẹ qua biến hình thức OUT hay IN-OUT thì luơn phải là một ơ nhớ cĩ cùng kích thước với biến. 1.5.2.3 Local block của khối FB Nhược điểm của kiểu khối FC là nội dung các biến tạm thời kiểu TEMP khơng được lưu lại cho những vịng quét sau. ðiều này bắt buộc những khối FC cĩ sử dụng biến kiểu TEMP trong local block phải được thực hiện xong một vịng quét và do đĩ hạn chế miền sử dụng của chúng. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 19 Khắc phục nhược điểm trên S7-300/400 cung cấp một loại khối cĩ tính năng tương tự như khối FC nhưng lại cĩ khả năng lưu giữ lại được nội dung các biến tạm thời cho các vịng quét kế tiếp, được gọi là khối hàm FB. Loại biến tạm thời cĩ nội dung được lưu giữ này cĩ tên là STAT (viết tắt của Static) Phương thức lưu lại nội dung các biến STAT được hệ điều hành thực hiện nhờ một khối dữ liệu như sau (hình 1.11) Khi thực hiện lệnh gọi, hệ điều hành chuyển khối FB được gọi vào Word memory, cấp phát cho nĩ trong Word memory một local block như yêu cầu. Ghi các tham trị từ khối mẹ vào các tham trị biến hình thức loại IN, IN-OUT và nội dung các ơ nhớ tương ứng trong DB kèm theo vào biến loại STAT trong local block. Khi chương trình trong khối FB kết thúc, hệ điều hành chuyển nội dung của biến hình thức loại IN, IN-OUT về cho khối mẹ và ghi lại giá trị của biến thuộc loại STAT trong local block vào khối dữ liệu kèm theo. Hình 1.11. Thực hiện gọi khối FB1 cùng với DB2 từ OB1 OB1 . . Call FB1, DB2 . . Chuyển FB1 vào Work memory, cấp phát local block và gán giá trị cho biến hình thức từ OB1 và cho biến loại STAT từ DB2 Trả tham trị về OB1, ghi lại biến loại STAT vào DB2. Xố FB1 và local block ra khỏi Work memory FC10 . . . . . . BE DB2 DB2 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 20 Về cơ bản, local block của khối FB cũng giống như khối FC, nhưng cĩ thêm biến loại STAT. Các loại biến của khối FB (Xem phụ lục 1.3) Riêng đối với biến STAT ta cịn sử dụng được kiểu dữ liệu ARRAY, STRING Việc khai báo local block cho FB cũng hồn tồn tương tự như cho FC gồm: ðặt tên biến, xác định loại biến, (biến hình thức, STAT hay TEMP) và kiểu dữ liệu (nguyên, thực, ký tự...) cho từng biến. Tên biến phải là những dãy ký tự hoặc số và khơng thuộc nhĩm ký tự khố (đã được dùng bởi hệ điều hành). 1.5.2.4 Instance block và thủ tục gọi khối FB Khác với khối FC khối FB bao giờ cũng làm việc cùng với một khối dữ liệu DB dùng để lưu giữ nội dung các biến STAT của local block (hình 1.13). Khối DB này cĩ tên là khối instance. Lý do là khi thực hiện lệnh gọi khối hàm FB, hệ điều hành cũng mở luơn khối dữ liệu này bằng lệnh (OPN DI) Như vậy kèm với lệnh gọi khối FB ta phải chỉ thị luơn cả tên khối dữ liệu DB tương ứng. Lệnh gọi khối hàm FB cĩ cấu trúc như sau: Cú pháp CALL FBX , DBY Trong đĩ FBX là tên khối hàm được gọi và DBY là tên khối dữ liệu kèm theo. Khối dữ liệu DBY phải cĩ cấu trúc phù hợp với local block của khối hàm FB được soạn thảo. Phần mềm Step7 hỗ trợ người soạn thảo việc tạo lập khối dữ liệu DB cĩ cấu trúc phù hợp với local block của khối FB được gọi. Ngay sau khi viết lệnh gọi một khối hàm FB và nếu khối DB kèm theo chưa được soạn thảo trước, Step7 sẽ tạo lập một khối DB mới cĩ cấu trúc phù hợp với locak block của khối hàm FB đĩ. Chẳng hạn nếu trong khối OB1 ta viết lệnh gọi khối hàm FB1 đã soạn thảo (như mục 1.5.2.3 ) cùng khối dữ liệu cĩ tên là DB2 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 21 CALL FB1 , DB2 Nếu khối DB2 chưa cĩ thì Step7 sẽ cho hiện thơng báo yêu cầu chèn thêm khối DB2 ấn phím Yes để chấp nhận tạo DB này. Khi ấn phím Yes để chấp nhận tạo DB2, chương trình soạn thảo Step7 sẽ tạo DB2 theo cấu trúc của local block của FB1 và dựa vào đĩ để cho hiện lại những biến hình thức IN, IN-OUT chờ người sử dụng khai báo tham trị. CALL FB 1 , DB2 Cong : = Ket_qua : = ðể sử dụng FB1 nhằm lọc nhiễu tín hiệu tương tự tại cổng PIW272 và chuyển kết quả vào ơ nhớ kiểu TEMP trong local blok của khối mẹ OB1 cĩ tên analog_value, với việc lọc nhiễu được thực hiện bằng cách tính giá trị trung bình của 50 dữ liệu gần nhất, ta khai báo local block cho OB1 và soạn thảo chương trình như sau ðịa chỉ Loại Tên Kiểu 0.0 TEMP OB1_EV_CLASS Byte 1.0 TEMP OB1_SCAN_1 Byte ... 10.0 TEMP OB1_MAX_CYCLE Int 12.0 TEMP OB1_DATE_TIME DATE_AND_TIME 20.0 TEMP Analog_value REAL Chương trình: CALL FB 1 , DB2 Cong : =PIW272 Ket_qua : =#analog_value } Phần cĩ sẵn và chỉ được sử dụng khơng được sửa đổi Người sử dụng khai báo thêm Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 22 Khối DB2 vừa được tạo lập theo cấu trúc local block của FB1 Như vậy tất cả các biến kiểu TEMP khơng được chuyển vào DB2. Các tham biến hình thức thuộc loại IN, OUT, IN-OUT xuất hiện trong DB2, song thực chất chỉ là địa chỉ và khơng được lưu giữ tham trị. Chỉ riêng giá trị của các biến kiểu STAT là được chuyển vào DB2. Khối dữ liệu DB2 nĩi riêng và các khối instance của FB nĩi chung đều cĩ thể được sử dụng như một khối dữ liệu thơng thường, tức là ta cĩ thể dùng các lệnh mở khối để mở chúng, truy nhập vào các ơ nhớ của chúng. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 23 CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU MODUL MỀM PID 2.1 Các khối chức năng điều khiển PID trong PLC. Phần mềm STEP7 cung cấp các module điều khiển mềm PID để điều khiển các đối tượng cĩ mơ hình liên tục như nhiệt độ lị, động cơ, mức..đầu ra của đối tượng được đưa vào đầu vào của BðK qua các cổng vào tương tự của các module vào tương tự của simatic s7-300/400. Tín hiệu của BðK cĩ nhiều dạng và được đưa đến cơ cấu chấp hành thơng qua những module khác nhau: Qua cổng ra tương tự của module ra tương tự (AO). Qua cổng ra của các module ra số ( DO). Qua các cổng phát xung ra tốc độ cao. Phụ thuộc vào cơ cấu chấp hành, ta cĩ thể chọn được các module mềm PID tương thích. 3 module được tích hợp sẵn trong STEP7: 1. ðiều khiển liên tục với FB41( tên hình thức CONT_C). 2. ðiều khiển liên tục với FB42( tên hình thức CONT_S). 