1.1 Vẽ và giải thích được đầy đủ sơ đồ kết nối phần cứng, chuẩn bị datasheet của các thiết bị được vẽ trong sơ đồ. ............................................................................................ 3 a) Điều khiển lò nhiệt ................................................................................................ 3 b) Điều khiển động cơ. .............................................................................................. 8 1.2 Trình bày được cách tính giá trị đo được của nhiệt độ. ........................................... 13 a) Tính giá trị đo của nhiệt độ. ................................................................................... 13 b) Tính giá trị đo của tốc độ động cơ. ...................................................................... 13 1.3 Trình bày được cách điều khiển cơ cấu chấp hành ( SSR hoặc biến tần) để thay đổi công suất ngõ ra. ...................................................................................................... 13 a) Điều khiển lò hơi dùng SSR. ............................................................................... 13 b) Điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần. ........................................................... 14 1.4 Trình bày cách thiết lập dữ liệu ngõ vào, ngõ ra cho bộ PID. ............................ 15 a) Thiết lập PID dùng để điều khiển Motor. ............................................................ 15 b) Thiết lập PID dùng để điều khiển Nhiệt độ. ........................................................ 19 1.5 Trình bày ảnh hưởng của các tham số KP, KI, KD trong bộ PID. ...................... 21
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP Đề tài: ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT VÀ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PID Giảng viên hướng dẫn: Thầ y Tạ Văn Phương HỌC KỲ: – NĂM HỌC: 2019-2020 Họ Tên: PHẠM DUY PHƯƠNG MSSV 15142287 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019 1|Page CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG Mục lục 1.1 Vẽ giải thích đầy đủ sơ đồ kết nối phần cứng, chuẩn bị datasheet thiết bị vẽ sơ đồ a) Điều khiển lò nhiệt b) Điều khiển động 1.2 Trình bày cách tính giá trị đo nhiệt độ 13 a) Tính giá trị đo nhiệt độ 13 b) Tính giá trị đo tốc độ động 13 1.3 Trình bày cách điều khiển cấu chấp hành ( SSR biến tần) để thay đổi công suất ngõ 13 a) Điều khiển lò dùng SSR 13 b) Điều khiển tốc độ động biến tần 14 1.4 Trình bày cách thiết lập liệu ngõ vào, ngõ cho PID 15 a) Thiết lập PID dùng để điều khiển Motor 15 b) Thiết lập PID dùng để điều khiển Nhiệt độ 19 1.5 Trình bày ảnh hưởng tham số KP, KI, KD PID 21 2|Page CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG 1.1 Vẽ giải thích đầy đủ sơ đồ kết nối phần cứng, chuẩn bị datasheet thiết bị vẽ sơ đồ a) - Điều khiển lò nhiệt Sơ đồ kết nối phần cứng: Transmitter t120 SSR_RM1E23AA100 3|Page CHUYÊN ĐỀ PLC - - THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG Module 1769-OF2 ( AO): có ngõ Iout 1+ kết nối với chân A1, ANLG com kết nối với chân A2 + Vì ngõ vào SSR_RM1E23AA100 nguồn dòng (4-20mA) nên cấp từ 1769-OF2 ta chọn ngõ dịng Module 1769-IF4 (AI): Có ngõ vào Iin+ nối với chân số +24VDC nối với chân số Transmitter t120 4|Page CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG + Vì ngõ Transmitter t120 nguồn dòng từ 4-20mA / 20-4mA, nên kết nối với AI ta chọn nguồn cấp dòng - Datasheet thiết bị có sơ đồ: + Transmitter t120: https://www.seneca.it/media/3232/mi001352-e.pdf Xem trang: 1,4,5 - Chọn cấu hình dòng từ 4-20mA ( trang ) với kiểu kết nối dây 5|Page CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG - Chọn kiểu kết nối dây ( trang 4), kết nối chân 1,3 với thiết bị nung nhiệt - Trang : sơ đồ kết nối thiết bị ( dây ) ngõ transmitter t120 + SSR_RM1E23AA100: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/616037/ETC2/RM1E23AA100.html 6|Page CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG Xem trang: 2, - Dòng vào chân SSR_RM1E23AA100 từ 4-20 mADC (trang ) 7|Page CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG b) Điều khiển động - Sơ đồ nối dây biến tần 8|Page CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG - Điều khiển biến tần PNP - Dựa vào sơ đồ kết nối kiểu PNP, ta lấy ngõ ( Analog output ) chân Vout+ kết nối với chân AI2 biến tần( chân số 3), chân ANLG com kết nối với chân 0V biến tần - Sử dụng module 1769-OF2, ta có Vout 0+ ANLG com kết nối vào điện áp Vdc 9|Page CHUYÊN ĐỀ PLC - THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG (Datasheet: https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/td/17 69-td006_-en-p.pdf ; Trang 74/124 ) Sử dụng module 1769-OB32, + Chân Out nối với DI1, kết nối vào chân DI1 tức chọn chế độ on/off cho biến tần + Chân DC com nối với DIC biến tần tạo thành mạch kín với module DO (1769-OB32) 10 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC - THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG • Datasheet thiết bị có sơ đồ: Bộ biến tần: https://cache.industry.siemens.com/dl/files/948/103599948/att_67109/v1/SINA MICS_V20_Getting_Started_072012_en-US.pdf + Trang 20: Sơ đồ hệ thống dây điện + Trang 34: Điều khiển biến tần PNP - Sử dụng PLC: 1769 CompactLogix Controllers , https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1 769-um011_-en-p.pdf 12 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG 1.2 Trình bày cách tính giá trị đo nhiệt độ a) Tính giá trị đo nhiệt độ - Transmitter đọc giá trị nhiệt độ từ - 100°𝐶 tương ứng với dịng 4-20mA - Cấu hình cho ngõ vào AI 4-20mA, tương ứng với giá trị nguyên 6243- 31206 - Gọi giá trị ngõ vào AI kênh CH1, ta có cơng thức tính nhiệt độ là: 𝐶𝐻1 − 6241 × 100 31206 − 6241 b) Tính giá trị đo tốc độ động - Ngõ AO biến tần xuất tính hiệu dịng 4-20mA vào module Analog Input ( analog input phải cấu hình nhận dịng 4-20mA) PLC sử dụng thuật tốn cài để tính giá trị tốc độ động thông qua module AI - Ta có cơng thức 𝐶𝐻1 × 50 31206 1.3 Trình bày cách điều khiển cấu chấp hành ( SSR biến tần) để thay đổi công suất ngõ a) Điều khiển lò dùng SSR 13 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC - THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG Rơle phù hợp để điều khiển máy sưởi, chiếu sáng tải cảm ứng nhẹ quạt nhỏ Rơle sử dụng để bật cơng suất cao đèn sợi đốt Giải thích: Khi thay đổi dòng từ (4-20 mA) cấp vào SSR (SSR_RM1E23AA100) , dòng Iin + Do dòng Iin cấp vào thay đổi làm thay đổi dòng ngõ SSR, làm cho Heater ( R) có nhiệt độ từ - 100°𝐶 tương ứng với dòng 4-20mA - Khi thay đổi dịng điện từ 4-20 mA ta có tỉ lệ phần trăm cơng suất phát từ 0-99% Datasheet http://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/616037/ETC2/RM1E23AA100.html ( Trang 4) b) Điều khiển tốc độ động biến tần - Module AO 1769-OF2 xuất tín hiệu điện áp 0-10V tương ứng vơí giá trị nguyên từ 0-31206 vào ngõ AI biến tần ( Biến tần phải cài đặt tần số định mức 50Hz), biến tần tự điều chỉnh điện áp ngõ U, V, W điện áp có tần số từ 0-50Hz 14 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG 1.4 Trình bày cách thiết lập liệu ngõ vào, ngõ cho PID - Hệ thống điều khiển PID có mơ hình tổng qt sau: - Trước hết ta cần xác định ngõ vào ngõ PID: + Ngõ vào: Biến Kp ( giá trị ), Ki ( giá trị cộng dồn), Kd ( giá trị dự đoán tương lai ), setpoint ( giá trị đặt ) + Ngõ ra: Phần trăm đầu (SO), giá trị hiển thị đầu Datasheet: https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/rm/1 756-rm003_-en-p.pdf ( trang 678/907 ) - a) Thiết lập PID dùng để điều khiển Motor Đầu tiên, ta tạo pid thư mục Task ( phần mềm RXlogic 5000 ) 15 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG - Tại ta thiết lập ngõ vào(MOV) tương ứng với giá trị setpoint , Kp, Ki, Kd Ở đây, để thiết lập giá trị cho PID, ta cần đặt test_pid.SP Khi chương trình hiểu ta cài đặt giá trị cho PID - Với biến trên, ta điều chỉnh cho độ vọt lố tiệm cận với giá trị setpoint ( giá trị mong muốn ) Giá trị tính tốn tần số CPT dựa theo cơng thức: - 𝐶𝐻1 × 50 31206 - Giá trị MOV với vùng địa READ dùng để đọc giá trị nhiệt độ ngõ ra: 16 