Mô hình điều khiển và ổn định áp suất trong đường ống của hệ thống nước 6

Nguyễn Hoàng Hiệp Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang 31 CHƯƠNG 6 CÁCH SỬ DỤNG PHẦN MỀM LẬP TRÌNH TIA PORTAL V15 6 1 Giới thiệu về phần mềm lập trình Hiện nay, với sự đa dạng phong phú của các loại PLC, kéo theo đó là sự phát triển của các phần mềm hỗ trợ ngày càng mạnh mẽ, tiêu biểu là phần mềm TIA Portal, phiên bản TIA Portal V15 là phiên bản mới nhất hiện nay được Siemens tung ra thị trường vào cuối năm 2017 V15 với khả năng lập trình được hầu hết các loại PLC Seimens hỗ trợ đầy.

Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG CÁCH SỬ DỤNG PHẦN MỀM LẬP TRÌNH TIA PORTAL V15 6.1 Giới thiệu phần mềm lập trình Hiện nay, với đa dạng phong phú loại PLC, kéo theo phát triển phần mềm hỗ trợ ngày mạnh mẽ, tiêu biểu phần mềm TIA Portal, phiên TIA Portal V15 phiên Siemens tung thị trường vào cuối năm 2017 V15 với khả lập trình hầu hết loại PLC Seimens hỗ trợ đầy đủ ngôn ngữ lập trình LAD, FBD, SCL, STL, GRAPH tích hợp thêm phần mềm thiết kế giao diện điều khiển giám sát WinCC, lập trình điều khiển cho biến tần Hình 6.1 Cấu hình máy cần thiết để cài đặt TIA Portal V15 31 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp 6.2 Cách tạo project Để tạo project đơn giản, ta tiến hành thực bước hình đây: - Chọn Create new project để tạo project Hình 6.2 Tạo project - Tiến hành điền thơng tin thêm thiết bị phần cứng sử dụng dự án Hình 6.3 Thiết lập phần cứng 32 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Cài đặt cấu hình phần cứng cho PLC Hình 6.4 Cài đặt cấu hình phần cứng - Cài địa IP cho PLC 192,168.1.2 Hình 6.5 Cài đặt địa IP - Xem cài đặt ngõ vào analog input Hình 6.6 Cài đặt ngõ vào AI 33 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Mặc định địa ngõ vào analog channel A0 IW64 A1 IW66 Hình 6.7 Cài đặt địa ngõ vào - Chọn tick full access để chọn quyền thiết bị kết nối ngoại vi Hình 6.8 Cấp quyền thiết bị kết nối ngoại vi - Bật putget phép thiết bị khác hãng quyền kết nối Hình 6.9 Thay đổi chế kết nối 34 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Thêm module analog Hình 6.10 Thêm module analog - Chọn analog output voltage, địa ngõ analog QW80 Hình 6.11 Chọn ngõ địa ngõ 35 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp 6.3 Download/Upload chương trình PLC thiết bị 6.3.1 Cách download chương trình từ máy tính xuống PLC - Sau tiến hành lập trình chỉnh sửa mã lỗi ta tiến hành download chương trình viết vào PLC Click chuột vào biểu tượng download chương trình công cụ để download chương trình vào PLC Hoặc click chuột phải vào PLC_1 [CPU] chọn Dowload to device chương trình vào PLC - Cửa sổ giao diện Extended download to device hiển thị, người dùng chọn Type of PG/PC interface PE/IE, PG/PC interface mạng máy tính (RJ45) Trong số trường hợp máy tính khơng tìm thấy device thì người dùng nên check vào show all compatible devices - Chọn Load để tiếp tục trình download xuống PLC Cửa sổ giao diện Load results lên chọn Start all chọn Finish để kết thúc trình Hình 6.12 Các bước để download chương trình xuống thiết bị 6.3.2 Cách upload chương trình từ PLC sang máy tính - Tương tự download chương trình từ PC xuống PLC ta click chuột vào biểu tượng upload chương trình công cụ để upload chương trình vào