3. ðiều khiển phát xung với khối hàm hỗ trợ FB43 (tên hình thức FULSEGEN). Mỗi module mềm PID cĩ khối dữ liệu DB riêng để lưu giữ dữ liệu phục vụ chu trình tính tốn luật điều khiển. Các khối hàm FB của các module mềm PID cập nhật những khối dữ liệu này ở mọi thời điểm. Module mềm FB Fulsegen được sử dụng kết hợp với module mềm FB CONT_C nhằm tạo ra tín hiệu ra dạng xung tốc độ cao thích hợp với đáp ứng của cơ cấu chấp hành kiểu tỉ lệ. Một bộ điều khiển PID mềm được hồn thiện thơng qua các khối hàm FB nhiều chức năng tạo ra tính linh hoạt cao trong thiết kế. Ta cĩ thể chọn chức năng này hay loại bỏ chức năng khác khơng cần cho một hệ thống. Các Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 24 chức năng khác như xử lý tín hiệu chủ đạo, tín hiệu quá trình và tính tốn các biến khác cùng với bộ điều khiển PID cũng được tích hợp sẵn trong một module điều khiển mềm. ðiều chú ý là các bộ điều khiển PID khơng tồn năng tới mức cĩ thể sử dụng vào một bài tốn điều khiển. ðặc tính điều khiển và tốc độ xử lý của các module mềm PID phụ thuộc vào module CPU được chọn để giải quyết các bài tốn điều khiển. Do khi xử lý một mạch vịng điều khiển ta phải thực hiện cơng việc trích mẫu tín hiệu đầu vào cho mạch vịng điều khiển (Cĩ liên quan đến tín hiệu đĩng ngắt theo chu kỳ thời gian của OB30-OB38) nên cần phải cĩ sự tương thích giữa số mạch vịng điều khiển PID cũng như khả năng và tốc độ tính tốn của CPU. Nếu bài tốn điều khiển yêu cầu tần suất cập nhật càng cao thì số vịng điều khiển càng giảm. Chỉ cĩ những bài tốn cĩ số vịng điều khiển ít ta mới cĩ thể sử dụng các module mềm PID cĩ tần suất truy nhập cao. Chất lượng của hệ thống hồn tồn phụ thuộc vào các tham số của BðK. Do đĩ điều kiện bắt buộc là ta phải cĩ mơ hình đối tượng chính xác. ðĩ cũng là nhược điểm của phương pháp điều khiển kinh điển. 2.1.1 Module điều khiển liên tục với FB41 “ CONT_C” - Giới thiệu chung về khối FB41 FB41( CONT_C) được sử dụng để điều khiển các quá trình kỹ thuật với các biến đầu vào và đầu ra tương tự trên cơ sở thiết bị khả trình simatic. Trong khi thiết lập tham số cĩ thể tích cực hoặc khơng tích cực một số thành phần chức năng của bộ điều khiển PID cho phù hợp với đối tượng. Cĩ thể sử dụng module mềm PID như một bộ điều khiển với tín hiệu chủ đạo đặt cứng hoặc thiết kế một hệ thống điều khiển nhiều mạch vịng điều khiển theo kiểu cascade. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 25 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của khối FB41 Module mềm PID bao gồm tín hiệu chủ đạo SP_INT, tín hiệu ra của đối tượng PV_PER, tín hiệu giả để mơ phỏng tín hiệu ra của đối tượng PV_IN các biến trung gian trong quá trình thực hiện luật và thuật tốn điều khiển PID như: PVPER_ON; P_SEL… Tín hiệu chủ đạo SP_INT được nhập dưới dạng dấu phẩy động. Thơng qua hàm nội CRP_IN tín hiệu ra của đối tượng cĩ thể nhập dưới dạng số nguyên cĩ dấu hoặc số thực cĩ dấu phẩy động. Chức năng CRP_IN là chuyển đổi kiểu biểu diễn của PV_PER từ dạng số nguyên sang dạng số thực cĩ dấu phẩy động cĩ giá trị nằm trong khoảng từ -100% đến 100% theo cơng thức: Tín hiệu ra của CRP_IN = PV_PER x 27468 100 (2.1) Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 26 Chuẩn hĩa: Chức năng của hàm chuẩn hĩa PV_NORM là chuẩn hĩa tín hiệu ra của hàm CRP_IN Ngồi ra cịn nhiều chức năng khác như lọc nhiễu, chọn luật điều khiển, đặt giá trị thay thơng báo lỗi. - Tham biến hình thức đầu vào, đầu ra của FB 41 Khối FB 41 cĩ 24 tham số đầu vào và 9 tham số đầu ra ( xem phụ lục 2.1 và phụ lục 2.2) - Khai báo tham số cho bộ điều khiển PID Phần mềm STEP cung cấp một giao diện hỗ trợ cho người sử dụng trong việc khai báo tham số cho bộ điều khiển PID. Sau khi đã tạo một Project cĩ chứa FB 41 ta bắt đầu tạo khối DB ( Data Block) cho bộ điều khiển sử dụng giao diện của module điều khiển PID bằng cách gõ lệnh: Start/ simatic/step7/ PID control Paramester Assignment Ví dụ: Ta sẽ tạo một Data Block mới tên là DB41. Trong hộp thoại được hiển thị sau khi bắt đầu, ta cĩ thể tắt chức năng điều khiển on hay off và cĩ thể nhập vào tham số điều khiển tương ứng. Giá trị mặc định sẽ cịn nếu tham số khơng bị thay đổi. Giá trị ngồi khoảng cho phép khơng được nhập vào. Ta cĩ thể đặt biến quá trình theo hai dạng “ bên trong” hay “ ngoại vi” ( tham số của khối FB PVPER_ON= FALSE/TRUE). Hình 2.2 Giao diện tạo khối DB mới Tên khối DB chứa dữ liệu mà ta muốn tạo Tên Project chứa khối DB mà ta muốn Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 27 Biến quá trình bên trong (Process Value, Internal). Biến quá trình dưới dạng số thực dấu phẩy động được nối tới bộ điều khiển tại cổng PV_IN của bộ điều khiển. Hình 2.3 Gán tham số cho khối FB 41 Kiểu dữ liệu: REAL Giá trị mặc định: tùy thuộc vào khoảng kỹ thuật ( kích cỡ vật lý). Tham số FB: PV_IN. Biến quá trình ngoại vi ( Process Value, Peripheral). Biến quá trình ở dạng ngoại vi được nối với bộ điều khiển thơng qua cổng vào “ biến quá trình ngoại vi” Kiểu dữ liệu WORD Giá trị mặc định: W#16#0000 Tham số FB PV_PER Chuẩn hĩa biến quá trình. Nếu như biến quá trình là giá trị vật lý thì nĩ cần được chuẩn hĩa. ðể chuẩn hĩa nĩ ta cần đặt thừa số chuẩn hĩa và giá trị bù chuẩn hĩa. Giá trị biến quá trình lúc này được đặt dựa trên dạng sau: Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 28 a. Normalization Process Variable= Process Variable*Normalization Factor + Normalization offset. ðầu vào “ thừa số chuẩn hĩa” được nhân với biến quá trình. ðầu vào giúp ta cĩ thể làm thích hợp khoảng giá trị biến quá trình. Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc định 1.0 Khoảng giá trị cho phép Tồn bộ khoảng Tham số FB PV_FAC b. Normalization offset. ðầu vào “ bù chuẩn hĩa” được cộng với biến quá trình Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc định 0.0 Tham số FB PV_OFF Dead Band Nếu biến quá trình bị ảnh hưởng bởi nhiễu và bộ điều khiển được thiết lập tốt nhất, nhiễu sẽ ảnh hưởng tới đầu ra. Hiệu giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra của đối tượng là đầu vào cho khối Dead Band. Khối Dead Band cĩ tác dụng lọc những giá trị nhỏ xung quanh giá trị xác lập. Nếu khơng muốn sử dụng Dead Band hay là cĩ thể bỏ qua ảnh hưởng của nhiễu ở lân cận điểm làm việc ta chọn DEAD_W= 0. “Dead Band Width” xác định kích cỡ của Dead Band. Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc định 0.0 hoặc 1.0 Tham số FB DEAD_W Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 29 Hình 2.4 Khối Dead Band Tham số bộ PID( PID Parameter) Thuật tốn điều khiển PID hoạt động như thuật tốn vị trí. Ta cĩ thể tích cực hoặc khơng tích cực các luật điều khiển tỷ lệ, vi phân, tích phân một cách riêng lẻ. a. Tích cực luật tỉ lệ (Proportional action) Luật điều khiển tỉ lệ được tích cực khi mà P_SEL được thiết lập giá trị TRUE: Kiểu dữ liệu BOOL Giá trị mặc định TRUE Tham số FB P_SEL Proportional gain: “Proportional gain” nhập vào giá trị hệ số điều khiển tỷ lệ Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc định 2.0 Tham số FB GAIN b. Tích cực tích phân ( Intergal action) Luật tích phân được tích cực khi “ I_SEL” thiết lập giá trị TRUE. Kiểu dữ liệu BOOL Giá trị mặc định TRUE Tham số FB I_SEL DEADB_W SP_INT-PV ER ER=(SP_INT-PV)-DEAD_W ER=(SP_INT- PV)+DEAD_W Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 30 + Reset time. Thẻ “ Reset time” xác định hằng số thời gian của bộ điều khiển tích phân. Kiểu dữ liệu BOOL Giá trị mặc định TRUE Khoảng giá trị cho phép T1>= CICLE Tham số FB T1 + Intergal action hold. ðầu ra của khâu tích phân cĩ thể khơng được sử dụng nếu ta thiết lập giá trị TRUE tại IN_HOLD. Kiểu dữ liệu BOOL Giá trị mặc định FALSE Tham số FB IN_HOLD + Khởi tạo ( Initialization). ðầu ra của khâu tích phân cĩ thể được nối vào đầu vào I_ITLVAL. Thêm vào đĩ ta cần phải tích cực “ I_ITL_ON” Kiểu dữ liệu BOOL Tham số FB I_ITL_ON + Khởi tạo giá trị (Initialization Value) Giá trị đầu vào của khâu tích phân cĩ thể được thiết lập thơng qua cổng vào I_ITLVAL. Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc định 0.0 Khoảng giá trị cho phép -100…100% Tham số FB I_ITLVAL0 c.Tích cực luật vi phân (Deritvative Action). Luật vi phân được tích cực khi “ D_SEL” được thiết lập giá trị TRUE. Kiểu dữ liệu BOOL Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 31 Giá trị mặc định FALSE Tham số FB D_SEL + Deritvative time Hằng số thời gian của bộ điều khiển vi phân. Kiểu dữ liệu TIME Giá trị mặc định T#2s Khoảng giá trị cho phép TD>CYCLE Tham số FB T1 + Time Lag Thuật tốn điều khiển với các hoạt động khác nhau bao gồm một thời gian trễ cĩ thể đặt tại đầu vào TM_LAG. Kiểu dữ liệu TIME Giá trị mặc định T#2s Khoảng giá trị cho phép TM_LAG_CYCLE/2 Tham số FB TM_LAG Manipulative Variable Với phần Manipulative Variable ta cĩ thể chọn: Nhập vào giá trị thao tác bằng tay hay cho phép bộ điều khiển ở chế độ tự động. Ở chế độ bằng tay, các giá trị của biến được chọn bằng tay. Khi thiết lập bằng tay, bộ vi phân tự thiết lập chế độ LNM_LNM_DP_DISV và bộ vi phân ( DIF) thụ động về 0. ðiều đĩ đảm bảo cho sự chuyển đổi từ chế độ thiết lập bằng tay sang chế độ tự động khơng gây một biến đổi đột ngột nào với các biến đã thiết lập giá trị bằng tay. a. Chế độ bằng tay (Manual Mode) Khi vịng điều khiển hở (tham số FB MAN_ON = TRUE). Ta cĩ thể chèn một giá trị ở cổng vào MAN. Kiểu dữ liệu REAL Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 32 Giá trị mặc định 0.0 Tham số FB MAN (Manual, Value) b. Chế độ tự động (Automatic Mode). Vịng điều khiển được kín (FB Parameter MAN_ON = FALSE). c. Giới hạn trên (Value Hight Limit) Giá trị thao tác luơn bị giới hạn trên và giới hạn dưới, để tránh giá trị khơng được phép quá trong quá trình. Những giới hạn này sẽ khơng thể bị tắt. Giá trị cao nhất và giá trị thấp nhất cần được thiết lập. + Giới hạn trên ( Value Hight Limit). Giá trị “ Manipulated value hight limit” xác định giá trị cao nhất. Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc định 100.0 Khoảng giá trị cho phép LMN_LLM…100% Tham số FB LMN_HLM + Giới hạn dưới ( Value Low Limit). ðầu vào “ Manipulated value Low limit” xác định giá trị thấp nhất. Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc định 100.0 Khoảng giá trị cho phép -100%...LMN_LHM Tham số FB LMN_HLM d. Chuẩn hĩa Giá trị thao tác được làm thích hợp với đầu ra như giá trị dấu phẩy động và giá trị ngoại vi với thể thức sau sử dụng thừa số và phần bù. Manipulated Value = Manipulated Value * Normalization Factor + Normalization Offset. + Normalization Factor. ðầu vào LMN_FAC được nhân với giá trị thao tác ( the manipulated value). Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 33 Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc định 1.0 Khoảng giá trị cho phép Tồn bộ khoảng Tham số FB LMN_FAC + Normalization Offset. ðầu vào LMN_OFF được cộng thêm giá trị thao tác ( manipulated value). Kiểu dữ liệu REAL Giá trị mặc định 1.0 Khoảng giá trị cho phép Tồn bộ khoảng Tham số FB LMN_OFF FB41 “ CON_C” hỗ trợ một bộ chương trình phục vụ việc khởi tạo lại hồn tồn hệ thống. Chương trình này được gọi khi tín hiệu vào COM_RST cĩ giá trị bằng 1. Trong khi khởi tạo luật tích phân được tự động thiết lập với giá trị khởi tạo I_ITVAL. Nếu luật được gọi theo ngắt thời gian, nĩ sẽ luơn luơn làm việc với giá trị này. Tất cả các đầu ra khác cĩ giá trị mặc định. Khối FB41 khơng cĩ khả năng tự kiểm tra lỗi bên trong của modul mềm PID. Mã báo lỗi RET_VAL khơng được sử dụng. 2.1.2 Modul điều khiển bước FB42 “ CONT_S” - Giới thiệu chung về FB42 FB42 “ CON_S” là module mềm được tích hợp sẵn trong phần mềm STEP7. FB42 “ CON_S” được sử dụng trên cơ sở simatic- 300/400 để điều khiển các đối tượng kỹ thuật với đầu ra của bộ điều khiển tín hiệu số. Tín hiệu đầu ra số hồn tồn thích hợp đối với các cơ cấu chấp hành kiểu tích phân. Trong khi thiết lập tham số, người thiết kế cĩ thể tích cực hoặc khơng tích cực bộ điều khiển PI bước cho phù hợp với bài tốn điều khiển đặt ra. Cĩ thể sử Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 34 dụng module mềm FB42 “ CON_S” như một bộ điều khiển theo luật PI với tín hiệu chủ đạo đặt trước hoặc cĩ thể sử dụng nĩ trong mạch vịng điều khiển phụ trong hệ thống thiết kế dựa trên nguyên tắc điều khiển casade. Chức năng của bộ điều khiển này hồn tồn tuân theo luật PI với tín hiệu quá trình là tín hiệu tương tự và tín hiệu ra của bộ điều khiển là tín hiệu số. Một phần trong các chức năng của module mềm này là đĩng vai trị của một bộ điều khiển PI cĩ các giá trị và tín hiệu đầu ra số đặt bằng tay. Làm việc ở chế độ này bộ điều khiển bước khơng cần đến tín hiệu hồi tiếp. Cấu trúc khối FB42 như hình 2.5. Tín hiệu chủ đạo: ðược biểu diễn dạng dẫu phẩy động và được thiết lập từ cổng vào SP_INT. Tín hiệu ra của đối tượng: ðược đưa thẳng từ cổng vào tương tự theo kiểu số nguyên hoặc được truyền sau khi đã biến đổi sang kiểu số thực dấu phẩy động. Hàm CRP_IN cĩ chức năng biến đổi giá trị truyền từ cổng vào tương tự sang kiểu số thực phẩy động trong khoảng từ -100.0% đến 100.0% theo cơng thức: Tín hiệu ra của CRP_IN= PV_PER * 0.27648 0.100 (2.2) Chuẩn hĩa: Chức năng của hàm PV_NORM là chuẩn hĩa tín hiệu từ đầu ra của hàm CRP_IN theo cơng thức: Tín hiệu ra của PV_NORM: PV_NORM= ( tín hiệu ra của CRP_IN) * PV_FAC + PV_OFF Mặc định PV_FAC cĩ giá trị bằng 1 và PV_OFF cĩ giá trị bằng 0. Lọc nhiễu tác động trong lân cận điểm làm việc: Tín hiệu sai lệch là tín Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 35 hiệu giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra của đối tượng. Giống như FB41, trong FB42 cũng cĩ khối Dead band được thiết kế ngay sau tín hiệu sai lệch và trước phần điều khiển theo luật để lọc những dao động nhỏ quanh giá trị xác lập bằng cách tạo ra ở đĩ một vùng kém nhạy. Nếu giá trị DEADB_W= 0 thì vùng kém nhạy đĩ khơng tồn tại. Hinh 2.5 Sơ đồ cấu trúc khối FB42 Thuật điều khiển PI bước Khối hàm FB42 của module mềm PID làm việc khơng cần cĩ tín hiệu hồi tiếp. Chức năng của luật I