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC - THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG Bộ điều khiển PID: Ta có giá trị biến đổi ( process variable ) ngõ tần số (Hz) Để thiết lập giá trị cho PID, Congiguration, ta thiết lập giá trị :Thời gian lấy mẫu ( Loop Update Time ), phần trăm tần số ngõ lớn ( CV High Limit ) Thiết lập control variable để thiết lập ngõ cho PID: Thiết lập control variable để thiết lập ngõ cho PID: 17 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG - Thiết lập thông số Scaling: Tần số tối đa( Unscaled Max ) có ngõ 60Hz, thiết lập control variable với giá trị đọc Mhz nên ta muốn thiết lập Hz đặt 10000.0 - Tại trend: chọn new trend, ban đầu ta chọn thời gian lấy mẫu 0,1 s nên ta cần thiết lập 100ms 18 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC - - THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG Tiếp đến, chọn Scope: Program PID, ta đặt program, ta muốn lấy thông số cần biểu diễn đồ thị tần số (hz) setpoint b) Thiết lập PID dùng để điều khiển Nhiệt độ Tạo thư mục PID hình: - Sau đó, tiến hành thiết lập thông số Ki,Kp,Kd set point: + Ta nhấp chuột phải vào New tag mục Data type chọn Real cho tất giá trị Nếu muốn thiết lập giá trị cho PID, ta vào Dest nhập tên PID đặt Test_PID + Để ngõ vào hiểu giá trị,ta nhập lần lược vào Dest Test_PID.SP,Test_PID.KP ,Test_PID.KI ,Test_PID.KD.Khi chương trình hiểu ta cài đặt giá trị cho PID - Thiết lập giá trị CPT: Ta có cơng thức tính giá trị nhiệt độ là: 𝐶𝐻1 − 6241 × 100 31206 − 6241 + Vì ta thiết lập giá trị nhiệt độ hình dưới: 19 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG - Tạo điều khiển PID: + Nhấp chuột phải vào Add Ladder Element nhập PID nhấn OK - Với thông số KP,KI,KD trên, ta điều chỉnh cho độ vọt lố gần với giá trị SP Ta vào tab Configuration chỉnh thông số PID + Thời gian lấy mẫu ( Loop Update Time ): Ta chọn 0,1 s + Phần trăm ngõ lớn ( CV High Limit ): 70% 20 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG 1.5 Trình bày ảnh hưởng tham số KP, KI, KD PID Độ lợi tỉ lệ Kp: giá trị lớn đáp ứng nhanh sai số lớn, bù khâu tỉ lệ lớn Một giá trị độ lợi tỉ lệ lớn dẫn đến trình ổn định dao động Độ lợi tích phân Ki: giá trị lớn kéo theo sai số ổn định bị khử nhanh Đổi lại độ vọt lố lớn: sai số âm tích phân suốt đáp ứng độ phải triệt tiêu tích phân sai số dương trước tiến tới trạng thái ổn định Độ lợi vi phân Kd: giá trị lớn giảm độ vọt lố, lại làm chậm đáp ứng độ dẫn đến ổn định khuếch đại nhiễu tín hiệu phép vi phân sai số 21 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG 1.6 Trình bày chương trình kết thực nghiệm mơ hình thực a) Kết thực nghiệm lấy từ động - Ta có kết lấy từ thực nghiệm: Với Kp=0,3, Ki=0 - Khi thay đổi Kp điểm đáp ứng khơng đạt mong muốn Với Kp=0,1 ; Ki= 0,3 Khi có thơng số Kp thêm vào độ nhấp nhơ đường ( đỏ) nhấp nhơ khoảng thời gian nhỏ đáp ứng với điểm setpoint 22 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG Với Kp=0,8 ; Ki=0 Khi thay đổi giá trị Kp lớn làm độ vọt lố vượt điểm setpoint gây ảnh hưởng đến thiết bị, động - Với Kp = 0,3; Ki=0,6 23 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG Với kết bảng trên: Ta nhận xét thiết lập giá trị Ki lớn thời gian đáp ứng nhanh, phối hợp Ki Kp giá trị, thời gian đáp ứng độ nhanh b) Kết thực nghiệm lấy từ nhiệt độ - Đầu tiên hoạt động ta đặt giá trị setpoint tăng dần từ 60 lên 70 75 sau giảm dần 40 24 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC - THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG Ở Trend : ta thấy đồ thị setpoint nhiệt độ + Khi ta muốn tăng nhiệt độ lên giá trị nhiệt độ khơng ngừng tăng lên đến điểm setpoint mà ta mong muốn, nhiên mong muốn nhiệt độ giảm dần ( cụ thể giảm từ 75 lại 40) nhiệt độ liên tục tăng lên 75 độ giảm dần điểm setpoint mong muốn Ta nhận xét rằng: Với PID điều khiển nhiệt độ tăng lên đến điểm mong muốn, khả đáp ứng chương trình thiết bị tương đối nhanh chóng, muốn giảm khơng thể giảm nhanh chóng ( phải có thời gian để nguội lò nhiệt ) 25 | P a g e CHUYÊN ĐỀ PLC THẦY:TẠ VĂN PHƯƠNG 26 | P a g e