PLC Thực thao tác upload chương trình: Menu → Continue → Upload from device - Cửa sổ giao diện upload preview để người dùng chọn tiếp tục upload chương trình cần thực thao tác sao: Upload preview → Continue → Upload from device 36 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp 6.4 Lập trình PLC 6.4.1 Ngơn ngữ lập trình PLC Các loại ngơn ngữ lập trình PLC S7 - 1200 bao gồm: Ladder Logic (LAD), Statement Lits(STL), Function Block Diagram (FBD), S7 Graph, Structure Control Language (SCL) Ngôn ngữ lập trình LAD ngơn ngữ thơng dụng hay sử dụng S7 - 1200 dòng PLC khác Ngôn ngữ dựa tảng kiến thức khí cụ điện 6.4.2 Chương trình cho PLC - Các tag PLC sử dụng chương trình Hình 6.13 Các tag PLC sử dụng chương trình 37 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Các tag lưu giữ Data Block mục đích để lưu trữ liệu PLC nguồn đặt bảo mật liệu muốn Chọn tick mục retain để lựa chọn tag muốn lưu trữ liệu PLC bị nguồn Hình 6.14 Lưu trữ liệu Data Block - Các hàm khối Function Read_Analog Hình 6.15 Các hàm khối Function Read_Analog 38 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Các hàm khối Function OUT_Analog Hình 6.16 Các hàm khối Function OUT_Analog - Các hàm khối OB PID_BLOCK Hình 6.17 Các hàm khối OB PID_BLOCK - Các hàm khối Function Clear_DATA 39 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp Khi lệnh Clear kích thực lệnh MOVE giá trị vào tag giá trị cài đặt DATA BLOCK Hình 6.18 Các hàm khối Function Clear_DATA 40 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Thừa số tích phân cho bởi: 𝒕 Iout= Ki∫𝟎 𝒆(𝝉) ∗ 𝒅𝒕 - Trong đó: Iout: Thừa số tích phân đầu Ki: Độ lợi tích phân e: Sai số = SP-PV t: Thời gian hay thời gian tức thời (hiện tại) 𝜏: Biến tích phân trung gian Hình 6.22 Đáp ứng hệ thống khâu I Khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ P) sẽ tăng tốc chuyển động trình tới điểm đặt khử số dư sai số ổn định với tỉ lệ phụ thược vào điều khiển Tuy nhiên, vì khâu tích phân đáp ứng sai số tích lũy khứ, khiến giá trị vọt lố qua giá trị đặt (ngang điểm đặt tạo độ lệch với hướng khác) nên khâu vi phân D sẽ giải vấn đề  Khâu vi phân D Tốc độ thay đổi sai số q trình tính tốn xác định độ dốc sai số theo thời gian (tức đạo hàm bậc theo thời gian) nhân tốc độ tỉ lệ với độ lợi Kd Biên độ phân phối khâu vi phân ( goi tốc độ) tất hành vi điều khiển giới hạn độ lợi vi phân Kd 48 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp Hình 6.23 Đáp ứng hệ thống khâu I - Thừa số vi phân cho bởi: 𝒅 Dout=Kd* 𝒆(𝒕) 𝒅𝒕 - Trong đó: Dout: Thừa số vi phân đầu Kd: Độ lợi vi phân e: Sai số=SP-PV t: Thời gian hay thời gian tức thời (hiện tại) Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi đầu điều khiển đặc tính ý để đạt tới điểm đặt điều khiển Từ đó, điều khiển vi phân sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố tạo thành phần tích phân tăng cường độ ổn định điều khiển hỗn hợp Tuy nhiên, phép vi phân tín hiệu sẽ khuếch đại nhiễu khâu sẽ nhạy nhiễu sai số, khiến q trình trở nên không ổn định nhiễu độ lợi vi phân đủ lớn Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân cộng lại với để tính tốn đầu điều khiển PID Định nghĩa u(t) đầu điều khiển, biểu thức cuối điều khiển PID là: 𝒕 𝒅 u(t)= MV(t) = Kp*e(t) + Ki*∫𝟎 𝒆(𝝉)𝒅𝝉 + Kd* ∗ 𝒆(𝒕) 𝒅𝒕 Trong thơng số điểu chỉnh theo bảng đây: 49 