ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRONG PLC S7 1200 Người Thực Hiện Đỗ Gia An MSSV 0309201001 Bộ Môn Tự Động Hóa Khoa Điện Điện Tử Trường Cao Đẳng Kỹ T[.]
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRONG PLC S7-1200 Người Thực Hiện Đỗ Gia An MSSV:0309201001 Bộ Mơn Tự Động Hóa Khoa Điện-Điện Tử Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Tháng 11 năm 2022 ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRONG PLC S7-1200 Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THỦY ĐĂNG THANH Người Thực Hiện Đỗ Gia An NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG Họ tên sinh viên: Đỗ Gia An MSSV: 0309201001 Khóa: 2020 Khoa: Điện – Điện Tử Ngành: CNKT điều khiển tự động hóa Đầu đề đồ án: ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRONG PLC S7-1200 Yêu cầu đồ án: Cho mối quan hệ vận tốc ngõ (rad/s) điện áp ngõ vào động cho theo hàm truyền sau: G ( s )= 3334 ( s +31,2 )( s+2.14 ) Bảng 1: Điều khiển tốc độ động DC theo yêu cầu sau: ST Nội dung T Trạng thái ban đầu Cấp nguồn, đèn báo STOP_L sáng Trạng thái bình thường Đặt tốc độ mong muốn chương trình từ 200 đến 1500 vịng/phút (hoặc đặt thơng qua giao diện WinCC) Nhấn START hệ thống bắt đầu hoạt động, đèn RUN-L sáng, đèn STOP-L tắt Dùng lệnh HSC PLC để thực đọc tín hiệu encoder tính tốn giá trị vận tốc PLC thực chương trình điều khiển vận tốc động DC theo tín hiệu đặt dùng điều khiển PID compact Thông số PID cài đặt trước chương trình Nhấn nút STOP hệ thống dừng, đèn STOP-L sáng, đèn RUN-L tắt Trạng thái bị lỗi Trường hợp sau chạy phút mà vận tốc động chưa đạt đến khoảng ± 5% giá trị đặt đèn Error sáng Sau phút hệ thống chưa khắc phục cố dừng hệ thống 10 Trường hợp vận tốc lớn 2500 vịng/phút đèn Error chớp tắt chu kỳ 1s Trường hợp vận tốc lớn 2800 vịng/phút đèn Error chớp tắt chu kỳ 1s dừng hệ thống Nhấn nút RESET để xác nhận khắc phục xóa lỗi, sau nhấn nút RESET, hệ thống trở lại trạng thái ban đầu Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Vẽ sơ đồ ngun lý hệ thống - Tính tốn chọn thiết bị PLC, encoder, mạch công suất … - Vẽ sơ đồ bố trí thiết bị - Trình lệnh HSC điều khiển PID compact PLC S7-1200 (cách cài đặt, giải thích thơng số, giải thích khối sơ đồ ngun lý) - Trình bày cách tìm thơng số PID cho vận tốc động - Vẽ lưu đồ lập trình điều khiển PLC theo yêu cầu Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ): - Sơ đồ bố trí thiết bị đấu dây mơ hình - Sơ đồ khối giản đồ giải thuật hệ thống Lời Cảm Ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến hướng dẫn, giúp đỡ q trình thực đề tài, kiến thức bổ ích Thầy truyền đạt cho chúng tui thời gian qua Trong thời gian thực đề tài em không tránh khỏi thiếu sót mong thầy bạn đóng góp thêm để hồn thiện đề tài Tóm Tắt Ngày nay, với phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, cơng nghệ thơng tin chương trình ứng dụng; giúp ngành tự động hóa góp phần khơng nhỏ q trình phát triển chung đất nước Dùng máy tính để hiển thị trạng thái làm việc đươc sử dụng rộng rãi Trong lĩnh vực tự động hóa cơng nghiệp, WinCC phần mềm chuyên dùng hãng Siemens để quản lý, thu thập liệu điều khiển q trình cơng nghiệp kết hợp với điều khiển động sử dụng giải thuật PID khiến cho hệ thống hoạt động cách trơn tru, xác đạt hiệu cao Kỹ thuật điều khiển PID thường sử dụng hệ thống lị nhiệt, điều khiển tốc độ, vị trí, moment động AC DC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan đề tài: Điều khiển ổn định tốc độ động DC điều quan tâm nhiều người sử dụng động DC có nhiều cách để tạo ổn định cho động phổ biến dễ dàng sử dụng điều khiển PID Trong đề tài đồ án lần dùng PLC S7-1200 để điều khiển động DC thông qua điều khiển PID tất mơ máy tính dựa theo thơng số sau: - Bộ điều khiển PLC S7-1200 - Đối tượng động 24VDC, 40W, 3000 vòng/phút - Thiết bị Encoder gắn trục động - Mạch công suất điều khiển động DC - Các nút nhấn: START, STOP, RESET - Các đèn báo hiển thị: RUN-L, STOP-L, ERR-L 1.2 Mục tiêu đề tài: 1.2.1 Ý nghĩa đề tài: Điều khiển ổn định tốc độ động DC theo mong muốn đóng vai trò quan trọng nhiều ngành nghề lĩnh vực robot ,ô tô, máy bay động cần ổn định để đáp ứng yêu cầu phát triển tạo tiền đề tạo sản phẩm chất lượng tốt tránh tai nạn xảy ổn