trong thuật điều khiển PI và tín hiệu sai lệch được tích hợp trong một bộ tích phân INT, sau đĩ so sánh với tín hiệu ra của bộ điều khiển theo luật như một giá trị hồi tiếp. Hiệu quả của phép so sánh Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 36 này được đưa vào một rơle 3 vị trí cĩ trễ “ Three_ST” và đầu ra của rơle này điều khiển bộ phát xung “ PULSEOUT” để điều khiển cơ cấu chấp hành. Cĩ thể giảm tần số đĩng cắt của bộ điều khiển bằng cách tạo ra vùng trễ khi chuyển vị trí của rơle. Ngồi ra, để giảm ảnh hưởng của nhiễu trong trường hợp điều khiển khơng được hồi tiếp, cĩ thể lọc nhiễu cho hệ bằng cách đưa tín hiệu vào đầu vào DISV của bộ lọc nhiễu. Khởi động và thơng báo lỗi Hệ thống được khởi tạo lại hồn tồn khi cổng vào COM_RST cĩ giá trị logic bằng 1. Tất cả các cổng ra nhận giá trị mặc định. Khối hàm FB42 này khơng cĩ khả năng tự kiểm tra lỗi bên trong. Nĩ khơng sử dụng cổng ra báo kiểu lỗi RET_VAL. Tham biến hình thức đầu vào và đầu ra của FB42 Hàm FB42 “ CON_S” cĩ tất cả 19 tham biến đầu vào và 4 tham số đầu ra (xem phụ lục 2.3 và phụ lục 2.4). 2.1.3 Khối tạo xung FB43 “ PULSEGEN” Khối hàm FB 43 được sử dụng để tạo một bộ điều khiển PID với xung đầu ra cho cơ cấu chấp hành kiểu tỉ lệ. Khối FB 43 cĩ tác dụng hỗ trợ việc thiết kế một bộ điều khiển PID 2 hay 3 vị trí với bộ tạo xung theo nguyên tắc điều rộng. Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc khối FB 43 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 37 FB 43 thường được sử dụng với FB 41 để tạo ra bộ điều khiển với đầu ra là tín hiệu xung. Nĩ biến đổi biến vào INV dạng số thực ( thường là đầu ra LMN của module mềm PID) thành dãy xung với chu kỳ cố định tương ứng với chu kỳ thời gian mà biến vào được Update và giá trị chu kỳ được gán tại PER_TM. ðộ rộng xung mỗi chu kỳ tỉ lệ với biến đầu vào. Chu kỳ gán cho PER_PM khơng được đồng nhất với chu kỳ được gọi của FB “ PULSEGEN”.Khoảng thời gian PER_TM được tạo thành bằng vài chu kỳ FB43, nhờ đĩ số lần FB43 được gọi mỗi chu kỳ PER_TM là thước đo độ chính xác của khoảng thời gian điều chỉnh xung. Hình 2.7 Nguyên lý tạo xung của FB43 Một giá trị đầu vào INV=30 ( tức bằng 30%) và 10 FB “ PULSEGEN” gọi mỗi PER_TM nghĩa là: “1” ở cổng ra QPOS cho 3 lần gọi đầu của FB43 ( 30% của 10) “0” ở cổng ra QPOS cho 7 lần gọi sau của FB43 ( 70% của 10) Sơ đồ của FB43 “ PULSEGEN” như hình 2.8. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 38 Hình 2.8 Sơ đồ của khối tạo xung của FB 43 a. ðộ chính xác của biến thao tác ( Accuracy of the Manipulated Value): Với tỉ lệ lấy mẫu là 1:10 ( 10 PULSEGEN mỗi PER_TM) độ chính xác của giá trị biến thao tác ở ví dụ trên bị hạn chế tới 10%. Trong các trường hợp khác, sự thiết lập giá trị đầu vào INV chỉ cĩ thể được mơ phỏng bằng độ rộng xung ở cổng ra QPOS trong những bước bằng 10%. ðộ chính xác sẽ tăng lên nếu số lần FB43 được gọi mỗi PER_TM tăng lên. Nếu FB43 được gọi (ví dụ 100 lần mỗi PER_TM) thì độ chính xác của mỗi giá trị biến thao tác sẽ là 1%. b. Sự đồng bộ hịa tự động (Automatic synchronization) Ta cĩ khả năng đồng bộ hĩa đầu ra với khối mà Update đầu vào INV (ví dụ CONT_C). ðiều này đảm bảo một sự biến đổi đầu vào tạo ra một sự thay đổi nhanh nhất ở xung đầu ra. Máy phát xung đánh giá trị đầu ra INV tại khoảng dừng tương ứng với khoảng thời gian PER_TM và chuyển đổi giá trị thành tín hiệu xung với chiều dài tương ứng. Tuy nhiên, INV thường được tính tốn với một lớp chu kỳ ngắt chậm hơn. Khối tạo xung lên bắt đầu sự chuyển đổi giá trị rời rạc thành tín hiệu xung và càng sớm càng tốt sau khi INV được update. Với bắt đầu một chu kỳ Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 39 mới, giá trị cũ của INV được mơ phỏng chính xác trong tín hiệu xung nhiều hơn hay ít hơn tùy theo sự đồng bộ. Quá trình tự đồng bộ hĩa cĩ thể khơng được dùng nếu “ SYN_ON” được thiết lập giá trị FALSE. c. Chế độ hoạt động Tùy thuộc vào tham số gán cho máy phát xung, bộ điều khiển PID với điều khiển 3 vị trí “ three step control” ra hay với một lưỡng cực ( bipolar) hay đơn cực ( monopolar) - hai trạng thái cĩ thể được định hình. Bảng 2.1 Minh họa những sự kết hợp các cơng tắc chuyển mạch ứng với các chế độ khác nhau. Switch Mode MAN-ON STEP3-ON ST2BI- ON Three step control FALSE TRUE Any Two-step control with bipolar control Range (-100% to +100%) FALSE FALSE TRUE Two-step control with bipolar control Range (0% to 100%) FALSE FALSE FALSE Manual mode TRUE Any Any Chế độ điều khiển 3 vị trí (Three step control) Ở chế độ “Three step control” tín hiệu chấp hành cĩ thể thơng qua 3 trạng thái. Giá trị nhị phân của tín hiệu đầu ra QPOS_P và QNEG_P được gán cho statuses của cơ cấu chấp hành. Bảng sau cho thấy một ví dụ về điều khiển nhiệt độ. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 40 Bảng 2.2. Ví dụ về điều khiển nhiệt độ Actuator Output Heat Off Cool QPOS_P TRUE FALSE TRUE QNEG_P FALSE FALSE TRUE Dựa trên biến đầu ra, một đường biểu đồ đặc tính được sử dụng để tính độ rộng xung. Dạng của biểu đồ được xác định bằng độ rộng xung nhỏ nhất của thời gian cấm và thừa số tỷ lệ. Giá trị thơng thường của giá trị này là 1. Chỗ “ngoặt gấp” trên biểu đồ gây ra bởi độ rộng xung nhỏ nhất hoặc thời gian cấm nhỏ nhất. Minimum Pulse or Minimum Break Time Nếu ta gán đúng độ rộng xung nhỏ nhất hoặc thời gian cấm nhỏ nhất P_B_TM ta cĩ thể ngăn chặn số lần bật / tắt, qua đĩ giảm đời sống làm việc của những sự chuyển đổi của cơ cấu chấp hành Hình 2.9. Biểu đồ đặc tính ở chế độ điều khiển 3 vị trí Chú ý: Giá trị tuyệt đối của biến đầu vào LMN ta cĩ thể phát ra xung cĩ độ rộng ngắn hơn (P_B_TM) và bị chặn. Giá ._.rong thư viện chính này bằng cách tương tự ta cĩ thể mở các thư viện con, chọn các khối cần thiết và rê chuột đưa chúng ra cửa sổ làm việc. 4. Bước 4: Nối các khối theo sơ đồ cấu trúc. Sau khi các khối đã được đưa ra cửa sổ làm việc ta dùng chuột để nối các khối theo đúng sơ đồ cấu trúc cần mơ phỏng. 5. Bước 5: Mở các khối bằng cách kích đúp chuột vào khối đĩ. Lúc này sẽ xuất hiện cửa sổ Block Parameters .... Tại đây ta cĩ thể thay đổi dữ liệu theo mong muốn. 6. Bước 6: Thực hiện quá trình mơ phỏng bằng các cách sau chọn các cơng việc sau trong cửa sổ làm việc. - Simulation / start. - Kích vào biểu tượng Start / Pause Simulation. Hình 4.25 Cơng cụ mơ phỏng Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 79 7. Bước 7: Ta cĩ thể thay đổi thơng số của quá trình mơ phỏng - Simulation / Parameters → Simulation Parameters... Hình 4.26 Thay đổi thơng số mơ phỏng Thay đổi thời gian bắt đầu tại ơ Start time Thay đổi thời gian kết thúc tại ơ Stop time Bước 8: Cĩ thể ghi lại mơ hình mơ phỏng vừa tạo được bằng cách chọn Save trong menu FILE hoặc kích vào biểu tượng đĩa mềm trên thanh cơng cụ của cửa sổ làm việc. 4.4.2.2 Thư viện SIMULINK 1. Continuous: Các khối liên tục - Derivative: Khối đạo hàm - Integrator: Khối tích phân - State - Space: Phương trình trạng thái - Transfer Fcn: Hàm truyền tuyến tính - Transport Delay: Làm trễ tín hiệu - Zero - Pole: Hàm truyền dạng Zero-pole 2. Discrete: Các khối gián đoạn 3. Math : các hàm tốn học - Gain : Khối khuyếch đại - Sum: Khối cộng tín hiệu. 4. Nonlinear : các khối phi tuyến Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 80 5. Sinks: Khối quan sát: Thơng thường hay sử dụng khối Scope để quan sát quá trình mơ phỏng. 