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp Bảng 6.2 Đáp ứng điều chỉnh tăng thông số PID Đáp ứng vịng kín Thời gian lên Độ vọt lố Thời gian xác lập Sai số xác lập Kp Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm Ki Giảm Tăng Tăng Thay đổi nhỏ Kd Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Thay đổi nhỏ  Chỉ định tham số điều khiển PID Có nhiều phương pháp để lựa chọn tham số cho điều khiển PID: Phương pháp thử sai phải dựa vào kinh nghiệm người chỉnh định nên nhiều thời gian công sức Sau vài kinh nghiệm chọn thông số PID: - Chọn Kp trước: thử điều khiển P với đối tượng, điều chỉnh Kp cho thời gian đáp ứng đủ nhanh, chấp nhận vọt lố nhỏ - Thêm thành phần Kd để loại vọt lố, tăng Kd từ từ, thử nghiệm chọn giá trị thích hợp, sai số xác lập sẽ xuất - Thêm thành phần Ki để giảm sai số xác lập Nên tăng Ki từ bé đến lớn để giảm sai số xác lập đồng thời không vọt lố xuất trở lại  Khối lệnh xử lý thuật tốn PID Hình 6.24 Khối PID phần mềm 50 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Khi ngắt PID có lỗi, đưa giá trị vào QW80 Hình 6.25 Đưa giá trị vào QW80 - Thơng số cài đặt PID Hình 6.26 Thơng số cài đặt PID 51 Nguyễn Hồng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp 6.6 Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống WinCC phần mềm TIA PORTOL V15 6.6.1 Giới thiệu Phần mềm WinCC Siemens phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) phục vụ việc xử lý lưu trữ liệu hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa WinCC chữ viết tắt Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy Windows), nói cách khác, cung cấp cơng cụ phần mềm để thiết lập giao diện điều khiển chạy hệ điều hành Microsoft Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với chức hữu hiệu cho việc điều khiển WinCC kết hợp bí Siemens, cơng ty hàng đầu tự động hóa trình, lực Microsoft, công ty hàng đầu việc phát triển phần mềm cho PC Ngồi khả thích ứng cho việc xây dựng hệ thống có quy mơ lớn nhỏ khác nhau, WinCC cịn dễ dàng tích hợp với ứng dụng có quy mơ tồn cơng ty việc tích hợp với hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực sản xuất) ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC sử dụng sở quy mơ tồn cầu nhờ hệ thống trợ giúp Siemens có mặt khắp nơi giới Ở Việt Nam hệ thống Siemens tài trợ đưa vào hệ đào tạo thức 6.6.2 Phương pháp kết nối, cách thức hoạt động, điều khiển giám sát Phương pháp giám sát  Có hai kiểu giám sát thông qua phần mền WinCC: - Thứ dùng HMI (Human Machine Interface), cách kết nối chương trình sau viết sẽ tải xuống HMI PLC, sau sẽ kết nối HMI PLC lại với thơng qua cáp kết nối Khi mơ hình chạy liệu sẽ trả hiển thị hình HMI ngồi cịn lập trình để điều khiển trực tiếp HMI để làm cần địi hỏi lập trình - Thứ hai giám sát điều khiển qua máy tính hay gọi SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) cách PLC sẽ kết nối trực tiếp với PC 52 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp chạy chế độ Runtime Avanced Siemens hỗ trợ Cũng cách hoạt động ta điều khiển giám sát trực tiếp PC Cách thức hoạt động, điều khiển giám sát - Thêm hệ thống WinCC phần mềm TIA Protal V15 Hình 6.27 Hệ thống WinCC phần mềm TIA Protal - Cấu hình cho WinCC Hình 6.28 Cấu hình cho wincc 53 Nguyễn Hồng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Cài đặt địa IP cho PC System ( Do muốn lập trình chạy trục tiếp máy tính thực nên cài IP trùng với máy tính thực Cài đặt IP tĩnh cho máy tính để không bị thay đổi IP bị Reset máy hay module ) Hình 6.29 Cài địa IP cho hệ thống - Kéo kết nối từ PLC sang PC System để tạo kết nối đường truyền PN/E_1 Hình 6.30 Kết nối từ PLC sang PC System 54 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Trong mục Runtime Setings ta thực cài đặt độ phân giải hình chế độ Full-Screen ( Để tiện lợi cho lập trình quản lý nên nhóm khơng để chế độ Full-Screen Mode) Hình 6.31 Cài đặt độ phân giải hình - Bật chức Start Sm@rtServer để quản lý giám sát hình WinCC qua Internet ứng dụng Sm@rtClien Siemen cung cấp Hình 6.32 Bật chức Start Sm@rtServer 55 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Giao diện hình WinCC trước sau thiết kế Hình 6.33 Giao diện hình WinCC Hình 6.34 Giao diện hình WinCC sau thiết kế 56 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Tổng quan tag ngoại liên kết PLC tag nội WinCC Hình 6.35 Các tag liên kết PLC WinCC - Phân quyền cho người dùng Tạo Group quyền mà tài khoản Group nhận Những phần yêu cầu quyền Group có mật sẽ cần mật phép truy cập Hình 6.36 Tạo group phân quyền người dùng 57 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Các tài khoản Group phân loại nhóm cho người dùng Hình 6.37 Tài khoản phân loại nhóm cho người dùng - Màn hình Pop_up Cài đặt thông số Màn hình cài đặt đặt mật bảo vệ phân quyền người dung (Chế độ Admin) Muốn truy cập hình cần phải đăng nhập với tài khoản mật khẩu: Tài khoản: Admin Mật khẩu: 111111 Hình 6.38 Màn hình sau đăng nhập 58 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Các hình chạy thực tế 11:02 AM 07/07/2020 Hình 6.39 Màn hình Home Hình 6.40 Đồ thị tần số, áp suất chạy thực tế 59 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp 11:02 AM 07/07/2020 Hình 6.41 Màn hình cài đặt thông số  Chức xuất liệu thành file excel Trong chương phần VB Scripts tạo File gồm Cread_File Export_Data - File Cread file có chức từ file gốc tạo foder có tên Du_lieu_mo hinh_Năm_Tháng_Ngày Lưu vào địa đường dẫn khai báo C:\DO_AN_K12\Data_Report\ File sẽ cài đặt để chạy theo chu kì cho trước để dễ dàng quản lý Hình 6.42 Chương trình tạo file lưu trữ dữu liệu 60 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - File Export_Data sau cread foder chứa file Excel gốc thư mục vừa tạo thì chương trình sẽ xuất giá trị liệu từ biến khai báo vào ô định sẵn giá trị liệu sẽ cập nhật theo nột chu kì cài đặt Hình 6.43 Xuất liệu vào file vừa tạo 61 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp - Dữ liệu xuất thời gian thử nghiệm lưu Hình 6.44 Dữ liệu xuất thành file excel 62 ... ta điều khiển giám sát trực tiếp PC Cách thức hoạt động, điều khiển giám sát - Thêm hệ thống WinCC phần mềm TIA Protal V15 Hình 6. 27 Hệ thống WinCC phần mềm TIA Protal - Cấu hình cho WinCC Hình. .. lệ cao, hệ thống sẽ không ổn định Ngược lại, độ lợi nhỏ ? ?áp ứng đầu nhỏ sai số đầu vào lớn, làm cho điều khiển nhạy ? ?áp ứng chậm Nếu độ lợi khâu tỉ lệ thấp tác động điều khiển sẽ bé ? ?áp ứng... PID Hình 6. 26 Thơng số cài đặt PID 51 Nguyễn Hoàng Hiệp Nguyễn Quang Huy Trần Văn Sang Đồ án tốt nghiệp 6. 6 Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống WinCC phần mềm TIA PORTOL V15 6. 6.1