định hệ thống 1.2.2 Phương pháp thực hiện: Dựa vào hàm truyền cho trước chạy mơ sau dùng điều khiển PID PLC S7-1200 chọn thơng số thích hợp cho động chạy ổn định Để thực đề tài cần cần : - Nghiên cứu nhắm rõ động DC - Tìm hiểu PLC S7-1200 - Nằm rõ cách tính tốn chọn lựa điều khiển PID - Vẽ sơ đồ bố trí thiết bị sơ đồ đấu dây - Vẽ lưu đồ lập trình điều khiển PLC Ưu điểm: - Điều khiển dễ dàng thuận lợi - Các thơng số tính tốn dễ cài đặt - Phổ biến dễ cập nhập tìm lỗi sửa lỗi sử dụng Nhược điểm - Khó tìm thơng số xác cho PID - Chi phí thực tiễn cao 1.3 Cấu trúc quyển: Quyển đồ án gồm: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Trong chương giới thiệu đề tài Tổng quan đề tài Mục tiêu đề tài Cấu trúc CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trình bày điều khiển phần mềm sử dụng Bộ điều khiển PLC S7-1200 Giới thiệu phần mềm TIA Portal Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện WINCC CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY Trình bày sơ đồ lắp đặt, sơ đồ đấu dây Sơ đồ khối hệ thống Sơ đồ lắp đặt thiết bị Sơ đồ đấu dây động lực điều khiển CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Chương gồm phần sau: Tính chọn thơng số phù hợp với hàm truyền Quy trình hoạt động Giản đồ Grafce Chương trình điều khiển CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ KẾT NỐI GIAO DIỆN VỚI PLC Thiết kế giao diện Giao diện điều khiển giám sát hệ thống CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương trình bày số kết luận sau thực đề tài đưa hướng phát triển cho đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển PLC S7-1200: Hình 2.1 Cấu tạo bên PLC SIMATIC S7-1200 SIMATIC S7-1200 dịng điều khiển logic khả trình (PLC) hãng SIEMENS kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hố với quy mơ nhỏ vừa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, tập lệnh mạnh giúp có nhiều giải pháp hồn hảo cho ứng dụng sử dụng với SIMATIC S7- 1200 Với thiết kế theo dạng module, tính cao SIMATIC S7- 1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung bình Đặc điểm bật S7-1200 tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử dụng chung phần mềm Simatic Step Basic cho việc lập trình PLC hình HMI Điều giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi cơng hệ thống điều khiển nhanh chóng, đơn giản S71200 bao gồm họ CPU 1211C, 1212C, 1214C, 1215C, 1217C Mỗi loại CPU có đặc điểm tính khác nhau, thích hợp cho ứng dụng khách hàng Với khả mở rộng tính truyền thơng ngõ vào đa dạng, PLC Siemens thực hầu hết yêu cầu điều khiển thông thường 2.2 Giới thiệu điều khiển PID : Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) một cơ chế phản hồi vòng điều khiển tổng quát sử dụng rộng rãi các hệ thống điều khiển công nghiệp – điều khiển PID điều khiển sử dụng nhiều điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID tính tốn giá trị "sai số" hiệu số giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển thực giảm tối đa sai số cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp khơng có kiến thức (mơ hình tốn học) hệ thống điều khiển điều khiển PID điều khiển tốt Tuy nhiên, để đạt kết tốt nhất, thông số PID sử dụng tính tốn phải điều chỉnh theo tính chất hệ thống-trong kiểu điều khiển giống nhau, thông số phải phụ thuộc vào đặc thù hệ thống Hình 2.2 Sơ đồ khối điều khiển PID 2.3 Giới thiệu phần mềm TIA Portal: Phần mềm TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) dùng để điều khiển lập trình cho SIMATIC S7- 1200, phần mềm sở tích hợp tất phần mềm lập trình cho hệ thống tự động hóa truyền động điện Phần mềm TIA Portal có tích hợp sản phầm SIMATIC khác phần mềm phần mềm Step7, lập trình HMI WinCC Hình 2.3 Phần mềm Tia Portal V16 2.4 Giới thiệu phần mềm MATLAB MATLAB là phần mềm cung cấp mơi trường tính tốn số và lập trình, cơng ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thơng tin, thực hiện thuật tốn, tạo giao diện người dùng liên kết với những chương trình máy tính viết nhiều ngơn ngữ lập trình khác Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mơ tính tốn, thực nghiệm nhiều mơ hình thực tế kỹ thuật Nhờ có phần mềm MATLAB có nhìn rõ đồ thị hàm truyền tính tốn thơng số điều khiển PID Hình 2.4 Phần mền MATLAB