6. Sources: Khối nguồn - Constant: Khối hàm khơng đổi. - Step: Khối hàm bước nhẩy. - Sine Wave : Tạo tín hiệu hình Sin. - Signal Generator: Máy phát tín hiệu. 4.4.3 Khảo sát hệ thống lị điện trở dùng cơng cụ SIMULINK * Sơ đồ mơ phỏng đối tượng lị nhiệt. Sơ đồ mơ phỏng lị điện trở được mơ tả trên hình 4-27 Hình 4-27 sơ đồ mơ phỏng lị điện trở Kết quả mơ phỏng được mơ tả trên hình 4-28. Cĩ thể nĩi kết quả này tương đương với đồ thị thực nghiệm. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 81 Hình 4-28 kết quả mơ phỏng đường quả độ lị điện trở * Mơ phỏng hệ thống điều khiển nhiệt độ lị điện trở Xác định các thơng số Km; Ti : Quá trình 20% dao động được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp do đĩ xác định được các thơng số Km; Ti theo cơng thức kinh nghiệm như sau: 37,11 150.283,1 3648.6,0 . .6,06,0 ==== τdkddk m K T RK K 8,21883648.6,0.6,0 === TTi s Thơng số của bộ điều chỉnh cĩ thể xác định bằng phương pháp phân miền nghiệm số như đã trình bày trên đây. Với chỉ tiêu chất lượng là độ quá điều chỉnh 20% thì mức độ dao động của hệ thống xác định được là: m = ln5/3,1416 = 0,51. Chương trình tính tốn để xây dựng đường đẳng trị m trong hệ tọa độ C0, C1 viết theo ngơn ngữ Matlab được trình bày như bảng sau. Ở đây giá trị C0 = Km.Kđk cịn C1 = Km.Kđk/Ti . Chương trình tính tốn C0 C1 bằng Matlab Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 82 ðồ thị đường đẳng trị m = 0,51 trong hệ tọa độ C0, C1 nhận được từ chương trình trên được mơ tả trên hình 4-29. Hình 4-29 ðường đẳng trị m = 0,51 Chọn 3 điểm A, B, C trên đường đẳng trị m với các giá trị sau: ðiểm A cĩ C0 = 16,23; C1 = 0,0032 suy ra Km = 16,23/1,283 = 12,57 và Ti = 16,23/0,0032 = 5031 (s). ðiểm B cĩ C0 = 16,7; C1 = 0,0026 suy ra Km = 13.01 và Ti = 6423 (s). ðiểm C cĩ C0 = 17,1 ; C1 = 0,0021 suy ra Km= 13,32 và Ti = 8428 (s). Sơ đồ mơ phỏng bằng Simulink của Matlab được mơ tả trên hình 4.30. Kết quả mơ phỏng để cho trường hợp Km = 11,37 và Ti = 2188,8 được mơ tả trên hình 4.31, để cho thơng số ở điểm A là hình 4.32, ở điểm B là hình 4.33 và ở điểm C là hình 4.34. A B C 10-1 C1 C0 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 83 Hình 4.30. Sơ đồ mơ phỏng trên matlap Hình 4.31 Kết quả mơ phỏng với Km = 11,37 và Ti = 2188,8s Hình 4.32 Kết quả mơ phỏng với Km = 12,57 và Ti = 5031s Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 84 Hình 4.33 Kết quả mơ phỏng với Km = 13,01 và Ti = 6423s Hình 4.34 Kết quả mơ phỏng với Km = 13,32 và Ti = 8428s Trên cơ sở kết quả quả mơ phỏng cĩ thể khẳng định các đường quá độ nhận được tương đương nhau. Sự thay đổi của hằng số thời gian tích phân ảnh hưởng rất ít lên quá trình quá độ điều khiển. 4.5. Khảo sát hệ thống điều khiển thực 4.5.1. Hệ thống điều khiển sử dụng khối FB 41. Căn cứ vào sơ đồ tại mục 3.1.1 và các thơng số Kp và Ti đã tính tốn, khi đặt giá trị nhiệt độ cần điều khiển SETVALUE là 400oC ứng với các bộ thơng số điều khiển nhận được đồ thị giám sát quá trình làm việc cụ thể là: - Ứng với Kp = 13,32 và Ti = 8428s cĩ hình 4.35 - Ứng với Kp = 13,01 và Ti = 6423s cĩ hình 4.36 - Ứng với Kp = 11,37và Ti = 2188,8s cĩ hình 4.37 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 85 - Ứng với Kp = 12,5 và Ti = 3320s cĩ hình 4.38 - Ứng với Kp =12,57 và Ti = 5031s cĩ hình 4.39 Chương trình điều khiển như phụ lục 4.1 Hình 4.35- ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =13,32; Ti = 8428s Hình 4.36- ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =13,01; Ti = 6423s Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 86 Hình 4.37- ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =11,37; Ti = 2188,8s Hình 4.38 - ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =12,5; Ti = 3320s Hình 4.39- ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =12,57; Ti = 5031s Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 87 4.5.2. Hệ thống điều khiển sử dụng khối FB 41 kết hợp FB43 Chương trình điều khiển như phụ lục 4.2 Căn cứ sơ đồ tại mục 3.1.2 và các thơng số Kp, Ti đã tính tốn. Khi đặt giá trị nhiệt độ cần điều khiển SETVALUE là 400oC ứng với các bộ thơng số điều khiển nhận được đồ thị giám sát quá trình làm việc cụ thể là: - Ứng với Kp = 11,37và Ti = 2188,8s cĩ hình 4.40 - Ứng với Kp = 13,32 và Ti = 8428s cĩ hình 4.41 - Ứng với Kp = 12,5 và Ti = 3320s cĩ hình 4.42 - Ứng với Kp = 13,01 và Ti = 6423s cĩ hình 4.43 - Ứng với Kp =12,57 và Ti = 5031s cĩ hình 4.44 Hình 4.40 - ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =11,37; Ti = 2188,8s Hình 4.41 - ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp = 13,32; Ti = 8428s Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 88 Hình 4.42 - ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp = 12,5; Ti = 3320s Hình 4.43 - ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp = 13,01; Ti = 6423s Hình 4.44 - ðồ thị giám sát với SETVALUE là 400oC; Kp =12,57; Ti = 5031s Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 89 Nhận xét : - ðồ thị nhận được từ khảo sát thực tương đương với đồ thị nhận được từ mơ phỏng - Nhiệt độ của lị luơn dao động trong khoảng ±5oC dao động trong khoảng 1,25% (đối với 4.5.1) và dao động trong khoảng ±6oC dao động trong khoảng 1,5% (đối với 4.5.2) - Sau khi bắt đầu cấp điện khoảng từ 34 - 37 phút thì nhiệt độ lị sẽ tăng dần từ nhiệt độ mơi trường tới giá trị đặt. - Khi đặt giá trị nhiệt độ cần điều khiển SETVALUE là 400oC; Kp =12,57; Ti = 5031s ta nhận được đồ thị giám sát quá trình làm việc như hình 4.39 và hình 4.44 đây là đồ thị được coi là ổn định nhất trong quá trình khảo sát thực tế - Các thơng số bộ điều khiển từ tính tốn theo kinh nghiệm so với thực tế khảo sát được như hình 4.39 và hình 4.44 cĩ sự sai lệch cụ thể hệ số Kp sai lệch 10.5% cịn Ti sai lệch 229.8% so với tính tốn Nhận xét chung: Hệ thống điều khiển sử dụng khối PID của PLC cĩ nhiều ưu điểm. Dữ liệu đo từ thực tế thí nghiệm bám sát dữ liệu mơ phỏng trên lý thuyết. Tuy nhiên bộ điều khiển chỉ mới áp dụng cho đối tượng lị điện trở, hệ thống điều khiển một mạch vịng nên cần thí nghiệm trên các đối tượng khác với hệ thống điều khiển hai mạch vịng để áp dụng được rộng rãi hơn Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 90 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ Kết luận Hiện nay, các hệ thống điều khiển tự động sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC đang ngày càng phổ biến. ðặc biệt với hệ SIMATIC, với cấu trúc nhỏ gọn, gồm nhiều modul khác nhau được gắn trên các rack, cộng với khả năng kết nối nhiều trạm PLC với nhau hay kết nối MPI với máy tính, đã tạo cho PLC một khả năng làm việc linh hoạt và hiệu quả. Sau một thời gian làm việc, được sự tạo điều kiện giúp đỡ của quí thầy cơ trong bộ mơn ðiện Kỹ Thuật, khoa Cơ điện – Trượng ðại học NNHN. ðặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của PGS.TS Nguyễn Mạnh Tường và quí thầy, cơ trong bộ mơn ðiều khiển tự động trường ðại học Bách Khoa Hà Nội, cộng với sự nỗ lực cố gắng của bản thân. Trong đề tài, tơi đã hồn thành được những nội dung sau: - ðã nghiên cứu các modul điều khiển mềm PID, các modul xử lý tín hiệu trong phần mềm STEP7 của hệ SIMATIC S7-300 - Nghiên cứu các thuật tốn và cài đặt các bộ điều khiển PID, đặt trên nền các modul mềm để điều khiển quá trình của phần mềm Step7 - Sử dụng phần mền MATLAP để mơ phỏng đối tượng điều khiển là lị điện trở. - Nghiên cứu cài đặt, lập trình bộ điều khiển khối PID điều khiển theo hai phương pháp cho đối tượng thật là lị điện trở. - Ứng dụng phần mềm WinCC đề thu thập dữ liệu trong quá trình thí nghiệm. - Với mơ hình điều khiển đối tượng thực là lị nhiệt độ là một tài liệu nghiên cứu của cá nhân xong cĩ một ý nghĩa khác là một mơ hình, học cụ giúp học sinh, sinh viên nơi tác giả cơng tác thực tập hữu ích. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 91 ðề nghị Mặc dù đã cĩ nhiều cố gắng, song đề tài mới chỉ nghiên cứu được một số dạng bộ điều khiển PID, đối tượng áp dụng mới chỉ là đối tượng lị điện trở, hệ thống điều khiển một mạch vịng. Vì vậy cần nghiên cứu thiết kế với các bộ điều khiển PID khác và tiến hành thí nghiệm kiểm chứng trên hệ thống hai mạch vịng và các đối tượng điều khiển khác như lưu lượng, áp suất... để thêm tính thuyết phục. Ngày nay, với sự bùng nổ của cơng nghệ kỹ thuật vi mạch, kỹ thuật số, các thiết bị trong hệ thống điều khiển hiện đại ngày một khơng ngừng được cải tiến và hồn thiện. Việc nghiên cứu khai thác triệt để tính năng tác dụng của chúng để ứng dụng vào các bài tốn điều khiển cụ thể là việc làm rất cần thiết. Nĩ cho phép chúng ta giải quyết được những vấn đề của bài tốn điều khiển mà khơng cần tăng thêm chi phí đầu tư. Nội dung của đề tại đã phần nào đáp ứng được địi hỏi đĩ. Tuy nhiên do kinh nghiệm cịn hạn chế nên rất mong nhận được những ý kiến quí báu của quí thầy, cơ giáo và các đồng nghiệp. Tơi xin trân trọng cảm ơn Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1]. Nguyễn Văn Hồ (2001), Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội. [2]. Phan Xuân Minh, Nguyễn Dỗn Phước, Vũ Vân Hà (2006), Tự động hố với SIMANTIC S7-300, NXB Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội. [3]. Nguyễn Dỗn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội. [4]. Nguyễn Phùng Quang (2006), MATLAB & SIMULINK Dành cho Kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội. [5]. Hồng Minh Sơn (2006), Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, NXB Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội. Tài liệu nước ngồi [6]. Astrom,K,T,Hagglund (1995), PID controller, Theory Design Tuning, Instrument Society Of America, Research Triangle Park. [7]. Lennart Ljung, System Identification Toolbox 7 User Guide [8]. Siemen AG, STEP 7 PID controller. Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 93 PHỤ LỤC Phụ lục 1.1 Dữ liệu từ hệ điều hành khi thực hiện khối OB1 Tên hình thức Kiểu Giá trị và ý nghĩa OB1_EV_ CLASS Byte Bits 0-3(Coming event) bits 4-7=1(Event class) OB1_SCAN_ 1 Byte 1=Vịng quét đầu, 3=từ vịng quét thứ hai OB1_PRIORITY Byte Mức ưu tiên 1 (mức ưu tiên thấp nhất) OB1_OB_NUMBR Byte 1= chỉ số của khối OB OB1_RESERVED_1 Byte Dự trữ (của hệ điều hành) OB1_RESERVED_2 Byte Dự trữ (của hệ điều hành) OB1_PREV_CYCLE Int Thời gian vịng quét trước (millisoeconds) OB1_MIN_CYCLE Int Thời gian vịng quét ngắn nhất đã cĩ (millisoeconds) OB1_MAX_CYCLE Int Thời gian vịng quét lớn nhất đã cĩ (millisoeconds) OB1_DATE_TIME Date_An d_Time Thời điểm OB1 bắt đầu được thực hiện Phụ lục 1.2 Các biến hình thức và tạm thời trong local blook của khối FC Kiểu dữ liệu Kích thước (bit) Tham trị thích hợp BOOL 1 Kiểu biến logic với hai giá trị 0 hoặc 1. tham trị cĩ thể là một giá trị logic (TRUE/FALSE) hoặc là nội dung của 1 bit Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 94 BYTE 8 Tham trị phải là nội dung của một byte WORD 16 Tham trị phải là nội dung của một từ (2 byte) DWORD 32 Tham trị phải là nội dung của một từ kép (4 byte) CHAR 8 Tham trị được truyền cĩ thể là một mã ASCII hoặc nội dung của một byte INT 16 Tham trị được truyền cĩ thề là nội dung của một từ kép (4 byte) hoặc là một nguyên trong khoảng - 32768÷32767 DINT 32 Tham trị được truyền cĩ thề là nội dung của một từ kép (4 byte) hoặc là một nguyên trong khoảng - 231÷231-1 REAL 32 Tham trị được truyền cĩ thề là nội dung của một từ kép (4 byte) hoặc là một số thực dấu phẩy động ví dụ 3.1416 TIME 32 Tham trị được truyền cĩ thề là nội dung của một từ kép hoặc là một số đo khoảng thời gian dạng T# ngày D_giờ H_phút M_giâyS_mili giây MS DATE 32 Tham trị được truyền cĩ thề là nội dung của một từ kép (4 byte) hoặc là một giá trị ngày tháng dạng D#năm-tháng-ngày TOD 32 Tham trị được truyền cĩ thề là nội dung của một từ kép (4 byte) hoặc là một giá trị thời gian dạng TOD# ngày D_giờ H_phút M_giây S_mili giây MS S5TIME 32 Tham trị được truyền cĩ thề là nội dung của một từ kép (4 byte) hoặc là một số đo thời gian dạng S5T# ngày D_giờ H_phút M_giây S_mili giây MS Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 95 DT Date_And _Time 64 Tham trị được truyền vào cĩ thể là nội dung của ơ nhớ cĩ kiểu Date_And_Time (DT) hoặc là một giá trị dạng DT#năm-tháng-ngày-giờ-phút-giây-mili giây ANY 80 ðâ là kiểu tổng quát. thay thế được cho các kiểu trên, ngồi ra tham trị của kiều biến này cịn cĩ thể là thanh ghi CV.T-bit, C-bit, tên của Timer, tên của Counter, tên các logic block như FB10,FC2...tên biến hình thức Phụ lục 1.3 Các biến của khối FB Loại biến Ý nghĩa IN Biến hình thức nhận tham trị từ khối mẹ làm sơ kiện cho chương trình trong khối con OUT Biến hình thức truyền tham trị từ khối con về khối mẹ IN-OUT Biến hình thức vừa cĩ khả năng nhận vừa cĩ khả năng truyền tham trị giữa khối con với khối mẹ STAT Nội dung của biến loại này cĩ khả năng được lưu giữ lại khi kết thúc chương trình trong FB TEMP Biến tạm thời. Nội dung sẽ bị mất khi chương trình trong FB kết thúc Phụ lục 2.1 Tham biến hình thức đầu vào của FB41 Tên biến Kiểu dữ liệu Phạm vi giới hạn Giá trị mặc định Mơ tả chức năng COM_RST BOOL FALSE COMPLETE_RESTART khối cĩ chức năng tạo khởi lại hệ thống khi đầu vào com_rst cĩ giá trị Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 96 logic là TRUE MAN_ON BOOL TRUE MANUVAL VALUE ON khi đầu vào MAN_ON cĩ giá trị logic là TRUE mạch vịng điều khiển được thiết lập bằng tay PV_PERON BOOL FALSE Process variable peripheralon. Khi đọc biến quá trình từ cổng vào/ra đầu vào pv_PERON cĩ giá trị logic TRUE P_SEL BOOL TRUE PROPORTIONAL ACTION ON thuật điều khiển tỉ lệ được kích hoạt khi giá trị logic TRUE được thiết lập tại cổng P_SEL I_SEL BOOL TRUE INTERGRAL ACTION ON thuật điều khiển tích phân được kích hoạt khi giá trị logic là TRUE được thiết lập tại cổng I_SEL INT_HOLD BOOL FALSE INTERGRAL ACTION HOLD đầu ra bộ điều Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 97 khiển tích phân cĩ thể khơng được sử dụng khi thiết lập giá trị logic TRUE cho INT_HOLD I_ITL_ON BOOL FALSE INITIALIZATION ị THE INTERGRAL ACTION đầu ra của bộ điều khiển tích phân cĩ thể được nối vào cổng vào I_ILT_ON cĩ giá trị logic là TRUE D_SEL BOOL FALSE DERRIVATE ACTION ON thuật điều khiển được thiết lập nếu như D_SEL cĩ giá trị logic là TRUE CYCLE TIME ≥1ms T#1s SAMPLING TIME thời gian lấy mẫu là khoảng thời gian khơng đổi giữa các lần khối được cập nhật SP_INT REAL -100.0...- 0.0 100.0(%) hoặc giá trị vật lý 0.0 INTERNAL SET POINT đầu vào SP_INT được sử dụng để thiết lập tín hiệu chủ đạo (tín hiệu mẫu) PV_IN REAL -100.0...- 0.0 100(%) hoặc giá trị 0.0 PROCESS VARIABLE IN giá trị khởi tạo cĩ thể thiết lập ở đầu vào “process variable in” hoặc Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 98 vật lý một biến quá trình biểu diễn dưới dạng số thực dấu phẩy động cĩ thể được nối PV_PER WORD W#16#0 000 Process varible peripheal biến quá trình ở dạng I/O được nối với bộ điều khiển qua cổng vào tương tự MAN REAL -100.0...- 0.0 100.0(%) hoặc giá trị vật lý 0.0 MANUAL VALUE cổng vào “manual value” được sử dụng để đặt giá trị bằng các hàm giao diện GAIN REAL 20 PROPTIONAL GAIN đầu vào này dùng để thiết lập hệ số tỉ lệ cho bộ điều khiển theo luật tỉ lệ TI TIME ≥CYCLE T#20s RESET TIME cổng vào “reset time” được dùng để thiết lập hằng số thời gian vi phân cho bộ điều khiển vi phân TD TIME ≥CYCLE/2 T#10s DERIVATE TIME cổng này được dùng để lập hằng số thời gian vi phân cho bộ điều khiển vi phân TM_LAG TIME ≥CYCLE/2 T#2s TIME LAG DERIVATE ACTION thời gian tích cực của luật điều khiển Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 99 vi phân được chọn thơng qua cổng này DEADB_W REAL >=0.0% 0.0 DEA BRAND WIDTH một vùng kém nhạy được dùng để xử lý tín hiệu sai lệch. ðộ rộng của vùng được đặt qua cổng vào “dead brand width” LMN_HLM REAL -100.0...- LMN_HLM (%) hoặc giá trị vật lý 100.0 MANIPULATED VALE HIGHT LIMIT dùng để thiết lập giá trị hạn chế trên được thiết lập bằng tay IMN_LLN REAL -100.0... LMN_LLM (%) hoặc giá trị vật lý 0.0 MANIPULATED VALE LOW LIMIT dùng để thiết lập giá trị hạn chế dưới được thiết lập bằng tay PV_ FAC REAL 1.0 PROCESS VARIABLE FACTOR biến quá trình được nhân với một hệ số phù hợp với phạm vi của biến này. Hệ số được chọn qua cổng PV_FAC PV_OFF REAL 1.0 PROCESS VARIABLE OFFSET biến quá trình được cộng cho phù hợp với phạm vi của biến này. Giá trị được bù qua Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 100 cồng PV_OFF LMN_FAC REAL 1.0 MANIPLUTED VALUE FACTOR giá trị giới hạn được nhân với hệ số cho phù hợp với phạm vi quy định của biến quá trình. Hệ số này được đặt ở cổng vào LMN_FAC LMN_OFF REAL 1.0 MANIPLUTED VALUE OFFSET giá trị giới hạn được cộng thêm mộ lượng cho phù hợp với phạm vi quy định của biến quá trình. Lượng bù thêm này được đặt ở cổng vào LM_OFF I_ITL VAL REAL -100% - 100% Hoặc giá trị vật lý -0.0 INITIALIZATION VALE OF THE INTERGRAL ACTION giá trị đầu ra bộ điều khiển tích phân được thiết lập qua cổng I_ITL_ON. Giá trị đầu vào được áp dụng cho đầu vào I_ITIALVAL DíV REAL -100% 100% -0.0 DISTURBANCE VARIALE khi hệ thống điều Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 101 Hoặc giá trị vật lý khiển hệ thống bằng phương pháp feedforward thì một giá trị bụ nhễu được đặt thơng qua cổng vào DISV Phụ lục 2.2 Tham biến hình thức đầu ra của FB41 Tên biến Kiểu dữ liệu Phạm vi làm việc Mặc định Mơ tả chức năng LMN REAL 0.0 MANIPLUTED VALUE giá trị được thiết lập bằng tay thơng qua cổng ra LMN LMN_PER WORD W#16#0000 MANIPLUTED VALUE PERIPHERAL giá trị đầu ra thiết lập bằng tay theo kiểu biểu diễn phù hợp với các cổng vào/ra tương tự được nối tới bộ điều khiển thơng qua cổng ra “LMN_PER” QLMN_HLN BOOL FALSE HIGHT LIMIN OF MANIPULATED VALUE REACHED cổng này thơng báo giá Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 102 trị biến quá trình vượt quá giới hạn dưới QLMN_LLM BOOL FALSE LOW LIMIT OF MANIPULATED VA LUE REACHED cổng này thơng báo giá trị biến quá trình nhỏ hơn giới hạn dưới LMN_P REAL 0.0 PROPOTIONAL COMPONENT tín hiệu ra của bộ điều khiển tỉ lệ LMN_I REAL 0.0 INTERGRAL COMPONENT tín hiệu ra của bộ điều khiển tích phân LMN_D REAL 0.0 DERIVATE COMPONENT tín hiệu ra của bộ điều khiển vi phân PV REAL 0.0 PROCESS VALUE kết quả của biến quá trình là đầu ra ở cổng PV ER REAL 0.0 ERROR SIGNAL tín hiệu sai lệch được xuất ra ở cổng ER Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 103 Phụ lục 2.3 Tham biến hình thức đầu vào khối FB42 Tham số Kiểu dữ liệu Phạm vi làm việc Mặc định Mơ tả COM_RST BOOL FALSE COMPLETE RESTART-Modul mềm được khởi tạolại hồn tồn khi ở cổng vào complete restart cĩ giá trị logic bằng 1 LMNR_LS BOOL FALSE HIGH LIMIT OF POSITION FEED BACK SIGNAL-Tín hiệu “actuator at uper limit stop” được nối đến cổng vào “low limit of position feedback” cổng ra cơ cấu chấp hành sẽ bị cấm khi LMNR_LS=TRUE LMNS_ON BOOL FALSE MANUAL ACTUATING SIGNAL ON- Xử lý tín hiệu chấp hành được chuyển sang chế độ bằng tay qua cổng vào manual actuating signal on Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 104 LMNUP BOOL FALSE ACTUATING SIGNAL UP- Tín hiệu ra QLMNUP được thiết lập qua cổng vào “actuating signal up” với các tín hiệu chấp hành bằng tay MNDN BOOL FALSE ACTUATING SIGNAL DOWN- Tín hiệu ra QLMNUP được thiết lập qua cổng vào “actuating signal down” với các tín hiệu chấp hành bằng tay PVPER_ON BOOL FALSE PROCESS VARIABLE PERIPHERAL ON- Muốn đọc tín hiệu quá trình từ các cổng vào/ra thì ở cỏng vào “process variable peripheal on” phải cĩ giá trị logic bằng 1 CYCLE TIME ≥1ms T#1s SAMPLING TIME- Thời gian lấy mẫu la khoảng thời gian khơng đổi giữa các lần khối được cập nhật SP_INT REAL -100%... 100.0% 0.0 INTERNAL SETOINT- ðầu vào “internal Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 105 Hoặc giá trị vật lý setpoint” được sử dụng để thiết lập tín hiệu chủ đạo (tín hiệu mẫu) PV_INT REAL -100%... 100.0% Hoặc giá trị vật lý 0.0 PROCESS VARIABLE IN-Giá trị khởi tạo cĩ thể đặt ở đầu vào “process variable in” hoặc từ biến quá trình được biểu diễn dưới dạng số thực dấu phẩy động PV_PER WORD W#16# 0000 PROCESS VARIABLE PERIPHERAL- Biến quá trình biểu diễn số nguyên được truyền trực tiếp từ cổng vào/ra tượng tự qua cổng vào “process variable periphearl” GAIN REAL 2.0 PROPOTIONAL GAIN- Hệ số khuyếch đại của luật P được đặt qua cổng vào “proportional gain” TI TIME ≥CYCL E T#20s RESET TIME – Cổng vào “reset time” được dùng để thiết lập hằng số thời gian tích phân theo luật I cho bộ điều Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 106 khiển tích phân DEADB_W REAL 0.0...100 % hoặc giá trị vật lý 1.0 DEAD BAND WIDTH- Một vùng kém nhạy được thiết kế để xử lý tín hiệu sai lệch. ðộ rộng của vùng kém nhạy được đặt thơng qua cổng vào “dead band width” PV_FAC REAL 1.0 PROCESS VARIABLE FACTOR- Biến quá trình được nhân với một hệ số cho phù hợp với phạm vi quy định của biến này. Hệ số được chọn thơng qua cổng vào “process variable factor” PV_OFF REAL 0.0 PROCESS VARIABLE OFFSET- Biến quá trình được cộng với một lượng cho phù hợp với phạm vi quy định của biến này. Giá trị bù được chọn thơng qua cổng vào “process variable offset” Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 107 PULSE_TM TIME ≥CYCLE T#3s MINIMUN PULSE TIME- Chu kỳ phát xung nhỏ nhất được đặt thơng qua cổng vào “minimun pulse time” BREAK_TM TIME ≥CYCLE T#3s MINIMUN BREAK TIME- Thời gian cấm nhỏ nhât được đặt qua cổng vào “minimun break time” MTR_TM TIME ≥CYCL E T#30s MOTOR ACTUATING TIME- Khoảng thời gian cần thiết để cơ cấu chấp hành chuyển từ giới hạn dừng này sang giới hạn dừng khác được đặt qua cổng vào “moto actuating time” DISV REAL -100... 100.0% Hoặc giá trị vật lý 0.0 DISTURBANCE VARIBLE- Khi điều khiển hệ thống bằng phương pháp feeđforwar thì một giáảtị bù nhiễu đặt qua cổng vào “disturbance varible” Phụ lục 2.4 Tham biến hình thức đầu ra khối FB42 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 108 Cổng ra Kiểu dữ liệu Mặc định Mơ tả QLMUP BOOL FALSE ACTUATING SIGNAL UP- Cơ cấu chấp hành van được mở khi cổng ra “actuating signal up” QLMDN BOOL FALSE ACTUATING SIGNAL DOWN Cơ cấu chấp hành van được mở khi cổng ra “actuating signal down” PV REAL 0.0 PROCESS VARIABLE Biến quá trình cĩ thể được xuất qua cổng “process variable” ER REAL 0.0 ERROR SIGNAL Tín hiệu sai lệch cĩ thể được xuất ra qua cổng “error signal” Phụ lục 2.5 Tham biến hình thức đầu vào khối FB43 Tham số Kiểu dữ liệu Khoảng giá trị Mặc định Mơ tả INV REAL -100.0... 100% 0.0 Một giá trị biến thao tac dạng tương tự được nối tới tham số “INPUT VARIABLE” PER_TM TIME ≥20CYCLE T#1s Một khoảng thời gian điều chế độ rộng xung cố định là đầu tham số đầu vào với “PERIOD TIME” nĩ tương ứng với Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 109 thời gian lấy mẫu của bộ điều khiển. Tỉ lệ giữa thời gian lấy mẫu của máy phát xung và bộ điều khiển xác định độ chính xác của sự điều chế xung. P_B_TM TIME ≥CYCLE T#50ms Một giá trị thời gian xung nhỏ nhất hoặc thời gian cấm nhỏ nhất cĩ thể gán tại cổng P_B_TM này RATIOFC REAL 1.0...10 1.0 Tham số đầu ra RATIOFC cĩ thể sử dụng để thay đổi tỉ lệ giữa độ rộng xung âm hay dương. Trong quá trình nhiệt, điều này cho phép sự sai lệch khác hằng số thời gian của quá trình làm nĩng hay làm mát. STEP3_ON BOOL TRUE Tham số đầu vào “three step control on” kích hoạt chế độ này. Trong chế độ “three step control” cả hai tín hiệu Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 110 ra được tích cực. ST2BI_ON BOOL FALSE Với tham số vào “two step control for bipolar manipulated value range on” ta cĩ thể chọn giữa hai chế độ “two step control for bipolar manipulated value range on” và “two step control for monopolar manipulated value range” MAN_ON BOOL FALSE Bằng cách thiết lập tham số “Manual mode on” tham số đầu ra cĩ thể thiết lập bằng tay. POS_P_ON BOOL FALSE ở chế độ bằng tay với “three step control” tín hiệu đầu ta QPOS_P cĩ thể được thiết lập lại tham số đầu vào “positive pulse on”. Trong chế độ làm việc bằng tay với two step control QNEG_P luơn luơn được thiết lập trái ngược với QPOS_P Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 111 NEG_P_ON BOOL FALSE ở chế độ bằng tay với three step control tín hiệu đầu ra QPOS_P cĩ thể thiết lập tại tham số đầu vào “negative pulse on”. Trong chế độ làm việc bằng tay với two step control QNEG_P luơn luơn được thiết lập trái ngược với QPOS_P SYN_ON BOOL TRUE Bằng việc thiết lập đầu vào “synchronization on” ta thiết lập được chế độ đồng bộ hố tự động với khối mà UPDATE biến đầu vào IND. ðiều này đảm bảo rằng sự thay đổi biến vào dẫn đến sự thay đổi càng nhanh càng tốt ở đầu ra dạng xung. COM_RT BOOL FALSE Khối này sẽ khởi tạo lại hồn nếu “complete retat” được thiết lập CYCLE TIME >=1ms T#10ms Khoảng thời gian giữa các lần gọi khối là hằng số. Tham số Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 112 “SAMPLING TIME” xác định hằng số đĩ. Chú ý: Giá trị của tham số vào khơng bị giới hạn bên trong khối. Khơng cĩ tham số kiểm tra. Phụ lục 2.6 Tham biến hình thức đầu ra FB43 Tham biến Kiểu dữ liệu Khoảng giá trị Mặc định Mơ tả QPOS_P BOOL FALSE Tham số đầu ra “output positive pulse” được thiết lập khi mà một xung là đầu ra. Trong chế độ “three step control” nĩ luơn luơn là xung dương. Trong chế độ “two step control” QNEG_P luơn được thiết lập ngược với QPOS_P QNEG_P BOOL FALSE Tham số đầu ra “output negative pulse” được thiết lập khi mà một xung là đầu ra. Trong chế độ “three step control” nĩ luơn là xung âm. trong chế độ “two step control” QNEG_P luơn được thiết lập ngược với QPOS_P Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 113 Phụ lục 4.1 Chương trình điều khiển lị nhiệt sử dụng khối FB41 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 114 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 115 Phụ lục 4.2 Chương trình điều khiển lị nhiệt sử dụng khối FB41 và FB43 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 116 Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 117 ._.